耐老化處理對毛竹竹材顏色變化的影響

康成芳，劉明德，韋鵬練

（廣西大學林學院，南寧 530004）

竹材顏色是材質評價的指標之一，直接影響竹材的應用價值及觀賞價值。竹材在受到外界環(huán)境刺激以及進行加工工藝時，其顏色會發(fā)生顯著變化。在外界環(huán)境刺激，如光照、水分和熱量等因子的綜合影響下，導致木材或竹材表面發(fā)生緩慢的物理和化學變化［1］，其材色也變得不穩(wěn)定；在對竹材進行加工工藝，如熱處理［2-11］、高溫熱處理［12，13］、飽和蒸氣熱處理［14，15］時，通過改善竹材材性，從而使其材色更加均勻、穩(wěn)定，增加竹制品的觀賞價值。除此之外，也有學者研究了激光照射［16］、氙燈照射［17，18］對竹材顏色的影響，洪游游等［19］還對熱處理工藝參數(shù)進行了優(yōu)化研究。目前，關于熱處理竹材顏色方面的報道已有較多研究，紫外線照射對竹材顏色的影響也有相關文獻報道，而關于竹材在多因素綜合影響下顏色變化的研究較少。因此，本研究通過紫外線照射、噴淋水分和冷凝3種方式處理竹材，探究不同竹齡在多處理方式的綜合影響下，竹材顏色變化規(guī)律，以期為竹材的合理選擇及高效利用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮毛竹（Phyllostachys heterocyclavar.pubescens）取自廣西壯族自治區(qū)桂林市，竹齡分別為4、5、6、7、8年的毛竹各3株，從離地處開始取整株，分別取每株的第九節(jié)（基部）、十九節(jié)（中部）、二十九節(jié)（稍部）竹筒，將每個竹筒沿弦向方向均分成5個試件。

1.2 儀器與設備

加速老化試驗機（UV-B波長范圍為280～320 nm，UV-A波長范圍為320～360 nm，輻照強度0.45～1.00 W/cm2連續(xù)可調，東莞勤卓UV3型號）；CM-2500c測色儀（配備45/0光學系統(tǒng)，360～740 nm波長范圍、10 nm分辨精度），日本柯尼卡美能達公司。

1.3 試驗方法

耐老化試驗參數(shù)設置及流程：選擇燈管型號UVA-340，光照度0.89 W/m2，光照溫度60℃，紫外光照4 h，隨后噴淋15 min，再然后冷凝3 h 45 min，模擬毛竹在外界的生活環(huán)境過程，1個周期8 h，反復循環(huán)。首先在每個試件的竹青側上標記3個測試點，并對新鮮毛竹試件進行材色的定量表征，作為對照；然后將試件進行耐老化試驗，進行5個周期的循環(huán)，每隔1個周期將其取出，對測試點進行材色的測試并記錄。按照1976年國際照明委員會（CIE）標準色度系統(tǒng)進行分析，其中主要參數(shù)有：明度值（L*），其范圍由0～100表示顏色從深（黑）到淺（白）；紅綠軸色品指數(shù)（a*），其范圍在±60之間，表示顏色從紅（正）到綠（負）；黃藍軸色品指數(shù)（b*），其范圍在±60之間變化，數(shù)值越大表示顏色越近黃色，數(shù)值越小代表越接近藍色；并將測得的均值按以下式（1）計算得到竹材總色差ΔE*。

式中，ΔE*為毛竹竹材的總色差，L n、a n、b n分別為耐老化處理第n次時的平均明度值、紅綠軸色品指數(shù)值、黃藍軸色品指數(shù)值，L0、a0、b0為竹材未處理時的平均明度值、紅綠軸色品指數(shù)值、黃藍軸色品指數(shù)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin軟件進行制圖與分析。

2 結果與分析

2.1 竹材明度L＊的變化規(guī)律分析

不同竹齡、不同竹稈部位毛竹竹材經(jīng)耐老化處理后，其L*的變化如圖1所示。由圖1可以看出，毛竹竹材明度隨著處理時間的增加，竹材的L*呈現(xiàn)上升趨勢，且在前8 h內(nèi)毛竹竹材L*的增加速度較快，隨著處理時間的加長，竹材明度的增加速度變緩慢。從圖1A中可知，不同竹齡毛竹竹稈基部的明度差異較小；處理前，7年生毛竹竹材明度最低，為44.42，4年生毛竹竹材明度最高，為48.54；處理后，8年生毛竹竹材明度最高，為60.47，6年生毛竹竹材明度最低，為57.15。從圖1B中可知，不同竹齡毛竹竹稈中部的明度差異明顯；處理前，8年生毛竹明度為55.35，為4年生的1.28倍，5、6、7年毛竹明度差異較小，分別為49.31、49.90、49.79；處理后，4、5、6、7年和8年毛竹明度分別達到51.5、62.42、63.00、59.82、65.57。從圖1C中可知，處理前毛竹稍部的明度大小為：7年（54.20）＞5年（52.63）＞8年（51.80）＞6年（50.17）＞4年（42.14），說明竹材在立柱狀態(tài)下4年生毛竹稍部顏色較其他竹齡更深；與未處理相比，處理后的毛竹明度均呈上升趨勢，不同竹齡上升幅度大小為：4年（23.04%）＞8年（22.58%）＞6年（22.56%）＞5年（16.34%）＞7年（11.08%），說明不同竹齡毛竹受老化處理后，竹材顏色受影響程度存在顯著差異，8年生毛竹竹材明度最高，其竹材顏色最淺，4年生毛竹竹材受影響程度最高，但是明度最低，說明其竹材顏色較深。

圖1 耐老化處理對竹材明度L*的影響

2.2 竹材紅綠軸色度指數(shù)a*的變化規(guī)律

不同竹齡、不同竹稈部位毛竹竹材經(jīng)耐老化處理后，其a*的變化如圖2所示。從圖2中可以看出，毛竹竹材的a*隨著處理時間的增加呈現(xiàn)上升趨勢，說明毛竹在耐老化處理過程中竹材顏色向紅色正方向變化；不同竹齡、不同竹稈部位毛竹竹材a*的變化趨勢存在一定差異。從圖2A中可知，不同竹齡毛竹在處理8 h后材色增加幅度最大，4、5、6、7、8年分別增加了6.04、5.12、5.44、5.60、3.62，隨著處理時間的增加，毛竹的a*持續(xù)增大，最后趨于穩(wěn)定，4、5、6、7、8年分別達到8.04、6.58、6.74、5.66、4.30。從圖2B中可知，處理前不同竹齡毛竹竹稈中部之間無明顯差異，隨著處理時間的加長，4年生毛竹與其他竹齡之間的差距增大，最終達7.32，約為8年生毛竹a*的1.8倍。從圖2C中可知，處理前毛竹稍部的a*為：4年-3.74、5年-1.48、6年-1.94、7年-1.34、8年-1.66，處理后毛竹稍部的a*為：4年7.18、5年4.74、6年5.27、7年4.64、8年2.95。

圖2 耐老化處理對竹材紅綠軸色度指數(shù)a*的影響

2.3 竹材黃藍軸色度指數(shù)b＊的變化規(guī)律

不同竹齡、不同竹稈部位毛竹竹材經(jīng)耐老化處理后，其b*的變化如圖3所示。由圖3可知，4年生毛竹隨著處理時間的增加，其b*出現(xiàn)明顯變化，而其他竹齡毛竹的b*的并無明顯變化規(guī)律，大致呈上升趨勢，上升幅度較小，甚至個別試件的b*出現(xiàn)下降現(xiàn)象，說明竹材表面顏色隨著處理時間的增加，開始向遠離黃藍軸的中心軸方向發(fā)展。從圖3A中可知，毛竹竹材在處理過程中，竹材b*的變化整體呈增加趨勢，其中6年生和8年生竹材在處理24 h后b*出現(xiàn)明顯下降，而隨著處理時間增加，竹材的b*又開始增加；4年生竹材的b*在處理前期增加速度較快，隨著處理時間加長，增加速度變緩，并在處理32 h后，開始出現(xiàn)下降現(xiàn)象；處理后毛竹竹材的b*為：4年27.48、5年21.69、6年21.33、7年19.36、8年15.41。從圖3B中可知，處理時間為8 h時，8年生毛竹的b*下降了25.22%，而其他竹齡毛竹則呈上升趨勢，增加幅度為：4年69.99%、5年29.82%、6年31.94%、7年17.93%；與未處理材相比，處理后竹材的b*增加到4年22.24、5年18.53、6年18.31、7年16.35、8年14.21。從圖3C可知，毛竹稍部b*的變化規(guī)律與中部相似，處理前毛竹竹材的b*為4年12.34、5年9.95、6年11.82、7年9.31、8年13.22，處理后毛竹竹材的b*為4年25.63、5年18.06、6年21.66、7年16.58、8年14.92；從增加幅度來看，4年生毛竹b*增加的幅度最大，與未處理材相比，處理后竹材的b*增加了9.9，8年生毛竹b*的增加幅度最小，為1.7。

圖3 耐老化處理對竹材黃藍軸色度指數(shù)b*的影響

2.4 竹材總體色差ΔE＊的變化規(guī)律

圖4為不同竹齡、不同竹稈部位毛竹竹材經(jīng)耐老化處理，總體色差隨處理時間的變化規(guī)律。由圖4可知，毛竹竹材前兩次老化處理總體色差變化較小，隨著處理周期的增加，竹材的ΔE*出現(xiàn)急劇增加，隨后趨于平緩，不同竹齡之間ΔE*的差異也較為明顯，說明處理后竹材的顏色與未處理竹材的顏色差異較大，不同竹齡之間竹材顏色的差異較大；不同竹齡竹材基部、中部和稍部ΔE*的變化不太一致。4年生竹材基部、中部和稍部ΔE*的變化趨勢相同，隨處理時間的增加而增加，同時也是色差變化最小的竹齡，5年、6年和7年竹材基部ΔE*的變化規(guī)律為先增加后下降再增加的趨勢，8年生竹材基部ΔE*的變化為先下降后增加的趨勢；5、6、7年和8年毛竹竹材的中部和稍部ΔE*的變化趨勢為先下降后增加，最后趨于平緩。

圖4 耐老化處理對竹材總體色差ΔE*的影響

3 小結與討論

耐老化處理對毛竹材色L*、a*、b*的影響較為顯著，隨著處理時間的增加，大致呈現(xiàn)先升高后平緩的趨勢，表明處理后的竹材與未處理竹材相比顏色偏紅、偏黃且偏淺。于海霞［20］研究表明，光老化處理后的竹材明度和色調降低，紅綠指數(shù)a*、黃藍指數(shù)b*明顯增加，材色向紅-黃方向變化，這與本研究結果有一定偏差，可能是因為兩者對竹材的處理方式不同。不同竹齡毛竹竹材對老化處理的響應存在顯著差異，可能是因為不同竹齡竹材中細胞壁結構［21］和化學組分［22］的不同，從而引起在耐老化處理過程中竹材顏色不同程度的變化。研究表明，熱處理竹材后，木質素中的發(fā)色基團增多，使得竹材顏色變暗加深［23］；氙燈照射后的竹材，木質素含量降低，顏色變化較大［24］；色差ΔE*的變化也與竹材中綜纖維素、α-纖維素和酸不溶木素的含量存在明顯相關性［25，26］。而在老化過程中，處理前后竹材顏色差異大，可能是因為紫外線照射后，木質素出現(xiàn)降解［27，28］，細胞壁開始分解［29］，竹材中的酸不溶木素增加［30］，從而導致竹材材色的不穩(wěn)定，降低竹材的觀賞價值。因此，研究不同竹齡耐老化后顏色的變化，幫助人們了解不同竹齡、不同竹稈部位竹材材色的穩(wěn)定性，合理選擇竹材利用竹材，對充分發(fā)揮竹材應用價值及觀賞價值具有重要意義。