林业科学

作者：彭辉1,余泓琛1,詹天翼1,吕建雄1,2,*

单位：1. 南京林业大学材料科学与工程学院　南京2100372. 中国林业科学研究院木材工业研究所　北京 100091

关键词：人工老化,红松,颜色,化学组分,结构

基金：国家自然科学基金项目(32471793)。

目的: 探究温度、紫外光波长和有无淋雨对红木材松颜色的影响及其规律，为户外木制品的光老化防护提供理论基础。方法: 采用人工老化试验箱，根据温度（30 ℃和60 ℃）、紫外光波长（340 nm和351 nm）和有无淋雨设置4组人工老化条件（T1：30 ℃ + UVA340；T2：60 ℃ + UVA340；T3：60 ℃ + UVA351；T4：60 ℃ + UVA340 + 雨），分析人工老化条件对红松木材构造、化学组分和颜色的影响及其规律，探讨化学组分与颜色的相关性，明确不同老化条件引起颜色差异的原因。结果: 木材表面粗糙度随人工老化时间延长而增加。高温、低紫外光波长或淋雨均会加剧木材表面结构降解，引起木材表面粗糙度增加。经720 h紫外光辐照后，T1、T2、T3、T4条件下木材表面粗糙度分别提升18.32%、43.33%、41.99%和193.36%。显微结构分析表明，单纯紫外光辐照条件（T1、T2、T3）下细胞结构保持完整；增设淋雨（T4）会导致细胞壁塌陷、胞间层连接失效及木射线变薄等结构劣化。在表观上，人工老化后木材表面呈现出不同程度黄变或褐变。通过CIE颜色系统量化可知，在无淋雨条件（T1、T2、T3）下，木材的L*单调降低、a*和b*单调增加；增设淋雨（T4）后，L*、a*和b*变化复杂，720 h老化后L*、a*和b*均降低。对比不同人工老化条件发现，温度和淋雨对L*、a*和b*影响显著，紫外光波长主要影响a*。总色差ΔE*分析表明，人工老化条件的影响程度为淋雨最大、温度次之、紫外光波长相对较小。利用红外光谱中木质素/碳水化合物特征峰强度比值R（I1 506/1 372）和羰基/碳水化合物特征峰强度比值R（I1 734/1 372）量化人工老化过程中木质素和羰基相对含量变化，随着老化时间延长，木质素含量降低、羰基含量增加；升高温度和增设淋雨均会加速光化学反应过程，淋雨的影响更显著。通过建立R（I1 506/1 372）和R（I1 734/1 372）与ΔE*的相关联系，发现ΔE*与R（I1 506/1 372）呈负相关关系，与R（I1 734/1 372）呈正相关关系。结论: 老化条件对木材表面粗糙度的影响程度依次为淋雨>温度>紫外光波长，增设淋雨会使木材细胞壁发生明显降解。针对表观颜色而言，无淋雨条件下表现为暗化、偏红、偏黄特征，增设淋雨条件后表观总体呈现暗化、偏绿、偏蓝的趋势。老化条件对木材总色差的影响程度依次为淋雨>温度>紫外光波长。通过建立化学组分含量和总色差的数量关系，证实人工老化过程中木材表观颜色与木质素的降解和羰基的生成之间存在密切关联。

来源：2025年第7期

《林业科学》期刊编辑部

查看林业科学杂志2025年第7期