黄檀属和紫檀属6种红木化学组成及pH值的研究

2015-01-03刘顺治林金国王晓娴李清芸

西北林学院学报 2015年4期

刘顺治，林金国，王晓娴，李清芸

（1.厦门市园林植物园，福建厦门361003；2.福建农林大学材料工程学院，福建福州350002）

木材的化学特性是木材材性及利用的一个重要方面，它影响木材的物理力学、天然耐久性、材色、气味、滋味和木材的加工利用［1-4］，纤维素上亲水游离羟基的存在是木材具有吸湿性的主要原因，其含量的变异会影响木材的吸湿性［5］。木材中除了三大素之外，还含有一定类型和数量的浸提物质，与木材的色、香、味，天然耐久性、渗透性，木材的燃烧性、涂饰性能、胶合性能等密切相关，抽出物的种类和含量直接关系到木材的合理利用［6-11］。植物在生长过程中，除了光合作用外，为满足植物代谢需要，须从土壤中吸收某些离子，包括N、S、P和金属元素等，不同植物生长所需的微量元素有所差异。方洪［12］等对降香黄檀和印度黄檀中的微量元素进行研究，得出这两种木材均含有多种微量元素，Cr、Mn、Ti、Fe元素的含量相近，而Sr、Co、Ca含量差异较大，而除此之外的其他红木的化学组成、金属元素含量以及pH值尚未见报道。通过研究黄檀属和紫檀属6种红木的化学组成、金属元素含量以及pH值，为红木类木材的科学合理利用提供基础理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验样品及试剂：40～60目风干的交趾黄檀（Dalbergia cochinensis）、柬埔寨黄檀（Dalbergia cambodian）、奥式黄檀（Dalbergia oliveri）、中美洲黄檀（Dalbergia granadillo）、大果紫檀（Pterocarpus macarocarpus）、檀香紫檀（Pterocarpus santalinus）6种红木木粉（取自福建省莆田华名华居实业有限公司以及仙游榜头红木市场）。

1.2 试验方法

1.2.1 木材化学组分测定采用硝酸-乙醇法测定纤维素含量；根据国家标准GB／T 2677.9-1994测定木粉的聚戊糖含量［13］，其中使用容量法（溴化法）测定糠醛含量，溴化法则使用二溴化法；根据国家标准GB／T2677.8-1994测定木粉的酸不溶木质素含量［14］；根据国家标准 GB／T2677.3-1994测定木粉的灰分含量［15］；根据国家标准 GB／T2677.4-1994测定木粉的热水抽出物含量［16］；根据国家标准GB／T2677.5-1994测定木粉的1%NaOH抽出物含量［17］；根据国家标准 GB／T2677.6-1994测定木粉的苯醇抽出物含量［18］。

1.2.2 木材金属元素含量测定称取干燥后的木粉1.000g，放入凯氏消化管中，加入30mL的70%HNO3浸泡样品，加入5粒玻璃珠，放置过夜；将凯氏消化管置入消化炉中，温度设置为150℃，保持2h，棕色烟消失；再加入7.5mL的HClO4，温度升至280℃，保持至溶液产生白色浓烟，溶液澄清透明；关闭加热器，自然冷却。将冷却后的消化液移至100mL容量瓶并用去离子水定容。按照上述的方法做空白实验。Fe、Mn、Zn、Cu、Ca、Mg元素含量应用原子吸收分光光度计检测，而K、Na元素含量使用火焰原子吸收分光光度计检测。

1.2.3 木材pH值测定根据国家标准GB／T 6403-2009《木材pH值测定方法》测定红木的酸碱性质［19］。

2 结果与分析

2.1 黄檀属和紫檀属红木的化学组成分析

由表1可以看出，黄檀属和紫檀属6种红木中，中美洲黄檀木材纤维素含量和聚戊糖含量最高，分别为45.85%和21.38%，檀香紫檀木材纤维素和聚戊糖的含量最低，檀香紫檀木材酸不溶木质素含量最高，中美洲黄檀木材酸不溶木质素含量最低。交趾黄檀和柬埔寨黄檀木材纤维素、聚戊糖、酸不溶木质素非常接近。黄檀属红木中纤维素含量最高的是中美洲黄檀木材（45.85%），含量最低的是奥式黄檀木材；热水抽提物含量最高的是檀香紫檀木材，含量最低的是中美洲黄檀木材。1%NaOH抽出物含量最高的是檀香紫檀木材，苯醇抽提物含量最高的是檀香紫檀木材，由此可见，檀香紫檀木材抽提物含量比其他5种红木相应的抽提物含量高。交趾黄檀木材苯醇抽提物含量大于柬埔寨黄檀，灰分含量小于柬埔寨黄檀，而热水抽出物、1%NaOH抽出物与柬埔寨黄檀相应的抽出物含量非常相近。

表1 黄檀属和紫檀属红木的化学组成Table 1 The contents of chemical components of 6species of wood in Dalbergiagenus and Pterocarpus genus %

2.2 黄檀属和紫檀属红木金属元素含量分析

由表2可以看出，黄檀属和紫檀属6种红木，中美洲黄檀木材K元素含量比其他红木相应的含量高；Na元素的含量较均匀，柬埔寨黄檀木材Na元素含量最高；Ca元素的含量差异明显，奥式黄檀木材Ca元素含量最高，交趾黄檀木材相应的含量最低；检测到的Mg元素含量最高的是中美洲黄檀木材；檀香紫檀木材比其他5种红木含有更丰富的Fe元素；柬埔寨黄檀木材中的Mn元素含量最高；Cu元素的含量各异，柬埔寨黄檀木材Cu元素含量最高，交趾黄檀和檀香紫檀木材没有检测到Cu元素；Zn元素含量最高的是柬埔寨黄檀木材，含量最低的是交趾黄檀木材。

表2 黄檀属和紫檀属6种红木金属元素的含量Table 2 Metal contents of the woods of Dalbergiagenus and Pterocarpus genus ／（mg·kg-1）

2.3 黄檀属和紫檀属红木的酸碱性质分析

由表3可以看出，黄檀属和紫檀属6种红木都是偏酸性的，交趾黄檀木材的酸性最强，其pH值为4.01；酸性最弱的是奥式黄檀木材，其pH值为5.8。同属不同种红木的酸碱性质存在差异，木材的酸碱性质主要来自抽提物、半纤维素的糖醛酸和乙酰基、木质素具有的弱酸性基和纤维素含有的羟基，在红木涂饰等生产实际中，应考虑木材的酸碱性质，方能达到比较好的效果。

表3 黄檀属和紫檀属6种红木的酸碱性质Table 3 Acid-base properties of the woods of Dalbergiagenus and Pterocarpus genus

3 结论

通过对黄檀属和紫檀属6种红木化学成分、金属元素含量及酸碱性质进行测定分析，结果表明，交趾黄檀和柬埔寨黄檀木材除了灰分含量有较大的区别外，其他的化学成分含量相近；同属不同树种木材的化学组成存在差异，紫檀属中檀香紫檀木材抽出物含量比其他红木相应的含量要高；黄檀属和紫檀属6种红木均含有丰富的Ca元素，不同红木所含的各种金属元素含量的大小次序不同，檀香紫檀木材没有检测到Mn、Cu元素，交趾黄檀木材没有检测到Cu元素。交趾黄檀和柬埔寨黄檀木材的金属元素（除了Na）差异较大，笔者认为，可以根据木材的金属含量的差异把交趾黄檀和柬埔寨黄檀区别开来。黄檀属和紫檀属6种红木均偏酸性，在红木涂饰等工艺环节均有必要考虑木材的酸碱性质，使红木表现出最好的效果。

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［13］ GB／T 2677.9-1994，造纸原料多戊糖的测定［S］.北京：中国标准出版社，1994.

［14］ GB／T2677.8-1994，造纸原料酸不溶木素含量的测定［S］.北京：中国标准出版社，1994.

［15］ GB／T2677.3-1994，造纸原料灰分的测定［S］.北京：中国标准出版社，1994.

［16］ GB／T2677.4-1994，造纸原料热水抽出物含量的测定［S］.北京：中国标准出版社，1994.