3种木材涂饰前后表面视觉性质差异的研究

李 权，林金国，齐文玉，柯丽丽，林加志

3种木材涂饰前后表面视觉性质差异的研究

李 权1,2，林金国2，齐文玉2，柯丽丽2，林加志2

（1. 凯里学院，贵州 凯里 556011；2. 福建农林大学 材料工程学院，福建 福州 350002）

测定分析了筒状非洲楝Entandrophragma cylindricum，古夷苏木 Guibourtia tessmannii和水曲柳 Fraxinus mandschurica木材醇酸清漆涂饰前后表面视觉性质的差异。结果表明，涂饰处理降低了3种木材表面的明度（L*）和红绿轴色品指数（a*）值，其中，古夷苏木的L*变化差异最大，明度降低明显；水曲柳的红绿轴色品指数差（Δa*）绝对值最大，相比处理前更偏向绿色；3种木材透明涂饰后的黄蓝轴色品指数（b*）均有所升高，黄蓝轴色品指数差（Δb*）绝对值由大到小分别为水曲柳＞古夷苏木＞筒状非洲楝，数值越大越趋于黄色；总体色差（ΔE*）变化差异不大，涂饰对3种木材的总体色差影响不明显。

筒状非洲楝；古夷苏木；水曲柳；醇酸清漆；涂饰；木材表面；视觉性质

木材构造特征、物理性质等基本特性与人体生理、心理感觉特性之间关系密切，人们常用各种木材来装饰室内环境，营造舒适和温馨的空间[1]。用透明涂料涂饰木材表面，不仅能保护木材，还进一步赋予木材制品的美学功能。木材具有的视觉特性可以由木材表面视觉物理量与视觉心理量来描述，它们主要有木材的材色、光泽度、图案纹理等物理量参数。国内外许多学者已经对木材涂饰以及视觉物理量的测量和分析进行了大量研究[2]。

国外对木材涂饰的研究比较广泛，Bulian等[3]列举了很多实用性强的木材涂料，Bessières等用X射线断层扫描对不同的木饰面进行了评估，通过图像分析软件得出了涂料渗透的效果主要取决于其渗透毛细管的能力[4]。国内也有不少研究，刘一星等对透明涂饰处理前后木材表面材色和光泽度的变化进行了检测和分析[5]；侯新毅等系统测试了3种桉树木材涂饰硝基清漆、醇酸树脂清漆、聚氨酯清漆前后色度学参数的变化，揭示了涂饰过程中材色的变化[6]；梁善庆等对聚氨酯漆、丙烯酸水性漆和大漆涂饰 5种珍贵木材前后漆膜色度学参数变化及涂饰性能进行了研究[7]。

本研究通过测定筒状非洲楝Entandrophragma cylindricum，古夷苏木Guibourtia tessmannii和水曲柳Fraxinus mandschurica木材透明涂饰前后表面视觉特性等参数值，进而研究透明涂饰处理对木材表面视觉物理量的变化的影响，可为木材的科学加工利用提供重要的依据[8]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验木材为筒状非洲楝、古夷苏木和水曲柳，均购买于福建省福州市上渡林产品市场，树龄分别约为80 a，90 a，40 a。分别将3种木材1 m长木段锯解为弦切板。然后，两端精截，气干至福州地区平衡含水率并进行双面刨光，备用。试件规格为120 mm×45 mm×5 mm（长×宽×厚），长度是顺纤维方向，宽度为木材弦向，厚度为木材径向，每个树种试件数为15个。醇酸清漆购自福建东海漆业有限公司。

1.2 方法

1.2.1 试样表面的涂饰 取表面光洁远离髓心的一面，先将试件表面清理干净，手工对试件涂刷醇酸清漆，每个试件清漆均匀涂刷3次，后一次涂刷待前一次涂刷的漆膜表干后（约12 h）再进行，每块试件涂布量约为0.02 g·cm-2。1.2.2 涂饰前后试样表面颜色的测定 采用佐道健的方法 CIE（1976）L*a*b*均匀色度学空间表色系统以及TCP2全自动测色色差计对试样材色进行测量，得到明度（L*）、红绿轴色品指数（a*）、黄蓝轴色品指数（b*）[9]。其中L*完全白的物体视为100，完全黑的物体视为0；a*正值越大表示颜色越偏向红色，负值越大表示颜色越偏向绿色；b*正值越大表示颜色越偏向黄色，负值越大表示颜色越偏向蓝色。光源采用D65标准光源，照明和观测几何条件为0/d（垂直入射/漫反射）、10°大视野、测量范围为Φ20 mm。对每种木材的15块试样进行测量，取平均值作为试样的测量值。

总体色差公式为：

式中，ΔL* = Lt*–L0*；Δa*= at*–a0*；Δb*= b t*–b0*，其中，L0，a0，b0表示素样，Lt，at，bt表示处理样。

2 结果与分析

2.1 3 种木材涂饰前后L＊a＊b＊色空间变化

材色是反映木材表面视觉和心理感觉最为重要的特征[10-11]。常用颜色名词或者颜色名词的组合来描述木材的材色，材色定量表征是随着色度学研究的发展才得以实现[12]。从图1可知，3种木材涂饰前的a*和b*都在0以上，说明3种木材涂饰前的颜色偏红和偏黄。涂饰前的L*都在40以上，但是古夷苏木和筒状非洲楝明度相对水曲柳较低，前2种木材属于深材色树种，这与目视观察的结果相吻合，也与梁善庆等对5种木材涂饰后其明度和红绿轴色品指数降低、黄蓝轴色品指数增加的结果一致[7]。

2.2 3种木材涂饰前后表面视觉物理量的差异

从图1和表1可以看出，3种木材涂饰处理后的L*均下降，说明透明涂饰处理降低了3种木材的表面明度值，这主要是由于醇酸清漆并不是完全透明，涂饰后的木材明度和素材相比，由于涂饰油漆的覆盖导致其明度降低[13]。ΔL*的绝对值变化在 2.79 ～ 11.3之间，其中古夷苏木的明度变化率最大，说明涂饰对古夷苏木明度的影响最大。3种木材涂饰处理后的a*均减小，说明涂饰处理后试样表面的红色减弱，相比涂饰前更偏向绿色，Δa*绝对值由大到小分别是水曲柳＞古夷苏木＞筒状非洲楝。古夷苏木和水曲柳木材涂饰处理后的b*有所升高，但其涂饰前后的变化率差异较大，其中筒状非洲楝涂饰前后b*的变化率γ为-0.25，水曲柳涂饰前后b*的变化率γ为203.78。水曲柳的增加幅度最大为22.66，说明涂饰后试材表面颜色较素材更偏蓝，而筒状非洲楝变化幅度不太明显。3种木材涂饰处理后的ΔE*变化分别为16.34，12.11，26.54，差异相对不大，说明木材的表面自由能在一定数值范围内对3种木材涂饰后的色度学参数影响较小[14-15]，醇酸清漆涂饰处理没有对3种木材的总体色差产生较大影响。

图1 3种木材涂饰前后L*，a*，b*的变化Figure 1 The change of L*, a*, b* before and after painting in tested wood

表1 3种木材涂饰前后材色差异分析Table 1 The color difference before and after painting in tested wood

3 结论

研究结果表明，筒状非洲楝、古夷苏木和水曲柳3种木材经醇酸清漆涂饰后其L*以及a*均减小，ΔL*由大到小依次为古夷苏木＞筒状非洲楝＞水曲柳，Δa*绝对值由大到小依次为水曲柳＞古夷苏木＞筒状非洲楝，涂饰处理后试样表面相比处理前更偏向绿色。涂饰处理后的古夷苏木和水曲柳的b*有所升高，并以水曲柳的增加幅度最大，颜色偏向黄色，而筒状非洲楝变化幅度不太明显，Δb*绝对值由大到小依次为水曲柳＞古夷苏木＞筒状非洲楝。3种木材经透明涂饰后的ΔE*变化差异不大，涂饰处理对3种木材的总体色差影响不大。

[1] 罗玉华，朱林峰，刘元，等. 巨桉不同家系木材表面视觉性质的研究[J]. 林业科技开发，2005，19（2）：26－28.

[2] 朱林峰，刘元，罗玉华，等. 粗皮桉不同家系木材的表面视觉性质[J]. 中南林业科技大学学报，2004，24（4）：41－46.

[3] Bulian F，Graystone J A. Wood Coating: Theory and Practice[C]. Internationale Deutschlehrerinnen Tagung. Bull Fed Soc Gynecol Obstet Lang Fr，2009.

[4] Bessières J，Maurin V，George B，et al. Wood-coating layer studies by X-ray imaging[J]. Wood Sci Technol，2013，47（47）：853－867.

[5] 刘一星，李坚，于晶，等. 透明涂饰处理前后木材表面材色和光泽度的变化[J]. 家具，1995（3）：3－5.

[6] 侯新毅，姜笑梅，殷亚方. 从色度学参数研究3种桉树木材的透明涂饰性能[J]. 林业科学，2006，42（8）：57－62.

[7] 梁善庆，彭立民，傅峰. 五种珍贵木材涂饰色度学变化及性能评价[J]. 木材加工机械，2014（3）：16－21.

[8] 李坚，刘一星，方桂珍. 木材表面视觉环境学特性分析.Ⅱ木材视觉心理量的解析[J]. 木材工业，1995（3）：20－23.

[9] 佐道健. 机器に ょる测定值か ら视觉值へ の换算：L*、a*、b*表色系か ら マ ソ セ へ の变换[J]. 木材工业，1985（1）：12－40.

[10] 刘宏达，高建民，陈瑶. 预热处理对改善尾巨桉木材干缩性和材色的研究[J]. 西北林学院学报，2014，29（5）：176－180.

[11] 曹积微，袁哲，强明礼. 微波和汽蒸加热软化棕榈藤材抗弯性能及材色的比较研究[J]. 西南林业大学学报，2016，36（4）.

[12] 鲍甫成，王正，郭文静. 杨木和杉木木材表面性质的研究[J]. 林业科学，2004，40（1）：131－136.

[13] 胡吉萍. 福建四种实木家具用材涂饰性能的研究[D]. 福州：福建农林大学，2013.

[14] 侯新毅. 三种桉树木材的机械加工和透明涂饰性能研究[D]. 北京：北京林业大学，2004.

[15] 常德龙，张云岭，马志刚，等. 泡桐材墙壁板两种涂饰工艺效果差异[J]. 东北林业大学学报，2015（2）：116－118.

Differences of Surface Visual Physics Magniture of Three Kinds of Timber Before and After Painting

LI Quan1,2，LIN Jin-guo2，QI Wen-yu2，KE Li-li2，LIN Jia-zhi2
（1. Kaili University of Guizhou, Kaili 556011, China; 2. College of Material Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China）

Determinations were conducted on visual physics magnitude of Entandrophragma cylindricum, Guibourtia tessmannii and Fraxinus mandschurica wood before and after painting alkyd varnish. The results show that painting reduced the luminance (L*) and the chrominance (a*) of tested wood specimen, the biggest change L* was specimen of G. tessmannii wood with obvious decrease of luminance. The absolute value (Δa*) of F. mandschurica wood was the largest, greener than that of untreated one. The chrominace (b*) of three kinds of wood specimen increased after painting, and the absolute Δb* was ordered by specimen of F.mandschurica ＞ G. tessmannii ＞ E. cylindricum. Chrominance aberration (ΔE*) of tested wood specimen had little difference before and after painting.

Entandrophragma cylindricum; Guibourtia tessmannii; Fraxinus mandschurica; alkyd varnish; painting; wood surface; visual physics magnitude

S781 文献表示码：A

1001-3776（2017）05-0066-03

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.05.011

2017-06-03 ；

2017-08-22

国家自然科学基金项目（31760191）；福建省财政厅科研基金资助项目“进口木材特性与鉴别关键技术研究与推广”（K8115004A）；贵州省高校优秀科技创新人才奖励计划（黔教合KY字〔2015〕508）

李权，副教授，博士，从事木结构建筑以及木材防腐技术研究；E-mail：liquan-8@163.com。通信作者：林金国，教授，博士生导师，从事木材科学研究；E-mail：fjlinjg@126.com。