光輻射染色木材的化學反應歷程與變色機制

《光輻射染色木材的化學反應歷程與變色機制》是依託北京林業大學，由郭洪武擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：光輻射染色木材的化學反應歷程與變色機制
• 依託單位：北京林業大學
• 項目負責人：郭洪武
• 項目類別：面上項目

項目摘要

染色木材作為室內裝飾裝修和家具生產用材時，會受到室內環境因素的影響而發生劣化。特別是光的劣化或降解，影響染色木材的使用壽命，降低染色木材室內的裝飾效果，妨礙染色木材的廣泛使用。由此可見，耐光性能是評價染色木材的一項重要指標。為了改善染色木材的耐光性能，必須深入探究染色木材的光變色機理。為此，本項目以調色（漂白與染色）木材及其木質素的模擬化合物為對象，利用先進的測試分析儀器系統地研究不同輻射光波下染色木材的光變色規律與染色木材的光化學反應歷程，特別是光輻射過程中染色木材的化學組分與結構的變化，進而探討染色木材的光變色機制，為染色木材的使用提供理論依據。對研發各種光穩定劑、高耐光性染色工藝技術具有重要的理論意義；對開展染色木材光變色防止技術的研究具有現實指導意義和學術價值。

結題摘要

木材染色是實現人工林木材高值化利用的一項新興技術，耐光色牢度是評價染色木材品質的一項重要指標。然而，染色木材易受到環境因子的作用而發生劣化，特別是光變色和光降解，嚴重影響其產品質量。為改善染色木材的耐光性能，需深入探究染色木材的光致變褪色歷程，揭示染色木材的光劣化機制。項目以楊木和樺木染色單板及其化學組分為研究對象，圍繞光變色與光降解兩大核心問題，研究了自然光與氙光輻射下染色木材的光變色過程及色度學特徵，分析了影響染色木材光變色的主要因素，探討了染色木材對不同波長紫外光的選擇性吸收原理，初步說明了染料吸收、降解與光致變色效應，建立了不同光源環境下染色木材光變色度之間的對應方程，首次運用光譜反射曲線實現了對染色木材耐光性的快速評估，闡明了染色木材化學組分官能團結構及微觀構造的光劣化機制。研究結果表明：染色木材的光致變褪色不同於木材與染料的獨立體系，是一個複雜的光化學反應過程，其變色既有輻射光的吸收、催化問題，又有木材、染料等有機高分子材料的氧化降解問題。染色木材的光變色大致可分為兩個階段，前期快速變色主要是由於染料及木材抽提物不飽和基團的劣化，後期主要是染料與木材基質的共同作用。影響染色木材光變色的主要因素有：染料的種類與結構、染色基質的構造和化學組分、染料和染色基質結合性質、輻射光的波長和輻射環境等。引發染色木材光劣化的主要原因是染色材吸收光能使染料及木材組分中的羰基（C=O）和碳碳雙鍵（C=C）等不飽和基團激發，發生光氧化和光降解反應導致染色材發色體系結構發生不可逆改變或破壞，其中木素的光降解及自由基反應是引發染色木材變褪色的主要因素，利用光譜反射曲線快速評估染色單板的耐光性是可行的。依託本項目培養本科生2名、碩士2名、博士1名，出版專著1部，申報專利2件，發表論文13篇，其中EI4篇，中文核心5篇，項目組成員先後赴瑞典、日本、香港等地參加高水平學術會議10次，做報告6人次。研究成果為高耐光染色木材的開發及實現木材資源的高效利用提供了理論基礎和技術支撐。