《木材熱誘發變色過程中發色體系形成的化學機理》是依託北京林業大學，由高建民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：木材熱誘發變色過程中發色體系形成的化學機理
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：高建民
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熱誘發變色可以使木材顏色變深並趨於珍貴木材的顏色。乾燥過程誘發變色機理研究發現，木材顏色變化的主要原因是發色體系結構的改變。木材發色體系是木素及抽提物等成分中發色基團和助色基團以多種形式結合併吸收可見光譜的分子結構。不同樹種木素結構不同、抽提物成分各異，所形成的發色體系結構不同。若能按木素結構調整熱誘發變色條件和抽提物成分與含量，利用木材發色體系結構與色度學參數的對應關係來調控熱誘發變色過程，即可簡化誘發變色調控過程、淡化樹種影響。項目擬通過調控誘發變色條件和抽提物成分，開展不同結構木素熱誘發變色發色體系形成過程的研究；通過表征典型木材發色體系結構以及熱誘發變色與目標發色體系結構對應關係的研究，揭示木材熱誘發變色過程中發色體系形成的化學機理，為木材誘發變色的深入研究奠定理論基礎。本研究提出了最佳化木材顏色的新思路和新方法，對提高木材品質和高效利用木材資源具有重要的理論意義和實用價值。
結題摘要
熱誘發變色可以使木材顏色變深並趨於珍貴木材的顏色。項目以引起木材熱變色的主要化合物組分木素和抽提物為研究對象，通過調整熱誘發變色過程中水分含量、pH值、熱處理時間、氧氣含量等環境變數，分析木素和抽提物成分結構變化特徵以及木材發色體系結構對木材顏色的貢獻。並結合量子化學方法，闡述典型多元酚類抽提物結構和木素結構的發色體系反應活性位點及反應的化學機理，系統地表述了木材熱誘發變色過程的化學機理。研究發現，木素和多元酚類抽提物在熱誘發變色過程中形成的共軛發色體系是木材熱變色的原因。木材中極性溶劑抽提物是形成木材黃色調的主要因素；熱處理後單寧、黃酮等多元酚類化合物發生了酸催化自縮合和氧化反應，形成了新的由共軛雙鍵、羰基或醌類結構等組成的發色體系，光譜吸收增強並延伸至可見光範圍，導致木材明度降低、紅色增加、顏色加深。在熱誘發變色過程中，木素髮生了降解反應，分子中β-O-4鍵斷開，酚羥基含量升高。木素髮生氧化、縮合等反應，形成了新的共軛芳酮、α，β-不飽和酮等組成的發色體系，其中醌類結構的產生是木材發生紅褐色色變的主要原因。氧氣、水分含量，pH值和加熱時間是影響木材熱誘發變色的重要因素。熱處理過程中產生了酸性物質，pH值降低，在氧氣環境下刺槐試樣含水率為30%加熱時，色度值變化最大；在氮氣環境下，含水率為50%時色度值變化最大；刺槐試樣明度值以及總色差變化主要發生在熱處理初期。典型多元酚類抽提物刺槐亭醇-4α-醇易於通過自由基反應途徑生成自縮合產物，同時可形成鄰醌產物；刺槐亭醇-4α-醇在酸性條件下可通過親核反應途徑形成2,8位縮合結構；木素單元松柏醇可通過自由基反應途徑與刺槐亭醇-4α-醇（抽提物）縮合，形成新的發色結構7,3’,4’,5’-四羥基黃烷-3,4-二醇-6’,5-松柏醇結構以及7,3’,4’,5’-四羥基黃烷-3，4-二醇-6’,β-松柏醇結構。形成的化合物結構中共軛發色體系紅色色品指數較高。本研究為熱誘發木材形成珍貴樹種的顏色奠定了理論基礎，對提高木材品質和高值利用木材資源具有重要的理論意義和實用價值。
