竹材干燥特性及干燥变色机理研究

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干燥是竹制品生产过程中的重要工序,竹材干燥效果的好坏直接决定着竹质产品质量的优劣。竹材本身色泽淡雅、柔和,富有光泽,具有极好的装饰效果,但在干燥过程中,如果干燥工艺控制不当,竹材极易出现烧心、烧结和花斑等缺陷,使竹材颜色发灰、发暗,失去光泽,严重降低了竹制品装饰效果和产品附加值。本文以竹片为研究对象,系统研究了预处理和干燥条件对竹片干燥特性的影响规律、变色材与对照材主要化学特性的变化规律,探明了竹片优化干燥工艺,揭示了竹片干燥变色机理。本文研究成果能为竹材预处理及干燥工艺的制定提供指导和科学依据。本研究的主要结论如下:(1)蒸煮预处理能提高竹片的干燥速度、增大竹片的干缩率,并能防止竹片内部色斑的生成。当蒸煮温度为100℃时和蒸煮时间为4h时,竹片的干燥速度达到最大,较素片增加了40.5%;蒸煮预处理后的竹片干缩率增大,径向干缩率大于弦向干缩率,随着蒸煮温度的提高和蒸煮时间的延长,竹片干缩率不断增大;竹片内、外表面的色差值随蒸煮温度的提高和蒸煮时间的延长变化不大,表面未出现色斑。精铣素片都产生色斑。当蒸煮温度为100℃、蒸煮时间超过2h时,精铣片未出现斑点,说明经一定温度(100℃)和时间(4h)的蒸煮预处理能防止竹片内部色斑的生成。优化的蒸煮预处理条件为:蒸煮温度100℃、蒸煮时间4h。(2)漂白预处理能提高竹片的干燥速度、增大竹片的干缩率,并能防止竹片内部色斑的生成。竹片干燥速度随双氧水浓度的提高和漂白时间的延长而增加。当双氧水浓度为4%和漂白时间为8h时,竹片干燥速度达到最大,较素片增加25.5%;漂白预处理后的竹片干缩率增大,径向干缩率大于弦向干缩率,随着双氧水浓度的提高和漂白时间的延长,竹片干缩率不断增大;竹片内、外表面的色差值随双氧水浓度的提高和漂白时间的延长变化不大,表面均未出现色斑。精铣素片都产生褐色斑点。当双氧水浓度过低(2%)和漂白时间过短(2h)时,精铣片出现了轻微的浅褐色斑点,说明经一定浓度(4%)和时间(4h)的漂白预处理能防止竹片内部色斑的生成。优化的漂白预处理条件为:双氧水浓度4%、漂白时间4h。(3)素片、蒸煮片、漂白片干燥速度都随干燥温度的提高或相对湿度的降低而加快;三种竹片干缩率都随干燥温度的提高或相对湿度的降低而增大,并且径向干缩率大于弦向干缩率,竹片外侧干缩率大于内侧干缩率;三种竹片表面色差值随干燥温度的提高增幅不明显,表面均未产生色斑。素片、漂白片在干燥温度超过70℃(含70℃)时,内部出现斑点,并且颜色随温度增大而加深;蒸煮片只有在温度为80℃时内部出现浅褐色斑点。竹片内部色斑的生成主要受干燥温度的影响,相对湿度对其影响不大。因此在本试验范围内,素片和漂白片的优化干燥工艺为T=60℃,RH=50%,蒸煮片的优化干燥工艺为T=70℃,RH=50%。(4)竹片内部色斑的产生是由竹片内化学组分及自身高含水率和干燥介质条件(温度、氧气)的共同作用导致的。相比于未变色竹片,变色竹片中的冷水抽提物、热水抽提物、1%NaOH抽提物、苯醇抽提物含量均较高,说明竹材组分的变化与变色有关。由TG-DTG曲线可知,变色竹片的最大热解速率下对应的温度提前和木质素残余率低于未变色竹片,说明木素含量降低。结合红外光谱分析,竹片干燥过程中的变色可能是竹材中的酚类物质(-OH)经氧化成醌类(C=O)导致的。干燥过程中产生的褐色斑点没有破坏竹材的结晶度。
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