刺槐热诱导变色机理的研究

论文摘要

刺槐（Robinia pseudoacacia L）,原产北美,引入中国后,因其适应性强、生长快、繁殖易、用途广而受到欢迎。在国内已遍及华北、西北、东北南部的广大地区。刺槐材质坚硬,抗冲击强度高,被用于生产家具、地板、刨花板、纤维板和胶合板等多种产品。但在受热时易于发生颜色变化,直接影响其应用。通过人为的热处理刺槐木材,可以使其具有更加美观的颜色,提高刺槐的经济价值。为了得出木素的结构变化与热诱导木材变色的关系,以及木材抽出物对热诱导后木材颜色变化的影响。本文以刺槐为研究对象,对木材在热处理前后的颜色变化及化学成分进行了测定。借助IR、UV、H-NMR等仪器分析手段,对热诱导条件下的磨木木素和Brauns木素进行分析,从而找到在热诱导条件下,木材的颜色变化的化学机理。本论文得到以下主要结论:1.刺槐经水抽提后L﹡减少,经丙酮抽提后L﹡增加。刺槐经水和丙酮抽提后a﹡都发生增加,其中经丙酮抽提后a﹡值增加更明显。经两种溶剂抽提后,刺槐的b﹡值都发生减少,经水抽提后减少的更多。经水抽提后刺槐的△E﹡值要比经丙酮抽提后的△E﹡值大。用水、丙酮对刺槐抽提后,刺槐在热处理后的色差E﹡仍发生了较为明显的变化。说明刺槐在抽提后的剩余物质木素对刺槐的热诱导变色仍有非常重要的影响,剩余物中的木素是刺槐热诱导变色的原因之一。2.在120℃热处理后,磨木木素红外光谱的共轭羰基和醌型结构吸收峰(1660cm--1和1595cm-1)得到明显增强;由于木素受热后产生了新的共轭结构,在紫外谱图中300-350nm和380-500nm可见光区的消光系数明显增加,木素颜色变深。在干燥有氧条件下加热处理时,木素可发生氧化反应,产生新的共轭羰基和醌型结构(1660cm-1和1595cm-1)和非共轭羰基(1730cm-1),但与在水蒸汽加热条件下的变化相比,结构变化相对较小。刺槐磨木木素在140℃、160℃受热处理后,α位的不饱和羰基和β位的不饱和羰基(1660cm-1和1730cm-1处)随加热时间的延长都得到增强。同时有轻微的去甲基化反应发生。紫丁香基型吸收峰(1326cm-1)和愈创木基吸收峰(1266 cm-1)在140℃、160℃下随时间的延长而减少。3.在120℃热处理后的刺槐Brauns木素的紫外光谱中,吸光系数增加,木素受热后R带吸收峰加宽,导致可见光范围产生的吸收,因此木素加热后颜色变深。弱酸性条件会增加变色的程度。Brauns木素受热前后红外光谱分析发现高温条件下低取代苯环发生了取代或缩合反应,木素中α-O-4或β-O-4结构部分断开,形成了新的酚羟基,木素受热后共轭芳酮结构有所增加,这些是导致木素受热后颜色变深的重要原因。在13C- NMR谱中Brauns木素受热后,酚型愈创木基、紫丁香基结构含量有所增加,木素C5位以及侧链有缩合反应发生,缩合作用将使木素共轭体系延长,导致可见光区出现吸收,木素颜色加深。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 热处理后木材及木材成分变化研究现状
• 1.2 木材的颜色及定量表征
• 1.2.1 木材的颜色
• 1.2.2 木材颜色的定量表征
• 1.2.2.1 颜色特性
• *a^*b^*均匀色空间'>1.2.2.2 CIE（1976）L^*a^*b^*均匀色空间
• 1.2.2.3 孟塞尔表色系统
• 1.3 木素的研究方法
• 1.3.1 木素的基本结构
• 1.3.2 木素的化学反应
• 1.3.3 木素的分离方法
• 1.3.4 木素的仪器分析方法
• 1.3.4.1 紫外吸收光谱（ultraviolet absorption spectrum, UV）
• 1.3.4.2 红外吸收光谱（infrared absorption spectrum, IR）
• 1.3.4.3 凝胶渗透色谱（gel permeation chromatography, GPC）
• 1.3.4.4 核磁共振谱（nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR）
• 1.3.4.5 气相色谱-质谱联用（GC-MS）
• 1.4 本研究的目的、意义、及内容
• 1.4.1 研究目的及意义
• 1.4.2 研究内容
• 2 木素对刺槐热处理后颜色的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 实验原料及药品
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.1.3 实验过程
• 2.1.3.1 试样的抽提处理
• 2.1.3.2 试样的加热处理
• 2.1.3.3 处理前后试材材色的测量和色差计算
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 抽提处理对材色的影响
• 2.2.2 加热处理对抽提后试材材色的影响
• 3 刺槐磨木木素受热变色的光谱分析
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 磨木木素的制备
• 3.1.2 磨木木素的加热处理
• 3.1.3 红外光谱分析
• 3.1.4 紫外光谱分析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 红外光谱
• 3.2.1.1 蒸汽加热（方法1）处理后磨木木素的红外光谱
• 3.2.1.2 干燥条件下加热（方法2）处理后磨木木素的红外光谱
• 3.2.2 紫外光谱
• 4 刺槐 BRAUNS 木素热诱导变色研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 Brauns 木素（BNL）的提取
• 4.1.2 Brauns 木素的加热处理
• 4.1.3 分析方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 BNL 加热前后紫外光谱变化
• 4.2.2 BNL 加热前后红外光谱
• 4.2.3 BNL 加热前后的 13C- NMR 谱
• 5 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 论文的创新点
• 5.3 论文中存在的问题和建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 硕士期间发表论文
• 致谢