染料紫檀木材研究与应用论述

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　　摘  要：文章通过对染料紫檀木材在构造特征、化学性质和材质改进等方面的分析，结合当前染料紫檀木材贸易和加工利用的最新进展，为染料紫檀研究开发应用提供理论参考。并建议从资源保护和市场规范等方面入手，加强对染料紫檀木材的科学认识和合理利用，开展加强不同产地染料紫檀材性和加工技术的研究，提升制品品质，合理利用加工剩余物，提高材料综合利用率。
　　关键词：染料紫檀;木材构造;化学性质;材质改进;论述
　　Abstract： The structural characteristics， chemical properties， and material improvement of Pterocarpus tinctoricus is analyzed， and based on the progress in the current trading and processing of Pterocarpus tinctoricus products， theoretical guidelines are advanced for the application research and development of Pterocarpus tinctoricus， and its scientific understanding and utilization are also reasonably proposed considering the resource protection and market regulations. In this work， researches are recommended to focus on the properties and processing technologies of Pterocarpus tinctoricus of different places of origin， to make the most of Pterocarpus tinctoricus and its processing residues， thus ensuring comprehensive utilization of Pterocarpus tinctoricus materials and products quality.
　　引言
　　目前市场上流通销售的染料紫檀Pterocarpus tinctorius（俗称血檀）主要产自赞比亚、莫桑比克、刚果、坦桑尼亚等非洲中南部[1-2]。染料紫檀自2010年开始进入中国，经历了价格的巨大波动，这也使得染料紫檀的贸易受到冲击[3]。
　　染料紫檀归属紫檀属，是非洲热带木材，也是变色紫檀的别称[4]，染料紫檀木材基本符合GB/T 18107-2017《红木》[5]特征要求，是优质家具用材。本文通过对染料紫檀木材的构造、性能、材质改进和应用等方面的研究概述，为染料紫檀木材的科学认识和合理利用提供理论参考。
　　1 木材构造特征
　　木材构造直接影响木材物理、力学、化学、生物和环境学等性质，要正确识别鉴定木材，从而合理利用木材，首先必须掌握木材的构造特征。木材构造特征一般分為宏观构造特征和微观构造特征。
　　1.1 木材宏观构造特征
　　木材的宏观特征是识别木材的基础特征，通过肉眼观察木材的心边材、颜色、光泽、纹理、花纹和波痕等特征，采用感官识别获得气味、滋味、轻重和软硬等特征，还可以借助放大镜观察生长轮、管孔、木射线和轴向薄壁组织等的形状和排列特征。
　　1.1.1 心边材
　　染料紫檀木材心边材颜色区别明显，且边材较心材窄，在加工利用时只取心材部分，边材俗称为白边。对染料紫檀木材的生长、边心材区别及转变过程的研究，探索复杂的生物化学机理，可为染料紫檀树木采伐、树木生长调节、提高木材利用率等提供理论参考。
　　1.1.2 生长轮
　　染料紫檀产于全年气候变化小的热带，树木随着雨季和旱季交替不间断生长，因此在一年中可能形成若干个生长轮。通过对染料紫檀木材生长轮的密度[6]、形状、管孔大小和分布情况等构造特征研究，可以获得树木年代学、树木构造与气候关系等生物木材学[7]方面的信息，为木材识别、利用与材性研究等提供理论参考。
　　1.1.3 辅助宏观特征
　　木材的颜色、气味、光泽、纹理和结构等特征通常变化比较大，在木材识别和加工利用中也常作为重点进行研究。
　　染料紫檀木材心材细胞壁中含有色素、树胶和油脂等抽提物[8]，色素使木材呈现的不同颜色，并可提取用作染料，树胶和油脂常为有机挥发性物质，使木材散发气味。受各种因素的影响，沉积物会发生变化，新切面木材多为砖红或鲜红色，放久后变为紫红或暗红色。同时染料紫檀木材中组成细胞形状、分布和排列等特征，在木材不同树龄、不同部位和不同切面上表现出不同纹理和结构特征。
　　通过对不同产地的染料紫檀木材的辅助宏观特征的比对研究，为准确进行染料紫檀木材鉴别提供资料。同时还可进一步对抽提物的提取和组分分析，为合理利用和保护染料紫檀木材资源提供参考。
　　1.2 木材微观构造特征
　　要准确识别木材还进行微观构造特征观察。颜志成等[9]通过染料紫檀（血檀）的木材名称、宏观和微观构造特征、木材性质和用途等的分析，指出染料紫檀和檀香紫檀为同属不同种木材。此外，木纤维的形状、数量和分布与木材的力学性能密切相关，对染料紫檀木材进行分子离析和组织比量研究也很有必要。
　　1.3 木材构造与木材花纹
　　研究染料紫檀木材花纹形成机理，选择锯切加工方式，利用美学原理搭配木材花纹，可以充分体现木材的自然美，提高木材利用水平，提升艺术观赏价值。 　　1.4 木材构造与材性的关系
　　木材是多孔性材料，细胞腔中沉积物对木材的耐腐性、渗透性和干燥处理也有明显的影响，木材的构造还决定了木材的各向异性。刘嘉慧等[10]对非洲血檀进行高温热处理，探究热处理对其尺寸稳定性的影响，高温热处理可以有效地降低木材吸湿性，提高尺寸稳定性，抽提物总量减少。
　　1.5 木材构造与利用的关系
　　染料紫檀木材具有深红至紫红材色，由生长轮、不同色素、轴向薄壁组织和各种纹理构成的木材花纹丰富美观，木材稳定性好、强重比高以及优良的环境学特性，均符合家具和室内装修要求，制作的深色名贵家具深受青睐。因此研究木材构造、物理、力学、化学和环境学性质，根据适用性合理选用木材具有重要的现实意义[11]。
　　2 木材化学性质
　　2.1 木材化学组分分析
　　木材的化学组成、含量和分布决定了木材的化学性质，不同树种木材化学成分有显著差异，特别是木材抽提成分在木材资源利用和木材鉴定上都有重要的意义，可以通过化学组分分析为木材鉴定提供参考。
　　刘嘉慧等[12]利用气质联用（GC-MS）对经高温热处理的小叶紫檀和非洲血檀的苯醇抽提物进行分析，探究热对尺寸稳定性处理和抽提物的影响，两种木材的总离子流谱图具有鲜明的特征，可以为鉴别提供依据。梅萍等[13]也采用气质联用GC-MS技术鉴别檀香紫檀和染料紫檀2种木材，选择优化最佳条件，能快速、准确地进行微损鉴别。陈碧莹等[14]采用核磁共振氢谱（1HNMR）对染料紫檀（血檀）的甲醇超声波提取液进行检测分析，并结合聚类分析法、主成分分析法（PCA）和偏最小二乘判别分析法（PLS-DA）等模式识别方法进行快速鉴别。刘波等[15]利用荧光分析法对染料紫檀等6种紫檀属木材进行荧光性能标准化和定量检测，可以辅助解剖学识别方法，提高紫檀属木材的鉴定水平。刘衡等[16]采用热裂解-气相色谱-质谱（PY-GC-MS）和薄层色谱（TLC）法，鉴别檀香紫檀与染料紫檀，其中低温快速度裂解鉴别精度高，适用于珍贵文物、高档家具的鉴定，而TLC用于木材树种鉴定还需要辅助其他手段。
　　木材化学组成还受生态环境、树龄、部位和解剖分子等因素影响，有必要选择不同产地、不同树龄、不同部位等染料紫檀木材试样进行研究与分析。
　　2.2 木材化学性质研究
　　木材由多种化学物质组成，通过对木材化学性质的研究，运用木材化学理论指导木材的保护和利用。
　　2.2.1 木材生物化学性能
　　基于木材的生物学特性，近年来研究者利用DNA方法进行木材识别与鉴定[17]，但受木材部位、加工处理和内含微生物等的干扰，木材DNA提取非常困难，目前仅处于研究阶段。染料紫檀在采伐后主要取用心材部分，边材部分基本去除了，而心材中的DNA含量少且降解严重，因此DNA方法还不宜采用。
　　染料紫檀木材心材较边材耐腐，这可能是心材部分结构致密，且木材中的抽提物对真菌和有害生物具有抵抗作用，具体的原因有待进一步研究探讨。
　　2.2.2 木材热解特性
　　近年来，在对染料紫檀木材干燥和尺寸稳定性处理上有采用煮蜡工艺，需要控制适当的温度，防止木材受热作用后其中的化学组成发生变化，从而导致木材的理化性能和机械强度降低，甚至发生分解反应。
　　此外，可通过染料紫檀木材燃烧特性的研究，為开发木材加工剩余物和木屑等作为生物质燃料开发利用提供理论参考。
　　2.2.3 木材耐化学药物性能
　　在木材加工利用过程中根据需要可以进行适当的选择和控制。如高温高压下热水使木材中的乙酰基被水解生成乙酸，影响木材的构造和性能，在染料紫檀木材干燥工艺中的应用值得研究。
　　2.3 木材化学组成与材性的关系
　　木材化学组成是影响木材材性的重要因素，不管是组成细胞壁的三大主要物质还是少量的抽提物，都对木材的物理、力学和生物学等性能有明显的影响。
　　在染料紫檀木材加工利用中发现心材中抽提物含量高对材质均匀性、干燥工艺和切削加工等都有很大影响。
　　3 材质改进和木材干燥
　　染料紫檀木材利用中往往需要密度大、强度高、纹理通直、结构均匀、尺寸稳定的优质材，在实际生产中可以对木材进行优选和分等，做到优材优用，材尽其用，提高资源综合利用率。
　　3.1 材质改进
　　为了更好地保护染料紫檀木材资源，合理利用，提高家具和制品的品质，今后应该加强木材改良包括对木材保护和木材功能化研究和开发。
　　3.2 木材干燥
　　木材干燥是木材资源综合利用和提高木制品质量的关键，对染料紫檀木材干燥理论、技术和设备的研究是热点和难点。
　　4 染料紫檀木材贸易与应用现状
　　霄迪[18]认为染料紫檀的木材特征符合红木中紫檀木类的必备条件，但行业内对其归属还存在分歧，有必要进行明确。
　　谢谷[19]指出了染料紫檀从进入国内开始，就为家具及家具类收藏市场带来一场真伪难辨的冲击。染料紫檀制作的家具具备了藏家原本用来确认紫檀的一些特征，染料紫檀冒充檀香紫檀的现象非常严重，需要有科学的鉴定方法和标准引入市场，规范市场。
　　2019年8月在瑞士日内瓦召开的《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES公约）第18届缔约方大会上，将染料紫檀列入附录Ⅱ的提案获得会议一致通过，并将在2019年11月26日生效[20]。
　　5 建议与展望
　　染料紫檀进入中国经历了一些波折，现实也的确存在非法砍伐、市场混乱、鉴别困难等问题，需要在资源保护和市场规范等方面入手，加强对染料紫檀木材的科学认识和合理利用。通过对染料紫檀在构造、性能、改良及市场贸易等方面的研究综述，结合当前染料紫檀加工利用的最新进展，建议需要在资源保护和市场规范等方面入手，加强对染料紫檀木材的科学认识和合理利用，加强不同产地染料紫檀材性和加工技术的研究，合理利用加工剩余物，提高材料综合利用率和制品品质。 　　（1）针对染料紫檀无序砍伐和非法贸易的情况，我国是CITES公约缔约国之一，要在木材贸易和加工行业内加强CITES公约的宣传，履行进口许可证管理制度，规避风险，避免使用非法来源的染料紫檀，规范木材贸易，保护染料紫檀资源可持续采伐利用。如浙江省红木研究会作为专业性的社会团体，其主要任务就是协助政府部门加强红木资源管理，特别是其下设的染料紫檀研究中心有义务组织培训，提供信息，指导木材合法贸易工作，引导自觉履行公约。
　　（2）染料紫檀依赖非洲进口，而非洲原木非法贸易率高，在全球加强打击木材非法贸易的背景下，原木进口商要重视原木合法认证，逐步建立木材合法论证体系，制订相关技术法规、标准以及合格性评定等，保证和提高进口染料紫檀原木的质量要求。特别是在“一带一路”政策下，鼓励企业适时走出去，到非洲设立加工厂，建立原材料供应基地，稳定的原料供应链，也有利于充分合理地利用木材资源，解决生产与使用之间的矛盾。
　　（3）目前对染料紫檀的研究主要集中在利用现代分析仪器进行化学检测分析，为探究科学、微损、快速的检测方法提供理论依据。继续加强木材检验检测方法的研究，探索完善现场快速检测方法和标准，提升木材树种鉴别能力。
　　（4）加强不同产地染料紫檀材性和加工技术的研究，
　　提升产品质量，并充分利用加工剩余物，提高科技水平和木材综合利用率和制品品质。积极探索开展人工林栽培和天然林修复，保护采伐地森林生态环境和生物多样性，为我国木材加工提供可持续资源。
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