活性染料浸染大青楊單板的上染性研究

李艷云，王金林，周 宇，李國英

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所, 國家林業(yè)局木材科學(xué)重點實驗，北京100091 ;2.內(nèi)蒙古森林工業(yè)集團有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 牙克石 022150）

活性染料浸染大青楊單板的上染性研究

李艷云1，王金林1，周 宇1，李國英2

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所, 國家林業(yè)局木材科學(xué)重點實驗，北京100091 ;2.內(nèi)蒙古森林工業(yè)集團有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 牙克石 022150）

選用活性艷紅KD-8B和活性黃K-RN染料浸染大青楊單板，試驗研究染液濃度、染色時間、染色溫度對上染率的影響。結(jié)果表明，浸染因素中染液濃度對上染率的影響較大，活性黃K-RN染料的上染率明顯高于活性艷紅KD-8B染色單板。

楊木單板；染色；活性染料；上染率

木材染料上染率是指上染到木材上的染料量與染色前染液中染料總量的百分比，是衡量其性能及染色質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，也是判斷染色效果的主要指標(biāo)之一[1]。

目前，我國在酸性染料對木材的染色機理及上染率方面的研究主要有：陳玉和[2]采用酸性大紅染料對泡桐單板進行染色試驗，研究影響上染率的因素；李春生[3]選用3種酸性染料對I-214楊單板進行單色和拼混染料染色，探討染料上染率及影響因素；在活性染料方面，周宇[4]選取活性艷藍染料以不同工藝條件浸染楊木單板，測定在各種條件下的染著量；鄧洪等[5]對3種M-型活性染料楊木單板上染率進行試驗。其它種類活性染料對木材染色機理及上染率的研究較少見。

活性染料是一種含有能與纖維素纖維上的羥基、蛋白質(zhì)纖維上的氨基或錦綸上的酰胺基發(fā)生共價鍵結(jié)合的活性基團可溶性染料[6-7]?；钚匀玖暇哂袃?yōu)良的濕牢度和勻染性能，而且色澤鮮艷，已成為纖維素纖維紡織物染色和印花的一類十分重要的染料[8]。

木材染料上染率的受多種因素影響，例如染料種類和染液構(gòu)成、木材樹種和構(gòu)造、浸染工藝因素等[9-13]。本研究選用兩種活性染料浸染大青楊單板，并就影響單板浸染上染率的主要工藝因素（濃度、時間、溫度）進行試驗研究，以期為確定活性染料浸染大青楊單板的最佳染色工藝條件提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

1) 試材：大青楊(Populus ussuriensis Kom)，氣干密度0.406 g/cm3，單板尺寸為 60 mm×80 mm×2 mm。

2) 染料：活性艷紅KD-8B、活性黃K-RN，購自北京廣春染料廠。

3) 儀器：電熱恒溫水浴鍋、多光源分光測色計、紫外-可見分光光度計 UV-2501PC。

1.2 試驗方法

1.2.1 試件制作

將大青楊木段刨切成厚2 mm的單板，裁剪成60 mm×80 mm的試件，經(jīng)雙氧水漂白預(yù)處理、水洗及自然干燥，含水率控制在12%。

1.2.2 試驗設(shè)計

本試驗選用活性艷紅KD-8B、活性黃K-RN，這兩種染料都屬于中高溫型染料[9]。根據(jù)預(yù)試驗數(shù)據(jù)，參考相關(guān)文獻[4,10]，設(shè)計不同浸染工藝條件（見表1）。

表1 影響上染率因素的試驗設(shè)計Table 1 Design of experimental factors affecting dye uptake rate of poplar veneer

1.2.3 染色條件對上染率的影響

采用SPSS 22.0統(tǒng)計學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進行處理，計數(shù)資料以“±s”表示，采用x2/t檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

(1)染液濃度對上染率的影響 稱取一定質(zhì)量的活性艷紅KD-8B和活性黃K-RN，用蒸餾水配制成6種濃度（0.05%、0.10%、0.20%、0.40%、0.80%、1.00%）的染液各500 mL。從各濃度染液中量取4 mL，稀釋100倍后至400 mL，測量各染液染色前的吸光度。然后各取450 mL染液倒入不同燒杯，每個燒杯中裝入1組（5片）大青楊單板，壓實后，染液升溫至80℃，保溫4 h，染色。染色后取出單板，將各個燒杯的染液加蒸餾水至450mL，再各取4mL染液，稀釋100倍后至400mL，測量各個燒杯染液染色后的吸光度。

(2)染色時間對上染率的影響

依上述方法，配制濃度為0.4%的活性艷紅KD-8B、活性黃K-RN染液，測量染液染色前吸光度。然后各取450 mL染液倒入不同的燒杯中，每燒杯裝入1組（5片）大青楊單板，壓實后，將各染色組待染液升溫至80℃，分別保溫2、3、4、5和6 h，染色。染色后取出單板，將各個燒杯染液加蒸餾水至450 mL，定容，再各取4 mL染液，稀釋100倍后至400 mL，測量各個燒杯染液染色后的吸光度。

(3)染色溫度對上染率的影響

按照上述方法配制成活性艷紅KD-8B、活性黃K-RN染液，測量染液染色前的吸光度。然后各取450 mL染液倒入不同燒杯中，每個燒杯裝入1組（5片）大青楊單板，壓實，各染色組在染液分別升溫至50、60、70、80、90和95℃時，保溫4 h。染色后取出單板，各燒杯液液加蒸餾水至450 mL，定容，再各取4 mL染液，稀釋100倍后至400 mL，測量各染液染色后的吸光度。

1.2.4 上染率的測定計算

式（1）中，Ct為上染率；A0為染液染色前吸光度；A1為染液染色后吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 染色前后染液吸光度的測定結(jié)果

試驗測得活性艷紅KD-8B、活性黃K-RN兩種染料的最大吸收波長λmax分別510 nm、390 nm。不同染色工藝的染液染色前后吸光度及上染率見表2、表3、表4。

表2 不同染液濃度大青楊單板的上染率Table 2 Effects of different dyestuff concentrations on dye up-take rate of poplar veneer

2.2 染液濃度對上染率的影響

以染液濃度為橫坐標(biāo)，上染率為縱坐標(biāo)，繪制上染率曲線（見圖1）。不同染液濃度對楊木單板上染率有顯著的影響，上染率隨染液濃度增加而明顯上升。當(dāng)染液濃度上升到0.4%時，活性艷紅染色單板的上染率為增加到18.22%，活性黃染色單板的上染率上升到23.37%。隨著染液濃度繼續(xù)上升，上染率有所下降，當(dāng)濃度達到1%時，活性艷紅染色單板上染率上升到15.46%，活性黃染色單板的上染率上升到21.97%。提高濃度后，染液內(nèi)染料分子的數(shù)量增加，與木材纖維接觸的幾率變大。當(dāng)濃度增大到一定程度，單板對染料的吸附達到平衡狀態(tài)[12]，單板對染液的絕對吸附量穩(wěn)定后，繼續(xù)上升濃度會導(dǎo)致染料分子聚集，擴散速度漸慢，上染率降低。

表3 不同染色時間大青楊單板的上染率Table 3 Effects of different dyeing time on dye up-take rate of poplar veneer

表4 不同染色溫度大青楊單板的上染率Table 4 Effects of different dyeing temperature on dye uptake rate of poplar veneer

圖1 染液濃度單板上染率的影響Fig.1 Effects of dyestuff concentration on dye up-take rate

2.3 染色時間對的上染率影響

以染色時間為橫坐標(biāo)，上染率為縱坐標(biāo)，畫上染率曲線，見圖2。從圖中可以看出，浸染時間對楊木單板染色的上染率影響不太顯著，隨著浸染時間的延長，染色單板的上染率有所增加，但不是很明顯?；钚渣S染色單板浸染時間由2 h增加到5 h，上染率有所增加，在5 h達到較高值24.19%；活性艷紅在浸染2～4 h后，上染率有些增加，在4 h達到最大值13.47%，時間繼續(xù)延長，則木材對染料的吸附達到平衡，時間延長反而會影響上染率，在滿足一般要求的情況下，染色4 h即可。

圖2 染色時間對單板上染率的影響Fig. 2 Effects of dyeing time on dye up-take rate

2.4 染色溫度對上染率的影響

以染色溫度為橫坐標(biāo)，上染率為縱坐標(biāo)，繪制上染率曲線（見圖3）。可以看出，染色溫度對大青楊單板上染率有一定的影響。隨著浸染溫度的提高，上染率有所增加，活性黃染色單板在95℃時達到較大值25.82%，活性艷紅染色單板在90℃時達到最大值13.30%，當(dāng)溫度升高，染料分子獲得更多能量并加快運動，增加了與木材發(fā)生碰撞的機會，形成染料與木材分子間的吸附，上染率也隨之增加。

圖3 染色溫度對上染率的影響Fig. 3 Effects of dyeing temperature on dye up-take rate

2.5 不同染料成份對上染率的影響

從圖1、圖2、圖3可以看出，不同染料對楊木染色單板的影響不同，但總體趨勢是一致的?；钚渣SK-RN染色單板的上染率都高于活性艷紅KD-8B染色單板，主要與染料結(jié)構(gòu)和分子量有關(guān)，影響染料在木材微毛細管中的滲透?；钚渣S（C27H20ClN8Na3O10S3）分子量小，較容易進入木材微毛細管中，且染色后的大青楊單板表面染色均勻，染料沒有發(fā)生聚集現(xiàn)象?；钚云G紅KD-8B（[C27H17ClN7Na3O10S3]2）是雙側(cè)型染料，分子量較大，不容易滲透，且在大青楊單板表面染色不均勻，染料有聚集現(xiàn)象，也會使活性艷紅KD-8B染色單板上染率低于活性黃K-RN染色單板。

3 結(jié) 論

（1）不同染色因素對浸染大青楊單板上染率均有影響，其中染液濃度的變化對上染率的影響較大，染色時間的影響最小。

（2）染料種類影響上染率?；钚渣S染色單板的上染率明顯高于活性艷紅染色單板，且對單板的上染性更好。

[1] 吳冠英. 整染工藝學(xué)[M]. 北京:中國紡織出版社.2003 .

[2] 陳玉和. 泡桐單板染色因素對上染率的影響[J].木材工業(yè),2001,14(1)：8-11

[3] 李春生. 楊木單板染色染料上染率研究[J]. 中國人造板.2006,11:9-13

[4] 周 宇,王金林. 楊木單板染色工藝與染料染著量的關(guān)系[J].木材工業(yè). 2006,20(4):7-9.

[5] 鄧 洪,廖齊等. 活性染料在木材染色中上染率的研究[J]. 染料與染色, 2004,41(6):358-359.

[6] 上海市印染工業(yè)公司編著.染色[M].北京：中國紡織出版社.

[7] 鄧 洪，廖 齊，劉 元. 環(huán)保型染料染色技術(shù)在楊木單板染色中的應(yīng)用[J] . 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2010，30（5）.

[8] 周 宇. I-214楊木單板染色及其光變色的規(guī)律研究[D].北京:中國林業(yè)科學(xué)研究院博士學(xué)位論文.

[9] 《最新染料使用大全》編寫組. 最新染料使用大全[M].北京:中國紡織出版社.

[10] 周 宇, 王金林. 楊木單板染色工藝與表面材色的關(guān)系[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2006 34(5):51-54

[11] 金咸穰. 整染工藝試驗[M]. 北京. 中國紡織工業(yè)出版社.1987.

[12] 陳玉和. 泡桐木材染色技術(shù)及表面活性劑作用機理的研究[D]. 哈爾濱. 東北林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文.

[13] 高喜桃. 增強楊木單板層積材生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品特性研究[J] .中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2010，30（5）.

Study on dye up-take of poplar veneer of reactive dyestuffs

LI Yan-yun1, WANG Jin-lin1, ZHOU Yu1, LI Guo-ying2

(1. Research Institute of Wood Industry, Chinese Academy of Forestry; Key Lab. of Wood Science and Technology of State Forestry Administration. Beijing 100091; 2. Inner Mongolia Forest Industry Company, Yakeshi 022150, Inner Mongolia Autonomous Region,China)

Poplar veneers were dyed by reactive red KD-8B and reactive yellow K-RN dyestuffs, and the effects of the dyestuff concentration, dyeing time and dyeing temperature on the dye-uptake rate were investigated. The results show that the dyestuff concentration was the main factor of the dyeing up-take rate and the dyeing up-take rates of reactive yellow K-RN’ were obvious higher than that of the reactive red KD-8B.

poplar veneer; dyeing；reactive dyestuff; dyeing uptake rate

S792.113

A

1673-923X(2013)04-0106-04

2012-04-28

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項：木質(zhì)品耐光性評定與檢測技術(shù)研究（200904065）

李艷云（1986-），女，河北遷安市人，碩士研究生，研究方向：木基復(fù)合材料科學(xué)與工程；E-mail：yanyunli9@163.com

周 宇，男，副研究員，從事木材科學(xué)研究；E-mail: zhouyu@caf.ac.cn

[本文輯校：吳 彬]