木材染色的研究及發(fā)展趨勢★

李 濱 郭明輝

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

木材染色的研究及發(fā)展趨勢★

李 濱 郭明輝

(東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

木材染色，染料，發(fā)展趨勢

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對于日常生活用品的品質(zhì)要求越來越高。木制品作為人們生活中的三大材料之一自然也成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。人們對高檔木材的需求日益增加，但是由于當(dāng)前高檔木材已經(jīng)十分稀缺，國家又提出多項政策退耕還林，種種這些原因致使人們把目光轉(zhuǎn)向速生林木。當(dāng)今如何高效合理的利用速生林木已經(jīng)成為研究者們研究的重點(diǎn)。其中速生林木的仿珍利用就是一個方面。木材仿珍的內(nèi)容非常廣泛，木材染色作為木材仿珍的一個重要方面并基于它的特殊性日益受到人們的關(guān)注。

木材染色是指通過各種不同的調(diào)色技術(shù)將低等木材染成高檔木材的色澤紋理，從而提高低等木材的使用價值，以此來滿足人們對于高檔木材用品的觀賞需求。

木材染色是一個十分復(fù)雜的過程，其中包括很多物理及化學(xué)范疇的內(nèi)容，本文將通過染色過程來逐一分析并簡要介紹木材染色的一些相關(guān)知識。

1 木材預(yù)處理

預(yù)處理是木材染色的首要環(huán)節(jié)，為了提高木材染色的質(zhì)量，在染色之前需要對木材進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理歸根結(jié)底是為了通過改善木材的滲透性來提高木材的染色效果。通常情況下改善木材滲透性可以從以下幾個方面來處理。

1)較少木材內(nèi)抽提物的含量。常用的處理方法有化學(xué)法和物理法兩種。

化學(xué)法：

木材中存在著較多的樹脂酸，然而樹脂酸能與堿液發(fā)生皂化反應(yīng)生成樹脂酸鈉鹽并可溶于水。利用這一點(diǎn)可將木材中的樹脂酸去除，但是木材與堿反應(yīng)后木材本身結(jié)構(gòu)會遭到不同程度的破壞從而降低其力學(xué)性能，影響木材的使用價值，因此在使用時應(yīng)當(dāng)注意堿液的用量。常用的堿有氫氧化鈉和碳酸鈉等。

物理法：

通過有機(jī)溶劑萃取將木材中的部分有機(jī)物和樹脂酸萃取出來。常用的有機(jī)溶劑有苯、乙醇、乙醚等。這種方法不會破壞木材本身的結(jié)構(gòu)，但是污染嚴(yán)重，廢液處理比較困難。

2)減少木材中紋孔的閉塞。常用的方法有高頻真空干燥法、溶劑置換法和水浸法。

高頻真空干燥法：

在低壓的環(huán)境下，高頻轉(zhuǎn)換加熱木材，木材中的紋孔膜在保持良好剛性的情況下還能抵御水蒸發(fā)時所產(chǎn)生的很強(qiáng)的界面張力，從而減少紋孔閉塞。

溶劑置換法：

有機(jī)溶劑的表面張力比較低，當(dāng)溶劑與木材內(nèi)的水分進(jìn)行置換時，木材紋孔膜附近的張力也會很低，從而減少了紋孔閉塞。

水浸法：

木材浸泡在水中時，閉塞紋孔膜與紋孔緣之間的氫鍵被打開，紋孔膜經(jīng)過本身的彈性恢復(fù)到了原來的位置，從而減少了紋孔閉塞。

3)增加滲透通道。 常見的方法有微波干燥、高溫干燥和微生物法。

微波干燥：

當(dāng)高強(qiáng)度的微波照射木材時，木材內(nèi)的水分快速汽化并向外擴(kuò)散，此時木材內(nèi)部蒸汽壓增大，蒸汽突破細(xì)胞內(nèi)壁和細(xì)胞膜的薄弱部分從而增加了滲透通道。

高溫干燥：

高溫干燥的原理同微波干燥的原理類似，只是同微波干燥相比，高溫干燥木材容易發(fā)生變色。對于溫度的控制是高溫干燥處理木材的關(guān)鍵。

微生物法：

利用霉菌、酶菌等微生物對木材的細(xì)胞壁及紋孔膜進(jìn)行侵蝕，從而增加滲透通道。此方法耗能低污染少，但是微生物法處理的不可控因素很多，常常達(dá)不到預(yù)期效果。

2 木材染色所用的染料

木材染色常用的染料有酸性染料、直接染料、堿性染料和活性染料等。這些染料的染色原理不盡相同。酸性染料、直接染料、堿性染料主要靠分子間的范德華力和氫鍵同木材結(jié)合，而活性染料的染色原理是染料和木材之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而生成化學(xué)鍵，因此較其他染料相比活性染料同木材的結(jié)合更牢固，因為應(yīng)用也比較廣泛。

3 木材的染色方法

木材常見的染色分類方法有兩種，一種是按照染色對象分可以分為立木染色、實木染色、單板染色、碎料染色等。另一種是按照浸注方法分可以分為常壓浸注、減壓浸注和加壓浸注等。

4 影響木材染色效果的主要因素

影響木材染色效果的主要因素除了上文提到的木材的滲透性外，還有一些工藝因素也會對染色質(zhì)量造成影響，比如溫度、時間、pH值染液濃度等等。

溫度：

溫度是影響染色效果的一個重要因素。溫度太低時染液的粘度較高，滲透性差，染色效果較差。但是溫度過高時同樣會影響染液的滲透性，并且高溫會使木材本身發(fā)生水解反應(yīng)，木材的各種力學(xué)性能會明顯降低，破壞木材本身的特性。因此控制好染色的溫度尤為重要。

時間：

通常情況下染色時間越長染色效果越好，但是染色時間到達(dá)一定程度后染色效果就會變得不明顯，而且染色時間過長會對木材本身造成破壞，同時也會浪費(fèi)能源，因此需要根據(jù)實際情況并結(jié)合所染樹種的特性選擇合適的染色時間。

pH值：

pH值又是影響木材染色的另一個重要因素。特定的染料需要在特定的pH環(huán)境中進(jìn)行染色。比如酸性染料的pH值一般在4～5之間，而活性染料的pH值一般在9～10之間。

染液濃度：

染液濃度過低時，染色效果不好，但是染液濃度過高時染液的粘度會相對增大，不利于染液在木材中滲透，同時還造成了染料的浪費(fèi)，污染環(huán)境。通常情況下染液的濃度在1%左右。

5 改性助劑

為了增加染色木材的價值，常常對染色木材進(jìn)行一些改性，其中最常見的就是添加一些助劑。根據(jù)改性的內(nèi)容的不同，添加的助劑也有很多種。比如助染劑、滲透劑、耐光劑等等。

滲透劑的作用顧名思義就是增加染液的滲透性，以便于染液可以滲透到木材內(nèi)部。常用的滲透劑有平平加O、滲透劑JFC和脂肪醇等。常見的助染劑中含有一些酸類和堿類物質(zhì)，比如氨水、NH4Cl、硫酸銨、乙酸等。它們的主要作用是調(diào)節(jié)pH值。因為某些染料必須在特定的pH值環(huán)境下才能進(jìn)行染色。比如酸性染料只能在酸性條件下進(jìn)行染色。除此之外助染劑還有氯化鈉，碳酸鈉等。氯化鈉在染液中的作用主要是增加染液的電離程度，有助于染液的溶解和滲透，而碳酸鈉常常用在活性染料中作為固色階段的固色劑使用。

染色后的木材存在光穩(wěn)定性差、易褪色的問題，因此為了提高染色木材的色牢度，常常使用耐光劑。常見的耐光劑有殼聚糖、含氮化合物、聚丙二酸乙二醇脂、聚乙二醇400等等。它們耐光機(jī)理有所不同，比如殼聚糖，它是在染色木材表面形成一層薄膜來阻擋光的照射。聚乙二醇400則是因為其本身具有吸光性，能夠吸收一部分紫外線從而起到耐光的效果。

6 木材染色的發(fā)展趨勢及展望

當(dāng)今社會人們更加注重低碳節(jié)能、安全環(huán)保，因此研究人員以后的研究重點(diǎn)也應(yīng)該放在這個方面。

針對低碳節(jié)能、安全環(huán)保筆者認(rèn)為應(yīng)該注重發(fā)展以下幾個方面：

1)應(yīng)當(dāng)高效合理的利用資源。提高染色木材的利用率和耐候性是往后的一個研究重點(diǎn)。木材利用率高了，浪費(fèi)自然就會減少。提高染色后木材的耐候性，延長木材的使用壽命也是一個提高資源利用的有效途徑。

2)木材染色后剩余染色廢液是在所難免的，如何能有效地處理染色后剩余的廢液也是當(dāng)前很多研究人員關(guān)注的重點(diǎn)?，F(xiàn)在很多人們開始用菌類對染液進(jìn)行降解以達(dá)到廢水處理的目的，筆者認(rèn)為研究人員也可以從染液的循環(huán)再利用方面去找到新的突破口。

3)現(xiàn)在很多染色助劑都是重污染藥品，回收和處理都很困難。研究新型的無污染無毒害染色助劑也是當(dāng)前國內(nèi)外研究人員都非常重視的一個方面。

4)由于我國本身存在珍惜樹種缺乏的情況，因此往后很長一段時間內(nèi)的研究重點(diǎn)始終會是人工速生林的染色工藝研究。但是人工林本身存在材質(zhì)相對較差的缺陷，因此可以考慮先對人工速生林木材進(jìn)行改性，然后進(jìn)行染色，以提高染色后木材的應(yīng)用范圍和使用價值。當(dāng)然改性的過程中始終要考慮低碳環(huán)保這個主題。

5)我國現(xiàn)在很多地區(qū)都開始采用計算機(jī)配色，技術(shù)已經(jīng)成型，但是跟發(fā)達(dá)國家相比還是有很大差距的，因此利用現(xiàn)代化高精尖式的技術(shù)進(jìn)行木材的染色配色就顯得比較突出了。

總之，隨著我國科研技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究者們的不斷努力，木材染色技術(shù)在不久的將來一定會達(dá)到另一個高峰。

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Research and tendency of wood dyeing★

LI Bin GUO Ming-hui

(MaterialScienceandEngineeringTechnologyCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

By learning from literatures at home and abroad, the paper illustrates the research on the wooden dyeing and its tendency from the wood pretreatment, wooden dye, wooden dyeing method and factors affecting the wood dyeing effect, so as to provide some opinions for the research and development of the wood dyeing.

wooden dyeing, dyeing material, tendency

1009-6825(2014)11-0256-02

2014-01-26★：“木材學(xué)”，國家精品資源共享課建設(shè)項目資助

李 濱(1988- )，男，在讀碩士； 郭明輝(1964- )，女，博士，碩士博士生導(dǎo)師，教授

TS652

A

中外文獻(xiàn)，從木材預(yù)處理、木材用染料和木材染色方法及影響木材染色效果的因素等幾個方面入手，闡述了木材染色的研究及發(fā)展趨勢，旨在為木材染色方面的研究和發(fā)展提出意見。