酸性和活性染料染色單板顏色耐光性比較

李景梅，于洪亮

（1.丹東市林業(yè)局，遼寧丹東118000；2.遼寧省森林經(jīng)營(yíng)研究所，遼寧丹東118003）

酸性和活性染料染色單板顏色耐光性比較

李景梅1，于洪亮2

（1.丹東市林業(yè)局，遼寧丹東118000；2.遼寧省森林經(jīng)營(yíng)研究所，遼寧丹東118003）

以椴木單板為研究對(duì)象，采用酸性染料和活性染料作為染色劑進(jìn)行染色處理，并對(duì)染色處理后兩種染料染色單板的顏色耐光性能進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明：?jiǎn)伟寤钚匀玖先旧顑?yōu)工藝為：染料濃度0.5%、NaCl濃度1.5%、溫度75℃；酸性染料染色最佳工藝為：染料濃度0.2%、NaCl濃度1.5%、溫度70℃；活性染料染色單板的顏色耐光性能比酸性染料染色單板優(yōu)異。

酸性染料；活性染料；耐光性；色差

木材染色是改善木材視覺(jué)特性的一個(gè)重要方面。由于大量速生人工林木材使用染色處理，從而解決了木材工業(yè)上原料短缺和價(jià)格昂貴的問(wèn)題，越來(lái)越受到市場(chǎng)和消費(fèi)者的青睞。

染色后的木材常因長(zhǎng)期的光照而變色或褪色，這是因?yàn)槟静膬?nèi)的木素和染料經(jīng)紫外光照射后，吸收了紫外線的能量；在氧氣的參與下，這些能量使木材和染料發(fā)生激發(fā)并進(jìn)而發(fā)生光物理及光化學(xué)分解，從而破壞了其發(fā)色體系。染色單板的顏色耐光性就是指染色單板在陽(yáng)光或其他光線的照射作用下，染料分子脫落、氧化或分解，使染色單板表面褪色的程度。顏色的耐光性在很大程度上可以表征染色單板的色牢固性，也是染料對(duì)木材上染性能中重要的一項(xiàng)。因此，研究染色單板的顏色耐光性具有重要的意義。本研究采用染色單板紫外線老化前后色差的變化，即色差的差值作為評(píng)價(jià)其顏色耐光性的量化指標(biāo)[1]。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

椴木單板，厚度1.0 mm，購(gòu)自遼寧丹東。

活性染色藥劑：活性艷紅X-3B、滲透劑JFC、NaCl、Na2CO3[2]。

酸性染色藥劑：酸性大紅GR、乙酸、滲透劑JFC、NaCl。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

NF333型全自動(dòng)分光光度計(jì)；QUV/spray型紫外線老化儀；430型全自動(dòng)恒溫水浴鍋；TU-1800PC型紫外光分光光度計(jì)。

1.3 試件制作

按尺寸80 mm×60 mm裁制試件，用砂紙清潔表面。選取紋理均勻、無(wú)嚴(yán)重缺陷的試件編號(hào)，用作試驗(yàn)用材。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 單板活性染色

取椴木單板5張，選取適當(dāng)?shù)囊蛩厮?，?duì)可能影響單板活性染料染色的工藝參數(shù)，如染料濃度、溫度、均染劑濃度等逐一進(jìn)行單因素染色處理，并根據(jù)文獻(xiàn)資料確定滲透劑JFC濃度為0.1%、染色時(shí)間為60 min、固色時(shí)間為30 min、浴比為10∶1、Na2CO3濃度為1%[3-4]。此外選取染料濃度1.5%、NaCl濃度1%和溫度80℃作為各自單因素試驗(yàn)時(shí)的基礎(chǔ)試驗(yàn)參數(shù)（例如做染料濃度單因素試驗(yàn)時(shí)，NaCl濃度和溫度就選取1%和80℃，其余類推）。將染料、滲透劑JFC、一半劑量的食鹽（NaCl）和蒸餾水均勻混合成染色液，倒入用于染色處理的大燒杯中。用滴管取出5 mL染色液，并將其用蒸餾水稀釋到800 mL，取出50 mL保存，用于上染率的測(cè)定。將試樣裝入不銹鋼試樣籠(確保試樣之間留有空隙)浸入到盛有染色液的大燒杯中；將燒杯放入恒溫水浴鍋中加熱，室溫入染。加熱過(guò)程中，對(duì)染液不斷進(jìn)行攪拌，使其充分流動(dòng)；當(dāng)達(dá)到染色溫度后開(kāi)始計(jì)時(shí)，50 min后加入另一半食鹽；當(dāng)達(dá)到染色時(shí)間時(shí)，加入純堿進(jìn)行恒溫固色處理，30 min后，關(guān)閉水浴鍋，取出燒杯。將染色單板取出用蒸餾水反復(fù)清洗至清洗液無(wú)色為止，然后晾干保存；將清洗液和染色剩余染液混合，并將其定容至染色前染液體積，用滴管取出5 mL，用蒸餾水稀釋到800 mL，取出50 mL保存，用于上染率的測(cè)定。具體試驗(yàn)安排見(jiàn)表1。

表1 單板活性染色參數(shù)

1.4.2 單板酸性染色

試驗(yàn)方法與上文活性染料染色基本相同（區(qū)別在于酸性染料染色不需固色處理，乙酸、均染劑等一次性加入），對(duì)可能影響單板活性染料染色的工藝參數(shù)，如染料濃度、溫度、均染劑濃度等逐一進(jìn)行單因素染色處理，其余工藝參數(shù)為：滲透劑JFC濃度為0.1%、染色時(shí)間為90 min、浴比為10:1、乙酸濃度為2%。留存用作上染率測(cè)定的染液方法與活性染色相同。具體的試驗(yàn)安排見(jiàn)表2。

表2 單板酸性染色參數(shù)

1.4.3 上染率測(cè)定

上染率是指染到木材上的染料質(zhì)量與染色處理中所使用的染料質(zhì)量的比率，這是評(píng)價(jià)木材染色效果的一項(xiàng)很重要的性能指標(biāo)。本文使用TU-1800PC型紫外光分光光度計(jì)，分別測(cè)量染色前保存的50 mL染液稀釋液和染色后保存的50 mL混合液稀釋液的吸光度。通過(guò)對(duì)比其前后的吸光度變化計(jì)算上染率，計(jì)算公式為：

其中：（DD）：DD（%）為上染率；A0為染色處理前染液的吸光度；A1為染色處理后染液的吸光度。

1.4.4 紫外線照射及顏色耐光性比較

從使用酸性和活性染料染色最佳工藝染色而成的兩組單板中，各抽取2張，放入紫外線老化儀中進(jìn)行紫外線照射10 h；使用全自動(dòng)分光光度計(jì)測(cè)量其表面色差，計(jì)算紫外線老化前后其表面色差的差值，分析其顏色的耐光性。

2 結(jié)果與分析

2.1 活性染色工藝確定

2.1.1 活性染料濃度對(duì)上染率的影響

圖1為不同活性染料濃度對(duì)單板上染率的影響。由圖1可知，隨活性染料濃度增大，單板上染率呈下降趨勢(shì)。主要是因?yàn)槿玖蠞舛冗_(dá)到一定量時(shí)，單板對(duì)染料分子的吸附達(dá)到了飽和，隨后單板的上染率并不能隨著染料濃度上升無(wú)限的上升，其提高的幅度要遠(yuǎn)小于染液中染料量的增加，從而導(dǎo)致上染率大幅下降。

圖1 不同染料濃度對(duì)上染率的影響

2.1.2 NaCl濃度對(duì)上染率的影響

圖2顯示，隨NaCl濃度增大，單板上染率開(kāi)始時(shí)變化不大，但濃度達(dá)1.5%時(shí)達(dá)到峰值，之后隨濃度增大，上染率下降。這是因?yàn)閱伟逶谥行匀疽褐袔ж?fù)電荷，而活性染料分子也帶負(fù)電荷，兩者由于庫(kù)侖斥力而相互排斥；加入NaCl后，染液中增加了鈉離子和氯離子，鈉離子可以對(duì)纖維表面的負(fù)電荷產(chǎn)生遮蔽作用，有效提高染料分子接近纖維表面的機(jī)會(huì)，提高上染率。但NaCl濃度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致染料在溶液中發(fā)生聚集和沉淀，而且在固色過(guò)程中，由于大量氯離子的存在會(huì)阻礙染料分子與纖維的親和取代反應(yīng)，致使上染率降低。

圖2 不同NaCl濃度對(duì)上染率的影響

2.1.3 溫度對(duì)上染率的影響

由圖3可知，隨溫度的上升，單板上染率上升，在75℃處達(dá)到峰值，之后逐步下降并趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，染料分子獲得較大能量克服庫(kù)侖力，增加與單板接觸形成分子間作用力的機(jī)會(huì)。同時(shí)，溫度升高可顯著降低染料的聚集程度，提高染料分子的擴(kuò)散性能。但溫度不能過(guò)高，高溫會(huì)導(dǎo)致吸附在單板上的染料分子能量過(guò)大，增大單板對(duì)染料分子的吸附力，阻塞染液流入通道，阻礙染液滲透，上染率反而會(huì)降低。

通過(guò)以上分析可知，椴木單板活性染料染色最優(yōu)工藝為：染料濃度0.5%、NaCl濃度1.5%、溫度75℃。

圖3 不同溫度對(duì)上染率的影響

2.2 酸性染色工藝確定

由圖4-a可知，隨著染料濃度的增加，單板染色上染率呈下降趨勢(shì)，因此染料濃度為0.2%時(shí)，單板的上染率最高。同時(shí)由圖4-b可知，隨著NaCl濃度的上升，上染率逐漸升高，在濃度為1.5%處達(dá)到峰值，之后呈下降趨勢(shì)。溫度對(duì)上染率的影響主要表現(xiàn)為隨著溫度的升高，上染率開(kāi)始時(shí)保持平穩(wěn)，在70℃處出現(xiàn)峰值，之后呈下降趨勢(shì)(圖4-c)。NaCl對(duì)酸性染料染色的作用原因與活性染料染色基本一致，但由于酸性染料屬于陰離子染料，因此NaCl的遮蔽效果較活性染料效果更好，促染、均染效果更佳。通過(guò)以上分析可知，椴木單板酸性染料染色最佳工藝為：染料濃度0.2%、NaCl濃度1.5%、溫度70℃。

圖4 染料濃度、NaCl濃度和溫度對(duì)上染率的影響

2.3 顏色耐光性比較

紫外線老化處理后，用肉眼觀察單板，發(fā)現(xiàn)它們的顏色變化并不明顯，需進(jìn)一步用儀器測(cè)量進(jìn)行分析。酸性和活性染料染色的單板經(jīng)過(guò)紫外線照射后，其表面的色差值見(jiàn)表3。

表3 紫外線照射后單板的色差變化

由表3可知，酸性和活性染料染色的單板經(jīng)過(guò)紫外線照射后，其表面的色差值都有不同程度的下降。但是活性染料染色的單板，色差下降幅度要明顯小于酸性染料，表明活性染料染色的單板，其顏色的耐光性要好于酸性染料。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)染色單板顏色耐光性的研究，發(fā)現(xiàn)活性染料染色的單板，其顏色的耐光性要優(yōu)于酸性染料染色單板。這是因?yàn)榛钚匀玖系纳先臼桥c木材組分發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，它們之間是共價(jià)鍵結(jié)合[5]，避免了活性染料在光物理作用下發(fā)生脫落而使單板褪色，而且這種化學(xué)反應(yīng)一定程度上改變了木材組分的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了其耐光性；另外，活性染料自身化學(xué)結(jié)構(gòu)的耐光性也優(yōu)于酸性染料?；钚匀玖先旧淖顑?yōu)工藝為：染料濃度0.5%、NaCl濃度1.5%、溫度75℃。

［1］櫻川智史.木材の染色と光變色防止［J］.木材工業(yè)（日），1996，（3）：102-106.

［2］Ppg Ind Inc.木材著色劑：WO 9520631［專，英］，1995，8.3.20p；C09D 15/00.

［3］中山弘明.生產(chǎn)染色單板的方法［M］.日公開(kāi)特許，昭1985，60-81320.

［4］陳玉和，陸仁，鄭睿，等.泡桐單板染色工藝參數(shù)的遴選［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，30（1）：10-12.

［5］廖齊，劉元.活性染料的楊木單板染色工藝［J］.木材工業(yè)，2005，19（4）：39-41.

（責(zé)任編輯：董莉莉）

Color lightfastness comparison between veneers dyed by reactive dyes and acid dyes

LI Jingmei1,YU Hongliang2
（1.Dandong Forestry Bureau,Dandong 118000,China;2.Forest Management Research Institute of Liaoning Province,Dandong 118003,China）

In this study,basswood veneer was taken as study object,and was treated by acid dye and reactive dye.Color lightfastness comparison was carried out between veneers stained by two kinds of dyes.The results showed:the optimal dying technique for reactive dyestuff was:dyestuff concentration 0.5%,NaCl concentration 1.5%,temperature 75℃;the optimal dying technique for acid dyestuff was:dyestuff concentration 0.2%,NaCl concentration 1.5%,temperature 70℃; Color lightfastness of veneer stained by reactive dyestuff was better than that of acid dyestuff.

acid dyestuff;reactive dyestuff;lightfastness;chromatic aberration

TS652

A

1001-1714（2017）03-0012-04

2017-02-07

李景梅（1967-），女，高級(jí)工程師，主要從事木材加工利用研究。E-mail:qinjian1234@sina.com