楊木染色上染率的研究及染色工藝探索

孟祥鵬 ， 時蘭翠*， 趙 秀

(1.黑龍江省木材科學研究所，黑龍江 哈爾濱 150081；2.國家林業(yè)局制材研究實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081)

?

楊木染色上染率的研究及染色工藝探索

孟祥鵬1，2， 時蘭翠1，2*， 趙 秀1，2

(1.黑龍江省木材科學研究所，黑龍江 哈爾濱 150081；2.國家林業(yè)局制材研究實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081)

采用酸性大紅3R、酸性黑ATT、堿性大紅、直接大紅4支染料，對楊木單板進行染色，以探討染色時間、染色溫度及染料對單板上染性的影響。結果表明：染色時間越長，上染率越大；染色溫度越高，上染率越大；染料對木材單板的上染率與染料的上染能力密切相關，本實驗所采用的4支染料上染率從大到小順序依次為堿性紅、直接紅、酸性黑、酸性紅。

楊木染色；上染率；染色時間；染液溫度

木材染色是染料與木材發(fā)生化學或物理化學反應、使木材具有一定牢固色澤的加工過程，是提高木材表面質量、改善木材視覺特性和提高木材附加值的重要手段。木材染色后的表面色度明顯高于內部，部分染料堆積在木材表面并未形成上染，染色木材表面未形成上染的染料很容易流失；而且染液中也殘留部分染料，染料的上染性及其影響因素與上染率密切相關。此外，對木材進行染色等處理時處理液在木材內部的滲入深度、浸漬量對上染率均有重要影響。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

(1)試材：人工林楊木，旋切單板，規(guī)格110 mm×80 mm×2 mm，單板含水率8%～14%，分為未漂白單板和漂白單板兩種(漂白條件為雙氧水加熱漂白，雙氧水濃度為3%，80 ℃漂白40 min)。

(2)染料：酸性大紅3R、酸性黑ATT、堿性大紅、直接大紅，天津津沽染料廠生產。

(3)助劑：硫酸，濃度95%～98%，化學純，北京北化精細化學品有限責任公司生產。

(4)試驗儀器：電子分析天平，酸度計，電熱恒溫水浴箱，紫外-可見光譜儀。

1.2 試驗方法

1.2.1 楊木單板漂白

木材漂白是將木材中的發(fā)色基團、助色基團，以及與著色相關的組成成分，經漂白劑的氧化、還原、降解破壞，達到脫色的目的。本研究采用的是過氧化氫加熱漂白，過氧化氫濃度3%，溫度80 ℃浸漬漂白40 min。過氧化氫的漂白機理是過氧化氫分解，生成自由基HOO·、O-、HO2-進攻色素共軛體系，參與氧化漂白，改變發(fā)色基團的結構和數(shù)量，從而達到消色的效果。

1.2.2 楊木單板染色

本研究中采用熱浸染法對楊木單板進行染色，熱浸染法不僅可獲得較高的上染率和滲透性，而且還具有良好的勻染效果，是目前木材染色中最常用的方法。

本試驗根據(jù)強酸性染料和單板染色的特點，采用熱浸染法對楊木未漂白和漂白兩種單板分別進行浸漬染色。首先將4支不同染料分別配制成0.05%～1%不同濃度的染料溶液，染前用硫酸調整染液的pH值至3.5～3.6，按照浴比1∶7(木材∶染液)的比例將單板放入染液中，試驗中用水皆為蒸餾水。

2 試驗結果與分析

本研究采用測定染色殘液和單板洗液中染料量的方法，得到染色后實際存留在單板上的染料量，即存留染料量=染色前染液中染料總量-殘液中染料量-洗液中染料量。將染色后的單板從染液中取出放入定量蒸餾水中，充分清洗以去除表面浮色，所得溶液即為洗液；秤取染色殘液的質量，然后取出部分殘液，用容量瓶稀釋；測定洗液和殘液的吸光度，根據(jù)此前得到的關系曲線，計算出洗液和殘液中的染料量。

2.1 染色時間對染料上染率的影響

染色時間對染料上染率的影響如表1、表2及圖1所示。

表1 染色時間對染料上染率影響的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

時間/h樣本數(shù)求和平均方差酸性大紅1646 467 741 802658 989 830 994661 1510 1912 88直接大紅16149 0924 8514 3826171 8528 641 3946173 1228 853 28堿性大紅16226 7637 798 6026229 3538 232 9046243 840 635 96酸性黑ATT1674 9612 490 372682 3513 730 924684 1214 022 32

表2 染色時間對染料上染率影響的方差分析

差異源SSdfMSFP酸性大紅組間20 959210 4792 0060 169組內78 351155 223總計99 31017直接大紅組間60 948230 4744 8000 024組內95 230156 349總計156 17817堿性大紅組間28 104214 0522 4140 123組內87 314155 821總計115 41817酸性黑ATT組間7 86923 9353 2660 066組內18 072151 205總計25 94117

注：P為顯著性水平，P<0.05影響顯著，P<0.01影響非常顯著，P>0.05影響不顯著

由表2可知，染色時間對直接大紅染料的上染率影響顯著，對其他3支染料的上染率影響均不顯著。

圖1 染色時間對染料上染率的影響

從圖1可以看出，各染料上染率均隨時間的延長而增加，但增加幅度隨著時間的延長而減緩，說明經過一段時間后染料的上染率會逐漸趨于一個穩(wěn)定值。酸性大紅染料和酸性黑ATT染料在1 h的上染率僅為7.74%和12.49%，說明這兩種染料的滲透吸附性較差，而經過4 h后則分別達10.19%和14.02%，均有一定程度的增長；而堿性大紅和直接大紅則附著的較快，在1 h就分別達到了37.79%和24.85%，說明這兩種染料的滲透吸附性較好，其后也均有一定程度的增長，而且直接大紅上染率具有比較明顯的增長；各染料上染率和時間均有比較明顯的線性規(guī)律。

2.2 染色溫度對染料上染率的影響

染色溫度對染料上染率的影響如表3、表4及圖2所示。

表3 染色溫度對染料上染率影響的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

溫度/℃樣本數(shù)求和平均方差酸性紅30645 797 631 0360655 419 241 5490665 8710 9810 25直接紅306153 9925 6710 30606170 3028 381 46906168 4628 0814 01堿性紅306222 5737 101 02606238 0539 684 33906237 7239 6213 21酸性黑30675 2512 540 5060682 7613 791 1890683 6413 942 03

表4 染色溫度對染料上染率影響的方差分析

差異源SSdfMSFP-value酸性紅組間33 620216 8103 9330 042組內64 107154 274總計97 72717直接紅組間26 599213 3001 5480 245組內128 836158 589總計155 43517堿性紅組間26 070213 0352 1080 156組內92 755156 184總計118 82517酸性黑組間7 08723 5442 8690 088組內18 529151 235總計25 61617

注：P為顯著性水平，P<0.05影響顯著，P<0.01影響非常顯著，P>0.05影響不顯著

由表4可知，染色溫度對酸性大紅上染率的影響顯著，對其他3支染料上染率的影響均不顯著。

圖2 染色溫度對染料上染率的影響

從圖2可以看出，各染料上染率均隨溫度的升高而增加，但增加幅度隨著溫度的上升而減緩，說明經過一段時間后染料的上染率會逐漸趨于一個穩(wěn)定值。酸性大紅染料和酸性黑ATT染料在30 ℃的上染率僅為7.63%和12.54%，說明這兩種染料的滲透吸附性在低溫時較差，而在90 ℃時則達10.98%和13.49%，均有一定程度的增長，而且酸性大紅上染率具有比較明顯的增長；而堿性大紅和直接大紅在30 ℃時就分別達到了37.10%和25.67%，說明這兩種在低溫時就已經具有了較好的滲透吸附性，而且其后均有一定程度的增長；各染料上染率和時間均有比較明顯的線性規(guī)律。

3 結論

通過大量的試驗確定楊木染色的最佳工藝條件為：時間4 h，溫度90 ℃，染液濃度在0.1%～0.5%范圍內為宜。最終選取染液濃度0.5%，對楊木單板進行真空處理，并加入均染劑氯化鈉(NaCl)和助染劑無水碳酸鈉(Na2CO3)進行染色實驗，得到的上染率為酸性大紅21.83%、直接大紅35.56%、堿性大紅46.23%，酸性黑ATT 24.68%。對楊木單板進行真空處理并加入助劑后，上染率均有明顯提高。

通過對染料在楊木各化學成分和組織結構中的滲透性、上染性，染色時間、染色溫度對上染性影響的研究，可得到以下結論。

(1)采用測定染色殘液和單板洗液吸光度的方法，可以準確地得出單板上染料的上染率，從而確定染料的上染性。

(2)染色時間對直接大紅染料上染率的影響顯著，對其他3支染料上染率的影響均不顯著；各染料上染率和時間均有比較明顯的線性規(guī)律，染色時間越長，上染率越大。

(3)染色溫度對酸性大紅上染率的影響顯著，對其他3支染料上染率的影響均不顯著；各染料上染率和時間均有比較明顯的線性規(guī)律，染色溫度越高，上染率越大。

(4)染料對木材單板的上染率與其上染能力直接相關，本研究所采用的4支染料上染率從大到小依次為堿性大紅、直接大紅、酸性黑ATT、酸性大紅，其中直接大紅的勻染性不好。

(5)楊木單板染色的最佳工藝為：時間4 h，溫度90 ℃，染液濃度0.1%～0.5%為宜，最終選取染液濃度0.5%進行了染色實驗，得到的上染率為酸性大紅21.83%，直接大紅35.56%，堿性大紅46.23%，酸性黑ATT 24.68%。

[1] 趙廣杰.木材中染料水溶液的滲透過程[J].東北林業(yè)大學學報，1993，21(5)：54-59.

[2] 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)科學研究院，2003.

[3] 基太村洋子(日).木材の染色研究[J].木材協(xié)會誌，1985(58).

[4] 孫世國.分光光度法測定混合酸性染料溶液中各染料濃度[J].印染助劑，13(2)：32-35.

[5] 鮑甫成，趙有科，呂建雄.杉木和馬尾松木材滲透性與微細結構的關系研究[J].北京林業(yè)大學學報，2003，25(1)：1-5.

[6] 于洪亮.殼聚糖預處理樺木單板對酸性染料染色效果的影響[J].林業(yè)機械與木工設備，2017，45(4)：43-45.

[7] 姜貴全，任世學，丁志剛.麥草堿木質素三甲基季銨鹽對酸性染料溶液的絮凝性能影響[J].森林工程，2012，28(4)：55-60.

(責任編輯 張雅芳)

·展會信息·

格雷康新產品在漢諾威木工機械展展出

2017年5月22～26日漢諾威木工機械展LIGNA在德國盛大開幕，格雷康以占地面積兩百多平方米的超強陣勢迎接這場全球最大最專業(yè)的木工機械展，整個展臺設計以中纖板為主打結構，顯示了格雷康在人造板行業(yè)中的親和地位。

本次大展，格雷康主打產品仍是火花探測熄滅系統(tǒng)，現(xiàn)場配合管道、探頭、噴水等演示了火花進入管道后如何被快速探測和熄除，新研發(fā)的多種火花和溫度探測裝置展示在最顯眼的位置。

同時，格雷康針對人造板在線厚度測量系統(tǒng)、鼓泡檢測系統(tǒng)、表面質量檢測系統(tǒng)所做的技術更新，尤其是檢測測量精度的大幅度提高，在展會上也以實物展示給了客戶，以適應業(yè)內用戶的重點需求。

與此同時，格雷康還重點推出了用于人造板生產、玻璃工業(yè)和硬化車間中的壓機火焰探測熄滅裝置Flamewolf，其可應對已發(fā)生的大火；同臺展示的另一超實用超高精產品乃是用于人造板行業(yè)的在線鋪裝優(yōu)化檢測系統(tǒng)Formator，其對降低物料和生產成本、改善板材質量有重大作用；另外，我們Ipac品牌還推出了用于表面裝飾紙板的顏色比對系統(tǒng)，其滿足了廣大做裝飾紙用戶的強烈需求。

更多最新信息，請直接聯(lián)系我們。

格雷康自動檢測控制設備(上海)有限公司

地址：上海市浦東新區(qū)金橋出口加工區(qū)金滬路1151號5樓(201206)

電話：+86(0)21 50317099/7299 傳真：+86(0)21 50317330

郵箱：sales@grecon-china.con 網(wǎng)址：www.grecon-china.com

Research on Dye Uptake of Poplar Dyeing and Exploration of Dyeing Process

MENG Xiang-peng1，2， SHI Lan-cui1，2*， ZHAO Xiu1，2

(1.Heilongjiang Institute of Wood Science，Harbin Heilongjiang 150081，China；2.Laboratory of Lumber Research，State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang 150081，China)

Acid red 3R，acid black and alkaline bright red and direct red are applied in the dyeing of poplar veneer，and the dye uptake and influence on the dyeability of dye solution concentration and dyeing time are discussed in this study.The results show that the longer the dyeing time，the higher the dye uptake；the higher the dyeing temperature，the higher the dye uptake；the dye is closely related to the dyeability of veneer and the dyeing ability of dyes.The dye uptake of the 4 dyes used in the experiment is alkaline red，direct red，acid black，and acid red from big to small.

poplar dyeing；dye uptake；dyeing time；dye temperature

2017-04-19

孟祥鵬(1987-)，男(滿族)，黑龍江哈爾濱人，研究實習員，工程碩士，主要從事木材加工技術的研究，E-mail：52425086@qq.com。

*通訊作者：時蘭翠(1983-)，女，助理研究員，主要從事木材加工技術的研究，E-mail：18966027@qq.com。

TS612

A

2095-2953(2017)08-0038-04

研究與設計