植物染料用于木材仿真染色的探討

余春和， 楊雨桐

(1.廣西壯族自治區(qū)國有雅長林場，廣西 百色 533000；2.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530004)

木材是三大建筑材料之一，它的應(yīng)用廣泛，由于天然優(yōu)質(zhì)木材資源日趨減少，人工林木材資源的利用顯得尤為重要。然而人工林木材往往材質(zhì)疏松，顏色不均，且速生材顏色通常較淺，給人以廉價(jià)之感，使之不被人們選擇用于較為高級的場所，同時(shí)其顏色單一不均也不能滿足人們多方面的需要，價(jià)格也十分低廉。木材仿真染色能提高木材的美學(xué)價(jià)值，提升木材的質(zhì)感，增加木材的經(jīng)濟(jì)附加值。因傳統(tǒng)的紅木類珍貴木材日漸稀缺，木材仿真染色既可填充這部分市場，滿足人們的需求，又可減緩天然珍貴木材的消耗速度。

傳統(tǒng)的木材染料多為合成染料，其合成過程中產(chǎn)生的廢料多，對環(huán)境污染大，染后留存的有害物質(zhì)也難于降解，對人體會(huì)產(chǎn)生危害。而生態(tài)植物染料在制作，染色的過程中產(chǎn)生的廢料均較少，其廢料對環(huán)境的污染也較小。同時(shí)，許多植物染料能散發(fā)香氣，還有藥用保健功能，顏色也更柔和，染后木材更有質(zhì)感。但現(xiàn)階段利用植物染料染色木材的研究還較少。因此，生態(tài)植物染料染色木材有著廣闊的科研和市場前景。

1 植物染料染色木材現(xiàn)狀

我國制造紅木家具的歷史悠久，其中便有用燒酒浸泡紅木鋸屑，取浸泡液擦洗家具表面使木材顏色加深而更加美觀。但這些大都為表面染色或涂飾 ，且沒有系統(tǒng)的理論研究。對于天然染料的利用雖然古已有之，但大多是用于織物印染，用于木材染色的案例較少?，F(xiàn)階段國內(nèi)學(xué)者對木材染色與天然植物染料都做了大量研究，但利用生態(tài)植物染料染色木材的文章鮮見報(bào)端。植物染料具有性質(zhì)不均一，對纖維素纖維低親和力，上染率低，染色工藝復(fù)雜，含量少不易大量提取，成本昂貴等缺點(diǎn)，因而利用天然染料染色木材很難實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。

2 用于木材仿真染色的植物染料

天然植物染料有多種，其中一部分可用直接染色或媒染的方法與纖維素纖維結(jié)合從而對木材進(jìn)行染色，珍貴木材材色一般較深，以下為常見的木材仿真染色植物染料。

2.1 紫草

紫草(Lithospermunerythrorhizon)是一類紫草科的草本植物，用于提取色素的部分主要為紫草根莖部分。一般經(jīng)曬干或微火烘干后再用于提取色素。提取物的主要染色物質(zhì)為紫草素，通常呈現(xiàn)紫色或紫紅色，成分為萘醌衍生物[1]。紫草素亦可作藥用。一般用有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，不溶于水。提取的紫草素可使用媒染法對桉木進(jìn)行染色，染出顏色紫黑，顏色自然，類似烏木色又透出典雅紫色。

2.2 蘇木

蘇木(Caesalpiniasappan)是一種藥用植物也是一種中藥材，為豆科灌木或小喬木，蘇木的心材，是傳統(tǒng)的植物染料之一。通常呈現(xiàn)黃棕色或黃紅色，質(zhì)地堅(jiān)硬。蘇木在我國古代屬于紅色系染料，顏色呈現(xiàn)鮮紅色，主要的染色物質(zhì)為蘇木素，蘇木素被氧化之后變?yōu)樘K木精。蘇木也能與不同的煤染劑(如含有銅離子、鐵離子等金屬元素的鹽)反應(yīng)產(chǎn)生不同明度、純度的紅色甚至是黑色[2]。由蘇木染出的顏色也被進(jìn)行統(tǒng)一的分類被稱為“蘇枋色”。用蘇木對木材染色顏色呈現(xiàn)黃色偏紅，顏色鮮艷自然，類似于大多數(shù)木材心材顏色又透著橙紅。

2.3 姜黃

姜黃(Curcumalonga)是姜科植物，姜黃成熟后干燥其根莖可提取姜黃素。姜黃素可藥用也可染色，它是姜黃顯色的主要成分。姜黃素在不同PH下呈現(xiàn)不同的顏色。其在酸性條件呈黃色，對木材直接染色，用其染出的木材顏色偏向明黃[3]。在堿性環(huán)境下呈紅色。此外還有獨(dú)特香氣，有保健作用。

2.4 茶單寧

又稱茶多酚或茶鞣，純凈的茶單寧為白色晶體。顧名思義，茶單寧從茶葉中抽提而來，茶單寧使茶水具有獨(dú)特的氣味顏色和口感。它從化學(xué)成分組成上講是一類多酚化合物。茶多酚的堿性氧化物可直接對木材染色，隨染液濃度變化染出顏色為黃褐色至紅褐色，茶單寧也能與鐵離子絡(luò)合，對桉木單板染出紅褐色甚至黑褐色[4]。利用茶多酚還可對松木做仿柚木染色。

2.5 葉綠素

葉綠素為鎂卟啉類化合物，其來源極其廣泛，存在于植物的綠色葉片中，植物的幼莖也可提取葉綠素。綠色是與人親和的顏色，因此用葉綠素對木材進(jìn)行染色有著很大的美學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。胡淑儀等做了葉綠素對木材染色的研究，對比了不同樹種葉片葉綠素的抽提情況，使用適宜的染色工藝，得出了對不同樹種單板染色的結(jié)果[5]。

3 植物染料用于木材仿真染色技術(shù)

3.1 植物染料的制備

植物色素可分為脂溶性和水溶性，因此應(yīng)按照染料其本身性質(zhì)用有機(jī)溶劑或水萃取，當(dāng)前也用超臨界萃取或微波輔助萃取制成染液。需要注意的是天然色素一般不太穩(wěn)定，不適宜在高溫下萃取。

3.2 木材預(yù)處理與染色助劑

植物染料對纖維素纖維的親和力不高，因此為了得到更好的染色效果，需要添加染色助劑，并對被染木材做預(yù)處理。對被染木材做預(yù)處理是為了打開木材孔道從而提高木材的滲透性，利于染料分子進(jìn)入木材孔道，完成深度染色[6]?？捎脡A處理或二氧化碳超臨界處理提高木材的滲透性。染色助劑，顧名思義，可以輔助提高木材的染色和染后效果。其中促染劑可提高染料對纖維的上染率，提高染色速率。如明礬。固色劑可提高被染木材的日曬牢度，耐濕處理牢度。常見的木材固色劑如碳酸鈉、硫酸鈉。

3.3 染色方法

利用植物染料對木材染色方法可大體分為浸漬法和媒染法，浸漬法指用將被染木材直接置于制好的天然植物染液中，可輔以加壓加熱等手段提高上染率。大部分植物染料的耐溫性都較差，且加熱時(shí)間過長被染木材會(huì)發(fā)生水解，因此一般在60 ℃下，根據(jù)植物染料的性質(zhì)與被染木材的性質(zhì)選取合適的溫度和加熱時(shí)間對木材進(jìn)行染色。媒染法指加入媒染劑與染料絡(luò)合增強(qiáng)對纖維的吸附能力從而對木材進(jìn)行染色。用于木材仿真染色的媒染劑多為金屬鹽，如茶多酚對木材染色可使用硫酸亞鐵作為媒染劑。同時(shí)，當(dāng)加入媒染劑劑量不同時(shí)，天然染料也可呈現(xiàn)與本色不同的顏色，使染色顏色更加豐富。因此在使用生態(tài)染料對木材進(jìn)行仿真染色時(shí)使用適當(dāng)?shù)拿饺緞┮约翱刂坪妹饺緞┑臐舛仁鞘种匾摹?/p>

4 植物染料用于木材仿真染色的思考

4.1 現(xiàn)存問題

天然染料用于木材仿真染色有著環(huán)保、可再生、有保健功能、節(jié)約珍貴木材等多方面優(yōu)點(diǎn)，但也存在著諸多缺點(diǎn)，首先，天然植物染料在植物內(nèi)含量不多，因而難于大量提取，且其成分復(fù)雜，不同產(chǎn)地不同年份產(chǎn)出的染料植物可能存在很大差異。不同批次染色較難統(tǒng)一。并且其染色不勻，滲透性不好導(dǎo)致染色深度不夠，一般只能用來染色薄木。植物色素一般成分不甚穩(wěn)定導(dǎo)致染色后木材容易發(fā)生光變色，不能達(dá)到生產(chǎn)生活所需的使用標(biāo)準(zhǔn)。且在仿珍貴木材的染色中，顏色難于調(diào)控。因此目前實(shí)現(xiàn)植物染料仿真染色木材的工廠化生產(chǎn)還有許多工作要做。植物染料種類豐富，成分復(fù)雜，產(chǎn)地分散。要實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，應(yīng)弄清植物染料的有效成分，做好染料植物的良種培育與批量生產(chǎn)。染料植物的采購也應(yīng)有一定規(guī)范，包括其產(chǎn)地、采收部位、收獲時(shí)期等，不同批次原料差異不應(yīng)過大。應(yīng)改進(jìn)植物染料的提取工藝，利用先進(jìn)技術(shù)如超聲萃取在環(huán)境友好的前提下做到染料產(chǎn)量最高，質(zhì)量最好，耗能最少。提取后的廢料也應(yīng)妥善安排，如造紙、作為飼料等以達(dá)到二次利用。在木材的染色中，首先應(yīng)選取滲透性相對較高的被染木材，或通過蒸煮等方式提高木材的滲透性，相對廉價(jià)的速生木材如桉木是較好的被染木材。但提高木材滲透性這一步驟不應(yīng)過度，以免其性能下降。其次應(yīng)因材制宜選擇合適的植物染料，借助合適的媒染劑，在不破壞染料有效成分的基礎(chǔ)上，輔以加溫加壓等手段使染劑得以均一進(jìn)入木材孔隙。值得注意的是，染色不僅是上色的過程，一些天然植物染料中含有黃酮類、醌類物質(zhì)能使木材具有防白蟻抗真菌的特性，這類物質(zhì)在染色中也應(yīng)得以保留。對于顏色的調(diào)配，應(yīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助下，通過選擇適宜的植物染料，調(diào)節(jié)染料濃度、染色溫度、時(shí)間等參數(shù)，多種染料混合等方式調(diào)出仿真目標(biāo)顏色，并盡量保證不同批次染色木材色彩均一，顏色相同。此外，對一些有花紋的貴重木材如紅木類的仿真中，花紋的模擬方法還需進(jìn)一步研究。在染色工作完成后，應(yīng)著力做好顏色的固定工作，如使用固色劑，表面涂膜等，使其顏色穩(wěn)定，歷久彌新，從而滿足市場需求。

4.2 發(fā)展前景

我國植物染料的利用歷史源遠(yuǎn)流長，近代工業(yè)文明興起，合成染料逐步代替了植物染料，但隨著人們生活水平的不斷提高，公眾逐漸開始意識到環(huán)保和保健的重要性，植物染料重回公眾視野，植物染料正重新走近人們身邊。植物染料與人有著天然的親和性，且環(huán)境友好，有益身心。將植物染料應(yīng)用到木材仿真染色當(dāng)中是對我國古代技藝的傳承與創(chuàng)新，在用植物染料對木材仿真染色的研究過程中，應(yīng)結(jié)合木材本身的特性選擇合適的生態(tài)染料，著重從染料植物的培育，染料的提取，木材的染色，染后的顏色固定幾個(gè)方面出發(fā)，研究生態(tài)的、以人為本的新型的植物染料染色木材技術(shù)，積累經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)可再生的綠色工業(yè)化生產(chǎn)。植物染料將會(huì)在木材仿真染色方面大有作為。

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