楊木和椴木單板染色性能研究

王洪艷，沈馮崢，龔 正，李 琴*，袁少飛，張 建，楊思倩

（1.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 浙江省竹類研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州310023；2.浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江 臨安311300）

重組裝飾材又稱科技木，是以木質(zhì)或竹質(zhì)單板為原料，經(jīng)單板染色、施膠、模壓成型等工藝制備出的重組材料，既保留了天然木質(zhì)材料的調(diào)溫、調(diào)濕、隔熱等天然屬性，又可以模擬各種天然珍貴木材花紋，同時(shí)通過單板染色賦予其更多的色調(diào)，因此重組裝飾材在地板生產(chǎn)、家具飾面板方面得到廣泛應(yīng)用[1-6]。單板染色是重組裝飾材生產(chǎn)過程中極為重要的工藝環(huán)節(jié)，染色成敗直接影響重組裝飾材料的視覺效果[7-10]，楊木和椴木單板是目前重組裝飾材普遍使用的2 種木質(zhì)單板[9-11]，本研究采用酸性染料分別對楊木及椴木單板進(jìn)行染色，在相同的染色工藝條件下，以增質(zhì)率、上染率、色差等為評價(jià)指標(biāo)，通過掃描電鏡觀察染色前后2 種單板表面的形貌，考察酸性染料對楊木和椴木單板染色性能的影響，為重組裝飾材生產(chǎn)過程中單板染色提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 主要材料

研究材料主要為經(jīng)過漂白處理的楊木和椴木單板，厚度均約為1.5 mm，購自浙江升華云峰新材股份有限公司；酸性染料A（包括酸性大紅、酸性黃、酸性藍(lán)），市購；酸性染料B（包括酸性大紅、酸性黃、酸性藍(lán)），購自杭州下沙恒升化工有限公司；蒸餾水實(shí)驗(yàn)室自制。

1.1.2 主要設(shè)備與儀器

設(shè)備與儀器主要有日本CM-3600d 臺式分光測色儀、北京瑞利分析儀器公司生產(chǎn)的UV-2601 分光光度計(jì)、日本日立S-3400N 掃描電子顯微鏡（SEM），SEM 觀測時(shí)需對樣品進(jìn)行噴金處理。

1.2 研究方法

1.2.1 單板染色處理

酸性染料A 和B 分別按照一定比例紅（0.05 g/L）、黃（0.0036 g/L）、藍(lán)（0.1 g/L）配制染液1 L，將楊木和椴木分別浸泡在95 ℃的染液中，浸泡時(shí)間為8 h，后取出。

1.2.2 單板增質(zhì)率測試

增質(zhì)率即單板染色前后質(zhì)量變化率。單板染色前稱重W0，染色后晾置5 min 后稱重W1，計(jì)算增質(zhì)率M=（W1-W0）/ W0×100%

1.2.3 染料上染率測試

上染率即染色過程中，上染到單板的染料量與最初染浴中染料總量之比。

染色處理前配制好的染液2000 mL，100 ℃下攪拌均勻；取5 mL 染液測吸光度A0，染色后將剩余的染液加蒸餾水稀釋至2000 mL，取5 mL 染液測吸光度A1，并計(jì)算上染率C=(A0-A1)／A1×100 %。

1.2.4 單板染色前后色差測試

采用日本CM-3600d 臺式分光測色儀對染色前后的楊木和椴木單板進(jìn)行色差測試。

根據(jù)CIE L*a*b* 系統(tǒng)[13-15]，測得染色前后楊木和椴木單板試件表面明度L*、紅綠值a* 及黃藍(lán)值b*，測試時(shí)每種試件測試7 個(gè)點(diǎn)，取平均值。測試時(shí)，測試角度為10°，光源D65。

以△E* 來表征單板染色后顏色的變化情況。△E* 的計(jì)算公式如下：

式中，△L*、△a*、△b* 分別為染色前后單板試件的明度L*、紅綠值a*及黃藍(lán)值b*的差值。

1.2.5 單板染色前后表面形貌測試

日本日立S-3400N 掃描電子顯微鏡（SEM）觀察染色前后單板表面形貌變化，同時(shí)觀察染料在單板表面的分布情況。測試時(shí)采用導(dǎo)電膠對樣品粘臺，經(jīng)噴金處理后，放入樣品倉進(jìn)行觀測，測試時(shí)加速電壓為12.5 kV。

2 結(jié)果與分析

2.1 2 種染料對楊木和椴木單板增質(zhì)率的影響

2 種染料（染料A 和染料B）楊木和椴木單板增質(zhì)率如表1 和圖1所示。

表1 和圖1 顯示，楊木單板在染料A 和染料B中的增質(zhì)率分別為161.71%和113.7%，椴木單板在染料A 和染料B 中的增質(zhì)率分別為144.41%和159.29%。楊木單板在染料A 中的增質(zhì)率高于椴木單板，而在染料B 中的增質(zhì)率則低于椴木單板。增質(zhì)率表示單板染色后質(zhì)量的增加情況，增質(zhì)率越大，相應(yīng)的單板吸收的染液質(zhì)量也就越大，因此也反映單板對染料的吸收情況，本實(shí)驗(yàn)增質(zhì)率的結(jié)果表明，楊木單板對A 染料的吸收率要大于椴木單板，而椴木單板對B 染料的吸收率則要高于楊木單板。

表1 2 種染料對楊木和椴木單板增質(zhì)率結(jié)果Table 1 The mass increasing rate of the poplar and basswood veneer after dyeing

2.2 2 種染料對楊木和椴木單板上染率的影響

2 種染料在楊木和椴木單板上染率如表2所示。

從表2 和圖2 看到楊木單板在染料A 和染料B 中的上染率分別為14.41%和26.55%，椴木單板在染料A 和染料B 中的上染率分別為8.47%和34.51%。楊木單板在染料A 中的上染率高于椴木單板，而在染料B 中的上染率則低于椴木單板。單板上染率是指上染到單板上的染料量占染色前染料總量的百分比，上染率是評價(jià)染色性能的重要指標(biāo)，同增質(zhì)率一樣，上染率越大，說明板材吸附的染料越多。本實(shí)驗(yàn)中上染率的結(jié)果表明楊木單板對染料A 的吸收要高于椴木，而對染料B 的吸收則低于椴木，這一結(jié)果與前面增質(zhì)率的結(jié)果一致。

表2 2 種染料對楊木和椴木單板上染率結(jié)果Table 2 The dyeing rate of the poplar and basswood veneer

2.3 楊木和椴木單板染色前后色差分析

楊木和椴木單板染色前后色差如表3所示。

表3 楊木和椴木單板染色前后色差結(jié)果Table 3 The dyeing rate of the poplar and basswood veneer

表3 看到，經(jīng)染料A 染色后，楊木單板色差為46.43，椴木單板色差為42.75，經(jīng)染料B 染色后，楊木單板色差為37.83，椴木單板色差為52.57，經(jīng)染料A 染色后，楊木單板色差大于椴木單板，而經(jīng)染料B 染色后，楊木單板色差則小于椴木單板，這一結(jié)果與增質(zhì)率、上染率的結(jié)果一致。上染率越大，表明吸附則單板表面的染料越多，吸附在單板表面或與單板表面纖維素發(fā)生反應(yīng)的染料也就越多，覆蓋了染色前單板的表面，改變單板表面材色，單板表面材色變化越大，色差也就越大。

2.4 楊木和椴木單板染色前后表面形貌

圖3 看到未經(jīng)染色的楊木表面結(jié)構(gòu)較為疏松，椴木表面結(jié)構(gòu)比較緊密，這也是導(dǎo)致楊木密度較椴木低，強(qiáng)度不如椴木的主要原因。未染色的楊木和椴木單板表面導(dǎo)管分子分布比較均勻，結(jié)構(gòu)致密，經(jīng)染料染色后，可以看到楊木和椴木結(jié)構(gòu)均變疏松，這是由于木材細(xì)胞腔被染液分子填充所致。經(jīng)A染料染色后，楊木單板單表面結(jié)構(gòu)比椴木更疏松，這是由于楊木單板對染料A 的增質(zhì)率和上染率高于椴木單板，在楊木單板細(xì)胞內(nèi)填充的染料A 多余椴木單板。而經(jīng)B 染料染色后，椴木單板表面結(jié)構(gòu)比楊木疏松，這是因?yàn)殚材締伟鍖θ玖螧 的增質(zhì)率和上染率高于楊木單板，在椴木單板細(xì)胞內(nèi)填充的染料B 多于椴木單板。

木材染色是一個(gè)復(fù)雜的過程，與木材材質(zhì)和染料分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，本文還未對木材染色機(jī)理進(jìn)行分析，后續(xù)將展開這方面的研究。