增強(qiáng)-染色復(fù)合改性速生楊木的研究

趙學(xué)峰

摘要：本實(shí)驗(yàn)以增強(qiáng)-染色復(fù)合改性MUF真空-加壓浸漬速生楊木，提高其物理性能，檢測耐光色牢度，結(jié)果表明：經(jīng)自制改性MUF與染料真空加壓浸漬處理，天然干燥材和窯干材抗彎強(qiáng)度分別提高22.66%和40.55%，抗壓強(qiáng)度分別提高44.18%和54.67%，密度分別提高59.18%和72.07%。復(fù)合染色劑的優(yōu)化工藝是以木材處理方法為缺氧高溫處理，真空時間為40min，加壓時間為4.5h，固含量為20%。

關(guān)鍵詞：速生楊木;MUF浸漬增強(qiáng)染色工藝;物理性能;色牢度

Abstract：In this study， of fast-growing poplar wood impregnated by reinforced-dyeing compound modified MUF through vacuum-pressure treatment to improve its physical properties and test the color fastness to light. The results showed that under strengthening-dyeing-combined of poplar wood， MOE of natural dried specimens and kiln dried specimens increased by 22.66% and 40.55%， the compressive strength increased by 44.18% and 54.67%， and the density increased by 59.18% and 72.07%， respectively. The optimized process is that using anoxic high temperature treated wood under condition of the vacuum time is 40min， the pressurization time is 4.5h， and the solid content is 20%.

Keywords： fast-growing poplar; MUF impregnation and dyeing process; physical properties; color fastness

隨著我國禁止天然林采伐和國際木材價格上升，人工林資源越來越得到重視，且發(fā)展迅速。而我國森林面積的36%為人工林，占全國森林資源儲蓄量的17%，占世界人工林總面積的1/4。人工林生長快，價格低，具有大規(guī)模生產(chǎn)高附加值復(fù)合材的潛能。然而，人工林木材密度小、強(qiáng)度低、尺寸穩(wěn)定性差、易腐朽，生產(chǎn)當(dāng)中產(chǎn)生諸多問題。浸漬和染色是木材改性的重要途徑。通過浸漬處理可以提高楊木的密度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等性能。本研究以人工林速生楊木為研究對象，采用自制抵低甲醛水溶性樹脂型改性劑MUF與酸性染料制的增強(qiáng)-染色改性劑通過真空加壓浸漬處理，探討不同配方MUF浸漬液對楊木力學(xué)性能、耐光色牢度的影響。

1? 材料與方法

1.1? 材料

主要材料：速生大青楊（Populus ussurien.sis）：缺氧高溫處理材，窯干材、天然干燥材、素材，購自敦化市林業(yè)局。自制改性三聚氰胺脲醛樹脂，染料：酸性大紅G，酸性湖藍(lán)D購自北京廣春染料廠。

1.2? 儀器

主要儀器設(shè)備見表1。

1.3? 方法

1.3.1 三聚氰胺改性脲醛樹脂（MUF）膠的制備

增強(qiáng)-染色復(fù)合改性劑的調(diào)制：向裝有攪拌器、溫度計、冷凝器和滴液漏斗的四口燒瓶中加入37%甲醛誰溶液，用10%氫氧化鈉誰溶液調(diào)PH=8～9。加入三聚氰胺，攪拌下升溫60℃，控溫至60℃～65℃，待三聚氰胺完全溶解后，保溫反應(yīng)至有沉淀產(chǎn)生，繼續(xù)反應(yīng)60min。加入甲醇和過氧化氫，反應(yīng)60min后降溫至40～50℃，用硫酸調(diào)PH=2～3，反應(yīng)至物料全部溶解后在保溫30min。用10%的氫氧化鈉調(diào)PH=8～9，升溫60℃，減壓蒸餾出過量甲醇，加入去離子水稀釋產(chǎn)物至60%，過濾得水溶性樹脂型增強(qiáng)改性劑MUF，檢測其粘度適合做實(shí)驗(yàn)的改性劑。

1.3.2 浸漬處理

將染料混入改性樹脂稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、30%、40%（黏度為15mPa.s、30mPa.s、40mPa.s）的樹脂溶液，采用真空（-0.1MPa，時間30min、40min、50min）→吸藥→卸真空→加壓（1.0MPa，時間1.5h、3.0h、4.5h）→卸壓工藝分別對人工林楊木進(jìn)行真空加壓浸漬處理，得到改性材，將浸漬處理后的試件進(jìn)行人工干燥，調(diào)制含水率10%，再用平板硫化機(jī)壓制厚度為20mm。

1.3.3? 測試與分析

1.3.3.1 物理力學(xué)性能分析

根據(jù) GB /T 1936. 1—2009《木材抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)方法》、GB /T 1936. 2—2009《木材 抗彎彈性模量測定方法》、GB /T 1935—2009《木材順紋抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法》、等標(biāo)準(zhǔn)，檢測其抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、抗壓強(qiáng)度，使用剖面密度儀試測定木材的剖密度。

1.3.3.2 耐光色牢度測定

采用ATLAS氙燈光老化機(jī)，進(jìn)行50h的紫外光照射試驗(yàn)，通過CM-2500C色彩色差儀，分別測定氙燈光照射前后的材色參數(shù)（亮度（L*）、紅綠指數(shù)（a* ）和黃藍(lán)指數(shù)（b*）），計算光照前后的變化量，即：明度差（?L*）、紅綠指數(shù)差（ ?a*）、黃藍(lán)指數(shù)差（?b*）和總色差（?E*）;每片測5個點(diǎn)，取統(tǒng)計平均值。采用MG-268光澤度儀，分別測定氙燈光照射前后的光澤參數(shù)，采用20°，60°，85°三種測量方式，測量點(diǎn)大小分別為20°：10mm×10 mm;60°：9mm×15mm;85°：5mm×38mm，測量范圍分別為20°：0.0～2，000GU;60°：0.0～1，000 GU;85°：0.0～160 GU（單位GU），計算光照前后的光澤度差。

2? 結(jié)果與分析

2.1物理力學(xué)性能

楊木素材、缺氧高溫處理材、天然干燥材、窯干材的基本物理力學(xué)性能見表2。與未處理材相比，天然干燥材和窯干材抗彎強(qiáng)度分別提高22.66%和40.55%，抗壓強(qiáng)度分別提高44.18%和54.67%，抗彎彈性模量提高36.90%和63.10%。天然干燥材和窯干材與未處理材相比，密度分別提高59.18%和72.07%，而最大表密度分別達(dá)到1.261 g/cm和1.351 g/cm。窯干材比缺氧高溫處理材提高效果更明顯。

2.2耐光色牢度

2.1 對木材材色指數(shù)數(shù)據(jù)分析

如果?L*為正，說明試件明度變淺，反之，說明試件變深。如果Δa*為正，說明試件紅增加（或者綠減少），反之，說明試件綠增加（或者紅減少）。如果Δb*為正，說明試件黃增加（或者藍(lán)減少），反之，說明試件藍(lán)增加（或者黃減少）。L*，a*，b*顏色差異還可以用?E*表示，?E*被定義為樣品的總色差，但不能表示出色差的偏移方向，?E*數(shù)值越大，說明色差越大。

試件的材色指數(shù)經(jīng)9組不同水平因素處理后變化明顯，如表3所示，9組試件的明度差值?L*都是正數(shù)，表明楊木試件氙燈光老化后的明度有所上升，試件紅綠指數(shù)差值Δa*都是負(fù)數(shù)，表明楊木試件經(jīng)過氙燈光老化后紅色減少，9 組楊木試件的黃藍(lán)指數(shù)差值Δb*除二組和九組都是正值，表明楊木試件經(jīng)過氙燈光老化后大部分藍(lán)色減少，復(fù)合改性楊木經(jīng)過氙燈光老化總色差?E*均在20 NBS以下，和表4中空白對照組比較，復(fù)合改性處理?xiàng)钅镜纳钭兓黠@降低，提高了楊木的耐光色牢度。

在表4中對比水染組和空白組可發(fā)現(xiàn)，在木材處理方法相同的情況下，經(jīng)過水染的木材色差變化降低明顯;相同木材處理方法條件下，經(jīng)過刷漆處理的試件比不經(jīng)過刷漆處理的試件色差變化程度小;同樣經(jīng)過刷漆處理的水染組和空白組分別對比發(fā)現(xiàn)，水染與刷漆處理共同作用下色差變化相較于空白組下降非常明顯，可知水染處理和刷漆處理對提高木材耐光色牢度作用明顯。

注：人——木材處理方法為窯干燥

自——木材處理方法為天然干燥

碳——木材處理方法為缺氧高溫處理

水——木材經(jīng)過水染處理

白——除木材處理方法外其他因素為空白對照

漆——木材經(jīng)過刷漆處理，保留一層漆膜

2.2對木材光澤指數(shù)數(shù)據(jù)分析

國家對材料光澤測定角度沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但普遍采用60°，本實(shí)驗(yàn)分析也以60°為準(zhǔn)，但對20°及80°的測量結(jié)果仍有記錄。復(fù)合改性材的光澤性能經(jīng)9組不同水平因素處理后，光澤指數(shù)變化明顯，如表5所示，9 組復(fù)合改性材的光澤指數(shù)差?60°均為負(fù)值，表明復(fù)合改性楊木經(jīng)過氙燈光老化的光澤均有下降，和表6中空白對照組比較，復(fù)合改性處理?xiàng)钅镜墓鉂纱蠓冉档?，處理改性后反而降低了楊木的耐光色牢度?/p>

注：人——木材處理方法為窯干燥

自——木材處理方法為天然干燥

碳——木材處理方法為缺氧高溫處理

水——木材經(jīng)過水染處理

白——除木材處理方法外其他因素為空白對照

漆——木材經(jīng)過刷漆處理，保留一層漆膜

由表6中對比水染組和空白組可發(fā)現(xiàn)，在木材處理方法相同的情況下，窯干和缺氧高溫處理的試件水染組光澤提升不如空白組明顯，天然干燥的試件水染組和空白組基本沒有差距;水染組窯干和天然干燥經(jīng)過刷漆處理的試件比未刷漆處理的試件光澤略有降低，而缺氧高溫處理的試件無明顯變化;空白組窯干和自然干燥經(jīng)過刷漆處理的試件比未刷漆處理的試件光澤提高明顯，而缺氧高溫處理的試件無明顯變化;對比經(jīng)過刷漆處理的水染組和空白組發(fā)現(xiàn)，水染組的光澤比空白組普遍較低。

3 結(jié) 論

經(jīng)自制改性MUF與染料真空加壓浸漬處理，對人工林速生楊木進(jìn)行改性，結(jié)果表明;天然干燥材和窯干材抗彎強(qiáng)度分別提高22.66%和40.55%，抗壓強(qiáng)度分別提高44.18%和54.67%，密度分別提高59.18%和72.07%。四因素對復(fù)合改性楊木材色參數(shù) L*、ΔE*的影響從主到次依次為：木材處理方法>真空時間>加壓時間>固含量;對材色參數(shù) a*的影響從主到次依次為：木材處理方法>加壓時間>真空時間>固含量;對材色參數(shù) b*的影響從主到次依次為：加壓時間>木材處理方法>固含量>真空時間。若以總色差ΔE*為評價指標(biāo)，則復(fù)合染色劑的優(yōu)化工藝為木材處理方法為缺氧高溫處理，真空時間為40min，加壓時間為4.5h，固含量為20%。由水染組和空白組的光澤指數(shù)變化數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，在不同木材處理方法條件下，水染處理和刷漆處理對試件光澤指數(shù)變化有一定規(guī)律可循，可將木材處理方法、水染處理和刷漆處理作為正交實(shí)驗(yàn)的水平因素做一次不同方向的耐光色牢度的研究。

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