處理工藝對楊木單板染色效果的影響

張 建，袁少飛，李 琴，沈金祥，詹先旭，楊 勇

（1.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 浙江省竹類研究重點實驗室，浙江 杭州 310023；2.德華兔寶寶裝飾新材股份有限公司，浙江 湖州 313200）

處理工藝對楊木單板染色效果的影響

張 建1，袁少飛1，李 琴1，沈金祥2，詹先旭2，楊 勇2

（1.浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 浙江省竹類研究重點實驗室，浙江 杭州 310023；2.德華兔寶寶裝飾新材股份有限公司，浙江 湖州 313200）

對1.0、1.5、2.0 mm 3種厚度楊木單板進(jìn)行不同助劑及加量、不同染液及濃度、連續(xù)染色次數(shù)等染色試驗，結(jié)果表明：酸性黃和酸性藍(lán)染料對楊木單板染色較為容易，而酸性大紅GR染料染色較為困難；固色劑和滲透劑對楊木單板染色效果影響不大，而且加入固色劑導(dǎo)致染色楊木單板可溶性鉻含量超標(biāo)；均染劑NaCl加量1%時楊木單板上染率最高；楊木單板厚度增加，染色時間延長，1.0 mm厚單板染透需5 h，1.5 mm厚單板染透需9 h，2.0 mm厚單板染透需12 h；楊木單板染色時，不同染液要選擇相應(yīng)合適的染液濃度，并且連續(xù)染色一定次數(shù)后，需及時補(bǔ)充染液，以確保染色效果。

楊木單板；染色；上染率；染透率；色差

木材染色是對普通或低質(zhì)木材高效增值利用的有效方法[1]。木材染色起源于1913年日本以苯胺紫為染料的立木染色[2]。20世紀(jì)30年代以來，日本、英國、意大利等國家的學(xué)者相繼對木材的染色進(jìn)行研究，意大利首先生產(chǎn)出染色單板，英國和意大利率先開發(fā)出仿珍貴樹種的人造薄木制造技術(shù)[1~2]。20世紀(jì)80年代末，我國開始對木材染色技術(shù)進(jìn)行研究。木材染色用染料有直接染料、酸性染料、堿性染料和天然染料四大類，生產(chǎn)上通常采用使用方便且價格適中的酸性染料，對于某些材料適當(dāng)添加固色劑和滲透劑可提高染色效果，染色方法有采用常溫常壓浸漬、真空加壓浸漬和常壓蒸煮[1~3]。作為我國人工速生材的主要樹種楊樹，因其具有生長快、質(zhì)輕易加工、色澤單一且偏白的優(yōu)點而被選為染色的首要樹種[4~5]。1997年以來，我國眾多學(xué)者對楊木單板進(jìn)行染色工藝的研究[6~11]，但基本都是對楊木單板進(jìn)行單一染液染色處理或染色后某一指標(biāo)的研究。

本研究以楊木單板和酸性染料為原料，配制多種染液，采用常壓蒸煮染色方法，綜合考慮不同助劑及加量、染液及濃度、楊木單板厚度、連續(xù)染色次數(shù)等染色條件，對楊木單板進(jìn)行系統(tǒng)的染色試驗，以上染率、染透率、色差等作為評價指標(biāo)，綜合分析各種因素對楊木單板染色效果的影響，為實際生產(chǎn)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

楊木單板長500 mm，寬160 mm，厚度分別為2.0 mm、1.5 mm、1.0 mm，宿遷市德偉木業(yè)有限公司加工；過氧化氫，分析純，濃度30%，上海申翔化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；無水碳酸鈉，分析純，純度99.8%，成都東金化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；硅酸鈉，分析純，含量 19.3% ~ 22.8%，成都市科龍化工試劑廠生產(chǎn)；染料酸性黑ATT、酸性大紅GR、酸性黃、酸性藍(lán)及滲透劑JFC，杭州下沙恒升化工有限公司生產(chǎn)；重鉻酸鉀，分析純，純度99.8%，上海申翔化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；氯化鈉，分析純，純度99.5%，上海申翔化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2 主要儀器

CM3600D色差分析儀、UV-1601型紫外可見分光光度計、THY-2030型恒溫水槽、pHS-3C數(shù)顯酸度計、DHG-9203A電熱鼓風(fēng)干燥箱、TD 20002型電子天平、KT-60木材測濕儀、0 ~ 150 mm山字牌數(shù)顯游標(biāo)卡尺。

1.3 試驗設(shè)計

首先將楊木單板進(jìn)行漂白處理，漂白工藝條件為雙氧水濃度4%、硅酸鈉加量0.5%、無水碳酸鈉加量0.3%、漂白液pH 10、溫度55℃。1.0 mm厚楊木單板漂白時間1 h，1.5 mm和2.0 mm厚楊木單板漂白時間1.5 h。染色時將漂白后的楊木單板裁成長寬均為80 mm，染液溫度90℃。單板漂白和染色時，固定浴比1：10，單板裝入不銹鋼吊籠，置于液面50 mm以下，漂白和染色后分別對楊木單板進(jìn)行冷水沖洗，在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中55℃條件下干燥至含水率12% ~ 14%。

1.3.1 不同助劑加量對楊木單板上染率的影響 對已漂白的 2.0 mm厚楊木單板進(jìn)行染色，染液的配制比例為m酸性黃：m酸性大紅GR：m酸性藍(lán)= 1.6：1.28：0.96，濃度為1%，添加不同加量的助劑，分別對楊木單板進(jìn)行染色，測定上染率，并以未加任何助劑的染液作對比試驗。重鉻酸鉀作為固色劑，加量分別為0.1%、0.2%、0.3%；均染劑采用氯化鈉，加量分別為0.5%、1.0%、1.5%；常規(guī)JFC作為滲透劑，采用0.1%、0.2%、0.3% 3種加量。基本染色條件為固色劑0.1%、均染劑加量1%、滲透劑加量0.1%、染色時間5 h?？紤]到染料中含有一定的化學(xué)成分，并且在染液中加入了各種助劑，對固色劑加量0.1%的染色楊木單板進(jìn)行重金屬含量測定。

1.3.2 不同單板厚度對楊木單板染透率的影響 試驗以酸性大紅GR染料配制染液，染液濃度1%，均染劑NaCl加量1%，對2.0、1.5、1.0 mm 3種厚度的楊木單板分別進(jìn)行染色，每隔1 h取出每種厚度楊木單板試件3塊，水洗后干燥至含水率12% ~ 14%，計算染透率，直至完全染透。

1.3.3 不同染液濃度對楊木單板染色效果的影響 本試驗主要對制造仿黑檀和仿紅櫻桃所用染液進(jìn)行濃度的篩選，配制3種染液并設(shè)計多種濃度，對1.0 mm厚楊木單板進(jìn)行染色，染色時間5 h，測試色差。染液1主體染料為酸性黑ATT，染液pH為5，均染劑NaCl加量1%，染液濃度分別為0.3%、0.4%、0.5%；染液2主體為紅色，酸性黃GR：酸性黑ATT：酸性大紅配制比例為1.67：1.00：1.33，染液pH為5，均染劑NaCl加量1%，染液濃度分別0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%；染液3主體染料為酸性黃，染液pH為5，均染劑NaCl加量1%，染液濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。

1.3.4 連續(xù)染色對楊木單板染色效果的影響 實際生產(chǎn)時，為了提高染料的利用率，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，染液需要連續(xù)染色使用，但染液中染料在一定的染色次數(shù)后染液效果會大大降低，最終會影響后續(xù)單板的染色效果，因此需要后續(xù)染色時補(bǔ)充一定的染液才能保證染色效果。試驗配制上述的仿黑檀和仿紅櫻桃兩種珍貴樹種所用的3種染液，其中染液1濃度0.4%、染液2濃度0.3%、染液3濃度0.1%，均染劑NaCl加量1%，對1 mm厚楊木單板進(jìn)行染色，每次染色時間5h，連續(xù)染色6次，每組試件6個樣，取平均值。

1.4 測定指標(biāo)和方法

1.4.1 上染率的測定 上染率是染液染色前后的ABS值變化情況。首先以酸性黃、酸性大紅GR、酸性藍(lán)為染料，各取1 g放入1 000 mL容量瓶中，分別配制1 000 mL溶液，然后取出10 mL，放入250 mL容量瓶中加蒸餾水至250 mL作為3種染料的標(biāo)準(zhǔn)溶液，用分光光度計進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度ABS值測試，得出3種染料的最大吸光度時波長值。染色前后各取染液1 mL，放入250 mL容量瓶中加蒸餾水至250 mL，分別在3種染料最大吸光度波長處測試ABS值。

1.4.2 重金屬含量的測定 參照國家標(biāo)準(zhǔn) GB 18584-2001《室內(nèi)裝飾裝修材料木家具中有害物質(zhì)限量》的規(guī)定方法測試可溶性鉛、鎘、汞、鉻4種重金屬含量。

1.4.3 染透率的測定 單板染透深度與單板厚度的百分比即為染透率。測試時，染色楊木單板四邊各裁去 20 mm，在縱向方向靠近中間處用游標(biāo)卡尺測試染透深度，計算染透率。

1.4.4 色差的測定 以色差儀的白板為基準(zhǔn)，測試染色楊木單板與白板之間的色差值，同時以所要達(dá)到的理想染色效果的色樣板材為標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行對比。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同助劑加量對楊木單板上染率的影響

通過對酸性黃、酸性大紅GR、酸性藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光值測定，得到酸性黃染料最大吸光值波長為369 nm，酸性大紅GR染料最大吸光值波長為506 nm，酸性藍(lán)染料最大吸光值波長為600 nm。不同助劑加量下楊木單板染色后的上染率情況見表1。

表1 不同助劑加量對楊木單板上染率的影響Table 1 Influence of different auxiliaries and dosage on poplar veneer dye uptake

從表1可知，楊木單板對黃色和藍(lán)色染料染色較為容易，而對紅色染料吸收較為困難。由于重鉻酸鉀本身帶有紅色，使得染液染色后的506nm波長紅色染料吸光值變大，上染率計算為負(fù)值。另外通過對照試驗發(fā)現(xiàn)，固色劑和滲透劑的加入對染色效果影響不大，因此楊木單板染色中不需加入固色劑和滲透劑，但均染劑的加入對上染率改善效果明顯，在加量為1%時，3個波長處相對于對照試驗來說，均表現(xiàn)為上染率最高。另外，參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18584-2001對染色后的楊木單板重金屬含量檢測發(fā)現(xiàn)染色后單板中的可溶性鉛、可溶性鎘、可溶性汞含量較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，但可溶性鉻含量達(dá)到了75.4 mg/kg，超過了標(biāo)準(zhǔn)要求，具體檢測結(jié)果見表2，主要是由于固色劑重鉻酸鉀的加入。

表2 重金屬含量檢測結(jié)果Table 2 Heavy metals content of veneer after dyeing

2.2 不同單板厚度對楊木單板染透率的影響

從圖1可以看出，楊木單板厚度增加，單板越難染透，染色時間越長，1.0 mm厚楊木單板染透需要5 h，1.5 mm厚楊木單板染透需要9 h，2.0 mm厚楊木單板染透要12 h；同時可發(fā)現(xiàn)，3種厚度的楊木單板在前5 h內(nèi)染色效果最為明顯，染透率增加幅度明顯，但后期染透率增加幅度平緩。這主要是前期染料易進(jìn)入到單板中間，充滿在單板表層，隨著染色時間的延長，染料越難進(jìn)入內(nèi)部，單板越厚，表現(xiàn)的更為明顯。

圖1 不同厚度單板染透率隨染色時間變化Figure 1 Effect of dyeing time on permeability rate of veneers with different thickness

2.3 不同染液濃度對楊木單板染色效果的影響

染色后單板色差與標(biāo)準(zhǔn)板色差的差異越小，說明染色效果越理想。從圖2看出，染液1和染液3的濃度對單板染色效果影響不大且都與標(biāo)準(zhǔn)板顏色相近，而染液2濃度對楊木單板染色效果有一定影響，呈現(xiàn)染液濃度增加染色效果越接近標(biāo)準(zhǔn)板顏色。結(jié)合生產(chǎn)成本因素，本試驗染液1濃度選擇0.3%，染液2濃度選擇0.3%，染液3濃度選擇0.1%。

圖2 不同濃度染液楊木單板染色效果Figure 2 Effect of different dyeing concentration on dyeing uptake of veneers

2.4 連續(xù)染色對楊木單板染色效果影響的分析

從圖 3可以看出，隨著連續(xù)染色次數(shù)的增加，3種染液染色后楊木單板與標(biāo)準(zhǔn)板之間的色差越大，說明染色效果越不理想。這主要是因為隨著連續(xù)染色次數(shù)增加，染液中染料的有效成分逐漸變少，染液連續(xù)染色一定次數(shù)后需要及時補(bǔ)充染料以保證染色效果。綜合分析，染液1在染色第6次時，染色效果明顯變差，建議第6次染色時要適當(dāng)補(bǔ)充染料；染液2和染液3在第4次染色時，染色效果變差，建議第4次染色時要適當(dāng)補(bǔ)充染料。

圖3 連續(xù)染色對楊木單板染色效果的影響Figure 3 Effect of continuous dyeing times on uptake of veneer

3 結(jié)論與建議

（1）酸性黃和酸性藍(lán)染料對楊木單板染色較為容易，而酸性大紅GR染料對楊木單板染色較為困難。均染劑NaCl加量1%時楊木單板上染率最高，而固色劑和滲透劑對楊木單板染色效果影響不大，且加入固色劑容易引起染色楊木單板可溶性鉻含量超標(biāo)，可不加入。

（2）楊木單板厚度增加，染色時間延長，越難染透；1 mm厚楊木單板染透需5 h，1.5 mm厚楊木單板染透需9 h，2 mm厚楊木單板染透需12 h。

（3）對楊木單板染色時，不同染液要選擇相應(yīng)合適的染液濃度。

（4）染液連續(xù)染色一定次數(shù)后，需及時補(bǔ)充染液，以確保楊木單板染色效果。

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Influence of Different Treatment on Dyeing Effect of Poplar Veneers

ZHANG Jian1，YUAN Shao-fei1，LI Qin1，SHEN Jin-xiang2，ZHAN Xian-xu2，YANG Yong2
（1.Zhejiang Provincial Key Lab for Bamboo Research, Zhejiang Forestry Academy, Hangzhou 310023, China; 2.Dehua TB New Decoration Material Co.Ltd., Huzhou 313200, China）

Experiment of dyeing poplar veneer with different thickness was conducted under different treatments, such as different auxiliaries and dosage, different dye and concentration, continuous dyeing times.The results showed that acid red GR was more difficult to dye poplar veneer than acid yellow and acid blue.Fixing agent and penetrant had little effect on dye uptake, and fixing agent could increase content of soluble chromium in dyed poplar veneer.Dye uptake of veneer had the best effect with 1% of NaCl.The dyeing permeability of 1mm poplar veneer needed 5 hours, that of 1.5mm 9 hours and that of 2mm 12 hours.The experiments indicated that different dye solution had different concentration, and needed to be added with different continuous dyeing times.

poplar veneer; dyeing; dye uptake; permeability ratio; color difference

S785

A

1001-3776（2014）06-0006-04

2014-05-19；

2014-10-09

浙江省省院合作林業(yè)科技項目（2007SY04）

張建（1978－），男，安徽淮北人，副研究員，博士，從事木材加工研究。