两种方法染色处理速生杨木单板1)

那 斌 王志鹏 孙丹丹 王志强 卢晓宁

(南京林业大学，南京，210037)

两种方法染色处理速生杨木单板1)

那 斌 王志鹏 孙丹丹 王志强 卢晓宁

(南京林业大学，南京，210037)

采用热浸法和冷压法对速生杨木单板进行染色处理，利用紫外可见分光光度计研究染液质量分数、染色时间、染色温度及助剂等因素对速生杨木单板染色效果的影响。结果表明:两种方式对速生杨木单板进行染色处理都取得了较好的上染率，而热浸法的染色效果较冷压法要好。

速生杨木单板;染色;上染率;热浸法;冷压法

随着天然优质木材日趋减少，利用国内丰富的速生杨木资源进行改性处理以替代珍贵木材的使用具有重要的现实意义。对速生杨木单板进行染色处理以模仿珍贵木材材色，同时提高其整体的强度性能，这样既缓解了珍贵木材急缺的现状，满足市场的需求，又可以提高杨木产品的附加值。

木材是一种不均质的毛细孔材料，木纤维中含有丰富的亲水性基团，如羟基(—OH)、羧基(—COOH)等。染料随水溶液通过木材毛细管通道，透过木细胞壁扩散后，沉降在纤维表面上，使得木材染色[1]。本研究采用热浸法和冷压法两种方法对速生杨木单板进行染色处理，将4种酸性染料混合进行染色。这是因为一方面酸性染料是一类含有酸性基团如磺酸钠(RSO3Na)的水溶性染料，通常在酸性水溶液中染色，其染色功能基于在酸性介质中易电离形成带负电荷的磺酸基(RSO-3)与带正电荷的被染物相吸引，而木纤维浸泡在酸性溶液中，带正电荷的氢离子很快扩散到木纤维内，中和了显负电性的(—COOH)基团，使整个木纤维带正电荷。因此，带负电荷的磺酸基与带正电荷的木纤维在亲合力的作用下相吻合，其色牢度由亲合力的大小来决定[2];而另一方面由于染料对木材的选择性吸附不同，选择性吸附强的染料在木材表面的孔的入口处附近染色，而选择性吸附弱的染料渗透到木材内部染色，因而产生色层分离谱的色差效果。可以利用这种吸附强弱不同，进行不同染料多色染色，增强染色效果。渗透性好的染料可浸润到木材内部与晚材部分，而渗透性差的染料只能渗透到木材表面和早材部分，使染色材锯切后会形成不同种颜色图案[3]。因此实验采用不同的染料混合，以达到增强染色效果的目的。研究表明可以通过测定木材的上染率来评定木材的染色效果[3]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试件:速生杨木旋切单板，取自江苏徐州丰县。单板选取的是速生杨木单板的边材无缺陷部分。并将速生杨木单板制成规格:80mm×60mm×1.5mm共18块试件。试件通过前期处理的含水率为32％。

染料:酸性大红GR、嫩黄G、酸性黑ATT和酸性橙Ⅱ4种粉末染料，其中酸性大红GR质量分数为50％，其它3种的质量分数都为100％。

助剂:均染剂元明粉(Na2SO4·10H2O)，质量分数为98％。

1.2 试验仪器设备

AF1004型电子分析天平;101A-2B型电热鼓风干燥箱;HH-2型数显恒温水浴锅;TU-1810紫外分光光度计;常用玻璃器皿。

1.3 试验方法

将4种酸性染料混合采用热浸法和冷压法对速生杨木单板进行染色，并通过设定正交试验来确实染液质量分数、染色时间、染色温度和助剂等因素对速生杨木单板上染率的影响。

1.3.1 热浸法

染色前，先对单板进行前期处理，即将单板浸入水中4h，取出后气干到含水率32％。将酸性大红GR、酸性嫩黄G、酸性黑ATT和酸性橙Ⅱ4种染料混合，其中m(酸性橙Ⅱ)∶m(酸性黑ATT)∶m(酸性嫩黄G)∶m(酸性大红GR)=14∶5∶4∶2，分别配置成不同质量分数溶液。(配置原染液时，1g染料加100mL水配置的溶液质量分数为1％)[4]。设定浴比为10。

试验选取了染液质量分数、染色时间、染色温度和助剂4个影响因素。各因素水平见表1。

染色工艺试验过程流程:前期处理→加入助剂并配置染液→测定空白溶液吸光度(A0)→试件进行染色→取出试件并冲洗↔测定残液吸光度(A1)→按R=(A0-A1)/A0计算上染率。

表1 热浸法试验因素与水平

1.3.2 冷压法

染色前，先将杨木单板放入水浴锅中恒温(90℃)抽提2h，取出后气干到含水率为32％。染色时先将单板加热，使单板中的空气和水分受热膨胀而运动加剧，然后将热单板浸渍到室温染液中，单板内部产生负压，染料溶液能够顺利渗透到内部，从而使单板染色[3]。其中混合溶液的配比和热浸法中一样。

试验采用了加热温度、加热时间、染液质量分数这3个影响因素。各因素水平见表2。

表2 冷压法试验因素与水平

染色工艺试验过程流程:前期处理90℃水中抽提2h→气干24h至含水率32％→配置染液并测定空白溶液吸光度(A0)→试件加热并进行染色→10min后取出试件并冲洗→测定残液吸光度(A1)→按R=(A0-A1)/A0计算上染率。

试验的研究方法是先设定L9(34)染色正交试验，然后利用紫外分光光度计来测定每次试验中试件的上染率。利用正交方差分析的方法研究染色工艺参数对上染率的影响，从而得出最佳的染色方案。

2 结果与分析

2.1 热浸法效果

染料的上染率与工艺因子的方差和极差分析见表3。可以看出，各因素对染色的上染率影响显著性排列为:染色时间＞助剂＞染色温度＞质量分数。第二因素染色时间的极差最大，其次是第四因素助剂和第三因素染色温度，第一因素染液质量分数最小，说明影响最小。从平均值来看，第一因素的第一水平最好，第二因素的第二水平最好，第三因素的第一水平最好，第四因素的第一水平最好。因此最佳的染色因素水平是:染色质量分数0.5％，染色时间为2h，染色温度为70℃，且不加助剂。染色效果见表4。

表3 热浸法工艺因子水平的结果

染液质量分数对上染率的影响:由表4可知，染色质量分数对上染率的影响幅度变化不大，说明染液质量分数影响不显著。

染色时间对上染率的影响:随着时间的增加，上染率上升，当染色时间为2h，上染率最大.当时间继续增加，上染率反而下降。从极差分析来看，染色时间对上染率的影响最大。这是因为速生杨木单板密度比较小且厚度较薄，其内部的空隙大，染液很快就能渗透进入材内部进行染色。当达到一定时间，染色效果最好，随后，时间的增加和染液的蒸发，降低了染色效果，影响了上染率。

表4 热浸法效果

染色温度对上染率的影响:随着温度的上升，上染率上升很快，因为提高温度使染料分子得到更大的能量，克服库仑力，增加了单板发生碰撞形成分子间范德华力的机会。同时，提高温度可显著降低染料的聚集程度，增加染料分子的扩散性能。但温度也不能过高，过高的温度使吸附在单板上的染料分子能量增加太大，加剧染料与单板的解吸，上染率反而会降低。所以70℃为比较适宜的温度[3]。

助剂对上染率的影响:助剂元明粉的加入降低上染率，由此可知助剂抑制杨木单板的染色。

由上述分析可知，热浸法对速生杨木单板进行染色的整体效果比较好，其中染色时间和染色温度对上染率的影响较显著，而染色质量分数对上染率的影响较小，助剂的加入则抑制上染率。同时酸性染料有利于速生杨木单板的染色。染色优化工艺是:染液质量分数0.5％，染色时间2h，染色温度70℃且不加助剂。

2.2 冷压法效果

染料的上染率与工艺因子的方差和极差分析见表5。可知，各因素对上染率的影响显著性排列:加热时间＞染液质量分数＞加热温度。第二因素加热时间极差最大，其次是第三因素染液质量分数，第一因素最小。从平均值看，第一因素的第一水平最好，第二因素的第三水平最好，第三因素的第三水平最好。所以最佳工艺:加热温度100℃，加热时间30min，染液质量分数1.5％。染色效果见表6。

表5 冷压法工艺因子水平的结果

表6 冷压法效果

加热温度对上染率的影响:当温度达到100℃后，上染率随着温度的升高而降低。这是因为杨木单板加热，使其内部的水分和空气运动加剧，又因为试件很薄，所以加热一段时间后单板的内外部受热均匀，当试件温度达到一致后，迅速放入常温染液中，其内部的水分和空气受膨胀排出单板内部，产生的负压很多，加速了染液的渗透。但是，温度升高到一定程度后，染料的水解速度加快，上染率反而下降[5]。

加热时间对上染率的影响:随着加热时间的增加，上染率上升。加热时间越大，单板温度越高，促使单板内部水分和空气向外迁移，遇冷后收缩，单板内部压力降低，内外压力差变大，有利于染液吸收，从而上染率上升。

染液质量分数对上染率的影响:随着染液质量分数的增大上染率呈上升趋势。因为染液质量分数增大，染液中染料分子的数量增多，冲破单板内部的库伦力和与纤维的碰撞机率也增大了，由于试验选用的质量分数较小，所以不会出现饱和的状态。但是当质量分数继续变的很大时，染料分子在水溶液中随条件不同会发生不同程度的聚集，染料的聚集体难以在单板中流动和扩散，造成细胞壁的部分纹孔阻塞，从而影响其上染率[6]。

由上述分析可知，加热时间对染色上染率影响最大，其次是染液质量分数，加热温度对上染率的影响较小，当温度达到120℃后，上染率基本保持不变。所以本试验的最佳优化工艺条件是:加热温度100℃，加热时间30分钟，染液质量分数1.5％。

采用冷压法对杨木单板染色的工艺较简单，操作方面，但是冷压法的染色效果比热浸法差。

3 结束语

采用热浸法和冷压法两种方法对速生杨木单板进行染色处理，都取得了较好的上染率，并获得了最佳染色工艺;热浸法的染色效果较冷压法要好，而冷压法的工艺更为简单。

[1] 张伟，许俊，岳孔，等.速生杨木板材的染色工艺试验[J].林业科技开发，2008，22(5):84-86.

[2] 顾丽莉，蒋丽红，赵榆林，等.酸性染料对木材进行染色实验研究[J].染料工业，2001，38(1):40-41，27.

[3] 李红.毛白杨木材染色技术研究[D].北京:北京林业大学，2005.

[4] 陈玉和，陆仁书，方桂珍.木材水溶性染料的染色技术[J].木材工业，1999，13(2):27-30.

[5] 张洋，安霞，周兆斌，等.速生杨木染色效果的色差分析[J].林业科技开发，2007，21(1):25-27.

[6] 张明龙，程良松，李年存.意大利杨和楸木染色试验研究[J].林业机械与木工设备，2006，34(6):22-24.

Dyeing Treatment of Veneer from Fast-Growing Poplar by Heat-Infusing and Cold-Pressing

/Na Bin，Wang Zhipeng，Sun Dandan，Wang Zhiqiang，Lu Xiaoning(College of Wood Science and Technology，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，P.R.China)//Journal of Northeast Forestry University.-2011，39(6).-41～43

Veneer from fast-growing poplar;Dyeing;Rate of dye uptake;Heat-infusing;Cold-pressing

TS190.2

1)江苏省自然科学基金(BK2009529)、国家自然科学基金(31070502)。

那斌，男，1971年10生，南京林业大学木材工业学院，副教授。

2010年12月6日。

责任编辑:戴芳天。

This paper deals with the dyeing treatment of the veneer from fast-growing poplar using heat-infusing and cold-pressing methods.The influences of dye-liquor concentration，dyeing time，dyeing temperature and auxiliaries on the effect of dyeing are studied using ultraviolet-visible spectrophotometer.Both of the two methods show an increased rate of dye uptake，and the effect of heat-infusing is better than that of cold-pressing.