竹材活性染料染色工艺初探

王 纯，李贤军，王 燕，贺 霞，刘 元，程曦依，李 芸

(中南林业科技大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004)

竹材活性染料染色工艺初探

王 纯，李贤军，王 燕，贺 霞，刘 元，程曦依，李 芸

(中南林业科技大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004)

以碱处理后的碾压疏解竹束为原材料，对其进行染色处理，系统研究了染色浴比、促染剂浓度及染色时间对竹材活性染料染色效果的影响规律，获得了优化的竹材染色工艺，研究结果表明：1)浴比、促染剂及染色时间均对染色效果有明显影响，其中促染剂浓度对其影响最大。2)随着浴比升高，竹材上染率及固色率呈下降趋势，最大下降幅度超过20％；随着促染剂浓度的增加，竹束上染率及固色率逐渐上升，其中上染率最大提高38.6％，固色率最大提高29.2％，到达60g/L时基本趋于稳定；随着染色时间的延长，竹材上染率和固色率均呈增加趋势，当染色时间超过2h后，竹材上染率和固色率基本保持恒定。 3)较优的竹材活性染料染色处理工艺条件为：浴比1∶20，促染剂浓度为60g/L，处理时间为2h。

竹材；活性染料；染色工艺；上染率；固色率

我国是世界上最大的竹制品出口国，无论是产品的质量和数量，还是企业的规模和技术条件等方面均居世界领先水平。由于竹材具有成材周期短，强度高，韧性优良以及可再生性强等优点[1]，已经逐渐发展成为时下非常理想的代木材料。但竹材由于颜色单一，纹理变化少，致使其装饰效果欠佳。因此，利用现代技术对竹材进行染色和重组处理，赋予竹制品丰富的色彩和多变的纹理特征，是拓展竹材应用领域，提高竹材产品附加值的重要技术手段。近年来，国内众多学者在竹材染色领域开展了较为系统的研究，比如林金国等对福建产毛竹的切片进行了染色和显微观察，阐明了酸性橙、直接兰、碱性绿对竹材各种细胞的染色性，揭示了竹材的染色机理[2]。但现有竹材染色基本都是采用酸性染料进行染色处理，酸性染料染色存在色牢度差、固色率低和色彩鲜艳度欠缺的缺陷。活性染料是上世纪50年代研制出来的一种较为新型的染料，其和一般水溶性染料最大的不同之处是具有一个(或两个)可与纤维素、半纤维素等反应形成共价键的活性基，因此活性染料在一定的条件下可与纤维素等反应形成稳定的化学键而固着在材料上[3]，由于其具有价格低、色谱全、来源广、渗透性和化学稳定性好[4-5]等优点，现在已经被广泛应用于服装染整行业，但其在竹材染色领域的研究和应用还是空白。鉴于其潜在的巨大优势和在服装染整行业的成功应用，本文拟对竹材活性染料染色工艺进行研究，以期为竹材的工业化染色处理提供参考和借鉴。

1 材料与方法

1.1 材 料

1)试材取自益阳桃花江3～4年生的楠竹，经去青去黄后碾压疏解加工成100mm无节竹束，用2.1％的NaOH在100℃温度下对其预处理2h，最后干燥至含水率10％以下备用。

2)染料为B型活性染料，与蒸馏水混合配制成质量分数为0.1％的染液备用。

3)化学试剂包括助染剂Na2SO4，固色剂Na2CO3和活性染料专用皂洗剂D-8600。

1.2 试验仪器与设备

723型紫外分光光度计(上海光谱仪器有限公司)，数显恒温水浴锅。

1.3 试验方法与步骤

本试验参照GB/T2391-2003《活性染料的吸色率和固色率的测定方法》中的相关规定对竹材进行常压下染色，分别以浴比，即竹材对染液质量比(1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40)，促染剂Na2SO4浓度(0、20、30、40、50、60、70、80g/L)和时间(0.5、1、2、3、4、5、6h)进行单因素设计做4组重复试验，并要求每次加入的竹束质量偏差不超过0.1g。用烧杯取适当质量分数为0.1％的染液，置于恒温水浴锅中加热，待染液温度升至60℃，将助染剂Na2SO4一次加入，搅拌均匀后，将经稀碱和双氧水处理后的干燥竹束也称量加入染液，温度维持在60℃染色处理一段时间后再称取30g/L的固色剂Na2CO3固色30min，简单水洗后取出试件并收集染色残液和水洗液。另外，取1g/L的皂洗剂和15g/L的Na2CO3配成一定量溶液置于烧杯中，并于恒温水浴锅中加热至95℃，将沥干后的染色试件加入皂洗液中震荡处理30min，取出试件，再用95℃蒸馏水进行水洗，并收集皂洗残液和水洗液。

1.4 染色效果评定指标

竹材上染率是指上染到竹束的染料量(包括与竹材纤维键合的和未键合的染料)占染色前染液中染料总量的百分比，是评价染色性能的一个重要指标[6]。本试验采用分光光度法(染色残液法)来测定竹材染色上染率。将收集的染色残液和水洗液合并，与标准染液稀释相同的倍数后，用紫外分光光度计在染液的最大吸收波长处分别测出染色残液和标准染液的吸光光度值A1和A0，上染率：E(％)=(1-A1/A0)×100％。

竹材固色率是表示除去浮色后固着在到纤维上的染料量的一个特性指标，以染色所用染料总量为基准，纤维上固着的染料量与投入染浴的染料总量之比。其原理是将竹材上未固着的水解染料洗涤，然后通过标准皂液与皂煮残液的光密度值计算试样在竹材上的固色率。将收集的皂洗残液和水洗液合并，与标准皂液稀释相同的倍数后，用紫外分光光度计在皂液液的最大吸收波长处分别测出皂洗残液和标准皂液的吸光光度值D1和D0，再用下列公式计算固色率：F(％)=E-D1/D0×100％。

2 结果与分析

2.1 浴比对竹材上染率和固色率的影响

图1表示了浴比对竹材上染率和固色率的影响规律。从图中可以看出，随着浴比的提高，竹材活性染料染色上染率和固色率整体呈现降低趋势，当浴比由1∶20增加到1∶40时，竹材上染率和固色率分别由55.2％降低到30.6％和34.0％降低到12.0％，最大降幅分别达24.6％、22％。这是因为随着浴比的增加，单位质量的染液里浸泡的竹材就越少，竹材对染料的吸附量减少，同时染料与竹纤维的结合量也越小；以染色所用染料总量为基准，染料与竹纤维的结合量也越小，纤维上固着的染料量与投入染浴的染料总量之比自然也将随之降低。但在自信水平为95％水平上的方差分析表明，在本研究的取值范围内，浴比的变化对竹材上染率和固色率的影响不显著。

2.2 促染剂浓度对竹材上染率和固色率的影响

活性染料在与竹材纤维素等进行共价结合的过程中，还容易与溶液当中的介质，特别是水溶液发生水解等反应，导致生成不能与竹材纤维发生结合的水解染料等，固色百分率大大降低，因而在活性染料染色领域，染料的利用率一般仅为50％～80％。目前已成为活性染料染色的一个首要问题[7]。

图1 浴比对竹材染色上染率和固色率的影响Fig 1 Effects of liquor ratio on dyeing rate and fi xation rate of bamboo wood with reactive dyes

从图2可以看出，促染剂浓度对竹材活性染料染色上染率影响显著。随着浓度的增加，竹材上染率呈现出先增加，后趋于稳定的趋势。在促染剂浓度为20～60g/L的范围内，，随着促染剂浓度的增加，竹材上染率显著增加，其增加幅度可达38.6％，方差分析也证明了促染剂浓度对竹材上染率的影响显著(F=0.05)；当促染剂浓度达到60g/L后，促染剂浓度的增加竹材上染率的影响不明显。其主要原因是染液中的活性染料和竹材纤维均显电负性，这样就会因为库仑力的存在而影响二者之间的相互结合，促染剂Na2SO4的加入，引进了带正电的Na+，能够对竹材纤维的负电荷产生一定的遮蔽作用，从而提高活性染料分子与木材纤维素吸附和结合的几率，促进上染率的增加[8]。但是，当溶液中Na+达到一定量后，对上染率的影响将越来越接近一种动态平衡。

从图2中还可以看出，促染剂浓度对竹材固色率的影响显著。当促染剂浓度由20g/L增加到60g/L时，竹材的固色率由8.9％增加到37.3％，提高幅度可达28.4％，方差分析也证明了促染剂浓度对竹材固色率的影响显著(F=0.05)；当固色剂浓度达到60g/L后，竹材固色率基本保持恒定状态，即固色剂的增加不能有效提高竹材固色率。出现这种现象的原因在于适当的Na+能够促进染料分子与竹材纤维之间的共价键结合，从而提高染料在竹材上的固着。当然，在固色过程中，大量的SO42-可能会阻碍活性染料分子与竹材纤维素的亲和取代反应，反而使上染率降低[9]。因此，在实际生产中，可以将优选Na2SO4浓度为60g/L。

图2 促染剂浓度对竹材染色上染率和固色率的影响Fig 2 Effects of Na2SO4 concentrations on dyeing rate and fi xation rate of bamboo wood with reactive dyes

2.3 染色时间对竹材上染率和固色率的影响

图3 表示了染色时间对竹材上染率和固色率的影响规律。从图中可以看出，随着染色时间的延长，竹材固色率和染色率呈现出先增加后趋于稳定的整体变化趋势。当处理染色时间在0.5～2.0h以内时，染色时间对竹材固色率和染色率的影响非常显著(F=0.05)，其提高幅度分别可达21.2％和21.2％。当染色时间介于2.0～6.0h小时之间时，竹材固色率和染色率基本保持恒定，其值分别在43.5％～47.3％和20.7％～27.4％之间变化，变化幅度小于7％。

图3 染色时间对竹材上染率的影响Fig 3 Effects of time on dyeing rate and fi xation rate of bamboo with reactive dyes

3 结 论

本研究采用活性染料对碾压疏解竹束进行染色处理，较系统地研究浴比、促染剂浓度及染色时间对竹材活性染料染色效果的影响规律，获得了优化的竹材染色工艺，研究结果表明：(1)染色浴比、促染剂及染色时间均对染色效果有明显影响，其中促染剂浓度对其影响最大；(2)随着浴比升高，竹材活性染料上染率及固色率呈下降趋势，最大下降量均达到20％以上；随着促染剂浓度的增加，竹束活性染料染色上染率及固色率逐渐上升，上染率提高38.6％，固色率提高29.2％，到达60g/L时基本趋于稳定；在2h以内的染色时间里，随着时间的延长，染色效果越来越好，上染率和固色率均能提高20％以上，在处理2h基本趋于稳定。(3)较优的竹材活性染料染色处理工艺条件为：浴比1∶20，促染剂浓度为60g/L，处理时间为2h。

[1] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志[M].北京:科学出版社,1996.

[2] 林金国,胡淑宜,邓邵平.福建5种重要木竹材细胞染色性能的研究[J].福建林学院学报,1998,18(2):126-128.

[3] 章 杰.现代活性染料技术发展[J].印染,2004,(2):37-42.

[4] 王菊生.染整工艺原理(第三册)[M].北京:纺织工业出版社,1984.

[5] 邓 洪,廖 齐,胡云楚.活性染料在木材染色中上染率的研究[J].染料与染色,2004,(6):358-359.

[6] 中华人民共和国化学工业部.GB/T 2391-2003活性染料的吸色率和固色率的测定方法[S].北京:中国标准出版社,2003.

[7] 刘晓健.杨木和水曲柳单板仿珍染色的研究[D].哈尔滨:东北林业大学,2011.

[8] 赵 涛.染整工艺学教程[M].北京:中国纺织出版社,2005:94-95.

[9] 孙德林,刘文金,郝景新,等.微波辅助染色对竹片染色效果的影响[J].中南林业科技大学学报,2012,32(1):75-78.

[10] 张南南,袁光明,陈 超.水基纳米碳酸钙表面改性及其对杉木的增强效应[J].中南林业科技大学学报,2012,32(1):79-82,99.

[11] 张新荔,吴义强,胡云楚,等.人造板用反应型硅酸钠胶黏剂制备与性能研究[J].中南林业科技大学学报,2012,32(1):83-87.

[12] 陈玉和,陆仁书,李宗然.泡桐单板染色因素对上染率的影[J].木材工业,2000,14(1):8-11.

Research on dyeing process of bamboo wood with reactive dyes

WANG Chun,LI Xian-jun,WANG Yan,HE Xia,LIU Yuan,CHENG Xi-yi,LI Yun
(School of Materials Science &Engineering,Central South University of Forestry &Technology,Changsha 410004,Hunan,China)

The crushed bamboo bundles which were pre-treated with dilute alkali were used as raw materials and then treated with reactive dyes,the influences of liquor ratio,Na2SO4concentration and duration time on the dyeing effects of reactive dyes dyeing bamboo were studied and an optimized dyeing condition for bamboo bundles was obtained.The results show that(1)the increased liquor ration,Na2SO4concentration and duration time improved the dye uptake and fi xation rate,among which the Na2SO4concentration was the most in fl uential.(2)With the increasing of liquor ratio,the dyeing rate and fi xation rate both decreased and dropped more than 20％;as the Na2SO4concentration increasing,the dyeing rate and fi xation rate rose gradually and the uptake rate increased by 38.6％,fi xation rate increased by 29.2％,then got the stabilization when it was 60g/L;With the treatment time to be prolong,the dyeing effect was better within 2 hours and the dyeing rate and fi xation rate were improved more than 20％,and two indexes basically stabilized after 2 hours;(3)The most satisfactory bamboo dyeing process with reactive dyes could be obtained under the following treating conditions:the liquor ratio liquor ratio 1∶20,Na2SO4concentration 60g/L and processing time 2 hours,respectively.

bamboo wood;reactive dyes;dyeing process;dyeing rate;fixation rate

S795；S718.43

A

1673-923X(2015)03-0117-03

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.03.023

2014-01-10

湖南省科技重大专项“湖南省竹材深加工关键技术研究与示范”(2011FJ1006)；中南林业科技大学研究生科技创新基金资助项目“竹材活性染料染色技术研究”(CX2013B09)

王 纯，硕士研究生

李贤军，教授，博士生导师；E-mail：lxjmu@163.com

王 纯,李贤军,王 燕,等.竹材活性染料染色工艺初探[J].中南林业科技大学学报,2015,35(3):117-119,128.

[本文编校：吴 毅]