酸性和活性染料染色单板颜色耐光性比较

李景梅，于洪亮

（1.丹东市林业局，辽宁丹东118000；2.辽宁省森林经营研究所，辽宁丹东118003）

酸性和活性染料染色单板颜色耐光性比较

李景梅1，于洪亮2

（1.丹东市林业局，辽宁丹东118000；2.辽宁省森林经营研究所，辽宁丹东118003）

以椴木单板为研究对象，采用酸性染料和活性染料作为染色剂进行染色处理，并对染色处理后两种染料染色单板的颜色耐光性能进行比较分析，结果表明：单板活性染料染色最优工艺为：染料浓度0.5%、NaCl浓度1.5%、温度75℃；酸性染料染色最佳工艺为：染料浓度0.2%、NaCl浓度1.5%、温度70℃；活性染料染色单板的颜色耐光性能比酸性染料染色单板优异。

酸性染料；活性染料；耐光性；色差

木材染色是改善木材视觉特性的一个重要方面。由于大量速生人工林木材使用染色处理，从而解决了木材工业上原料短缺和价格昂贵的问题，越来越受到市场和消费者的青睐。

染色后的木材常因长期的光照而变色或褪色，这是因为木材内的木素和染料经紫外光照射后，吸收了紫外线的能量；在氧气的参与下，这些能量使木材和染料发生激发并进而发生光物理及光化学分解，从而破坏了其发色体系。染色单板的颜色耐光性就是指染色单板在阳光或其他光线的照射作用下，染料分子脱落、氧化或分解，使染色单板表面褪色的程度。颜色的耐光性在很大程度上可以表征染色单板的色牢固性，也是染料对木材上染性能中重要的一项。因此，研究染色单板的颜色耐光性具有重要的意义。本研究采用染色单板紫外线老化前后色差的变化，即色差的差值作为评价其颜色耐光性的量化指标[1]。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

椴木单板，厚度1.0 mm，购自辽宁丹东。

活性染色药剂：活性艳红X-3B、渗透剂JFC、NaCl、Na2CO3[2]。

酸性染色药剂：酸性大红GR、乙酸、渗透剂JFC、NaCl。

1.2 试验设备

NF333型全自动分光光度计；QUV/spray型紫外线老化仪；430型全自动恒温水浴锅；TU-1800PC型紫外光分光光度计。

1.3 试件制作

按尺寸80 mm×60 mm裁制试件，用砂纸清洁表面。选取纹理均匀、无严重缺陷的试件编号，用作试验用材。

1.4 试验方法

1.4.1 单板活性染色

取椴木单板5张，选取适当的因素水平，对可能影响单板活性染料染色的工艺参数，如染料浓度、温度、均染剂浓度等逐一进行单因素染色处理，并根据文献资料确定渗透剂JFC浓度为0.1%、染色时间为60 min、固色时间为30 min、浴比为10∶1、Na2CO3浓度为1%[3-4]。此外选取染料浓度1.5%、NaCl浓度1%和温度80℃作为各自单因素试验时的基础试验参数（例如做染料浓度单因素试验时，NaCl浓度和温度就选取1%和80℃，其余类推）。将染料、渗透剂JFC、一半剂量的食盐（NaCl）和蒸馏水均匀混合成染色液，倒入用于染色处理的大烧杯中。用滴管取出5 mL染色液，并将其用蒸馏水稀释到800 mL，取出50 mL保存，用于上染率的测定。将试样装入不锈钢试样笼(确保试样之间留有空隙)浸入到盛有染色液的大烧杯中；将烧杯放入恒温水浴锅中加热，室温入染。加热过程中，对染液不断进行搅拌，使其充分流动；当达到染色温度后开始计时，50 min后加入另一半食盐；当达到染色时间时，加入纯碱进行恒温固色处理，30 min后，关闭水浴锅，取出烧杯。将染色单板取出用蒸馏水反复清洗至清洗液无色为止，然后晾干保存；将清洗液和染色剩余染液混合，并将其定容至染色前染液体积，用滴管取出5 mL，用蒸馏水稀释到800 mL，取出50 mL保存，用于上染率的测定。具体试验安排见表1。

表1 单板活性染色参数

1.4.2 单板酸性染色

试验方法与上文活性染料染色基本相同（区别在于酸性染料染色不需固色处理，乙酸、均染剂等一次性加入），对可能影响单板活性染料染色的工艺参数，如染料浓度、温度、均染剂浓度等逐一进行单因素染色处理，其余工艺参数为：渗透剂JFC浓度为0.1%、染色时间为90 min、浴比为10:1、乙酸浓度为2%。留存用作上染率测定的染液方法与活性染色相同。具体的试验安排见表2。

表2 单板酸性染色参数

1.4.3 上染率测定

上染率是指染到木材上的染料质量与染色处理中所使用的染料质量的比率，这是评价木材染色效果的一项很重要的性能指标。本文使用TU-1800PC型紫外光分光光度计，分别测量染色前保存的50 mL染液稀释液和染色后保存的50 mL混合液稀释液的吸光度。通过对比其前后的吸光度变化计算上染率，计算公式为：

其中：（DD）：DD（%）为上染率；A0为染色处理前染液的吸光度；A1为染色处理后染液的吸光度。

1.4.4 紫外线照射及颜色耐光性比较

从使用酸性和活性染料染色最佳工艺染色而成的两组单板中，各抽取2张，放入紫外线老化仪中进行紫外线照射10 h；使用全自动分光光度计测量其表面色差，计算紫外线老化前后其表面色差的差值，分析其颜色的耐光性。

2 结果与分析

2.1 活性染色工艺确定

2.1.1 活性染料浓度对上染率的影响

图1为不同活性染料浓度对单板上染率的影响。由图1可知，随活性染料浓度增大，单板上染率呈下降趋势。主要是因为染料浓度达到一定量时，单板对染料分子的吸附达到了饱和，随后单板的上染率并不能随着染料浓度上升无限的上升，其提高的幅度要远小于染液中染料量的增加，从而导致上染率大幅下降。

图1 不同染料浓度对上染率的影响

2.1.2 NaCl浓度对上染率的影响

图2显示，随NaCl浓度增大，单板上染率开始时变化不大，但浓度达1.5%时达到峰值，之后随浓度增大，上染率下降。这是因为单板在中性染液中带负电荷，而活性染料分子也带负电荷，两者由于库仑斥力而相互排斥；加入NaCl后，染液中增加了钠离子和氯离子，钠离子可以对纤维表面的负电荷产生遮蔽作用，有效提高染料分子接近纤维表面的机会，提高上染率。但NaCl浓度过高，会导致染料在溶液中发生聚集和沉淀，而且在固色过程中，由于大量氯离子的存在会阻碍染料分子与纤维的亲和取代反应，致使上染率降低。

图2 不同NaCl浓度对上染率的影响

2.1.3 温度对上染率的影响

由图3可知，随温度的上升，单板上染率上升，在75℃处达到峰值，之后逐步下降并趋于稳定。这是因为随着温度的升高，染料分子获得较大能量克服库仑力，增加与单板接触形成分子间作用力的机会。同时，温度升高可显著降低染料的聚集程度，提高染料分子的扩散性能。但温度不能过高，高温会导致吸附在单板上的染料分子能量过大，增大单板对染料分子的吸附力，阻塞染液流入通道，阻碍染液渗透，上染率反而会降低。

通过以上分析可知，椴木单板活性染料染色最优工艺为：染料浓度0.5%、NaCl浓度1.5%、温度75℃。

图3 不同温度对上染率的影响

2.2 酸性染色工艺确定

由图4-a可知，随着染料浓度的增加，单板染色上染率呈下降趋势，因此染料浓度为0.2%时，单板的上染率最高。同时由图4-b可知，随着NaCl浓度的上升，上染率逐渐升高，在浓度为1.5%处达到峰值，之后呈下降趋势。温度对上染率的影响主要表现为随着温度的升高，上染率开始时保持平稳，在70℃处出现峰值，之后呈下降趋势(图4-c)。NaCl对酸性染料染色的作用原因与活性染料染色基本一致，但由于酸性染料属于阴离子染料，因此NaCl的遮蔽效果较活性染料效果更好，促染、均染效果更佳。通过以上分析可知，椴木单板酸性染料染色最佳工艺为：染料浓度0.2%、NaCl浓度1.5%、温度70℃。

图4 染料浓度、NaCl浓度和温度对上染率的影响

2.3 颜色耐光性比较

紫外线老化处理后，用肉眼观察单板，发现它们的颜色变化并不明显，需进一步用仪器测量进行分析。酸性和活性染料染色的单板经过紫外线照射后，其表面的色差值见表3。

表3 紫外线照射后单板的色差变化

由表3可知，酸性和活性染料染色的单板经过紫外线照射后，其表面的色差值都有不同程度的下降。但是活性染料染色的单板，色差下降幅度要明显小于酸性染料，表明活性染料染色的单板，其颜色的耐光性要好于酸性染料。

3 结论与讨论

通过对染色单板颜色耐光性的研究，发现活性染料染色的单板，其颜色的耐光性要优于酸性染料染色单板。这是因为活性染料的上染是与木材组分发生了化学反应，它们之间是共价键结合[5]，避免了活性染料在光物理作用下发生脱落而使单板褪色，而且这种化学反应一定程度上改变了木材组分的结构，增强了其耐光性；另外，活性染料自身化学结构的耐光性也优于酸性染料。活性染料染色的最优工艺为：染料浓度0.5%、NaCl浓度1.5%、温度75℃。

［1］樱川智史.木材の染色と光变色防止［J］.木材工业（日），1996，（3）：102-106.

［2］Ppg Ind Inc.木材着色剂：WO 9520631［专，英］，1995，8.3.20p；C09D 15/00.

［3］中山弘明.生产染色单板的方法［M］.日公开特许，昭1985，60-81320.

［4］陈玉和，陆仁，郑睿，等.泡桐单板染色工艺参数的遴选［J］.东北林业大学学报，2002，30（1）：10-12.

［5］廖齐，刘元.活性染料的杨木单板染色工艺［J］.木材工业，2005，19（4）：39-41.

（责任编辑：董莉莉）

Color lightfastness comparison between veneers dyed by reactive dyes and acid dyes

LI Jingmei1,YU Hongliang2
（1.Dandong Forestry Bureau,Dandong 118000,China;2.Forest Management Research Institute of Liaoning Province,Dandong 118003,China）

In this study,basswood veneer was taken as study object,and was treated by acid dye and reactive dye.Color lightfastness comparison was carried out between veneers stained by two kinds of dyes.The results showed:the optimal dying technique for reactive dyestuff was:dyestuff concentration 0.5%,NaCl concentration 1.5%,temperature 75℃;the optimal dying technique for acid dyestuff was:dyestuff concentration 0.2%,NaCl concentration 1.5%,temperature 70℃; Color lightfastness of veneer stained by reactive dyestuff was better than that of acid dyestuff.

acid dyestuff;reactive dyestuff;lightfastness;chromatic aberration

TS652

A

1001-1714（2017）03-0012-04

2017-02-07

李景梅（1967-），女，高级工程师，主要从事木材加工利用研究。E-mail:qinjian1234@sina.com