杨木染色上染率的研究及染色工艺探索

孟祥鹏 ， 时兰翠*， 赵 秀

(1.黑龙江省木材科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150081；2.国家林业局制材研究实验室，黑龙江 哈尔滨 150081)



杨木染色上染率的研究及染色工艺探索

孟祥鹏1，2， 时兰翠1，2*， 赵 秀1，2

(1.黑龙江省木材科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150081；2.国家林业局制材研究实验室，黑龙江 哈尔滨 150081)

采用酸性大红3R、酸性黑ATT、碱性大红、直接大红4支染料，对杨木单板进行染色，以探讨染色时间、染色温度及染料对单板上染性的影响。结果表明：染色时间越长，上染率越大；染色温度越高，上染率越大；染料对木材单板的上染率与染料的上染能力密切相关，本实验所采用的4支染料上染率从大到小顺序依次为碱性红、直接红、酸性黑、酸性红。

杨木染色；上染率；染色时间；染液温度

木材染色是染料与木材发生化学或物理化学反应、使木材具有一定牢固色泽的加工过程，是提高木材表面质量、改善木材视觉特性和提高木材附加值的重要手段。木材染色后的表面色度明显高于内部，部分染料堆积在木材表面并未形成上染，染色木材表面未形成上染的染料很容易流失；而且染液中也残留部分染料，染料的上染性及其影响因素与上染率密切相关。此外，对木材进行染色等处理时处理液在木材内部的渗入深度、浸渍量对上染率均有重要影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

(1)试材：人工林杨木，旋切单板，规格110 mm×80 mm×2 mm，单板含水率8%～14%，分为未漂白单板和漂白单板两种(漂白条件为双氧水加热漂白，双氧水浓度为3%，80 ℃漂白40 min)。

(2)染料：酸性大红3R、酸性黑ATT、碱性大红、直接大红，天津津沽染料厂生产。

(3)助剂：硫酸，浓度95%～98%，化学纯，北京北化精细化学品有限责任公司生产。

(4)试验仪器：电子分析天平，酸度计，电热恒温水浴箱，紫外-可见光谱仪。

1.2 试验方法

1.2.1 杨木单板漂白

木材漂白是将木材中的发色基团、助色基团，以及与着色相关的组成成分，经漂白剂的氧化、还原、降解破坏，达到脱色的目的。本研究采用的是过氧化氢加热漂白，过氧化氢浓度3%，温度80 ℃浸渍漂白40 min。过氧化氢的漂白机理是过氧化氢分解，生成自由基HOO·、O-、HO2-进攻色素共轭体系，参与氧化漂白，改变发色基团的结构和数量，从而达到消色的效果。

1.2.2 杨木单板染色

本研究中采用热浸染法对杨木单板进行染色，热浸染法不仅可获得较高的上染率和渗透性，而且还具有良好的匀染效果，是目前木材染色中最常用的方法。

本试验根据强酸性染料和单板染色的特点，采用热浸染法对杨木未漂白和漂白两种单板分别进行浸渍染色。首先将4支不同染料分别配制成0.05%～1%不同浓度的染料溶液，染前用硫酸调整染液的pH值至3.5～3.6，按照浴比1∶7(木材∶染液)的比例将单板放入染液中，试验中用水皆为蒸馏水。

2 试验结果与分析

本研究采用测定染色残液和单板洗液中染料量的方法，得到染色后实际存留在单板上的染料量，即存留染料量=染色前染液中染料总量-残液中染料量-洗液中染料量。将染色后的单板从染液中取出放入定量蒸馏水中，充分清洗以去除表面浮色，所得溶液即为洗液；秤取染色残液的质量，然后取出部分残液，用容量瓶稀释；测定洗液和残液的吸光度，根据此前得到的关系曲线，计算出洗液和残液中的染料量。

2.1 染色时间对染料上染率的影响

染色时间对染料上染率的影响如表1、表2及图1所示。

表1 染色时间对染料上染率影响的数据统计

时间/h样本数求和平均方差酸性大红1646 467 741 802658 989 830 994661 1510 1912 88直接大红16149 0924 8514 3826171 8528 641 3946173 1228 853 28碱性大红16226 7637 798 6026229 3538 232 9046243 840 635 96酸性黑ATT1674 9612 490 372682 3513 730 924684 1214 022 32

表2 染色时间对染料上染率影响的方差分析

差异源SSdfMSFP酸性大红组间20 959210 4792 0060 169组内78 351155 223总计99 31017直接大红组间60 948230 4744 8000 024组内95 230156 349总计156 17817碱性大红组间28 104214 0522 4140 123组内87 314155 821总计115 41817酸性黑ATT组间7 86923 9353 2660 066组内18 072151 205总计25 94117

注：P为显著性水平，P<0.05影响显著，P<0.01影响非常显著，P>0.05影响不显著

由表2可知，染色时间对直接大红染料的上染率影响显著，对其他3支染料的上染率影响均不显著。

图1 染色时间对染料上染率的影响

从图1可以看出，各染料上染率均随时间的延长而增加，但增加幅度随着时间的延长而减缓，说明经过一段时间后染料的上染率会逐渐趋于一个稳定值。酸性大红染料和酸性黑ATT染料在1 h的上染率仅为7.74%和12.49%，说明这两种染料的渗透吸附性较差，而经过4 h后则分别达10.19%和14.02%，均有一定程度的增长；而碱性大红和直接大红则附着的较快，在1 h就分别达到了37.79%和24.85%，说明这两种染料的渗透吸附性较好，其后也均有一定程度的增长，而且直接大红上染率具有比较明显的增长；各染料上染率和时间均有比较明显的线性规律。

2.2 染色温度对染料上染率的影响

染色温度对染料上染率的影响如表3、表4及图2所示。

表3 染色温度对染料上染率影响的数据统计

温度/℃样本数求和平均方差酸性红30645 797 631 0360655 419 241 5490665 8710 9810 25直接红306153 9925 6710 30606170 3028 381 46906168 4628 0814 01碱性红306222 5737 101 02606238 0539 684 33906237 7239 6213 21酸性黑30675 2512 540 5060682 7613 791 1890683 6413 942 03

表4 染色温度对染料上染率影响的方差分析

差异源SSdfMSFP-value酸性红组间33 620216 8103 9330 042组内64 107154 274总计97 72717直接红组间26 599213 3001 5480 245组内128 836158 589总计155 43517碱性红组间26 070213 0352 1080 156组内92 755156 184总计118 82517酸性黑组间7 08723 5442 8690 088组内18 529151 235总计25 61617

注：P为显著性水平，P<0.05影响显著，P<0.01影响非常显著，P>0.05影响不显著

由表4可知，染色温度对酸性大红上染率的影响显著，对其他3支染料上染率的影响均不显著。

图2 染色温度对染料上染率的影响

从图2可以看出，各染料上染率均随温度的升高而增加，但增加幅度随着温度的上升而减缓，说明经过一段时间后染料的上染率会逐渐趋于一个稳定值。酸性大红染料和酸性黑ATT染料在30 ℃的上染率仅为7.63%和12.54%，说明这两种染料的渗透吸附性在低温时较差，而在90 ℃时则达10.98%和13.49%，均有一定程度的增长，而且酸性大红上染率具有比较明显的增长；而碱性大红和直接大红在30 ℃时就分别达到了37.10%和25.67%，说明这两种在低温时就已经具有了较好的渗透吸附性，而且其后均有一定程度的增长；各染料上染率和时间均有比较明显的线性规律。

3 结论

通过大量的试验确定杨木染色的最佳工艺条件为：时间4 h，温度90 ℃，染液浓度在0.1%～0.5%范围内为宜。最终选取染液浓度0.5%，对杨木单板进行真空处理，并加入均染剂氯化钠(NaCl)和助染剂无水碳酸钠(Na2CO3)进行染色实验，得到的上染率为酸性大红21.83%、直接大红35.56%、碱性大红46.23%，酸性黑ATT 24.68%。对杨木单板进行真空处理并加入助剂后，上染率均有明显提高。

通过对染料在杨木各化学成分和组织结构中的渗透性、上染性，染色时间、染色温度对上染性影响的研究，可得到以下结论。

(1)采用测定染色残液和单板洗液吸光度的方法，可以准确地得出单板上染料的上染率，从而确定染料的上染性。

(2)染色时间对直接大红染料上染率的影响显著，对其他3支染料上染率的影响均不显著；各染料上染率和时间均有比较明显的线性规律，染色时间越长，上染率越大。

(3)染色温度对酸性大红上染率的影响显著，对其他3支染料上染率的影响均不显著；各染料上染率和时间均有比较明显的线性规律，染色温度越高，上染率越大。

(4)染料对木材单板的上染率与其上染能力直接相关，本研究所采用的4支染料上染率从大到小依次为碱性大红、直接大红、酸性黑ATT、酸性大红，其中直接大红的匀染性不好。

(5)杨木单板染色的最佳工艺为：时间4 h，温度90 ℃，染液浓度0.1%～0.5%为宜，最终选取染液浓度0.5%进行了染色实验，得到的上染率为酸性大红21.83%，直接大红35.56%，碱性大红46.23%，酸性黑ATT 24.68%。

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[2] 周宇.Ⅰ_214杨木单板染色及其光变色的规律研究[D].北京：中国林业科学研究院，2003.

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[6] 于洪亮.壳聚糖预处理桦木单板对酸性染料染色效果的影响[J].林业机械与木工设备，2017，45(4)：43-45.

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(责任编辑 张雅芳)

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格雷康新产品在汉诺威木工机械展展出

2017年5月22～26日汉诺威木工机械展LIGNA在德国盛大开幕，格雷康以占地面积两百多平方米的超强阵势迎接这场全球最大最专业的木工机械展，整个展台设计以中纤板为主打结构，显示了格雷康在人造板行业中的亲和地位。

本次大展，格雷康主打产品仍是火花探测熄灭系统，现场配合管道、探头、喷水等演示了火花进入管道后如何被快速探测和熄除，新研发的多种火花和温度探测装置展示在最显眼的位置。

同时，格雷康针对人造板在线厚度测量系统、鼓泡检测系统、表面质量检测系统所做的技术更新，尤其是检测测量精度的大幅度提高，在展会上也以实物展示给了客户，以适应业内用户的重点需求。

与此同时，格雷康还重点推出了用于人造板生产、玻璃工业和硬化车间中的压机火焰探测熄灭装置Flamewolf，其可应对已发生的大火；同台展示的另一超实用超高精产品乃是用于人造板行业的在线铺装优化检测系统Formator，其对降低物料和生产成本、改善板材质量有重大作用；另外，我们Ipac品牌还推出了用于表面装饰纸板的颜色比对系统，其满足了广大做装饰纸用户的强烈需求。

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Research on Dye Uptake of Poplar Dyeing and Exploration of Dyeing Process

MENG Xiang-peng1，2， SHI Lan-cui1，2*， ZHAO Xiu1，2

(1.Heilongjiang Institute of Wood Science，Harbin Heilongjiang 150081，China；2.Laboratory of Lumber Research，State Forestry Administration，Harbin Heilongjiang 150081，China)

Acid red 3R，acid black and alkaline bright red and direct red are applied in the dyeing of poplar veneer，and the dye uptake and influence on the dyeability of dye solution concentration and dyeing time are discussed in this study.The results show that the longer the dyeing time，the higher the dye uptake；the higher the dyeing temperature，the higher the dye uptake；the dye is closely related to the dyeability of veneer and the dyeing ability of dyes.The dye uptake of the 4 dyes used in the experiment is alkaline red，direct red，acid black，and acid red from big to small.

poplar dyeing；dye uptake；dyeing time；dye temperature

2017-04-19

孟祥鹏(1987-)，男(满族)，黑龙江哈尔滨人，研究实习员，工程硕士，主要从事木材加工技术的研究，E-mail：52425086@qq.com。

*通讯作者：时兰翠(1983-)，女，助理研究员，主要从事木材加工技术的研究，E-mail：18966027@qq.com。

TS612

A

2095-2953(2017)08-0038-04

研究与设计