植物染料用于木材仿真染色的探讨

余春和， 杨雨桐

(1.广西壮族自治区国有雅长林场，广西 百色 533000；2.广西大学，广西 南宁 530004)

木材是三大建筑材料之一，它的应用广泛，由于天然优质木材资源日趋减少，人工林木材资源的利用显得尤为重要。然而人工林木材往往材质疏松，颜色不均，且速生材颜色通常较浅，给人以廉价之感，使之不被人们选择用于较为高级的场所，同时其颜色单一不均也不能满足人们多方面的需要，价格也十分低廉。木材仿真染色能提高木材的美学价值，提升木材的质感，增加木材的经济附加值。因传统的红木类珍贵木材日渐稀缺，木材仿真染色既可填充这部分市场，满足人们的需求，又可减缓天然珍贵木材的消耗速度。

传统的木材染料多为合成染料，其合成过程中产生的废料多，对环境污染大，染后留存的有害物质也难于降解，对人体会产生危害。而生态植物染料在制作，染色的过程中产生的废料均较少，其废料对环境的污染也较小。同时，许多植物染料能散发香气，还有药用保健功能，颜色也更柔和，染后木材更有质感。但现阶段利用植物染料染色木材的研究还较少。因此，生态植物染料染色木材有着广阔的科研和市场前景。

1 植物染料染色木材现状

我国制造红木家具的历史悠久，其中便有用烧酒浸泡红木锯屑，取浸泡液擦洗家具表面使木材颜色加深而更加美观。但这些大都为表面染色或涂饰 ，且没有系统的理论研究。对于天然染料的利用虽然古已有之，但大多是用于织物印染，用于木材染色的案例较少。现阶段国内学者对木材染色与天然植物染料都做了大量研究，但利用生态植物染料染色木材的文章鲜见报端。植物染料具有性质不均一，对纤维素纤维低亲和力，上染率低，染色工艺复杂，含量少不易大量提取，成本昂贵等缺点，因而利用天然染料染色木材很难实现工厂化生产。

2 用于木材仿真染色的植物染料

天然植物染料有多种，其中一部分可用直接染色或媒染的方法与纤维素纤维结合从而对木材进行染色，珍贵木材材色一般较深，以下为常见的木材仿真染色植物染料。

2.1 紫草

紫草(Lithospermunerythrorhizon)是一类紫草科的草本植物，用于提取色素的部分主要为紫草根茎部分。一般经晒干或微火烘干后再用于提取色素。提取物的主要染色物质为紫草素，通常呈现紫色或紫红色，成分为萘醌衍生物[1]。紫草素亦可作药用。一般用有机溶剂进行萃取，不溶于水。提取的紫草素可使用媒染法对桉木进行染色，染出颜色紫黑，颜色自然，类似乌木色又透出典雅紫色。

2.2 苏木

苏木(Caesalpiniasappan)是一种药用植物也是一种中药材，为豆科灌木或小乔木，苏木的心材，是传统的植物染料之一。通常呈现黄棕色或黄红色，质地坚硬。苏木在我国古代属于红色系染料，颜色呈现鲜红色，主要的染色物质为苏木素，苏木素被氧化之后变为苏木精。苏木也能与不同的煤染剂(如含有铜离子、铁离子等金属元素的盐)反应产生不同明度、纯度的红色甚至是黑色[2]。由苏木染出的颜色也被进行统一的分类被称为“苏枋色”。用苏木对木材染色颜色呈现黄色偏红，颜色鲜艳自然，类似于大多数木材心材颜色又透着橙红。

2.3 姜黄

姜黄(Curcumalonga)是姜科植物，姜黄成熟后干燥其根茎可提取姜黄素。姜黄素可药用也可染色，它是姜黄显色的主要成分。姜黄素在不同PH下呈现不同的颜色。其在酸性条件呈黄色，对木材直接染色，用其染出的木材颜色偏向明黄[3]。在碱性环境下呈红色。此外还有独特香气，有保健作用。

2.4 茶单宁

又称茶多酚或茶鞣，纯净的茶单宁为白色晶体。顾名思义，茶单宁从茶叶中抽提而来，茶单宁使茶水具有独特的气味颜色和口感。它从化学成分组成上讲是一类多酚化合物。茶多酚的碱性氧化物可直接对木材染色，随染液浓度变化染出颜色为黄褐色至红褐色，茶单宁也能与铁离子络合，对桉木单板染出红褐色甚至黑褐色[4]。利用茶多酚还可对松木做仿柚木染色。

2.5 叶绿素

叶绿素为镁卟啉类化合物，其来源极其广泛，存在于植物的绿色叶片中，植物的幼茎也可提取叶绿素。绿色是与人亲和的颜色，因此用叶绿素对木材进行染色有着很大的美学和经济价值。胡淑仪等做了叶绿素对木材染色的研究，对比了不同树种叶片叶绿素的抽提情况，使用适宜的染色工艺，得出了对不同树种单板染色的结果[5]。

3 植物染料用于木材仿真染色技术

3.1 植物染料的制备

植物色素可分为脂溶性和水溶性，因此应按照染料其本身性质用有机溶剂或水萃取，当前也用超临界萃取或微波辅助萃取制成染液。需要注意的是天然色素一般不太稳定，不适宜在高温下萃取。

3.2 木材预处理与染色助剂

植物染料对纤维素纤维的亲和力不高，因此为了得到更好的染色效果，需要添加染色助剂，并对被染木材做预处理。对被染木材做预处理是为了打开木材孔道从而提高木材的渗透性，利于染料分子进入木材孔道，完成深度染色[6]。可用碱处理或二氧化碳超临界处理提高木材的渗透性。染色助剂，顾名思义，可以辅助提高木材的染色和染后效果。其中促染剂可提高染料对纤维的上染率，提高染色速率。如明矾。固色剂可提高被染木材的日晒牢度，耐湿处理牢度。常见的木材固色剂如碳酸钠、硫酸钠。

3.3 染色方法

利用植物染料对木材染色方法可大体分为浸渍法和媒染法，浸渍法指用将被染木材直接置于制好的天然植物染液中，可辅以加压加热等手段提高上染率。大部分植物染料的耐温性都较差，且加热时间过长被染木材会发生水解，因此一般在60 ℃下，根据植物染料的性质与被染木材的性质选取合适的温度和加热时间对木材进行染色。媒染法指加入媒染剂与染料络合增强对纤维的吸附能力从而对木材进行染色。用于木材仿真染色的媒染剂多为金属盐，如茶多酚对木材染色可使用硫酸亚铁作为媒染剂。同时，当加入媒染剂剂量不同时，天然染料也可呈现与本色不同的颜色，使染色颜色更加丰富。因此在使用生态染料对木材进行仿真染色时使用适当的媒染剂以及控制好媒染剂的浓度是十分重要的。

4 植物染料用于木材仿真染色的思考

4.1 现存问题

天然染料用于木材仿真染色有着环保、可再生、有保健功能、节约珍贵木材等多方面优点，但也存在着诸多缺点，首先，天然植物染料在植物内含量不多，因而难于大量提取，且其成分复杂，不同产地不同年份产出的染料植物可能存在很大差异。不同批次染色较难统一。并且其染色不匀，渗透性不好导致染色深度不够，一般只能用来染色薄木。植物色素一般成分不甚稳定导致染色后木材容易发生光变色，不能达到生产生活所需的使用标准。且在仿珍贵木材的染色中，颜色难于调控。因此目前实现植物染料仿真染色木材的工厂化生产还有许多工作要做。植物染料种类丰富，成分复杂，产地分散。要实现工厂化生产，应弄清植物染料的有效成分，做好染料植物的良种培育与批量生产。染料植物的采购也应有一定规范，包括其产地、采收部位、收获时期等，不同批次原料差异不应过大。应改进植物染料的提取工艺，利用先进技术如超声萃取在环境友好的前提下做到染料产量最高，质量最好，耗能最少。提取后的废料也应妥善安排，如造纸、作为饲料等以达到二次利用。在木材的染色中，首先应选取渗透性相对较高的被染木材，或通过蒸煮等方式提高木材的渗透性，相对廉价的速生木材如桉木是较好的被染木材。但提高木材渗透性这一步骤不应过度，以免其性能下降。其次应因材制宜选择合适的植物染料，借助合适的媒染剂，在不破坏染料有效成分的基础上，辅以加温加压等手段使染剂得以均一进入木材孔隙。值得注意的是，染色不仅是上色的过程，一些天然植物染料中含有黄酮类、醌类物质能使木材具有防白蚁抗真菌的特性，这类物质在染色中也应得以保留。对于颜色的调配，应在计算机系统辅助下，通过选择适宜的植物染料，调节染料浓度、染色温度、时间等参数，多种染料混合等方式调出仿真目标颜色，并尽量保证不同批次染色木材色彩均一，颜色相同。此外，对一些有花纹的贵重木材如红木类的仿真中，花纹的模拟方法还需进一步研究。在染色工作完成后，应着力做好颜色的固定工作，如使用固色剂，表面涂膜等，使其颜色稳定，历久弥新，从而满足市场需求。

4.2 发展前景

我国植物染料的利用历史源远流长，近代工业文明兴起，合成染料逐步代替了植物染料，但随着人们生活水平的不断提高，公众逐渐开始意识到环保和保健的重要性，植物染料重回公众视野，植物染料正重新走近人们身边。植物染料与人有着天然的亲和性，且环境友好，有益身心。将植物染料应用到木材仿真染色当中是对我国古代技艺的传承与创新，在用植物染料对木材仿真染色的研究过程中，应结合木材本身的特性选择合适的生态染料，着重从染料植物的培育，染料的提取，木材的染色，染后的颜色固定几个方面出发，研究生态的、以人为本的新型的植物染料染色木材技术，积累经验，实现循环可再生的绿色工业化生产。植物染料将会在木材仿真染色方面大有作为。

参考文献:

[1] 孙云嵩. 植物染色技术[J].丝绸 ,2000(10):24-27,29

[2] 张实, 屠恒贤. 植物染料苏木染色研究[J].四川丝绸. 2005 (4) :30-31

[3] 罗丹实，吴坚，崔永珠，等.天然染料姜黄用于竹纤维织物染色的研究[J].印染助剂.2007(2)：24-26.

[4] 唐慧,唐人成.茶多酚在棉织物上的媒染性能[J].印染,2011(9):10-13.

[5] 胡淑宜,邓邵平,黄碧中.天然绿色染料的开发研究[J].福建林学院学报,1999,19(4):318-319.

[6] 张明龙. 染料在木材中渗透差异性的研究[D].湖南：中南林业科技大学, 2006.