频谱水和蒸馏水染料溶液在意大利杨和楸木中渗透差异研究

张明龙 梁春飞 崔同科

摘要：染料溶液中的水溶剂分子集团大小等理化性质显著影响着染液在木材中渗透效果，频谱水是普通水经特定的电磁振荡频谱场作用后使其分子集团变小，渗透力和溶解力增大。本文以频谱水和蒸馏水为溶剂分别与酸性蓝黑10 B和中性枣红GRL染料配置成染液在0.1 MPa、0.2 MPa和0.3 MPa压力条件下对意大利杨和楸木进行染色渗透試验，结果表明除了蒸馏水酸性蓝黑10 B溶液在 0.1 MPa压力条件下对楸木纵向渗透高度大于频谱水酸性蓝黑10 B溶液外，其它的都是频谱水染料溶液纵向渗透高度大于蒸馏水染液，说明水溶剂分子集团大小等理化性质对染液在木材中渗透效果影响显著。

关键词：频谱水、蒸馏水、分子集团、渗透差异、意大利杨、楸木

Abstract： Physicochemical properties such as molecular group size of water solvent have a significant effect on the permeation effect of dye solution in wood. Spectral water is ordinary water， which makes its molecular group smaller by the action of specific electromagnetic oscillation spectrum field， and the activity increases， and the permeability and dissolution force also increase. Spectrum water and distilled water were used as solvents and acid blue black 10 B and neutral jujube red GRL dye were used to dye and permeate Populus nigra L. and Catalpa bungei C.A.Mcy. under 0.1 Mpa、0.2MPa and 0.3 MPa pressure. The penetration height MPa the spectrum aqueous dye solution was higher than that of the distilled aqueous dye solution， which indicated that the physical and chemical properties such as molecular group size of aqueous solvent had a significant effect on the permeation effect of the dye solution in wood.

Keywords： spectrum water; distilled water ; molecular group; the differences of permeability; Populus nigra L.;Catalpa bungei C.A.Mcy.

木材染色是实现低质木材特别是速生阔叶材提质增效的一种有效手段[1-4]。木材是一种巨大的毛细管系统，木材染色的实质是染料分子在木材中渗透和固着过程，渗透是前提条件，染液在木材中的渗透好坏关系到木材染色的深度和均匀性[5-9]。影响木材渗透性的主要因素是纹孔膜微孔半径大小和数量，因此提高木材渗透性的途径有三条，其中一条是改善所渗透流体物理化学性质，如减小分子，降低粘度，使其有利于渗透[10-12]。目前企业界和学术界等对木材染色效果等方面开展了很多的研究，取得了诸多成果[13-16]，但从水溶剂的分子集团大小等理化性质对染液在木材中渗透差异的影响研究较少。

意大利杨（Populus nigra L.）已在我国长江以北地区广为种植，具有分布广、适应性强、易繁殖、轮伐期短等特点[17-20]。楸木（Catalpa bungei C.A.Mcy）是我国特有的珍稀用材及城乡绿化树种[21]。

为探明水溶剂的分子集团大小等理化性质对染料在木材中渗透差异的原因，本文选取楸木和意大利杨作为研究对象，以频谱水和蒸馏水为溶剂分别与酸性和中性染料配置成染料溶液在相同的条件下对意大利杨和楸木进行纵向染色渗透试验，从水溶剂分子集团大小、理化性质角度探索染料在木材中纵向渗透差异原因，为科学配置木材、染料参数提供借鉴，消除单板和碎料染色中染料渗透不均的缺陷。本研究既有学术意义又有实际应用价值，对提高木材特别是人工速生材附加值具有重要意义。

1. 材料与方法

1.1试验材料

（1）楸木，含水率12%～12.22%，意大利杨，含水率13%～13.2%;

（2）酸性蓝黑10B和中性枣红GRL固体染料;

（3）频谱水，购于骏丰频谱水长沙销售点;蒸馏水实验室自制。

1.2试验仪器

101A-3干燥箱、FA1004型电子分析天平、压力罐、T单列四孔数显电热恒温水浴锅：DK-98-1型，以及常用的玻璃仪器、塑料夹子等。

1.3 试样制备

楸木制成长×宽×厚=30×30×80 mm的试样;意大利杨制成长×宽×厚=30×30×80mm的试样。

1.4试验方法及步骤

（1）将制好的木材试样放在103+2 ℃烘箱中烘至绝干，以消除木材中的水分对染料渗透的影响。

（2）将酸性蓝黑10 B和中性枣红GRL固体染料分别和频谱水、蒸馏水配成0.5 ‰浓度的染料溶液。

（3）将配置好的染料溶液放置压力罐里，用夹子夹住木材试样的一端，另一端垂直的浸入到染液里面3-5 mm， 压力罐压力分别调至0.1 MPa、0.2 MPa和0.3 MPa，观察记录染料在木材中纵向上升高度，染色渗透时间为30 min，每个试验重复（平行试验）3次。将染色后的试件置于室内环境中气干，沿木材纵向纹理的不同部位剖开木材，观察染料在试件内的纵向渗透高度，取点测量。

阔叶树材轴向渗透通路可以近似为是由木纤维、轴向薄壁组织、导管并联构成的毛细管系统，本文中木材渗透效果试验以纵向渗透高度作为考核指标[22-23]。

2. 结果与讨论

从图1可知，频谱水酸性蓝黑10 B和中性枣红GRL染料溶液在意大利杨中的纵向渗透高度均大于蒸馏水染料溶液。从图2可知，除了蒸馏水酸性蓝黑10 B染料溶液在0.1 MPa压力条件下对楸木纵向渗透高度大于频谱水染料溶液外，其它的都是频谱水染料溶液纵向渗透性大于蒸馏水染料溶液。

单个水分子的最大直径约为0.2 nm，自然界的水一般是由数个或数十个水分子组成的水分子团存在[24]，特别是在长时间静止的情况下，水就更容易结团形成几十个水分子的团簇。这些大分子团是随机的、无定型的链状线团。其溶解能力、渗透力较低。

目前，市面上的水大都是分子团较大的水。台湾工研院、日本哈亚西、新竹清华大学都相继报道了自来水、蒸馏水和反渗透水的170-NMR半峰宽均大于100 HZ，说明水分子团较大[25]。经一定的物理化学（如电离、磁化、震动等方法）处理，可以获得分子团较小的水;频谱水就是普通水在骏丰频谱水治疗保健仪中通过特定的电磁振荡频谱场作用，改变了其一些物理化学特性，其170核磁共振谱变窄，表明水的分子集团变小，溶解力和渗透力增强[26]。木材是一种不均质的毛细孔材料，由纤维素、半纤维素和木质素组成，含有丰富的亲水性基团如羟基、羧基等原子团[27-28]。染料随水溶液通过木材毛细管通道，透过木材细胞壁扩散后，沉降在纤维表面上，使得木材染色。木材中的毛细管有效直径是微米级，越小的流体分子越容易穿透木材的细胞壁上的纹孔系统，宏观上表现为渗透性大。

3. 结论

普通水在骏丰频谱水治疗保健仪特定的电磁振荡频谱场作用下其理化性质发生了一些变化，170核磁共振谱变窄，水的分子集团变小，活性增强，溶解力和渗透力增强。频谱水和蒸馏水溶剂染液渗透试验结果表明：除蒸馏水酸性蓝黑10 B染料溶液在0.1 MPa压力条件下对楸木纵向渗透高度大于频谱水酸性蓝黑10 B染料溶液外，其他的都是频谱水染料溶液渗透性大于蒸馏水染料溶液，试验结果表明染料溶液水溶剂分子集团大小、物理化学性质对染料溶液在木材中的渗透性影响显著。对染液介质进行适当的处理能够增加染液在木材中的渗透效果。

参考文献

【1】陈旭.胶合木梁中温度与湿度应力的研究[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文，2008.

【2】王玉梅，吴华平， Nayebare Kakwara Prosper等.不同染色工艺对杉木边材染色渗透性的影响[J].福建林业科技，2017，44（2）：19-21

【3】于志明，赵立，李文军.木材染色过程中染液渗透机理的研究[J].北京林业大学学报.2002，24（1）：79-82

【4】江京辉，李伯涛，周凡，等.杉木生材含水率分布及其对气干的影响[J].林产工业，2019，46（1）：25-29.

【5】顾丽莉，蒋丽红，赵榆林，杨劲.酸性染料对木材进行染色实验研究[J].染料工业.2001（01）：40-41+27

【6】张润华，赵昕刚，马尔妮.栓皮槠软木微观构造和化学成分的研究[J].林产工业，2019，46（1）：48-52.

【7】陆笑寒，杨甜.浅谈红外光谱法的制样技术[J].微量元素与健康研究.2014，31（2）：64-65

【8】于轩，时君友.浸渍杨木用间苯二酚树脂剪切强度的研究[J].林产工业，2019，46（3）：40-44.

【9】吕晓慧. 速生杨木材色改良及染色机理研究[D].中南林业科技大学硕士论文，2012.

【10】濮培民.水的结构模式及液态固态水若干特征成因探讨[J]气象科学，2016，36（5）：567-580

【11】秦理哲，胡拉，杨章旗.ACQ防腐处理对马尾松木材胶合强度的影响研究[J].林产工业，2019，46（3）：36-39+44.

【12】张明龙.染料在木材中渗透差异性研究[D].中南林业科技大学硕士论文，2006.

【13】李坚主编.木材保护学[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，1999.214-250

【14】徐碩，刘诚，范豪，等.VARTM工艺中纤维渗透率的测量方法研究[J].林产工业，2019，46（4）：30-33+42.

【15】邓洪，廖齐.分光光度法用于研究固色剂对活性染料染色单板耐水色牢度的影响[J].光谱实验室.2011（06）：3204-3206

【16】李任，黄荣凤，高志强，等.预热温度对毛白杨压缩木材颜色及其回弹的影响[J].林产工业，2019，46（5）：17-21.

【17】Shuguang Jin. Effect of Four Types of Chemical Pretretment on Enzymatic Hydrolysis by SEM，XRD and FTir Analysis，Journal of Spectroscopy and Spectral Analysis 2016，36（6）：1966-1970

【18】罗朋朋，斯泽泽，程若愚，曹积微，陈太安.前处理与后处理对木材糠醇浸渍中可渗透性的影响[J].安徽农业科学.2016（04）：224-226+240

【19】陶鑫，毛泽南，徐伟，等.仿古涂饰工艺对改性杨木漆膜表面粗糙度的影响[J].林产工业，2019，46（6）：33-36.

【20】杨木活性染料染色性能及机理研究[J]. 李俊玲，颜超，余志成. 浙江理工大学学报. 2010（04）

【21】郭宇，李超，李英洁，等.木材细胞壁与木材力学性能及水分特性之间关系研究进展[J].林产工业，2019，46（8）：14-18.

【22】李俊玲，颜超，余志成.杨木活性染料染色性能及机理研究[J].浙江理工大学学报.2010（04）：534-539

【23】木材的染色[J].李桂玲，李坚.北京木材工业.1994（03）：3

【24】叶雨静，徐伟，黄琼涛，等.单板厚度对小径柚木单板层积材力学性能的影响[J].林产工业，2019，46（9）：6-10.

【25】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（06）：358-359

【26】方森苗，齐学敏，袁静怡，等.魔芋飞粉乙醇提取物对木材霉菌的抑制作用初探[J].林产工业，2019，46（9）：11-14.

【27】邵灵敏，郭洪武，李黎，刘亚兰.木材和染色木材光变色的研究进展[J].材料导报.2011（03）：83-86+110

【28】何燕.染色技术的发展与固色剂的研究应用[J].精细化工原料及中间体.2008（08）：19-22