木材染色進(jìn)展
所謂有機(jī)染料就是能夠溶于水或溶劑中，采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ估w維材料或其它物質(zhì)染成鮮艷而堅(jiān)牢顏色的有機(jī)化合物。除在紡織行業(yè)大量使用外，有機(jī)染料還廣泛應(yīng)用于橡膠制品、塑料、油脂、油墨、墨水、照相材料、印刷、造紙、涂料、醫(yī)藥等領(lǐng)域。有機(jī)染料在木材加工領(lǐng)域的使用起源于1913年苯胺紫被用于立木染色。六十年代以來(lái)，日本在木材染色領(lǐng)域作了大量的研究工作。德國(guó)、意大利等很重視木材染色實(shí)用工業(yè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，形成了自己的專利技術(shù)，其產(chǎn)品在我國(guó)已有銷售。80年代末我國(guó)開(kāi)始對(duì)木材染色技術(shù)進(jìn)行探索。由于染色是增加木材裝飾效果、提高木材附加值的重要手段，木材染色正在受到生產(chǎn)研究領(lǐng)域廣泛關(guān)注和重視。
1．木材染色用染料
木材染色是染料與木材發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)結(jié)合, 使木材具有一定堅(jiān)牢色澤的加工過(guò)程，是提高木材表面質(zhì)量，改善木材視覺(jué)特性和提高木材附加值的重要手段。染料的品種多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，木材工業(yè)中常用的水溶性有機(jī)染料有直接染料、酸性染料、堿性染料和活性染料等。直接染料是一些不經(jīng)特殊處理就能直接作用于木材上的染料，它與木質(zhì)纖維素的結(jié)合是依靠分子間的范德華力和氫鍵力。酸性染料也稱為陰離子染料，是在酸性介質(zhì)中對(duì)纖維進(jìn)行有效染色的染料，該類染料含有大量的羧基、羥基或磺酸基。堿性染料也稱陽(yáng)離子染料，由苯甲烷型、偶氮型、氧雜蒽型等有機(jī)堿和酸形成的鹽。活性染料分子中含有反應(yīng)性活性基團(tuán)，能與木材中的的羥基形成共價(jià)鍵的有機(jī)化合物。
1964年大川勇等用直接染料，酸性染料，堿性染料對(duì)木材染色。1978年松田健一對(duì)漂白后的木材用分散染料等進(jìn)行染色。1971年基太村洋子等用各種染料研究木材的染色性，結(jié)果表明，酸性染料具較好的滲透性，適宜木材染色。1990年飯?zhí)锷氲葘?duì)58種闊葉材和3種針葉材進(jìn)行染色試驗(yàn)，使用21種直接染料、酸性染料、堿性染料和活性染料。1993年劉元發(fā)表文章介紹了木材著色劑及其特征。
2．染色方法
木材染色方法有多種，視染色材的用途而定。通常使用的有單板染色、實(shí)木染色和立木染色方法等。單板染色工藝因樹(shù)種和染料不同差異很大。單板染色就是采用浸漬處理對(duì)單板和薄木均勻染色的方法，單板厚度為0.2--1mm。染色后的單板作為人造板貼面材，家具貼面材和人造仿真木材的組坯板。1975年基太村洋子研究了木材單板的染色工藝，發(fā)現(xiàn)溫度越高，染色時(shí)間越短，90℃2h的浸漬厚度，在50℃時(shí)需要24h以上。1989年陳云英等對(duì)加拿大楊、椴木和柳桉單板染色方法進(jìn)行了探索。作者和陸仁書教授等通過(guò)對(duì)木材上染率和色差的觀測(cè)和分析，用酸性大紅GR染料對(duì)0.5mm厚泡桐漂白單板進(jìn)行了染色試驗(yàn)。實(shí)木染色是對(duì)方材或原木進(jìn)行的染色處理，染色材主要用作刨切薄木，或制作高檔家具。由于厚度大，木材長(zhǎng)，在常規(guī)條件下靠染色液的自身滲透性很難將木材均勻透徹染色，故而1992年添野豐在高溫、高壓、真空等復(fù)雜條件下對(duì)實(shí)木進(jìn)行染色試驗(yàn)。立木染色，通常是將新采伐的具有一定活性的木材，基部浸入染色溶液中，靠木材毛細(xì)管中有活性的樹(shù)液流動(dòng)帶動(dòng)染料分子沿樹(shù)干上行而染色，1990年飯?zhí)锷氲葘?duì)58種闊葉材和3種針葉材進(jìn)行了立木染色試驗(yàn)。
3．染色工藝
染色木材用途和染色方式的不同，決定了木材染色工藝的多樣性。1964年大川勇等使用常溫浸漬的方法染木材。由于木材尺寸大，木材內(nèi)部難以均勻染色，因此他試驗(yàn)了煮染法。但長(zhǎng)時(shí)間的蒸煮，會(huì)使木材組織發(fā)生變化，且染料也有發(fā)色不良現(xiàn)象，因此這種方法僅適合于特定的染料或化學(xué)藥品染色。于是他開(kāi)始研究差溫染色法，該法為先將木材加熱，然后將熱木材浸漬到冷染色液中，木材中的受熱空氣和水分膨漲而移出，放入冷染液后，木材內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，使染料溶液能夠較順利滲透到木材內(nèi)部。1966年布村昭夫等采用Cedar Brown A1312N (FBy)染料對(duì)北海道產(chǎn)材和南洋材進(jìn)行加壓注入法染色。1992年添野豐采用真空加壓方法進(jìn)行實(shí)木染色。染色在高溫、真空、高壓等復(fù)雜條件下完成，處理的木材厚達(dá)32mm，真空減壓處理的目的是排除木材中空氣和多余水分。在30℃時(shí)減壓時(shí)間是，針葉材8--10h，闊葉材12h；減壓壓力為10mmHG。然后針葉材在壓力20kg／cm2時(shí)處理6h，闊葉材在壓力30kg／cm2時(shí)處理處理8h。
4．木材染色理論
隨著對(duì)染色工藝的深入研究和染色產(chǎn)品的更高要求，染色理論的研究也在不斷發(fā)展。2000年作者和陸仁書教授等介紹了木材水溶性染料染色液的組成和染色工藝，探討了對(duì)木材染色效果影響較大的主要因素，提出了我國(guó)木材染色工業(yè)的發(fā)展的一些建議。
4．1染料滲透與擴(kuò)散性：
由于木材尺寸大，染色深度厚，因此染料在木材中的滲透性就成了影響木材染色的重要因素。1968年橫田德郎對(duì)化學(xué)藥劑在木材中的擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行了研究，認(rèn)為染料滲透的橫向通道是導(dǎo)管間，導(dǎo)管和木纖維間，木纖維間，導(dǎo)管、木纖維和薄壁組織間借助于紋孔相溝通的系統(tǒng)，并且細(xì)胞內(nèi)腔和細(xì)胞壁之間也存在著諸如瞬間空隙類的局部溝通渠道。
1975年基太村洋子觀測(cè)了60余種酸性染料在木材中的滲透性，發(fā)現(xiàn)樹(shù)種間染色差異性很大，染料在木材中的滲透性受木材顯微構(gòu)造、染料分子大小和結(jié)構(gòu)、染料和木材間相互作用情況的影響，染料吸附性強(qiáng)，則滲透性差。染料水溶液在闊葉樹(shù)材的縱向滲透通道是由導(dǎo)管、木纖維、軸向薄壁組織并聯(lián)構(gòu)成的毛細(xì)管系統(tǒng)。認(rèn)為染料滲透過(guò)程分為三個(gè)階段，即染料向纖維表面的擴(kuò)散階段，纖維表面對(duì)染料的吸附階段，纖維表面吸附的分子向木材內(nèi)部的擴(kuò)散和滲透階段。在木材中不易擴(kuò)散的染料，當(dāng)木材含水率很高時(shí)，經(jīng)一段時(shí)間的浸漬處理，也能很好地滲透到木材內(nèi)部。乙醇等溶劑有助于染料的滲透。
1981年矢田茂樹(shù)等研究了常壓下水及染料水溶液在闊葉材里的毛細(xì)管上升和減壓注入情況，顯微鏡觀測(cè)染色材，并測(cè)定了滲透量。1989年研究了液體在木材縱向毛細(xì)管上升高度與液體表面張力的關(guān)系。
1993年趙廣杰等研究了染料在木材中的滲透性，通過(guò)在恒定壓力差作用下，染料水溶液在木材中的滲入流量和溢出流量隨時(shí)間的變化關(guān)系，分析了染料水溶液在木材中的滲透性，發(fā)現(xiàn)滲入流量隨時(shí)間的減少是由于染料分子的三角形上染吸附，使有效流動(dòng)渠道越來(lái)越小。
4．2 上染性：
木材染色是在一定上染過(guò)程中完成的，所謂上染就是染料舍染液而向纖維轉(zhuǎn)移，并透入纖維內(nèi)部的過(guò)程。隨著時(shí)間的推移，纖維上的染料濃度逐漸增高而染液里的濃度則相應(yīng)地下降。1971年開(kāi)始基太村洋子對(duì)木材化學(xué)組成成分和組織構(gòu)造的上染性作了研究。用酸性染料、堿性染料和直接染料對(duì)處理過(guò)的木粉進(jìn)行試驗(yàn)，探索纖維素、半纖維素和木素的染色性，并用顯微鏡觀察了染色木材的上染性，發(fā)現(xiàn)酸性藍(lán)117對(duì)纖維素和半纖維素上染性差，對(duì)木素和木粉上染性好。直接藍(lán)1對(duì)闊葉材的木纖維上染性好，對(duì)木射線、導(dǎo)管壁、穿孔板上染性差。
1978年松田健一對(duì)漂白后的木材進(jìn)行染色，從上染率來(lái)分析木材對(duì)不同染料的上染性。1995年武井升等則用木材光吸收系數(shù)(K)與散射系數(shù)(S)之比K/S作為木材對(duì)染料吸收速度方程的主要參數(shù)，并用測(cè)色儀對(duì)理論進(jìn)行了驗(yàn)證。2000年作者和陸仁書教授等對(duì)影響木材染色上染率的主要因素如染液組成、染色工藝參數(shù)等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
4．3 耐光性：
染色后的木材在使用過(guò)程中易變色，為此，1986年基太村洋子研究了染色材的耐光性，用耐光劑處理染色材，觀察了它們的耐光性。耐光劑為2-羥-4-甲氧基苯酮-5-磺酸鈉、含氮化合物、聚丙二酸乙二醇酯和聚乙二醇#4000等。1989年平林靖彥用殼聚糖預(yù)處理來(lái)改善染色木材的耐光性，在氙燈和自然光等老化條件下觀測(cè)染色材的變色情況。1991年松浦力也對(duì)染色劑的耐光性進(jìn)行了研究。1996年櫻川智史從木材漂白到木材染色及染色材光變色防止方法進(jìn)行了研究，認(rèn)為直接染料在淺色區(qū)不能染色，中色、深色區(qū)可染色。活性染料必需用助染劑來(lái)提高木材成分的染色性，提出了染色材光變色防止方法，即首先應(yīng)考慮使用耐光染料，其次是用乙酰化等方法改性木材，另外還可用紫外光吸收劑如苯并三唑系和鈰系，光穩(wěn)定劑如位阻胺等來(lái)提高染色材耐光性。
5．木材染色發(fā)展趨勢(shì)
今后應(yīng)從染料和助劑、結(jié)構(gòu)與組織的上染性、染液滲透性來(lái)研究木材染色技術(shù)和工藝、設(shè)備，并按下面的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷木材染色質(zhì)量和技術(shù)的優(yōu)劣：⑴透明性好，保留良好的木質(zhì)紋理感；⑵耐光性好；⑶染色效果均勻一致；⑷木材內(nèi)部也能染色；⑸染色后的單板對(duì)后續(xù)工藝無(wú)不良影響；⑹工藝性好，操作簡(jiǎn)單；⑺價(jià)格便宜。
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