CN101125433A - 采用增压与减压工艺的木材染色法 - Google Patents

Abstract

一种采用增压与减压工艺的木材染色法，它是将待染木材和染液置于密闭容器中，对该容器内进行反复的增压与减压，利用该压力升降造成木材内外压力差引起染液运动而实现染色。由于循环使染液维持恒定的浓度，从而克服了传统工艺依靠真空减压、压力浸注过程中染液浓度因浅表层的阻挡而稀释，使形成的染色非均匀化、染色浅层化等弊病。与压力－降压木材脱水干燥法连用，则能实现短周期、低能耗、高质量的染色材。

Description

采用增压与减压工艺的木材染色法

技术领域

本发明涉及木材加工工艺，进一步是指木材的染色技术。

背景技术

木材的颜色是决定消费者印象的重要因素，为了提高木制品的装饰作用和产品价值，就要对木材及木制材料进行着色；同时，随着森林资源结构和数量的变化，天然大径级优质材和名贵家具用材的供应日益减少，取而代之的是大量的人工林木材，为实现人工林木材的高效利用，就需要通过染色技术对劣质材进行加工，改变其视觉特性，以达到仿制名贵木材的目的，从而提高木材的使用价值和满足人们对色彩多样性的要求。

国内、外现有木材染色技术主要有真空减压法、冷热槽法、高压浸注法等，它们的缺点是染色深度有限，染液中的染料分子在木材浅表面已消耗，稍深处已无染色作用，从而导致染色深度很浅且不均匀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种采用增压与减压工艺的木材染色法，它能有效实现对木材的深度染色且色度均匀，且工艺简单、运行成本低。

本发明的技术方案是，所述采用增压与减压工艺的木材染色法是：将待染木材和染液置于密闭容器中，对该容器内进行反复的增压与减压，利用该压力升降造成木材内外压力差引起染液运动而实现染色。

为实现上述染色方法，本发明进一步的工艺过程是：

(1)将待染色木材置于密闭容器中，并将染液加入该密闭容器；

(2)向所述密闭容器中通入不低于110℃的水蒸汽，使该密闭容器内的压力高于常压并使其中的木材得到蒸汽加热；

(3)当所述密闭容器中的温度和压力达到一定值后，保温保压，时间不少于1分钟；

(4)打开密闭容器的排汽阀泄出压力蒸汽，使密闭容器内减至常压；

(5)重复实施上述步骤(2)至(4)的工艺过程一次或一次以上；

(6)取出密闭容器中的染色木材，完成染色。

本发明中，最好使所述密闭容器中的染液浸没待染木材；步骤(2)对密闭容器中通入蒸汽增压及加热染液和待染木材，也可用电加热或油加热等常用加热方式对容器中的染液进行加热，产生高压蒸汽，实现所述容器增压及加热待染木材的相同目的和作用，即这些方法均为步骤(2)的等效方法，均属本发明所要求的保护范围。

本发明的技术原理是，所述方法适用于干材和湿材，即使是干材放入染液以后，对它的浅表面也有渗透，加热将使木材中的液体成为过热液体，达到设定的温度(如100℃-150℃)和压力(相对压力，如0.02Mpa-0.5MPa)后，它的压力超过常压；此后再使木材所在空间气压降低，形成木材内液体压力大于木材外界气压，因而木材中过热水分在自身压力的作用下从细胞中移出；然后再升压，水分和染料被推入木材；继而视需要反复对其进行加压与减压，使得木材能不断吸入染液，并将木材内部的水分与空气排出。同时，在加压与减压的循环过程中，木材不断的吸入、排出染液，从而使得木材中的染液能始终保持在较为恒定的浓度，并可以在压力的驱动下渗入木材的深处，以达到更理想的染色匀度与深度。就深度而言，与传统方法的几个毫米相比，本发明的技术可以对木材透染，与树径无关，轴向以米计；该染色技术与本发明的研制者提出的木材脱水干燥技术相结合，更可以得到高质量的染色木材产品。

本发明方法已经系列试验证明可以得到令人满意的染色深度和均匀的色度；以下仅列出一组对比试验，予以说明。

1.试验材料和设备

1.1试验材料

悬铃木：将图1中的试件锯切为两块体积相似的试件，试件1：101mm×79mmm×40mm；试件2：101mm×76mm×40mm。

酸性染料：酸性橙II(Acid Orange II)、酸性大红GR(Acid Scarlet GR)、酸性黑ATT(Acid Black ATT)、硫酸(H₂SO₄)

染液的配制：酸性橙II∶酸性大红GR∶酸性黑ATT＝2∶2.6∶1(质量比)；先用清水将少量硫酸稀释成PH值约为4的弱酸性溶液，将染料按比例混合并搅拌均匀，秤取20g混合好的染料，溶解到1000ml弱酸性溶液中，均匀搅拌直至染料完全溶解。

1.2试验设备

1.密闭容器(木材改性器)

2.干燥箱——上海实验仪器厂，最高工作温度300℃，电压220/380V，工作室尺寸500mm×600mm×750mm，加热功率59kw；

3.2XZ-2型旋片真空泵——机号：1243，极限压力：6×*10-²Pa，抽速：2升/秒，转速：1400转/分，功率：0.37KW，频率：50Hz；

4、直尺——规格：0～26cm  精度：0.1mm

5、天平——规格：0～1000g 精度：0.1g

2.试验方法与步骤

2.1试验方法

2.1.1本发明方法

在木材染色的过程中反复对其进行升压与降压，使得木材能不断吸入染液，并将木材内部的水分与空气排出。同时，在升压与降压的循环过程中，木材不断的吸入、排出染液，从而使得木材中的染液能始终保持在较高的浓度，并可以在压力的驱动下渗入木材的深处，以达到更理想的染色匀度与深度。

2.1.2“冷热槽”法

“冷热槽”法亦称温差法，是目前木材加工业中较常使用的一种木材染色方法，染色效果较好，故本试验采用此种方法作为对比试验。该法为先将木材加热，然后将热木材浸渍到冷染色液中。放入冷染液后，木材中的受热空气和水分因膨胀而移出，木材内部产生负压，使染料溶液能够较顺利渗透到木材内部。

2.2试验步骤

2.2.1本发明方法

(1)将图1所示试件1浸入调制好的染液中，用重物压实，确保试件完全浸没在染液中，然后将试件与染液一起加热到80℃；

(2)将加热后的试件与染液一起放入木材改性器中，密封后开始加热、升压，预设温度为110℃，达到预设温度时的压力为0.1MPa；

(3)达到预设温度后开始降压、升压的循环，相关数据列于下表1，并示于图2；

表1  各次循环的数据

循环次数	处理措施	处理时间(min)	初始压力(Mpa)	终止压力(Mpa)
					123456	降压升压降压升压降压升压降压升压降压升压降压升压	102010201020102010201020	0.10.030.050.030.040.030.040.030.040.030.040.03	0.030.050.030.040.030.040.030.040.030.040.030.04

(4)第6次循环结束后卸压、冷却至常压常温，打开木材改性器，取出试件；

(5)用大量清水冲洗试件，去除其表面附着的多余染液；

(6)待试件表面的水分稍干后，将其放入干燥箱内，以70℃干燥10h；

(7)将干燥后的试件取出，放置于室温中冷却待用；

2.2.2“冷热槽”法

(1)将试件2放入干燥箱中，以70℃干燥6h；

(2)将干燥后试件取出，趁热浸入冷的染液中，用重物压实，确保试件完全浸没在染液中；

(3)试件在常温下在染液中浸泡24h(与试件1在染液中浸泡的时间相等)，取出后用大量清水冲洗，去除其表面附着的多余染液；

(4)待试件表面的水分稍干后，将其放入干燥箱内，以70℃干燥10h；

(5)将干燥后的试件取出放，置于室温中冷却待用；

3.试验结果

如图3所示，在肉眼观察下可以看出，试件1表面染色后的色泽更为均匀，而试件2的表面则明显能看出色彩的深浅不一。

参见图4，用钢锯分别将试件1与试件2从中间锯开，观察其剖面，发现试件1内部也完全被染上了颜色，虽不及表面的颜色深，但也足以说明用压力—降压法进行处理能使染料渗透到木材内部深处；而试件2的剖面则显示染料基本上只富集在其表面上，其内部基本上保持了木材原色。试件各部位的染色效果列于下表2。

表2  试件各部位的染色效果

试件	轴向染色深度(mm)	侧面染色深度(mm)	中间部分颜色
				12	128	10.2	浅红色木材本身颜色

4.结论

传统工艺中驱使染液进入木材方法不外是真空减压渗透、“冷热槽”法渗透或高压浸注等手段，它们的缺点是进入深度有限且染液中的染料分子在木材浅表面已消耗，稍深处已无染色作用，从而形成染色深度非常有限且不均匀。而新技术采取的是吞吐的方式反复进行，随着压力的升降染液进入和移出木材，而且每次进入的深度都在增加，而浓度基本维持不变，这就有效的保证了染色的深度和均匀度。

由以上可知，本发明为采用增压与减压工艺的木材染色法，它能有效实现对木材的深度染色且色度均匀，所需设备简单，造价低，工艺简单，易于操作。

附图说明

图1是悬铃木试件样图；

图2是试验过程中压力变化图；

图3是染色后的试件(试件1：左边；试件2：右边)；

图4是染色后试件的剖面(试件1：上面；试件2：下面)

具体实施方式

1、设备组成：

密闭压力容器(木材改性器)：本工艺主要设备，生产时将待染色木材由进料口装入；

加热系统：为木材加热升温提供能量，可由燃油锅炉或蒸汽锅炉构成，生产时木材装入后即可启动，向木材改性器提供高温蒸汽；

贮液罐：贮存染液，生产时将调好的染液送入木材改性器中，工作由真空泵或气泵完成；

排汽阀：设在密闭压力容器上，当木材和染液被加热到设定温度和压力时，开启排汽阀，进行降压。当压力降到设定值时，关闭排汽阀，继续加热。当压力和温度恢复到设定值时，再次开启排汽阀，进行降压。如此周而复始直到木材达到预设状态为止。用真空泵或气泵将染液送回贮液罐，卸压后开启进料口取出木材。工作时排汽阀排出废汽由冷凝器收集。

计算机全自动控制系统；

木材运输系统；

2.工艺过程：

A.装填待染色木材：将材堆送入木材改性器中，关闭罐盖；

B.关闭排气阀，用真空泵对木材改性器进行减压，从贮液罐中吸入配制好的染液，浸没木材；

C.启动加热系统向木材改性器中通入过热蒸汽，加热待染色木材及染液至设定温度(110℃左右)和压力(0.04Mpa)，然后开启排气阀进行降压至设定压力；

D.关闭排气阀，升温升压重复上述过程(参见表1)，直至染色木材达到设定的染色深度和均匀度

E.启动气泵排出木材改性器中剩余的染液至贮液罐；

F.进入干燥工序(采用压力-降压木材脱水干燥法)；

G.取出经过染色干燥的木材，整个工艺过程结束。

上述操作可由控制系统经传感器预设程序及最佳工艺参数数据库控制实现。

Claims (5)

1.一种采用增压与减压工艺的木材染色法，其特征是，该方法为：将待染木材和染液置于密闭容器中，对该容器内进行反复的增压与减压，利用该压力升降造成木材内外压力差引起染液运动而实现染色。

2.根据权利要求1所述采用增压与减压工艺的木材染色法，其特征是，该方法的工艺过程是：

(1)将待染色木材置于密闭容器中，并将染液加入该密闭容器；

(2)向所述密闭容器中通入不低于110℃的水蒸汽，使该密闭容器内的压力高于常压并使其中的木材得到蒸汽加热；

(3)当所述密闭容器中的温度和压力达到一定值后，保温保压，时间不少于1分钟；

(4)打开密闭容器的排汽阀泄出压力蒸汽，使密闭容器内减至常压；

(5)重复实施上述步骤(2)至(4)的工艺过程一次或一次以上；

(6)取出密闭容器中的染色木材，完成染色。

3.根据权利要求1所述采用增压与减压工艺的木材染色法，其特征是，使所述密闭容器中的染液浸没待染木材。

4.根据权利要求2所述采用增压与减压工艺的木材染色法，其特征是，步骤(3)所述温度为100℃-150℃。

5.根据权利要求2所述采用增压与减压工艺的木材染色法，其特征是，步骤(3)所述压力为0.02Mpa-0.5Mpa。

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