CN104210004B - 一种改性木材的染色方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改性木材的染色方法，它是将改性木材板材或改性木粉置于超临界CO2流体染色设备的染色缸中，以CO2‑H2O为染色介质，分散染料为染色剂，在温度为100～140℃，压力为10～40 MPa，时间为10～600min进行染色的。染色完成后经降压、降温回收CO2和分散染料，即得染色改性木材板材或染色改性木粉，染色改性木粉可进一步热压成型制得染色改性木材板材。所得染色木材板材具有颜色丰富、色彩鲜艳、色彩均匀等效果，以及染色过程具有清洁、环保等优势。该类彩色板材可用于室内外装饰工程，特别是可作为潮湿环境下的美观装饰材料使用，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种改性木材的染色方法
技术领域
本发明涉及改性木材及其染色技术领域，具体为一种改性木材的染色方法。
背景技术
对木材进行化学改性是实现木材耐用的重要手段之一，经化学改性后的木材，某些特性往往得到明显的改善或提高，如抗腐蚀、抗虫蛀性能和使用寿命等。对木材的染色可改善木材原有表面物理及化学特性，使木材获得较牢固的颜色，改善木材的视觉效果，增强木制品外观色彩的装饰效果。
木材主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，对水具有很好的亲合性。因此，木材常采用亲水性的直接染料、酸性染料、碱性染料和反应性的活性染料染色，但所染木材常存在耐水洗性能差，易褪色或变色等缺点。木材经化学改性后，木材中的纤维素、半纤维素和木质素分子上的羟基被封闭，对水的亲合性大大降低，使分散染料染色改性木材成为可能。
专利ZL201110118006.5是关于乙酰化改性木材染色的一种方法，具体涉及到用分散染料在水相中采用高温高压染色机染色乙酰化改性木材，从而获得了一种红色耐水洗木材。然而上述专利用分散染料对改性木材染色，所用的染色介质为水，存在含分散染料的废水给环境带来污染，且染料不能完全有效利用等缺点。因此，发明一种环保型染色改性木材的方法无疑具有重要的意义。
超临界CO2流体是一种非极性流体介质，它具有能溶解非极性、弱极性物质的液体性质，以及低黏度和高扩散性的特性。目前，超临界CO2在醋酯、锦纶、腈纶、羊毛中得到应用，被誉为是对传统印染行业的一次绿色革命，但超临界染色技术尚未用于改性木材的染色。对于改性木材，其表面因连接有机疏水性基团而具有一定的疏水性，而它内部的部分羟基由于未完全酯化或醚化而具有一定的亲水性，可谓“表里不一”。而且，改性木材内部结构存在结晶区，具有结构不均匀性。在超临界染色中，如何对改性木材染色，即采用何种流体？选用何种染料？采用何种染色工艺才能获得理想的色彩？这是有待解决的技术问题。本发明就在于提供一种超临界CO2-H2O双组份流体对改性木材的染色方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性木材的染色方法，以制备出色彩丰富、鲜艳、均匀和具有耐水洗、抗虫蛀、抗腐蚀等特性的彩色改性木材。该木材可广泛用于室内外装饰工程，特别是可作为潮湿环境下的对耐水性能要求较高的美观装饰材料使用。
一种改性木材的染色方法，它是将木材板材或木粉先进行化学改性，在超临界染色设备中，以CO2-H2O组成的双组份染色介质体系，用分散染料进行染色而得到。
所述的化学改性木材是指经乙酸酐、乙酰氯处理得到的乙酰化改性木材板材，或经乙酸酐、乙酰氯处理得到的乙酰化木粉，或经氯化苄处理得到的苄基化木粉，或经丙烯腈处理得到的氰乙基化木粉，或经硫酸二乙酯处理得到的乙基化木粉，或经环氧氯丙烷处理得到的环氧氯丙烷化木粉。所用的木材是杉木、橡木、梨木等各种常用木材。
所述的染色是在超临界流体染色设备中进行的，所加的染色介质主要为超临界流体CO2，并加入少量H2O作辅助染色介质，以组成CO2-H2O的双组份染色介质体系。H2O与CO2的质量比为1：50～1000，H2O与改性木材的质量比1：2～50。在超临界CO2流体中加入少量H2O，对某些染料染色的匀染性和染料上染率具有显著的提升效果。如采用分散蓝79、分散蓝148等分散染料的染色。
所述的分散染料包括偶氮类和蒽醌类，它是其中的一种或者两种及以上的混合物，优先采用分子量在500以下的分散染料。其中在涤纶织物染色后具有高水洗牢度、高日晒牢度的分散染料优先对改性木材的染色，所得彩色改性木材也同样具有亮丽的色彩和高水洗牢度。而染色时所用分散染料的质量为所染改性木材质量的0.2～20%。
染色是在温度为100～140℃，压力为10～40MPa，时间为10～600min下进行的。染色温度越高，压力越大，时间越长，一般来说染色效果越好。但对于不同改性木材的染色存在一定的差异。对于乙酰化改性木材板材的染色，染色温度、染色压力和染色时间均要求比染色改性木粉高或长。
染色完成后，通过超临界CO2流体染色设备分离系统进行降压、降温，以回收CO2和未上染的分散染料。所回收的CO2和分散染料可继续用于下一批改性木材的染色，实现回收CO2和分散染料的多次套用，从而既不产生染色废水，也使未上染染料得到有效利用。
本发明的一种改性木材的染色方法，其具体过程是：取一定质量的乙酰化改性木材板材，用一定量的水润湿10～120min，使其增重达到2.0～20%后，将其固定在超临界CO2流体染色设备的染色缸中央。或者取一定质量的改性木粉置于染色缸，加入相当于改性木材质量的2.0～50%的H2O使改性木粉均匀润湿。然后加入相当于改性木材质量的0.2～20%的分散染料，密闭染色缸。通入100～140℃的CO2气体，使染色缸内压力达到为10～40Mpa，并保温在100～140℃，染色10～600min。染色完成后，通过超临界CO2流体染色设备分离系统进行降压、降温，以回收CO2和未上染的分散染料。最后，取出染色样品，即得染色乙酰化改性木材板材或染色改性木粉。将染色改性木粉经温度80～150℃，压力0.5～3.0MPa，时间5～60min的热压成型处理可制得相应的染色木材板材。对回收的CO2和分散染料，可继续用于下一批改性木材的染色，实现回收的CO2和分散染料的多次套用。
本发明所得染色改性木材的色彩，包含红色、黄色、深色、橙色、蓝色、紫色、黑色等各种颜色。
本发明所得染色改性木材的色光、耐水洗色牢度以及染色匀染性与改性木材的种类、木材改性程度和分散染料种类有关。通常，染色改性木材的色光和耐水洗色牢度与该染料染色涤纶织物的色光和牢度类似，但不同改性木材用同一染料染色的色光和牢度会有一定的差异，即使是同一种染料染色同一种改性木材，其色光和牢度也受其木材部位、木材改性种类、改性程度等因素的影响。改性木材染色的匀染性受木材是边材还是芯材的影响，也受改性木材种类、改性程度、木粉粒度等因素的影响。
本发明所得染色改性木材的色光、耐水洗色牢度还与超临界流体染色工艺有关，即染色改性木材的色光、耐水洗色牢度与染色温度、压力和时间有关，通常，染色温度和压力越高、时间越长，染色改性木材的色光越深，木材的耐水洗牢度越高。
本发明所得染色改性木材的匀染性和染料上染率还与染色温度、压力、时间，以及染色所用流体的特性有关。染色温度和压力越高，时间越长，染料上染率越高，染色匀染性越好。在超临界CO2流体中加入少量H2O，可显著提高某些染料染色的匀染性和染料上染率，如分散蓝79、分散蓝148等染料的染色。
本发明中改性木材的耐水洗色牢度的测定方法是参照纺织品色牢度试验方法，按沾色级数进行评定的。通常同一分散染料在改性木材上染色的水洗牢度与在纯涤纶上染色的耐水洗牢度相近，染色改性木材的耐水洗色牢度一般达3～4级。
本发明采用的分散染料具有色谱范围宽的特点，所得染色改性木材具有颜色丰富、色彩鲜艳的效果。由于采用的木材是乙酰化改性、苄基化改性、乙基化改性、氰乙基化改性等改性木材，而该类木材具有耐水洗、抗虫蛀、抗腐蚀等特性，因而也赋予这种彩色木材具有抗虫蛀、抗腐蚀、抗皱裂变形等特性，实现了木材的美观耐用。
本发明得到的彩色改性木材，因具有颜色丰富、色彩鲜艳、色彩均匀，以及耐水洗、抗虫蛀、抗腐蚀等特性，可广泛应用于室内高档地板和高档家具的制作，也可以用于室外仿古建筑等高档装饰工程，特别是可作为潮湿环境下的对耐水性能要求较高的美观装饰材料使用，具有非常广阔的应用前景。
本发明的优点及有益效果在于：采用超临界CO2流体染色设备实现了分散染料对改性木材的染色；其次，采用CO2-H2O组成的双组份溶剂体系为染色介质，提高了分散染料的上染率和染色匀染性；再次，实现了染色介质CO2流体和未上染的分散染料回收与多次套用，具有清洁、环保的特色。以上三点也正是本发明的创新性之所在。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、原理和达成目的易于明白了解，下面结合以下具体实施例，进一步阐述本发明，而不会限制本发明。
依据现有的文献制备出乙酰化木材板材和各种改性木粉，作为后面各实施例中的染色用材料。
实施例 1 ：乙酰化梨木板的染色
558得红将10.15g乙酰化梨木板用水浸入30min后（增重约7.5%），悬挂在超临界CO2流体染色设备的染色缸（1000mL）中，加入0.100g分散红73，密闭染色缸。通入130℃的CO2，至压力为35MPa，并保温在130℃染色240min。染色完成后，减压回收CO2和染料，并降温到40℃以下。取出染色缸，将染色乙酰化梨木板取出，得色彩均匀的枣红色乙酰化梨木板，其耐水洗色牢度4级。
验色对比实施例 1：不用水润湿的乙酰化梨木板染色
558得红将9.93g干燥的乙酰化梨木板不用水润湿，直接悬挂在超临界CO2流体染色设备的染色缸（1000mL）中，加入0.099g分散红73。重复上述实验过程，得色彩不均匀的浅红色乙酰化梨木板，其耐水洗色牢度3级。
比较实施例1及其对比实施例1，采用超临界CO2-H2O体系比采用超临界CO2体系染色得到的乙酰化木板的颜色更均匀、色彩更深，染色牢度更高。
实施例 2 ：乙酰化杉木粉的染色
将5.00g乙酰化杉木粉和0.050g分散红152混合后，加入到超临界CO2流体染色设备的染色缸（1000mL）中，然后将2.0mL水均匀滴加到乙酰化杉木粉上，密闭染色缸。通入130℃的CO2气体至压力为30MPa，并保持90min。染色完成后，减压回收CO2和染料，并降温到40℃以下。取出染色缸，将缸内染色木粉倒出，即得色彩均匀的红色乙酰化杉木粉，其耐水洗色牢度4级。
将上述红色乙酰化杉木粉，在120℃，2.0MPa下热压10min，得红色乙酰化木材板材。
验色对比实施例 2：不用水润湿的乙酰化杉木粉染色
将5.00g乙酰化杉木粉和0.050g分散红152混合后，加入到超临界CO2流体染色设备的染色缸（1000mL）中，密闭染色缸。重复上述实验，得色彩不均匀的浅红色乙酰化杉木粉，其耐水洗色牢度3级。
比较实施例2及其对比实施例2，采用超临界CO2-H2O体系比采用超临界CO2体系染色得到的乙酰化木粉的颜色更均匀、色彩更深，染色牢度更高。
实施例 3 ：苄基化杉木粉的染色
将20.00g苄基化杉木粉和0.400g分散蓝148混合后，加入到超临界CO2流体染色设备的染色缸（1000mL）中，然后将2.0mL水均匀滴加到苄基化杉木粉上。密闭染色缸，通入120℃的CO2气体至压力为25MPa，并保持45min。染色完成后，减压回收CO2气体和染料，并降温到40℃。取出染色缸，将缸内染色木粉倒出，得色彩均匀的深蓝色苄基化杉木粉，其耐水洗色牢度4级。
验色对比实施例 3：不用水润湿的苄基化杉木粉染色
将20.00g苄基化杉木粉和0.400g分散蓝148混合后，加入到超临界CO2流体染色设备的染色缸（1000mL）中，密闭染色缸。重复上述实验，得色彩不均匀的浅蓝色乙酰化杉木粉，其耐水洗色牢度3级。
比较实施例3及其对比实施例3，采用超临界CO2-H2O体系比采用超临界CO2体系染色得到的乙酰化木粉的颜色更均匀、色彩更深，染色牢度更高。
实施例 4 ：乙酰化橡木板的染色
558得红将8.15g乙酰化橡木板用水浸入30min后（增重约6.8%），悬挂在超临界CO2流体染色设备的染色缸（1000mL）中，加入1.600g分散黄114，密闭染色缸。通入115℃的CO2气体至压力为30MPa，并保持120min。染色完成后，减压回收CO2气体和染料，并降温到40℃。取出染色乙酰化橡木板，即得色彩均匀的深黄色乙酰化橡木板，其耐水洗色牢度3～4级。
对比实施例 4 ：染料套用染色乙酰化橡木板
558得红将一块8.24g乙酰化橡木板用水浸入30min后（增重约6.4%），悬挂在超临界CO2流体染色设备的染色缸（1000mL）中，加入1.200g分散黄114及实施例4回收的0.400g分散黄114，重复上述染色过程。得色彩均匀的黄色乙酰化橡木板，其耐水洗色牢度3～4级。
重复对比实施例4，进行第三次套用回收的CO2和分散黄114，也有相似的结果。
实施例 5 ：氰乙基化杉木粉的染色
将5.00g氰乙基化杉木粉和0.100g分散蓝79混合，加入到超临界CO2流体染色设备的染色缸（1000mL）中，然后将2.0mL水均匀滴加到氰乙基化杉木粉上。密闭染色缸，通入110℃的CO2气体至压力为25MPa，并保持60min。染色完成后，回收CO2和染料，并降温到40℃以下。取出染色缸，将缸内染色木粉倒出，即得色彩均匀的蓝色氰乙基化杉木粉，其耐水洗色牢度3级。
将上述蓝色氰乙基化杉木粉，在100℃，2.5MPa下热压10min，得蓝色氰乙基化木材板材。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种改性木材的染色方法，其特征在于，首先将改性木材板材或改性木粉置于超临界CO2流体染色设备的染色缸中，以CO2为主要染色介质和少量H2O为辅助染色介质，以分散染料为染色剂，在密闭染色缸后，通入温度为100～140℃的CO2流体，至染色缸内压力为10～40MPa，在100～140℃下染色10～600min，染色完成后，经降压、降温过程回收CO2和分散染料，即得染色改性木材，其中，所述改性木材板材或改性木粉具体为经乙酰化处理得到的改性木材板材或者经乙酰化、苄基化、氰乙基化、乙基化、环氧氯丙烷化处理得到的改性木粉中的一种或者是其任意两种及以上的混合物；所述CO2为主要染色介质和H2O为辅助染色介质所组成的双组份染色介质，体系中H2O与CO2的质量比为1：50～1000，H2O与改性木材的质量比1：2～50；所述染色剂为分散染料，包括偶氮类和蒽醌类染料，而采用的染料是其中的一种或两种、三种的混合物，使用质量为改性木材质量的0.2～20%。
2.根据权利要求1所述的一种改性木材的染色方法，其特征在于，染色完成后，经降压、降温过程回收CO2和分散染料，回收的CO2和分散染料用于后一批改性木材的染色，实现CO2和分散染料的循环利用。
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