CN104493937B

CN104493937B - 提高木材活性染料染色固色率的方法

Info

Publication number: CN104493937B
Application number: CN201410801279.3A
Authority: CN
Inventors: 喻胜飞; 刘元; 李贤军; 罗武生; 钟杨; 吴玉娟
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: CN104493937A

Abstract

本发明公开了一种提高木材活性染料染色固色率的方法，包括以下步骤：将待染色木材分别在热水、NaOH溶液、H₂O₂中浸提；将活性染料染液和元明粉混合后，对经过浸提处理后的木材染色得到染色木材；然后将碱性硅溶胶固色剂对染色木材固色；碱性硅溶胶固色剂以正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、乙醇、水、氨水为原料，通过溶胶‑凝胶反应制备得到；用皂洗液将经过固色后的木材进行皂洗，然后用冷水洗涤、干燥得到染色固色后的木材。本发明的方法不仅工艺简单，活性染料对木材染色的固色率高，而且醇类有机溶剂能够回收循环利用，避免了因使用大量盐类物质而加剧印染废水处理的难度，安全节能，经济环保。

Description

提高木材活性染料染色固色率的方法

技术领域

本发明涉及木材活性染料染色方法技术领域，尤其涉及一种碱性硅溶胶固色剂在提高木材活性染料染色固色率中的方法。

背景技术

木材染色是染料分子在木材中通过吸附渗透和固着两个过程，使木材具有一定的坚牢色泽，实现劣材优用、修正木材视觉特性的重要方法。活性染料能与木材中的纤维素、半纤维素、木质素以共价键结合，赋予木材优良的色牢度，加之其色泽鲜艳、色谱齐全，在木材染色中的应用越来越广泛。木材活性染料染色一般用纯碱固色剂进行固色，其原理是在碱性条件下纤维和活性染料发生化学反应生成醚键（Cell-O-D）使活性染料固着在木材上，但染液中的OH^-也能与活性染料发生亲核反应，生成水解染料，不仅降低了活性染料的固色率，容易产生浮色。而且水解染料不能与木材发生反应，对纤维的亲和力很小，需要强烈皂洗和水洗去浮色，更加重了水的消耗和环境的污染。同时大量纯碱的使用，使得印染废水中含有大量的盐类物质，不利于废水的生物处理，这加剧了印染废水处理的难度和成本。因此，如何提高木材活性染料染色的固色率，提高木材耐摩擦牢度，实现低盐或无盐染色成为国内外木材活性染料染色技术研究的热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提高木材活性染料染色固色率的方法，具有工艺简单，工业化实施容易，染料固色率高、匀染性好，醇类有机溶剂能够回收循环利用，避免大量使用纯碱等容易产生浮色、加剧废水处理难度的盐类物质，染色木材的耐皂洗色牢度、耐干湿摩擦色牢度高等特点。

为解决上述技术问题，提供了一种提高木材活性染料染色固色率的方法，包括以下步骤：

S1、将待染色木材分别在热水、NaOH溶液、H₂O₂中浸提；

S2、将活性染料染液和元明粉混合后，对经过S1步骤处理后的木材染色得到染色木材；然后将碱性硅溶胶固色剂对染色木材固色；碱性硅溶胶固色剂以正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、乙醇、水、氨水为原料，通过溶胶-凝胶反应制备得到；

S3、用皂洗液将经过步骤S2固色后的木材进行皂洗，然后用冷水洗涤、干燥得到染色固色后的木材。优选的，木材与皂洗液的浴比为1∶40。

前述的方法，进一步的，步骤S2中，正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、乙醇、水、氨水的摩尔比为1∶0.001～0.01∶20～30∶30～40∶0.3～0.7。

前述的方法，进一步的，步骤S2中，溶胶-凝胶反应的温度为40℃，反应时间为1h。

前述的方法，进一步的，硅烷偶联剂为γ–氨丙基乙氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基-（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的一种或多种的混合物。

前述的方法，进一步的，氨水的质量百分比浓度为25%～28%。

前述的方法，进一步的，步骤S1具体为：将待染色木材在水浴比为1∶40，温度为70～90℃的水浴环境下浸提8h，然后转入8g/L NaOH溶液中浸提2h，最后在3wt%H₂O₂溶液中浸提2h。

前述的方法，进一步的，步骤S2中染色步骤具体为：将木材放入染缸，加入活性染料染液和元明粉，然后加水调节浴比为1∶20～1∶40，在温度50～90℃下染色2～3h得到染色木材。

前述的方法，进一步的，步骤S2中的活性染料染液的质量百分含量为0.5%～2%，元明粉的浓度为40g/L。

前述的方法，进一步的，步骤S2中的对染色木材固色的温度为50℃～80℃，固色时间为30～90min。。

前述的方法，进一步的，步骤S2中的碱性硅溶胶固色剂加入量为活性染料染液质量的6wt%～8wt%。

前述的方法，进一步的，步骤S3中的皂洗液由1wt%的LR-2皂洗剂和20g/L的Na₂SiO₃组成。

前述的方法，进一步的，步骤S3中皂洗的温度为90℃～95℃；皂洗时间为10min～15min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明采用碱性硅溶胶固色剂提高活性染料染液在木材上的固色效果，其中碱性硅溶胶固色剂以正硅酸乙酯为原料，通过溶胶-凝胶法制备得到；一方面是在碱性条件下纤维和活性染料发生化学反应生成醚键（Cell-O-D）使活性染料固着在木材上，另一方面微小的溶胶粒子具有极大的比表面积和较高的比表面能，容易在木材表面形成一层具有三维网状结构的氧化物薄膜，这层膜将活性染料三维固着在硅氧烷母体中，达到了提高染色木材的固色率、耐摩擦色牢度和皂洗色牢度的效果。

（2）本发明提供的碱性硅溶胶固色剂的制备方法，制备工艺简单、适合大规模工业化生产。

（3）本发明的碱性硅溶胶固色剂可应用于提高木材活性染料染色固色率，具有工艺简单，工业化实施容易，染料固色率高、匀染性好，醇类有机溶剂能够回收循环利用，避免大量使用纯碱等容易产生浮色、加剧废水处理难度的盐类物质，染色木材的耐皂洗色牢度、耐干湿摩擦色牢度高等特点。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1：

一种碱性硅溶胶固色剂，其制备方法包括以下步骤：

（1）以正硅酸乙酯为原料，将正硅酸乙酯加入到无水乙醇中，搅拌均匀，配成A溶液；蒸馏水和28%的浓氨水混合均匀，配成B溶液，控制正硅酸乙酯、乙醇、水、氨水的摩尔质量比为1∶20∶40∶0.5。

（2）将步骤（1）制备得到的30wt% A溶液放入反应器，升温至40℃，开动反应器中的搅拌器，以2mL/min的滴加速度往反应器中并流滴加步骤（1）制备得到的B溶液和剩余的70wt% A溶液，以40℃冷凝回流，反应30min后，再滴加KH550（KH550与正硅酸乙酯的摩尔比为0.005∶1），继续搅拌反应0.5h，静置陈化12h，完成碱性硅溶胶固色剂的制备。

上述实施例1中，正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、乙醇、水、氨水的摩尔质量比为1∶0.001～0.01∶20～30∶30～40∶0.3～0.7；氨水的质量百分比浓度为25%～28%；均可制备相同或相似的碱性硅溶胶固色剂。

实施例1采用的硅烷偶联剂是γ–氨丙基乙氧基硅烷（KH550），在本发明中，其他的硅烷偶联剂如：N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基-（β-甲氧基乙氧基）硅烷；或者这些硅烷偶联剂的中两种或两种以上的混合物也能发挥与γ–氨丙基乙氧基硅烷相同的作用，并达到相同或相似的技术效果。

同样，实施例1采用的醇溶剂为无水乙醇，在本发明中，其他的醇溶剂如：丙醇、异丙醇、叔丁醇、正丁醇或者这些醇溶剂的中两种或两种以上的混合物也能发挥与无水乙醇相同的作用，并达到相同或相似的技术效果。

实施例2：

一种实施例1的碱性硅溶胶固色剂在提高木材活性染料染色固色率中的方法，具体包括以下步骤：

S1、预处理：将杨木单板试样（规格100×50×2mm）在水浴比为1∶40，温度为80℃的水浴环境下（水浴温度为70～90℃）浸提8h，然后转入浴比为1∶40，8g/L NaOH溶液中浸提2h，最后在浴比为1∶40，3wt%H₂O₂溶液中浸提2h。

S2、染色：将经过S1后的杨木称量好放入不锈钢染缸中，再按照浴比1∶20（水浴比为1∶20～1∶40均可实施），将浓度为1.0%（o.w.f）M-3BE活性红染液（M-3BE活性红染液质量百分含量为0.5%～2%均可实施）和40g/L元明粉放入染缸中，在恒温振荡水浴锅中振荡均匀后，水浴锅以2℃/min的速度升温，升至80℃保持恒温染色3h（染色温度为50～90℃；染色时间为2～3h均可实施）。然后加入8%（占染液质量比）实施例1的碱性硅溶胶固色剂，以1℃/min的速度升温，升至60℃保持恒温固色80min。

S3、皂洗：用1wt% LR-2皂洗剂和20g/L的Na₂SiO₃组成的皂洗液将经过步骤S2固色后的木材，在90℃下，以浴比1∶40皂洗10min（皂洗的温度为90℃～95℃；皂洗时间为10min～15min均可实施），然后用冷水洗涤、干燥得到染色固色后的木材。

对比例1：

S1、预处理：将杨木单板试样（规格100×50×2mm）在水浴比为1∶40，温度为80℃的水浴环境下（水浴温度为70～90℃）浸提8h，然后转入浴比为1∶40，8g/L NaOH溶液中浸提2h，最后在水浴比为1∶40，3wt%H₂O₂溶液中浸提2h。

S2、染色：将经过S1预处理后的杨木称量好放入染缸中，再按照浴比1∶40将浓度为1.0%（o.w.f）M-3BE活性红染液和40g/L元明粉放入不锈钢染缸中，在恒温振荡水浴锅中振荡均匀后，水浴锅以2℃/min的速度升温，升至80℃保持恒温染色3h。然后加入20g/L纯碱，在60℃下恒温固色80min。

S3、皂洗：用1wt% LR-2皂洗剂和20g/L的Na₂SiO₃组成的皂洗液将经过步骤S2固色后的木材，在90℃下，以浴比1∶40皂洗10min，然后用冷水洗涤、干燥得到染色固色后的木材。

按照《GB∕T2391-1980活性染料吸色率和固色率的测定方法》检测活性染料对木材的上染率和固色率，分别按照《GB/T3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》、《GB/T3920-2008纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》检测染色木材的耐皂洗色牢度、耐干、湿摩擦色牢度。

通过对实施例2和对比例1的对比，实施例2的活性染料杨木染色的上染率达到83.07%，固色率达到81.12%，染色木材的耐皂洗色牢度达到4级，耐干摩擦色牢度达到4级，耐湿摩擦色牢度达到3.5～4级，比传统的纯碱作为固色剂得到的染色木材的上染率77.01%，固色率达到71.13%要高10%，耐水洗、耐干湿摩擦色牢度3级要高0.5～1级。

实施例3：

一种实施例1的碱性硅溶胶固色剂在提高木材活性染料染色固色率中的方法，具体的应用方法具体包括以下步骤：

S1、预处理：将杨木单板试样（规格100×50×2mm）在水浴比为1∶40，温度为80℃的水浴环境下浸提8h，然后转入浴比为1∶40，8g/L NaOH溶液中浸提2h，最后在浴比为1∶40，3%H₂O₂溶液中浸提2h。

S2、染色：将经过实施例3中S1后的杨木称量好放入不锈钢染缸中，再按照浴比1∶40，将浓度为浓度为0.5%（o.w.f）X-BR活性蓝染液和40g/L元明粉放入染缸中，在恒温振荡水浴锅中振荡均匀后，再水浴锅以2℃/min的速度升温，升至50℃保持恒温染色2h。然后加入6%实施例1的碱性硅溶胶固色剂，以1℃/min的速度升温，升至50℃保持恒温固色40min。

S3、皂洗：用1% LR-2皂洗剂和20g/L的Na₂SiO₃组成的皂洗液将经过步骤S2固色后的木材，在90℃下，以浴比1∶40皂洗10min，然后用冷水洗涤、干燥得到染色固色后的木材。

通过对实施例3和对比例1的对比，实施例3的活性染料杨木染色的上染率达到77.61%，固色率达到76.73%，染色木材的耐皂洗色牢度达到4级，耐干摩擦色牢度达到4级，耐湿摩擦色牢度达到3.5～4级，比传统的纯碱作为固色剂得到的染色木材的上染率73.25%，固色率达到68.66%要高8.07%，耐皂洗、耐干湿摩擦色牢度3级要高0.5～1级。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种提高木材活性染料染色固色率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待染色木材分别在热水、NaOH溶液、H₂O₂中浸提；

S2、将活性染料染液和元明粉混合后，对经过所述S1步骤处理后的木材染色得到染色木材；然后将碱性硅溶胶固色剂对所述染色木材固色；所述碱性硅溶胶固色剂以正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、乙醇、水、氨水为原料，通过溶胶-凝胶反应制备得到；所述硅烷偶联剂为γ–氨丙基乙氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基-（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的一种或多种的混合物；

S3、用皂洗液将经过所述步骤S2固色后的木材进行皂洗，然后用冷水洗涤、干燥得到染色固色后的木材；

所述步骤S2中，所述正硅酸乙酯、硅烷偶联剂、乙醇、水、氨水的摩尔比为1∶0.001～0.01∶20～30∶30～40∶0.3～0.7。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：将待染色木材在水浴比为1∶40，温度为70～90℃的水浴环境下浸提8h，然后转入8g/L NaOH溶液中浸提2h，最后在3wt%H₂O₂溶液中浸提2h。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中所述染色步骤具体为：将木材放入染缸，加入活性染料染液和元明粉，然后加水调节浴比为1∶20～1∶40，在温度50～90℃下染色2～3h得到所述染色木材。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的活性染料染液的质量百分含量为0.5%～2%，元明粉的浓度为40g/L。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的对所述染色木材固色的温度为50℃～80℃，固色时间为30～90min。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的碱性硅溶胶固色剂加入量为活性染料染液质量的6wt%～8wt%。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中的皂洗液由1wt%的LR-2皂洗剂和20g/L的Na₂SiO₃组成。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中所述皂洗的温度为90℃～95℃；皂洗时间为10min～15min。