CN105643745A

CN105643745A - 提高木材染色上染率的方法

Info

Publication number: CN105643745A
Application number: CN201610062359.0A
Authority: CN
Inventors: 喻胜飞; 刘元; 李贤军; 罗武生; 胡嘉裕
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: CN105643745B

Abstract

本发明公开了一种提高木材染色上染率的方法，属于木材染色技术领域，其方法具体包括以下步骤：调节木材含水率为50%～100%，以含有丙酮、乙醇和脂肪烷基叔胺的混合溶液为夹带剂进行超临界CO₂流体萃取，然后以1.0MPa/min～10.0MPa/min的速率泄压，得到预处理木材；取经过预处理木材，浸泡在含有活性染液和元明粉的混合溶液中染色得到染色木材；将染色木材进行固色、皂洗。该方法工艺简单，不仅能提高活性染料在木材中的上染率和固色率，而且能提高染色深度。

Description

提高木材染色上染率的方法

技术领域

本发明涉及木材染色技术领域，尤其涉及一种提高木材染色上染率的方法。

背景技术

木材活性染料染色是活性染料溶液在木材表面润湿、扩散、吸附及染液向木材内部渗透并着色的过程，其中活性染料分子在木材中的移动和渗透非常重要，特别是对实木深度染色尤为重要。由于木材尺寸大，染色深度厚，因此活性染料在木材中的渗透性就成了影响染色的重要因素，渗透性越好，上染率越高。活性染料溶液从木材端面向木材内部渗透的主要路径是木材内的细胞壁毛细管系统（大毛细管和微毛细管）和纹孔系统。细胞壁中抽提物的含量与分布影响染液的渗透性；纹孔特别是具缘纹孔有纹孔塞，在木材生长过程中容易堵住纹孔口，发生闭塞，使染液在木材中的径向和弦向渗透能力很差，导致上染率偏低，染色不均匀。因此，木材染色前，一般要经过预处理，打通木材的纹孔结构，减少抽提物含量，改善木材的渗透性，提高染液在木材中的上染率。

目前，木材活性染料染色前预处理技术有物理法和化学法。化学法普遍采用NaOH、H₂O₂漂白的预处理技术，NaOH溶液能与木材中的树脂酸抽提物发生皂化反应生成溶于水的树脂酸钠盐除去；H₂O₂只是对木材内的显色物质进行氧化漂白，对抽提物的去除以及纹孔结构的改变不明显，从而导致活性染料在木材中的上染率提高不显著。物理法普遍采用微波预处理技术，其缺陷是只能使用新鲜木材，在快速干燥过程中形变较大，并且该方法对气干材效果不明显。

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，以及低粘度和高扩散性的特性。目前，肖忠平介绍了用超临界CO₂流体对杉木、马尾松、檫木等木材进行预处理，但以苯-乙醇混合溶剂的夹带剂还不能极大地提高超临界CO₂的极性，同时整个体系呈酸性，不能去除抽提物中的酸性物质，使得预处理效果不理想。

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，提供一种提高木材染色上染率的方法，该方法工艺简单，丙酮、乙醇、叔胺等有机试剂能够回收循环利用，应用该方法处理后的木材应用到活性染料染色工艺中，不仅能提高活性染料在木材中的上染率和固色率，而且能提高染色深度。

为解决上述技术问题，提供了一种提高木材染色上染率的方法，包括以下步骤：

S1、调节木材含水率为50%～100%，以含有丙酮、乙醇和脂肪烷基叔胺的混合溶液为夹带剂进行超临界CO₂流体萃取，然后以1.0MPa/min～10.0MPa/min的速率泄压，得到预处理木材；

S2、取经过所述步骤S1中的预处理木材，浸泡在含有活性染液和元明粉的混合溶液中染色得到染色木材；

S3、将所述染色木材进行固色、皂洗。

上述的方法，优选的，所述步骤S1中所述木材为杨木心材或桉木心材。

上述的方法，优选的，脂肪烷基叔胺为N,N,-二甲基-1-辛胺、N,N,-二丙基-1-丙胺、N,N-二甲基十二烷基胺、N,N-二甲基十六烷基胺、N,N-二甲基十八烷基胺中的一种或多种。

上述的方法，优选的，所述步骤S1中，所述夹带剂流量为5mL/min～20mL/min，丙酮的体积分数为50%～60%、乙醇的体积分数为30%～40%、脂肪烷基叔胺的体积分数为5%～10%。进一步优选的，所述丙酮的体积分数为60%、乙醇的体积分数为30%～35%、脂肪烷基叔胺的体积分数为5%～10%。

上述的方法，优选的，所述步骤S1中所述超临界CO₂流体萃取的压力为10MPa～30MPa，时间为30min～60min，CO₂流量为20L/h，温度为35℃～60℃。

上述的方法，优选的，所述步骤S2中所述染色的温度为50℃～90℃，所述染色的时间为2h～3h。

上述的方法，优选的，所述步骤S2中所述含有活性染液和元明粉的混合溶液中，元明粉的浓度为30g/L～60g/L。所述活性染液的浓度为0.5%～5%。

上述的方法，优选的，所述步骤S2中所述含有活性染液和元明粉的混合溶液中，所述活性染料为X型活性染液、KN型活性染液、M型活性染液、EF型活性染液、B型活性染液的一种或多种。

上述的方法，优选的，所述步骤S3还包括将皂洗后的木材用冷水反复洗涤，然后烘干。

上述的方法，优选的，所述步骤S3中所述固色步骤具体为：用纯碱溶液在温度50℃～80℃下对染色木材固色30min～90min。

上述的方法，优选的，所述纯碱溶液的浓度为15g/L～40g/L。进一步优选的，所述纯碱溶液的浓度为20g/L。

上述的方法，优选的，所述步骤S3中所述皂洗步骤具体为：将固色后的木材放入在浴比为1∶40的皂洗液中，在90℃～95℃下皂洗10min～15min。

上述的方法，优选的，所述皂洗液包括1wt%～3wt%的LR-2皂洗剂、15g/L～40g/L的Na₂SiO₃。进一步优选的，所述皂洗液包括2wt%的LR-2皂洗剂、20g/L的Na₂SiO₃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明提供了一种提高木材活性染料染色上染率的方法，采用超临界CO₂流体萃取对木材进行预处理，先将木材含水率调至50%～100%，使木材润胀；然后置于超临界CO₂流体萃取缸中，以丙酮、乙醇、脂肪烷基二甲基叔胺混合试剂为夹带剂，超临界CO₂流体携带夹带剂流经木材内部，一方面通过压力作用打通润胀木材的毛细管系统和纹孔系统，另一方面木材的含水率增加，夹带剂中增加乙醇等助溶剂使木材中的抽提物在超临界CO₂流体中的溶解能力增加，使叔胺与抽提物充分反应后溶于流体中，去除木材内部的抽提物；然后以1.0MPa/min～10.0MPa/min的速度快速泄压，通过压力的波动进一步打通毛细管系统和纹孔系统，同时把溶解的抽提物快速带出，提高了木材的渗透性，进而提高了木材的染色上染率，同时还提高了染色深度。

（2）本发明以丙酮、乙醇、脂肪烷基二甲基叔胺混合试剂作为夹带剂，其作用是增加超临界CO₂流体的极性，使抽提物中的极性物质在CO₂的溶解度大大增加，而脂肪烷基二甲基叔胺属于Lewis碱，能和木材中的酸性物质发生反应，又能完全溶于丙酮和乙醇混合溶剂中。

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。

实施例

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1：

一种本发明的提高木材活性染料染色上染率的方法，包括以下步骤：

（1）配制夹带剂：取丙酮、乙醇和N,N-二甲基十六烷基胺，按照体积比为60∶32∶8进行混合得到丙酮、乙醇和脂肪烷基叔胺的混合溶液，即夹带剂。

（2）将杨木心材加工成50×20×5mm的四面光试件，调至含水率80%，放入超临界CO₂萃取缸中。将丙酮、乙醇、N,N-二甲基十六烷基胺的混合溶液装入夹带剂罐中。将温度为35℃、流量为20L/h的CO₂流体通入萃取缸中，同时用高压泵将夹带剂罐中的混合溶液以15mL/min的流量通入萃取缸，至萃取缸内压力为15MPa，进行超临界CO₂流体萃取30min。萃取完成后以10MPa/min的速度快速泄压，降温回收CO₂、丙酮、乙醇、N,N-二甲基十六烷基胺等试剂，并将木材取出，经清洗、烘干后得到预处理木材。

（3）配制染液：将M-3BE活性红染液和元明粉混合得到染液，染液中M-3BE活性红染液浓度为1.0%（o.w.f），元明粉的浓度为40g/L。

（4）将步骤（3）中配制的染液放入不锈钢染缸中，在恒温振荡水浴锅中振荡均匀后，按照浴比为1∶20将上述步骤（2）中的预处理木材（2～3块）放入染缸中，以2℃/min的速度升温，升至80℃保持恒温染色3h得到染色木材。

（5）在不锈钢染缸中继续加入20g/L纯碱，以1℃/min的速度升温，升至60℃保持恒温固色30min得到固色后的木材。

（6）将步骤（5）中得到的固色后的木材按照浴比1∶40放入1g/L皂洗液LR-2，在90℃下皂煮10min，然后取出，用冷水清洗干净，干燥，完成染色过程。

对比例1：

一种木材活性染料染色的方法，不包括预处理步骤，其余步骤与实施例1相同。

实施例1的活性染料杨木染色的上染率达到75%，固色率达到72%，染色深度5mm。对比例1的杨木上染率48%、固色率44%，染色深度1.5mm；实施例1的上染率和固色率相比于对比例1分别要提高56%和64%。

实施例2：

（1）配制夹带剂：取丙酮、乙醇和N,N-二甲基十二烷基胺，按照体积比为50∶40∶10进行混合得到丙酮、乙醇和脂肪烷基叔胺的混合溶液，即夹带剂。

（2）将桉木心材加工成50×20×5mm的四面光试件，调至含水率100%，放入超临界CO₂萃取缸中。将丙酮、乙醇、N,N-二甲基十二烷基胺的混合溶液装入夹带剂罐中，通入温度为45℃的CO₂流体，至萃取缸内压力为25MPa，进行超临界CO₂流体萃取60min。萃取完成后以10MPa/min的速度快速泄压，降温回收CO₂、丙酮、乙醇、N,N-二甲基十六烷基胺等试剂，并将木材取出，经清洗、烘干后得到预处理木材。

（3）配制染液：将M-2GE活性蓝染液和元明粉混合得到染液，染液中M-3BE活性红染液浓度为1.0%（o.w.f），元明粉的浓度为40g/L。

（4）将步骤（3）中配制的染液放入不锈钢染缸中，在恒温振荡水浴锅中振荡均匀后，按照浴比为1∶20将上述步骤（2）中的预处理木材（2～3块）放入染缸中，以2℃/min的速度升温，升至80℃保持恒温染色4h得到染色木材。

（5）在不锈钢染缸中继续加入20g/L纯碱，以1℃/min的速度升温，升至70℃保持恒温固色60min得到固色后的木材。

对比例2：

一种木材活性染料染色的方法，不包括预处理步骤（即实施例2中的步骤（1）和步骤（2）），其余步骤与实施例2相同。

实施例2的活性染料杨木染色的上染率达到74%，固色率达到70%，染色深度5mm。对比例2的桉木上染率42%、固色率38%，染色深度1.5mm；实施例2的上染率和固色率相比于对比例2分别要提高76%和84%。

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

1.一种提高木材染色上染率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S3、将所述染色木材进行固色、皂洗。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中所述木材为杨木心材或桉木心材；脂肪烷基叔胺为N,N,-二甲基-1-辛胺、N,N,-二丙基-1-丙胺、N,N-二甲基十二烷基胺、N,N-二甲基十六烷基胺、N,N-二甲基十八烷基胺中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述夹带剂流量为5mL/min～20mL/min，丙酮的体积分数为50%～60%、乙醇的体积分数为30%～40%、脂肪烷基叔胺的体积分数为5%～10%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中所述超临界CO₂流体萃取的压力为10MPa～30MPa，时间为30min～60min，CO₂流量为20L/h，温度为35℃～60℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中所述染色的温度为50℃～90℃，所述染色的时间为2h～3h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中所述含有活性染液和元明粉的混合溶液中，元明粉的浓度为30g/L～60g/L，所述活性染料的浓度为0.5%～5%；所述活性染料为X型活性染液、KN型活性染液、M型活性染液、EF型活性染液、B型活性染液的一种或多种。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中所述固色步骤具体为：用纯碱溶液在温度50℃～80℃下对染色木材固色30min～90min。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述纯碱溶液的浓度为15g/L～40g/L。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中所述皂洗步骤具体为：将固色后的木材放入在浴比为1∶40的皂洗液中，在90℃～95℃下皂洗10min～15min。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述皂洗液包括1wt%～3wt%的LR-2皂洗剂、15g/L～40g/L的Na₂SiO₃。