CN108994996B

CN108994996B - 木材的深度染色方法

Info

Publication number: CN108994996B
Application number: CN201810886257.XA
Authority: CN
Inventors: 喻胜飞; 刘元; 罗武生; 李贤军; 胡嘉裕; 唐玉莲; 吕霜霜
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2038-08-06
Also published as: CN108994996A

Abstract

本发明公开了一种木材的深度染色方法，包括以下步骤：S1、木材的预处理：将待染色木材置于第一密闭容器中，添加含有NaOH和第一表面活性剂的溶液进行真空‑加压‑真空预处理，干燥后得干燥木材；S2、木材的染色处理：将步骤S1所得干燥木材置于第二密闭容器中，添加含有活性染料和第二表面活性剂的溶液进行真空‑加压‑真空染色处理，得初步染色木材；S3、木材的后处理：向第二密闭容器中添加皂洗液进行真空‑加压‑真空固色处理，干燥后得染色木材。本发明具有工艺简单，木材染色深度高等优点。

Description

木材的深度染色方法

技术领域

本发明涉及木材活性染料染色方法技术领域，尤其涉及一种木材的深度染色方法。

背景技术

活性染料在木材中的染色是活性染料分子从不同方向向各向异性的木材内部依靠渗透和扩散、吸附等完成。染色前对木材进行预处理，改善木材本身结构特性，特别是改变木材的纹孔结构和数量，减少抽提物（特别是NaOH抽提物）含量，是提高活性染料在木材中渗透性、实现深度染色的关键。木材染色时当含水率饱和后染液在浓度梯度下以扩散、吸附的方式进入木材，此时染色深度主要受染液性质、染色工艺条件的影响。因此，如何提高木材的渗透性、提高活性染料在木材中的扩散和吸附性能成为国内外木材活性染料深度染色技术研究的热点。

现有深度染色技术中真空浸注法、冷热槽法、加压注入法，都是通过木材内外固定压力差作为推动力促使染料在木材中扩散，由于染液中的染料分子在木材浅表面已消耗，染液浓度因浅表层的阻挡而稀释，染色深度有限。CN101125433A公开了采用增压与减压工艺的木材染色法，利用压力升降造成木材内外压力差引起染液运动而实现染色，由于木材横向渗透、扩散通道是木材的纹孔结构，纹孔膜直径10μm左右，纹孔塞5μm左右，孔径较小，孔隙率较低，染液依靠压力差渗透或扩散进入木材内部需要一定的时间，因此该方法中升压减压时间间隔（特别是染色4h后）较短，染液来不及渗透或扩散进入木材更深层面就已经完成了一次循环，每次循环基本只能使染料到达同一木材深度，染色深度也有限，同时该方法需要消耗蒸汽、升压减压反复循环，造成染色过程能耗过高。

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，提供一种工艺简单，木材染色深度高的木材的深度染色方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种木材的深度染色方法，包括以下步骤：

S1、木材的预处理：将待染色木材置于第一密闭容器中，对待染色木材进行第一次抽真空处理，然后浸渍于含有NaOH和第一表面活性剂的溶液中进行预处理，卸压排液后对待染色木材进行第二次抽真空处理，干燥后得干燥木材；

S2、木材的染色处理：将步骤S1所得干燥木材置于第二密闭容器中，对干燥木材进行第一次抽真空处理，然后浸渍于含有活性染料和第二表面活性剂的溶液中进行染色处理，卸压排液后对干燥木材进行第二次抽真空处理，得初步染色木材；

S3、木材的后处理：将步骤S2所得初步染色木材浸渍于皂洗液中进行固色处理，卸压排液后对初步染色木材进行抽真空处理，干燥后得染色木材。

优选地，所述步骤S1中，所述预处理的具体步骤为：

向第一密闭容器中添加含有NaOH和第一表面活性剂的溶液，直至待染色木材浸渍于溶液中，加压至0.15 MPa～1 MPa，升温至30 ℃～80 ℃对待染色木材进行保温保压预处理。

优选地，所述步骤S1中，所述NaOH浓度为0.2 %～0.8 %，所述第一表面活性剂的浓度为0.6 %～1.0 %。

优选地，所述步骤S1中，所述第一表面活性剂为阳离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂中的一种或多种。

优选地，所述步骤S2中，所述染色处理的具体步骤为：

向第二密闭容器中添加含有活性染料和第二表面活性剂的溶液，直至干燥木材浸渍于溶液中，加压至0.15 MPa～1 MPa，升温至30 ℃～60 ℃对干燥木材进行保温保压染色处理。

优选地，所述步骤S2中，所述活性染料浓度为0.5 %～1.5 %，所述第二表面活性剂的浓度为0.4 %～1.2 %。

优选地，所述步骤S2中，所述第二表面活性剂为N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂或N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂和非离子型表面活性剂的混合物，所述活性染料为活性红M-3BE、活性黄M-3RS、活性蓝M-2GE中的一种或多种。

优选地，所述步骤S3中，所述固色处理的具体步骤为：

向第二密闭容器中添加含有Na₂SiO₃和阴离子表面活性剂的皂洗液，直至初步染色木材浸渍于皂洗液中，加压至0.15 MPa～1 MPa，升温至30 ℃～70 ℃对初步染色木材进行固色处理。

优选地，所述步骤S3中，所述Na₂SiO₃浓度为0.5 %～1.0 %，所述阴离子表面活性剂的浓度为0.5 %～1.0 %。

优选地，所述步骤S3中，所述干燥的具体步骤为：将固色处理后的木材置于40 ℃～50 ℃温度下干燥，直至木材的含水率为8 %～12 %。

优选地，所述步骤S1中，阳离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，非离子型表面活性剂为聚氧乙烯辛基苯酚醚。

优选地，所述步骤S2中，N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱。

优选地，所述步骤S1中，所述第一次抽真空处理的时间为15 min～30 min，所述保温保压预处理的时间为3 h～6 h，所述第二次抽真空处理的时间为0.5 h～1 h。

优选地，所述步骤S1中，所述干燥的具体步骤为：将预处理后的木材置于40 ℃～50 ℃温度下干燥，直至木材的含水率为27 %～33 %。

优选地，所述步骤S2中，所述第一次抽真空处理的时间为15 min～30 min，所述染色处理的时间为3 h～6 h，所述第二次抽真空处理的时间为0.5 h～1 h。

优选地，所述步骤S1和步骤S2中，所述第一次抽真空处理和第二次抽真空处理的真空度均为0.02 MPa～0.08 MPa。

优选地，所述步骤S3中，所述固色处理的时间为30 min～45 min，所述抽真空处理的时间为0.5 h～60 h，真空度为0.02 MPa～0.08 MPa。优选地，所述步骤S1中，所述预处理的具体步骤为：

向第一密闭容器中添加30 ℃～80 ℃含有NaOH和第一表面活性剂的溶液，直至待染色木材浸渍于溶液中，加压至0.15 MPa～1 MPa，对待染色木材进行保温保压预处理。

优选地，所述步骤S2中，所述染色处理的具体步骤为：

向第二密闭容器中添加30 ℃～60 ℃含有活性染料和第二表面活性剂的溶液，直至干燥木材浸渍于溶液中，加压至0.15 MPa～1 MPa，对干燥木材进行保温保压染色处理。

优选地，所述步骤S3中，所述固色处理的具体步骤为：

向第二密闭容器中添加30 ℃～70 ℃含有Na₂SiO₃和阴离子表面活性剂的皂洗液，直至初步染色木材浸渍于皂洗液中，加压至0.15 MPa～1 MPa，对初步染色木材进行固色处理。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明的木材的深度染色方法，在木材的预处理、染色处理及后处理过程中都使用真空-加压-真空处理操作。第一次抽真空处理将木材内部的气体分子抽出，形成负压；加压，使木材内外形成更大的压力差，促使溶液向木材深层渗透或扩散；第二次抽真空处理是将木板内部溶解的抽提物或未固着在木板上的活性染料压出木板内部。本发明木材的深度染色方法，工艺简单，工业化实施容易，活性染料对木材染色的上染率、固色率高，安全节能，经济环保，能实现对木材（尤其是木质板材）的深度染色，染色深度最高可达80 mm，染色部位色度均匀，色牢度好并且具有防水功能。

（2）本发明的木材的深度染色方法，在木材预处理过程中加入NaOH和第一表面活性剂（阳离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂），能降低溶液的表面张力，促使NaOH溶液进入木板内部或深层，将木板内部或深层分布在纹孔膜周围的酸类、脂类等抽提物，通过第一表面活性剂由油相转移到溶液中，与NaOH反应生成水溶性的产物，通过第二次抽真空处理操作将其压出木板内部，打通活性染料在木材中渗透、扩散的纹孔通道，提高木材的渗透性。

（3）本发明的木材的深度染色方法，在木材的染色处理中加入的第二表面活性剂（N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂或烷基酚聚氧乙烯醚类非离子型表面活性剂），不仅降低溶液的表面张力，增加活性染料的溶解度，而且降低木材表面张力，使木材纤维溶胀，利于染料分子进入木材内部或深层，提高染料的扩散速度。第二表面活性剂采用N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂，活性染料采用活性红M-3BE、活性黄M-3RS、活性蓝M-2GE中的一种或多种，N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂中甜菜碱分子中的阳离子与活性染料磺酸根阴离子或木材纤维阴离子形成离子键结合，减少活性染料或木材纤维的负电荷，从而减小活性染料与纤维之间的静电排斥，使活性染料对纤维的直接性增强，起促染作用；随着染色的进行，N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂和活性染料在染浴中形成单分子络合物，比活性染料离子更具有疏水性，易吸附在木材纤维的疏水性部分，因而匀染性提高。在N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂中加入水溶性好的烷基酚聚氧乙烯醚类非离子型表面活性剂（如OP-10）混合使用产生明显的协同增效效应。

（4）本发明的木材的深度染色方法，在木材的后处理中加入阴离子表面活性剂和Na₂SiO₃，使染色过程中吸附在木材表面和内部的活性染料活性基团，在弱碱性条件下和木材纤维上高活性位羟基发生固色反应，提高染色木材的色牢度。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是实施例1、对比例1和对比例2的木材染色效果对比图。

图3是实施例2、对比例3和对比例4的木材染色效果对比图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

本发明的一种木材的深度染色方法，包括以下步骤：

本发明的木材的深度染色方法，在木材的预处理、染色处理及后处理过程中都使用真空-加压-真空处理操作。第一次抽真空处理将木材内部的气体分子抽出，形成负压；加压，使木材内外形成更大的压力差，促使溶液向木材深层渗透或扩散；第二次抽真空处理是将木板内部溶解的抽提物或未固着在木板上的活性染料压出木板内部。

在木材预处理过程中加入NaOH和第一表面活性剂，能降低溶液的表面张力，促使NaOH溶液进入木板内部或深层，将木板内部或深层分布在纹孔膜周围的酸类、脂类等抽提物，通过第一表面活性剂由油相转移到溶液中，与NaOH反应生成水溶性的产物，通过第二次抽真空处理操作将其压出木板内部，打通活性染料在木材中渗透、扩散的纹孔通道，提高木材的渗透性。

在木材的染色处理中加入的第二表面活性剂，不仅降低溶液的表面张力，增加活性染料的溶解度，而且降低木材表面张力，使木材纤维溶胀，利于染料分子进入木材内部或深层，提高染料的扩散速度。

在木材的后处理中加入阴离子表面活性剂和Na₂SiO₃，使染色过程中吸附在木材表面和内部的活性染料活性基团，在弱碱性条件下和木材纤维上高活性位羟基发生固色反应，提高染色木材的色牢度。

实施例1：

如图1所示，本实施例的一种木材的深度染色方法，具体包括以下步骤：

S1、预处理：将杨木锯板（规格2600 mm×100 mm～300 mm×50 mm～80 mm，本实施例杨木锯板的规格为2600 mm×100 mm×80 mm，含水率10 %）装入不锈钢密闭预处理罐，0.04 MPa下抽真空0.5 h，用多级离心增压泵注入40 ℃ 0.2 %NaOH溶液和0.8 %十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶液，使杨木锯板试样浸泡到混合溶液中，加压至0.6 MPa，保温保压预处理4 h。卸压，放出预处理罐中的溶液，将试样在0.0 4MPa下抽真空0.5 h，得到预处理后的杨木锯板。

S2、将预处理后的杨木锯板放入40 ℃干燥窑中干燥，直至杨木锯板的含水率为30%，得干燥后的杨木锯板。

S3、染色处理：将干燥后的杨木锯板装入不锈钢密闭染色罐中，0.04 MPa下抽真空0.5 h，用多级离心增压泵注入40℃ 0.5 %活性红M-3BE染液和0.8 %十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）溶液，加压至0.6 MPa，使干燥后的杨木锯板浸泡到混合溶液中，保温保压染色3h。卸压，放出染色罐中的溶液，将杨木锯板在0.04 MPa下抽真空0.5 h，得到初步染色后的杨木锯板。

S4、后处理：用多级离心增压泵注入50 ℃ 1.0 %阴离子表面活性剂（LAS）和2.0 %Na₂SiO₃皂洗液，加压至0.6 MPa，使初步染色后的杨木锯板浸泡到皂洗液中，保温保压皂洗固色30min。卸压，放出染色罐中的皂洗液，将杨木锯板在0.04 MPa下抽真空0.5 h，然后放入40℃干燥窑中干燥，直至杨木锯板的含水率为10%±2%，得到红色的染色杨木锯板。

本实施例中，采用多级离心增压泵吸入的溶液已预先升温至指定温度，如40 ℃，在其他实施例中，可先采用多级离心增压泵吸入溶液，再将罐升温至指定温度，如30 ℃～70 ℃，也可取得相同或相似技术效果。

本实施例中，在预处理和染色处理之间将木材干燥，目的是控制染色前木材的含水率。因为木材染色时是染料随水分子一起渗透进入木材内部，水的分子量小，渗透速率快，优先进入木材内部，使水在木材内部逐渐达到饱和，并在渗透通道上形成染料的浓度梯度。如果木材含水率过高，则在木材内部不会形成较高的浓度梯度，影响染色的扩散和吸附速率、渗透深度。

本实施例中，采用多级离心增压泵吸入染液可实现脉冲式注液，使染液有一定的扰动，既保证了木材内外有压力差作为液体在木材内渗透、扩散的推动力，又保证了染液浓度在整个设备中保持恒定，同时保证在一定压力差下液体有足够的时间渗透或扩散进入木板深层。

对比例1：

本对比例与实施例1大致相同，不同之处在于：在预处理、染色处理和后处理过程中未做抽真空处理和加压处理，均采取常压操作，考察压力对染色木材的影响。

对比例2：

本对比例与实施例1大致相同，不同之处在于：在预处理、染色处理和后处理过程中未添加表面活性剂，考察表面活性剂对染色木材的影响。

分别按照《GB/T3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》、《GB/T 3920-2008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，分别按照GB/T 21881-2015《酸性染料匀染性的测定》、GB/T 9292-2012《表面活性剂高温条件下分散染料染聚酯织物用匀染剂的移染性测试法》、GB/T10663-2014《分散染料移染性的测定高温染色法》和GB/T 5552-1985《表面活性剂纺织助剂还原染料用匀染剂的匀染性》检测活性染料或匀染剂（表面活性剂）的匀染性，用直尺测量木材的染色深度，将木材用水浸泡5min前后的增重率表示木材的吸水率。

实施例1、对比例1和对比例2的木材染色效果对比图如图2所示。

实施例1的染色木板染色深度高达80 mm，匀染性4～4.5级，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，吸水率29.4%。

对比例1中的染色木材染色深度很浅，仅为4 mm，同时由于木材表面没有表面活性剂疏水基团的定向排列形成的保护层，吸水率高达78.3%。

对比例2中的预处理、染色和后处理过程中没有表面活性剂对溶液性质、木材纤维的作用，染色深度也仅20 mm，同时匀染性及皂洗、摩擦色牢度都要低。

实施例2：

本实施例的一种木材的深度染色方法，具体包括以下步骤：

S1、预处理：将杨木锯板（规格2600 mm×100 mm～300 mm×50 mm～80 mm，本实施例杨木锯板的规格为2600 mm×100 mm×80 mm，含水率10 %）装入不锈钢密闭预处理罐，0.02 MPa下抽真空0.5 h，用多级离心增压泵注入50 ℃ 0.2 %NaOH溶液、0.6 %十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和0.4 %聚氧乙烯辛基苯酚醚（OP-10）溶液，将杨木锯板浸泡于混合溶液中，加压至0.8 MPa，保温保压预处理4 h。卸压，放出预处理罐中的溶液，将杨木锯板在0.02MPa下抽真空0.5 h，得到预处理后的杨木锯板。

S3、染色处理：将干燥后的杨木锯板装入不锈钢密闭染色罐中，0.02 MPa下抽真空0.5 h，用多级离心增压泵注入50 ℃ 0.33 %活性黄M-3RS和0.53 %活性蓝M-2GE的混合染液和0.6 % 十二烷基二甲基胺乙内酯（BS-12）、0.4%聚氧乙烯辛基苯酚醚（OP-10）溶液，加压至0.8 MPa，使干燥后的杨木锯板浸泡到混合溶液中，保温保压染色3 h。卸压，放出染色罐中的溶液，将试样在0.0 2MPa下抽真空0.5 h，得到初步染色后的杨木锯板。

S4、用多级离心增压泵注入60 ℃ 1.0 %阴离子表面活性剂（LAS）、2.0 %Na₂SiO₃皂洗液，加压至0.8MPa，使初步染色后的杨木锯板浸泡到皂洗液中，保温保压皂洗30 min。卸压，放出染色罐中的皂洗液，将杨木锯板在0.02 MPa下抽真空0.5 h，然后放入40℃干燥窑中干燥，直至杨木锯板的含水率为10%±2%，得到墨绿色的染色杨木锯板。

对比例3：

本对比例与实施例2大致相同，不同之处在于：在预处理、染色和后处理过程中未做抽真空处理和加压处理，均采取常压操作，考察压力对染色木材的影响。

对比例4：

本对比例与实施例2大致相同，不同之处在于：在预处理、染色和后处理过程中未添加表面活性剂，考察表面活性剂对染色木材的影响。

实施例2、对比例3和对比例4的木材染色效果对比图如图3所示。

实施例2的染色木板染色深度高达80 mm，匀染性4级，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，吸水率28.2 %。

对比例3中实施常压染色深度很浅，仅3.5 mm，吸水率高达77.9 %。

对比例4中预处理、染色和后处理过程中没有表面活性剂对溶液性质及木材纤维的作用，染色深度也仅18 mm，同时匀染性及皂洗、摩擦色牢度都要低。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的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，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种木材的深度染色方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、木材的预处理：将待染色木材置于第一密闭容器中，对待染色木材进行第一次抽真空处理，然后向第一密闭容器中添加含有NaOH和第一表面活性剂的溶液，直至待染色木材浸渍于溶液中，加压对待染色木材进行预处理，卸压排液后对待染色木材进行第二次抽真空处理，干燥后得干燥木材；所述溶液中NaOH浓度为0.2％～0.8％，所述第一表面活性剂的浓度为0.6％～1.0％；

S2、木材的染色处理：将步骤S1所得干燥木材置于第二密闭容器中，对干燥木材进行第一次抽真空处理，然后向第二密闭容器中添加含有活性染料和第二表面活性剂的溶液，直至干燥木材浸渍于溶液中，加压对干燥木材进行染色处理，卸压排液后对干燥木材进行第二次抽真空处理，得初步染色木材；所述第二表面活性剂为N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂或N-烷基甜菜碱两性离子表面活性剂和非离子型表面活性剂的混合物，所述活性染料为活性红M-3BE、活性黄M-3RS、活性蓝M-2GE中的一种或多种；

S3、木材的后处理：将步骤S2所得初步染色木材浸渍于皂洗液中进行固色处理，卸压排液后对初步染色木材进行抽真空处理，干燥后得染色木材；所述皂洗液为含有Na₂SiO₃和阴离子表面活性剂的皂洗液；

所述固色处理的具体步骤为：向第二密闭容器中添加皂洗液，直至初步染色木材浸渍于皂洗液中，加压对初步染色木材进行固色处理。

2.根据权利要求1所述的深度染色方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述预处理的具体步骤为：

向第一密闭容器中添加含有NaOH和第一表面活性剂的溶液，直至待染色木材浸渍于溶液中，加压至0.15MPa～1MPa，升温至30℃～80℃对待染色木材进行保温保压预处理。

3.根据权利要求1所述的深度染色方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述第一表面活性剂为阳离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂中的一种或多种。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的深度染色方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述染色处理的具体步骤为：

向第二密闭容器中添加含有活性染料和第二表面活性剂的溶液，直至干燥木材浸渍于溶液中，加压至0.15MPa～1MPa，升温至30℃～60℃对干燥木材进行保温保压染色处理。

5.根据权利要求4所述的深度染色方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述溶液中活性染料浓度为0.5％～1.5％，所述第二表面活性剂的浓度为0.4％～1.2％。

6.根据权利要求4所述的深度染色方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述固色处理的具体步骤为：

向第二密闭容器中添加皂洗液，直至初步染色木材浸渍于皂洗液中，加压至0.15MPa～1MPa，升温至30℃～70℃对初步染色木材进行固色处理。

7.根据权利要求6所述的深度染色方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述皂洗液中Na₂SiO₃浓度为0.5％～1.0％，所述阴离子表面活性剂的浓度为0.5％～1.0％。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的深度染色方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述干燥的具体步骤为：将固色处理后的木材置于40℃～50℃温度下干燥，直至木材的含水率为8％～12％。