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木材基材选用酸性染料染木的实验研究
摘要：随着各种类型装饰市场的不断发展和人们对大自然的向往，木材制品市场需求越来越大。木皮产品染色目前市场主要以酸性染料单缸染色为主，单缸染色后大量没被吸附的染料直接以污水形式废弃，造成浪费和污染。纺织印染行业经过数十年发展，纺织品印染加工与木皮染色加工有相类似的处。本项目选择酸性染料，对木材基材选用不同颜色酸性染料、不同上染时间、不同浓度、不同助剂下进行上染率的测试，再在原有残液的基础上续缸，探究染料的利用率对木材单板进行染色研究。
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随着各种类型装饰市场的不断发展和人们对大自然的向往，市场上木纹制品每年销售量以20%以上速度在升高，木皮产品染色目前市场主要以酸性染料单缸染色为主，基本属于按照不同色系进行配色染色，产品风格较少，生产属于低级粗放型生产加工模式。纺织印染行业经过数十年发展，生产工艺与技术非常成熟，木皮纤维属于纤维素纤维材料，在其染色加工中是平幅加工为主，与纺织印染加工有相似之处。本项目就是将印染续染拓展到木皮染色加工，降低生产成本和污染。
1、实验
1.1原料
尤加利木片(3mm)。
1.2染料、药品与助剂
染料：酸性染料(酸性蓝BRN、中性红S-G315#200%、中性黄2GL59#200%、中性黑BL168#100%)(杭州天雅实业有限公司)
药品与助剂：冰醋酸(调整pH值在4.5～5.5之间，分析纯级)、保护剂新科-M6(广州南通博大生化有限公司)。
1.3主要实验设备
红外小样染色机(佛山精柯纺织设备有限公司)、722型分光光度计(森源)。
1.4主要实验设备
工艺流程1：配液→入木→升温80℃(1℃/min×3h)→水洗→烘干
工艺流程2：配液→入木→常温→浸泡→烘干
1.5主要实验设备
1.6测试指标
1.6.1上染百分率
用722型分光光度计测定染色前后染液的吸光度，按公式计算而得
上染百分率=(1-nA1/mA0)*100%
式中：
m/n—染色前/后染液稀释的倍数；
A0/A1—染色前/后染液稀释；m/n倍后的吸光度
经测试，黄色染料的最大波长为440nm，蓝色染料的最大波长为620nm，黑色染料的最大波长为570nm。
2、实验与分析
2.1染料上染率与pH调节剂的关系
2.1.1工艺处方
酸性染料0.03%、0.17%、0.33%、0.50%、0.67%、0.83%、1.00%(o.w.f)
2.1.2不同浓度下原液吸光度测试结果
表1染料不同浓度下原液吸光度测试结果
图1不同浓度下原液吸光度
由上图可看出黑色染料与黄色染料的线性关系较明显，蓝色染料在0.17%～0.33%浓度时的波动较大。
表2醋酸与硫酸铵调节pH值对染色的影响测试
图2醋酸染色pH值变化
由图可知，三种染料的pH值都是波动较大的，其中蓝色最明显，极有可能是蓝色染料溶解性较弱的原因。
图3硫酸铵染色pH值变化
由上图可看出黄色染料在低浓度时pH值变动较大，其他两种染料较不明显。
图4醋酸染色上染率
由图可看出在黄色染料在低浓度时上染率变化较大，在浓度超过0.33%(o.w.f)时，上染率趋于稳定。而蓝色与黑色染料在整个过程中都是变化较大的，没有一个明显的变化规律。
由5图可知，黑色与黄色染料上染率较为稳定，但是蓝色染料上染率波动大。
综上所看，蓝色染料因染料的溶解度不好，对整个实验的结果有很大的影响。对于染黑色，由数据来看，醋酸在染黑色时上染率比用硫酸铵染黑色好。
图5硫酸铵染色上染率
2.2测试染色时间与上染率的关系
2.2.1工艺处方
2.2.2步骤
配浓度为0.5%(o.w.f)染液8组，放入红外染色机染色，分别在2～8h之间每隔一个小时拿出一个样，并测上染率。
2.2.3数据记录
表3染色时间与上染率测试
图6染料首染不同时间的上染率
由图可看出：
(1)上染率：黑>蓝>黄；
(2)黄色与黑色的上染率前4h染率一直较为平稳，之后不断提高，主要是由于木材纤维结构紧密，在染色初期，纤维间溶胀的缝隙较小，染料无法进入，当纤维充分溶胀后，空隙变大，染料可以顺利进入管道内，上染率提高；
(3)蓝色上染率变化较大，造成的原因可能是蓝色染料颗粒较大，沉淀较多。
2.3续缸的工艺设计
2.3.1取浓度为1%的残液测得上染率，再追加染料至100%、110%和120%，再分别在不加任何助剂、加醋酸的条件下获得其残液，再测其上染率。
2.3.2数据记录
表4续染浓度与上染率测试
图7续染浓度与上染率测试
由上表可看出：染料续缸上染率排序为蓝>黄>黑，三个颜色其续缸上染率都较高，根据此实验看来，续缸染色是有可行性的。
3、结论
通过实验得出以下结论：
第一，黄色上染率基本不随时间变化而有明显变化。蓝色因染料颗粒较大沉淀过多，上染率浮动变化波动有点大。黑色染料在2～5h变化不大，5～8小时上染率就越来越高，且在8h时达到最高。总体颜色上染率黑色>蓝色>黄色。
第二，三种颜色染料上染率与pH值的变化波动都比较大，其中可能是因为蓝色溶解性弱，所以它的波动最为明显，染黑色时用醋酸比用硫酸铵好。
第三，醋酸的浓度对残液的上染率影响基本变化，追加残液后三个颜色续缸上染率都比较高，可以说明续缸染色是可行性的。
参考文献：
[1]孟祥鹏,等.杨木染色上染率的研究及染色工艺探索[J].林业机械与木工设备,2017,45(8).
[2]王春灿,等.杉木人工林木材酸性染料染色性能[J].森林与环境学报,2018,38(1):111-117.
林丽霞,童淑华.酸性染料染木质基材探索[J].广东化工,2020,47(11):79-81+69.
基金:广东省绿色高性能新材料研发工程技术研究中心(资助课题江科[2019]131);江门市高性能功能材料工程技术研究中心,江科[2018]359号;江门市功能材料与涂料重点实验室;江科[2018]352
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期刊名称：哈尔滨工业大学学报
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主管单位：中华人民共和国工业和信息化部
主办单位：哈尔滨工业大学
出版地方：黑龙江
专业分类：科技
国际刊号：0367-6234
国内刊号：23-1235/T
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创刊时间：1954年
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2020-07-01
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