塑木复合材料用木粉的染色工艺研究.pdf

第 4 1卷 第 4期 3 6 l 3 4 工程塑料应用 E NGI NEE RI NG PL AS TI CS APP LI CATI ON Vo 1 41 NO4 Ap r 2 01 3 d o i l O 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 1 3 5 3 9 2 0 1 3 0 4 0 0 9 塑木复合材料用木粉的染色工艺研究 文水平 丁恩勇 1 广东职业技术学院轻化工程系 广东佛山5 2 8 0 4 1 2 华南理工大学材料科学与工程学 院 广州5 1 0 6 4 1 摘要 将木粉经阳离子改性剂接枝改性后 利用筛选出的合适的直接耐晒型染料进行染色 染色后的木粉具有 较优良的染色性能 上染百分率 染料保留率 水洗染色牢度 均比较理想 同时染色残液补加染料后二次染色的木 粉与初始染液染得的木粉 色差少 染色残液 可循环利 用 减少污水 的排放 达到环保 的要 求 关键词 木粉 直接耐晒染料 接枝 改性 中图分类号 TQ3 2 0 6 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 5 3 9 2 0 1 3 0 4 0 0 3 6 0 4 St udy o n Dy e ing Pr oc e s s o f W oo d Fl o ur o f Pl as t ic O d Co m po s it e M a t e r ia l W e n S h u ip in g Din g E n y o n g f 1 De p t o f Lig h t Ch e mis t r y E n g in e e ri n g Gu a n g d o n g Po lyt e c h n ic F o s h a n 5 2 8 0 41 Ch in a 2 I n s t i t u t e o f Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e rin g S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c hno l o g y G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 1 C h i n a Ab s t r a c t Aft e r b e in g mo d ifi e d wit h c a t io n ic g r a f t in g a g e n t t h e wo o d fl o u r wa s d y e d wit h the p r o p e r l y s c r e e n e d d ir e c t f a s t d y e s T h e d y e d wo o d fl o u r p e r f o r m e x c e l l e n t d y e in g p r o p e r t ie s s u c h a s g o o d d y e u p t a k e h ig h r e t e n t i o n o f d y e s id e a l c o l o r f a s t n e s s t o wa s h i n g F u r t h e rm o r e t h e r e i s o n l y s ma l l c o l o r d iff e r e n c e o f t h e wo o d fl o u r b e t we e n t h a t d y e d w it h the s u p p l e me n t e d r e s id u e d y e b a t h a n d t h a t d y e d wit h in it ia l f r e s h d y e b a t h T h e r e s id u e d y e b a t h c o u l d b e r e c y c l e d t o r e d u c e t h e d is c h a r g e o f s e wa g e a n d t o me e t e n vir on m e nt a l r e qu ir e m e nt s Ke y wo r d s wo o dfl o ur d ir e c t f a s t d y e s gr a ftmo d if y 塑木复合材料兼具塑料 的耐水 防腐 和木材 的 质感等特性 因而成为一种性能优 良并十分耐用的 室外建材如地板 栅栏 椅凳 园林或水岸景观等 还 可替代港 口 码头等使用的木质构件以及替代木材 制造各种包装物 托盘 仓垫板等 其用途极为广泛 由于加工 中所用的塑料既可是新塑料 也可是废 旧 塑料 所 以塑木材料的出现大大减轻了塑料因难 以 自然降解而造成对环境 的破坏 此外 我 国作为一 个森林覆盖率极低的国家 对木材 的有效利用或寻 找新的木材替代物越来越重要 使用塑料或 回收塑料及废旧木屑乃至竹 花生 壳 椰子壳 亚麻 秸秆 稻糠等天然植物纤维粉末为 原料加工而成的塑木 在减轻污染 保护生态环境 的 同时 也能节约宝贵的 自然资源 所以国内外都在竞 相 开发塑木材料的相关技术 但 尚未见有关塑木复 合材料所用木粉的染色研究报道 木粉的染色 属于化学加工范畴 传统染色技术常会产生废水和 废液 因同时考虑到塑木多作为一种实用的户外露 天的水岸景观或装饰材料 笔者对木粉接枝改性 再 进行染色 探索一种工艺简单 染料上染百分率高 残液可循环使用 废水排放少且染色木粉耐晒牢度 水浸牢度高的染色工艺 1 实验部分 1 1 原材料 木粉 江苏南京市大源木塑有限公司 阳离子改性剂 1 广州创越化工有限公司 阳离子改性剂 2 广 东德美精细化工有 限公 司 阳离子改性剂 3 佛 山市威腾化工有 限公司 染料 直接染料 系列 直接 耐晒 系列 酸性染 料 阳离子染料 广州市荣庆化学制品有限公司 元明粉 四川眉山天和化工有限公司 渗透剂 L S N 阴离子型 广州市琪欣化工有限 公 司 1 2 设备 和仪 器 紫外可见分光 光度计 U V7 5 6 C R T型 上海佑 科仪器仪表有限公司 联 系人 文水平 副教授 主要从事纺织化学 与染整工程专业的 教学与研究 收稿 日期 2 0 1 3 0 2 0 6 文水平 等 塑木复合材料用木粉 的染色工艺研究 37 电 子 分 析 天 平 B T 1 2 5 D型 称 量 范 围 0 1 2 0 g 精度 0 1 m g 北京赛多利斯科学仪器有限公 司 普通 电子天平 D T1 0 0 0 A型 量程 l 0 0 0 g 精 度 0 0 1 g 常熟市意欧仪器仪表有限公司 恒温鼓风干烘箱 上海索谱仪器有限公司 循环水 真空泵 S HZ D 型 巩义市予华仪器 有 限公 司 红外线染色试样机 HS B型 鹤 山精湛染整设 备厂有限公 司 常温摇摆式小样染 色机 AS 一 1 2型 鹤 山精湛 染整设备厂有限公 司 电脑测色仪 D a t a c o l o r 6 0 0 型 美国德塔公司 1 3 染 色原理及方法 木粉 由纤维素 半纤维素和木素及少量其他成 分组成 其 中主要成分是纤维素 纤维素 中含有丰 富 的亲 水性基 团 如 羟基 oH 羧基 O OH 等官能团 染料可以通过氢键 范德华力或离子键 作用力与木粉纤维相结合 为了获得颜色均匀的透 染效果 木粉染色主要采用小浴 比常压加热浸染方 式进行加工 目前常用于木材染色的染料有直接染 料 碱性染料 酸性染料 活性染料 但是活性染料 染色相对 比较麻烦 首先是染色中需加元 明粉之类 的强电解质进行促染 其次染色后期阶段需加纯碱 固色来提高水洗牢度 可一部分染料在与纤维 固色 的同时 也有部分染料在纯碱作用下水解 造成染色 后的残液与新配染液有差异 所以残液无法重复使 用 废水处理成本 高 所以笔者主要对 比了直接染 料 阳离子染料 酸 陛染料 的染色效果 1 4染 色性 能 测试 上染百分率 先利用紫外可见分光光度计扫描 某染料溶 液的最大吸收波长 测试并制得吸光度与 染液浓度之 间关系的标准曲线 随后测得木粉染色 后残液的吸光度 并通过标准曲线获知染料浓度 进 而换算出染料剩余量 由上染染料量与投人染料量 算出上染百分率 染料 保 留率 按 照浴 比 1 1 0 将染 色木粉在 9 8 2 热水中煮 1 0 min 真空抽滤后用紫外可见分光 光度计测试滤液 的吸光度 通过标准曲线获得染液 浓度 并算 出染色木粉水煮后掉下来的染料量 由掉 下来的染料量与染色木粉水煮前上染的染料 总量间 接算出染料保留率 保留率越高 说 明染色木粉的水 浸牢度或耐热水洗牢度高 总色差 染 色后 的木粉 真空抽滤 然后分 别将滤饼状木粉烘干 在电脑测色仪上直接测试初 次染色木粉和二次残液染色木粉之间的色差值 2 结果与分析 2 1 染料 筛选 分别用不 同类 型的普通型直接纸 张绿 HG F 耐晒型直接造纸黄 H DL 直接耐晒兰 B R L 高 浓玫瑰精 阳离子染料 酸性金黄 G对木粉进行 染色 系列直接染料和高浓玫瑰精 的染色工艺为 按 照浴 比 1 1 0 在规定量的常温下 的水 中加入计量 好 的染料 渗透剂搅匀 再加入木粉 搅拌下按一定 的升温速率升到 9 5 染 1 5 mi n后 再加人元明粉 继续染 1 5 m i n 随后冷却到 6 0 并抽滤 最后测试 滤液 的染料浓度 染色处方见表 1 染色结果见表 2 酸性染料的染色工艺为 按照浴 比 1 1 0 在规 定量的常温下的水 中加入冰醋酸调节到所需p H值 再加入计量好 的染料 渗透剂搅匀 随后加入木粉 搅拌下按一定升温速率升到 9 5 直接染 3 0 min 随后冷却到 6 0 C 抽滤并测试滤液的染料浓度 染 色结果如表 3 所示 表 1染色处方 O 0 2 0 2 0 表 2 木粉上染百分率和染料保留率 表 3 酸性金黄 G染色处方 上染百分率及染料保留率 从表 2和表 3 可 以看出 普通的直接纸张绿 HGF和直接造 纸黄 H D L在加 了促染剂元 明粉及 渗透剂的情况下 上染 百分率稍有 提高 但均不理 想 染液中残余染料较多 可能是普通的直接纸张绿 3 8 工程塑料应用 2 0 1 3年 第 4 1 卷 第 4期 HGF及造纸黄 H D L与纤维之间的作用力不强 造 成上染百分率不高 同样原因 即使上染到木粉后 在热水洗过程中染料也被洗下来 直接耐晒染料则 因其分子量比一般直接染料高 与木粉的亲和力大 上染百分率与染料保留率都相对较高 但染料保留 率还不是最理想 所 以后续需要设法提高直接耐晒 染料的耐水洗牢度 高浓玫瑰精是一种水溶性阳离 子染料 而纤维素纤维在中性条件下带负电荷 阳离 子染料与纤维之间主要是靠离子问作用力相结合 作用力不强 所以上染百分率和耐水洗牢度不够好 表 3中采用 的是酸性染料 它的染料保 留率相 对较高 但酸 l生染料是一种水溶性阴离子染料 在酸 性条件下主要对木粉中的木素成分着色 对纤维素 的上染率不高 对木粉的总体上染百分率不高 所以 不宜作为木粉染色用染料 2 2 接枝 改性 剂 的选择 直接耐晒型染料的上染百分率较高 但染色后 热水洗过程中仍有一定程度掉色现象 耐水洗牢度 还不理想 因此在木粉染色前试 图用不 同阳离子改 性剂先将木粉进行接枝改 l生 随后再用直接耐晒型 染料染色 并通过染色效果评价改性剂的优劣 另 因木粉已经是细小颗粒 渗透剂及元明粉 的加入对 提高上染百分率作用不大 同时考虑实际操作及成 本 染色中未再加渗透剂及元 明粉 结果见表 4 表 4 不 同改性剂对木粉染色性能的影响 从表 4看 出 相 比较未改性试样 木粉改性后的 上染百分率得到提高的同时 耐水洗牢度大大改善 尤其是 2 改性剂对染色木粉的染料保 留率提高幅 度最大 主要是因为木粉接枝改性后带上 阳电荷 染料与木粉之间的作用力在原有的范德华力 氢键 的基础上增加 了离子键 提高了木粉与染料的亲和 力 故染料 的上染百分率 和牢度都有所提高 2 改 性剂与木粉形成共价键 结合最为紧密 故其作用较 为明显 将其作为木粉的阳离子接枝改性剂 2 3改性 剂 用量 的确定 采用不 同用量的 2 改性剂对木粉进行改性 再 用不同染料和染料用量进行染色 所测数据见表 5 表 5 不同用量 2 改性剂改性木粉后对不同浓度直接染料染色性影 响 从 以上实验结果来看 当染料用量增加即在染 深色的时候 染料的上染百分率及染色木粉的耐水 洗牢度都有所下降 但是在木粉改性剂用量多的情 况下 上染百分率和染料保 留率下降幅度低一点 综合考虑成本 在染 中浅色时接枝改性剂用量 在 2 即可 若染深色 改性剂用量为 5 比较合适 2 4残液二次染色与初始染色的对比 将接枝改性木粉染色后的滤液 在补加一定量 的染料 回到初始染色时染料浓度 的情况下 再加入 接枝改性过的木粉进行染色 随后抽滤测试滤液的 染料浓度 以及对比两次染色木粉的色差 E 表 6 表 8和 表 1 0示 出采用 2 用量 的 2 改 性剂对木粉进行改性后 用直接耐 晒红 耐晒橙 和 B R L初始 染液与二 次染液再 染 的各项 性能对 比 表 7 表 9和表 l 1 示 出采用 5 用量 的 2 改性剂对 木粉进行改性后 用直接耐晒红 耐晒橙和 B R L初 始染液与二次染液再染 的各项性能对 比 表 6 采用 2 改性剂后直接耐晒红的初始染液与 二次染液再染的各项性能对 比 项 目 直接耐晒红用量 0 1 0 5 1 0 文水平 等 塑木复合材料用木粉 的染色工艺研究 39 表 7 采用 5 改性剂后直接耐晒红的初始染液与 二次染液再染的各项性能对 b 表 8 采用 2 改性剂后直接耐晒橙 的初始染液与 二次染液再染的各项性能对 比 表 9 采用 5 改性剂后直接耐晒橙的初始染液与 二次染液再染的各项性能对比 项 目 B R L用量 0 1 O 5 1 0 表 1 1 采用 5 改性剂后 B RL的初始染液与 二次染液再染 的各项性能对 比 从表 6 表 1 l 可以看出 在初始染色残液中补 加入染料达到原来染液 的浓度时 它的上染百分率 和染料保留率与初始染液的相差不大 这说明染色 后的残液不需要排放 可以循环利用 这样不仅可以 节省染料和水 还可 以节省污水处理费用 更 主要 是减少对环境 的污染 初始染液和补加染料 的残 液染 出来 的木粉色光上稍有点偏差 但 E基本在 0 3以内 3 结论 通过 系列试验 筛选出直接耐晒型染料对预先 经过 阳离子改性剂接枝改性过的木粉进行染色 提 高上染百分率和水洗牢度 能满足户外塑木材料 的 要求 为节约成本 染中浅色时 接枝改性剂用量为 2 即可 染深色时改性剂用量为 5 比较合适 且 改性后再染色 的新工艺对木粉染色来讲 残液染色 色差变化不大 能控制在合理要求范围内 染色后的 残液可以利用 不仅可以节省染料和水 降低生产成 本 还可以节约污水处理费用 有利于保护环境 参考文献 1 邓洪 廖齐 胡云楚 活性染料在木材染色 中上染率 的研究 J 染料与染色 2 0 0 4 2 6 6 3 5 8 3 5 9 De n g Ho n g L i a o Q i H u Y u n c h u S t u d i e s o n t h e u p t a k e o f r e a c t i v e d y e s f o r d y e i n g wo o d J Dy e s t u ff s a n d C o l o r a t i o n 2 0 0 4 2 6 6 3 5 8 3 5 9 2 段新芳 孙芳利 朱玮 等 壳聚糖处理对木材染色的助染效果 及其机理的研究 J 林业科学 2 0 0 3 3 9 6 1 2 6 1 3 0 Du ma Xin f an g S u n F a n g l i Z h u We i e t a 1 Effe c t s of wo o d d y e in g p r e t r e a t e d with Ch it o s an an d it s me c h a n is m for c o l o r imp r o v e me n t b y C h i t o s a n J S c i e n t i a S i l v a e S i n i c a e 2 0 0 3 3 9 6 1 2 6 1 3 0 3 李红 于志明 染料与木材结合机理的研究 J 北京林业大学学 报 2 0 0 5 2 7 4 7 8 8 1 Li Ho n g Yu Zh imin g Co mbi na t iv e me c h an i