木材染色技术现状与发展.doc

木材染色技术现状与发展自古以来人们就使用天然动植物色素作染料对衣物进行染色。靛蓝、五倍子和胭脂红等是我国古代最早应用的植物和动物染料。现代有机染料工业仅有一百多年的发展历史。19世纪中叶由于英国等西方工业国家编织工业的发展，需要大量染料，而冶金工业为有机染料的研究和生产提供了条件。1857年，英国的伯琴用煤焦油中的苯制得了有机合成染料苯胺酯并实现了工业化生产，随后各种染料相继出现。近20年来，随着合成纤维的迅速发展，有机染料得到极其广泛的应用。 所谓有机染料就是能够溶于水或溶剂中，采用适当的方法，使纤维材料或其它物质染成鲜艳而坚牢颜色的有机化合物。除在纺织行业大量使用外，有机染料还广泛应用于橡胶制品、塑料、油脂、油墨、墨水、照相材料、印刷、造纸、涂料、医药等领域。有机染料在木材加工领域的使用起源于1913年苯胺酯被用于实木染色。60年代以来，日本在木材染色领域做了大量的研究工作。德国、意大利等很重视木材染色实用工业技术的开发，形成了自己的专利技术，其产品在我国已有销售。80年代末我国开始对木材染色技术进行探索。由于染色是增加木材装饰效果、提高木材附加值的重要手段，木材染色正在受到生产研究领域广泛关注和重视。 一木材染色用染料 木材染色是染料与木材发生化学或物理化学结合，使木材具有一定坚牢色泽的加工过程，是提高木材表面质量，改善木材视觉特性和提高木材附加植的重要手段。染料的品种多，结构复杂，木材工业中常用的水溶性有机染料有直接染料、酸性染料、碱性染料和活性染料等。直接染料是一些不经特殊处理就能直接作用于木材上的染料，它与木质纤维素的结合是依靠分子间的范德华力和氢键力。酸性染料也称为阴离子染料，是在酸性介质中对纤维进行有效染色的染料，该类染料含有大量的羧基、羟基或磺酸基。碱性染料也称阳离子染料，由苯甲烷型、偶氮型、氧杂蒽型等有机碱和酸形成的盐。活性染料分子中含有反应性活性基因，能与木材中的羟基形成共价键的有机化合物。 1964年大川勇等用直接染料、酸性染料、碱性染料对木材染色。1978年松田健一对漂白后的木材用分散染料等进行染色。1971年基太村洋子等用各种染料研究木材的染色性，结果表明，酸性染料具较好的渗透性，适宜木材染色。1990年饭田生穗等对58种阔叶材和3种针叶材进行染色试验，使用21种直接染料、酸性染料、碱性染料和活性染料。1993年刘元发表文章介绍了木材着色剂及其特征。 二染色方法 木材染色方法有多种，视染色材的用途而定。通常使用的有单板染色、实木染色和立木染色方法等。单板染色工艺因树种和染料不同差异很大。单板染色就是采用浸渍处理对单板和薄木均匀染色的方法，单板厚度为0.2-1mm。染色后的单板作为人造板贴面材，家具贴面材和人造仿真木材的组坯板。1975年基大村洋子研究了木材单板的染色工艺，发现温度越高，染色时间越短，90C2h的浸渍厚度，在50C时需要24h以上。1989年陈云英等对加拿大杨、椴木和柳桉单板染色方法进行了探索。作者通过对木材上染率和色差的观测和分析，用酸性大红GR染料对0.5mm厚泡桐漂白单板进行了染色试验。实木染色是对方材或原木进行的染色处理，染色材主要用作刨切薄木，或制作高档家具。由于厚度大，木材长，在常规条件下靠染色液的自身渗透性很难将木材均匀透彻染色，故而1992年添野丰在高温、高压、真空等复杂条件下对实木进行染色试验。立木染色，通常是将新采伐的具有一定活性的木材，其部浸入染色溶液中，靠木材毛细管中有活性的树液流动带动染料分子沿树干上行而染色，1990年饭田生重等对58种阔叶材和3种针叶材进行了立木染色试验。 三染色工艺 染色木材用途和染色方式的不同，决定了木材染色工艺的多样性。1964年大川勇等使用常温浸渍的方法染木材。由于木材尺寸大，木材内部难以均匀染色，因此他试验了煮染法。但长时间的蒸煮，会使木材组织发生变化，且染料也有发色不良现象，因此这种方法仅适合于特定的染料或化学药品染色。于是他开始研究差温染色法，该法为先将木材加热，然后将热木材浸渍到冷染色液中，木材中的受热空气和水分膨胀而移出，放入冷染液后，木材内部产生负压，使染料溶液能够较顺利渗透到木材内部。1966年布村昭夫等采用Cedar Bbrown A1312N（FBY）染料对北海道产材和南洋材进行加压注入法染色。1992年添野丰采用真空加压方法进行实木染色。染色在高温、真空、高压等复杂条件下完成，处理的木材厚达32mm，真空减压处理的目的是排除木材中空气和多余水分。在30C时减压时间是，针叶材8-10h，阔叶材12h；减压压力为10mmHG。然后针叶材在压力20hg/cm2时处理6h。阔叶材在压力30Kg/cm2时处理8h。四木材染色理论 随着对染色工艺的深入研究和对染色产品的更高要求，染色理论的研究也在不断发展。2000年作者介绍了木材水溶性染料染色液的组成和染色工艺，探讨了对木材染色效果影响较大的主要因素，提出了我国木材染色工业的发展的一些建议。 1）染料渗透与扩散性由于木材尺寸大，染色深度厚，因此染料在木材中的渗透性就成了影响禁染色的重要因素。1968年横田德郎对化学药剂在木材中的扩散机理进行了研究，认为染料渗透的横向通道是导管间，导管和木纤维间，木纤维间、导管、木纤维和薄壁组织间借助于纹孔相沟通的系统，并且细胞内腔和细胞壁之间也存在着诸如瞬间空隙类的局部沟通渠道。 1975年基太村洋子观测了60余种酸性染料在木材中的渗透性，发现树种间染色差异性很大，染料在木材中的渗透性受木材显微构造、染料分子大小和结构、染料和木材间朴素作用情况的影响，染料吸附性强，则渗透性差。染料水溶液在阔叶树材的纵向渗透通道是由导管、木纤维、轴向薄壁组织并联构成的毛细管系统。认为染料渗透过程分为三个阶段，即染料向纤维表面的扩散阶段，纤维表面对染料的吸附阶段，纤维表面吸附的分子向木材内部的扩散和渗透阶段。在木材中不易扩散的染料，当木材含水率很高时，经一段时间的浸渍处理，也能很好地渗透到木材内部，乙醇等溶剂有助于染料的渗透。 1981年矢田茂树等研究了常压下水及染料水溶液在阔叶材里的毛细管上升和减压注入情况，显微镜观测染色材，并测定了渗透量。1989年研究了液体在木材纵向毛细管上升高度与液体表面张力的关系。 1993年赵广杰等研究了染料在木材中的渗透性，通过在恒定压力差作用下染料水溶液在木材中的渗入流量和溢出流量随时间的变化关系，分析了染料水溶液在木材中的渗透性，发现涌入流量随时间的减少是由于染料分子的三角形上染吸附，使有效流动渠道越来越小的缘故。 2）上染性 木材染色是在一定上染过程中完成的，所谓上染就是染料舍染液而向纤维转移，并透入纤维内部的过程。随着时间的推移，纤维上的染料浓度逐渐增高而染液里的浓度则相应下降。1971年开始基太村洋子对木材化学组成成分和组织构造的上染性作了研究。用酸性染料、碱性染料和直接染料对处理过的木粉进行试验，探索纤维素、半纤维素和木素的染色性，并用显微镜观察了染色木材的上染性，发现酸性蓝117对纤维素和半纤维素上染性差，对木素和木粉上染性好。直接蓝1对阔叶材的木纤维上染性好，对木射线、导管壁、穿孔板上染性差。 1978年松田健一对漂白后的木材进行染色，从上染率来分析木材对不同染料的上染性。1995年武井升等则用木材光吸收系数（K）与散射系数（S）之比K/S作为木材对染料吸收速度议程的主要参数，并用测色仪对理论进行了验证。2000年作者对影响木材染色上染率的主要因素如染液组成、染色工艺参数等进行了系统研究。 3）耐光性染色后的木材在使用过程中易变色，为此，1986年基太村洋子研究了染色材的耐光性，用耐光剂处理染色材，观察了它们的耐光性。耐光剂为2-羟-4-甲氧基苯酮-5-磺酸钠、含氮化合物、聚丙二酸乙二醇酯和聚乙二醇4000等。1989年平林靖彦用壳聚糖预处理来改善染色木材的耐光性，在氙灯和自然光等老化条件下观测染色材的变色情况。1991年松浦力也对染色剂的耐光性进行了研究。1996年樱川智史从木材漂白到木材染色及染色材光变色防止方法进行了研究，认为直接染料在浅色区不能染色，中以、深色区可染色。活性染料必需用助染剂来提高木材成分的染色性，提出了染色材光变色防止方法，即首先应考虑使用耐光染料，其次是用乙酰化等方法改性木材，另外还可用紫外光吸收剂如苯并三唑系和铈系，光稳定剂如