何 盛 陳玉和 吳再興 李景鵬 陳章敏

（國(guó)家林業(yè)和草原局竹子研究開(kāi)發(fā)中心，國(guó)家林業(yè)和草原局竹家居工程技術(shù)研究中心，浙江省竹子高效加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310012 )

近年來(lái)，我國(guó)竹材加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)品種類不斷豐富。然而，相對(duì)木材加工制品，竹制品仍然存在紋理花色單一，附加值不高等問(wèn)題。目前市場(chǎng)上竹制品色系主要集中在本色、漂白色和碳化色三種，裝飾效果較差，影響了產(chǎn)品的使用范圍[1]。筆者所在研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在竹材染色技術(shù)方面開(kāi)展深入研究，開(kāi)發(fā)出染色重組裝飾材、染色刨切薄竹等竹木建筑裝飾材料系列產(chǎn)品[2-4]。通過(guò)對(duì)竹制品加工單元進(jìn)行染色處理，增加竹制品色系，增強(qiáng)竹制品裝飾效果，提升產(chǎn)品附加值。

竹質(zhì)異色重組裝飾材是以竹材為原料，采用柔性竹單元制造、竹束高效漂白、竹束深度勻染等關(guān)鍵技術(shù)，將不同色彩竹束重組制造的具有良好裝飾效果的竹質(zhì)建筑裝飾材料。本文結(jié)合筆者所在團(tuán)隊(duì)近年在竹質(zhì)異色重組裝飾材的研究成果，重點(diǎn)介紹竹質(zhì)異色重組裝飾材工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，總結(jié)產(chǎn)品在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，以期為竹質(zhì)異色重組裝飾材的工業(yè)化推廣應(yīng)用提供參考。

1 竹質(zhì)異色重組裝飾材工業(yè)化生產(chǎn)工藝

與目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的重組竹產(chǎn)品相比，竹質(zhì)異色重組裝飾材的工業(yè)化生產(chǎn)工藝主要區(qū)別在于單元制造，如竹束單元的柔性制造、竹束漂白預(yù)處理及竹束染色處理。在材料成型過(guò)程中，可選擇冷壓熱固化或熱壓成型兩種方式，其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 竹質(zhì)異色重組裝飾材生產(chǎn)工藝流程圖Fig.1 Manufacture process of bamboo-based decorative scrimbers

1.1 柔性竹單元加工

竹材結(jié)構(gòu)致密，且無(wú)橫向輸導(dǎo)組織，導(dǎo)致材料液體滲透性差[5]。染色過(guò)程中染液難以滲透到竹材內(nèi)部，染色深度受限。為實(shí)現(xiàn)竹束深度均勻染色，筆者所在研究團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)有竹材疏解設(shè)備基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)發(fā)明新型竹材疏解刀具（ CN201620714922.3）[6]，研制出柔性竹束制造設(shè)備。利用該設(shè)備加工的竹束疏解均勻性得到改善，單股竹束直徑小于5 mm，有利于后期的漂白、染色及浸膠處理。

1.2 漂白預(yù)處理

針對(duì)竹束本身或因霉變導(dǎo)致的色度不均問(wèn)題，通過(guò)漂白預(yù)處理降低竹束內(nèi)部發(fā)色基團(tuán)、助色基團(tuán)及與著色相關(guān)的化學(xué)成分，使竹材顏色變淺、色調(diào)均勻[7-8]。對(duì)于灰色、淡藍(lán)色等淺色染液染色處理，為避免竹束本身材色對(duì)上染效果的影響，通常在染色之前需要對(duì)竹束進(jìn)行漂白預(yù)處理。同時(shí)，漂白預(yù)處理可降解竹材內(nèi)部化學(xué)成分，有助于提高竹材液體滲透性，進(jìn)而利于后期染液在竹束內(nèi)部的上染。

竹質(zhì)異色重組裝飾材工業(yè)化生產(chǎn)制造過(guò)程中，針對(duì)竹束的漂白預(yù)處理，目前常用的漂白劑為過(guò)氧化氫（雙氧水）。采用30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)雙氧水處理時(shí)間5～10 h（根據(jù)竹束粗細(xì)程度調(diào)整），處理溫度70～80℃，浴比（染液：竹束）約1：20。

在竹材漂白過(guò)程中，漂液的pH是影響漂白質(zhì)量的重要影響因素之一。過(guò)氧化氫在pH＜9的范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，分解率較?。欢趬A性較強(qiáng)條件下分解率比較高。研究發(fā)現(xiàn)，漂液pH為9～10時(shí)，白度達(dá)到最佳水平（50%左右），若進(jìn)一步提高漂液pH，白度略有下降。因此，竹材漂白預(yù)處理時(shí)將漂液pH調(diào)整至9～10[9]。

1.3 高壓染色

竹材染色是指染料與竹材發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)結(jié)合，使竹材具有一定的堅(jiān)牢色澤，是提高竹材表面質(zhì)量，改善竹材視覺(jué)特性的重要手段[9]。竹材染色是在木材染色技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。相對(duì)木材染色而言，由于竹材結(jié)構(gòu)致密，滲透性比木材差[10]，因此竹材染色比木材更難進(jìn)行。為提高竹材染色效率，實(shí)現(xiàn)竹材深度均勻染色，筆者所在團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了竹材高壓染色技術(shù)，并完成配套設(shè)備竹材高壓染色罐的定制。利用該技術(shù)可達(dá)到加壓時(shí)間2～6 h條件下，實(shí)現(xiàn)竹束深度均勻染色。

染色過(guò)程中，配制染色膠體溶液，選擇適用于竹材染色的酸性染料，其濃度在0.01%～1%。染液濃度根據(jù)竹束上染率進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于上染率較高染料，可適當(dāng)降低染液濃度，避免染色處理后竹束表面浮色較多，浪費(fèi)染料。對(duì)于上染率較低染料，可適當(dāng)增大染液濃度，以確保竹束色彩均勻。染液中加入適當(dāng)助劑，如固色劑、滲透劑、勻染劑、pH調(diào)節(jié)劑等，用量在0.001%～0.5%之間。染色溫度：70～95 ℃，具體溫度設(shè)置根據(jù)所選染料類型調(diào)整。染色時(shí)間2～6 h，染液材積比1：5～20，加壓壓力1.5～2.5 MPa。

采用空細(xì)胞法進(jìn)行竹束高壓染色。具體處理工藝為： 1）前真空處理：材料置于加壓罐后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行前真空處理，抽取處理材內(nèi)部空氣，使竹材細(xì)胞內(nèi)部形成負(fù)壓，有助于后期染液上染。前真空處理時(shí)間為10～30 min。2）加壓染色：染液注入罐體內(nèi)，液壓1.5～2.5 MPa條件下加壓處理2～5 h。3）后真空處理：加壓結(jié)束后將染液排出，對(duì)罐體進(jìn)行抽真空處理，使竹束表面及細(xì)胞腔內(nèi)部殘留的染液抽出瀝干，避免染液浪費(fèi)。后真空處理時(shí)間為10～30 min。

為實(shí)現(xiàn)竹材的續(xù)染，避免染液浪費(fèi)，造成環(huán)境污染，測(cè)試一系列濃度染液的吸光度。如圖2所示，取波長(zhǎng)502.00 nm處吸光度值，繪制染液濃度與吸光度線性關(guān)系圖（圖3）。竹束染色過(guò)程中，在波長(zhǎng)502.00 nm處，染色處理前染液吸光度值為1.62，而染色處理后殘液吸光度值為1.02，根據(jù)線性回歸方程計(jì)算原液濃度為0.016%，染色后染液濃度為0.01%。每噸染液所需添加染料量為0.06 kg。

圖2 不同濃度染液吸光度曲線Fig.2 Absorbance curves of dyeing solution of different concentration

圖3 染液濃度與吸光度線性回歸標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 Regression standard curve of dyeing solution concentration correspond to absorbance

根據(jù)續(xù)染所需染料添加量和染液配制方案，添加一定比例助劑，實(shí)現(xiàn)染液的循環(huán)利用。

1.4 浸膠

采用酚醛樹(shù)脂膠黏劑對(duì)竹束進(jìn)行浸膠處理，固體含量約48%，浸膠過(guò)程中稀釋至固體含量約30%，竹束浸膠增重率約10%，浸膠時(shí)間5～10 min，浸膠后瀝干并進(jìn)行竹束干燥處理。

1.5 干燥

竹質(zhì)異色重組裝飾材制造過(guò)程中，漂白、染色及后期浸膠處理后均需進(jìn)行干燥處理。通常采用網(wǎng)帶式干燥機(jī)對(duì)漂白、染色及浸膠處理后竹束進(jìn)行干燥，干燥溫度60～80℃。干燥時(shí)間2～4 h。

1.6 竹質(zhì)異色重組裝飾材壓制

竹質(zhì)異色重組裝飾材可選用冷壓-熱固化或熱壓方式進(jìn)行加工。其中，采用冷壓-熱固化方法制造時(shí)，其工序包括裝模組坯、固化、陳放、開(kāi)片等工序。材料密度設(shè)計(jì)為0.8～1.1 g/cm3。組坯時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)的組坯方案將不同顏色竹束放入模具中冷壓定型，單位壓力10～12 MPa，隨后置于固化道中加熱成型。固化道中溫度分段為：升溫段：溫度設(shè)置為80～120 ℃，時(shí)間4～6 h；高溫段：140～150 ℃，時(shí)間2～4 h；降溫段：80～120 ℃，時(shí)間4～6 h。成型后陳放1d左右取出板坯進(jìn)行后續(xù)加工，材料尺寸1 860 mm×152 mm×140 mm（長(zhǎng)×寬×厚）。熱壓方法制造采用冷進(jìn)冷出工藝。在組坯后將板坯置于多層熱壓機(jī)中直接熱壓成型。設(shè)計(jì)密度0.8～1.1 g/cm3，板材幅面1 220 mm×2 440 mm，厚度約28 mm。熱壓過(guò)程壓板溫度設(shè)置為140～150℃，熱壓時(shí)間30～40 min。熱壓結(jié)束后循環(huán)水冷卻并保壓約15 min后出板，陳放1 d左右進(jìn)行后續(xù)加工。此外，針對(duì)大規(guī)格裝飾方材的成型加工，可嘗試采用高頻加熱方式[11]提高熱壓效率。

圖4 竹質(zhì)異色重組裝飾方材Fig.4 Bamboo-based decorative scrimbers

圖5 竹質(zhì)異色重組裝飾板Fig.5 Bamboo-based decorative board

圖4和圖5分別為通過(guò)上述工藝加工而成的竹質(zhì)異色重組裝飾方材及裝飾板?？捎米龅匕?、家具板貼面用途，具有良好的裝飾效果，可大幅提高竹制品附加值。

2 性能測(cè)試

參照GB/T 30364—2013《重組竹地板》及GB/T 17657—2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》對(duì)竹質(zhì)異色重組裝飾材及重組竹（對(duì)照樣）進(jìn)行性能測(cè)試。板材根據(jù)上述工藝流程，采用相同的工藝參數(shù)壓制，具體工藝參數(shù)為：密度1.0 g/cm3，采用冷壓熱固化工藝，冷壓壓力10.0 MPa，固化過(guò)程中固化道中溫度分段為：升溫段，溫度設(shè)置為90 ℃，時(shí)間4 h；高溫段，140 ℃，時(shí)間3 h；降溫段，80 ℃，時(shí)間5 h。測(cè)試指標(biāo)包括靜曲強(qiáng)度、彈性模量、24 h吸水厚度膨脹率及吸水寬度膨脹率。然后對(duì)兩種板材進(jìn)行性能對(duì)比 。

表1 竹質(zhì)異色重組裝飾材性能測(cè)試結(jié)果Tab.1 Properties test result of bamboo-based decorative scrimbers

表1為兩種材料性能測(cè)試結(jié)果。通過(guò)方差分析（表2）發(fā)現(xiàn)，在0.05顯著性水平下，除靜曲強(qiáng)度外，竹質(zhì)異色重組裝飾材與密度相當(dāng)?shù)闹亟M竹性能差異不顯著。對(duì)靜曲強(qiáng)度的影響主要源于竹束漂白會(huì)對(duì)其強(qiáng)度產(chǎn)生一定程度的影響，進(jìn)而造成產(chǎn)品的強(qiáng)度有所下降。

表2 竹質(zhì)異色重組裝飾材性能方差分析結(jié)果Tab.2 ANOVA result of properties for bamboo-based decorative scrimbers

此外，通過(guò)對(duì)竹質(zhì)異色重組裝飾材色牢度（GB/T 15102—2017）檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。其耐光色牢度達(dá)到4級(jí)以上，可滿足室內(nèi)用裝飾材料色牢度要求。

3 存在問(wèn)題

竹質(zhì)異色重組裝飾材相較其他竹制品色彩豐富、裝飾效果更好。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)竹質(zhì)異色重組裝飾材的清潔生產(chǎn)，還應(yīng)解決以下三方面問(wèn)題。

1）染料篩選。竹束染色過(guò)程中，染料選擇非常關(guān)鍵。對(duì)于需要復(fù)配的染料，需選擇對(duì)竹材上染速率相當(dāng)?shù)娜玖线M(jìn)行復(fù)配，以避免因不同顏色染料上染速率不同導(dǎo)致竹束色彩與目標(biāo)色存在差異。同時(shí)，竹質(zhì)異色重組裝飾材加熱成型過(guò)程中，由于膠黏劑固化溫度在140～150 ℃左右，因此在選擇染料時(shí)還應(yīng)考慮其耐高溫性能，即選擇的三原色染料應(yīng)在該溫度條件下不易產(chǎn)生變色。

2）生產(chǎn)工藝。目前竹質(zhì)異色重組裝飾材主要參考重組竹工業(yè)化生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)。由于竹束較為松散，在組坯環(huán)節(jié)需要人工進(jìn)行鋪裝，鋪裝效率較低，同時(shí)鋪裝均勻性難以保證，造成產(chǎn)品質(zhì)量變異性較大。目前竹束連續(xù)化編織技術(shù)已逐漸成熟，將染色竹束通過(guò)機(jī)械編織方式加工成連續(xù)化染色竹束單板，便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化鋪裝，同時(shí)提高板坯密度均勻性，改善產(chǎn)品質(zhì)量[12-13]。

3）竹束染色廢水處理。竹束染色處理后，染色廢液中含有有機(jī)高分子染料、竹材染色過(guò)程中溶出的有機(jī)物，需要經(jīng)過(guò)處理才能避免對(duì)環(huán)境造成污染[14]。目前紡織印染廢水處理工藝已較為成熟。經(jīng)絮凝沉降、生化處理、活性炭吸附脫色、壓濾等工序，可使廢水處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。竹束染色廢水處理可參考相關(guān)工藝進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

竹質(zhì)異色重組裝飾材的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)開(kāi)發(fā)為竹材的高附加值利用提供重要途徑。其豐富的色彩可提升產(chǎn)品的裝飾效果，改變目前竹制品色彩單調(diào)、無(wú)法滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求的現(xiàn)狀。為進(jìn)一步豐富竹制品種類，拓展竹材應(yīng)用范圍，建議未來(lái)的研究重點(diǎn)為：

1）利用竹質(zhì)異色重組裝飾材加工成大規(guī)格重組方材，參照重組裝飾材（科技木）生產(chǎn)工藝，通過(guò)鋸切或刨切方式生產(chǎn)竹質(zhì)異色重組裝飾材貼面材料，應(yīng)用于地板貼面、家具表面裝飾、工藝品、工業(yè)制品制造等領(lǐng)域，拓展竹制品應(yīng)用領(lǐng)域，提升產(chǎn)品裝飾效果。

2）目前竹質(zhì)異色重組裝飾材工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)化程度不高。通過(guò)竹束連續(xù)化編織，實(shí)現(xiàn)竹質(zhì)異色重組裝飾材板坯的連續(xù)化鋪裝，提高鋪裝效率和均勻性是后續(xù)的研究重點(diǎn)。同時(shí)，加強(qiáng)竹材染色廢水處理研究，實(shí)現(xiàn)竹束染色處理的清潔生產(chǎn)。

3）竹材的漂白染色處理較木材更難，處理效率不高，造成材料制造成本較高。為降低產(chǎn)品生產(chǎn)制造成本，可考慮采用竹木復(fù)合方式，將竹材與人工林染色木材重組，開(kāi)發(fā)竹木復(fù)合異色重組裝飾材。