何 盛 盧曉相 胡夠英 丁永歡 陳玉和

（1.國家林業(yè)和草原局竹子研究開發(fā)中心，國家林業(yè)和草原局竹家居工程技術研究中心，浙江 杭州310012；2. 茂友木材股份有限公司，浙江 嘉興 314201；3. 江山市檢驗檢測研究院，浙江 江山 324110）

近年來，天然大徑級優(yōu)質家具用材供應日益減少，而消費者對于木材天然紋理具有獨特偏好，因此，利用天然木材旋切或刨切加工的裝飾單板貼面成為高檔木質家具、地板中常用的裝飾方法[1-3]。為了賦予裝飾單板更為豐富的色彩，使其色澤更均勻，紋理更加美觀，木材染色技術在裝飾單板加工領域得到廣泛應用[4-6]。

木材染色是指染料通過木材內(nèi)部孔隙結構，附著或與木材形成化學結合，使木材具有堅牢色澤的過程。染色處理對于降低木材表面色差，改善木材裝飾性能，提升木制品的附加值具有重要意義[7-10]。在裝飾單板染色技術研究領域，目前常用的單板厚度在1 mm左右，先將單板漂白，然后再進行常壓染色。這種方法的加工周期較長，對于厚度相對較大、滲透性較差的單板，短時間內(nèi)較難實現(xiàn)均勻染色。提高裝飾單板染色效率和染色均勻性是當前裝飾單板染色過程中亟待解決的問題[11-12]。

為提升裝飾單板染色效率，改善染色質量，本研究利用加壓染色方式[13]，對3個樹種、不同厚度的裝飾單板進行漂白和染色處理，并通過性能評價，優(yōu)選處理工藝。通過與常壓染色工藝對比，綜合分析高壓染色工藝在裝飾單板染色加工領域的效益及推廣應用前景。

1 材料與方法

1.1 材料

裝飾單板：橡木（Fraxinus chinensisL.）、黑胡桃（Juglansspp.）、榆木（Ulmus rubra）的刨切裝飾單板，進口材，尺寸為500 mm×200 mm（長×寬），厚度分為0.45、1.2 mm和1.8 mm三種，單板初含水率為8%~12%。

漂白處理液：雙氧水（H2O2），工業(yè)級，質量分數(shù)35%左右，浙江平湖石化有限責任公司。漂白處理過程中，配制濃度5~6 g/L雙氧水溶液，并添加工業(yè)級NaOH和Na2CO3作為漂白助劑（1~2 g/L）。

染液：工業(yè)級，金華雙宏化工有限公司。染液濃度為0.1~0.8 g/L，以一定比例添加相關染色助劑。

1.2 設備

單板漂白處理裝置：定制，通過蒸汽管加熱方式控制漂白液溫度，利用液體循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)漂白液在裝置內(nèi)的循環(huán)流動；高壓染色設備：定制，利用電加熱棒對染液進行加熱和溫度自動控制，液壓壓力為0~2.5 MPa，可調(diào)；色度儀，設備型號CR-10，柯尼卡美能達（Konica Minolta）公司生產(chǎn)，用于測試染色處理前后裝飾單板色度值（L*、a*、b*值）。

1.3 試驗方法

樹種、厚度及漂白處理條件分別取3個水平（表1）。染色處理前，對單板進行不同程度的漂白預處理。漂白溫度為70 ℃左右，浴比1∶(15~20)。染色過程中，染液溫度為95 ℃左右，浴比1∶(15~20)。高壓染色具體工藝流程包括前真空處理（-0.08 MPa， 15 min）、加壓染色（液壓壓力1.5 MPa）和后真空處理（-0.08 MPa，15 min）。以常壓染色樣品作為對照樣，以單板染透作為染色終點時間，記錄不同工藝條件下單板完全染透所需處理時間，分析高壓染色工藝對單板染色效率的提升效果，優(yōu)選裝飾單板高壓染色工藝。在此基礎上，采用美能達CR10色差儀對單板顏色進行測試，以明度值L*、紅綠指數(shù)a*和黃藍指數(shù)b*為單板染色質量評價指標，每個樣品隨機選取6個點進行測試，評價單板高壓染色工藝下的染色效果。

表1 試驗因素水平表Tab.1 Experiment factors and levels

2 結果與分析

2.1 單板染色時間分析

表2～4為不同漂白處理條件下，不同厚度裝飾單板在常壓及高壓染色條件下染透所需時間的對照表。從數(shù)據(jù)可以看出，漂白處理有助于提高單板的染色效率[14-16]。如厚度0.45 mm的單板，在常壓染色條件下，未漂白處理的樣品需10 h左右染透，而漂白處理（半漂白與全漂白）后，僅7 h左右可完全染透。木材漂白是利用漂白處理劑的氧化還原作用，破壞木材內(nèi)部的發(fā)色基團，或封閉其助色基團，使木材產(chǎn)生脫色或增白的效果。漂白過程中，通過溶脹無定形區(qū)內(nèi)低聚合度的纖維素和半纖維素，溶解抽提出木材中致變色物質，可有效提高木材滲透性[17-18]。同時，漂白處理會對木材組織產(chǎn)生損傷，且隨著漂白劑濃度和處理時間延長，對木材損傷越大[8,15]。漂白處理后，木材組織結構受損，染液更容易滲透至木材內(nèi)部，使單板上染速率提升，進而提升染色效率。但對于部分液體滲透性較差或厚度較大的木材單板，漂白劑難以滲透至木材內(nèi)部，影響漂白處理效果，導致后期染色過程中，染色效率提升有限[15,17,19]。此外，漂白處理還能使單板的色度更加均勻。研究表明，漂白處理后，木材抽提物中類黃酮物質含量降低，木質素苯環(huán)上1 464 cm-1和1 509 cm-1處的吸收峰消失，1 429 cm-1處的吸收峰減弱[17,20]。漂白處理液中NaOH等漂白助劑的添加，可進一步加快木質素和抽提物中芳香環(huán)類物質降解[15]。木質素和抽提物中的芳香環(huán)物質及其單體側鏈的羰基(—C==O)、羧基(—COOH) 中，均含有碳-氧( C==O)、碳-碳( C==C) 共軛雙鍵結構的發(fā)色基團[21]。木質素和抽提物的降解或溶出，使單板心邊材色差減小，單板色度均勻[22-24]，后期染色處理后單板上色因此變得均勻，從而提高染色效果。

表2 未漂白裝飾單板染色效果Tab.2 Dyeing results of non-bleaching decorative veneers

單板厚度和木材的液體滲透性是影響染色時間的重要因素。單板厚度增加，染液在木材內(nèi)部完全滲透所需時間增加。對于液體滲透性差的木材，染液在木材內(nèi)部滲透速度慢。特別是對于胡桃木和橡木心材，其導管內(nèi)部內(nèi)含物豐富，堵塞了單板內(nèi)部液體的滲透通道，影響單板染色效率[8,12]。因此，在未漂白處理單板中，1.20 mm和1.80 mm厚單板的染透時間隨單板厚度增加而延長，橡木和黑胡桃因液體滲透性較榆木差，因此相同厚度條件下染透所需時間更長。漂白處理后，單板液體滲透性改善[15]，樹種間滲透性差異減小，不同樹種單板染透時間趨于一致。

表3 半漂白裝飾單板染色效果Tab.3 Dyeing results of decorative veneers after semi-bleaching

表4 全漂白裝飾單板染色效果Tab.4 Dyeing results of decorative veneers after full bleaching

在加壓條件下，單板內(nèi)外液體滲透壓增大，染液滲透速度加快，染透所需時間縮短[13]。從表2～4可以看出，對比常壓染色處理效果，在單板厚度為0.45 mm的條件下，未經(jīng)漂白處理單板，在4 h左右可實現(xiàn)透染，較常壓染色條件縮短6 h左右。而對于漂白處理樣品，可在2~3 h內(nèi)染透，染色效率較常壓染色工藝提升2~3倍。隨著單板厚度增加（1.20 mm和1.80 mm），未漂白樣品中，榆木在10~11 h加壓條件下實現(xiàn)透染，而黑胡桃及橡木單板需加壓15~18 h染透，說明加壓染色處理同樣受到木材滲透性差異影響。漂白處理具有增強單板液體滲透性的作用，特別是隨著漂白處理時間延長，不同樹種單板滲透性差異減小，在常壓及加壓染色條件下，不同樹種和不同厚度單板染透時間趨于一致。因此，對于全漂白單板，常壓染色和高壓染色所需染透時間基本相同。

綜合上述分析，利用高壓染色工藝，可有效提高裝飾單板染色效率。同時，考慮漂白處理過程中會造成單板尺寸收縮，且漂白處理作為單板染色的預處理方式，漂白時間長短同樣會影響單板染色處理效率。因此，結合不同樹種、不同厚度裝飾單板的染色時間分析結果，優(yōu)選高壓染色方法提高單板染色效率。高壓染色過程對應的工藝參數(shù)如表5所示。

表5 不同厚度裝飾單板高壓染色工藝Tab.5 Dyeing technology of decorative veneers with diあerent thickness

2.2 單板染色效果分析

根據(jù)表5 所述的高壓染色工藝，對不同樹種及厚度的裝飾單板進行高壓染色試驗，表6 為裝飾單板染色后的色度及色差分析結果。

表6 染色裝飾單板色度測試結果Tab.6 Chromatic test results of dyed decorative veneers

色度檢測結果顯示，不同樹種裝飾單板在相同染色工藝條件下，其色度存在一定差異，這主要是因為不同樹種的木材其液體滲透性存在差異，導致染色過程中上染速率不同[8,12]。此外，由于漂白處理具有使木材脫色或增白的效果，經(jīng)漂白預處理后，裝飾單板本身的色度發(fā)生變化，且經(jīng)不同程度漂白（不漂白、半漂白和全漂白）處理的單板其色度差異明顯。特別是對于淺色染料的染色處理，染料色彩不足以對單板底色形成良好的遮蓋效果，造成染色裝飾單板存在較大的色度差異。

2.3 裝飾單板高壓染色性能及效益分析

裝飾單板染色試驗結果顯示，利用高壓染色方法可實現(xiàn)裝飾單板的快速勻染。其中，0.45 mm厚裝飾單板在不漂白處理、壓力1.5 MPa、染液溫度95 ℃、加壓時間4 h左右條件下實現(xiàn)了均勻染色，染色時間較常壓染色工藝縮短6 h，生產(chǎn)效率顯著提高。同時，根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，在染色裝飾單板生產(chǎn)過程中，單板漂白處理造成的尺寸收縮率為10%~12%，因裝飾單板開裂等漂白缺陷造成的材料損耗約1%。因此，裝飾單板在不漂白條件下實現(xiàn)勻染，不僅簡化了生產(chǎn)工藝，同時可減少廢水排放，降低生產(chǎn)成本[25]；避免因漂白處理造成的裝飾單板尺寸收縮，提高裝飾單板出材率。由此可見，將高壓染色方法在裝飾單板染色領域推廣應用后，預期其出材率可提升13%左右，企業(yè)的綜合生產(chǎn)效益預計可提升15%以上。

對于1.2 mm厚的裝飾單板，采用半漂白處理工藝，在壓力1.5 MPa、染液溫度95 ℃，染色時間6 h左右可實現(xiàn)均勻染色。而1.8 mm厚裝飾單板采用全漂白處理工藝，在壓力1.5 MPa、染液溫度95 ℃、染色時間11~12 h條件下可實現(xiàn)均勻染色。其染色效率較目前工業(yè)化生產(chǎn)中常用的常壓染色工藝可提升2~3 倍。

綜合上述分析，裝飾單板的高壓染色效率較常壓染色方式可大幅提升，同時可提高染色裝飾單板的出材率，有利于降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高企業(yè)綜合效益，該技術在裝飾單板染色工業(yè)化生產(chǎn)中具有良好的應用前景。

3 結論

本研究對比了高壓染色工藝對不同樹種、不同厚度單板的染色效果，并與常壓染色工藝比較，得出以下主要結論：

1） 結合裝飾單板染色時間結果，在液壓壓力1.5 MPa、染液溫度95 ℃條件下，優(yōu)選高壓染色工藝為：0.45 mm厚裝飾單板，不漂白處理，加壓時間4 h；1.2 mm厚裝飾單板，半漂白處理，加壓時間6 h；1.8 mm厚裝飾單板，全漂白處理，加壓時間11~12 h。

2） 不同樹種、厚度裝飾單板采用相同染色工藝處理后，色度存在一定差異，主要與木材滲透性差異有關。建議在對單板進行淺色染色處理時，通過前期漂白處理使單板材色更加均勻，避免染色單板出現(xiàn)透底、色度差異過大等缺陷。

3） 高壓染色工藝可提高裝飾單板染色效率，有利于降低生產(chǎn)成本，同時可有效提升染色裝飾單板的出材率。該工藝在染色裝飾單板工業(yè)化生產(chǎn)中推廣應用，可增加企業(yè)生產(chǎn)效益，具有良好的應用前景。