胡顯寧 孟黎鵬
(遼寧生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院)
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高檔木材的需求量越來越大,然而高檔木材生長周期長,由于不斷砍伐,數(shù)量越來越少,取而代之的是大量的次生材和人工速生材[1],對(duì)這些普通木材進(jìn)行染色已經(jīng)成為仿制高檔木材的有效途徑,小葉楊是遼寧省主要人工林和用材林之一,其做為人工速生林具有可再生性和生態(tài)環(huán)境友好型雙重性質(zhì),其生長速度快、砍伐期短、價(jià)格低廉、材質(zhì)顏色均勻易染色,通過對(duì)其染色即可仿制高檔木材材色,也可滿足產(chǎn)品室內(nèi)色彩設(shè)計(jì)需求[2],能夠達(dá)到降低成本、劣材優(yōu)用的目的。
木材染色研究,一般是以較薄的木材旋切單板為研究對(duì)象進(jìn)行染色工藝研究,其相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)染透和勻染,對(duì)于較厚木材,常規(guī)條件下很難實(shí)現(xiàn)木材均勻染色[3],相關(guān)技術(shù)有的耗能高,有的染色深度不夠,本文將小葉楊鋸材采用冷熱交替法工藝染色,解決了以往只對(duì)薄單板染色和染色深度不夠的問題,并且得到了小葉楊的深度著色的方法和規(guī)律,對(duì)于將來不同樹種的木材深度染色研究具有一定的參考價(jià)值。
試驗(yàn)儀器:紫外可見分光光度計(jì)、WSC-S測(cè)色色差計(jì)、NF333便攜式分光光度計(jì)、恒溫水浴搖床,環(huán)境掃描電子顯微鏡。
表面活性劑:平平加O。
勻染劑:NaCl。
染料:酸性大紅GR、酸性橙Ⅱ。
pH調(diào)節(jié)劑:H2SO4(1%)。
小葉楊木塊:120mm×100mm×40mm
1.5 mm或2mm厚度的楊木單板很容易染透,前期已確定了最佳染色工藝,所以,對(duì)于比較厚的小葉楊木塊染色試驗(yàn),主要研究加熱方式對(duì)其染色效果的影響。
常溫浸泡法從楊木單板的染色效果上看,延長染色時(shí)間,可以提高木材內(nèi)部的染色效果,因此,在不增加額外耗能,易于操作的情況下,使用常溫浸泡對(duì)小葉楊木塊進(jìn)行染色試驗(yàn)。
1.只使用不同濃度的染料進(jìn)行染色
根據(jù)經(jīng)驗(yàn),楊木表面較易實(shí)現(xiàn)均勻染色,因此,實(shí)驗(yàn)主要研究和對(duì)比內(nèi)部的染透和勻染。分別配置0.5%和1%的染料,對(duì)木材進(jìn)行常溫(24℃)浸泡,浸泡時(shí)間12天。浸泡結(jié)束后,氣干,將小葉楊木塊從面上第一層鋸開,然后鋸第二層,第三層的位置正好位于小葉楊木塊的厚度中心位置,三層的厚度平均并相同。肉眼觀察,并用6-003WSC-S測(cè)色色差計(jì)測(cè)量色差。
對(duì)小葉楊木塊進(jìn)行常溫浸泡染色,在浸泡12天后,從圖1、圖2、表1、表2中能夠看出,小葉楊木塊內(nèi)部的顏色隨著染料濃度的提高而提高,內(nèi)部著色效果越來越好。在不加任何染色助劑,僅僅改變?nèi)玖系臐舛惹闆r下,小葉楊木塊內(nèi)部的染色效果隨著染料濃度的提高而提高;但是,雖有提高,小葉楊木塊內(nèi)部的染色效果并不佳,在浸泡了12天的情況下,從圖2中可以看出,小葉楊木塊中心部位還存在未上染的狀況,因此,僅靠染料浸泡是很難促進(jìn)小葉楊木塊內(nèi)部均勻染透的。
表1 0.5%染料染色后內(nèi)外顏色差異
表2 1%染料染色后內(nèi)外顏色差異
圖1 0.5%染料染色后內(nèi)部效果
圖2 1%染料染色后內(nèi)部效果
2.使用最佳單板染色工藝對(duì)小葉楊木塊染色
0.5 %濃度染料染淺色時(shí),NaCl濃度為0.5%,平平加O的濃度為0.1%,pH=4,溫度(24℃),時(shí)間12天。
從圖3和表3中可以看出,盡管添加了染色助劑,在酸性環(huán)境下浸泡染色,浸泡時(shí)間長達(dá)12天的情況下,小葉楊木塊內(nèi)部并沒有染透,因此,使用最佳工藝時(shí),僅在常溫浸泡下很難將木材染透,木材的邊緣和內(nèi)部顏色色差較大。
表3 最佳工藝下的浸泡效果
圖3 最佳單板染色工藝下的小葉楊木塊內(nèi)部染色效果
3.小結(jié)
使用常溫浸泡的方法,在染色時(shí)間長達(dá)12天的情況下,采用幾種染色工藝,均很難使內(nèi)部均勻著色。
具體工藝為:0.5%濃度染料染淺色時(shí),NaCl濃度為0.5%,平平加O的濃度為0.1%,pH=4,溫度85,通過改變加熱方式和加熱時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。
1.常規(guī)加熱6h
從圖4和表4中可以看出,使用加熱的方法,在加熱6h后,小葉楊木塊內(nèi)部并未完全上染,中間部位有很多地方?jīng)]有上染,小葉楊木塊外部和內(nèi)部色差很大,浸染時(shí)間對(duì)染色深度有明顯影響[4],6h對(duì)于染色來說,時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
表4 常規(guī)加熱6h 后色差
圖4 加熱6h 后楊木內(nèi)部染色效果
2.冷熱交替法進(jìn)行染色
由于加熱6h還無法使小葉楊木塊染透,且連續(xù)加熱對(duì)能量要求很高,因此,試驗(yàn)采取冷熱交替的方法對(duì)木材進(jìn)行染色處理。具體工藝為:染色劑和助劑在最佳工藝下,加熱6小時(shí),浸泡16小時(shí),再加熱6小時(shí),陰干。
從圖5和表5中可以看出,采用冷熱循環(huán)的工藝,在28小時(shí)內(nèi),小葉楊木塊內(nèi)部均已上染,但是小葉楊木塊的表面和內(nèi)部還存在著明顯的色差,外部顏色比內(nèi)部深的多,小葉楊木塊的內(nèi)部雖然基本都已著色,但是著色深淺不一,顏色并不是非常均勻。但是可以看出,提高染色時(shí)間,可顯著提高小葉楊木塊內(nèi)部的染色效果。
表5 冷熱交替28h 色差
圖5 冷熱交替28 小時(shí)的內(nèi)部染色效果
3.冷熱交替法最佳工藝
工藝:加熱6小時(shí),浸泡16小時(shí),加熱6小時(shí),浸泡48小時(shí),加熱6小時(shí),浸泡16小時(shí),加熱6小時(shí),氣干。
從圖6和表6可以看出,在冷熱交替4天的時(shí)間內(nèi),小葉楊木塊各個(gè)厚度剖開的情況下,顏色均是均勻一致的,全部染透。此工藝下,可實(shí)現(xiàn)40mm的小葉楊木塊染透和勻染。
表6 冷熱交替4 天后染色效果
圖6 冷熱交替4 天的內(nèi)部染色效果
采用冷熱交替的加熱工藝,實(shí)際加熱過程只有24小時(shí),其他72小時(shí)僅僅是浸泡在染液之中,此工藝不需要長時(shí)間加熱,大大的降低了染色所需的能耗,而且避免了長期酸性環(huán)境中加熱引起的木材的降解,最大限度的保持了木材的強(qiáng)度;且染色所用酸性染料價(jià)格也較為低廉,設(shè)備上只需配備蒸煮池或染色罐即可,因此,小葉楊染色的原料、設(shè)備、工藝投入均較少,從而為木材深度染色探尋了可行的技術(shù)路徑。