一种环保型木材单板染色剂及其染色方法

摘要

一种环保型木材单板染色剂及其染色方法，它涉及一种木材单板染色剂及其染色方法。本发明要解决现有染料水溶性大、流失性高，染色后的颜色不稳定，且现有染色方法工艺复杂，对设备要求高，造成环境污染以及不适合大规模生产的问题。本发明首先利用CH

说明书

技术领域

本发明涉及木材染色领域，特别涉及一种环保型木材单板染色剂及其染色方法。

背景技术

木材染色，是采用物理或化学的方法，使染料与木材结合以改变木材的材色，以丰富其 视觉效果、提高木材的附加使用价值。由于近年来木材资源的短缺，为了弥补名贵木材，一 些中低等木材通过染色得到的仿名贵木材备受关注。其中，通常以染料进行染色是比较传统 的工艺。但染料的水溶性大、流失性高，使得产品的颜色不稳定，同时，染料流失后对水体 有污染，并且此类工艺过程比较复杂。

目前，魏象采用增压与减压工艺对木材进行染色，其工艺流程如下：

待染色木材加入、染液→置于密闭容器→通入110℃以上的水蒸气→调节压力和温度至 一定值→保温保压1min以上→打开排气阀至密闭容器内的压力降至常压→多次重复2-4步→ 取出染后木材；

此法对木材进行染色，其工艺过程复杂，对设备要求过高，同时，染料的水溶性较大， 且流失后对水体有污染，不适合大规模生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有染料水溶性大、流失性高，染色后的颜色不稳定，且现有 染色方法工艺复杂，对设备要求高，造成环境污染以及不适合大规模生产的问题，而提供了 一种环保型木材单板染色剂及其染色方法。

本发明一种环保型木材单板染色剂，它是由铁红溶液或铁黄溶液组成的，其中，所述的 铁黄溶液浓度为20～60g/L，所述的铁红溶液浓度为10～50g/L。

本发明一种环保型木材单板染色的方法，是按照以下步骤进行的：

一、取木材单板，浸入到漂液中，在漂液温度为65～75℃，浴比为1：15～25的条件下， 漂洗1～2h后，取出木材单板用水清洗后，自然晾干；

二、将步骤一晾干后的木材单板浸入染液中，在染液温度为90～100℃，浴比为1：15～25 的条件下，浸染1～2h后，取出木材单板用水清洗后，自然晾干，即完成环保型木材单板的染 色方法；

其中，步骤一中所述的漂液是由浓度为2～3g/L的CH₃COOOH和浓度为0.5～0.7g/L的 Na₄P₂O₇组成的；所述的漂液的pH值=7.0；步骤二中所述的染液为浓度为20～60g/L的铁黄 溶液或浓度为10～50g/L的铁红溶液。

本发明包含以下有益效果：

本发明以不溶于水的铁红、铁黄两种颜料对木材单板进行染色，具有生产过程无毒、环 保、产品不易褪色、疏水等优点。另外，产品在户外使用，颜料遇雨水不易流失，对环境友 好。

由于木材具有各向异性的特点，其材色不均匀，因此，本发明对其先进行漂白处理，漂 后的木材单板颜色均匀且白度值高，便于染色处理。本发明以CH₃COOOH为漂白主剂对木 材单板进行漂白，由于CH₃COOOH是一种环境友好型物质，因此对环境不会产生污染，并 且，其漂白过程pH值为中性，漂白温度不高，因此，对木材的本身结构的破坏较小。采用 SEM可以看出CH₃COOOH处理材与桦木素材的表面结构极其相近，几乎未发生改变。

本发明采用铁黄和铁红处理后两种颜料的水牢度极高。

本发明的方法具有对设备要求低、易于操作且可控性强等优点。

附图说明

图1为未经漂白处理的桦木单板素材的100倍SEM图；

图2为未经漂白处理的桦木单板素材的1000倍SEM图；

图3为实施例1中经以CH₃COOOH为漂白主剂处理的桦木单板素材的100倍SEM图；

图4为实施例1中经以CH₃COOOH为漂白主剂处理的桦木单板素材的1000倍SEM图；

图5为实施例1中经以CH₃COOOH为漂白主剂处理的桦木单板素材的XRD图，其中A 为未经以CH₃COOOH为漂白主剂处理的桦木单板素材的曲线，B为以CH₃COOOH为漂白主 剂处理的桦木单板素材的曲线；

图6为未经以CH₃COOOH为漂白主剂处理的桦木单板素材的红外光谱图；

图7为实施例1中经以CH₃COOOH为漂白主剂处理的桦木单板素材的红外光谱图；

图8为实施例2中经铁红染色后的桦木单板素材的500倍SEM图；

图9为实施例2中经铁红染色后的桦木单板素材的1000倍SEM图；

图10为实施例2中经铁红染色后的桦木单板素材的1000倍SEM图；

图11为实施例2中经铁红染色后的桦木单板素材的3000倍SEM图；

图12为实施例1中经铁黄染色后的桦木单板素材的100倍SEM图；

图13为实施例1中经铁黄染色后的桦木单板素材的1000倍SEM图；

图14为实施例1中经铁黄染色后的桦木单板素材的2000倍SEM图；

图15为实施例1中经铁黄染色后的桦木单板素材的3000倍SEM图；

图16为实施例2中经铁红染色后的桦木单板素材的XRD图；其中，A为在经以 CH₃COOOH为漂白主剂漂白后未经染色的桦木单板素材XRD曲线，B为在经以CH₃COOOH 为漂白主剂漂白后经铁红染色的桦木单板素材XRD曲线；

图17为实施例1中经铁黄染色后的桦木单板素材的XRD图；其中，A为在经以 CH₃COOOH为漂白主剂漂白后未经染色的桦木单板素材XRD曲线，B为在经以CH₃COOOH 为漂白主剂漂白后经铁黄染色的桦木单板素材XRD曲线；

图18为在实施例经以CH₃COOOH为漂白主剂漂白后未经染色的桦木单板素材红外光谱 图；

图19为实施例2中在经以CH₃COOOH为漂白主剂漂白后经铁红染色的桦木单板素材红 外光谱图；

图20为在实施例经以CH₃COOOH为漂白主剂漂白后未经染色的桦木单板素材红外光谱 图；

图21为实施例1中在经以CH₃COOOH为漂白主剂漂白后经铁黄染色的桦木单板素材红 外光谱图；

图22为实施例2中经不同浓度铁红染色的桦木单板素材表面润湿角曲线图；

图23为实施例1中经不同浓度铁黄染色的桦木单板素材表面润湿角曲线图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组 合。

具体实施方式一：本实施方式的一种环保型木材单板染色剂，它是由铁红溶液或铁黄溶 液组成的，其中，所述的铁黄溶液浓度为20～60g/L，所述的铁红溶液浓度为10～50g/L。

本实施方式的环保型木材单板染色剂适用于所有木材的染色。

本实施方式以不溶于水的铁红、铁黄两种颜料对木材单板进行染色，具有生产过程无毒、 环保、产品不易褪色、疏水等优点。另外，产品在户外使用，颜料遇雨水不易流失，对环境 友好。

本实施方式采用铁黄和铁红处理后两种颜料的水牢度极高。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的铁黄溶液浓度为40～60 g/L，所述的铁红溶液浓度为30～50g/L。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的铁黄溶液浓度为 50g/L，所述的铁红溶液浓度为40g/L。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式的一种环保型木材单板染色的方法，是按照以下步骤进行 的：

一、取木材单板，浸入到漂液中，在漂液温度为65～75℃，浴比为1：15～25的条件下， 漂洗1～2h后，取出木材单板用水清洗后，自然晾干；

二、将步骤一晾干后的木材单板浸入染液中，在染液温度为90～100℃，浴比为1：15～25 的条件下，浸染1～2h后，取出木材单板用水清洗后，自然晾干，即完成环保型木材单板的染 色方法；

其中，步骤一中所述的漂液是由浓度为2～3g/L的CH₃COOOH和浓度为

0.5～0.7g/L的Na₄P₂O₇组成的；所述的漂液的pH值=7.0；步骤二中所述的染液为浓度为20～60 g/L的铁黄溶液或浓度为10～50g/L的铁红溶液。

本实施方式制得的环保型木材单板染色剂适用于所有木材的染色。

本实施方式以不溶于水的铁红、铁黄两种颜料对木材单板进行染色，具有生产过程无毒、 环保、产品不易褪色、疏水等优点。另外，产品在户外使用，颜料遇雨水不易流失，对环境 友好。

由于木材具有各向异性的特点，其材色不均匀，因此，本实施方式对其先进行漂白处理， 漂后的木材单板颜色均匀且白度值高，便于染色处理。本实施方式以CH₃COOOH为漂白主 剂对木材单板进行漂白，由于CH₃COOOH是一种环境友好型物质，因此对环境不会产生污 染，并且，其漂白过程pH值为中性，漂白温度不高，因此，对木材的本身结构的破坏较小。 采用SEM可以看出CH₃COOOH处理材与桦木素材的表面结构极其相近，几乎未发生改变。

本实施方式采用铁黄和铁红处理后两种颜料的水牢度极高。

本实施方式的方法具有对设备要求低、易于操作且可控性强等优点。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的铁黄溶液浓度为40～60 g/L。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：所述的铁黄溶液浓度为 20～50g/L。其它与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：所述的铁红溶液浓 度为30～50g/L。其它与具体实施方式四至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：所述的铁红溶液浓 度为10～40g/L。其它与具体实施方式四至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是：所述的漂液是由浓 度为2.5g/L的CH₃COOOH和浓度为0.6g/L的Na₄P₂O₇组成的。其它与具体实施方式四至八 之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：步骤一和步骤二中 所述的浴比为1：20。其它与具体实施方式四至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式四至十之一不同的是：步骤一中所述的 漂液温度为68～72℃。其它与具体实施方式四至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式四至十一之一不同的是：步骤二中所述 的染液温度为94～96℃。其它与具体实施方式四至十一之一相同。

通过以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例1

本实施例的一种环保型桦木单板素材染色的方法，是按照以下步骤进行的：

一、取桦木素材，浸入到漂液中，在漂液温度为70℃，浴比为1：20的条件下，漂洗1h 后，取出桦木单板素材采用自来水进行清洗，自然晾干；

二、将步骤一晾干后的桦木单板素材浸入染液中，在染液温度为90～100℃，浴为1：20 的条件下，浸染1h后，取出桦木单板素材采用自来水进行清洗，自然晾干，即完成环保型桦 木单板素材的染色方法；

其中，步骤一中所述的漂液是由浓度为2.5g/L的CH₃COOOH和浓度为0.6g/L的Na₄P₂O₇组成的；所述的漂液的pH值=7.0；步骤二中所述的染液为浓度为20～60g/L的铁黄溶液。

通过以下检测方法验证本实施例染色后的环保型桦木单板素材的相关性能：

1）SEM验证漂白后的桦木单板素材结构变化相关性能

本实施例以CH₃COOOH为漂白主剂对桦木单板素材进行漂白，由于CH₃COOOH是一种 环境友好型物质，因此对环境不会产生污染，并且，其漂白过程pH值为中性，漂白温度不 高，因此，对桦木单板素材的本身结构的破坏较小。采用SEM对漂白的桦木单板素材的表面 进行观察的结果见图3至图4，图1和图2为未经处理的桦木单板素材，由图1和图4可知， 可以看出CH₃COOOH处理材与桦木单板素材的表面结构极其相近，几乎未发生改变。

2）XRD验证漂白后的桦木单板素材纤维素含量

对漂白后的桦木单板素材进行XRD分析，见图5所示，由XRD分析可得，以CH₃COOOH 为漂白主剂漂后桦木单板素材在2θ为16.11°和22.45°处的木材纤维素衍射峰明显高于素材， 说明处理后桦木单板素材的纤维素相对含量提高，并且处理后的桦木单板素材衍射图谱中未 发现其它衍射峰，说明处理后的桦木单板素材中未生成其它物质。

3）红外光谱验证漂白后的桦木单板素材的成分变化

经以CH₃COOOH为漂白主剂漂后桦木单板素材的红外谱图如图7所示，其中图6为未 经漂白处理的桦木单板素材红外谱图，由图7可知，其主要吸收峰为：3650～3200cm^-1为O-H 伸缩振动；2980～2820cm^-1为脂肪族C-H伸缩震动（CH₃，CH₂），1736cm^-1附近为C=O伸缩 震动（木聚糖乙酰基），1650cm^-1附近为C=O伸缩震动（木质素），1596cm^-1及1508cm^-1附近 为苯环碳骨架（木质素），1458cm^-1附近为CH₂弯曲振动和苯环的碳骨架振动（木质素，木聚 糖），1424cm^-1附近为纤维素CH₂剪切振动与木质素CH₂弯曲振动，1375cm^-1附近为C-H弯 曲振动，1325cm^-1附近为木质素紫丁香核吸收峰，1245cm^-1附近为酚醚键振动（木质素）， 1050cm^-1附近为C-O伸缩振动（纤维素及半纤维素）。通过桦木单板素材及以CH₃COOOH处 理材的红外谱图比较，可看出CH₃COOOH处理材中仅在2920cm^-1附近处的C-H伸缩振动略 微减弱，其余峰均未改变。说明通过CH₃COOOH处理后的桦木单板素材的化学结构与素材 一致，未发生明显变化，仅除去少量发色物质。

4）表面润湿性分析漂白后的桦木单板素材结构破坏情况

经表面润湿性分析可得，桦木单板素材与CH₃COOOH处理材的初始接触角分别为82°、 81°，即CH₃COOOH处理材的接触角与素材相比减小1°，表明处理前后桦木单板素材的润 湿性几乎不变，处理过程对桦木单板素材结构的破坏性极微。

实施例2

本实施例的一种环保型桦木单板素材染色的方法，是按照以下步骤进行的：

一、取桦木素材，浸入到漂液中，在漂液温度为70℃，浴比为1：20的条件下，漂洗1h 后，取出桦木单板素材采用自来水进行清洗，自然晾干；

二、将步骤一晾干后的桦木单板素材浸入染液中，在染液温度为90～100℃，浴为1：20 的条件下，浸染1h后，取出桦木单板素材采用自来水进行清洗，自然晾干，即完成环保型桦 木单板素材的染色方法；

其中，步骤一中所述的漂液是由浓度为2.5g/L的CH₃COOOH和浓度为0.6g/L的Na₄P₂O₇组成的；所述的漂液的pH值=7.0；步骤二中所述的染液为浓度为10～50g/L的铁红溶液。

实施例1和2的染色方法为以铁红、铁黄两种不溶于水的颜料进行桦木单板素材着色， 效果明显且操作简单，通过色度测试可得铁红、铁黄两种颜料对漂后的桦木单板素材进行染 色后，单板的色度值如表3和表4：

表3不同铁红浓度处理材的L^*a^*b^*值

由表3和4可知，随着铁红浓度的增大，处理桦木单板素材的L^*值逐渐减小，说明明度逐 渐降低；处理材的a^*值整体变化不大，说明浓度对处理桦木单板素材的红绿轴色品指数影响 较小。综合考虑明度、红绿轴色品指数与成本，铁红浓度为10g/L时即可达到非常好的着色 效果，亮度高、颜色艳丽，并且成本较低。

随着铁黄浓度的增大，处理桦木单板素材的黄蓝轴色品指数升高，并在60g/L时达到最 大值；明度值变化不大，基本稳定。因此，铁黄浓度为60g/L时，处理桦木单板素材才能达 到很好的着色效果。

通过以下检测方法验证实施例1和2染色后的环保型桦木单板素材的相关性能：

1）SEM验证漂白后的桦木单板素材结构变化相关性能

通过SEM对实施例1铁红染色前后的桦木单板素材的检测结果如图8至11所示，并对 SEM对实施例2铁红染色前后的桦木单板素材的检测结果如图12和15所示，从图8至15， 可以看出颜料颗粒覆盖于桦木单板素材表面，并有细小颜料颗粒进入木材的各种孔隙中。

2）SEM验证漂白后的桦木单板素材结构变化相关性能

利用XRD分析桦木单板素材的结果如图16和图17所示，由图16和图17可以看出经两 种颜料处理后的单板，2θ为16.11°及22.45°处的木材纤维素衍射峰强度均降低，且未发现其余 衍射峰，说明两种颜料的原子呈不规则排列，未形成晶胞结构，且与纤维素未发生化学反应， 仅附着于单板表面，染色过程为物理过程。

3）FTIR（红外光谱）验证染色后的桦木单板素材着色情况

FTIR（红外光谱）分析结果见图19和图21所示，图18和图20为未染色的桦木单板素 材FTIR（红外光谱）图，由图19至图21可得，铁红颜料处理后，1736cm^-1附近的C=O伸 缩振动减弱，1668.33cm^-1、1546.62cm^-1、1517.79cm^-1及1485.77cm^-1处吸收峰为H-O-H的 变形振动吸收峰，900cm^-1、800cm^-1附近为铁红羟基弯曲振动，552.31cm^-1以及478.94cm^-1为铁红的特征峰，说明单板的化学组成未发生改变，说明着色过程为物理过程；铁黄颜料处 理后3340.12cm^-1处的吸收峰强度明显减弱，1736cm^-1附近的C=O振动减弱，1050cm^-1附近 的吸收峰强度减弱，1668.33cm^-1、1546.62cm^-1、1517.79cm^-1、1488.97cm^-1和1450.53cm^-1处的吸收峰为H-O-H的变形振动吸收峰，1050cm^-1附近的吸收峰强度减弱，874.02cm^-1、784.34 cm^-1、659.43cm^-1及464.04cm^-1处的吸收峰为铁黄的特征吸收峰，说明单板的化学组成未发 生改变，说明着色过程为物理过程。

4）经表面润湿性分析验证染色后的桦木单板素材疏水性能

经表面润湿性分析结果见图22和图23所示，综合表面润湿性、颜料用量及成本考虑， 当铁红的浓度为40g/L时，对应着色材初始接触角可达到理想值130°，当铁黄的浓度为30g/L 时，对应着色材初始接触角可达到理想值122°，此时，木材单板具有较好的疏水性能。

5）经水牢度测试分析验证颜料的水牢度

经水牢度测试可知，室温下，将相同浓度的两种颜料着色材浸入200mL水中12h。通过 比较可得，铁黄着色材浸泡后水的颜色变化极微；铁红着色材浸泡后水的颜色略比铁黄着色 材浸泡后水的颜色明显，这是由于红绿轴色品指数a^*与黄蓝轴色品指数b^*之间具有视觉性差 异，红色比黄色更容易被捕捉。总体来看，两种颜料流失极小，证明着色处理后两种颜料的 水牢度极高。