木材染色

木材染色效果是以染着率、均染性、水洗牢度和日晒牢度等指标来衡量，除受染料、助剂、染液的pH值和染色工艺的影响外，还受木材的树种、组织结构和化学成分的影响。二、木材染色（一）历史和现状（二）木材染色原理木材是一种不均质的毛细孔材料，由纤维素、半纤维素和木质素组成，木纤维中含有丰富的亲水性基团如羟基（-OH）、羧基（--COOH）等原子团。染料随水溶液通过木材毛细管通道，透过木细胞壁扩散后，沉降在纤维表面上，使得木材染色。（三）木材用染料的研究综合近几十年的研究成果，用于木材染色的染料可以分为酸性染料、碱性染料、直接染料和活性染料。（四）染料在木材中的移动和渗透1、木材的渗透性木材渗透性与木材染色有着密切的关系，特别对木材内部染色的影响更大。一般情况下，木材本身渗透性高则其染料在木材内部的渗透性就好。我国主要木材树种的渗透性可以分为以下四级：1．最难渗透树种针叶材树种：落叶松、柔毛冷杉、油杉、粗云杉、鱼鳞云杉。阔叶材树种：刺槐、槲栎、檫木、苦槠、核桃揪、柞木、拷木。2．较难渗透树种针叶材树种：臭冷杉、杉木、华山松、麦吊云杉、红皮云杉、红松。阔叶材树种：香樟、甜储、铁储、臭椿、色木、黄菠萝。3．易于渗透的树种针叶材树种：樟子松、辽东冷杉。阔叶材树种：枫桦、槐木。4。最易渗透的树种针叶材树种：油松(边材)、赤松(边材)、金钱松(边材)、马尾松(边材)。阔叶材树种：枫香、水曲柳、大叶榆、山杨、白桦、椴木、桤木、杨木。根据常见木材树种渗透性的大小，在进行木材内部染色树种选择时，应尽量选择容易渗透的树种进行染色。而对渗透差的树种，则应在内部染色前进行相应的抽提处理或蒸煮处理，提高染液的渗透性及染色材的质量。2、染料在木材中的移动和渗透木材染色是染料溶液在木材表面润湿、扩散、吸附及染液向木材内部渗透并着色的过程，其中染料分子在木材中的移动和渗透非常重要，特别是对实木深度染色尢为重要。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染色的重要因素。染料溶液的渗透在木材表面（1）染料溶液向木材内部渗透的路径。染料溶液的渗透是通过木材内的毛细管系统（大毛细管和微毛细管）完成的。染料溶液从一个细胞流向另一个相邻细胞时，其主要路径是细胞壁上的纹孔。纹孔有单纹孔和具缘纹孔之分，单纹孔易于液体流动；而具缘纹孔有纹孔塞，液体经塞缘流过至另一细胞，若纹孔发生闭塞，纹孔塞堵住纹孔口，液体的流动就会受到阻碍。（2）木材、染料和溶剂的相互作用。染料溶液向木材内部渗透的深浅、好坏和分布的均匀程度取决于木材的显微构造、染料分子的组成、染料溶液和木材之间的相互作用等三方面因素。（3）染料的选择吸着。木材染色时常常会产生这样的现象：染料水溶液中的染料大多染着在木材表面孔道的入口处，而水分则可以完全侵入木材内部，称之为染料的选择吸着。原因是：染料分子的平均直径比水分子大，又与木材分子有较强的亲和力，因而水分能侵入木材内部，而染料分子在木材孔隙的入口附近产生选择吸着。（四）木材染色方法1、立木染色：日本学者饭田生穗利用活树树液蒸腾作用产生的树液流动引发的天然驱动力，使染液分散到树干木质部从而使木材染色的一种方法。这种方法引起木材学界的兴趣和关注。采用这种方法，不仅染色速度快，而且经过染色的木材，能看清细胞组织等微细结构的染色状态，在保持足够鲜明程度方面，与减压、加压渗透法有根本的不同。但这种方法仅适用于边材含量大的小径材，对于大径材的染色则不适用，近年来越来越受到人们的重视，也是今后木材染色发展的一个重要方向。方法：在活树树干表面上钻取一些小洞，用管子将装在容器内的不同颜色的染液采有一定的方式输入到树干内，利用树叶的蒸腾作用，使染液分散输送到木质部而将木材染成多种颜色的染色方法。该方法不论树木的尺寸大小都比较合适。此外还可以向各个孔注入不同颜色的染料，可以将木材染成不同颜色。举例：在距地面50~100cm的活立木，用钻孔器开出直径为`27mm的穿孔沟，直通髓心，然后插入用来注入染液的管了，管子的另一端与盛有染液的容器相连，这就能将染液连续地注入木材内。其中盛染料的容器要靠近立木，而且要高出孔30cm，用一个架子承载容器。这样就可实现对立木的染色。染色时间应选择在树木生长发育旺盛，树液流动快速的季节进行，一般在夏季较好。优点：能够实现针叶树材和阔叶树材小径木的全组织染色；染色设备简单，染色工艺过程容易操作；利用立木的天然驱动力，节省能源；立木染色时染液全部被吸入树干后，不会产生染色废液，因而染色过程中不污染环境；立木染色效果不失生物的固有质感和自然美感，不但不掩盖木材的纹理，而且突出和强调了木材表面层次感，能更有效地赋予小径木色调，尤其是木材中所不具备的色调，使木材纹理清晰突出，而且还会产生新的染色花纹等特殊特征。用途：主要用作室内装饰材、工艺品用材，如木雕、花瓶、笔筒、纽扣、台灯座、文具盒、领带夹、发卡、耳环、围棋盒、各种工艺品的包装盒等。2、实木染色对实木进行表面或内部染色。在实木加工利用，特别是工艺品生产中，需要对实木内部深度（染色深度超过1cm以上）均匀染色，多选用加压减压浸注染色和向压蒸煮处理染色。3、单板或薄木染色大断面木材染色较为困难，影响因素较多，对单板或薄木染色后再根据需要进行各种加工，如通过层积可得到彩色层压木或彩色人造薄木，也能达到大断面实木染色同样的效果。（五）染色木材的制造技术染色木材的制造技术可分为内部染色和木材表面染色两大类。木材内部染色木材内部染色最重要的是染料一定要注入到木材内部。一般是采用浸渍处理的方法让染料渗透到木材内部，通常采用的染料是水溶性染料、酒精等有机溶液溶解的染料。提高染料在木材内部渗透的方法是：采用加热煮沸法、减压注入法、减压加压注入法等，有时这几种方法要联合使用。染色要点①选择染料渗透途径通畅的木材树种。如一般不要选择含有树脂的针叶材树种（如马尾松、落叶松等），也不要采用木材侵填体发达的树种（如刺槐、麻栎等）。如果需要对木材渗透性差的树种进行染色，必须对其进行相应的脱脂处理以抽提处理，消除影响染料渗透的障碍。②选择对木材成分吸着性弱的染料，提高染料在木材中的渗透效率。③选择耐光性优良的染料。（六）影响染色效果的因素木材染色效果除受染色液组成及染色工艺参数的影响外，还与被染木材的含水率、树种、木材的化学成分和组织构造密切相关。木材的含水率：木材树种及其组织结构一般说针叶树材密度较低,染色所需时间短,染色均匀。阔叶树材密度大,早晚材结构差异大,染色液在晚材部分渗透困难,染色时间长,效果差。同一种染料,树种不同,染料渗透性差别很大,染色效果大不相同。木材组分表2木材组分的染色性Tab.2Dyeabilitiesofwoodcomponentsandwoodflour染料纤维素半纤维素木素木粉直接蓝1+++++酸性蓝117--++++碱性蓝9-++++++*++染色强;+染色弱温度染色液在一定的温度范围内，温度高染色效果就好，如酸性染料在90℃加热2h的染色效果，在50℃时需24h以上。但温度太高，反而降低染料的渗透性。染料的调色（七）木材染色的应用（1）将边材染成心材色调。（2）将普通材染成名贵材色调。选择结构和质地与名贵材相近的普通材，通过染色处理，使其具有名贵材的色调，进而代替名贵材作为高档家具用装饰材酸性染料木材染色工艺流程如下:木材干燥→向T2加注染液→密封→减压→加注染色液→常压处理→加压保压→排放染色液→真空排液→卸料→干燥（3）单板染色。将染色单板用胶粘剂层积制成染色单板层积材，然后再用刨切成薄板作装饰板。例：常用酸性染料仿红木单板染色工艺流程：单板→脱色→酸性染色液→固色处理→皂洗→单板干燥染色液组成：1%酸性黄38用量0.2%,酸性红145用量0.02%,酸性蓝80用量0.04%,碳酸钠0.03%，甲酸0.05%,硫酸钠0.3%和表面活性剂0.1%。上染工艺参数:pH4.8,常压,温度90℃,升温速度2℃/min,保温时间2～4h。(4)有利于开发小径木劣质材。木材的颜色和纹理是决定木制品价格的重要因素。在世界范围内，无论是针叶材还是阔叶材，材色和纹理美丽的大径级、优质的天然材在日趋减少。而大量的小径、低质材却未得到合理利用，因此可以通过木材的染色加工来完善地表现其纹理、材色和材质，从而可以作为优质材或贵重材加以利用。7、木材染色技术的发展趋势（1）木材染色加工是较为复杂的过程，涉及木材性质，染料选择和配制，染料在木材中的渗透；以及染料在木材上的附着和与木材的结合等几个方面，要把“木材—染料—溶剂”作为一个系统进行研究。（2）研究染色木材的后加工技术。木材染色只是木材深加工的一个环节，必须研究木材耐光性和耐候性；染色木材的物理化学性能都会发生改变，因而还要研究木材的胶合性能和涂饰性能，形成一个完整的系统。（3）木材染色属于化学加工范畴，在加工过程中会产生许多的废水和废液，在日益重视的今天，必须在研究染色的过程中同步研究废水和废液的处理技术，否则，即使这项技术可以推广，也会因环保问题而受到限制。（4）利用先进的技术和现代化手段研究木材染色。木材染色技术是交叉学科，涉及到木材学、染料化学、光学、色度学等应用学科，随着科学技术的发展，尤其是计算机设计和控制技术的发展，必然应用到木材工业中，所以应该研究利用计算机进行木材染色中的配色和控制管理，这一研究将有广泛应用前途。（5）将木材功能性改良与木材着色结合起来，注重研究多功能木材改性剂。（6）对木质复合材料的染色要给予关注。