技术领域
[0001] 本
发明属于木材加工处理技术领域,具体涉及一种杨木木材在染色前的预处理方法。
背景技术
[0002] 木材染色是染料与木材发生化学或物理化学结合,使木材具有一定坚牢色泽的加工过程,是提高木材表面
质量,改善木材视觉特性和提高木材附加值的 重要手段。木材染色分染料染色、化学着色和颜料涂色。木材染色是木材加工和利用过程一个重要环节。木材染色按
溶剂分为
水溶性染料染色、醇溶性染料染色和油溶性染料染色等,按染色方式分为深度染色法和表面染色法。深度染色主要用浸渍处理加工单板和木材,如
贴面薄木染色和科技木的单板染色等。表面染色是用
喷涂、刷涂或淋涂的方法来处理木制品的表面。
[0003] 木材染色效果是以上染率、均染性和日晒牢度等指标来衡量的,除受染料、助剂、染液的pH值和染色工艺的影响外,还受树种、木材的组织结构和化学成分的影响。由于木材结构的多样性和复杂性,加之木材染色工业是一个新兴的行业,因此不同树种的染色性,不同染料对木材的上染性,不同产品所需的适宜染料诸方面存在许多问题,有待进一步研究。
[0004] 由于杨木
纤维结构疏松、材质相对较差,其应用范围受到较大限制,染色处理后的杨木板材耐候性、耐光性等性能不及其它木材,染料会发生分解、褪色等问题,同时会使杨木表面染色不均匀,影响染色木材的表面效果。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对现有的问题,提供了一种杨木木材在染色前的预处理方法,能够改变杨木
纤维素结构,使其带有正电性,提高上染率和耐光性等性能。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的:一种杨木木材在染色前的预处理方法,包括以下步骤:
(1)将10-12克
硅烷
偶联剂倒入装有300-350毫升丙
酮的四口圆底烧瓶中,开始搅拌,在
450-500转/分钟下搅拌20-30分钟,然后在搅拌下滴加15-20毫升
钛酸丁酯,进行反应,反应
温度为45-55℃,反应至120-130分钟后,加入8-10克无水
硫酸镁,并在氮气保护下滴加60-
80毫升二氯甲烷,降温至30-35℃,继续反应1.5-2.0小时;
(2)反应结束后将反应物用
旋转蒸发仪进行
旋转蒸发,
真空表示数为-0.08 MPa -~
0.09 MPa,蒸发温度为34-36℃,蒸发时间为20-25分钟,除去并回收二氯甲烷,得到较粘稠的液体,将
碳酸钠粉末在110-120℃下干燥1.5-2.0小时,称取22-25克加入到粘稠液体中,用磁
力搅拌器搅拌10-15分钟,在25-30℃下
固化12-15小时;
(3)将杨木木材加工成所需尺寸,在对杨木木材处理前,将步骤(2)制备得到的固化物进行稀释处理,以氢
氧化钠-
乙醇混合溶液为溶剂,稀释比为1:8-10,稀释温度为50-53℃,搅拌时间为70-80分钟,将稀释处理后的
混合液体对杨木进行浸泡渗透处理,料液比1:4.0-
5.0,浸泡处理温度为25-30℃,浸泡时间为30-40分钟,浸泡处理后采用
超声波振荡处理5-8分钟,将处理后的杨木木材使用清水冲洗至洗涤液为中性为止,擦去表面水分,在50-55℃下烘干至恒重,即可进行染色处理。
[0007] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种。
[0008] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述钛酸丁酯在15-20分钟内滴加完。
[0009] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述二氯甲烷滴
加速度为80-100滴/分钟。
[0010] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(2)所述碳酸钠粒径大小在30-50微米之间。
[0011] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(3)所述氢氧化钠-乙醇混合溶液中氢氧化钠浓度为0.05-0.08mo1/L。
[0012] 作为对上述方案的进一步描述,所述步骤(3)所述声波强度在5.5-6.0kW/m2范围。
[0013] 本发明相比
现有技术具有以下优点:为了解决现有杨木染色效果不佳,染后维持性受环境影响大的一系列问题,本发明提供了一种杨木木材在染色前的预处理方法,经过预处理后的杨木,
导管中渗透着处理液,与三维空间网状结构中的羟基、磺酸基进行成盐反应,对杨木木材的纤维素进行改性,使其带有正电性,染色后,染料随着水分子运动在纤维表面
吸附,并由外向内扩散至纤维内部的无定型区,达到并维持动态平衡,提高了上染率和耐光性等性能,同时,经过
碱性处理,纤维素纤维的羟基发生解离,形成羟基负离子,与染料发生亲核取代、亲核加成等化学反应,生成纤维-染料间的牢固共价键,经过实验论证,染色后无论是
着色力还是耐受力方面,效果均达到最佳。
具体实施方式
[0014] 为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,下面结合具体
实施例对本发明作进一步说明,应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明所提供的技术方案。
[0015] 实施例1一种杨木木材在染色前的预处理方法,包括以下步骤:
(1)将10克硅烷偶联剂倒入装有300毫升丙酮的四口圆底烧瓶中,开始搅拌,在450转/分钟下搅拌20分钟,然后在搅拌下滴加15毫升钛酸丁酯,进行反应,反应温度为45℃,反应至120分钟后,加入8克无水
硫酸镁,并在氮气保护下滴加60毫升二氯甲烷,降温至30℃,继续反应1.5小时;
(2)反应结束后将反应物用旋转蒸发仪进行旋转蒸发,真空表示数为-0.08 MPa ,蒸发温度为34℃,蒸发时间为20分钟,除去并回收二氯甲烷,得到较粘稠的液体,将碳酸钠粉末在110℃下干燥1.5小时,称取22克加入到粘稠液体中,用磁力搅拌器搅拌10分钟,在25℃下固化12小时;
(3)将杨木木材加工成所需尺寸,在对杨木木材处理前,将步骤(2)制备得到的固化物进行稀释处理,以氢氧化钠-乙醇混合溶液为溶剂,稀释比为1:8,稀释温度为50℃,搅拌时间为70分钟,将稀释处理后的混合液体对杨木进行浸泡渗透处理,料液比1:4.0,浸泡处理温度为25℃,浸泡时间为30分钟,浸泡处理后采用
超声波振荡处理5分钟,将处理后的杨木木材使用清水冲洗至洗涤液为中性为止,擦去表面水分,在50℃下烘干至恒重,即可进行染色处理。
[0016] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种。
[0017] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述钛酸丁酯在15分钟内滴加完。
[0018] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述二氯甲烷滴加速度为80滴/分钟。
[0019] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(2)所述碳酸钠粒径大小在30-50微米之间。
[0020] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(3)所述氢氧化钠-乙醇混合溶液中氢氧化钠浓度为0.05mo1/L。
[0021] 作为对上述方案的进一步描述,所述步骤(3)所述声波强度在5.5-6.0kW/m2范围。
[0022] 实施例2 一种杨木木材在染色前的预处理方法,包括以下步骤:
(1)将11克硅烷偶联剂倒入装有330毫升丙酮的四口圆底烧瓶中,开始搅拌,在480转/分钟下搅拌25分钟,然后在搅拌下滴加18毫升钛酸丁酯,进行反应,反应温度为50℃,反应至125分钟后,加入9克无水硫酸镁,并在氮气保护下滴加70毫升二氯甲烷,降温至33℃,继续反应1.8小时;
(2)反应结束后将反应物用旋转蒸发仪进行旋转蒸发,真空表示数为-0.085 MPa ,蒸发温度为35℃,蒸发时间为23分钟,除去并回收二氯甲烷,得到较粘稠的液体,将碳酸钠粉末在115℃下干燥1.8小时,称取23克加入到粘稠液体中,用磁力搅拌器搅拌13分钟,在28℃下固化13小时;
(3)将杨木木材加工成所需尺寸,在对杨木木材处理前,将步骤(2)制备得到的固化物进行稀释处理,以氢氧化钠-乙醇混合溶液为溶剂,稀释比为1:9,稀释温度为51℃,搅拌时间为75分钟,将稀释处理后的混合液体对杨木进行浸泡渗透处理,料液比1:4.5,浸泡处理温度为28℃,浸泡时间为35分钟,浸泡处理后采用超声波振荡处理6分钟,将处理后的杨木木材使用清水冲洗至洗涤液为中性为止,擦去表面水分,在53℃下烘干至恒重,即可进行染色处理。
[0023] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种。
[0024] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述钛酸丁酯在18分钟内滴加完。
[0025] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述二氯甲烷滴加速度为90滴/分钟。
[0026] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(2)所述碳酸钠粒径大小在30-50微米之间。
[0027] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(3)所述氢氧化钠-乙醇混合溶液中氢氧化钠浓度为0.06mo1/L。
[0028] 作为对上述方案的进一步描述,所述步骤(3)所述声波强度在5.5-6.0kW/m2范围。
[0029] 实施例3一种杨木木材在染色前的预处理方法,包括以下步骤:
(1)将12克硅烷偶联剂倒入装有350毫升丙酮的四口圆底烧瓶中,开始搅拌,在500转/分钟下搅拌30分钟,然后在搅拌下滴加20毫升钛酸丁酯,进行反应,反应温度为55℃,反应至130分钟后,加入10克无水硫酸镁,并在氮气保护下滴加80毫升二氯甲烷,降温至35℃,继续反应2.0小时;
(2)反应结束后将反应物用旋转蒸发仪进行旋转蒸发,真空表示数为 -0.09 MPa,蒸发温度为36℃,蒸发时间为25分钟,除去并回收二氯甲烷,得到较粘稠的液体,将碳酸钠粉末在120℃下干燥2.0小时,称取25克加入到粘稠液体中,用磁力搅拌器搅拌15分钟,在30℃下固化15小时;
(3)将杨木木材加工成所需尺寸,在对杨木木材处理前,将步骤(2)制备得到的固化物进行稀释处理,以氢氧化钠-乙醇混合溶液为溶剂,稀释比为1:10,稀释温度为53℃,搅拌时间为80分钟,将稀释处理后的混合液体对杨木进行浸泡渗透处理,料液比1:5.0,浸泡处理温度为30℃,浸泡时间为40分钟,浸泡处理后采用超声波振荡处理8分钟,将处理后的杨木木材使用清水冲洗至洗涤液为中性为止,擦去表面水分,在55℃下烘干至恒重,即可进行染色处理。
[0030] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述硅烷偶联剂是乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种。
[0031] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述钛酸丁酯在20分钟内滴加完。
[0032] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(1)所述二氯甲烷滴加速度为100滴/分钟。
[0033] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(2)所述碳酸钠粒径大小在30-50微米之间。
[0034] 作为对上述方案的进一步描述,步骤(3)所述氢氧化钠-乙醇混合溶液中氢氧化钠浓度为0.08mo1/L。
[0035] 作为对上述方案的进一步描述,所述步骤(3)所述声波强度在5.5-6.0kW/m2范围。
[0036] 对比例1与实施例1的区别仅在于,省略步骤(1)中的无水硫酸镁的添加,其余保持一致。
[0037] 对比例2与实施例2的区别仅在于,省略步骤(2)中的碳酸钠粉末的添加,其余保持一致。
[0038] 对比例3与实施例3的区别仅在于,步骤(3)中的浸泡时间为15分钟,其余保持一致。
[0039] 对比实验分别使用实施例1-3和对比例1-3的方法加工处理杨木木材,木材规格统一为120毫米*
150毫米*3毫米,每组对应使用活性艳红、酸性大红和直接大红染料对处理后的杨木板材进行染色,同时以不做任何处理的杨木样品作为对照,保持各组试验样品制备中无关变量一致,将染色性能结果记录如下表所示。
[0040] 表1 各组平均上染率(%)(其中活性艳红的染色条件为:染料浓度为2%,染
色温度为55℃,染色时间为100分钟,固色时间为30分钟,浴比为1:18;酸性大红的染色条件为:染料浓度为2%,染色温度为55℃,染色时间为120分钟,固色时间为30分钟,浴比为1:18;直接大红的染色条件为:染料浓度为
2%,染色温度为55℃,染色时间为150分钟,固色时间为25分钟,浴比为1:18)染色处理后,将各组样品经过耐光性试验,对各组样品的色差值进行测量,结果如表2所示。
[0041] 表2 各组耐光性试验的色差变化值(ΔE)(其中ΔE在0-0.5范围表示无色差痕迹,在0.5-1.5范围表示有轻微差痕迹,1.5-3.0范围表示有可肉眼察觉色差痕迹,3.0-6.0范围表示有可识别色差痕迹,6.0-12.0范围表示色差痕迹大,12.0以上表示差痕迹非常大。)
试验中,控制各组染料浓度、染色温度、染色浴比等无关变量的一致性,染色后,将样品放入紫外线照射仪中照射,在每件样品上取10个测量点,进行前后测量,取平均值,测量在紫外灯照射128小时后,色差值变化。
[0042] 由此可见:本发明对杨木进行染色前的预处理能够改变杨木的纤维结构,使其带有正电性,染色后,染料随着水分子运动在纤维表面吸附,并由外向内扩散至纤维内部的无定型区,达到并维持动态平衡,提高了上染率和耐光性等性能,同时,经过碱性处理,纤维素纤维的羟基发生解离,形成羟基负离子,与染料发生亲核取代、亲核加成等化学反应,生成纤维-染料间的牢固共价键,经过实验论证,染色后无论是着色力还是耐受力方面,效果均达到最佳。