木材染色技术研究进展

木材染色技术研究进展

作者：王敬贤

来源：《林业科技》2020年第06期

摘要：木材染色技术是在常压热浸渍、减压、加压浸渍等条件下将染料或染料与其他改性剂复配后固定在木材纤维上，从而改变木材或单板的材色，即可以模拟珍贵树种材色，也可满足产品室内色彩设计需求，是木材增值的重要技术手段。通过对国内外木材染色技术研究现状进行系统阐述，介绍了木材染色方法与工艺、染色剂、染色木材性能、染色机理等几方面研究成果，展望木材染色技术的研究趋势。

关键词：木材; 单板; 染色技术; 研究进展; 发展趋势

中图分类号： TS 652 文献标识码： A 文章编号：1001 - 9499（2020）06 - 0042 - 06

我国是世界上人造板生产和使用大国，2018年人造板产量约2.99亿m3，预计2023年我国人造板产量将达到3.74亿m3，其中80%的人造板经过二次加工处理，用于制造家具、地板、建筑装饰装修板材、门窗木制品。人造板表面装饰处理既可以提高制品美观性、防潮变形，又可以降低挥发性有机化合物（VOCs）和甲醛释放量。常选用的人造板表面装饰材料有薄木、三聚氰胺浸渍胶膜纸（PVC）、油漆等，其中，薄木因其色泽美观、纹理自然且能够还原实木质感而广受消费者青睐，高质量薄木（厚度为0.1～0.3 mm）、单板（厚度为0.4～4 mm）产品市场需求量巨大。随着国家天然林保护工程的实施和国外对出口木材限制日益严格，我国可制作高品质薄木和单板的大径级珍贵木材严重短缺，由此，将普通木材经过设计、染色、重组等处理形成稀有珍贵木材效果的科技木产业应运而生，近年来在国内蓬勃发展。

木材染色技术是木材增值的重要手段，木材染色是指通过各种不同的调色技术将低等木材染成高档木材的色泽纹理，从而提高低等木材的使用价值，以此来满足人们对于高档木材用品的观赏需求。木材染色作为增加木材装饰效果、提高木材附加值的重要手段，己受到广泛关注和重视。本文综述近年来木材染色方法与工艺、染色剂、染色机理及性能等方面研究进展，并对未来研究趋势进行分析。

1 木材染色方法与工艺

1. 1 染色方法

木材染色常用方法有两种。一种是对木材单板或薄木进行染色，染色后再进行层积，以达到实木染色同样的效果或仿珍贵木材纹理。速生杨木单板经干燥、漂白、染色等工艺处理后，可达到仿花梨木单板的效果[ 1 ]。对于同一树种单板，不同的单板前处理方法影响单板的染色效果，一般在进行浅色染色时，染色前最好对单板进行前处理，如冷、热水浸提和漂白，这样

可以提高染色效果和颜色稳定性。对于不同树种的单板，由于单板的密度、材色和对染料亲和能力等方面有差异，在相同的染料和染色工艺下，染色效果差异较大，因此，不同树种单板应采用不同的染色工艺[ 2 ]。染色方法直接决定单板的染色效果，利用酸性染料染色杨木单板，相比于冷压法，热浸法染色木材的效果更好，加热时间、染液质量分数和染色温度对单板染色效果有不同程度的影响[ 3 ]。另一种是对实木进行表面或内部染色，因深度染色较为困难，多选用加压减压浸注染色和高压蒸煮处理染色。研究表明，采用抽真空方式可使酸性染料扩散到5 cm厚的泡桐、杨木、杉木方材中，实现仿红木深度染色[ 4 ]。通过增加真空度、染色浓度及合理延长真空时间、染色时间的方式，可以提高青杨小径材生材的染透率[ 5 ]。除了对单板和实木进行单一染色研究外，研究者将染料与其他改性剂复配，在改变木材材色的同时，赋予材料抗菌、阻燃、防腐和增强等性能。研究表明，利用载银聚壳糖与酸性染料复配制备的染色单板具有较好的固色和抗菌防霉效果[ 6 ]。将酸性红染料与BL木材阻燃剂复配对速生杨木进行染色和阻燃处理，发现提高水浴温度和浸渍时间可以提高染料上染率和极限氧指数，与染色剂单独处理杨木相比，联合处理提高了染料上染率和极限氧指数，阻燃剂和染色剂都扩散到木材细胞腔和木材导管，且与木材发生化学反应，既改善了杨木视觉特性，又提高了杨木的安全性[ 7 - 8 ]。为了提高人工林速生材的物理力学性能和装饰性能，可将酸性大红染料与增强树脂复配后通过真空加压浸渍的方式注入到木材内部，在提高木材强度和改善木材视觉特性同时，增强树脂起到固定染料作用，处理材的耐光色牢度和耐水色牢度显著提高[ 9 - 10 ]。

1. 2 染色工艺

染料浓度、染料配比、染色温度、染色时间、促染剂用量和固色剂用量等工艺参数直接影响木材的染色效果，针对不同的染料、树种应采用不同的染色工艺。提高染料浓度、染色温度和促染剂用量，有助于提高木材染色效果，但过高染料浓度易引起染料的水解，过高浓度的促染剂会生成大量的阴离子，阻碍染料分子与纤维的亲核取代反应，导致染色效果降低。因此，研究工艺因子对染料染色木材的上染性能、染色效果和耐光性等指标的作用趋势，从而优化出适合不同树种不同染色剂的木材染色工艺尤为重要。采用酸性大红染料对木材进行染色试驗，发现工艺因素对桐单板染色色差增加的影响作用顺序为NaCl>温度>表面活性剂>染色时间>染料浓度，最佳工艺为NaCl浓度1.5%、染色温度50 ℃、表面活性剂浓度0.1%、染色时间4 h、染料浓度染料浓度0.5%[ 11 ]。以活性染料上染率为指标，得出杨木单板染色较优工艺条件为染色温度为70～80 ℃、染色时间3 h、促染剂元明粉40 g /L、固色剂纯碱20 g /L[ 12 ]。以杨木染色单板耐光性为考察指标，最佳染色工艺参数为染料浓度10 g/L、染色时间2.5 h、染色温度60 ℃、浴比20∶1[ 13 ]。采用模糊数学综合评判法，以北美糖槭单板上染率和色差为评价指标，发现优化工艺为染色温度50～55℃、活性染料染液质量分数3.0%、促染剂用量40

g/L、染色时间3.0 h、固色剂用量15 g/L、固色时间75 min、浴比1∶40[ 14 ]。

对于大尺寸木材，尤其是对橡胶木、柞木等渗透性较差的木材，即使利用减压、加压的方法，也无法达到良好的深度染色效果，因此，木材预处理成为木材染色研究的重要内容之一。一方面是提高木材的渗透性，促进染料向木材内部扩散，利用压缩空气爆破、微波预处理和冻