木材染色的研究及发展趋势★

李 滨 郭明辉

(东北林业大学材料科学与工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

木材染色的研究及发展趋势★

李 滨 郭明辉

(东北林业大学材料科学与工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

木材染色，染料，发展趋势

0 引言

随着生活水平的不断提高，人们对于日常生活用品的品质要求越来越高。木制品作为人们生活中的三大材料之一自然也成为人们关注的重点。人们对高档木材的需求日益增加，但是由于当前高档木材已经十分稀缺，国家又提出多项政策退耕还林，种种这些原因致使人们把目光转向速生林木。当今如何高效合理的利用速生林木已经成为研究者们研究的重点。其中速生林木的仿珍利用就是一个方面。木材仿珍的内容非常广泛，木材染色作为木材仿珍的一个重要方面并基于它的特殊性日益受到人们的关注。

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。

木材染色是一个十分复杂的过程，其中包括很多物理及化学范畴的内容，本文将通过染色过程来逐一分析并简要介绍木材染色的一些相关知识。

1 木材预处理

预处理是木材染色的首要环节，为了提高木材染色的质量，在染色之前需要对木材进行预处理。预处理归根结底是为了通过改善木材的渗透性来提高木材的染色效果。通常情况下改善木材渗透性可以从以下几个方面来处理。

1)较少木材内抽提物的含量。常用的处理方法有化学法和物理法两种。

化学法：

木材中存在着较多的树脂酸，然而树脂酸能与碱液发生皂化反应生成树脂酸钠盐并可溶于水。利用这一点可将木材中的树脂酸去除，但是木材与碱反应后木材本身结构会遭到不同程度的破坏从而降低其力学性能，影响木材的使用价值，因此在使用时应当注意碱液的用量。常用的碱有氢氧化钠和碳酸钠等。

物理法：

通过有机溶剂萃取将木材中的部分有机物和树脂酸萃取出来。常用的有机溶剂有苯、乙醇、乙醚等。这种方法不会破坏木材本身的结构，但是污染严重，废液处理比较困难。

2)减少木材中纹孔的闭塞。常用的方法有高频真空干燥法、溶剂置换法和水浸法。

高频真空干燥法：

在低压的环境下，高频转换加热木材，木材中的纹孔膜在保持良好刚性的情况下还能抵御水蒸发时所产生的很强的界面张力，从而减少纹孔闭塞。

溶剂置换法：

有机溶剂的表面张力比较低，当溶剂与木材内的水分进行置换时，木材纹孔膜附近的张力也会很低，从而减少了纹孔闭塞。

水浸法：

木材浸泡在水中时，闭塞纹孔膜与纹孔缘之间的氢键被打开，纹孔膜经过本身的弹性恢复到了原来的位置，从而减少了纹孔闭塞。

3)增加渗透通道。 常见的方法有微波干燥、高温干燥和微生物法。

微波干燥：

当高强度的微波照射木材时，木材内的水分快速汽化并向外扩散，此时木材内部蒸汽压增大，蒸汽突破细胞内壁和细胞膜的薄弱部分从而增加了渗透通道。

高温干燥：

高温干燥的原理同微波干燥的原理类似，只是同微波干燥相比，高温干燥木材容易发生变色。对于温度的控制是高温干燥处理木材的关键。

微生物法：

利用霉菌、酶菌等微生物对木材的细胞壁及纹孔膜进行侵蚀，从而增加渗透通道。此方法耗能低污染少，但是微生物法处理的不可控因素很多，常常达不到预期效果。

2 木材染色所用的染料

木材染色常用的染料有酸性染料、直接染料、碱性染料和活性染料等。这些染料的染色原理不尽相同。酸性染料、直接染料、碱性染料主要靠分子间的范德华力和氢键同木材结合，而活性染料的染色原理是染料和木材之间发生化学反应从而生成化学键，因此较其他染料相比活性染料同木材的结合更牢固，因为应用也比较广泛。

3 木材的染色方法

木材常见的染色分类方法有两种，一种是按照染色对象分可以分为立木染色、实木染色、单板染色、碎料染色等。另一种是按照浸注方法分可以分为常压浸注、减压浸注和加压浸注等。

4 影响木材染色效果的主要因素

影响木材染色效果的主要因素除了上文提到的木材的渗透性外，还有一些工艺因素也会对染色质量造成影响，比如温度、时间、pH值染液浓度等等。

温度：

温度是影响染色效果的一个重要因素。温度太低时染液的粘度较高，渗透性差，染色效果较差。但是温度过高时同样会影响染液的渗透性，并且高温会使木材本身发生水解反应，木材的各种力学性能会明显降低，破坏木材本身的特性。因此控制好染色的温度尤为重要。

时间：

通常情况下染色时间越长染色效果越好，但是染色时间到达一定程度后染色效果就会变得不明显，而且染色时间过长会对木材本身造成破坏，同时也会浪费能源，因此需要根据实际情况并结合所染树种的特性选择合适的染色时间。

pH值：

pH值又是影响木材染色的另一个重要因素。特定的染料需要在特定的pH环境中进行染色。比如酸性染料的pH值一般在4～5之间，而活性染料的pH值一般在9～10之间。

染液浓度：

染液浓度过低时，染色效果不好，但是染液浓度过高时染液的粘度会相对增大，不利于染液在木材中渗透，同时还造成了染料的浪费，污染环境。通常情况下染液的浓度在1%左右。

5 改性助剂

为了增加染色木材的价值，常常对染色木材进行一些改性，其中最常见的就是添加一些助剂。根据改性的内容的不同，添加的助剂也有很多种。比如助染剂、渗透剂、耐光剂等等。

渗透剂的作用顾名思义就是增加染液的渗透性，以便于染液可以渗透到木材内部。常用的渗透剂有平平加O、渗透剂JFC和脂肪醇等。常见的助染剂中含有一些酸类和碱类物质，比如氨水、NH4Cl、硫酸铵、乙酸等。它们的主要作用是调节pH值。因为某些染料必须在特定的pH值环境下才能进行染色。比如酸性染料只能在酸性条件下进行染色。除此之外助染剂还有氯化钠，碳酸钠等。氯化钠在染液中的作用主要是增加染液的电离程度，有助于染液的溶解和渗透，而碳酸钠常常用在活性染料中作为固色阶段的固色剂使用。

染色后的木材存在光稳定性差、易褪色的问题，因此为了提高染色木材的色牢度，常常使用耐光剂。常见的耐光剂有壳聚糖、含氮化合物、聚丙二酸乙二醇脂、聚乙二醇400等等。它们耐光机理有所不同，比如壳聚糖，它是在染色木材表面形成一层薄膜来阻挡光的照射。聚乙二醇400则是因为其本身具有吸光性，能够吸收一部分紫外线从而起到耐光的效果。

6 木材染色的发展趋势及展望

当今社会人们更加注重低碳节能、安全环保，因此研究人员以后的研究重点也应该放在这个方面。

针对低碳节能、安全环保笔者认为应该注重发展以下几个方面：

1)应当高效合理的利用资源。提高染色木材的利用率和耐候性是往后的一个研究重点。木材利用率高了，浪费自然就会减少。提高染色后木材的耐候性，延长木材的使用寿命也是一个提高资源利用的有效途径。

2)木材染色后剩余染色废液是在所难免的，如何能有效地处理染色后剩余的废液也是当前很多研究人员关注的重点。现在很多人们开始用菌类对染液进行降解以达到废水处理的目的，笔者认为研究人员也可以从染液的循环再利用方面去找到新的突破口。

3)现在很多染色助剂都是重污染药品，回收和处理都很困难。研究新型的无污染无毒害染色助剂也是当前国内外研究人员都非常重视的一个方面。

4)由于我国本身存在珍惜树种缺乏的情况，因此往后很长一段时间内的研究重点始终会是人工速生林的染色工艺研究。但是人工林本身存在材质相对较差的缺陷，因此可以考虑先对人工速生林木材进行改性，然后进行染色，以提高染色后木材的应用范围和使用价值。当然改性的过程中始终要考虑低碳环保这个主题。

5)我国现在很多地区都开始采用计算机配色，技术已经成型，但是跟发达国家相比还是有很大差距的，因此利用现代化高精尖式的技术进行木材的染色配色就显得比较突出了。

总之，随着我国科研技术的不断进步和研究者们的不断努力，木材染色技术在不久的将来一定会达到另一个高峰。

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Research and tendency of wood dyeing★

LI Bin GUO Ming-hui

(MaterialScienceandEngineeringTechnologyCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

By learning from literatures at home and abroad, the paper illustrates the research on the wooden dyeing and its tendency from the wood pretreatment, wooden dye, wooden dyeing method and factors affecting the wood dyeing effect, so as to provide some opinions for the research and development of the wood dyeing.

wooden dyeing, dyeing material, tendency

1009-6825(2014)11-0256-02

2014-01-26★：“木材学”，国家精品资源共享课建设项目资助

李 滨(1988- )，男，在读硕士； 郭明辉(1964- )，女，博士，硕士博士生导师，教授

TS652

A

中外文献，从木材预处理、木材用染料和木材染色方法及影响木材染色效果的因素等几个方面入手，阐述了木材染色的研究及发展趋势，旨在为木材染色方面的研究和发展提出意见。