杨木和椴木单板染色性能研究

王洪艳，沈冯峥，龚 正，李 琴*，袁少飞，张 建，杨思倩

（1.浙江省林业科学研究院 浙江省竹类研究重点实验室，浙江 杭州310023；2.浙江农林大学工程学院，浙江 临安311300）

重组装饰材又称科技木，是以木质或竹质单板为原料，经单板染色、施胶、模压成型等工艺制备出的重组材料，既保留了天然木质材料的调温、调湿、隔热等天然属性，又可以模拟各种天然珍贵木材花纹，同时通过单板染色赋予其更多的色调，因此重组装饰材在地板生产、家具饰面板方面得到广泛应用[1-6]。单板染色是重组装饰材生产过程中极为重要的工艺环节，染色成败直接影响重组装饰材料的视觉效果[7-10]，杨木和椴木单板是目前重组装饰材普遍使用的2 种木质单板[9-11]，本研究采用酸性染料分别对杨木及椴木单板进行染色，在相同的染色工艺条件下，以增质率、上染率、色差等为评价指标，通过扫描电镜观察染色前后2 种单板表面的形貌，考察酸性染料对杨木和椴木单板染色性能的影响，为重组装饰材生产过程中单板染色提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 主要材料

研究材料主要为经过漂白处理的杨木和椴木单板，厚度均约为1.5 mm，购自浙江升华云峰新材股份有限公司；酸性染料A（包括酸性大红、酸性黄、酸性蓝），市购；酸性染料B（包括酸性大红、酸性黄、酸性蓝），购自杭州下沙恒升化工有限公司；蒸馏水实验室自制。

1.1.2 主要设备与仪器

设备与仪器主要有日本CM-3600d 台式分光测色仪、北京瑞利分析仪器公司生产的UV-2601 分光光度计、日本日立S-3400N 扫描电子显微镜（SEM），SEM 观测时需对样品进行喷金处理。

1.2 研究方法

1.2.1 单板染色处理

酸性染料A 和B 分别按照一定比例红（0.05 g/L）、黄（0.0036 g/L）、蓝（0.1 g/L）配制染液1 L，将杨木和椴木分别浸泡在95 ℃的染液中，浸泡时间为8 h，后取出。

1.2.2 单板增质率测试

增质率即单板染色前后质量变化率。单板染色前称重W0，染色后晾置5 min 后称重W1，计算增质率M=（W1-W0）/ W0×100%

1.2.3 染料上染率测试

上染率即染色过程中，上染到单板的染料量与最初染浴中染料总量之比。

染色处理前配制好的染液2000 mL，100 ℃下搅拌均匀；取5 mL 染液测吸光度A0，染色后将剩余的染液加蒸馏水稀释至2000 mL，取5 mL 染液测吸光度A1，并计算上染率C=(A0-A1)／A1×100 %。

1.2.4 单板染色前后色差测试

采用日本CM-3600d 台式分光测色仪对染色前后的杨木和椴木单板进行色差测试。

根据CIE L*a*b* 系统[13-15]，测得染色前后杨木和椴木单板试件表面明度L*、红绿值a* 及黄蓝值b*，测试时每种试件测试7 个点，取平均值。测试时，测试角度为10°，光源D65。

以△E* 来表征单板染色后颜色的变化情况。△E* 的计算公式如下：

式中，△L*、△a*、△b* 分别为染色前后单板试件的明度L*、红绿值a*及黄蓝值b*的差值。

1.2.5 单板染色前后表面形貌测试

日本日立S-3400N 扫描电子显微镜（SEM）观察染色前后单板表面形貌变化，同时观察染料在单板表面的分布情况。测试时采用导电胶对样品粘台，经喷金处理后，放入样品仓进行观测，测试时加速电压为12.5 kV。

2 结果与分析

2.1 2 种染料对杨木和椴木单板增质率的影响

2 种染料（染料A 和染料B）杨木和椴木单板增质率如表1 和图1所示。

表1 和图1 显示，杨木单板在染料A 和染料B中的增质率分别为161.71%和113.7%，椴木单板在染料A 和染料B 中的增质率分别为144.41%和159.29%。杨木单板在染料A 中的增质率高于椴木单板，而在染料B 中的增质率则低于椴木单板。增质率表示单板染色后质量的增加情况，增质率越大，相应的单板吸收的染液质量也就越大，因此也反映单板对染料的吸收情况，本实验增质率的结果表明，杨木单板对A 染料的吸收率要大于椴木单板，而椴木单板对B 染料的吸收率则要高于杨木单板。

表1 2 种染料对杨木和椴木单板增质率结果Table 1 The mass increasing rate of the poplar and basswood veneer after dyeing

2.2 2 种染料对杨木和椴木单板上染率的影响

2 种染料在杨木和椴木单板上染率如表2所示。

从表2 和图2 看到杨木单板在染料A 和染料B 中的上染率分别为14.41%和26.55%，椴木单板在染料A 和染料B 中的上染率分别为8.47%和34.51%。杨木单板在染料A 中的上染率高于椴木单板，而在染料B 中的上染率则低于椴木单板。单板上染率是指上染到单板上的染料量占染色前染料总量的百分比，上染率是评价染色性能的重要指标，同增质率一样，上染率越大，说明板材吸附的染料越多。本实验中上染率的结果表明杨木单板对染料A 的吸收要高于椴木，而对染料B 的吸收则低于椴木，这一结果与前面增质率的结果一致。

表2 2 种染料对杨木和椴木单板上染率结果Table 2 The dyeing rate of the poplar and basswood veneer

2.3 杨木和椴木单板染色前后色差分析

杨木和椴木单板染色前后色差如表3所示。

表3 杨木和椴木单板染色前后色差结果Table 3 The dyeing rate of the poplar and basswood veneer

表3 看到，经染料A 染色后，杨木单板色差为46.43，椴木单板色差为42.75，经染料B 染色后，杨木单板色差为37.83，椴木单板色差为52.57，经染料A 染色后，杨木单板色差大于椴木单板，而经染料B 染色后，杨木单板色差则小于椴木单板，这一结果与增质率、上染率的结果一致。上染率越大，表明吸附则单板表面的染料越多，吸附在单板表面或与单板表面纤维素发生反应的染料也就越多，覆盖了染色前单板的表面，改变单板表面材色，单板表面材色变化越大，色差也就越大。

2.4 杨木和椴木单板染色前后表面形貌

图3 看到未经染色的杨木表面结构较为疏松，椴木表面结构比较紧密，这也是导致杨木密度较椴木低，强度不如椴木的主要原因。未染色的杨木和椴木单板表面导管分子分布比较均匀，结构致密，经染料染色后，可以看到杨木和椴木结构均变疏松，这是由于木材细胞腔被染液分子填充所致。经A染料染色后，杨木单板单表面结构比椴木更疏松，这是由于杨木单板对染料A 的增质率和上染率高于椴木单板，在杨木单板细胞内填充的染料A 多余椴木单板。而经B 染料染色后，椴木单板表面结构比杨木疏松，这是因为椴木单板对染料B 的增质率和上染率高于杨木单板，在椴木单板细胞内填充的染料B 多于椴木单板。

木材染色是一个复杂的过程，与木材材质和染料分子结构密切相关，本文还未对木材染色机理进行分析，后续将展开这方面的研究。