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Ⅰ-214杨木单板染色及其光变色的规律研究

周宇  
【摘要】:  杨树是我国最重要的人工林树种之一,杨木资源在我国人造板工业中已得到广泛利用。但是,杨木由于其固有的性质和缺陷给加工利用带来了诸多困难,影响其利用价值。为了有效利用丰富的杨木资源,针对杨木花纹不清晰、材色单调且多深色"湿心材"的特点,利用仿真技术原理,加工制造仿珍贵树材的装饰材料是高附加值利用杨木的重要途径,而木材颜色加工处理是制造仿真材料的关键技术之一。本论文旨在通过染料在单板上的吸附、染色单板表面材色变化和着色度,浸提处理单板的染色性能,染色单板的光变色,以及木材染色与光变色的机理研究,探讨木材染色和染色材光变色的规律,为杨木单板染色技术提供理论依据。 论文以I-214杨(Populus×euramericana(Dode)Guineir cv.'I-214')为试材,制备纤维素和单板试件,选用酸性染料和活性染料及相关的化学试剂,分别按下述方法进行试验研究: 1、单板染着量和吸附等温线。用4只染料分别配制5种浓度的染液,在 5种温度和h 5个时间条件下对单板进行浸染,利用染色前后的染液浓度差换算单板染着量,并分析染着量与染液浓度、染色温度、浸染时间的关系及吸附等温线类型。 2、单板染色的材色变化和着色度。用上述方法染色的单板,经干燥后用多光源分光测色计分别测定其材色,并计算它们的着色度ΔE*ab,分析材色变化和着色度与染液浓度、染色温度、浸染时间的关系。 3、用4只染料分别配制1% 浓度的染液,在温度90℃、时间45min条件下浸染经浸提处理的单板,干燥后测定其材色,计算色差ΔE*ab;用显微镜观测单板切口断面的染色深度和匀染性,用照片观察木材构造内的染料分布,分析浸提处理对单板表面和木材结构染色性能的影响。 WP=4 4、素材单板、漂白和染色单板氙光照射的光变色。利用上述试验的各种单板在X25F氙衰减仪内进行光照试验,定时进行材色测定,并分别计算光照前后的总色差ΔE*ab。分析各种处理的单板材色和变色度的变化规律。 5、木材、染色木材及其氙光衰减的能谱分析。利用XSAM800多功能表面分析仪,分别测试未处理和处理的α 纤维素、单板木材及其氙光衰减处理后的能谱,运用X 射线光电子能谱(XPS)分析方法,通过全谱图、Cls和Ols谱峰变化,探讨木材染色及其光衰减的机理。 试验研究结果如下: 1、酸性大红GR和活性艳蓝KN-R染料对单板的染色,染着量随染液浓度的提高呈直线上升,两者成正比关系,活性艳蓝KN-R对单板的染着量均高于酸性大红GR,单板对染料的吸附均属"C"型等温线;染色温度在100℃或90℃的条件下,在1~8h内染色时间对染着量几乎没有影响;在染色5h条件下,染色温度对活性艳蓝KN-R的染着量影响不显著,在60℃以前酸性大红GR的染着量随温度上升而明显提高。 2、酸性大红GR和活性艳蓝KN-R染料对单板的染色,在染色温度90℃的条件下,随着染液浓度的提高,单板表面材色明度L*值在浓度达到0.1%之前均显著下降,此后趋于平缓;表面色度指数,酸性大红GR的a*值大幅度增大,b*值也逐渐增大,活性艳蓝KN-R的a*值在小范围内逐渐增大、b*值大幅度减小;表面着色度ΔE*ab均不断提高。在染色温度90℃的条件下,随着染色时间的延长,单板表面材色明度L*值均有所下降;色度指数在各自的范围有一定的增减,表面着色度ΔE*ab因浓度不同有所增加或无明显变化,说明单板表面对染料的吸附在较短时间内就能达到平衡。在染色时间5h条件下,随着染色温度的上升,单板表面材色明度L*值在低浓度时有所下降,高浓度时保持较低的数值且无明显变化;色度指数在各自的范围有一定增减,表面着色度在低浓度时有一定的增加,而高浓度时保持较高的数值但变化不大,说明染色温度对表面染色影响较小。 WP=5 3、冷水、热水和苯醇浸提与未处理的单板表面总色差ΔE*ab均大于5,达到了视觉可识别的程度,表明了浸提物的存在对单板材色有一定的影响;用4只染料染色后,经热水和苯醇浸提的单板与素材和冷水浸提单板相比,表面材色和色差区别明显甚至很大,单板内部染料渗透和匀染性得到明显改善,表明热水和苯醇浸提提高了单板的润湿性,改善了木材的渗透性能。 4、素材单板和各种处理后的单板经100h或110h氙光照射后变色明显或显著;在光照过程中,单位时间的变色度(ΔE*ab/h)随着光照时间的增加呈递减的趋势,光照初期的变色度远大于光照中、后期;高浓度染液染色单板的变色度大于低浓度染色单板;漂白单板染色后的变色度大于素板直接染色的变色度。 5、X射线光电子能谱分析表明活性艳蓝KN-R染料染色纤维素,染料分子与纤维素的结合键为醚键;酸性大红GR染料染色素材单板,染料分子与单板纤维可能是氢键结合;活性艳红X-3B染料染色素材单板,染料分子与单板纤维的结合键为酯键。氙光照射100h衰减处理后的漂白单板和染色单板表面碳氧化态显著增高。 总之,I-214杨单板染色及其氙光衰减具有显著的规律性。研究表明:控制染色工艺条件,主要是染液浓度,可以实现对单板染着量和着色度的调节,染料的染着量与单板着色度成正相关;单板用热水和苯醇处理可以明显地改善染色性能;氙光照射在短时间能获得材色的光变色规律,照射10


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