專利名稱：利用冷等離子體進行預(yù)處理的木質(zhì)薄板染色方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用冷等離子體進行預(yù)處理的木質(zhì)薄板染色方法，屬于木質(zhì)復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著天然珍貴木材資源的目益減少，工業(yè)用材逐漸轉(zhuǎn)向以人工林木材為主。人工林生長速度較快，因而材質(zhì)較疏松，顏色不勻；加之某些人工林木材在貯存、加工過程中易產(chǎn)生變色等，使其在建筑、裝飾裝修、家具、人造板加工等方面的應(yīng)用受到限制。將人工林木材通過染色加工，模擬珍貴樹種木材的紋理和色澤，用于建筑、室內(nèi)裝修和家具制造，可明顯提高人工林木材的裝飾性和附加值。對木質(zhì)薄板進行染色的傳統(tǒng)方法是熱擴散法，即將木質(zhì)薄板浸入染色液中加熱至一定溫度，利用染料分子的熱運動滲透、擴散至木材內(nèi)部，實現(xiàn)薄板的染色。在染色過程中， 染液主要通過木材細胞腔構(gòu)成的縱向大毛細管系統(tǒng)和細胞壁與紋孔構(gòu)成的橫向微毛細管系統(tǒng)在木材中進行滲透和擴散。由于微毛細管系統(tǒng)的通道直徑很小，染液在木材中的橫向擴散速度很慢，因而，當被染材料幅面和厚度較大時，染色速度很慢，且染色均勻性較差。此外，對木材直接染色，染料和木材之間的相互結(jié)合力主要為分子間范德華力或氫鍵，是物理吸著，染色耐光性較差。上述問題已阻礙了木材染色的發(fā)展。當前迫切需要開發(fā)高效、短周期、低能耗、符合環(huán)保要求的木材染色技術(shù)。等離子體是一種高能量的物質(zhì)聚集態(tài)，其中含有大量的電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子、光子和自由基等活性粒子。利用等離子體對材料進行處理可引起材料表面的物理變化(如刻蝕、解吸、濺射、注入、激發(fā)和電離等)和化學變化(如氧化、分解、交聯(lián)、聚合和接枝等)，以達到改變材料表面特性(包括親水性、疏水性、粘合性、阻燃性、防腐性、防靜電性以及生物適應(yīng)性)的目的。等離子體按照組成粒子能量的大小及熱力學性質(zhì)可分為高溫等離子體和低溫等離子體，低溫等離子體又分為熱等離子體(熱力學平衡)和冷等離子體 (非熱力學平衡)，其中熱等離子體中粒子的能量約幾千度到幾十萬度，通常用于需要高溫作業(yè)的領(lǐng)域，如磁流體發(fā)電、等離子體焊接、切割、等離子體冶煉、等離子體噴涂、等離子體制備超細粉等。冷等離子體中不同粒子的溫度是不相同的，其中電子的溫度從幾千度到幾十萬度，而離子的溫度與室溫相差無幾，正因為如此，它有著重要的應(yīng)用價值，如用于對材料表面進行改性以及光源等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過對木質(zhì)薄板進行冷等離子體預(yù)處理，利用冷等離子體的刻蝕作用擴大染液在木質(zhì)薄板中滲透和擴散的橫向通道，同時利用冷等離子體的氧化和接枝作用在木質(zhì)薄板表面引入能與染料以離子鍵結(jié)合的官能團，從而加快木質(zhì)薄板的染色速度， 提高染色均勻性，增加上染率，改善染色木質(zhì)薄板的耐光性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案該方法的工藝步驟依次分為，
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(1)木質(zhì)薄板干燥將厚度為0. 5 5mm木質(zhì)薄板經(jīng)干燥調(diào)整含水率至2 12%。(2)冷等離子體預(yù)處理將干燥后木質(zhì)薄板置于冷等離子體處理系統(tǒng)進料輸送帶上。根據(jù)被處理木質(zhì)薄板的厚度調(diào)整兩電極輥(電極用鋼玉陶瓷覆蓋)間距，使木質(zhì)薄板表面與電極的間距保持在0. 5 1. 5mm。開啟電源，調(diào)節(jié)處理功率至1 6kW，使電極之間的工作氣體通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生冷等離子體。木質(zhì)薄板以2 20m/min的速度通過四對放電電極輥，前兩對電極輥之間的工作氣體為空氣，后兩對電極輥之間的工作氣體為氨氣。 當在兩電極間施加足夠高的交流電壓時，電極間的工作氣體會被擊穿而產(chǎn)生放電，生成含有大量電子、離子、激發(fā)態(tài)的原子、分子、光子和自由基等活性高能粒子的冷等離子體，對木質(zhì)薄板的兩表面同時進行預(yù)處理。前兩對電極之間的工作氣體為空氣，用于刻蝕和活化木質(zhì)薄板表面，后兩對電極之間的工作氣體為氨氣，用于在木質(zhì)薄板表面接枝能與染料以離子鍵結(jié)合的-NH2官能團。(3)染料染色將冷等離子體處理后的木質(zhì)薄板浸沒在配好的直接染料染液中進行染色，染液溫度控制在80 90°C。(4)染后干燥染色后的木質(zhì)薄板經(jīng)水洗和干燥后得到染色木質(zhì)薄板。在上述木質(zhì)薄板染色方法中，通過在染料染色以前對木質(zhì)薄板進行冷等離子體預(yù)處理，可以利用冷等離子體中高能粒子對木質(zhì)薄板表面的刻蝕作用，大幅度增大木質(zhì)薄板的比表面積，擴大染液從木質(zhì)薄板表面向內(nèi)部滲透和擴散的橫向通道，達到快速深度染色的目的。同時，利用工作氣體氨氣放電后產(chǎn)生的活性粒子，將-NH2接枝于木質(zhì)薄板表面，它能與染料以離子鍵結(jié)合，因而，染料與木質(zhì)薄板結(jié)合力較強，當染料分子受光激，能量很容易轉(zhuǎn)移，從而使染色木質(zhì)薄板的耐光性得到提高。本發(fā)明的優(yōu)點(1)染色速度快木質(zhì)薄板經(jīng)冷等離子體預(yù)處理后進行染色，染透速度較未處理木質(zhì)薄板顯著提高，使染色能耗有所下降，從而降低了生產(chǎn)成本；( 深度著色染料與木質(zhì)薄板間除了存在物理吸附力外，還以離子鍵結(jié)合，附著力強，上染率顯著提高，且染色木質(zhì)薄板的耐光性也有所改善；C3)節(jié)能環(huán)保本項發(fā)明提出了一種木質(zhì)薄板的非化學干法預(yù)處理技術(shù)，省能源，無公害。符合當前工業(yè)化生產(chǎn)節(jié)能減排的要求。(4)操作簡便，連續(xù)化作業(yè)可與目前以染色木質(zhì)薄板為原料的復(fù)合材料(如人造薄木、多層實木復(fù)合地板等)工業(yè)化生產(chǎn)線上的前道工序干燥工段和后道工序施膠工段相連接，實現(xiàn)連續(xù)化處理。
具體實施例方式實施例1 取厚度為0. 5mm,長度為100mm，寬度為IOOmm的楊木薄板，經(jīng)干燥后調(diào)整含水率至 12%，將其置于冷等離子體處理系統(tǒng)進料輸送帶上，調(diào)整兩電極輥的間距，使木質(zhì)薄板表面與電極的間距保持在0.5mm。開啟電源，調(diào)節(jié)處理功率至lkW，使電極之間的工作氣體通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生冷等離子體。木質(zhì)薄板以2m/min的速度通過四對放電電極輥，前兩對電極之間的工作氣體為空氣，后兩對電極之間的工作氣體為氨氣。將冷等離子體處理后的木質(zhì)薄板浸沒在配好的直接染料染液中進行染色，染液溫度為90°C，經(jīng)水洗和干燥后得到染色木質(zhì)薄板。與未經(jīng)過冷等離子體預(yù)處理的木質(zhì)薄板相比，其染透速度提高了 9%。在染色 4小時時的上染率提高了 15%，日曬色牢度提高了 10%。
實施例2:取厚度為3. Omm,長度為100mm，寬度為IOOmm的楊木薄板，經(jīng)干燥后調(diào)整含水率至 8%，將其置于冷等離子體處理系統(tǒng)進料輸送帶上，調(diào)整兩電極輥的間距，使木質(zhì)薄板表面與電極的間距保持在1mm。開啟電源，調(diào)節(jié)處理功率至3. 5kW，使電極之間的工作氣體通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生冷等離子體。木質(zhì)薄板以lOm/min的速度通過四對放電電極輥，前兩對電極之間的工作氣體為空氣，后兩對電極之間的工作氣體為氨氣。將冷等離子體處理后的木質(zhì)薄板浸沒在配好的直接染料染液中進行染色，染液溫度為90°C，經(jīng)水洗和干燥后得到染色木質(zhì)薄板。與未經(jīng)過冷等離子體預(yù)處理的木質(zhì)薄板相比，其染透速度提高了 17 %，在染色4小時時的上染率提高了 20%，日曬色牢度提高了 14%。實施例3:取厚度為5. Omm,長度為100mm，寬度為IOOmm的楊木薄板，經(jīng)干燥后調(diào)整含水率至 2%，將其置于冷等離子體處理系統(tǒng)進料輸送帶上，調(diào)整兩電極輥的間距，使木質(zhì)薄板表面與電極的間距保持在1. 5mm。開啟電源，調(diào)節(jié)處理功率至6kW，使電極之間的工作氣體通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生冷等離子體。木質(zhì)薄板以20m/min的速度通過四對放電電極輥，前兩對電極之間的工作氣體為空氣，后兩對電極之間的工作氣體為氨氣。將冷等離子體處理后的木質(zhì)薄板浸沒在配好的直接染料染液中進行染色，染液溫度為80°C，經(jīng)水洗和干燥后得到染色木質(zhì)薄板。與未經(jīng)過冷等離子體預(yù)處理的木質(zhì)薄板相比，其染透速度提高了 20%，在染色4小時時的上染率提高了 22%，日曬色牢度提高了 16%。
權(quán)利要求
1.利用冷等離子體進行預(yù)處理的木質(zhì)薄板染色方法，其特征是該方法的工藝步驟依次分為，(1)木質(zhì)薄板干燥將厚度為0.5 5mm木質(zhì)薄板經(jīng)干燥調(diào)整含水率至2 12% ；(2)冷等離子體預(yù)處理將干燥后木質(zhì)薄板置于冷等離子體處理系統(tǒng)進料輸送帶上， 根據(jù)被處理木質(zhì)薄板的厚度調(diào)整兩個用鋼玉陶瓷覆蓋的電極輥的間距，使木質(zhì)薄板表面與電極的間距保持在0. 5 1. 5mm,開啟電源，調(diào)節(jié)處理功率至1 6kW，使電極之間的工作氣體通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生冷等離子體，木質(zhì)薄板以2 20m/min的速度通過四對放電電極輥，前兩對電極輥之間的工作氣體為空氣，后兩對電極輥之間的工作氣體為氨氣，對木質(zhì)薄板的兩表面同時進行預(yù)處理；(3)染料染色將冷等離子體處理后的木質(zhì)薄板浸沒在配好的直接染料染液中進行染色，染液溫度控制在80 90°C ；(4)染后干燥染色后的木質(zhì)薄板經(jīng)水洗和干燥后得到染色木質(zhì)薄板。
全文摘要
本發(fā)明是利用冷等離子體進行預(yù)處理的木質(zhì)薄板染色方法，其工藝是先將木質(zhì)薄板含水率調(diào)至2～12％，置于冷等離子體處理系統(tǒng)進料輸送帶上，調(diào)節(jié)兩電極輥間距，使木質(zhì)薄板表面與電極間距保持在0.5～1.5mm。開啟電源，調(diào)節(jié)處理功率至1～6kW，使兩電極間工作氣體通過介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生冷等離子體。木質(zhì)薄板以2～20m/min速度通過四對放電電極輥，對其兩表面同時處理。前兩對電極輥間工作氣體為空氣，后兩對為氨氣。將經(jīng)預(yù)處理的木質(zhì)薄板浸沒在直接染料染液中染色，而后經(jīng)水洗和干燥得到染色木質(zhì)薄板。經(jīng)冷等離子體預(yù)處理的木質(zhì)薄板染色速度快，上染率高，耐光性好。此外，這種方法節(jié)能環(huán)保，操作簡便，效率高，可連續(xù)化作業(yè)。
文檔編號B27K5/02GK102350717SQ201110294489
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者蘭平, 周定國, 周曉燕, 楊雪慧, 梅長彤, 湯麗娟, 潘明珠, 章蓉, 陳敏智 申請人:南京林業(yè)大學