(54)一種改性木材的染色方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種改性木材的染色方法，它是將改性木材板材或改性木粉置于超臨界002流體染色設備的染色缸中，以co2-h2o為染色介質(zhì)，分散染料為染色劑，在溫度為100?140°C，壓力為10?40MPa，時間為10?600min進行染色的。染色完成后經(jīng)降壓、降溫回收C02和分散染料，即得染色改性木材板材或染色改性木粉，染色改性木粉可進一步熱壓成型制得染色改性木材板材。所得染色木材板材具有顏色豐富、色彩鮮艷、色彩均勻等效果，以及染色過程具有清潔、環(huán)保等優(yōu)勢。該類彩色板材可用于室內(nèi)外裝飾工程，特別是可作為潮濕環(huán)境下的美觀裝飾材料使用，具有非常廣闊的應用前景。
【專利說明】一種改性木材的染色方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及改性木材及其染色【技術(shù)領域】，具體為一種改性木材的染色方法。

【背景技術(shù)】
[0002]對木材進行化學改性是實現(xiàn)木材耐用的重要手段之一，經(jīng)化學改性后的木材，某些特性往往得到明顯的改善或提高，如抗腐蝕、抗蟲蛀性能和使用壽命等。對木材的染色可改善木材原有表面物理及化學特性，使木材獲得較牢固的顏色，改善木材的視覺效果，增強木制品外觀色彩的裝飾效果。
[0003]木材主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，對水具有很好的親合性。因此，木材常采用親水性的直接染料、酸性染料、堿性染料和反應性的活性染料染色，但所染木材常存在耐水洗性能差，易褪色或變色等缺點。木材經(jīng)化學改性后，木材中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素分子上的羥基被封閉，對水的親合性大大降低，使分散染料染色改性木材成為可能。
[0004]專利ZL201110118006.5是關(guān)于乙酰化改性木材染色的一種方法，具體涉及到用分散染料在水相中采用高溫高壓染色機染色乙酰化改性木材，從而獲得了一種紅色耐水洗木材。然而上述專利用分散染料對改性木材染色，所用的染色介質(zhì)為水，存在含分散染料的廢水給環(huán)境帶來污染，且染料不能完全有效利用等缺點。因此，發(fā)明一種環(huán)保型染色改性木材的方法無疑具有重要的意義。
[0005]超臨界CO2流體是一種非極性流體介質(zhì)，它具有能溶解非極性、弱極性物質(zhì)的液體性質(zhì)，以及低黏度和高擴散性的特性。目前，超臨界CO2在醋酯、錦綸、腈綸、羊毛中得到應用，被譽為是對傳統(tǒng)印染行業(yè)的一次綠色革命，但超臨界染色技術(shù)尚未用于改性木材的染色。對于改性木材，其表面因連接有機疏水性基團而具有一定的疏水性，而它內(nèi)部的部分羥基由于未完全酯化或醚化而具有一定的親水性，可謂“表里不一”。而且，改性木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在結(jié)晶區(qū)，具有結(jié)構(gòu)不均勻性。在超臨界染色中，如何對改性木材染色，即采用何種流體？選用何種染料？采用何種染色工藝才能獲得理想的色彩？這是有待解決的技術(shù)問題。本發(fā)明就在于提供一種超臨界CO2-H2O雙組份流體對改性木材的染色方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種改性木材的染色方法，以制備出色彩豐富、鮮艷、均勻和具有耐水洗、抗蟲蛀、抗腐蝕等特性的彩色改性木材。該木材可廣泛用于室內(nèi)外裝飾工程，特別是可作為潮濕環(huán)境下的對耐水性能要求較高的美觀裝飾材料使用。
[0007]—種改性木材的染色方法，它是將木材板材或木粉先進行化學改性，在超臨界染色設備中，以CO2-H2O組成的雙組份染色介質(zhì)體系，用分散染料進行染色而得到。
[0008]所述的化學改性木材是指經(jīng)乙酸酐、乙酰氯處理得到的乙?；男阅静陌宀模蚪?jīng)乙酸酐、乙酰氯處理得到的乙酰化木粉，或經(jīng)氯化芐處理得到的芐基化木粉，或經(jīng)丙烯腈處理得到的氰乙基化木粉，或經(jīng)硫酸二乙酯處理得到的乙基化木粉，或經(jīng)環(huán)氧氯丙烷處理得到的環(huán)氧氯丙烷化木粉。所用的木材是杉木、橡木、梨木等各種常用木材。
[0009]所述的染色是在超臨界流體染色設備中進行的，所加的染色介質(zhì)主要為超臨界流體CO2,并加入少量H2O作輔助染色介質(zhì)，以組成CO2-H2O的雙組份染色介質(zhì)體系。H2O與CO2的質(zhì)量比為1:50?1000，H20與改性木材的質(zhì)量比I '2?50。在超臨界CO2流體中加入少量H2O,對某些染料染色的勻染性和染料上染率具有顯著的提升效果。如采用分散藍79、分散藍148等分散染料的染色。
[0010]所述的分散染料包括偶氮類和蒽醌類，它是其中的一種或者兩種及以上的混合物，優(yōu)先采用分子量在500以下的分散染料。其中在滌綸織物染色后具有高水洗牢度、高日曬牢度的分散染料優(yōu)先對改性木材的染色，所得彩色改性木材也同樣具有亮麗的色彩和高水洗牢度。而染色時所用分散染料的質(zhì)量為所染改性木材質(zhì)量的0.2?20%。
[0011]染色是在溫度為100?140°C，壓力為10?40MPa，時間為10?600min下進行的。染色溫度越高，壓力越大，時間越長，一般來說染色效果越好。但對于不同改性木材的染色存在一定的差異。對于乙?；男阅静陌宀牡娜旧?，染色溫度、染色壓力和染色時間均要求比染色改性木粉高或長。
[0012]染色完成后，通過超臨界CO2流體染色設備分離系統(tǒng)進行降壓、降溫，以回收CO2和未上染的分散染料。所回收的CO2和分散染料可繼續(xù)用于下一批改性木材的染色，實現(xiàn)回收CO2和分散染料的多次套用，從而既不產(chǎn)生染色廢水，也使未上染染料得到有效利用。
[0013]本發(fā)明的一種改性木材的染色方法，其具體過程是:取一定質(zhì)量的乙?；男阅静陌宀?，用一定量的水潤濕10?120min，使其增重達到2.0?20%后，將其固定在超臨界CCV流體染色設備的染色缸中央。或者取一定質(zhì)量的改性木粉置于染色缸，加入相當于改性木材質(zhì)量的2.0?50%的H2O使改性木粉均勻潤濕。然后加入相當于改性木材質(zhì)量的0.2?20%的分散染料，密閉染色缸。通入100?140°C的CO2氣體，使染色缸內(nèi)壓力達到為10?40Mpa，并保溫在100?140°C，染色10?600min。染色完成后，通過超臨界CO2流體染色設備分離系統(tǒng)進行降壓、降溫，以回收CO2和未上染的分散染料。最后，取出染色樣品，即得染色乙?；男阅静陌宀幕蛉旧男阅痉?。將染色改性木粉經(jīng)溫度80?150°C，壓力0.5?
3.0MPa,時間5?60min的熱壓成型處理可制得相應的染色木材板材。對回收的CO2和分散染料，可繼續(xù)用于下一批改性木材的染色，實現(xiàn)回收的CO2和分散染料的多次套用。
[0014]本發(fā)明所得染色改性木材的色彩，包含紅色、黃色、深色、橙色、藍色、紫色、黑色等各種顏色。
[0015]本發(fā)明所得染色改性木材的色光、耐水洗色牢度以及染色勻染性與改性木材的種類、木材改性程度和分散染料種類有關(guān)。通常，染色改性木材的色光和耐水洗色牢度與該染料染色滌綸織物的色光和牢度類似，但不同改性木材用同一染料染色的色光和牢度會有一定的差異，即使是同一種染料染色同一種改性木材，其色光和牢度也受其木材部位、木材改性種類、改性程度等因素的影響。改性木材染色的勻染性受木材是邊材還是芯材的影響，也受改性木材種類、改性程度、木粉粒度等因素的影響。
[0016]本發(fā)明所得染色改性木材的色光、耐水洗色牢度還與超臨界流體染色工藝有關(guān)，即染色改性木材的色光、耐水洗色牢度與染色溫度、壓力和時間有關(guān)，通常，染色溫度和壓力越高、時間越長，染色改性木材的色光越深，木材的耐水洗牢度越高。
[0017]本發(fā)明所得染色改性木材的勻染性和染料上染率還與染色溫度、壓力、時間，以及染色所用流體的特性有關(guān)。染色溫度和壓力越高，時間越長，染料上染率越高，染色勻染性越好。在超臨界CO2流體中加入少量H2O,可顯著提高某些染料染色的勻染性和染料上染率，如分散藍79、分散藍148等染料的染色。
[0018]本發(fā)明中改性木材的耐水洗色牢度的測定方法是參照紡織品色牢度試驗方法，按沾色級數(shù)進行評定的。通常同一分散染料在改性木材上染色的水洗牢度與在純滌綸上染色的耐水洗牢度相近，染色改性木材的耐水洗色牢度一般達3?4級。
[0019]本發(fā)明采用的分散染料具有色譜范圍寬的特點，所得染色改性木材具有顏色豐富、色彩鮮艷的效果。由于采用的木材是乙?；男浴⑵S基化改性、乙基化改性、氰乙基化改性等改性木材,而該類木材具有耐水洗、抗蟲蛀、抗腐蝕等特性，因而也賦予這種彩色木材具有抗蟲蛀、抗腐蝕、抗皺裂變形等特性，實現(xiàn)了木材的美觀耐用。
[0020]本發(fā)明得到的彩色改性木材，因具有顏色豐富、色彩鮮艷、色彩均勻，以及耐水洗、抗蟲蛀、抗腐蝕等特性，可廣泛應用于室內(nèi)高檔地板和高檔家具的制作，也可以用于室外仿古建筑等高檔裝飾工程，特別是可作為潮濕環(huán)境下的對耐水性能要求較高的美觀裝飾材料使用，具有非常廣闊的應用前景。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果在于:采用超臨界CO2流體染色設備實現(xiàn)了分散染料對改性木材的染色；其次，采用CO2-H2O組成的雙組份溶劑體系為染色介質(zhì)，提高了分散染料的上染率和染色勻染性；再次，實現(xiàn)了染色介質(zhì)CO2流體和未上染的分散染料回收與多次套用，具有清潔、環(huán)保的特色。以上三點也正是本發(fā)明的創(chuàng)新性之所在。

【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、原理和達成目的易于明白了解，下面結(jié)合以下具體實施例，進一步闡述本發(fā)明，而不會限制本發(fā)明。
[0023]依據(jù)現(xiàn)有的文獻制備出乙?；静陌宀暮透鞣N改性木粉，作為后面各實施例中的染色用材料。
[0024]實施例1:乙?；婺景宓娜旧?br> 558得紅將10.15g乙?；婺景逵盟?0min后(增重約7.5%)，懸掛在超臨界CO2流體染色設備的染色缸(100mL)中，加入0.1OOg分散紅73，密閉染色缸。通入130°C的CO2，至壓力為35MPa，并保溫在130°C染色240min。染色完成后，減壓回收CO2和染料，并降溫到40°C以下。取出染色缸，將染色乙酰化梨木板取出，得色彩均勻的棗紅色乙?；婺景?，其耐水洗色牢度4級。
[0025]驗色對比實施例1:不用水潤濕的乙?；婺景迦旧?br> 558得紅將9.93g干燥的乙?；婺景宀挥盟疂櫇?，直接懸掛在超臨界CO2流體染色設備的染色缸(100mL)中，加入0.099g分散紅73。重復上述實驗過程，得色彩不均勻的淺紅色乙?；婺景澹淠退瓷味?級。
[0026]比較實施例1及其對比實施例1，采用超臨界CO2-H2O體系比采用超臨界CO2體系染色得到的乙?；景宓念伾鶆颉⑸矢?，染色牢度更高。
[0027]實施例2:乙?；寄痉鄣娜旧?br> 將5.0Og乙?；寄痉酆?.050g分散紅152混合后，加入到超臨界CO2流體染色設備的染色缸(100mL)中，然后將2.0mL水均勻滴加到乙酰化杉木粉上，密閉染色缸。通入130°C的CO2氣體至壓力為30MPa，并保持90min。染色完成后，減壓回收CO2和染料，并降溫到40°C以下。取出染色缸，將缸內(nèi)染色木粉倒出，即得色彩均勻的紅色乙酰化杉木粉，其耐水洗色牢度4級。
[0028]將上述紅色乙酰化杉木粉，在120°C，2.0MPa下熱壓lOmin，得紅色乙?；静陌宀?。
[0029]驗色對比實施例2:不用水潤濕的乙?；寄痉廴旧?br> 將5.0Og乙酰化杉木粉和0.050g分散紅152混合后，加入到超臨界CO2流體染色設備的染色缸(100mL)中，密閉染色缸。重復上述實驗，得色彩不均勻的淺紅色乙?；寄痉?，其耐水洗色牢度3級。
[0030]比較實施例2及其對比實施例2，采用超臨界CO2-H2O體系比采用超臨界CO2體系染色得到的乙?；痉鄣念伾鶆?、色彩更深，染色牢度更高。
[0031]實施例3:芐基化杉木粉的染色
將20.0Og芐基化杉木粉和0.400g分散藍148混合后，加入到超臨界CO2流體染色設備的染色缸(100mL)中，然后將2.0mL水均勻滴加到芐基化杉木粉上。密閉染色缸，通入120°C的CO2氣體至壓力為25MPa，并保持45min。染色完成后，減壓回收CO2氣體和染料，并降溫到40°C。取出染色缸，將缸內(nèi)染色木粉倒出，得色彩均勻的深藍色芐基化杉木粉，其耐水洗色牢度4級。
[0032]驗色對比實施例3:不用水潤濕的芐基化杉木粉染色
將20.0Og芐基化杉木粉和0.400g分散藍148混合后，加入到超臨界CO2流體染色設備的染色缸(100mL)中，密閉染色缸。重復上述實驗，得色彩不均勻的淺藍色乙?；寄痉?，其耐水洗色牢度3級。
[0033]比較實施例3及其對比實施例3，采用超臨界CO2-H2O體系比采用超臨界CO2體系染色得到的乙?；痉鄣念伾鶆颉⑸矢?，染色牢度更高。
[0034]實施例4:乙?；鹉景宓娜旧?br> 558得紅將8.15g乙酰化橡木板用水浸入30min后(增重約6.8%)，懸掛在超臨界CO2流體染色設備的染色缸(100mL)中，加入1.600g分散黃114，密閉染色缸。通入115°C的CO2氣體至壓力為30MPa，并保持120min。染色完成后，減壓回收CO2氣體和染料，并降溫到40°C。取出染色乙?；鹉景澹吹蒙示鶆虻纳铧S色乙?；鹉景?，其耐水洗色牢度3?4級。
[0035]對比實施例4:染料套用染色乙酰化橡木板
558得紅將一塊8.24g乙?；鹉景逵盟?0min后(增重約6.4%)，懸掛在超臨界CO2流體染色設備的染色缸(100mL)中，加入1.200g分散黃114及實施例4回收的0.400g分散黃114，重復上述染色過程。得色彩均勻的黃色乙?；鹉景?，其耐水洗色牢度3?4級。
[0036]重復對比實施例4，進行第三次套用回收的CO2和分散黃114，也有相似的結(jié)果。
[0037]實施例5:氰乙基化杉木粉的染色
將5.0Og氰乙基化杉木粉和0.1OOg分散藍79混合，加入到超臨界CO2流體染色設備的染色缸(100mL)中，然后將2.0mL水均勻滴加到氰乙基化杉木粉上。密閉染色缸，通入110°C的CO2氣體至壓力為25MPa，并保持60min。染色完成后，回收CO2和染料，并降溫到40°C以下。取出染色缸，將缸內(nèi)染色木粉倒出，即得色彩均勻的藍色氰乙基化杉木粉，其耐水洗色牢度3級。
[0038]將上述藍色氰乙基化杉木粉,在100°C,2.5MPa下熱壓1min,得藍色氰乙基化木材板材。
[0039]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種改性木材的染色方法，其特征在于，首先將改性木材板材或改性木粉置于超臨界CO2流體染色設備的染色缸中，以CO2為主要染色介質(zhì)和少量H2O為輔助染色介質(zhì)，以分散染料為染色劑，在密閉染色缸后，通入溫度為100?140°C的CO2流體，至染色缸內(nèi)壓力為10?40MPa，在100?140°C下染色10?600min，染色完成后，經(jīng)降壓、降溫過程回收CO2和分散染料，即得染色改性木材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性木材的染色方法，其特征在于，所述改性木材板材或改性木粉具體為經(jīng)乙?；幚淼玫降母男阅静陌宀幕蛘呓?jīng)乙?；?、芐基化、氰乙基化、乙基化、環(huán)氧氯丙烷化處理得到的改性木粉中的一種或者是其任意兩種及以上的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性木材的染色方法，其特征在于，所述CO2為主要染色介質(zhì)和H2O為輔助染色介質(zhì)所組成的雙組份染色介質(zhì)，體系中H2O與CO2的質(zhì)量比為1:50?1000，H2O與改性木材的質(zhì)量比1:2?50。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性木材的染色方法，其特征在于，所述染色劑為分散染料，包括偶氮類和蒽醌類染料，而采用的染料是其中的一種或兩種、三種的混合物，使用質(zhì)量為改性木材質(zhì)量的0.2?20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性木材的染色方法，其特征在于，所述超臨界CO2流體染色時的溫度為100?140°C，壓力為10?40MPa，染色的時間為10?600min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性木材的染色方法，其特征在于，染色完成后，經(jīng)降壓、降溫過程回收CO2和分散染料，回收的CO2和分散染料用于后一批改性木材的染色，實現(xiàn)CO2和分散染料的循環(huán)利用。
7.一種新型染色木材板材,其特征在于，既包含由乙?；男阅静陌宀娜旧苯拥玫降娜旧宀模舶扇旧男阅痉劢?jīng)溫度80?150°C，壓力0.5?3.0MPa下熱壓處理5?60min后而獲得的熱壓成型板材。
【文檔編號】B27K5/02GK104210004SQ201410449523
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】趙瑩, 湯靜芳, 楊瑤, 曹福祥, 王貴武, 譚曉燕 申請人:中南林業(yè)科技大學