竹單板仿黑胡桃染色工藝試驗(yàn)

薄巧慶，李 琴，袁少飛，張 建

（1. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院 浙江省竹類研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310023；2. 南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037）

我國(guó)地處世界竹子中心產(chǎn)區(qū)，竹材資源豐富，面積、種類和產(chǎn)量均居世界首位[1～3]，且竹子具有一次造林成功，可年年擇伐、永續(xù)利用而不破壞生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)[4]，因此竹材資源的高效利用已成為研究熱點(diǎn)。目前全國(guó)毛竹年產(chǎn)量約5億根，各類雜竹300多萬(wàn)t，相當(dāng)于1 000余萬(wàn)m3的木材[5]，而顏色作為竹藤材產(chǎn)品的重要特征之一，是決定材料消費(fèi)印象的重要因子，也是評(píng)價(jià)竹藤材商業(yè)價(jià)值的重要指標(biāo)，決定其制品銷售競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素[6]，所以研究開(kāi)發(fā)竹材染色技術(shù)和產(chǎn)品，作為產(chǎn)業(yè)加工中的一個(gè)環(huán)節(jié)[7]，它對(duì)于提高竹材的使用價(jià)值、緩解珍貴木材的短缺局面，滿足人們的生產(chǎn)、生活需要，具有重要意義。在竹材染色中，常溫浸漬法和煮染法較為常用，而溫差染色法、真空加壓法等由于生產(chǎn)效率、設(shè)備投入等原因在使用上受到限制。本文以竹單板為試材，在煮染法的基礎(chǔ)上，研究了竹材染色工藝，分析了影響竹單板染色的主要因素。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

試驗(yàn)材料：竹片厚度2 ～ 3 mm，取自安吉恒豐竹木產(chǎn)品有限公司；染料主要為酸性染料，購(gòu)于啟東恒升化工有限公司。

試驗(yàn)設(shè)備：CM-3600d臺(tái)式分光色差儀、UV-1601型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋、DHG-9203A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、BS224S電子天平等。

1.2 工藝流程

竹片（預(yù)處理）→浸染（常壓）→清洗→干燥→染色竹片。

1.3 試驗(yàn)方法

按照一定配比，配制0.25%濃度的染液，然后采用L9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn)，考察染色時(shí)間（A）、染色溫度（B）、浴比（C）三因素對(duì)染色效果、上染率及染透情況的影響，并設(shè)置誤差列（D），每個(gè)因素取 3個(gè)水平，試驗(yàn)作3個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)染前和染后的染液進(jìn)行取樣，并用UV-1601型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)分別測(cè)定其Abs值（最大波長(zhǎng)處的吸光值）。染色后，將洗去浮色的試件放入干燥箱中干燥至含水率為8% ～ 10%，然后用CM-3600d臺(tái)式分光色差儀隨機(jī)檢測(cè)每組試件上各5處的CIE（1976）表色系的L*、a*、b*，記錄每組試件的L*、a*、b*平均值，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

染色竹片參考木材染色中上染率及色差的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)定。

表1 正交試驗(yàn)因子與水平Table 1 Factors and levels for orthogonal test

2 結(jié)果與分析

表2 染色正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Result of orthogonal test

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，極差分析結(jié)果見(jiàn)表3，各工藝參數(shù)對(duì)上染率、染色效果的影響分別見(jiàn)圖1和圖2。

本試驗(yàn)反映的是竹單板染色工藝中一定范圍內(nèi)的變化趨勢(shì)。從表3中可以看出，時(shí)間、浴比、溫度等因素對(duì)竹單板染色的影響效果不同。其中，極差越大反映該因素的水平變動(dòng)對(duì)其性能指標(biāo)的影響也越大，通過(guò)極差分析可得到各因素對(duì)滲透和染色效果的影響。

2.1 時(shí)間

染色時(shí)間既影響染色效果，又決定經(jīng)濟(jì)效益，在保證染色深度和表面效果的前提下，要求染色時(shí)間越短越好[8]。竹材內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，因而對(duì)竹單板的染料著色過(guò)程比較緩慢，同時(shí)，染色時(shí)間還與被染竹單板的厚度有關(guān)，隨著厚度增大，染色時(shí)間相應(yīng)地需要延長(zhǎng)。從圖1、圖2中可以看出，隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)，上染率略有提高，色差變化很?。ㄖ饕荓*、a*值變化，文中略），參考染透情況，發(fā)現(xiàn)染色時(shí)間為15 h時(shí)，竹單板未完全染透，而染色時(shí)間為25 h時(shí)，針對(duì)選材中隨機(jī)出現(xiàn)的一些略厚竹單板也能完全染透，因此在后續(xù)拓展試驗(yàn)中，優(yōu)選染色時(shí)間25 h。

圖1 染色工藝參數(shù)對(duì)上染率的影響Figure 1 Effect of dyeing technological parameters on dyeing uptake

圖2 染色工藝參數(shù)對(duì)色差的影響Figure 2 Effect of dyeing technological parameters on color difference

2.2 溫度

染液溫度是影響染色效果的因素之一，提高溫度可以增強(qiáng)竹單板內(nèi)部染料分子的熱擴(kuò)散作用，但是溫度升高意味著能耗增大，從而降低了經(jīng)濟(jì)效益[9]。在本次試驗(yàn)條件下，隨著溫度升高，竹單板上染率略有上升，且在溫度90℃時(shí)，上染率獲得最大值。染色竹單板的色差正交分析結(jié)果見(jiàn)表3，90℃時(shí)色差值變化幅度最小，這是因?yàn)闇囟容^高時(shí)，加劇了染液中的分子運(yùn)動(dòng)，有助于染料分子在竹單板內(nèi)擴(kuò)散的均勻性，從而使色差值較穩(wěn)定，結(jié)合表3和圖2進(jìn)行分析，最終優(yōu)選工藝溫度條件為90℃。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析Table 3 Range analysis on result of orthogonal test

色差 人的視覺(jué)感覺(jué) 色差 人的視覺(jué)感覺(jué)0～0.5 痕跡 3.0～6.0 可識(shí)別0.5～1.5 輕微 6.0～12.0 大1.5～3.0 可察覺(jué) ＞ 12.0 非常大

表5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Verification test result

2.3 浴比

在本次實(shí)驗(yàn)所選取的時(shí)間、溫度、浴比等因素中，浴比對(duì)上染率和色差的影響最為顯著。隨著浴比增大，染料總量恒定的前提下，竹單板的質(zhì)量增大，染料分子與竹單板接觸幾率增大[10]，單位體積染液的被吸收能力加強(qiáng)，竹單板的上染率提高，在浴比為1：5時(shí)上染率有最大值。但是，在煮染過(guò)程中，隨著染液的被吸收，經(jīng)炭化預(yù)處理的竹單板內(nèi)部也會(huì)分解出少許有色物質(zhì)，從而影響竹單板烘干后測(cè)定的色差值，并且析出有色物質(zhì)的多少與竹單板的投入量有關(guān)，因此，大浴比條件下析出有色物質(zhì)較多，色差值變化幅度也較大，反之亦然。針對(duì)一定浴比下，上染率和色差之間的矛盾，最終選取浴比1：10以滿足實(shí)際生產(chǎn)中，既需要較高的上染率以節(jié)約成本，同時(shí)又必須控制色差范圍以保證染色質(zhì)量的需求。

染色工藝參數(shù)的選取與試件有很大關(guān)系，竹材是天然物質(zhì)材料，其致密且方向不定的維管束網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及富含纖維素、半纖維素、木素、蛋白、淀粉、還原糖、氮、磷、鉀、硅、灰分等復(fù)雜的化學(xué)成分都決定了竹材染色過(guò)程中存在許多不可控的因素，此外，竹單板厚度越大，越不容易染透，所需染色時(shí)間、溫度等也需相應(yīng)提高，因此，生產(chǎn)中既要兼顧染透、控制一定色差范圍，又要考慮縮短染色時(shí)間、降低染色溫度、選用合適浴比等。

2.4 優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)前期摸索以及正交試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合具體操作情況和優(yōu)選出的工藝條件，對(duì)竹單板進(jìn)行仿黑胡桃的染色工藝進(jìn)行優(yōu)化組合，選取時(shí)間A為25 h、溫度B為90℃、浴比C為1：10進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足要求。

3 結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)得出的竹單板仿黑胡桃染色較適合的工藝條件為：染色時(shí)間25 h、溫度為90℃、浴比1：10。在此工藝條件下，對(duì)2 ～ 3 mm厚的預(yù)處理（炭化）竹單板進(jìn)行染色，染液濃度0.25%，上染率較高，色差輕微，且能完全染透。經(jīng)該染色工藝處理過(guò)的竹單板有利于竹材的高效利用，且染色竹單板可用于制造黑胡桃貼面材料或重組竹等。

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