木材微波預(yù)處理與超聲波輔助染色的研究.pdf

1、染液向木材內(nèi)部的滲透主要是從木材端面(細(xì)胞橫斷面)沿縱向進(jìn)行，徑向和弦向的滲透能力很微弱，即從木材表面開(kāi)口的細(xì)胞腔滲透的染料，通過(guò)紋孔向縱向鄰接的細(xì)胞腔滲透路徑為主，同時(shí)由細(xì)胞腔向細(xì)胞壁擴(kuò)散，而細(xì)胞的徑向和弦向存在的紋孔作為通道的能力很差。由于木材、染料和溶劑之間的相互作用，以及染料的選擇吸附等因素影響，即使是3mm厚度的單板，在常規(guī)染色條件下也很難實(shí)現(xiàn)整體勻染。采用微波預(yù)處理可以改變木材微觀結(jié)構(gòu)，增加細(xì)胞間的連通孔隙，改善木材的滲透性

2、。本論文以板材厚度為25mm的山楊(Populous tremula)、白樺(Betula platyphylla)和柞木(Querus mongolica)為試材，經(jīng)微波預(yù)處理后真空加壓染色，研究其滲透和染色性能，分析木材初含水率、微波處理時(shí)間和微波輻照功率等預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)木材滲透性能和著色性能的影響，楊木的邊材和濕心材、樺木的弦切材和徑切材微波處理后滲透性與染色性的差異，并通過(guò)正交試驗(yàn)確定楊木、樺木和柞木的微波預(yù)處理優(yōu)化工藝；超聲波輔

3、助染色是利用超聲波的空化作用，在瞬間高溫、高壓、高射流的染浴中達(dá)到輔助染色的目的，本論文研究了超聲波功率、樺木單板厚度和染液濃度等因子對(duì)單板染色上染率的影響，并確定了3mm厚樺木單板超聲波輔助染色優(yōu)化工藝，運(yùn)用染色熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理、木材微觀構(gòu)造變化及紅外光譜分析等，探討了超聲波輔助染色機(jī)理。得出以下結(jié)論：
　　(1)楊木、樺木和柞木的染液滲透能力和上染著色性能受木材初含水率、微波功率和微波處理時(shí)間的影響，經(jīng)微波預(yù)處理和真空加壓染

4、色試驗(yàn)結(jié)果表明：在木材纖維飽和點(diǎn)以上，隨著木材初含水率的升高，木材的增質(zhì)率和上染率均有明顯降低，楊木、樺木和柞木在含水率為30％左右時(shí)增質(zhì)率和上染率均為最高。三種木材的增質(zhì)率和上染率隨著微波功率的增加和時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。微波預(yù)處理材較未處理材的增質(zhì)率和染色上染率都有明顯提高。在相同的微波處理?xiàng)l件下，楊木邊材的增質(zhì)率和上染率均大于楊木濕心材。
　　(2)以木材初含水率、微波輻照功率和微波輻照時(shí)間為試驗(yàn)因素，以木材增質(zhì)率和上染率為試驗(yàn)

5、指標(biāo)進(jìn)行微波預(yù)處理正交試驗(yàn)，并經(jīng)真空加壓染色，試驗(yàn)結(jié)果以SAS進(jìn)行方差及極差分析，確定了不同樹(shù)種木材的微波預(yù)處理的優(yōu)化工藝。結(jié)果表明：木材初含水率控制為30%左右，微波輻照功率為23.8kw，微波輻照時(shí)間為35s，楊木、樺木和柞木在此條件下均可獲得較高的增質(zhì)率和上染率，木材的初含水率對(duì)增質(zhì)率影響較大，微波處理時(shí)間對(duì)木材的染色上染率影響最大。
　　(3)利用超聲波的空化效應(yīng)，染液中的樺木單板受瞬間高溫、高壓、高射流的作用，上染率得到

6、明顯提高。在相同的溫度和時(shí)間條件下，單板超聲波輔助染色的上染率高于于常規(guī)高溫浸染。單板染色上染率和上染速率隨超聲功率的增強(qiáng)而增大，隨染液濃度的提高而提高，隨單板的厚度增加而減小。
　　經(jīng)微波預(yù)處理和飽水后的3mm樺木單板為試材，超聲波處理時(shí)間、超聲波頻率和染色溫度為試驗(yàn)因素，染色上染率為試驗(yàn)指標(biāo)，采用L9(34)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果的極差直觀分析和SAS進(jìn)行的方差分析表明：超聲波染色溫度對(duì)樺木單板上染率影響顯著；3mm樺木單板采用酸

7、性大紅GR超聲波輔助染色優(yōu)化工藝為染色溫度80℃、染色時(shí)間6h、超聲波頻率45kHz。
　　經(jīng)微波預(yù)處理的3mm樺木單板采用超聲波輔助染色的方法可以實(shí)現(xiàn)單板整體的勻染。
　　(4)超聲波輔助染色的熱力學(xué)分析結(jié)果表明：相同溫度下，超聲波輔助染色樺木單板的上染率和上染速率均高于常規(guī)染色工藝；采用超聲波輔助染色可以有效地提高染料的親和力和上染率。
　　(5)超聲波輔助染色的動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明：隨著溫度的升高，染料的擴(kuò)散系數(shù)隨

8、之增大，在相同溫度條件下，超聲波輔助染色的擴(kuò)散系數(shù)均高于常規(guī)染色的擴(kuò)散系數(shù)，超聲波輔助染色80℃的擴(kuò)散系數(shù)較常規(guī)染色95℃提高了61.87％。酸性大紅GR染料超聲波輔助染色和常規(guī)染色的擴(kuò)散活化能分別為10.43kJ/mol和13.95kJ/mol，超聲波作用使擴(kuò)散活化能降低了33.81%。
　　(6)采用掃描電鏡觀察微波預(yù)處理后的木材發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)管壁上紋孔膜產(chǎn)生細(xì)小裂紋，細(xì)胞壁出現(xiàn)了較長(zhǎng)裂縫；觀察超聲波輔助染色處理后的樺木發(fā)現(xiàn)：超聲波