木材微波預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(細胞橫斷面)沿縱向進行，徑向和弦向的滲透能力很微弱，即從木材表面開口的細胞腔滲透的染料，通過紋孔向縱向鄰接的細胞腔滲透路徑為主，同時由細胞腔向細胞壁擴散，而細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現(xiàn)整體勻染。采用微波預處理可以改變木材微觀結(jié)構，增加細胞間的連通孔隙，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、微波處理時間和微波輻照功率等預處理條件對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，并通過正交試驗確定楊木、樺木和柞木的微波預處理優(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，運用染色熱力學和動力學原理、木材微觀構造變化及紅外光譜分析等，探討了超聲波輔助染色機理。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間的影響，經(jīng)微波預處理和真空加壓染

4、色試驗結(jié)果表明：在木材纖維飽和點以上，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間的延長而增大。微波預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。在相同的微波處理條件下，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間為試驗因素，以木材增質(zhì)率和上染率為試驗

5、指標進行微波預處理正交試驗，并經(jīng)真空加壓染色，試驗結(jié)果以SAS進行方差及極差分析，確定了不同樹種木材的微波預處理的優(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，木材的初含水率對增質(zhì)率影響較大，微波處理時間對木材的染色上染率影響最大。
　　(3)利用超聲波的空化效應，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)微波預處理和飽水后的3mm樺木單板為試材，超聲波處理時間、超聲波頻率和染色溫度為試驗因素，染色上染率為試驗指標，采用L9(34)正交試驗，試驗結(jié)果的極差直觀分析和SAS進行的方差分析表明：超聲波染色溫度對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℃、染色時間6h、超聲波頻率45kHz。
　　經(jīng)微波預處理的3mm樺木單板采用超聲波輔助染色的方法可以實現(xiàn)單板整體的勻染。
　　(4)超聲波輔助染色的熱力學分析結(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力學分析結(jié)果表明：隨著溫度的升高，染料的擴散系數(shù)隨

8、之增大，在相同溫度條件下，超聲波輔助染色的擴散系數(shù)均高于常規(guī)染色的擴散系數(shù)，超聲波輔助染色80℃的擴散系數(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)染色的擴散活化能分別為10.43kJ/mol和13.95kJ/mol，超聲波作用使擴散活化能降低了33.81%。
　　(6)采用掃描電鏡觀察微波預處理后的木材發(fā)現(xiàn)：導管壁上紋孔膜產(chǎn)生細小裂紋，細胞壁出現(xiàn)了較長裂縫；觀察超聲波輔助染色處理后的樺木發(fā)現(xiàn)：超聲波