張明龍 梁春飛 崔同科

摘要：染料溶液中的水溶劑分子集團(tuán)大小等理化性質(zhì)顯著影響著染液在木材中滲透效果，頻譜水是普通水經(jīng)特定的電磁振蕩頻譜場作用后使其分子集團(tuán)變小，滲透力和溶解力增大。本文以頻譜水和蒸餾水為溶劑分別與酸性藍(lán)黑10 B和中性棗紅GRL染料配置成染液在0.1 MPa、0.2 MPa和0.3 MPa壓力條件下對意大利楊和楸木進(jìn)行染色滲透試驗(yàn)，結(jié)果表明除了蒸餾水酸性藍(lán)黑10 B溶液在 0.1 MPa壓力條件下對楸木縱向滲透高度大于頻譜水酸性藍(lán)黑10 B溶液外，其它的都是頻譜水染料溶液縱向滲透高度大于蒸餾水染液，說明水溶劑分子集團(tuán)大小等理化性質(zhì)對染液在木材中滲透效果影響顯著。

關(guān)鍵詞：頻譜水、蒸餾水、分子集團(tuán)、滲透差異、意大利楊、楸木

Abstract： Physicochemical properties such as molecular group size of water solvent have a significant effect on the permeation effect of dye solution in wood. Spectral water is ordinary water， which makes its molecular group smaller by the action of specific electromagnetic oscillation spectrum field， and the activity increases， and the permeability and dissolution force also increase. Spectrum water and distilled water were used as solvents and acid blue black 10 B and neutral jujube red GRL dye were used to dye and permeate Populus nigra L. and Catalpa bungei C.A.Mcy. under 0.1 Mpa、0.2MPa and 0.3 MPa pressure. The penetration height MPa the spectrum aqueous dye solution was higher than that of the distilled aqueous dye solution， which indicated that the physical and chemical properties such as molecular group size of aqueous solvent had a significant effect on the permeation effect of the dye solution in wood.

Keywords： spectrum water; distilled water ; molecular group; the differences of permeability; Populus nigra L.;Catalpa bungei C.A.Mcy.

木材染色是實(shí)現(xiàn)低質(zhì)木材特別是速生闊葉材提質(zhì)增效的一種有效手段[1-4]。木材是一種巨大的毛細(xì)管系統(tǒng)，木材染色的實(shí)質(zhì)是染料分子在木材中滲透和固著過程，滲透是前提條件，染液在木材中的滲透好壞關(guān)系到木材染色的深度和均勻性[5-9]。影響木材滲透性的主要因素是紋孔膜微孔半徑大小和數(shù)量，因此提高木材滲透性的途徑有三條，其中一條是改善所滲透流體物理化學(xué)性質(zhì)，如減小分子，降低粘度，使其有利于滲透[10-12]。目前企業(yè)界和學(xué)術(shù)界等對木材染色效果等方面開展了很多的研究，取得了諸多成果[13-16]，但從水溶劑的分子集團(tuán)大小等理化性質(zhì)對染液在木材中滲透差異的影響研究較少。

意大利楊（Populus nigra L.）已在我國長江以北地區(qū)廣為種植，具有分布廣、適應(yīng)性強(qiáng)、易繁殖、輪伐期短等特點(diǎn)[17-20]。楸木（Catalpa bungei C.A.Mcy）是我國特有的珍稀用材及城鄉(xiāng)綠化樹種[21]。

為探明水溶劑的分子集團(tuán)大小等理化性質(zhì)對染料在木材中滲透差異的原因，本文選取楸木和意大利楊作為研究對象，以頻譜水和蒸餾水為溶劑分別與酸性和中性染料配置成染料溶液在相同的條件下對意大利楊和楸木進(jìn)行縱向染色滲透試驗(yàn)，從水溶劑分子集團(tuán)大小、理化性質(zhì)角度探索染料在木材中縱向滲透差異原因，為科學(xué)配置木材、染料參數(shù)提供借鑒，消除單板和碎料染色中染料滲透不均的缺陷。本研究既有學(xué)術(shù)意義又有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，對提高木材特別是人工速生材附加值具有重要意義。

1. 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

（1）楸木，含水率12%～12.22%，意大利楊，含水率13%～13.2%;

（2）酸性藍(lán)黑10B和中性棗紅GRL固體染料;

（3）頻譜水，購于駿豐頻譜水長沙銷售點(diǎn);蒸餾水實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2試驗(yàn)儀器

101A-3干燥箱、FA1004型電子分析天平、壓力罐、T單列四孔數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋：DK-98-1型，以及常用的玻璃儀器、塑料夾子等。

1.3 試樣制備

楸木制成長×寬×厚=30×30×80 mm的試樣;意大利楊制成長×寬×厚=30×30×80mm的試樣。

1.4試驗(yàn)方法及步驟

（1）將制好的木材試樣放在103+2 ℃烘箱中烘至絕干，以消除木材中的水分對染料滲透的影響。

（2）將酸性藍(lán)黑10 B和中性棗紅GRL固體染料分別和頻譜水、蒸餾水配成0.5 ‰濃度的染料溶液。

（3）將配置好的染料溶液放置壓力罐里，用夾子夾住木材試樣的一端，另一端垂直的浸入到染液里面3-5 mm， 壓力罐壓力分別調(diào)至0.1 MPa、0.2 MPa和0.3 MPa，觀察記錄染料在木材中縱向上升高度，染色滲透時(shí)間為30 min，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)（平行試驗(yàn)）3次。將染色后的試件置于室內(nèi)環(huán)境中氣干，沿木材縱向紋理的不同部位剖開木材，觀察染料在試件內(nèi)的縱向滲透高度，取點(diǎn)測量。

闊葉樹材軸向滲透通路可以近似為是由木纖維、軸向薄壁組織、導(dǎo)管并聯(lián)構(gòu)成的毛細(xì)管系統(tǒng)，本文中木材滲透效果試驗(yàn)以縱向滲透高度作為考核指標(biāo)[22-23]。

2. 結(jié)果與討論

從圖1可知，頻譜水酸性藍(lán)黑10 B和中性棗紅GRL染料溶液在意大利楊中的縱向滲透高度均大于蒸餾水染料溶液。從圖2可知，除了蒸餾水酸性藍(lán)黑10 B染料溶液在0.1 MPa壓力條件下對楸木縱向滲透高度大于頻譜水染料溶液外，其它的都是頻譜水染料溶液縱向滲透性大于蒸餾水染料溶液。

單個(gè)水分子的最大直徑約為0.2 nm，自然界的水一般是由數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)水分子組成的水分子團(tuán)存在[24]，特別是在長時(shí)間靜止的情況下，水就更容易結(jié)團(tuán)形成幾十個(gè)水分子的團(tuán)簇。這些大分子團(tuán)是隨機(jī)的、無定型的鏈狀線團(tuán)。其溶解能力、滲透力較低。

目前，市面上的水大都是分子團(tuán)較大的水。臺灣工研院、日本哈亞西、新竹清華大學(xué)都相繼報(bào)道了自來水、蒸餾水和反滲透水的170-NMR半峰寬均大于100 HZ，說明水分子團(tuán)較大[25]。經(jīng)一定的物理化學(xué)（如電離、磁化、震動(dòng)等方法）處理，可以獲得分子團(tuán)較小的水;頻譜水就是普通水在駿豐頻譜水治療保健儀中通過特定的電磁振蕩頻譜場作用，改變了其一些物理化學(xué)特性，其170核磁共振譜變窄，表明水的分子集團(tuán)變小，溶解力和滲透力增強(qiáng)[26]。木材是一種不均質(zhì)的毛細(xì)孔材料，由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，含有豐富的親水性基團(tuán)如羥基、羧基等原子團(tuán)[27-28]。染料隨水溶液通過木材毛細(xì)管通道，透過木材細(xì)胞壁擴(kuò)散后，沉降在纖維表面上，使得木材染色。木材中的毛細(xì)管有效直徑是微米級，越小的流體分子越容易穿透木材的細(xì)胞壁上的紋孔系統(tǒng)，宏觀上表現(xiàn)為滲透性大。

3. 結(jié)論

普通水在駿豐頻譜水治療保健儀特定的電磁振蕩頻譜場作用下其理化性質(zhì)發(fā)生了一些變化，170核磁共振譜變窄，水的分子集團(tuán)變小，活性增強(qiáng)，溶解力和滲透力增強(qiáng)。頻譜水和蒸餾水溶劑染液滲透試驗(yàn)結(jié)果表明：除蒸餾水酸性藍(lán)黑10 B染料溶液在0.1 MPa壓力條件下對楸木縱向滲透高度大于頻譜水酸性藍(lán)黑10 B染料溶液外，其他的都是頻譜水染料溶液滲透性大于蒸餾水染料溶液，試驗(yàn)結(jié)果表明染料溶液水溶劑分子集團(tuán)大小、物理化學(xué)性質(zhì)對染料溶液在木材中的滲透性影響顯著。對染液介質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砟軌蛟黾尤疽涸谀静闹械臐B透效果。

參考文獻(xiàn)

【1】陳旭.膠合木梁中溫度與濕度應(yīng)力的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

【2】王玉梅，吳華平， Nayebare Kakwara Prosper等.不同染色工藝對杉木邊材染色滲透性的影響[J].福建林業(yè)科技，2017，44（2）：19-21

【3】于志明，趙立，李文軍.木材染色過程中染液滲透機(jī)理的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2002，24（1）：79-82

【4】江京輝，李伯濤，周凡，等.杉木生材含水率分布及其對氣干的影響[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（1）：25-29.

【5】顧麗莉，蔣麗紅，趙榆林，楊勁.酸性染料對木材進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)研究[J].染料工業(yè).2001（01）：40-41+27

【6】張潤華，趙昕剛，馬爾妮.栓皮櫧軟木微觀構(gòu)造和化學(xué)成分的研究[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（1）：48-52.

【7】陸笑寒，楊甜.淺談紅外光譜法的制樣技術(shù)[J].微量元素與健康研究.2014，31（2）：64-65

【8】于軒，時(shí)君友.浸漬楊木用間苯二酚樹脂剪切強(qiáng)度的研究[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（3）：40-44.

【9】呂曉慧. 速生楊木材色改良及染色機(jī)理研究[D].中南林業(yè)科技大學(xué)碩士論文，2012.

【10】濮培民.水的結(jié)構(gòu)模式及液態(tài)固態(tài)水若干特征成因探討[J]氣象科學(xué)，2016，36（5）：567-580

【11】秦理哲，胡拉，楊章旗.ACQ防腐處理對馬尾松木材膠合強(qiáng)度的影響研究[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（3）：36-39+44.

【12】張明龍.染料在木材中滲透差異性研究[D].中南林業(yè)科技大學(xué)碩士論文，2006.

【13】李堅(jiān)主編.木材保護(hù)學(xué)[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，1999.214-250

【14】徐碩，劉誠，范豪，等.VARTM工藝中纖維滲透率的測量方法研究[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（4）：30-33+42.

【15】鄧洪，廖齊.分光光度法用于研究固色劑對活性染料染色單板耐水色牢度的影響[J].光譜實(shí)驗(yàn)室.2011（06）：3204-3206

【16】李任，黃榮鳳，高志強(qiáng)，等.預(yù)熱溫度對毛白楊壓縮木材顏色及其回彈的影響[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（5）：17-21.

【17】Shuguang Jin. Effect of Four Types of Chemical Pretretment on Enzymatic Hydrolysis by SEM，XRD and FTir Analysis，Journal of Spectroscopy and Spectral Analysis 2016，36（6）：1966-1970

【18】羅朋朋，斯?jié)蓾?，程若愚，曹積微，陳太安.前處理與后處理對木材糠醇浸漬中可滲透性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué).2016（04）：224-226+240

【19】陶鑫，毛澤南，徐偉，等.仿古涂飾工藝對改性楊木漆膜表面粗糙度的影響[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（6）：33-36.

【20】楊木活性染料染色性能及機(jī)理研究[J]. 李俊玲，顏超，余志成. 浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2010（04）

【21】郭宇，李超，李英潔，等.木材細(xì)胞壁與木材力學(xué)性能及水分特性之間關(guān)系研究進(jìn)展[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（8）：14-18.

【22】李俊玲，顏超，余志成.楊木活性染料染色性能及機(jī)理研究[J].浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào).2010（04）：534-539

【23】木材的染色[J].李桂玲，李堅(jiān).北京木材工業(yè).1994（03）：3

【24】葉雨靜，徐偉，黃瓊濤，等.單板厚度對小徑柚木單板層積材力學(xué)性能的影響[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（9）：6-10.

【25】鄧洪，廖齊，胡云楚.活性染料在木材染色中上染率的研究[J].染料與染色.2004（06）：358-359

【26】方森苗，齊學(xué)敏，袁靜怡，等.魔芋飛粉乙醇提取物對木材霉菌的抑制作用初探[J].林產(chǎn)工業(yè)，2019，46（9）：11-14.

【27】邵靈敏，郭洪武，李黎，劉亞蘭.木材和染色木材光變色的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào).2011（03）：83-86+110

【28】何燕.染色技術(shù)的發(fā)展與固色劑的研究應(yīng)用[J].精細(xì)化工原料及中間體.2008（08）：19-22