一种用于木材的无污染紫外光催化快速染色方法

技术领域

本发明涉及木材染色技术领域，具体为一种用于木材的无污染紫外光催化快速染色方法。

背景技术

木材是一种力学性能优异的天然可再生材料，广泛应用于建筑、家具、装饰等工程领域。但因其天然属性，常常会由于树木的生长条件、细胞中抽提物含量、真菌浸染和机械加工等因素而使得木材表面存在颜色不均一的现象，这种表面颜色差异进而影响了木材的美观性和使用价值。

木材染色技术是解决木材色差问题和提高木材美观性的重要手段。木材染色是在保留了木材表面自然属性的前提下，用染色剂和其他辅助化学试剂使木材表面或者内部着色的方法或过程，通过覆盖原本的颜色来实现表面颜色的均一化，进而提高低质量木材的利用率。

木材染色常用的合成染料有直接染料、酸性染料和碱性染料等，但直接染料、酸性染料和碱性染料主要靠分子间的范德华力和氢键同木材结合，导致染料上染率低、抗流失性较差。

其次，目前的木材染色技术大多采用加压浸渍染色的方法，不仅操作复杂耗时，同时还会产生大量的染色废水，对环境造成危害。

因此，开发一种操作简单、快速高效、并且环保无污染的方法来解决木材色差问题尤为重要，以期推动环保型木材染色技术的进步，对促进木材产业的健康可持续发展有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有染色技术和木材色差调节方法中存在的操作复杂耗时、染料抗流失性差和染料废水污染问题，开发了一种无污染的紫外光催化快速木材染色方法。本发明提供了一种快速、高效、环保的木材表面染色处理方法，采用紫外线催化漂白和多巴胺聚合的快速染色方法，以解决木材表面颜色不均，和传统染色技术不够简便和染料污染的问题，提高木材的经济附加值和利用率的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种用于木材的无污染紫外光催化快速染色方法，包括以下步骤：

S1、涂布预处理液：

在木材表面涂布质量百分数为5～20％的氢氧化钠溶液，再在木材表面涂布质量百分数15～30％的双氧水溶液；

S2、催化加速预处理：

利用紫外灯照射涂布有预处理液的木材，催化加速木材表面的预处理，得到表面颜色接近白色的预处理木材；

S3、涂布上色液：

将盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液中配置成盐酸多巴胺上色溶液，然后涂布到预处理后的木材表面；

S4、紫外光催化聚合上色：

将涂布有上色溶液的木材放置于紫外灯下照射，催化木材表面的盐酸多巴胺与木材表面化学基团的反应，并且加速其自身聚合成黄棕色的聚多巴胺，稳定的附着在木材表面，最后经干燥得到表面染色的木材。

优选的，所述S1中氢氧化钠溶液的质量百分数为5～20％，涂布量为30～50g/m2，并且在涂布好氢氧化钠溶液后静置5～20分钟。

优选的，所述步骤S1中双氧水溶液的质量百分数为15～30％，涂布量为80～150g/m

优选的，所述步骤S2中紫外灯的功率为20～200W、紫外波长为250～400nm、照射时间0.5～2小时。

优选的，所述步骤S3中三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液的浓度为10mMol/L，pH＝8.5，配置的上色溶液中盐酸多巴胺浓度为1～10mg/mL。

优选的，所述步骤S3中的盐酸多巴胺上色溶液，可以根据需要在其中添加Fe

优选的，所述步骤S4中紫外灯的功率为20～200W、紫外波长为250～400nm、照射时间0.5～2.5小时。

优选的，所述木材可以为栎木、杨木、巴沙木、泡桐、椴木中的一种阔叶木材，以及松木、杉木中的一种针叶木材。

本发明至少具备以下有益效果：

(1)本发明提供的一种用于木材的无污染紫外光催化快速染色方法，该方法采用预处理和上色两步法进行木材染色，该方法主要是用一定浓度的氢氧化钠与过氧化氢组合为预处理剂，利用紫外光催化加速木材的表面漂白；再使用多巴胺溶液为上色液，利用紫外光催化加速多巴胺在木材表面快速缩合成聚多巴胺，进而在木材表面展现出均一的颜色，具有良好的应用前景。

(2)本发明提供的一种用于木材的无污染紫外光催化快速染色方法，所涉及的预处理液和上色液包含的低浓度氢氧化钠、低浓度双氧水、多巴胺均为低毒性，且都使用水为溶剂，不含有机挥发物，不产生废水污染，环保性好，预处理和上色步骤只需要简单的涂布操作即可，采用紫外光催化加速反应进程，从而能快速实现木材表面染色，节约了时间成本，无需大型设备，操作简单方便。

(3)本发明提供的一种用于木材的无污染紫外光催化快速染色方法，可以通过控制紫外光照射时间来调控多巴胺的聚合程度，进而实现从白色到黄棕色到黑色的调节，同时，也可以在多巴胺溶液中添加不同颜色的金属离子实现不同颜色的上色，该方式得到的表面颜色稳定性好、色牢度高。

附图说明

图1为本发明对比例1、对比例2、实施例1-4的表面颜色图；

图2为本发明对比例1、对比例2、实施例3、实施例4的微观形貌图；

图3为本发明实施例3在水洗测试和日晒测试后的表面颜色图。

具体实施方式

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明，本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

在本实施例中，如图1-3所示，一种用于木材的无污染紫外光催化快速染色方法可以包括如下步骤：

S1、涂布预处理液：在有色差的木材(栎木)表面涂布质量百分数为10％的氢氧化钠溶液，再在其表面涂布质量百分数30％的双氧水溶液；

S2、催化加速预处理：利用紫外灯(30W，波长365nm)照射涂布有预处理液的木材1小时，催化加速木材表面的预处理，得到表面颜色接近白色的预处理木材；

S3、涂布上色液：将盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液(浓度为10mMol/L，pH＝8.5)中配置成浓度为5mg/mL盐酸多巴胺上色液，然后涂布到预处理后的木材表面；

S4、紫外光催化聚合上色：将涂布有上色液的预处理木材放置于紫外灯(30W，波长265nm)下照射0.5小时，催化预处理木材表面的盐酸多巴胺与木材表面化学基团的反应，并且加速其自身聚合成黄棕色的聚多巴胺，稳定的附着在木材表面，最后经干燥1小时得到染色木材。

实施例2

S1、涂布预处理液：在有色差的木材(栎木)表面涂布质量百分数为10％的氢氧化钠溶液，再在其表面涂布质量百分数30％的双氧水溶液；

S2、催化加速预处理：利用紫外灯(30W，波长365nm)照射涂布有预处理液的木材1小时，催化加速木材表面的预处理，得到表面颜色接近白色的预处理木材；

S3、涂布上色液：将盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液(浓度为10mMol/L，pH＝8.5)中配置成浓度为5mg/mL盐酸多巴胺上色液，然后涂布到预处理后的木材表面；

S4、紫外光催化聚合上色：将涂布有上色液的预处理木材放置于紫外灯(30W，波长265nm)下照射1小时，催化预处理木材表面的盐酸多巴胺与木材表面化学基团的反应，并且加速其自身聚合成黄棕色的聚多巴胺，稳定的附着在木材表面，最后经干燥1小时得到染色木材。

实施例3

S1、涂布预处理液：在有色差的木材(栎木)表面涂布质量百分数为10％的氢氧化钠溶液，再在其表面涂布质量百分数30％的双氧水溶液；

S2、催化加速预处理：利用紫外灯(30W，波长365nm)照射涂布有预处理液的木材1小时，催化加速木材表面的预处理，得到表面颜色接近白色的预处理木材；

S3、涂布上色液：将盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液(浓度为10mMol/L，pH＝8.5)中配置成浓度为5mg/mL盐酸多巴胺上色液，然后涂布到预处理后的木材表面；

S4、紫外光催化聚合上色：将涂布有上色液的预处理木材放置于紫外灯(30W，波长265nm)下照射1.5小时，催化预处理木材表面的盐酸多巴胺与木材表面化学基团的反应，并且加速其自身聚合成黄棕色的聚多巴胺，稳定的附着在木材表面，最后经干燥1小时得到染色木材。

实施例4

S1、涂布预处理液：在有色差的木材(栎木)表面涂布质量百分数为10％的氢氧化钠溶液，再在其表面涂布质量百分数30％的双氧水溶液；

S2、催化加速预处理：利用紫外灯(30W，波长365nm)照射涂布有预处理液的木材1小时，催化加速木材表面的预处理，得到表面颜色接近白色的预处理木材；

S3、涂布上色液：将盐酸多巴胺溶解到三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲液(浓度为10mMol/L，pH＝8.5)中配置成浓度为5mg/mL盐酸多巴胺上色液，然后涂布到预处理后的木材表面；

S4、紫外光催化聚合上色：将涂布有上色液的预处理木材放置于紫外灯(30W，波长265nm)下照射1.5小时，催化预处理木材表面的盐酸多巴胺与木材表面化学基团的反应，并在多巴胺溶液中添加了浓度为1.5mMol/L的Fe3+，并且加速其自身聚合成黄棕色的聚多巴胺，稳定的附着在木材表面，最后经干燥1小时得到染色木材。

对比例1

为验证本发明所述的木材染色技术的效果，以未做任何处理的栎木木材作为对比。

对比例2

为验证本发明所述的木材染色技术的效果，以仅仅做过预处理的栎木木材作为对比，处理木材的过程与实施例1的S1与步骤S2相同。

按本实施例方法制备的染色木材根据GB/T 7921-2008《均匀色空间和色差公式》进行测量其颜色，Lab颜色值如表1和表2所示。表1中的结果表明，相比较未处理木材(对比例1)，经过预处理后木材(对比例2)表面颜色的L

表1

注：L

从表2的结果表明，在经过预处理之后的栎木木材的表面颜色偏白色，经过巴胺上色处理后的木材表面颜色的Lab值在不断增大，颜色色差值逐渐变大，颜色加深。图1也说明木材经过染色处理后的颜色逐渐变成黄色，这很接近天然木材的颜色，并且木材表面的天然纹理没有被破坏，染色效果优良。图2的微观形貌也展现了在经过预处理(对比例2)和多巴胺染色处理后木材的结构没有被破坏。其次，在多巴胺和Fe

表2

将实施例3置于去离子水中在80℃的温度下水洗5小时后取出观察其表面颜色变化。如表3所示，实施例3在经过剧烈水洗测试后，其色差出现少量变化，表明了本发明中木材染色较好的水洗稳定性。其次，将实施例3置于室外日晒5天后发现，其表面颜色差值仅为4.8，表明了木材表面颜色能在室外保持一定的稳定性。图3也展现了实例3在经过水洗和日晒测试之后，其表面颜色变化较小，表明了本发明中染色效果的色牢度优良。实施例3所展示的本发明是一种快速、无污染的高效木材染色技术，能广泛应用于木材色差问题的解决和外观的美化方面。

表3

本发明提供的一种用于木材的无污染紫外光催化快速染色方法，该方法采用预处理和上色两步法进行木材染色，该方法主要是用一定浓度的氢氧化钠与过氧化氢组合为预处理剂，利用紫外光催化加速木材的表面漂白；再使用多巴胺溶液为上色液，利用紫外光催化加速多巴胺在木材表面快速缩合成聚多巴胺，进而在木材表面展现出均一的颜色，具有良好的应用前景；

该方法不局限于木材染色处理，同时也可以适用于解决木材表面色差问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。