木材染色改性劑及其制備方法

專利名稱：木材染色改性劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種染色改性劑，特別是涉及一種用于木材染色的改性劑及其制備方法。
背景技術：
木材是三大建筑材料(鋼筋、水泥、木材)中與人類最具親和力的天然材料，因而被廣泛地應用于建筑、家具、地板等領域。木材顏色是決定消費者印象的重要因素，為了提高木制品的裝飾作用和產品價值，要對木材及木質材料進行著色。在國外，很早以前就開始了木材染色技術的研究和生產，1950年美國的Cox R M和Miliary EG在就提出了木材染色的簡單工藝，此后不斷有人探索木材染色技術。1951年美國染料公司用自己生產的染料進行木材染色，并稱為不褪色的染料，引起了各國科技工作者的重視。捷克、波蘭和法國等相繼發表了木材染色方面的文章，前蘇聯于20世紀50年代后期開始木材染色的試驗 研究，并出版了專著。隨后，20世紀60年代日本的科研工作者開始這方面的研究工作，取得了較多的專利和科研成果。木材染色技術應用始于70年代，首先在意大利開始生產染色單板。此后，許多學者對木材染色的基本理論及技術作了大量的研究，使木材染色技術的實用化和工業化得到了迅速的發展，出現了染色木材和染色裝飾單板。20世紀70年代，意大利首先應用木材染色技術生產染色單板，英國和意大利最先開發出仿珍貴樹種木材色澤、紋理和圖案的人造薄木制造技術。意大利的AL PIPIEFR0公司最先將其商品化，隨后日本及西歐等國也開始生產。日本松下電工和段谷產業研制開發了幾十種染色單板和人造薄木產品，并且已開發出使用靜電感應制造中部為淺色，邊部為深色的單板染色技術和將染料涂在單板表面并用蒸汽處理得到材色均一的單板染色技術。目前，意大利、英國和日本等國家已實現了木材染色生產工業化。德國、意大利的木材染色工藝已形成了自己的專利技術，其產品在我國已有銷售。在我國，木材染色的歷史悠久，如福建漆器的著色、蘇州紅木家具生產，都有豐富的經驗，只不過大部分的染色都是把染料涂刷在木材的表面，并沒有滲透到木材的內部，也沒有進行其理論研究。近幾年來，我國科研工作者對木材染色理論和技術等研究給予了極大的關注，張廣厚等人對國外這一方面的研究成果和發展動態率先向國內作了介紹。20世紀80年代中期，我國廣東等南方沿海城市也曾大量使用人造薄木貼面膠合板進行室內裝修，但是人造薄木主要還是從日本、香港等地購買。那時雖已有不少人進行人造薄木的研究，但是由于生產工藝的問題導致人造薄木的外觀質量不理想，因而未形成工業化生產。直到20世紀80年代末，我國才開始對木材染色進行探索。在一些科研單位和高等院校如中國林業科學研究院木材所、北京木材工業研究所、東北林業大學等單位也進行了這方面的研究，并取得了一定的成果。20世紀90年代，我國一些大型木材加工企業自行研究或利用國外技術已經開始生產染色單板。隨著國民經濟快速穩定發展，人民生活水平的提高，加之社會文明的進步，紅木家具及用紅木裝飾的家具越來越受到人們的親賴，經調查發現是這類家具之所以走俏的原因是因其典雅的造型，亮麗的色彩，極具欣賞價值。但是隨著森林資源結構和數量的變化，天然林大徑級優質材和名貴家具用材供應日益減少，取而代之的是大量的人工林木材，人工林生長快、成材早，因而材質較疏松,顏色不勻,色調晦暗,加之木材在貯存、加工過程中產生的變色、污染等，使其在建筑、裝飾裝修、家具、人造板加工等方面的應用受到限制。要實現低檔木材高檔化，木材改性的關鍵問題是要提高低檔木材的密實度、硬度、尺寸穩定性以及改變木材單一的顏色，滿足天然高檔木材所賦予的厚重、不易變形開裂等性能，從而提高木材的使用價值和滿足人們對色彩多樣性的要求。木材染色是為了改善木材表面的視覺特性，是模擬裝飾的重要方法之一，通過染色、模擬木紋等技術加工，可以消除木材心邊材、早晚材和渦旋紋之間的色差，明顯提高木材的裝飾性和附加值。但是，現有的木材染色用改性劑大多功能單一，染料在木材中的擴散不均勻，染料的著色性、耐光性差，并且改性劑對木材的尺寸穩定性、硬度等方面的提高不大。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能有效提高染料在木材中均勻擴散性和著色性，并且對木材的尺寸穩定性、硬度方面也有一定的提高的木材染色改性劑及其制備方法。為達上述目的，本發明一種木材染色改性劑，含有以下重量份的組分:甲醛200份、苯酚50-80份、尿素300-370份、三聚氰胺50-80份、氨水20-30份、堿性催化劑1_10份、助劑10-30份，增量劑50-70份、酸性染料1-5份，其中所述甲醛為甲醛質量濃度為35-40%的水溶液，所述氨水為質量濃度為20-30%的水溶液。優選甲醛200份、苯酚60-70份、尿素300-350份、三聚氰胺50-70份、氨水20-25份、堿性催化劑1-5份、助劑15-20份、增量劑60-70份、酸性染料1_5份，其中所述甲醛為甲醛質量濃度為35-38%的水溶液，所述氨水為質量濃度為25-28%的水溶液。更優選甲醛200份、苯酚65份、尿素320份、三聚氰胺65份、氨水25份、堿性催化劑6份、助劑15份，增量劑60份、酸性染料3份，其中所述甲醛為甲醛質量濃度為37%的水溶液，所述氨水為質量濃度為28%的水溶液。本發明木材染色改性劑，所述增量劑由5-30重量份的淀粉和20-50重量份的填充劑組成。其中所述淀粉優選選自玉米淀粉、木薯淀粉、氧化淀粉、小麥淀粉和馬鈴薯淀粉中的一種或幾種，更優選小麥淀粉，所述填充劑優選選自氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、二氧化硅、二氧化鈦、碳酸鈣、氧化鎂、膨潤土和凹凸棒土的任意一種或它們的組合，更優選氯化鈉。所述凹凸棒土又稱坡縷石(Palygorskite)或坡縷縞石，是一種具有鏈層狀結構的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物，屬于市售產品，如可購自寧波市滄海新材料開發有限公司、江蘇澳特邦非金屬礦業有限公司等。本發明木材染色改性劑，其中所述堿性催化劑可以是任意本領域常用的堿性催化齊 ，優選選自碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、醋酸鈉、異丙醇鉀和叔丁醇鉀的任意一種或幾種。本發明木材染色改性劑，其中所述助劑為無機鹽，所述無機鹽優選選自氯化銨、氯化鎂、氯化鈣和氯化鋅中的任意一種或幾種。本發明還涉及本發明上述木材染色改性劑的制備方法。本發明上述木材染色改性劑的制 備方法如下:在反應釜中加入甲醛，用碳酸鈉溶液調節pH至7.0-8.5，加入尿素，然后升溫到60-70°C下反應2-3小時；調節pH至6.5-8.5，優選7.0-7.5，加入苯酚、氨水，升溫至70-80°C反應30-35分鐘；用碳酸鈉溶液調節pH至
8.0，加入三聚氰胺、堿性催化劑，待三聚氰胺全部溶解之后，70-80°C條件下保溫反應30分鐘；用10%甲酸溶液調節pH至5.0-6.0，加入酸性染料，70-80°C條件下以130rpm轉速攪拌30min ;調節pH至6.0-6.5，加入助劑和增量劑，繼續攪拌30min ;降溫至40°C出料，即得。本發明木材染色改性劑，其中各組分的選擇以及各組分重量比，是經過查閱文獻和大量試驗得出的較佳范圍值。其中通過加入苯酚而引入苯環，再加上含有較多活性基團的三聚氰胺，反應生成物形成空間網狀結構，交聯形成樹脂，當樹脂滲透進入木材之后，一部分會與木材纖維素上的活性基團進行化學交聯，生成醚鍵、酯鍵或縮醛鏈結(如游離羥基，羥基是化學反應最活潑、吸濕性最強的基團，醚鍵、酯鍵或縮醛鏈結，封閉了羥基)從而改變了木材的親水性；一部分會駐留在木材毛細管道中進行自聚，從而達到提高樹脂膠結強度和耐水性的目的，同時反應中生成的大量醚鍵還可以有效地改善木材的脆性,對木材的尺寸穩定性、硬度方面也有一定的提高。本發明使用的染料是酸性染料，通常情況下的染色僅是將染料溶解之后滲透進入木材內部，通過干燥處理將染料駐留在木材中間，并不能使染料分子與木材中的纖維素結合，如果用溶劑浸泡很容易使木材褪色。本發明的改性劑中含有大量的裸露的親核集團，可以與酸性染料的陰離子基團依靠范德華力、庫侖力牢固結合，從而使改性劑中除染料以外的成分成為染料分子的載體，其攜帶染料分子均勻進入木材內部之后，隨載體的聚合而牢固的駐留在木材內部，從而達到染色均勻牢固的目的。
具體實施例方式以下結合實施例和試驗數據，對本發明上述的和另外的技術特征和優點作更詳細的說明。 實施例1 準確稱量以下重量的原料組分:質量濃度為35%的甲醛水溶液200g、苯酚50g、尿素300g、三聚氰胺50g、氨水(質量濃度為20% )20g、碳酸鈉lg、氯化銨10g，增量劑50g(其中玉米淀粉5g，氯化鈉45g)、酸性染料(選自佛山市南海區麗港染化有限公司的酸性黑N-GRS、酸性黃G、酸性紅GR的組合物，各染料之間的比例可根據所需顏色任意調整)lg。在反應釜中加入甲醛溶液，用碳酸鈉溶液調節pH至7.0,加入尿素，然后升溫到60°C下反應2小時；調節pH至6.5，加入苯酚、氨水，升溫至70-80°C反應30-35分鐘；用碳酸鈉溶液調節PH至8.0，加入三聚氰胺、碳酸鈉，待三聚氰胺全部溶解之后，70°C條件下保溫反應30分鐘；用10%甲酸溶液調節pH至5.0，加入酸性染料，70°C條件下130rpm轉速攪拌30min ;調節pH至6.0,加入氯化銨、玉米淀粉和氯化鈉,繼續攪拌30min ;降溫至40°C出料，即得。實施例2準確稱量以下重量的原料組分:質量濃度為35%的甲醒水溶液200g、苯酹60g、尿素300g、三聚氰胺50g、氨水(質量濃度為30 %) 30g、碳酸鉀10g、氯化鎂30g，增量劑70g(其中玉米淀粉30g，氯化鈣20g)、酸性染料Ig (選自佛山市南海區麗港染化有限公司的酸性黑N-GRS、酸性黃G、酸性紅GR的組合物，各染料之間的比例可根據所需顏色任意調整)。在反應釜中加入甲醛，用碳酸鈉溶液調節pH至8.5，加入尿素，然后升溫到70°C下反應3小時；調節pH至8.5，加入苯酚、氨水，升溫至80°C反應35分鐘；用碳酸鈉溶液調節pH至8.0，加入三聚氰胺、碳酸鉀，待三聚氰胺全部溶解之后，80°C條件下保溫反應30分鐘；用10%甲酸溶液調節pH至6.0，加入酸性染料，70-80°C條件下130rpm轉速攪拌30min ；調節pH至6.0-6.5,加入氯化鎂、玉米淀粉和氯化I丐,繼續攪拌30min ;降溫至40°C出料，即得。實施例3準確稱量以下重量的原料組分:質量濃度為40%的甲醛水溶液200g、苯酚80g、尿素370g、三聚氰胺80g、氨水(質量濃度為25% )20g、氫氧化鈉lg、氯化鈣15g，增量劑60g(其中木薯淀粉30g，氯化鎂30g)、酸性染料Ig (選自佛山市南海區麗港染化有限公司的酸性黑N-GRS、酸性黃G、酸性紅GR的組合物，各染料之間的比例可根據所需顏色任意調整)。在反應釜中加入甲醛溶液，用碳酸鈉溶液調節pH至7.5，加入尿素，然后升溫到65°C下反應2.5小時；調節pH至7.0，加入苯酚、氨水，升溫至75°C反應30分鐘；用碳酸鈉溶液調節PH至8.0，加入三聚氰胺、氫氧化鈉，待三聚氰胺全部溶解之后，75°C條件下保溫反應30分鐘；用10%甲酸溶液調節pH至5.5，加入酸性染料，75°C條件下130rpm轉速攪拌30min ;調節pH至6.0,加入氯化I丐、木薯淀粉和氯化鎂,繼續攪拌30min ;降溫至40°C出料，即得。實施例4準確稱量以下重量的原料組分:質量濃度為38%的甲醛水溶液200g、苯酚70g、尿素350g、三聚氰胺70g、氨水(質量濃度為28% )25g、醋酸鈉5g、氯化鋅20g，增量劑70g(其中小麥淀粉30g，氧化鎂40g)、酸性染料5g (選自佛山市南海區麗港染化有限公司的酸性黑N-GRS、酸性黃G、酸性紅GR的組合物，各染料之間的比例可根據所需顏色任意調整)。在反應釜中加入甲醛，用碳酸鈉溶液調節pH至7.0，加入尿素，然后升溫到70°C下反應3小時；調節pH至 7.5，加入苯酚、氨水，升溫至80°C反應35分鐘；用碳酸鈉溶液調節pH至8.0，加入三聚氰胺、醋酸鈉，待三聚氰胺全部溶解之后，80 V條件下保溫反應30分鐘；用10%甲酸溶液調節pH至5.0，加入酸性染料，80°C條件下130rpm轉速攪拌30min ;調節pH至6.0,加入氯化鋅、小麥淀粉和氧化鎂,繼續攪拌30min ;降溫至40°C出料，即得。實施例5準確稱量以下重量的原料組分:質量濃度為37%的甲醒水溶液200g、苯酹65g、尿素320g、三聚氰胺65g、氨水(質量濃度為28% ) 25g、異丙醇鉀6g、氯化鋅15g，增量劑60g (其中小麥淀粉10g，碳酸鈣50g)、酸性染料3g(選自佛山市南海區麗港染化有限公司的酸性黑N-GRS、酸性黃G、酸性紅GR的組合物，各染料之間的比例可根據所需顏色任意調整)。在反應釜中加入甲醛，用碳酸鈉溶液調節pH至7.5，加入尿素，然后升溫到65°C下反應2.5小時；調節pH至7.5，加入苯酚、氨水，升溫至75°C反應35分鐘；用碳酸鈉溶液調節pH至8.0，加入三聚氰胺、異丙醇鉀，待三聚氰胺全部溶解之后，75°C條件下保溫反應30分鐘；用10%甲酸溶液調節pH至5.5，加入酸性染料，75°C條件下130rpm轉速攪拌30min ；調節PH至6.5，加入氯化鋅、小麥淀粉和碳酸鈣，繼續攪拌30min ;降溫至40°C出料，即得。本發明木材染色改性劑，經過大量的試驗證明，在其他具體實施例中，改性劑的組分在甲醛200份、苯酚50-80份、尿素300-370份、三聚氰胺50-80份、氨水20-30份、堿性催化劑1-10份、助劑10-30份，增量劑50-70份、酸性染料1_5份，其中所述甲醛為甲醛質量濃度為35-40 %的水溶液，所述氨水為質量濃度為20-30%的水溶液，均可以達到較好的效果。如染料在木材中擴散性較均勻、著色性較好，并且對木材的尺寸穩定性、硬度方面也有一定的提高。其中堿性催化劑還可以是選自碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、醋酸鈉、異丙醇鉀和叔丁醇鉀的任意一種或幾種。其中助劑為本領域常用的無機鹽，可選自氯化銨、氯化鎂、氯化鈣和氯化鋅中的任意一種或幾種。其中增量劑由5-30重量份的植物淀粉和20-50重量份的填充劑組成，填充劑可以是氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、二氧化硅、二氧化鈦、碳酸鈣、氧化鎂、膨潤土和凹凸棒土的任意一種或它們的組合。試驗例I本發明染料改性劑對木材著色性能和在木材中擴散均勻性測試試驗的影響改性劑:實施例1-5得到的改性劑500g和65g水混合均勻，即得。染色方法:采用常溫真空加壓法染色，真空度-0.095MPa下保壓20min，后在
0.6MPa條件下，加壓染色1.5小時。

試件干燥:45°C干燥至含水率小于50%，55°C干燥至含水率小于30%，65°C干燥至含水率小于20%,80°C干燥至含水率小于15%, 120°C干燥至含水率小于8%,干燥完成。試件基材:楊木試件規格:100mm*50mm*20mm檢測設備:精密色差儀(型號:HP-200上海漢譜光電科技有限公司)檢測方法:用精密色差儀分別測量上述染料改性液原液和試件表面2mm處和IOmm處的L、a、b值。計算方法.A E= (Δ L *Δ L +Δ a *Δ a +Δ b *Δ b)式中:L:白度；a:紅綠軸色品指數b:黃藍軸色品指數Δ L = L 樣品-L 標準； Δ a = a 樣品 _a 標準；Δ b = b 樣品 _b 標準；ΛΕ總色差的大小，通常ΛΕ彡3.0時視覺無法辨別出差異；Δ L大表不偏白，Δ L小表不偏黑；Δ a大表示偏紅，Δ a小表示偏綠；Ab大表示偏黃，Ab小表示偏藍。測量結果如表I所示:表I本發明改性劑對木材著色性的影響
權利要求
1.一種木材染色改性劑，其特征在于，含有以下重量份的組分:甲醛200份、苯酚50-80份、尿素300-370份、三聚氰胺50-80份、氨水20-30份、堿性催化劑1_10份、助劑10_30份，增量劑50-70份、酸性染料1-5份，其中所述甲醛為甲醛質量濃度為35-40 %的水溶液，所述氨水為質量濃度為20-30 %的水溶液。
2.根據權利要求1所述的木材染色改性劑，其特征在于，含有以下重量份的組分:甲醛200份、苯酚60-70份、尿素300-350份、三聚氰胺50-70份、氨水20-25份、堿性催化劑1-5份、助劑15-20份、增量劑60-70份、酸性染料1_5份，其中所述甲醛為甲醛質量濃度為35-38%的水溶液，所述氨水為質量濃度為25-28%的水溶液。
3.根據權利要求1所述的木材染色改性劑，其特征在于，含有以下重量份的組分:甲醛200份、苯酚65份、尿素320份、三聚氰胺65份、氨水25份、堿性催化劑6份、助劑15份，增量劑60份、酸性染料3份，其中所述甲醛為甲醛質量濃度為37 %的水溶液，所述氨水為質量濃度為28 %的水溶液。
4.根據權利要求1-3任一項所述的木材染色改性劑，其特征在于:所述增量劑由5-30重量份的淀粉和20-50重量份的填充劑組成。
5.根據權利要求4所述的木材染色改性劑，其特征在于:所述淀粉選自玉米淀粉、木薯淀粉、氧化淀粉、小麥淀粉和馬鈴薯淀粉中的一種或幾種，所述填充劑選自氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、二氧化硅、二氧化鈦、碳酸鈣、氧化鎂、膨潤土和凹凸棒土的任意一種或它們的組合。
6.根據權利要求1-3任一項所述的木材染色改性劑，其特征在于:所述堿性催化劑選自碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、醋酸鈉、異丙醇鉀和叔丁醇鉀的任意一種或幾種。
7.根據權利要求1-3任一項所述的木材染色改性劑，其特征在于:所述助劑為無機鹽，所述無機鹽優選選自氯化銨、氯化鎂、氯化鈣和氯化鋅中的任意一種或幾種。
8.一種制備權利要求1-3任一項所述的木材染色改性劑的方法,其特征在于:在反應釜中加入甲醛，用碳酸鈉溶液調節PH至7.0-8.5，加入尿素，然后升溫到60-70°C下反應2-3小時；調節pH至6.5-8.5，優選7.0-7.5，加入苯酚、氨水，升溫至70_80°C反應30-35分鐘；用碳酸鈉溶液調節PH至8.0，加入三聚氰胺、堿性催化劑，待三聚氰胺全部溶解之后，70-80°C條件下保溫反應30分鐘；用10%甲酸溶液調節pH至5.0-6.0，加入酸性染料，70-80°C條件下攪拌30min ;調節pH至6.0-6.5，加入助劑和增量劑，繼續攪拌30min ;降溫至40°C出料。
全文摘要
本發明涉及一種用于木材染色的改性劑及其制備方法。其含有以下重量份的組分甲醛200份、苯酚50-80份、尿素300-370份、三聚氰胺50-80份、氨水20-30份、堿性催化劑1-10份、助劑10-30份，增量劑50-70份、酸性染料1-5份，其中所述甲醛為甲醛質量濃度為35-40％的水溶液，所述氨水為質量濃度為20-30％的水溶液。本發明木材染色改性劑，能提高染料在木材中均勻擴散性、著色性以及染料的耐光性，并且對木材的尺寸穩定性、硬度方面也有一定的提高。
文檔編號C09D15/00GK103173066SQ201110442290
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者雷得定, 毛彥杰, 周軍浩 申請人:永港偉方(北京)科技股份有限公司