[发明专利]利用冷等离子体进行预处理的木质薄板染色方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用冷等离子体进行预处理的木质薄板染色方法，属于木质复合材料制造技术领域。

背景技术

随着天然珍贵木材资源的目益减少，工业用材逐渐转向以人工林木材为主。人工林生长速度较快，因而材质较疏松，颜色不匀；加之某些人工林木材在贮存、加工过程中易产生变色等，使其在建筑、装饰装修、家具、人造板加工等方面的应用受到限制。将人工林木材通过染色加工，模拟珍贵树种木材的纹理和色泽，用于建筑、室内装修和家具制造，可明显提高人工林木材的装饰性和附加值。

对木质薄板进行染色的传统方法是热扩散法，即将木质薄板浸入染色液中加热至一定温度，利用染料分子的热运动渗透、扩散至木材内部，实现薄板的染色。在染色过程中，染液主要通过木材细胞腔构成的纵向大毛细管系统和细胞壁与纹孔构成的横向微毛细管系统在木材中进行渗透和扩散。由于微毛细管系统的通道直径很小，染液在木材中的横向扩散速度很慢，因而，当被染材料幅面和厚度较大时，染色速度很慢，且染色均匀性较差。此外，对木材直接染色，染料和木材之间的相互结合力主要为分子间范德华力或氢键，是物理吸着，染色耐光性较差。上述问题已阻碍了木材染色的发展。当前迫切需要开发高效、短周期、低能耗、符合环保要求的木材染色技术。

等离子体是一种高能量的物质聚集态，其中含有大量的电子、离子、激发态的原子、分子、光子和自由基等活性粒子。利用等离子体对材料进行处理可引起材料表面的物理变化(如刻蚀、解吸、溅射、注入、激发和电离等)和化学变化(如氧化、分解、交联、聚合和接枝等)，以达到改变材料表面特性(包括亲水性、疏水性、粘合性、阻燃性、防腐性、防静电性以及生物适应性)的目的。等离子体按照组成粒子能量的大小及热力学性质可分为高温等离子体和低温等离子体，低温等离子体又分为热等离子体(热力学平衡)和冷等离子体(非热力学平衡)，其中热等离子体中粒子的能量约几千度到几十万度，通常用于需要高温作业的领域，如磁流体发电、等离子体焊接、切割、等离子体冶炼、等离子体喷涂、等离子体制备超细粉等。冷等离子体中不同粒子的温度是不相同的，其中电子的温度从几千度到几十万度，而离子的温度与室温相差无几，正因为如此，它有着重要的应用价值，如用于对材料表面进行改性以及光源等。

发明内容

本发明的目的是通过对木质薄板进行冷等离子体预处理，利用冷等离子体的刻蚀作用扩大染液在木质薄板中渗透和扩散的横向通道，同时利用冷等离子体的氧化和接枝作用在木质薄板表面引入能与染料以离子键结合的官能团，从而加快木质薄板的染色速度，提高染色均匀性，增加上染率，改善染色木质薄板的耐光性。

本发明的技术解决方案：该方法的工艺步骤依次分为，

(1)木质薄板干燥：将厚度为0.5～5mm木质薄板经干燥调整含水率至2～12％。

(2)冷等离子体预处理：将干燥后木质薄板置于冷等离子体处理系统进料输送带上。根据被处理木质薄板的厚度调整两电极辊(电极用钢玉陶瓷覆盖)间距，使木质薄板表面与电极的间距保持在0.5～1.5mm。开启电源，调节处理功率至1～6kW，使电极之间的工作气体通过介质阻挡放电产生冷等离子体。木质薄板以2～20m/min的速度通过四对放电电极辊，前两对电极辊之间的工作气体为空气，后两对电极辊之间的工作气体为氨气。当在两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的工作气体会被击穿而产生放电，生成含有大量电子、离子、激发态的原子、分子、光子和自由基等活性高能粒子的冷等离子体，对木质薄板的两表面同时进行预处理。前两对电极之间的工作气体为空气，用于刻蚀和活化木质薄板表面，后两对电极之间的工作气体为氨气，用于在木质薄板表面接枝能与染料以离子键结合的-NH₂官能团。

(3)染料染色：将冷等离子体处理后的木质薄板浸没在配好的直接染料染液中进行染色，染液温度控制在80～90℃。

(4)染后干燥：染色后的木质薄板经水洗和干燥后得到染色木质薄板。

在上述木质薄板染色方法中，通过在染料染色以前对木质薄板进行冷等离子体预处理，可以利用冷等离子体中高能粒子对木质薄板表面的刻蚀作用，大幅度增大木质薄板的比表面积，扩大染液从木质薄板表面向内部渗透和扩散的横向通道，达到快速深度染色的目的。同时，利用工作气体氨气放电后产生的活性粒子，将-NH₂接枝于木质薄板表面，它能与染料以离子键结合，因而，染料与木质薄板结合力较强，当染料分子受光激，能量很容易转移，从而使染色木质薄板的耐光性得到提高。