分散染料在化学改性木材上的染色匹配规律及其染色机理研究

本研究以杉木为研究对象，利用木材上的羟基与酸酐类、烃类、卤代烃类、不饱和腈、酯类等有机试剂发生取代、加成反应，进行单一或多种化学改性，得到单一或全新的复合化学改性杉木。然后用非亲水性的偶氮、蒽醌类分散染料，在高温高压和新型的超临界CO2等手段对化学改性木材进行染色。通过对杉木的各种化学改性和染色结果的系列检测、分析与理论计算，揭示化学改性杉木的化学组成结构与分散染料分子结构在染色上的"匹配"规律及染色机理。最后依据所得的染色"匹配"规律和染色机理，采用相应有机试剂同系物对杉木进行新的化学改性，并用与之"匹配"的分散染料及其分散染料同系物分别进行染色，验证和修正其染色"匹配"规律和染色机理，并最终推广到其它木材的化学改性及其染色。该研究不仅开创了在超临界CO2染色下条件用分散染料在化学改性木材上染色的新篇章，而且对提高木材性能、增强木材外观色彩的装饰效果和综合利用废旧木材具有指导意义。

探索化学改性木材染色是一项具有科学意义和应用价值的工程。本研究以杉木、橡木、杨木和梨木为对象，研究了它们与乙酸酐、氯化苄、丙烯腈等有机化学试剂的反应制得相应化学改性木材，然后用分散染料在高温高压下和超临界CO2条件下对其染色，并通过红外、扫描电镜、显微分析等手段进行分析，探索分散染料对改性木材的染色规律和染色机理，以及彩色乙酰化木板的产业化，结果表明：.1.木材经乙酸酐、氯化苄、丙烯腈和硫酸二乙酯等有机化学试剂的改性后，仅有乙酰化改性对木材结构破坏程度较小，而其它改性对木材的破坏程度较大，特别是苄基化木材板材严重变形，因而不适合通过染色法直接制作彩色改性木材板材。.2.采用高温高压染色改性木材，其色光与染色涤纶织物色光类似，比染色原木材色光明艳，其中染色苄基化改性木粉色光最艳；染料初始上染速率、上染百分率和染样耐水洗牢度与改性木粉结构、染料分子结构和染色条件有关。采用超临界CO2染色，其染色规律与高温高压染色法类似，但染色匀染性和上染速度明显要差。.3.分散染料对改性木材染色的机理包含分散染料的扩散、改性木材微孔对染料的吸附、染料的吸附平衡和染料在改性木粉中的固定等四个过程。.4.在采用高温高压染色法，用分散染料对乙酰化改性橡木片、杨木片和山梨木片的染色，其色光与染色同种改性杉木粉的色光类似，但染料上染率比改性杉木粉明显要低，通过延长染色时间可提高染色效果。.本项目主要成果如下：.1．获得了10种改性木粉、85种染色改性木粉或板材，并优化出3种乙酰化板材的染色工艺；总结出了分散染料对化学改性木材的染色规律，提出了染色机理，为优化改性木材染色条件指明了方向；发现了分散染料在高温高压和超临界CO2染色下分散染料对改性木材染色上的差异。.2．申报了国家发明专利3项，其中2项已授权；在《高等学校化学学报》等刊物上已发表论文14篇，其中SCI收录2篇，英文EI期刊5篇，一级期刊1篇，核心期刊6篇．.3. 培养了硕士生4名，其中毕业1名，获校“优秀硕士论文”1篇；此外，培养12名本科生毕业生，其中校优毕业论文1篇，获湖南省“挑战杯”二等奖1人，获省级协会竞赛特等奖2人。.本项目的研究对丰富木材加工方法，增强木制品外观色彩的装饰效果，扩大木材应用领域和提升木材价值具有重要的意义。