技术领域
[0001] 本发明涉及木材着色技术领域，尤其涉及一种水性木材着色剂及着色方法。
相关背景技术
[0002] 木材颜色是决定消费者印象的重要因素，为了提高木制品的装饰作用和产品价值，要对木材及木质材料进行着色。为实现人工林木材的高效利用，也需要通过调色技术改良劣质材，仿制名贵木材，从而提高木材的使用价值，满足人们对木制品多样性的需求。对木材颜色进行调整，可使木材具有良好及可设计的表面性能，显著提高利用率。但是木材染色的助剂大多为重污染药品，在加工及应用过程中会对人体产生严重的危害，经过染色的木材的物理性能有时还会降低，染色后剩余的染色废液的处理也未能得到很好的解决。
[0003] 现有木材着色技术存在着对木材渗透性不均匀、木材表面着色效果不佳等问题。由于水性乳液涂料在水分挥发的时候，乳液粒子之间相互靠近、接触、堆叠而产生毛细管压力，使粒子间产生挤压、相互渗透而形成涂膜。但在成膜过程中也会渐渐对涂擦动作产生阻力，并随时间的增加而增大，导致涂擦操作变得困难，因此着色效果不佳。尽管在配方中加入延时干燥聚合物，从延时干燥、液体流动方面可以提高其渗透性，提高表面着色效果，如唐述华等(涂料工业，2012，42，45-48)在配方中加入了2％的延时干燥剂，但此方法的干燥时间延长，会带来处理效率降低。另外，水性聚合物粒子较差的分散力及其与木材表面粘结力不够也会使木材表面着色效果较差。
具体实施方式
[0031] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
[0032] Tempo-氧化纳米纤维素(CNC)，开翊新材料科技(上海)有限公司，尺寸100-200nm。
[0033] 聚丙烯酸酯、聚氨酯树脂、环氧树脂，江苏海田科技有限公司，粒径60-100nm。
[0034] 以下着色所用木材为杨木单板，尺寸为25mm×25mm×5mm。
[0035] 以下所用份均为重量份。
[0036] 实施例1
[0037] 一种水性木材着色剂，配方为：5份Tempo-氧化纳米纤维素(CNC)、60份碳黑、12份多巴胺、20份聚丙烯酸酯树脂、200份水。
[0038] 本实施例还提供该水性木材着色剂的制备方法，包括：按配方将Tempo-氧化纳米纤维素(CNC)加入水中在65℃左右下超声振荡15分钟；加入碳黑，在转数2000r/min的均质机中搅拌30分钟，再加入多巴胺和聚丙烯酸酯树脂，以200r/min的速度搅拌1小时，即可。
[0039] 本实施例还提供一种木材着色方法，包括：着色之前对木材进行等离子预处理；采用本实施例水性木材着色剂进行着色。具体地，利用等离子喷枪式DBD对木材进行预处理，工作气体He，等离子体在枪内产生并喷射到木材表面，气体速度为20L/min。电源是高频(50kHz)、高压(10kV)的交流电源；处理时间5min。将本实施例着色剂配成1％的水溶液，将木板浸泡其中10小时，风干即可。
[0040] 木材着色实验结果见图1a。
[0041] 对比例1
[0042] 木材着色剂，配方为：60份碳黑、20份聚丙烯酸酯树脂、200份水。
[0043] 制备方法除不添加CNC与多巴胺外，其余与实施例1相同。
[0044] 将本对比例着色剂配成1％的水溶液，按与实施例1相同的方法对木材进行着色。
[0045] 木材着色实验结果见图1b。
[0046] 实施例2
[0047] 一种水性木材着色剂，配方为：8份Tempo-氧化纳米纤维素(CNC)、40份钛白粉、10份多巴胺、15份聚氨酯树脂、180份水。
[0048] 本实施例还提供该水性木材着色剂的制备方法，包括：按配方将Tempo-氧化纳米纤维素(CNC)加入水中在65℃左右下超声振荡30分钟；加入钛白粉，在转数2000r/min的均质机中搅拌30分钟，再加入多巴胺和聚氨酯树脂，以200r/min的速度搅拌2小时，即可。
[0049] 本实施例还提供一种木材着色方法，与实施例1的区别仅在于：将本实施例着色剂配成4％的水溶液，将木板浸泡其中20小时，风干即可。
[0050] 木材着色实验结果见图1c。
[0051] 对比例2
[0052] 木材着色剂，配方为：40份钛白粉、15份聚氨酯树脂、180份水。
[0053] 制备方法除不添加CNC与多巴胺外，其余与实施例2相同。
[0054] 将本对比例着色剂配成4％的水溶液，按与实施例2相同的方法对木材进行着色。
[0055] 木材着色实验结果见图1d。
[0056] 实施例3
[0057] 一种水性木材着色剂，配方为：10份Tempo-氧化纳米纤维素(CNC)、50份铁黄、6份多巴胺、13份环氧树脂、160份水。
[0058] 本实施例还提供该水性木材着色剂的制备方法，包括：按配方将Tempo-氧化纳米纤维素(CNC)加入水中在65℃左右下超声振荡30分钟；加入铁黄，在转数2000r/min的均质机中搅拌30分钟，再加入多巴胺和环氧树脂，以200r/min的速度搅拌1.5小时，即可。
[0059] 本实施例还提供一种木材着色方法，与实施例1的区别仅在于：将本实施例着色剂配成3％的水溶液，将木板浸泡其中15小时，风干即可。
[0060] 木材着色实验结果见图1e。
[0061] 对比例3
[0062] 木材着色剂，配方为：50份铁黄、13份环氧树脂、160份水。
[0063] 制备方法除不添加CNC与多巴胺外，其余与实施例3相同。
[0064] 将本对比例着色剂配成3％的水溶液，按与实施例3相同的方法对木材进行着色。
[0065] 木材着色实验结果见图1f。
[0066] 实施例4
[0067] 一种水性木材着色剂，配方为：7份Tempo-氧化纳米纤维素(CNC)、50份铁红、12份多巴胺、8份聚丙烯酸酯树脂、10份聚氨酯树脂、150份水。
[0068] 本实施例还提供该水性木材着色剂的制备方法，包括：按配方将Tempo-氧化纳米纤维素(CNC)加入水中在65℃左右下超声振荡15分钟；加入铁红，在转数2000r/min的均质机中搅拌30分钟，再加入多巴胺、聚丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂，以200r/min的速度搅拌2小时，即可。
[0069] 本实施例还提供一种木材着色方法，与实施例1的区别仅在于：将本实施例着色剂配成2％的水溶液，将木板浸泡其中18小时，风干即可。
[0070] 木材着色实验结果见图1g。
[0071] 对比例4
[0072] 一种水性木材着色剂，配方为：50份铁红、8份聚丙烯酸酯树脂、10份聚氨酯树脂、150份水。
[0073] 制备方法除不添加CNC与多巴胺外，其余与实施例4相同。
[0074] 将本对比例着色剂配成2％的水溶液，按与实施例4相同的方法对木材进行着色。
[0075] 木材着色实验结果见图1h。
[0076] 由图1可知，与对比例1-4相比，实施例1-4的着色效果均匀性较好，无明显颜色不匀现象。
[0077] 实验例1着色剂粘度检测
[0078] 利用旋转粘度计检测实施例1-4和对比例1-4的着色剂，各项结果如表1所示。
[0079] 表1乳液性能测量结果
[0080]
[0081] 结果表明，实施例1-4的粘度在100-200mPa·s之间，而对比例1-4的粘度在300-400mPa·s之间。实施例1-4粘度适中、附着力强，粒径小、分散效果好，更容易渗透进木材内部。
[0082] 实验例2处理材直观与色差值测定
[0083] 利用色差仪对实施例1-4及对比例1-4染色后木材的色度学参数L，a，b值进行测试，每个试件测试8个点，并与未处理杨木单板进行色差值ΔE以及其标准偏差计算，评价其着色性，结果如表2所示。
[0084] 表2处理材的色差值
[0085]
[0086] 结果表明，与对比例1-4相比，实施例1-4的着色效果均匀性变好，并且无凸起等缺陷出现，表现在其色差值较大，偏差值较小，整体小于10，而对比例1-4的偏差值基本在10-15。
[0087] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
