全 文 ：第 27卷 ,第 1期 光　谱　实　验　室 Vol . 2 7 , No . 1
2 0 1 0年 1月 Chinese Journal of Spectroscopy Laboratory January , 2 0 1 0
分光光度法用于活性染料
在泡桐单板染色中上染率的测定①
① 中南林业科技大学青年科研基金重点资助项目 ( 20080004A) ;湖南省教育厅科学研究项目 ( 09C1011)
② 联系人 ,手机: ( 0) 13875983474 ; E-mail: csdengh ong@ 126. com
作者简介:邓洪 ( 1969— ) ,女 ,长沙市人 ,在读博士研究生 ,主要从事材料、化学的教学与科研以及木材颜色调控技术的研究。
收稿日期: 2009-06-20;接受日期: 2009-07-28
邓 洪② a　刘 元a,b　廖 齐 c　黄 涛a
a (中南林业科技大学材料科学与工程学院　长沙市韶山南路 498号　 410004)
b (湖南工程学院　湖南省湘潭市　 411104)
c(佛山传化富联精细化工有限公司　广东省佛山市　 528329)
摘　要　泡桐是我国重要速生人工林树种 ,采用价格低、色谱全、来源广、渗透性和化学稳定性好的活
性染料对其进行染色可实现泡桐资源的高效利用。 通过分光光度法测定染色前染液、染色后残液 (合并清
洗液 )的分光光度值 ,计算出活性染料对泡桐单板染色的上染率 ,以上染率为考察指标 ,选取染色温度、染
色时间、促染剂用量及固色剂用量 4个因素 ,作极差分析得到: 染色温度是活性染料对泡桐单板上染率影
响最大的因素 ,其次是促染剂用量、染色时间和固色剂用量。较优工艺条件:染色温度为 70— 80℃ ,染色时
间 3h ,促染剂元明粉 40g /L,固色剂纯碱 20g /L。
关键词　分光光度法 ;活性染料 ;泡桐 ;单板 ;上染率
中图分类号: O657. 32　　　文献标识码: A　　　文章编号: 1004-8138( 2010) 01-0169-04
1　前言
随着人们生活水平的提高 , 人们更向往自然美的享受。但由于大径级材和名贵家具用材供应
量的减少 , 需采用颜色调控技术改良速生材、仿制名贵木材。泡桐是我国重要速生人工林树种 ,其
分布遍布全国 23个省市、自治区 ,是我国生长最快的树种之一 [1 ]。 由于其纹理好、色泽光亮而深受
人们的喜爱。 因泡桐材的液体的渗透性并不低 ,且易干燥 ,对其进行染色是实现泡桐资源高效利用
的发展趋向。 泡桐纤维素含量占 43. 49%左右 ,半纤维素含量也在 20%左右 [2 ] ,目前对泡桐单板染
色所用染料均是酸性染料 [ 3, 4 ] ,而酸性染料只是对木材中的木质素着色 ,而占木材主要成分的纤维
素、半纤维素不能上染 [5, 6 ]。 活性染料作为现代染料的代表 ,价格低、色谱全、来源广、渗透性和化学
稳定性好 ,近 50年来获得了快速发展 ,其分子和一般水溶性染料不同的地方是具有一个或两个可
和纤维素、半纤维素反应形成共价结合的活性基 ,活性染料一定条件下可与木材反应形成稳定的化
学键 [7, 8 ]而固着在木材上 ,活性染料对泡桐单板有较好的易染性 [9 ] ,采用高固色率的双活性基 M型
活性染料对泡桐单板进行染色正交试验 ,利用分光光度计测定活性染料在泡桐染色中的上染率 ,分
析染色过程中染色温度、染色时间、促染剂元明粉用量及固色剂用量 4个因素对活性染料对泡桐染
色效果的影响 ,从而确定泡桐单板的活性染料染色的较优工艺方案 ,为速生材泡桐染色提供一条新
的途径。
2　实验部分
2. 1　材料与仪器
试材:速生泡桐 (湖南省 ) ,厚度为 1mm的单板。
活性染料:上海染料八厂 M3BE红 , M2GE蓝。
其他相关助剂: NaOH (分析纯 ) ; H2O2 ( 30%分析纯 ) ; Na2 SiO3 (分析纯 ) ;促染剂元明粉
( Na2 SO4 )、固色剂纯碱 ( Na2 CO3 )均为化学纯。
仪器: 723型分光光度计 (上海光谱仪器有限公司 ) ; HH-4数显恒温水浴锅 (常州澳华仪器有限
公司 )。
2. 2　实验与测试方法
( 1)试件大小 40mm× 45mm× 1mm,每块试件经碱煮漂白等前处理后清洗干燥待用。
( 2)染色流程:染色——固色——漂洗——烘干。
染液浓度为 1% (染料对木材重 ) ,浴比为 1∶ 30。
室温下入染 ,按 2℃ /min的速度升温 ,加热至选定温度 ,促染盐分 2次加入 ,到达染色时间后 ,
加入固色剂固色 30 min,然后取出试件水洗干净并收集染色残液和水洗液 ,将样板放于烘箱中烘
干。
选取染色温度、染色时间、促染剂用量及固色剂用量 4个因素 ,每个因素选取 3个水平 ,具体见
表 1,分别用两种染料采用 L 9 ( 34 )对泡桐单板进行正交染色实验。
表 1　因素及水平选择表
水平 A染色温度 (℃ ) B染色时间 ( h) C促染剂 ( g· L- 1 ) D固色剂 ( g· L- 1)
1 60 2 20 10
2 70 3 30 15
3 80 4 40 20
　　 ( 3)上染率的测定。
上染率指上染到木材的染料量 (包括与木材纤维键合的和未键合的染料 )占染色前染液中染料
总量的百分比 ,它是评判染色性能的一个重要指标 ,上染率越大 ,染料的利用率越高。
上染率可用分光光度法 (残液法 )测定 , 将收集的染色残液和水洗液合并 ,稀释定容 ,同时将染
色前染液定容至相同体积 ,用分光光度计在染液的最大吸收波长处分别测定残液和染色前染液的
吸光度值 A1和 A0 ,并计算出上染率。上染率 (% )= [ ( A0 - A1 ) /A0 ]× 100%。
3　结果与讨论
3. 1　实验结果
根据活性染料对泡桐单板染色的正交试验结果 ,以上染率为指标 ,对 4个因素进行极差分析 ,
极差越大 ,说明这个因素的水平改变对试验结果的影响越大 ,极差最大的那一列的因素 ,就是因素
的水平改变对试验结果影响最大的因素 ,即最主要的因素。从表 2可知 ,对于活性红和活性蓝两种
染料 ,影响泡桐单板活性染料上染率的各因素的主次顺序都是 A (染色温度 )> C (促染剂用量 )> B
(染色时间 )> D (固色剂用量 ) ,较优的工艺参数为 A3B2C3D3 ,即染色温度为 80℃ ,染色时间 3h,元
明粉 40g /L,固色剂纯碱 20g /L。从表 2可看出在相同的染色条件下 2种染料在泡桐单板上的上染
率为:活性红> 活性蓝 ,说明不同的活性染料因其分子结构不同 ,对泡桐单板的上染率不同。
170 光谱实验室 第 27卷
表 2　正交实验结果及极差分析
实验序号 因素
A B C D
上染率 (% )
活性红 活性蓝
1 1 1 1 1 21. 5 20. 5
2 1 2 2 2 35. 4 26. 4
3 1 3 3 3 39. 1 30. 1
4 2 1 2 3 41. 7 35. 7
5 2 2 3 1 53. 0 45. 2
6 2 3 1 2 30. 6 25. 6
7 3 1 3 2 52. 1 43. 1
8 3 2 1 3 49. 1 42. 1
9 3 3 2 1 48. 1 38. 2
K 1j 96. 0 115. 3 101. 2 122. 6
活性红 K 2j 125. 3 137. 5 125. 2 118. 1
K 3j 149. 3 117. 8 134. 2 129. 9
Rj 53. 3 22. 2 33. 0 11. 8
主次因素 ACBD
较优方案 A3B2C3D3
K 1j 77. 0 99. 3 88. 2 103. 9
活性蓝 K 2j 106. 5 113. 7 100. 3 95. 1
K 3j 123. 4 93. 9 118. 4 107. 9
Rj 46. 4 19. 8 30. 4 12. 8
主次因素 ACBD
较优方案 A3B2C3D3
3. 2　各因素对染色效果影响的分析
3. 2. 1　染色温度
温度是影响活性染料反应性的重要因素。根据扩散原理 ,温度越高 ,扩散系数越大 ,扩散速度越
快 [10 ] ,染液的分子运动随着温度的升高而加快 ,对木材的染色速度加快 ,上染率提高 ,但是温度升
高 ,活性染料与纤维素、半纤维素的键合反应以及活性染料的水解反应速率都提高 ,且后者提高更
多 ,即染料水解比例增大 ,上染率反而下降 ;同时 ,染色温度过高 ,易出现木材表芯色差。 据实验结
果 ,木材染色温度控制在 80℃最佳。
3. 2. 2　染色时间
单板染色的过程是染料分子在单板中渗透同时又被吸着的过程 ,吸附首先发生在单板表面 ,继
而通过细胞腔和细胞间隙等大孔隙系统向木材内部扩散 ,再通过细胞壁微毛细管系统向内渗透 ,最
后进入细胞壁无定型区 [11 ]。单板的染色要求整张化、全厚度进行 ,而不仅仅是表面染色 ,要求染料
能渗透到单板内部 ,所以如果时间过短 ,很难透染。随着染色时间延长 ,木材纤维能充分吸收染料进
行移染 ,根据实验结果 ,染色 3h以后 ,泡桐单板能达到表芯颜色均匀一致 ,且具有较好的上染率。
3. 2. 3　促染剂用量
染液中加入一定量的促染剂 Na2 SO4后 ,可以从两方面帮助染料向纤维靠拢 ,提高吸附速度 ,
平衡染料在纤维上的吸附量和吸附密度 ,提高直接性: ( 1) 削弱纤维表面和染料阴离子的库仑斥
力 ,提高染料在染液中的活度 ,降低纤维上染料阴离子之间的相互排斥 ; ( 2)用富集于纤维表面的
阳离子 ( Na+ ) ,拆散了被膨化的纤维素纤维表面上通过氢键结合的水分子层 ,为活性染料分子向纤
维靠近扫除障碍 ,从而提高染料的上染率 ,因此促染剂用量是影响活性染料对泡桐染色效果的一个
重要因素之一。实验结果表明最佳促染剂用量为 40g /L。
171第 1期 邓洪等:分光光度法用于活性染料在泡桐单板染色中上染率的测定
3. 2. 4　固色剂用量
碱剂加入 ,染浴 pH值升高 ,吸附阶段形成的平衡被破坏 ,在碱性条件下 ,木材纤维素可离解成
cell-O
-阴离子 ,而与活性染料反应的主要是 cell-O-阴离子及 OH-离子 ,前者的亲核反应性比后者
强 ,随着纯碱量的增加 ,与活性染料反应的 cell-O-阴离子浓度不断增加 ,上染率增大 ,同时随着 pH
值升高 ,与活性染料反应的 OH-离子浓度也增大 ,染料水解速度加快 ,当纯碱超过一定量时 ,水解
速率大于染色速度 ,上染率反而下降。实验结果表明最佳纯碱用量为 20g /L。
4　结论
( 1)利用分光光度法 ,测定染色前染液、染色后残液 (合并清洗液 )的分光光度值 ,计算出活性
染料对泡桐单板染色的上染率 ,以上染率为考察指标 ,选取染色温度、染色时间、促染剂用量及固色
剂用量 4个因素 ,作极差分析得到: 染色温度是活性染料对泡桐单板上染率影响最大的因素 ,其次
是促染剂用量、染色时间和固色剂用量。
( 2) 同一染色条件下不同的染料对泡桐单板的上染率不同 ,说明染料的分子结构也影响活性
染料对泡桐单板的上染能力。
( 3)活性染料对泡桐单板染色的较优工艺条件: 染色温度为 70— 80℃ ,染色时间 3h,元明粉
40g /L,固色剂纯碱 20g /L。由于活性染料对木材单板染色 ,染色和固色分两步进行 ,在固色前染料
可以充分进行移染 ,因此可避免造成单板表芯色差。
参考文献
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Spectrophotometric Determination on the Dye Uptake of Active Dyes
for the Veneer of Paulownia Wood
DENG Hong
a　 LIU Yuana ,b　 LIAO Qic　 HUAN G Taoa
a (School of Material s Science and Eng ineering ,Central South University of Forest ry & Technolog y ,Chang sha 410004, P. R. China )
b( Hunan Inst itute of Eng ineering , Xiangtan , Hunan 411104, P. R. China )
c(Foshan Transf ar Forland Fine Chemicals Industrial Co. ,Ltd. ,Foshan , Guangdong 528329, P. R .China)
Abstract　 Paulow nia is an important fast-g rowing plantation tree, and ef ficient utilization of
paulow nia can be achiev ed through coloration with activ e dyes, w hich are low price, wide
ch romatog ram , easily obtained, superio r penetration and chemical stabilization. Before and af ter
dyeing , absorbance values of dye liquor and remaining dye liquor ( combining cleaning fluid ) w ere
determined, and dye uptake of active dyes fo r the veneer of paulow nia w ere calculated. Dyeing
o rthogonal tests w ere conducted to study 4 facto rs of dyeing temperature, dyeing time, dosage of the
accelerating agent and the colorfixing agent. The importance deg rees of the tested factors are as
follow s: dyeing temperature> dosage of the accelerating agent> dyeing time> dosage of colorfixing
agent , and the optimal dyeing condi tions are as follows: temperature of 70— 80℃ , time of 3h ,
accelerating agent of Na2 SO4 40g /L, colorfixing agent of Na2 CO3 20g /L.
Key words　 Spect rophotometry; Active Dyes; Paulow nia; V eneer; Dye Uptake
172 光谱实验室 第 27卷