一种水性木材着色剂及着色方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术水性木材着色剂主要组分包括颜料、多巴胺、纳米纤维素和水性高分子树脂。本发明专利技术解决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，所提供的水性木材着色剂粘度适中、附着力强，粒径小、分散效果好，更容易渗透进木材内部。

A Water-borne Wood Colorant and Its Coloring Method

【技术实现步骤摘要】
一种水性木材着色剂及着色方法
本专利技术涉及木材着色
，尤其涉及一种水性木材着色剂及着色方法。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
为了解决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，本专利技术提供一种水性木材着色剂，其粘度适中、附着力强，粒径小、分散效果好，更容易渗透进木材内部。具体而言，本专利技术提供一种水性木材着色剂，主要组分包括颜料、多巴胺、纳米纤维素和水性高分子树脂。优选地，上述水性木材着色剂中，颜料、多巴胺、纳米纤维素和水性高分子树脂的重量比为(40-60):(5-15):(5-10):(10-20)，更优选为(45-50):(6-10):(6-8):(15-18)。研究发现，在上述比例范围内所制成的水性木材着色剂，其中多巴胺能够与水性高分子树脂和木材纤维发生反应，生成粘度合适的高附着力树脂；另外以纳米纤维素作为分散剂，能够将树脂分子和颜料成分分散在水溶剂中，分散更好，着色剂粒径更小，更容易渗透进木材内部。进一步地，所述纳米纤维素优选为tempo-氧化纳米纤维素，更优选其尺寸在100-200nm。进一步地，所述水性高分子树脂选自聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、环氧树脂中的一种或以上。一般地，可使用本领域常规颜料。进一步研究发现，当使用无机颜料例如碳黑、钛白粉、铁黄或铁红中的一种时，更适用于本专利技术配方体系。进一步地，本专利技术所述水性木材着色剂还包括适量作为溶剂的水。水的用量通常为颜料、多巴胺、纳米纤维素和水性高分子树脂总重量的10-15倍。在本专利技术一些优选的实施例中，所述水性木材着色剂包括：颜料40-60份，多巴胺5-15份，纳米纤维素5-10份，水性高分子树脂10-20份，水150-200份。更优选地，所述水性木材着色剂包括：颜料45-50份，多巴胺6-10份，纳米纤维素6-8份，水性高分子树脂15-18份，水160-180份。本专利技术还提供上述水性木材着色剂的制备方法，包括：1)将纳米纤维素加入水中，超声振荡，充分混匀；2)按配比加入颜料，搅拌均匀；3)按配比加入多巴胺和水性高分子树脂，搅拌均匀，即可。上述步骤1)通常在65℃左右下进行，通常超声振荡15-30分钟。上述步骤2)通常采用均质机搅拌，转数2000r/min以上时搅拌30分钟左右即可。上述步骤3)通常在转数200-300r/min条件下搅拌1-2h左右即可。通常将本专利技术水性木材着色剂配制成适当浓度的水溶液(例如一般浓度为1-5％左右)，即可使用。本专利技术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；采用上述水性木材着色剂进行着色。研究发现，着色之前对木材进行等离子预处理，可以提高木材表面接触角，提高木材表面亲水性，这有利于水性着色剂在木材表面的铺展和润湿木材；木材表面也会出现微米级别的不规则的“不平整”，这样有利于树脂的附着，着色剂在木材表面的附着会更好。关于木材等离子预处理，可以采用本领域常规方法。例如，将等离子体气体喷射到木材表面。本专利技术具体实施方式中，使用喷枪式DBD，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20-30L/min。电源是可调高频(10-50kHz)、高压(5-20kV)的交流电源。处理时间优选为5-10min。关于木材着色，可以采用本领域常规方法。例如，木板尺寸为25mm×25mm×5mm。将着色剂配成1-5％的水溶液，将木板浸泡其中10-20小时后风干即可。本专利技术还包括上述着色方法制备的木材。水性着色剂以无毒无味、渗透性优异而备受推崇。与油性着色剂相比，水性着色剂上色更持久，它能渗透木料，展现出木料本身的美感，并起到保护作用。木材水性着色剂通常以水性树脂为主要成膜物质，如聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、EVA乳液、水性醇酸乳液、水性环氧乳液、水性聚氨酯乳液、水性丙烯酸乳液等，将着色剂中的染(颜)料粒子和体质染料粒子粘结起来，随着擦涂作用，均匀涂布于底材表面或压于木材孔隙中，使其颜色改变。一般来说，通常作为木材的底漆和封闭底漆树脂粒径不超过100nm，这样能够对基材深处进行封闭和着色，使其具有层次感。本专利技术提供的水性木材着色剂采用多巴胺提高水性高分子树脂与木材的粘结性，利用纳米纤维素提高其分散性。本专利技术提供的木材着色方法，通过等离子预处理，提高木材表面粗糙度，有利于水性着色剂在木材表面的铺展和润湿，同时提高着色剂在木材表面的附着力。本专利技术解决了现有木材着色技术对木材渗透性不均匀、木材表面着色效果不佳的问题。附图说明图1表示实施例1-4及对比例1-4木材着色结果。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。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。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。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。以下着色所用木材为杨木单板，尺寸为25mm×25mm×5mm。以下所用份均为重量份。实施例1一种水性木材着色剂，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。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。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5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性木材着色剂，其特征在于，主要组分包括颜料、多巴胺、纳米纤维素和水性高分子树脂。

【技术特征摘要】
1.一种水性木材着色剂，其特征在于，主要组分包括颜料、多巴胺、纳米纤维素和水性高分子树脂。2.根据权利要求1所述的水性木材着色剂，其特征在于，颜料、多巴胺、纳米纤维素和水性高分子树脂的重量比为(40-60):(5-15):(5-10):(10-20)，更优选为(45-50):(6-10):(6-8):(15-18)。3.根据权利要求1或2所述的水性木材着色剂，其特征在于，所述纳米纤维素为tempo-氧化纳米纤维素，优选其尺寸在100-200nm。4.根据权利要求1-3任一项所述的水性木材着色剂，其特征在于，所述高分子树脂选自聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、环氧树脂中的一种或以上。5.根据权利要求1-4任一项所述的水性木材着色剂，其特征在于，所述颜料为无机颜料，优选为碳黑、钛白粉、铁黄或铁红中的一种。6.根据权利要求1-5任一项所述的水性木材着色剂，其特征在于，所述水性木材着色剂还包括适量作为溶剂的水；水的用量优选为颜料、多巴胺、纳米纤维素和水性高分子树脂总...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙玲，刘如，邱竑韫，徐建峰，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林业新技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11