竹质异色重组装饰材工业化生产技术∗

何 盛 陈玉和 吴再兴 李景鹏 陈章敏

（国家林业和草原局竹子研究开发中心，国家林业和草原局竹家居工程技术研究中心，浙江省竹子高效加工重点实验室，杭州 310012 )

近年来，我国竹材加工产业发展迅速，产品种类不断丰富。然而，相对木材加工制品，竹制品仍然存在纹理花色单一，附加值不高等问题。目前市场上竹制品色系主要集中在本色、漂白色和碳化色三种，装饰效果较差，影响了产品的使用范围[1]。笔者所在研究团队近年来在竹材染色技术方面开展深入研究，开发出染色重组装饰材、染色刨切薄竹等竹木建筑装饰材料系列产品[2-4]。通过对竹制品加工单元进行染色处理，增加竹制品色系，增强竹制品装饰效果，提升产品附加值。

竹质异色重组装饰材是以竹材为原料，采用柔性竹单元制造、竹束高效漂白、竹束深度匀染等关键技术，将不同色彩竹束重组制造的具有良好装饰效果的竹质建筑装饰材料。本文结合笔者所在团队近年在竹质异色重组装饰材的研究成果，重点介绍竹质异色重组装饰材工业化生产技术，总结产品在工业化生产过程中存在的问题，以期为竹质异色重组装饰材的工业化推广应用提供参考。

1 竹质异色重组装饰材工业化生产工艺

与目前市场上常见的重组竹产品相比，竹质异色重组装饰材的工业化生产工艺主要区别在于单元制造，如竹束单元的柔性制造、竹束漂白预处理及竹束染色处理。在材料成型过程中，可选择冷压热固化或热压成型两种方式，其生产工艺流程如图1所示。

图1 竹质异色重组装饰材生产工艺流程图Fig.1 Manufacture process of bamboo-based decorative scrimbers

1.1 柔性竹单元加工

竹材结构致密，且无横向输导组织，导致材料液体渗透性差[5]。染色过程中染液难以渗透到竹材内部，染色深度受限。为实现竹束深度均匀染色，笔者所在研究团队在现有竹材疏解设备基础上，通过设计发明新型竹材疏解刀具（ CN201620714922.3）[6]，研制出柔性竹束制造设备。利用该设备加工的竹束疏解均匀性得到改善，单股竹束直径小于5 mm，有利于后期的漂白、染色及浸胶处理。

1.2 漂白预处理

针对竹束本身或因霉变导致的色度不均问题，通过漂白预处理降低竹束内部发色基团、助色基团及与着色相关的化学成分，使竹材颜色变浅、色调均匀[7-8]。对于灰色、淡蓝色等浅色染液染色处理，为避免竹束本身材色对上染效果的影响，通常在染色之前需要对竹束进行漂白预处理。同时，漂白预处理可降解竹材内部化学成分，有助于提高竹材液体渗透性，进而利于后期染液在竹束内部的上染。

竹质异色重组装饰材工业化生产制造过程中，针对竹束的漂白预处理，目前常用的漂白剂为过氧化氢（双氧水）。采用30%质量分数双氧水处理时间5～10 h（根据竹束粗细程度调整），处理温度70～80℃，浴比（染液：竹束）约1：20。

在竹材漂白过程中，漂液的pH是影响漂白质量的重要影响因素之一。过氧化氢在pH＜9的范围内比较稳定，分解率较小；而在碱性较强条件下分解率比较高。研究发现，漂液pH为9～10时，白度达到最佳水平（50%左右），若进一步提高漂液pH，白度略有下降。因此，竹材漂白预处理时将漂液pH调整至9～10[9]。

1.3 高压染色

竹材染色是指染料与竹材发生化学或物理化学结合，使竹材具有一定的坚牢色泽，是提高竹材表面质量，改善竹材视觉特性的重要手段[9]。竹材染色是在木材染色技术基础上发展起来的。相对木材染色而言，由于竹材结构致密，渗透性比木材差[10]，因此竹材染色比木材更难进行。为提高竹材染色效率，实现竹材深度均匀染色，笔者所在团队开发了竹材高压染色技术，并完成配套设备竹材高压染色罐的定制。利用该技术可达到加压时间2～6 h条件下，实现竹束深度均匀染色。

染色过程中，配制染色胶体溶液，选择适用于竹材染色的酸性染料，其浓度在0.01%～1%。染液浓度根据竹束上染率进行调整。对于上染率较高染料，可适当降低染液浓度，避免染色处理后竹束表面浮色较多，浪费染料。对于上染率较低染料，可适当增大染液浓度，以确保竹束色彩均匀。染液中加入适当助剂，如固色剂、渗透剂、匀染剂、pH调节剂等，用量在0.001%～0.5%之间。染色温度：70～95 ℃，具体温度设置根据所选染料类型调整。染色时间2～6 h，染液材积比1：5～20，加压压力1.5～2.5 MPa。

采用空细胞法进行竹束高压染色。具体处理工艺为： 1）前真空处理：材料置于加压罐后，对设备进行前真空处理，抽取处理材内部空气，使竹材细胞内部形成负压，有助于后期染液上染。前真空处理时间为10～30 min。2）加压染色：染液注入罐体内，液压1.5～2.5 MPa条件下加压处理2～5 h。3）后真空处理：加压结束后将染液排出，对罐体进行抽真空处理，使竹束表面及细胞腔内部残留的染液抽出沥干，避免染液浪费。后真空处理时间为10～30 min。

为实现竹材的续染，避免染液浪费，造成环境污染，测试一系列浓度染液的吸光度。如图2所示，取波长502.00 nm处吸光度值，绘制染液浓度与吸光度线性关系图（图3）。竹束染色过程中，在波长502.00 nm处，染色处理前染液吸光度值为1.62，而染色处理后残液吸光度值为1.02，根据线性回归方程计算原液浓度为0.016%，染色后染液浓度为0.01%。每吨染液所需添加染料量为0.06 kg。

图2 不同浓度染液吸光度曲线Fig.2 Absorbance curves of dyeing solution of different concentration

图3 染液浓度与吸光度线性回归标准曲线Fig.3 Regression standard curve of dyeing solution concentration correspond to absorbance

根据续染所需染料添加量和染液配制方案，添加一定比例助剂，实现染液的循环利用。

1.4 浸胶

采用酚醛树脂胶黏剂对竹束进行浸胶处理，固体含量约48%，浸胶过程中稀释至固体含量约30%，竹束浸胶增重率约10%，浸胶时间5～10 min，浸胶后沥干并进行竹束干燥处理。

1.5 干燥

竹质异色重组装饰材制造过程中，漂白、染色及后期浸胶处理后均需进行干燥处理。通常采用网带式干燥机对漂白、染色及浸胶处理后竹束进行干燥，干燥温度60～80℃。干燥时间2～4 h。

1.6 竹质异色重组装饰材压制

竹质异色重组装饰材可选用冷压-热固化或热压方式进行加工。其中，采用冷压-热固化方法制造时，其工序包括装模组坯、固化、陈放、开片等工序。材料密度设计为0.8～1.1 g/cm3。组坯时根据设计的组坯方案将不同颜色竹束放入模具中冷压定型，单位压力10～12 MPa，随后置于固化道中加热成型。固化道中温度分段为：升温段：温度设置为80～120 ℃，时间4～6 h；高温段：140～150 ℃，时间2～4 h；降温段：80～120 ℃，时间4～6 h。成型后陈放1d左右取出板坯进行后续加工，材料尺寸1 860 mm×152 mm×140 mm（长×宽×厚）。热压方法制造采用冷进冷出工艺。在组坯后将板坯置于多层热压机中直接热压成型。设计密度0.8～1.1 g/cm3，板材幅面1 220 mm×2 440 mm，厚度约28 mm。热压过程压板温度设置为140～150℃，热压时间30～40 min。热压结束后循环水冷却并保压约15 min后出板，陈放1 d左右进行后续加工。此外，针对大规格装饰方材的成型加工，可尝试采用高频加热方式[11]提高热压效率。

图4 竹质异色重组装饰方材Fig.4 Bamboo-based decorative scrimbers

图5 竹质异色重组装饰板Fig.5 Bamboo-based decorative board

图4和图5分别为通过上述工艺加工而成的竹质异色重组装饰方材及装饰板。可用做地板、家具板贴面用途，具有良好的装饰效果，可大幅提高竹制品附加值。

2 性能测试

参照GB/T 30364—2013《重组竹地板》及GB/T 17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》对竹质异色重组装饰材及重组竹（对照样）进行性能测试。板材根据上述工艺流程，采用相同的工艺参数压制，具体工艺参数为：密度1.0 g/cm3，采用冷压热固化工艺，冷压压力10.0 MPa，固化过程中固化道中温度分段为：升温段，温度设置为90 ℃，时间4 h；高温段，140 ℃，时间3 h；降温段，80 ℃，时间5 h。测试指标包括静曲强度、弹性模量、24 h吸水厚度膨胀率及吸水宽度膨胀率。然后对两种板材进行性能对比 。

表1 竹质异色重组装饰材性能测试结果Tab.1 Properties test result of bamboo-based decorative scrimbers

表1为两种材料性能测试结果。通过方差分析（表2）发现，在0.05显著性水平下，除静曲强度外，竹质异色重组装饰材与密度相当的重组竹性能差异不显著。对静曲强度的影响主要源于竹束漂白会对其强度产生一定程度的影响，进而造成产品的强度有所下降。

表2 竹质异色重组装饰材性能方差分析结果Tab.2 ANOVA result of properties for bamboo-based decorative scrimbers

此外，通过对竹质异色重组装饰材色牢度（GB/T 15102—2017）检测发现。其耐光色牢度达到4级以上，可满足室内用装饰材料色牢度要求。

3 存在问题

竹质异色重组装饰材相较其他竹制品色彩丰富、装饰效果更好。为保证产品质量，提高生产效率，实现竹质异色重组装饰材的清洁生产，还应解决以下三方面问题。

1）染料筛选。竹束染色过程中，染料选择非常关键。对于需要复配的染料，需选择对竹材上染速率相当的三原色染料进行复配，以避免因不同颜色染料上染速率不同导致竹束色彩与目标色存在差异。同时，竹质异色重组装饰材加热成型过程中，由于胶黏剂固化温度在140～150 ℃左右，因此在选择染料时还应考虑其耐高温性能，即选择的三原色染料应在该温度条件下不易产生变色。

2）生产工艺。目前竹质异色重组装饰材主要参考重组竹工业化生产工艺进行生产。由于竹束较为松散，在组坯环节需要人工进行铺装，铺装效率较低，同时铺装均匀性难以保证，造成产品质量变异性较大。目前竹束连续化编织技术已逐渐成熟，将染色竹束通过机械编织方式加工成连续化染色竹束单板，便于实现连续化铺装，同时提高板坯密度均匀性，改善产品质量[12-13]。

3）竹束染色废水处理。竹束染色处理后，染色废液中含有有机高分子染料、竹材染色过程中溶出的有机物，需要经过处理才能避免对环境造成污染[14]。目前纺织印染废水处理工艺已较为成熟。经絮凝沉降、生化处理、活性炭吸附脱色、压滤等工序，可使废水处理达到排放标准。竹束染色废水处理可参考相关工艺进行处理。

4 结语

竹质异色重组装饰材的工业化生产技术开发为竹材的高附加值利用提供重要途径。其丰富的色彩可提升产品的装饰效果，改变目前竹制品色彩单调、无法满足消费者个性化需求的现状。为进一步丰富竹制品种类，拓展竹材应用范围，建议未来的研究重点为：

1）利用竹质异色重组装饰材加工成大规格重组方材，参照重组装饰材（科技木）生产工艺，通过锯切或刨切方式生产竹质异色重组装饰材贴面材料，应用于地板贴面、家具表面装饰、工艺品、工业制品制造等领域，拓展竹制品应用领域，提升产品装饰效果。

2）目前竹质异色重组装饰材工业化生产过程的连续化程度不高。通过竹束连续化编织，实现竹质异色重组装饰材板坯的连续化铺装，提高铺装效率和均匀性是后续的研究重点。同时，加强竹材染色废水处理研究，实现竹束染色处理的清洁生产。

3）竹材的漂白染色处理较木材更难，处理效率不高，造成材料制造成本较高。为降低产品生产制造成本，可考虑采用竹木复合方式，将竹材与人工林染色木材重组，开发竹木复合异色重组装饰材。