本发明属于木材加工技术领域，具体地说，涉及一种实木的染色方法。
背景技术：
木材染色是染料与木材发生化学或物理化学反应，使木材具有一定坚牢色泽的加工技术。木材染色处理可以改善木材的视觉特性和装饰性能，提高木材利用价值。经染色加工后的木材可用于建筑室内装修与家具生产。木材本身属于一种非均质的毛细孔材料，由纤维素、半纤维素和木质素组成，木纤维素中含有丰富的亲水性基团如羟基(-oh)，羧基(-cooh)等，染料随水溶液通过木材毛细管通道，拖过细胞壁扩散后可沉降在纤维表面上，使得木材染色。
染料染色过程为吸附，染料由溶液迁移到纤维表面；扩散，染料由纤维表面向纤维内部扩散；固着，扩散到纤维内的染料与纤维结合；纤维上的染料与纤维间的作用力有范德华力、氢键力、离子键、共价键、配价键，不同的染料染色机理是不同的。目前木材染色大多采用酸性染料和其他一些染料。
木材使用的酸性染料(阴离子染料)，是一类含有酸性基团(如磺酸基钠(rs03na)的水溶性染料)，在酸性水溶液中染色，其染色功能是靠在酸性溶液介质中易电离形成带负电荷的磺酸基(rs03-)与带正电荷的被染物相吸引，而木纤维浸泡在酸性溶液中，带正电荷的氢离子很快扩散到木纤维内，中和了显负电性的(-coo-)基团，使整个木纤维带正电荷，因此，带负电荷的磺酸基与带正电荷的木纤维在亲合力的作用下相吻合，其色牢度由亲合力的大小决定，酸性染料的耐光性和化学稳定性好。
其存在染料不易进入木材，比如酸性染料，需要长时间重复在不锈钢容器蒸煮，且添加各种助剂。蒸煮产生的蒸汽对操作工身体影响较大，特别是视力伤害，会产生色盲；同时会产生许多废水和废液；另外现有的实木染色基本上先通过旋切或刨切的工艺对实木加工成若干单板，单板基本在1.5mm左右，对单板进行染色，染色后的单板，再涂胶叠加后压缩成方材。其本质上仍然是单板的染色工艺。
而选用食用级的染料，食品染料在木材染色上着色力，以及干燥等的缺陷，使得食用色素很难用于实木的染色。虽然在木纤维上有参与相关的天然染色剂的研究，比如韩国专利kr1020160106841a，发明名称为：木质纤维用天然染料染色方法，但其仅仅为对木材纤维进行染色，木材纤维本身通过机械的研磨成细末状，已经不存在渗透性难点的克服，但是其本质上属于木质纤维，其染色后的材质物理性能上不能与实木相比，且其与染色剂的接触面比较大，造成了染色剂的过度浪费，同时因为其细度小，在干燥上，以及在其后期制备纤维板材上，其日晒牢度无法实现。
技术实现要素：
1、要解决的问题
针对现有技术只能对单板厚度较小的木材进行染色，且上色慢，上色后容易失色的问题，本发明提供一种实木染色方法。通过本发明使用食用色素对实木的染色，符合国家的标准，实现了上色更快，着色力强，且能对整块实木进行染色。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种实木的染色方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配置染液：将食用色素置于容器中，加入60～75℃水，搅拌，保温50～60℃，溶解，制得质量百分比浓度3～11％的染液；
(2)将实木浸泡在步骤(1)制备的染液中，水浴温度保持60～75℃，浸泡3～5h后取出；
(3)将步骤(2)中染色后的实木取出后，在常温常压下堆放5～7d；
(4)将步骤(3)处理后的染色实木干燥至含水率12％以下，再送至干燥窑，采用喷射高温蒸汽2～3h，升温至70～80℃，保温5～6h，再进行高温干燥，高温干燥温度为110～135℃，保持20～25h。
优选的，步骤(4)之后还包括对步骤(4)得到的实木的表面进行刨切或砂光，去除表面的浮色。
对木材表面进行刨切或砂光，能够实现去除表面的浮色，去除残留的极微量的十二水合硫酸铝钾。
优选的，所述步骤(1)中的食用色素为胭脂虫红、菊花黄、柠檬黄、茄子皮红色素、水溶性姜黄色素和水溶性红曲色素中的任意一种或几种。经过发明人实验，上述色素都能实现类似效果。
优选的，所述步骤(1)中所述染液由食用色素、十二水合硫酸铝钾和水配制而成，其中食用色素质量百分比浓度为2～4％，所述十二水合硫酸铝钾的质量百分比浓度为1％～7％。
所述十二水合硫酸铝钾的质量百分比浓度再进一步优选为1％～3％，十二水合硫酸铝钾与食用色素进行配合，能够促进水溶性食用色素在木材纤维的中扩散，十二水合硫酸铝钾、水溶性食用色素、木材纤维能够实现络合，使得着色更牢固。十二水合硫酸铝钾的质量百分比浓度为1％～7％时，能够使得十二水合硫酸铝钾基本全部络合在木材纤维上，使得十二水合硫酸铝钾在木材内部及外表面的残留量及其微量，对于木材外表面残留的微量十二水合硫酸铝钾只要用水冲洗，就能实现基本无残留，再干燥即可。
优选的，所述步骤(1)中所述染色时的浴比为1:(3～6)。
优选的，所述实木为杨木或辐射松。
优选的，所述步骤(2)中，实木浸泡是在超声波的作用下进行浸泡。
优选的，所述步骤(2)中，所述超声波功率为200～400w。
在超声条件下，进行浸泡，加快了染液在木材纤维中的扩散速度，同时也扩散的更均匀，使得木材上色均一，减少了木材纤维中染色不均一的问题，更具实用价值。同时也使得染液与木材纤维络合更牢固。
优选的，所述步骤(2)中实木浸泡完成后，放入磁场中，变换磁场的强度和方向，所述磁场的强度为0～100mt。
将实木放入磁场强度为0～100mt的磁场中，变换磁场的强度和方向，能够快速的进一步实现染液在木材纤维中的扩散速度，同时也扩散的更均匀，使得木材上色均一，减少了木材纤维中染色不均一的问题，更具实用价值。同时也使得染液与木材纤维络合更牢固。
优选的，所述步骤(4)中升温至70～80℃为程序升温，每间隔1～2min升温10～15℃。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过采用食用色素对整块实木进行染色，木材染色深度可达8-10mm，上染率可达95％，大幅度提高了相关指标。相比现有技术，能够实现整块实木的染色。本发明通过将水溶性的食用色素溶解后，配制成质量百分比浓度3～11％的染液，再在水浴温度保持60～75℃，浸泡3～5h，在此综合条件下，水溶性的食用色素能够快速的进入木材纤维中，同时实现了染液初步固定在木材外部及内部的纤维中。
本发明的步骤(4)中先将实木干燥至含水率12％以下，再通过精确控制喷射蒸汽流量和压力，实现快速的程序升温，每间隔1～2min升温10～15℃，从而快速升温至70～80℃，从而不会对已经和木材纤维结合的染液造成破坏，同时程序升温也促进了染液在木材纤维中进一步均匀扩散，使得木材染色均一，同时程序升温也促使了染液与木材纤维的进一步牢固结合，进一步提高了木材的固色率，然后再在110～135℃，保持20～25h，由于前期在70～80℃下，染液已经和木材纤维形成了类似配合物的结构，此种结构在110～135℃极其稳定，在110～135℃，保持20～25h，进一步加强其络合作用的同时，又不破坏其结构，而如果温度低于110℃则，则这种加强作用很弱，至少要一周以上才能实现某种程度的上色后不掉色，如果温度高于135℃，则很容易掉色，反而起到了相反作用。高温干燥温度进一步优选为110～125℃，高温干燥温度最优选为115～120℃，在此温度下，上染率和固色率显著提高；
(2)对木材表面进行刨切或砂光，能够实现去除表面的浮色，去除残留的极微量的十二水合硫酸铝钾；
(3)所述十二水合硫酸铝钾的质量百分比浓度再进一步优选为1％～3％，十二水合硫酸铝钾与食用色素配合使用，能够促进水溶性食用色素在木材纤维的中扩散，十二水合硫酸铝钾、水溶性食用色素、木材纤维能够实现络合，使得着色更牢固。十二水合硫酸铝钾的质量百分比浓度为1％～7％时，能够使得十二水合硫酸铝钾基本络合在木材纤维上，使得十二水合硫酸铝钾在木材内部及外表面的残留量及其微量，对于木材外表面残留的微量十二水合硫酸铝钾只要用水冲洗，就能实现基本无残留，再干燥即可；
(4)在超声条件下进行浸泡，加快了染液在木材纤维中的扩散速度，同时也扩散的更均匀，使得木材上色均一，减少了木材纤维中染色不均一的问题，更具实用价值。同时也使得染液与木材纤维络合更牢固；
(5)本发明使用水溶性的食用色素对实木进行染色，解决了现有酸性溶液渗透性较差的问题，本发明的食用色素上色快，环保，安全，不会产生污染液，对人体产生伤害；
(6)本发明通过染色后的实木取出后堆放常温常压下养生7天，使得后期的干燥过程中，实木着色牢固，有效的解决了现有技术中水溶性食用色素无法固色的问题；
(7)本发明通过快速程序升温干燥和高温干燥结合，使得染色后的木材制品在上染率和固色率显著提高；
(8)经过本发明染色后的木材，其尺寸稳定、染色均匀，材料的物理性能未出现下降；
(9)将实木放入磁场强度为0～100mt的磁场中，变换磁场的强度和方向，能够快速的进一步实现染液在木材纤维中的扩散速度，同时也扩散的更均匀，使得木材上色均一，减少了木材纤维中染色不均一的问题，更具实用价值。同时也使得染液与木材纤维络合更牢固。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
一种杨木的染色方法，包括以下步骤：
(1)配置染液：将胭脂虫红置于容器中，加入十二水合硫酸铝钾，加入60℃水，搅拌，保温50℃，溶解，制得质量百分比浓度3％的染液，染色时的浴比为1:3，胭脂虫红质量百分比浓度为2％，十二水合硫酸铝钾的质量百分比浓度为1％，并用磷酸氢二钠或柠檬酸调整染液的ph值为6.5-7；
(2)将厚度为20mm的杨木浸泡在步骤(1)制备的染液中，水浴温度保持60℃，在功率为200w的超声波作用下浸泡3h后取出，再放入磁场中，变换磁场的强度和方向，所述磁场的强度范围为0～20mt；
(3)将步骤(2)中得到的杨木取出后在常温常压下堆放5d；
(4)将步骤(3)处理后的染色杨木干燥至含水率12％以下，再送至干燥窑，采用喷射高温蒸汽2h，升温至70℃，升温至70℃的过程为程序升温，每间隔1min升温10℃，温度到70℃后，保温5h，再进行高温干燥，高温干燥温度为110℃，保持20h；
(5)对步骤(4)得到的杨木的表面进行刨切或砂光，去除表面的浮色。
具体的，在实施的时候，先配制质量百分比浓度3％的染液：将2kg胭脂虫红、1kg的十二水合硫酸铝钾，加入97kg的水，水的温度为60℃，搅拌，保温50℃，溶解，制得染液，将30kg的杨木浸泡在所得到的染液中，用功率为200w的超声波对浸泡在染液中的杨木进行超声，3h后取出，再打开磁场，取出后的杨木放入磁场，进行磁场照射，变换磁场的强度和方向。具体如下：磁场的强度为5mt，磁场照射时间为4h，磁场的强度范围为12mt，磁场照射时间为3.5h，变换磁场方向，磁场的强度范围为18mt，磁场照射时间为3.2h，磁场照射结束后，再在常温常压下堆放5d，堆放结束后，将杨木干燥至含水率10％，再送至干燥窑，采用喷射高温蒸汽2h，通过调节喷射蒸汽的流量及压力，升温至70℃，升温至70℃的过程为程序升温，每间隔1min升温10℃，温度到70℃后，保温5h，再进行高温干燥，高温干燥温度为110℃，保持20h，然后对杨木的表面进行刨切或砂光，去除表面的浮色，得到染色均一，着色牢固的杨木。杨木染色深度可达8mm。
在本实施例中，当把胭脂虫红换成菊花黄、柠檬黄、茄子皮红色素、水溶性姜黄色素和水溶性红曲色素中的任意一种或几种，也能实现类似效果，其它的食用色素也能实现类似效果，在此不一一列举。所述食用色素优选水溶性的食用色素。
在本实施例中，当把杨木换成辐射松，也能实现类似效果，在此不一一列举。
按照《gb/t2391-1980活性染料吸色率和固色率的测定方法》检测染料对实木的上染率和固色率。本实施例中食用色素染色的实木上染率95.2％，固色率85.62％。
实施例2
一种辐射松的染色方法，包括以下步骤：
(1)配置染液：将菊花黄置于容器中，加入十二水合硫酸铝钾，加入75℃温水湿润后搅拌均匀，保温60℃，溶解，制得质量百分比浓度11％的染液，染色时的浴比为1:6，菊花黄质量百分比浓度为4％，十二水合硫酸铝钾的质量百分比浓度为7％，调节染料的ph值为中性或弱酸性；
(2)将厚度为20mm的辐射松浸泡在步骤(1)制备的染液中，水浴温度保持75℃，在功率为400w的超声波作用下浸泡4h后取出，再放入磁场中，变换磁场的强度和方向，所述磁场的强度范围为20～40mt；
(3)将步骤(2)中得到的辐射松取出后在常温常压下堆放7d；
(4)将步骤(3)处理后的染色辐射松干燥至含水率10％以下，再送至干燥窑，采用喷射高温蒸汽3h，升温至80℃，升温至80℃的过程为程序升温，每间隔2min升温15℃，温度到80℃后，保温6h，再进行高温干燥，高温干燥温度为135℃，保持25h；
(5)对步骤(4)得到的辐射松的表面进行刨切或砂光，去除表面的浮色。
具体的，在实施的时候，先配制质量百分比浓度11％的染液：将4kg菊花黄、7kg的十二水合硫酸铝钾，加入89kg的水，水的温度为75℃，搅拌，保温60℃，溶解，制得染液，将60kg的辐射松浸泡在所得到的染液中，用功率为400w的超声波对浸泡在染液中的辐射松进行超声，4h后取出，再打开磁场，取出后的辐射松放入磁场中，进行磁场照射，变换磁场的强度和方向。具体如下：磁场的强度为21mt，磁场照射时间为2.8h，磁场的强度范围为34mt，磁场照射时间为1h，变换磁场方向，磁场的强度范围为40mt，磁场照射时间为1.2h，磁场照射结束后，再在常温常压下堆放7d，堆放结束后，将辐射松干燥至含水率8％，再送至干燥窑，采用喷射高温蒸汽3h，通过调节喷射蒸汽的流量及压力，升温至80℃，升温至80℃的过程为程序升温，每间隔2min升温15℃，温度到80℃后，保温6h，再进行高温干燥，高温干燥温度为135℃，保持25h，然后对辐射松的表面进行刨切或砂光，去除表面的浮色，得到染色均一，着色牢固的辐射松。辐射松染色深度可达9mm。
在本实施例中，当把菊花黄换成胭脂虫红、柠檬黄、茄子皮红色素、水溶性姜黄色素和水溶性红曲色素中的任意一种或几种，也是实现类似效果，其它的食用色素也能实现类似效果，在此不一一列举。所述食用色素优选水溶性的食用色素。
在本实施例中，当把辐射松换成杨木，也能实现类似效果，在此不一一列举。
按照《gb/t2391-1980活性染料吸色率和固色率的测定方法》检测染料对实木的上染率和固色率。本实施例中食用色素染色的实木上染率93.33％，固色率80.31％。
实施例3
一种杨木的染色方法，包括以下步骤：
(1)配置染液：将柠檬黄置于容器中，加入十二水合硫酸铝钾，加入72℃水，搅拌，保温55℃，溶解，制得质量百分比浓度7％的染液，染色时的浴比为1:4，柠檬黄质量百分比浓度为3％，十二水合硫酸铝钾的质量百分比浓度为4％；
(2)将厚度为21mm的杨木浸泡在步骤(1)制备的染液中，水浴温度保持72℃，在功率为300w的超声波作用下浸泡5h后取出，再放入磁场中，变换磁场的强度和方向，所述磁场的强度为41～60mt；
(3)将步骤(2)中得到的杨木取出后在常温常压下堆放6d；
(4)将步骤(3)处理后的染色杨木干燥至含水率12％以下，再送至干燥窑，采用喷射高温蒸汽2.5h，升温至75℃，升温至75℃的过程为程序升温，每间隔1.5min升温12℃，温度到75℃后，保温5.5h，再进行高温干燥，高温干燥温度为120℃，保持23h；
(5)对步骤(4)得到的杨木的表面进行刨切或砂光，去除表面的浮色。
具体的，在实施的时候，先配制质量百分比浓度7％的染液：将3kg柠檬黄、4kg的十二水合硫酸铝钾，加入93kg的水，水的温度为72.5℃，搅拌，保温55℃，溶解，制得染液，将40kg的杨木浸泡在所得到的染液中，用功率为300w的超声波对浸泡在染液中的杨木进行超声，5h后取出，再打开磁场，取出后的杨木放入磁场中，进行磁场照射，变换磁场的强度和方向，具体如下：磁场的强度为45mt，磁场照射时间为1.5h，磁场的强度范围为52mt，磁场照射时间为0.5h，变换磁场方向，磁场的强度范围为60mt，磁场照射时间为0.2h。磁场照射结束后，再在常温常压下堆放6d，堆放结束后，将杨木干燥至含水率5％，再送至干燥窑，采用喷射高温蒸汽2.5h，通过调节喷射蒸汽的流量及压力，升温至75℃，升温至75℃的过程为程序升温，每间隔1.5min升温12℃，温度到75℃后，保温5.5h，再进行高温干燥，高温干燥温度为120℃，保持23h，然后对杨木的表面进行刨切或砂光，去除表面的浮色，得到染色均一，着色牢固的杨木。杨木染色深度可达10mm。
在本实施例中，当把柠檬黄换成胭脂虫红、菊花黄、茄子皮红色素、水溶性姜黄色素和水溶性红曲色素中的任意一种或几种，也能实现类似效果，其它的食用色素也能实现类似效果，在此不一一列举。所述食用色素优选水溶性的食用色素。
在本实施例中，当把杨木换成辐射松，也能实现类似效果，在此不一一列举。按照《gb/t2391-1980活性染料吸色率和固色率的测定方法》检测染料对实木的上染率和固色率。本实施例中食用色素染色的实木上染率93.33％，固色率82.01％。
实施例4
和实施例3基本相同，不同之处在于，把3kg柠檬黄换成2kg水溶性姜黄色素，磁场的强度范围为61～100mt，得到的染色后的杨木，染色均匀，着色牢固。杨木染色深度可达10mm。
按照《gb/t2391-1980活性染料吸色率和固色率的测定方法》检测染料对实木的上染率和固色率本实施例中食用色素染色的实木上染率92.5％，固色率84.65％。
实施例5
对照组
本实施例和实施例1基本相同，不同之处在于，浸泡时没有用超声，浸泡结束后没有用磁场进行照射，得到染色的杨木，该杨木的染色后的颜色有少量的不均一。
按照《gb/t2391-1980活性染料吸色率和固色率的测定方法》检测染料对实木的上染率和固色率。本实施例中食用色素染色的实木上染率80.43％，固色率78.29％。
实施例6
对照组
没有用十二水合硫酸铝钾配制染液：
和实施例2基本相同，不同之处在于，染液中没有添加十二水合硫酸铝钾，得到染色均一，着色牢固的辐射松。
按照《gb/t2391-1980活性染料吸色率和固色率的测定方法》检测染料对实木的上染率和固色率。本实施例的食用色素染色的实木上染率76.22％，固色率74.36％。
实施例7
对照组
没有采用用快速干燥、高温干燥结合：
和实施例2基本相同，不同之处在于，步骤(4)中处理后的染色实木干燥至含水率8％，再送至干燥窑，直接在高温下常规干燥处理，步骤(4)中没有程序快速升温，得到染色后的辐射松。
按照《gb/t2391-1980活性染料吸色率和固色率的测定方法》检测染料对实木的上染率和固色率。本实施例中食用色素染色的实木上染率仅为50.43％，固色率38.29％。
实施例8
对照组
和实施例2基本相同，不同之处在于，步骤(4)中处理后的染色实木干燥至含水率大于16％，再送至干燥窑，直接在高温下干燥，步骤(4)中没有程序快速升温，得到染色后的辐射松。
按照《gb/t2391-1980活性染料吸色率和固色率的测定方法》检测染料对实木的上染率和固色率。本实施例中食用色素染色的实木上染率60.27％，固色率58.33％。
实施例9
一种杨木的染色方法，包括以下步骤：
(1)配置染液：将柠檬黄色素置于容器中，逐渐加入75℃温水湿润后搅拌均匀，保温60℃进行溶解，制得质量百分比浓度6％的染液；
(2)将厚度为20mm杨木浸泡在步骤(1)制备的染液中，水浴温度保持75℃，3h后取出，木材染色深度可达6mm；
(3)染色后的实木取出后立刻干燥至含水率125％以下；将处理后的实木再次送至干燥窑，采用喷射高温蒸汽3h，进行快速升温至80℃，保温6h，再进行高温干燥，最高温度达110℃，保持25h，完成对染色实木的高温快速干燥处理。本实施例中食用色素染色的实木上染率仅为60.50％，固色率18.73％。
同时经过本发明浸注食用色素染色及高温干燥处理的染色木材与现有技术生产的染色木材相比，干燥时间较短，且无需前期的刨切或旋切单板的工作，本发明染色后的实木吸湿性小，吸湿稳定含水率平均为7～9％，而现有技术为10～12％。同时上述干燥后的染色木材尺寸稳定、染色更均匀、渗透性更好，固色更好，长久存放不褪色、解决了现有实木染色渗透性不好，对人体、环境污染严重的问题。