孙德帅 张中 刘馨 薛志欣
青岛大学化学化工与环境学院
摘要：我国花岗石资源藏量丰富，但以浅色品种居多，对花岗石染色处理可以提高花岗石的价值。选择酸性染料对花岗石染色，探讨了染色工艺对性能的影响，得到最佳工艺处方为花岗石采用真空高温预处理，以乙二醇为溶剂，柠檬酸为助剂，100℃高温浸染。对花岗石的耐酸碱性、吸水率、耐老化性及耐温性能进行测定。
关健词：花岗石酸性染料乙二醇染色
花岗石是石材中应用历史最久、用途最广、用量最多的岩石，也是地壳中最常见的岩石。花岗石的不同色彩来自于长石、石英、云母等造岩矿物在熔岩形成过程中的蚀变，引起铁、锰、铬等金属离子浸染于长石晶格内部，经风化(氧化)后而显出的颜色。石英矿物因其晶体的惰性较强，基本不受金属离子的浸染显色，而保持其白色；黑云母则以本色存在。花岗石虽然结构致密，但仍具有天然缝隙、微小孔洞，使染色成为可能。染色时染料主要借助物理作用与花岗石晶粒结合，这种结合作用力较弱，染后花岗石易褪色。针对这些特点，花岗石染色需选择合适的工艺，使染料尽可能深的渗入缝隙中，并经过适当的固色处理。
我国是当今世界石材大国之一，石材年产量和出口量跃居世界第一，国内石材产品年消费量更是逐年递增。花岗石在我国分布很广，藏量丰富。但浅色品种较多，如我国白色花岗石资源在山东、福建、浙江、江西、广东、广西、新疆等25个省、市、自治区皆有分布，而高档品种较少。在我国黑色石材具有巨大的市场，对廉价的浅色石材进行染色，可以使其颜色接近于天然石材，实用价值和经济效益倍增。
1实验材料与仪器
石材：芝麻白花岗岩板材。
染料：酸性黑；
溶剂：市售分析纯试剂；
UV-2102PC型紫外可见分光光度计：
DZF-150型真空干燥箱。
2染色工艺实验
2.1工艺处方
酸性黑5%；
助剂3%；
增稠剂1%；
溶剂150m1。
2.2工艺流程
石材预处理。石材放入染液中浸染l0h。取出石材晒干-洗去浮色-5%硫酸铜溶液固色处理5h-洗涤-晒干。
2.3染色工艺参数
2.3.1花岗石预处理
常温下，石材中的天然缝隙、微小孔洞中有吸附空气、水份存在，染色时影响染液的吸附速率。花岗石预处理目的是除去石块中的水份，以便染料能更好地浸入石块内部。实验采用的3种不同预处理方式为：
I真空预处理：真空度0.09-0.1MPa处理10min；
II高温预处理：150℃热烘处理30min；
III真空高温预处理：真空度0.09一0.1MPa，150℃热烘处理30min；
观察染后花岗石的颜色及染料的浸入深度。3种预处理方式中，III真空高温预处理效果最好，上染染料量明显增多，石材为深蓝色；染液渗透性能也最佳。采用高温处理对染料的渗透性能有明显影响。而真空处理对染色无明显影响。结果如表1所示。
2.3.2溶剂选择
花岗石染色时分别以水和有机溶剂分别做溶剂进行浸染。为保证能够高温浸染，要求有机溶剂的沸点高于100℃，并且对染料有足够的溶解能力。实验选择醇类、酞胺类有机溶剂，且要求溶解度满足5%的色度即可。为了选择合适的溶剂，需测定染料在不同溶剂中的溶解度。室温下取一定质量的染料于烧杯中，用溶剂进行溶解，抽滤。将滤纸干燥，观察滤纸上是否有染料颗粒。若不存在颗粒说明溶解较好。表2中表示溶解0.2g染料所需要的溶剂的体积。
表2中的数据显示乙二醇和DMF均可以满足本实验对有机溶剂的要求。实验以水、乙二醇、DMF分别作溶剂进行染色。染色结果如表3所示。乙二醇的染色效果从颜色深度和渗透效果均最好，实验采用乙二醇作溶剂进行工艺条件选择。
2.3.3助剂的影响
石材结构致密，浸染过程染料不易进入内部。助剂可以增强染液的对石材中天然缝隙、毛细管的润湿作用，促使染液渗透到石材内部。助剂是石材染色处方中的一种关键组份。本次实验中采用的是酸性染料，针对酸性染料具有较强的耐酸性特点，选用不同的无机酸和有机酸作为助剂。酸的存在同时能够帮助溶解天然缝隙中的可溶性物质，增强染液的渗透性能。实验采用盐酸、甲酸、醋酸和柠檬酸四种不同助剂进行浸染，由于前三种酸均有较强的挥发性，试验过程中需要不断补充，保证染液的pH值在4-6。实验结果如表4所示。含有柠檬酸的染液能够完全透染，而含有盐酸的染液则几乎没有渗透。
2.3.4染色温度
花岗石染色基本上是一个物理过程，染料主要借助物理吸附、扩散作用与晶粒结合。花岗石的硬度较大，晶粒间的缝隙很小，染料在花岗石中的扩散速率较慢。升高染色温度，染料的扩散速率上升，能够缩短染色时间。实验采用80℃和120℃两种温度浸染。结果如表5所示，高温更有利于染料在石材中的吸附、扩散。
3染色性能测定
3.1耐酸碱性实验
将以水和乙二醇做溶剂染色的花岗石分别置于100ml，pH=1的盐酸溶液和100ml，pH=12的氢氧化钠溶液中，室温下浸泡7d，测定石材在浸泡24h和7d溶液在染料最大吸收波长处的吸光度。可观察石材在碱性溶液中最初3一4h内颜色略有变化，随后颜色无明显变化。而酸性溶液中颜色一直无明显变化。结果见表6。染色石材的耐酸碱性能均可满足实际需要。耐酸性能明显好于耐碱性能，这与染色所用染料品种为酸性染料有关。酸性染料耐酸性能优良决定染色花岗石耐酸性能较佳，更适合户外使用。
3.2吸水率实验
将未染色和染色石材各一块置于真空干燥箱中，在110℃烘干至恒重，降温至室温。将其完全浸入去离子水中，浸泡48h取出，以吸水纸吸干表面水分，秤重。计算吸水率如表7所示。染色后石材的吸水率没有明显改变。染色加工处理过程未改变石材的天然孔隙率。
3.3耐老化实验染色石材的老化性能主要取决于染料的性能，实验所选用的酸性染料耐老化性能优良。将染色花岗石于5-7月露天放置60天，与未染色石材相比颜色无明显变化。
3.4耐温性实验
将染色花岗石置于烘箱中在40℃，、60℃条件下放置24h，与未染色石材对比，颜色无变化。
4结论
花岗石结构中天然孔隙的存在使染色成为可能，染色过程的工艺选择非常重要。以酸性染料染色的最佳工艺为染色前花岗石采用真空高温预处理，以乙二醇为溶剂，柠檬酸为助剂，100℃高温浸染。石材染色是一个物理过程，花岗石对染料的吸附能力远低于纺织纤维，染料在石材中的上染率较低。如何提高染料的上染率是需要进一步解决的问题。
