Окраска шпона химическими веществами и природными красителями

Сбор необходимой информации для исследования осуществить методами: а) наблюдение; б) эксперимент; в) анализ результатов исследования; г) практическое использование окрашенного шпона.

Для исследования мне понадобился:

Растительный материал: шпон разных пород древесины (дуб, клён, бук, берёза, анегри, орех европейский, орех американский, махагон, габон, кото, груша и другие), отвар шелухи лука, настой отвара листьев и плодов берёзы, отвар дубовой коры.

Химические реактивы: Железный купорос 5%, медный купорос 5%,5% раствор сернокислого никеля, раствор сернокислого марганца 2,5%, 5% раствор сернокислого никеля, 5% раствор сернокислого кобальта, 5 % раствор дихромата аммония, железные стружки, 6 %уксус, раствор алюмокалиевых квасцов 2%, дистиллированная вода.

Химическое оборудование: химические стаканы, плоскодонные колбы, цилиндр, весы, стеклянные палочки.

Методика приготовления растворов для эксперимента:

➢ Краситель растворяется в кипяченой воде или воде, которая смягчается кальцинированной содой от 0,1 до 0,5%. Вода нагревается до 60-70°С. Когда краситель полностью растворится, раствор фильтруется через 2 слоя марли и охлаждается до комнатной температуры.

➢ Для приготовления протравы, реактив растворяется в воде при температуре от 18 до 20°С. , раствор отстаивается в течение одного часа, а затем сливается.

План эксперимента:

1. Рассчитать необходимую массу веществ и объём воды для приготовления растворов.

2. В водные растворы солей различных концентраций опустить исследуемые образцы шпона.

3. Наблюдать за изменением окраски растворов (7 суток).

4. Отметить изменение окраски шпона после проведённого эксперимента через 7 суток.

5. Высушить исследуемые образцы шпона.

6. Обратить внимание изменился ли цветовой оттенок после сушки.

Результаты исследования:

Цели работы были достигнуты.

1. Я получил шпон с разными цветовыми оттенками.

2. Установил, что окрасить шпон в тот же цвет, который имеет раствор химического соединения нельзя, многие растворы веществ за 7 дней окраску меняли.

3. Узнал, что окраску шпона можно произвести натуральными красителями и протравами, а также обжигом шпона в горячем песке.

4. Использовал полученный материал в практической деятельности на занятиях в кружке «Мозаика».

Выводы.

Отечественные породы древесины, и в первую очередь бук, береза, груша, дуб, клён и другие, соответствующим образом окрашенные, вполне могут заменить экзотические породы.

Окрашивание производят с помощью красителей — растворимых красящих веществ, которые прочно закрепляются на древесине. Красителем может быть химический реактив и природный материал.

Растительный материал (шелуха лука, листья и плоды берёзы, отвар дубовой коры) могут быть использованы при окраске шпона для получения коричневого, красно-коричневого, тёмно-серого с зеленоватым оттенком цветов. Растительные красители доступны, безопасны в использовании, экономичны.

Не все растворы химических соединений устойчивы, они окисляются, меняют свой цвет, поэтому использовать их для окраски шпона не следует.

Шпон в профессии «Мастер столярно-плотничных и паркетных работ» играет большую роль. Для изготовления мебели, столешниц, шкатулок, панно, отдельных деталей музыкальных инструментов, применяют ценные, как правило, тропические породы древесины. Такими породами являются красное и черное дерево, палисандр, и т. п. Но мы – студенты, также как и некоторые мастера или целые отечественные предприятия не всегда располагаем указанной древесиной, а в некоторых случаях применение такой древесины совсем необязательно. Отечественные породы древесины, и в первую очередь бук, дуб, береза, ольха и клён, соответствующим образом окрашенные, вполне могут заменить экзотические породы. Окрашивание производят с помощью красителей — растворимых красящих веществ, которые прочно закрепляются на древесине, изменяя ее цвет, но, не затемняя текстуру.

В моих работах по мозаике древесины часто требуются шпон с оттенками серого, коричневого и зелёного цвета. Поэтому я решил окрашивать шпон химическими веществами.

Передо мной встала проблема, какие химические вещества можно взять для того, чтобы раствор окрасил шпон в нужный для моей картины цвет. Для начала пришлось искать информацию по окраске шпона, потом научиться готовить раствор нужной концентрации и провести химический эксперимент. В этом мне помогали в работе преподаватель химии Юнина Евгения Анатольевна, педагог дополнительного образования Апульцин Валерий Анатольевич.

В химической лаборатории колледжа есть вещества, которые имеют различный цвет: зелёный, оранжевый, голубой. Мы решили посмотреть, а окрасится ли шпон тоже в такие же красивые насыщенные цвета, которые имеют соли меди, железа, кобальта, хрома, никеля, и др. Работали со светлыми породами древесины, такими как бук, клён, ясень, липа, а так же окрашивали фрамир и красное дерево.

2 глава. Теоретическая часть

В старину широко применяли крашение шпона натуральными красителями и протравами, а также обжиг шпона в горячем песке.

2. 1 Обессмоливание древесины.

Оно необходимо для удаления грязево-смолянистых накоплений, снятия с поверхности изделия жировых пятен. Нередко обессмоливание проводят одновременно с отбеливанием. Чаще всего для обессмоливания служат различные растворители. Так, для сосны лучше всего подойдёт 25%-ный раствор технического ацетона. Для особо тщательного обессмоливания потребуется этиловый спирт.

Наиболее распространённый состав для обессмоливания представляет собой раствор, содержащий следующие компоненты (в граммах): горячая вода — 1000; питьевая сода — 40-50; поташ — 50; мыльные хлопья — 25-40; спирт — 10; ацетон — 200.

2. 2 Отбеливание древесины. Подобная обработка обычно осуществляется перед крашением, например для выравнивания цветового тона древесины. К отбеливающим составам относятся хлорная известь, щавелевая кислота, перекись водорода, перекись титана. Благодаря своей эффективности наибольшее значение приобрели щавелевая кислота и перекись водорода.

Щавелевую кислоту применяют в виде 10%-ного раствора, который уже на отбеливающей поверхности смешивают с 20%-ным раствором гидросульфита натрия (последний наносят на отбеливаемую поверхность первым). Нанесенные на поверхность один за другим составы не более чем через 5 мин удаляют, смывая обычной водой.

Перекись водорода действует на разные породы дерева не одинаково. Так, дуб она фактически не отбеливает, зато при долгой выдержке придает ему зеленоватый оттенок, а грецкий орех, бук, берёзу обесцвечивает очень эффективно. Концентрация раствора перекиси водорода при этом не должна быть ниже 30%. Перед нанесением перекиси водорода шпон или массив древесины смачивают тёплой водой и, дав им немного подсохнуть, обрабатывают 10%-ным раствором нашатырного спирта. Ясень и берёзу рекомендуется обесцвечивать смесью, состоящей из 20%-ного раствора перекиси водорода и 20%-ного раствора аммиака, в соотношении 10:1 (по объёму).

Для светлых пород — липы, берёзы, клёна, тополя рекомендуется раствор щавелевой кислоты (1,5-6 г) в кипячёной воде (100 г). После отбеливания листы шпона промывают раствором, который одновременно поднимает ворс и обессмоливает поверхность. Состав раствора (в граммах): хлорная известь — 15; кальцинированная сода — 3; вода — 100. В горячей воде растворяют соду, а затем в остывший раствор добавляют хлорную известь. После обработки раствором древесину промывают водой.

Дубовый шпон отбеливают щавелевой кислотой. Используют для обесцвечивания лимонную или уксусную кислоту, разбавленные водой (50 г кислоты на 1 л воды).

Экзотические породы — палисандр, лимонное дерево и ряд других — практически не отбеливаются.

Для ускоренного отбеливания пригоден раствор, содержащий (в граммах): серная кислота — 20; щавелевая кислота — 15; перекись натрия — 25; вода — 1000. Одним из лучших отбеливателей древесины считается перекись титана.

Древесина некоторых пород деревьев при отбеливании приобретает порой самые неожиданные цветовые оттенки. Так, грецкий орех с контрастной текстурой при отбеливании даёт серовато-голубые или розоватые оттенки. Анатолийский орех приобретает цвет «под золото» (отбеливатель — 30%-ная перекись водорода).

Крашение и протрава древесины. Эти операции используют при прозрачной отделке столярных изделий.

2. 3 Крашение шпона натуральными и искусственными красителями и протравами

Природные красители отличаются стойкостью против света. У них спокойный благородный оттенок. Такие красители не затемняют текстуру, не прихотливы в приготовлении, удобны при хранении, не токсичны. Их приготовляют из растений, коры деревьев, древесных опилок и т. д. в виде отваров. Все природные красители можно использовать для окраски массива древесины, в основном лиственных пород — дуба, бука, клёна, ясеня, берёзы и т. д. В приложении (см. таблицу 1, 2).

Светлую древесину можно окрасить в красно-коричневый цвет отваром из шелухи лука. В жёлтый цвет — из недоспелых плодов крушины, а в коричневый — из коры яблони и оболочек грецкого ореха. Если в каждый из перечисленных отваров добавить квасцы, то тон окраски усилится. Светлую древесину (в основном лиственных пород) окрашивают в чёрный цвет, применив отвар из коры ольхи или вербы.

Для создания зеленоватого цвета в отвар молодых побегов тополя с квасцами добавляют отвар дубовой коры. Зеленоватый цвет получится, если мелкий порошок медянки (50-60 г) растворить в уксусе, а раствор прокипятить в течение 10-15 мин. (шпон вымачивают в горячем растворе).

Для чёрного цвета сок плодов бирючины (волчьих ягод) смешивают с кислотами; для коричневого — с купоросом; голубого — с питьевой содой; алого — с глауберовой солью; зелёного — с поташем. В растворе марганцовки (перманганата калия) окраска древесины сначала будет вишнёвой, а затем коричневой. Жёлтый цвет шпон из светлой древесины приобретёт в растворе хлористого калия (10 г на 1 л воды при 100°С). Серого, голубого и чёрного цветов достигают, вымачивая строганый шпон в настое дубовых опилок и железного порошка (или опилок). Шпон выдерживают в нём 5-6 дней.

Древесину зелёного, а также жёлто-красного цвета получают следующим образом. В древесный уксус всыпают железные опилки. Посуду плотно закрывают притёртой пробкой и ставят в тёплое место. В смеси с сульфамином такой свежеприготовленный раствор даёт древесине зелёную окраску, с уксуснокислым кобальтом — жёлто-красную. Быстрый способ получения чёрного тона у древесины — это опустить шпон в раствор уксусной кислоты с добавкой ржавчины. Шпон вымачивать в таком растворе следует в течение суток. Перед высыханием листы шпона нейтрализуют раствором питьевой соды.

В некоторых случаях для мозаичных работ необходимо подобрать серебристую или серую окраску строганого шпона. Для этого железные опилки заливают дождевой водой и помещают в раствор строганый шпон так, чтобы листы не касались ни дна, ни стенок посуды. Лучше всего получаются такие оттенки на светлых породах, богатых дубильными веществами. Серебристый тон с голубовато-зеленоватым отливом образуется при вымачивании шпона из обыкновенной берёзы в растворе сернокислого железа (50 г на 1 л воды) в течение 1—3 суток. После выдержки в растворе листы шпона промывают проточной водой. Насыщенность тона контролируют визуально. Морёный орех в таком растворе приобретает дымчатый, сероватый оттенок, а бук — коричневый.

Красивый коричневый цвет придают древесине пары аммиака. Окрашиваемую деталь помещают в эмалированную или стеклянную посуду, ставят туда открытую баночку с нашатырным спиртом, и посуду плотно закрывают. Через несколько часов процесс «морения» будет закончен. При этом способе окраски детали не коробятся, а ворс не поднимается.

Некоторые породы древесины приобретают устойчивую окраску под действием кислот. Для ели и ясеня рекомендуется смесь азотной кислоты и воды, взятых в соотношении 1:1. Опущенный в раствор шпон приобретает красновато-жёлтый цвет. Совсем неожиданные оттенки цветовых сочетаний получаются в отваре из размолотых кофейных зёрен с добавкой питьевой соды. Перед вымачиванием в таком отваре шпон предварительно протравливают в горячем растворе квасцов.

2. 4 Методика крашения древесины

Крашение древесины бывает поверхностным и глубоким (иначе при высыхании и шлифовании часть поверхностного слоя теряется, и древесина светлеет), а краситель насыщенным и слабым.

Так как большинство химикатов, применяемых для крашения, ядовиты, то при работе с ними необходимо принимать определённые меры осторожности: надевать резиновые (хирургические) перчатки; глаза защищать очками; шпон травить в специальных ванночках, подальше от продуктов питания и в проветриваемом помещении. В качестве посуды для травления пригодны эмалированные, стеклянные и пластмассовые ванночки, например фотованночки.

В красящий раствор опускают, как правило, листы шпона одной и той же породы деревьев. Помещать различные породы древесины в одном растворе не рекомендуется. Для лучшего смачивания в растворе листы шпона перед крашением промывают водой комнатной температуры.

Обычно шпон окрашивают в холодном (комнатной температуры) растворе. Иногда для ускорения крашения раствор подогревают или древесину в нём кипятят (в основном так морят древесину мягких пород, выдерживая её в растворе на слабом огне в течение 2 ч). Кипятят древесину в оцинкованной посуде с крышкой.

При холодном способе окрашивания цвета получаются устойчивые, однотонные, причём в этом случае предпочтение отдают природным красящим веществам. Красящие пигменты природных красителей светоустойчивы и не разлагаются; при таких красителях исключается образование на поверхности древесины пятнистости. При кипячении некоторые красители разлагаются, и цвет их может измениться.

При горячем травлении легко ошибиться в определении времени кипячения. Чтобы точно определить, как глубоко окрасился шпон, его вынимают пинцетом из раствора, ополаскивают в проточной воде и, отломив кусочек, осматривают окраску среза.

Решающими факторами качественной окраски являются время выдержки древесины в растворе и его концентрация. Если раствор слабый и шпон не окрашивается, необходимо увеличить концентрацию раствора, а время на пропитку уменьшить.

Как при холодном, так и при горячем способе крашения листы шпона рекомендуется размещать в ванночке на металлической подставке (сетке), так как на дне ванночки обычно присутствует осадок красителя и примеси, вуалирующие текстуру шпона.

На чистоту и равномерность окраски большое влияние оказывает предварительная подготовка материала, поэтому для получения наиболее чистых и ярких оттенков листы строганого шпона и некоторые детали перед окраской обязательно тщательно обессмоливают и отбеливают.

После крашения шпон моют в проточной воде и сушат, периодически переворачивая листы. Для сушки подойдёт любое чистое помещение, куда не проникает прямой солнечный свет. Когда шпон почти высохнет, листы его кладут под пресс.

2. 5 Окраска — травлением

Окрашивание древесины наиболее интенсивно осуществляется тогда, когда красящие вещества вступают во взаимодействие с дубильными веществами (главным образом танином), содержащимися в древесине. Такие красящие вещества называют протравами, а процесс окраски ими — травлением. При травлении шпон прокрашивается насквозь. Протравы готовят, растворяя кристаллы химических веществ в воде температурой до 70°C. Лучше всего окраску воспринимает таниносодержащая древесина (бук, дуб, каштаны), хуже — древесина липы, берёзы, где танина значительно меньше (см. таблицу 1). Насыщение танином древесины осуществляют в эмалированной посуде, куда помещают шпон и, например, толчёные дубовые галлы (см рис. 1) в соотношении 3:1 (по массе), наливают воду и кипятят в течение 10 мин. После древесину сушат и смачивают протравой. Если вместо галлов берут кору молодого дуба, то её предварительно проваривают несколько минут на среднем огне, затем раствору дают остыть и только после этого опускают в него древесину. Через несколько часов листы шпона, сполоснув в чистой проточной воде, помещают в раствор красителя.

Чтобы определить, есть ли дубильные вещества в древесине, можно капнуть на нее 5%-ным раствором железного купороса. Если дубильных веществ нет, древесина после высыхания не изменит цвет, при наличии дубильных веществ на поверхности останется чёрное или серое пятно.

Растения являются источниками многих природных красителей. Для окрашивания в них шпона следует приготовлять красящий раствор сильной концентрации. Чтобы окраска была устойчивой, шпон сначала подвергают травлению в каком-либо солевом растворе. Для этого лучше подходит шпон светлых мягких пород. Если выдержать шпон в растворе квасцов, а затем опустить в настой луковой шелухи, то он красится в желтовато-красный цвет. Шпон, выдержанный в растворе железного купороса, приобретет оливково-зелёный цвет. Если затем опустить его в настой отвара листьев и плодов берёзы, то он станет тёмно-серым с зеленоватым оттенком, а в настой корня ревеня — жёлто-зелёным. Шпон, выдержанный в растворе солей олова, а затем в настое листьев и стеблей картофеля, окрасится в лимонно-жёлтый цвет, а в настое конопляных листьев — в тёмно-зелёный.

2. 6 Обжиг древесины.

При обжиге шпона удаётся получить плавные переходы на древесине от светлых тонов к более тёмным, а также тёмные (светло-коричневые, коричневые и чёрные) тона. Применяется обжиг в основном при наборе орнаментов растительного характера и пейзажей для придания определённым элементам выразительности и объёмности. Есть несколько способов обжига древесины, при помощи которых добиваются эффекта объёмности: в горячем песке, над газовой плитой, при помощи газовой горелки, утюга или паяльника.

Наиболее широкое применение среди столяров-любителей нашёл обжиг в горячем песке. Песок нагревают в большой консервной банке до температуры не более 200°С. Заготовки шпона помещают в песок и выдерживают там до появления желаемого оттенка. Если требуется, чтобы тон переходил плавно, то шпон вставляют в песок вертикально. Тогда нижние слои более нагретого песка дадут более сильный обжиг, чем верхние, — получится плавный переход. Если нужна проработка обжигом под один тон, деталь располагают горизонтально и присыпают сверху песком.

При обжиге необходимо помнить, что после наклеивания шпона деталь будет подвергаться шлифованию, в процессе которого произойдёт частичное осветление, поэтому обжиг проводят с некоторым «запасом».