人工林杉木是我国南方重要的速生用材树种,资源丰富,但因材质松软,材色单一,花纹不明显等缺点导致其在实际应用中受到很大限制。为了改善杉木视觉特性和装饰性能,提高杉木利用价值,对其进行染色研究具有重要意义。本文首先通过单因素试验比较过氧化氢、氢氧化钠和冻融循环三种预处理对杉木木材染透率和上染率的影响,结果显示冻融循环预处理效果更好,并用响应面法优化出预处理工艺条件;在此基础上,采用酸性大红3R染料对杉木木材进行染色处理,选取染料质量分数、染色时间、染色温度和促染剂质量分数四个工艺参数,以染透率、上染率和色差为考察指标,通过正交试验和模糊数学方法进行优化;最后以此为基础,通过在染液中添加双氰胺、在木材表面涂饰壳聚糖溶液以及用水溶性三聚氰胺甲醛树脂(MF)和染料混合所制成的复合染液染色木材,通过耐水色牢度和紫外老化测试,比较三种固色处理对木材色牢度的影响。论文主要结论如下:(1)过氧化氢、氢氧化钠和冻融循环预处理都能不同程度提高杉木木材的染透率和上染率,其中冻融循环处理效果最好,与未处理材相比,最大染透率和上染率分别提高138.21%和81.86%;而过氧化氢和氢氧化钠处理后染透率分别提高45.06%和76.34%,上染率分别提高71.90%和73.01%,综合预处理对杉木木材染透率和上染率的影响以及从环保方面考虑,选择冻融循环处理方式作为后续研究的基础。(2)以染透率和上染率为响应值综合分析,冻融循环预处理最佳工艺条件为:浸水时间24h,冷冻时间16h20min,解冻时间6h41min,循环两次,此处理工艺条件下,木材染透率和上染率预测值分别可达57.52%和8.51%,三次验证性试验平均染透率为54.10%,上染率为8.44%,说明该模型合理有效。与未处理材相比,该条件处理后木材的顺纹抗压强度增加7.73%,抗弯强度下降1.86%,抗弯弹性模量下降3.31%,总体上变化不明显;木材24h吸水增重率相比未处理材增加2.90%;体视显微镜观察发现冻融处理材在横切面产生沿着径向发展的裂纹,场发射扫描电子显微镜观察发现冻融处理使木材具缘纹孔的纹孔膜破裂,轴向管胞壁产生裂纹,轴向管胞胞间层及木射线薄壁细胞和轴向管胞胞间层发生分离;压汞分析结果显示木材经冻融处理总孔体积增大,比表面积减少,孔隙率增大;傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析结果显示冻融处理使得木材结晶度增大,化学成分未发生变化;热重分析结果显示木材经冻融处理,残重量增加,热稳定性得以提高。(3)基于正交试验和模糊关系综合评价法得出最佳染色工艺条件为:染料质量分数2.0%、染色时间4h、染色温度90℃、促染剂质量分数3.0%。该工艺条件下四次验证性试验染透率平均值为52.40%,上染率为7.31%,色差为52.21。场发射扫描电子显微镜观察和傅里叶变换红外光谱分析发现,染料与木材间主要通过物理吸附结合并以分子间团聚的形式附着在木材管胞口、轴向管胞壁、木射线薄壁细胞等微观结构内;X射线衍射分析发现,染色材相比冻融处理材,结晶度减少,衍射峰上出现Na2S04晶体特征峰;热重分析结果显示,冻融处理材经染色后,残重量增加,热稳定性进一步提高。(4)综合比较染液中添加双氰胺、木材壳聚糖涂饰后染色、以及水溶性三聚氰胺甲醛(MF)树脂与染液复配后染色这三种固色处理方式。其中未固色处理染色材60℃水洗0.5h前后色差为5.16,浸泡液吸光度值为0.8974Abs,紫外老化168h色差为26.37。与未固色处理染色材相比,耐水色牢度最好的为MF树脂固色材,其水洗前后色差为2.57,浸泡液吸光度值为0.0960 Abs;耐光色牢度最好的为壳聚糖涂饰固色材,紫外老化168h后色差为22.42。傅里叶变换红外光谱分析显示,MF树脂固色材中出现三嗪环特征吸收峰,表明MF树脂与染料混合后经高温固化,粘附于木材各微观结构中。壳聚糖和双氰胺固色主要是通过在木材与染料分子交界面生成磺酸盐形式来增大色牢度。