影響木蠟油干燥時(shí)間因素的探討

朱建民，余漂洋，顏 杰

(1.四川理工學(xué)院，四川 自貢 643000；2.自貢中川化工科技有限公司，四川 自貢 643000)

傳統(tǒng)的木器涂料多為溶劑型硝基漆﹑聚酯漆﹑聚氨酯漆，這些溶劑型產(chǎn)品VOC 相應(yīng)高，在施工過(guò)程中或施工以后，揮發(fā)出大量的苯類(lèi)有毒有害氣體，施工和干燥過(guò)程中氣味大，直接危害人們的身體健康。傳統(tǒng)油漆的保護(hù)作用主要是在木器表面形成漆膜，隔絕外界對(duì)木器的腐蝕和傷害，影響木材的自然呼吸，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)發(fā)生龜裂，漆膜容易發(fā)生損壞，不易修復(fù)。

木蠟油是以天然植物油﹑蠟為主要原料，配以適量的樹(shù)脂以及適當(dāng)?shù)拇吒蓜┅p環(huán)保溶劑配制而成的新型環(huán)保涂料。木蠟油在施工及干燥過(guò)程中不會(huì)揮發(fā)有害氣體，氣味小，是一種滲透型涂料，可直接滲透進(jìn)木材內(nèi)部，表面不會(huì)形成漆膜，所以不影響木材的自由呼吸，同時(shí)也能起到防水﹑防潮﹑防蟲(chóng)﹑防酸堿腐蝕等保護(hù)作用。木蠟油原料源于自然及環(huán)保型材料，因此VOC 含量低，屬于可再生資源，具有環(huán)保性能高，污染指數(shù)低等多種優(yōu)良性能，是值得在木器涂料行業(yè)進(jìn)行大范圍推廣的新型產(chǎn)品。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，木蠟油配制前都會(huì)有低溫預(yù)聚過(guò)程，但并無(wú)具體說(shuō)明預(yù)聚的作用，并且本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低溫預(yù)聚并不會(huì)改變植物油性質(zhì)，所以本文著重探究了植物油的聚合過(guò)程，并對(duì)整個(gè)過(guò)程采用紅外跟蹤檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)植物油聚合度越高，越有利于產(chǎn)品的干燥。木蠟油的干燥時(shí)間一般與所選催干劑類(lèi)型﹑植物油種類(lèi)等有關(guān)，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)及其它檢測(cè)手段深入討論了影響木蠟油干燥時(shí)間的因素。木蠟油制備工藝上，注重氮?dú)獗Ｗo(hù)操作，并且區(qū)別于傳統(tǒng)木蠟油預(yù)聚工藝。在木蠟油配制之前，采用植物油高溫聚合，提高植物油聚合度，提高了木蠟油防潮﹑防蟲(chóng)﹑防酸堿腐蝕能力，縮短了木蠟油干燥時(shí)間。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

漆樹(shù)籽油（食品級(jí)），玉米油（食品級(jí)），大豆油（食品級(jí)），小燭樹(shù)蠟，巴西棕櫚蠟，柯巴樹(shù)脂，D-檸烯，8%異辛酸鈷，8%異辛酸稀土，8%異辛酸鋅，8%異辛酸鈣，8%異辛酸銅。

磁力攪拌加熱套，SH60-S 數(shù)顯恒速攪拌機(jī)。

1.2 植物油的預(yù)處理及聚合實(shí)驗(yàn)

將植物油按照一定的比例混合，攪拌均勻。取合適的量放入三口燒瓶中，調(diào)節(jié)設(shè)定溫度為120℃，在磁力攪拌加熱套上加熱30～60min 以除去植物油中所含的游離水，為接下來(lái)的熱聚實(shí)驗(yàn)備用。

分別選取不同的溫度，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下，對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的植物油進(jìn)行加熱聚合6～8h。反應(yīng)結(jié)束后停止加熱，待冷卻至室溫再停止通入氮?dú)狻?/p>

1.3 植物油聚合產(chǎn)物碘值測(cè)定及紅外檢測(cè)分析

將不同溫度下的植物油聚合產(chǎn)品送樣進(jìn)行紅外檢測(cè)分析，用以判斷聚合后雙鍵含量是否發(fā)生明顯變化。

根據(jù)GB 9104.1-1988，用氯化碘與硬脂酸中的不飽和酸加成反應(yīng)，然后用硫代硫酸鈉滴定過(guò)剩的氯化碘和碘分子，計(jì)算出與硬脂酸中的不飽和酸反應(yīng)消耗的氯化碘相當(dāng)?shù)牧虼蛩徕c溶液的體積，再計(jì)算出碘值。

1.4 木蠟油的配制及干燥性能測(cè)試

將適當(dāng)比例的植物油聚合產(chǎn)品加熱到80～100℃，然后按比例將植物蠟﹑D-檸烯加入，保持溫度80～100℃條件下攪拌均勻。待冷卻至室溫，加入催干劑，并再次攪拌均勻。

用干凈無(wú)色的抹布，將配制好的木蠟油擦涂于10cm×4cm×1cm 打磨平整的紅木小片上，按照GB/T 1728-1979，用吹棉球法測(cè)定表干時(shí)間，壓濾紙法測(cè)定實(shí)干時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合度與溫度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)選用的植物油為干性油，干性植物油含有豐富的不飽和脂肪酸，特別是漆樹(shù)籽油富含60%的亞油酸，亞油酸是含有2 個(gè)雙鍵的不飽和脂肪酸。在高溫條件下，亞油酸會(huì)發(fā)生互變異構(gòu)反應(yīng)，生成共軛亞油酸。當(dāng)能量達(dá)到一定程度，共軛雙鍵會(huì)與其它的不飽和雙鍵發(fā)生Diels-Alder 反應(yīng)，反應(yīng)生成產(chǎn)物主要為二聚亞油酸和少量的三聚亞油酸以及其它聚合產(chǎn)物，從而提高植物油的聚合度。同時(shí)其它不飽和脂肪酸在高溫條件下也會(huì)存在一定的聚合反應(yīng)。

通過(guò)紅外檢測(cè)分析，以3008cm-1附近烯烴碳?xì)滏I伸縮震動(dòng)的吸收強(qiáng)度為依據(jù)，判定聚合程度。圖1 為不同溫度下聚合產(chǎn)品檢測(cè)得到的紅外譜圖。

聚合實(shí)驗(yàn)以碘值表現(xiàn)聚合度，碘值越小，聚合度越高。測(cè)得原料的碘值為143.57，圖2 為碘值與溫度的關(guān)系。

圖2 碘值與溫度的關(guān)系

2.2 植物油聚合度對(duì)干燥時(shí)間的影響

木蠟油選用的植物油組分為碘值較高的干性油，對(duì)于干性油的干燥原理有多種說(shuō)法。按照分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)的觀點(diǎn)可以解釋為：液體分子具有很低的能量，可以做不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，干性油分子間存在著聚合力，兩個(gè)或多個(gè)分子可以聚合形成一個(gè)復(fù)合分子化合物，分子越大，相應(yīng)其動(dòng)能就會(huì)降低，從而降低其運(yùn)動(dòng)的速率，當(dāng)達(dá)到了一定點(diǎn)時(shí)，分子就會(huì)失去運(yùn)動(dòng)能力而形成固體。按照化學(xué)反應(yīng)原理，可以解釋為：不飽和脂肪酸中的雙鍵經(jīng)空氣中氧氣加合，形成過(guò)氧化物。再與另一不飽和脂肪酸加合作用，形成雙氧碳?xì)浠衔锃h(huán)。這樣兩個(gè)或多個(gè)分子以氧化為媒介，然后再加合，形成一個(gè)大分子。根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)，分子量增大，運(yùn)動(dòng)能降低，就形成了固體，達(dá)到干燥的效果。所以，實(shí)驗(yàn)探究了植物油聚合度對(duì)干燥時(shí)間的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)定其它條件不變，只改變聚合度，表1 為聚合度與干燥時(shí)間的關(guān)系。

表1 聚合度對(duì)干燥時(shí)間的影響

2.3 催干劑對(duì)干燥時(shí)間的影響

一般涂料所用的涂料催干劑主要有鈷催干劑，以鈰為主的稀土催干劑﹑錳催干劑﹑鐵催干劑﹑鋅催干劑等十幾種異辛酸金屬皂鹽等，以替代傳統(tǒng)的環(huán)烷酸金屬皂鹽，主要用于油性涂料﹑油墨和清漆。其中異辛酸酸值高，無(wú)異味，制得的金屬皂鹽顏色較淺。涂料催干劑通常分為主催干劑和助催干劑。主要參與過(guò)氧化物生成以及分解的催干劑視為主催干劑，包括鈷催干劑﹑以鈰為主的稀土催干劑﹑錳催干劑等。能促進(jìn)主催干劑活性的催干劑視為助催干劑，主要有鈣鹽﹑鋅鹽﹑鋇鹽等。催干劑催干的原理是對(duì)涂料起氧化和聚合的促進(jìn)作用，從而加速涂料干燥固化，達(dá)到催干的效果。由于錳催干劑中重金屬錳離子對(duì)環(huán)境以及人體都具有一定的危害性，目前在國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)禁止使用。因此，實(shí)驗(yàn)主要比較了鈷催干劑以及以鈰為主的稀土催干劑對(duì)木蠟油干燥時(shí)間的影響。實(shí)驗(yàn)中保持其它條件不變，分別加入同量的不同主催干劑，比較2 種催干劑所起到的不同的催干效果。圖3﹑4 分別為木蠟油干燥時(shí)間和所選催干劑的關(guān)系比較。

圖3 表干時(shí)間與催干劑的關(guān)系

圖4 實(shí)干時(shí)間與催干劑的關(guān)系

3 結(jié)論

1）植物油經(jīng)過(guò)聚合之后，分子量增大，黏度提高。以植物油的聚合產(chǎn)物配制木蠟油需要加入稀釋劑，調(diào)節(jié)黏度適中。配制的木蠟油為半透明液體，具有滲透能力強(qiáng)﹑氣味小﹑防酸堿腐蝕﹑防潮﹑干燥時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

2）溫度在300℃以下時(shí)，植物油的聚合度小，主要原因是形成的共軛亞油酸的量較小。當(dāng)溫度達(dá)到300℃以上時(shí)，聚合度相對(duì)較高。當(dāng)溫度達(dá)到320℃時(shí)，植物油的聚合度達(dá)到最高。由此可見(jiàn)，在320℃時(shí)亞油酸能夠很容易地轉(zhuǎn)化為共軛亞油酸，為聚合最佳溫度。實(shí)驗(yàn)證明，植物油聚合之后，碘值越小即聚合度越高，干燥所需時(shí)間就短。

3）鈷催干劑和稀土催干劑對(duì)木蠟油的干燥起到的效果都很好，從圖3 和圖4 可以看出，鈷催干劑對(duì)木蠟油的表干更有效，稀土催干劑對(duì)實(shí)干更有效果，但具體差別都不大，可根據(jù)木蠟油的不同要求，區(qū)別選用鈷催干劑或者是稀土催干劑。

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