天然李子樹(shù)膠在顏料中的應(yīng)用研究

胡 媛

(陜西學(xué)前師范學(xué)院,陜西 西安 710000)

李子樹(shù)膠分泌于李子果樹(shù)的樹(shù)皮，有著天然、綠色的特點(diǎn)。李子樹(shù)膠不僅可作為中藥，還能夠加工成為工業(yè)領(lǐng)域用膠。在水粉顏料、印染和水性涂料等方面的應(yīng)用前景廣闊。李子樹(shù)膠粉提純工藝流程和各種參數(shù)都需精準(zhǔn)把控，以免影響樹(shù)膠溶液的黏度和顏色。李子樹(shù)膠是一種親水性高分子聚合物，易溶于溫水中形成溶膠，化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，且其耐鹽特性使得鹽類對(duì)李子樹(shù)膠溶液黏度的影響很小。因此，相比于桃膠和阿拉伯膠，李子樹(shù)膠水粉顏料有著更好的應(yīng)用特性。

1 天然李子樹(shù)膠成分及性能

1.1 李子樹(shù)膠成分

李子樹(shù)，又稱櫻桃李，是我國(guó)常見(jiàn)的一種果樹(shù)，李子樹(shù)樹(shù)皮會(huì)分泌出一種樹(shù)脂，稱為李子樹(shù)膠。剛分泌出的樹(shù)脂，在外觀上是一種透明液體，采摘、收集樹(shù)皮剛分泌的樹(shù)脂，有助于提升樹(shù)膠的質(zhì)量。長(zhǎng)時(shí)間后，樹(shù)膠會(huì)呈現(xiàn)出茶褐色，此時(shí)的樹(shù)膠是一種琥珀?duì)钣操|(zhì)膠塊。李子樹(shù)膠的主要成分為糖類物質(zhì)，還有一些淀粉、粗脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，其中多糖成分包含鼠李糖、-半乳糖、-葡萄糖、-木糖、-阿拉伯糖，等等。李子樹(shù)膠的分子結(jié)構(gòu)中支鏈較多，1,4-糖苷鍵相連接成為主鏈，1，6-糖苷鍵和1，12-糖苷鍵相連接組成側(cè)鏈，形成了支鏈極多的多糖類物質(zhì)。

1.2 李子樹(shù)膠應(yīng)用性能

我國(guó)南方區(qū)域種植的李子樹(shù)數(shù)量較多，李子樹(shù)膠產(chǎn)量也相應(yīng)較大。李子樹(shù)膠是一種中藥，具有透疹、清熱、祛風(fēng)濕的藥用價(jià)值；也有著耐熱、耐冷凍、耐鹽的良好性能，具有乳化、增稠、成膜的優(yōu)點(diǎn)，可用于眾多工業(yè)領(lǐng)域。例如，紡織、印染、水粉顏料、粘合劑，等等；因李子樹(shù)膠是綠色、天然的材料，無(wú)毒無(wú)害，也可加工成為食品添加劑。雖然我國(guó)的李子樹(shù)膠產(chǎn)量巨大，但目前并沒(méi)有得到充分利用，一些工業(yè)領(lǐng)域?qū)钭訕?shù)膠的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

2 李子樹(shù)膠粉提純的制備工藝

2.1 李子樹(shù)膠提純的主要工藝流程

對(duì)李子樹(shù)膠進(jìn)行提純的主要工藝流程為：

(1)采集新鮮的李子樹(shù)膠，選出較好的李子樹(shù)膠投入壓力容器中加水浸泡，并加入大約為樹(shù)膠質(zhì)量0.03%的蘇打粉，料水比例為1∶4，在溫度40 ℃左右條件下，浸泡約4 h；

(2)向壓力容器中輸入蒸汽，將壓力容器內(nèi)溫度升高到110 ℃，保持此溫度60 min；打開(kāi)攪拌器，對(duì)原材料混合體進(jìn)行充分?jǐn)嚢?。①?00 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，時(shí)間約為30 min，在攪拌的同時(shí)升溫，在原來(lái)基礎(chǔ)上升高5 ℃即可；②在溫度115 ℃條件下，緩慢加大攪拌器的轉(zhuǎn)速至300 r/min，持續(xù)攪拌60 min；③升高溫度加大攪拌速度，在溫度120 ℃、轉(zhuǎn)速600 r/min條件下，持續(xù)攪拌120 min；④關(guān)閉蒸汽，緩慢降低攪拌器的速度，降低到300 r/min的中速，再次對(duì)李子樹(shù)膠溶液攪拌120 min；⑤關(guān)閉攪拌器，進(jìn)行下一步的雜質(zhì)去除；

(3)待壓力容器中壓力下降為常壓情況時(shí)，將李子樹(shù)膠溶液初步過(guò)濾，儲(chǔ)存于沉淀容器中，然后加入潔凈水將李子樹(shù)膠溶液稀釋4倍，物理沉降24 h。將上層澄清、透明的膠液經(jīng)過(guò)濾處理后抽入反應(yīng)釜中，采用離子交換方法再次進(jìn)行溶液中雜質(zhì)的去除，此時(shí)如果膠液顏色較深，可適當(dāng)使用漂白劑漂白李子樹(shù)膠溶液。然后得到淺黃色較為純凈的溶液，最后采用5微米孔徑的過(guò)濾網(wǎng)對(duì)溶液進(jìn)行增壓過(guò)濾，制備完成，得到高純度李子樹(shù)膠；

(4)在提純的工藝流程中，有以下2點(diǎn)需要注意：其一，李子樹(shù)膠的親水性較強(qiáng)，而在乙醇等大部分有機(jī)溶劑中不易溶解，采用負(fù)壓蒸餾方式將膠和水進(jìn)行分離；其二，制備所得高純度膠體，經(jīng)干燥以后采用破碎、粉碎設(shè)備粉碎，得到李子樹(shù)膠的粉體顆粒，一般為白色或淺米黃色。

2.2 李子樹(shù)膠粉提純制備的影響因素

溫度和壓力

每個(gè)環(huán)節(jié)的溫度和壓力都需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，否則會(huì)影響李子樹(shù)膠溶液的黏度。反應(yīng)釜中，溫度和壓力的不斷升高，會(huì)改變樹(shù)膠的分子量，使其不斷減小，降低李子樹(shù)膠溶液的黏度。因?yàn)樵跓o(wú)外力作用下，植物膠高分子鏈?zhǔn)巧y無(wú)序的，沒(méi)有固定方向，使得膠液的黏度較大；而當(dāng)受到外力后，高分子鏈會(huì)按外力的方向展開(kāi)流動(dòng)，此時(shí)膠液的黏性會(huì)明顯弱化?；瘜W(xué)鍵是連接高分子鏈的主要作用力，溫度升高，分子的布朗運(yùn)動(dòng)更加劇烈，分子更容易被破壞，造成膠液的高分子鏈斷裂，從而降低其黏度。

一般植物膠屬于非牛頓流體型，其黏度由2部分組成：

=+

(1)

當(dāng)有外力作用，或者溫度過(guò)高時(shí)，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)黏度會(huì)迅速降低，發(fā)生物理降解；因此，溫度和壓力會(huì)對(duì)黏度產(chǎn)生影響。

煮膠溫度和時(shí)間

水粉顏料用李子樹(shù)膠粉的顏色，通常為白色或淡黃色。提取純度不同時(shí)，李子樹(shù)膠粉的顏色可能有一些差距。而煮膠時(shí)長(zhǎng)和溫度，也會(huì)對(duì)李子樹(shù)膠粉的顏色造成改變。煮膠時(shí)間過(guò)短，或者煮膠溫度過(guò)低，都會(huì)使得李子樹(shù)膠粉的顏色偏淺；煮膠時(shí)間較長(zhǎng)，或者溫度較高，都會(huì)使得李子樹(shù)膠粉顏色偏深。

漂白劑

當(dāng)李子樹(shù)膠顏色較深時(shí)，可適當(dāng)加入漂白劑漂白，植物膠常用的有雙氧水、漂白粉和漂粉精等，這些都是強(qiáng)氧化劑，如果用量不當(dāng)，會(huì)使得李子樹(shù)膠分子鏈斷裂，嚴(yán)重影響膠液的黏度。因此，盡量減少漂白劑的使用，依靠一些物理方式去除膠液中的雜質(zhì)，同時(shí)控制煮膠的溫度和時(shí)間。

2.3 李子樹(shù)膠的特性

經(jīng)壓力容器、沉淀容器和反應(yīng)釜等裝置進(jìn)行李子樹(shù)膠的提純后，制備得到白色或淡黃色的李子樹(shù)膠粉，其可自由流動(dòng)，無(wú)臭、無(wú)味。作為一種植物膠粉末，與水分子接觸后，李子樹(shù)膠粉可與水形成溶膠。

李子樹(shù)膠在溫水中可完全溶解；但因其極強(qiáng)的親水性，在加入溶解過(guò)程中需要不斷攪拌。如果攪拌不充分，那么李子樹(shù)膠粉的表層會(huì)因吸水形成膠團(tuán)，阻礙里層樹(shù)膠粉與水的結(jié)合，造成溶解不充分的現(xiàn)象，影響親水性作用發(fā)揮。這也是制備工藝中，需要邊攪拌邊投入樹(shù)膠粉的原因。通常李子樹(shù)膠粉與水的混合比例約為1∶3，充分?jǐn)嚢柚?，形成膠體溶液，此時(shí)的膠體溶液更接近于牛頓流體；

在pH值為5.0～9.0時(shí)，李子樹(shù)膠溶液的黏度不易受其他物質(zhì)酸堿度的影響。在1%的蒸餾水溶液中測(cè)得李子樹(shù)膠的酸堿度約為6.7，因此，對(duì)李子樹(shù)膠黏度影響較小的制備方式為采用蒸餾水來(lái)溶解李子樹(shù)膠粉，制得膠液。另外，在無(wú)機(jī)酸介質(zhì)中李子樹(shù)膠液的黏度會(huì)大大降低，這主要的原因在于無(wú)機(jī)酸會(huì)引起李子樹(shù)膠液高聚物解聚，降低膠液黏性。李子樹(shù)膠的多支鏈結(jié)構(gòu)使其具備較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。

3 李子樹(shù)膠在水粉顏料中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 李子樹(shù)膠在水粉顏料中的應(yīng)用

李子樹(shù)膠作為一種植物膠，可參與水粉顏料的制備，起到固定材料的作用。通常水粉顏料中粉的質(zhì)量占大部分，膠的成分占小部分，水粉畫(huà)晾干以后，顏色變淺，不顯膠光。粉的色彩提升了水粉畫(huà)的魅力，不僅使得畫(huà)面的顏色豐富，且呈現(xiàn)出水粉畫(huà)特有的“粉”的質(zhì)感。而水粉顏料中李子樹(shù)膠的質(zhì)量、用量等都會(huì)影響到水粉顏料的使用。膠體的選擇、膠體含量以及固液質(zhì)量比例不合理時(shí)，會(huì)使水粉顏料的干濕色彩有明顯的差別，在濕時(shí)或干時(shí)，顏料表現(xiàn)出不一樣的明度；如果采用的李子樹(shù)膠的成膜性弱，不利于顏料顆粒間的良好粘接，水分揮發(fā)之后，水粉顏料厚畫(huà)容易出現(xiàn)裂縫，造成龜裂的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響畫(huà)面美觀。水粉顏料的原材料、加工工藝、膠體與水粉用量比例都會(huì)影響到顏料的貯存穩(wěn)定性，穩(wěn)定性較差的顏料，在長(zhǎng)時(shí)間放置后會(huì)出現(xiàn)沉降、分層的現(xiàn)象，甚至透膠、透水。為保證水粉顏料的質(zhì)量和穩(wěn)定，應(yīng)合理運(yùn)用好“粉”與“膠”。

3.2 穩(wěn)定、色彩干濕變化小

李子樹(shù)膠應(yīng)用在水粉顏料中，可發(fā)揮其乳化穩(wěn)定作用，不僅加大水的黏度，還可以在顏料顆粒的表面形成一層保護(hù)膜，減少顏料顆粒的聚集現(xiàn)象。多糖類物質(zhì)，通常都具有這2種作用，但是多糖種類不同，穩(wěn)定效果存在差異。常見(jiàn)的植物膠，如桃膠，也可作為水粉顏料的膠體，膏體非常細(xì)膩的顏料，長(zhǎng)時(shí)間放置也不易發(fā)生沉降、分層、透膠和透水的問(wèn)題，可存放半年以上；但是細(xì)膩的膏體顏料，需要較多的桃膠，其添加量必須要大于總質(zhì)量的11%，才能保持較好的穩(wěn)定性否則，達(dá)不到理想的穩(wěn)定性。部分水粉顏料的膠體采用的是阿拉伯膠，阿拉伯膠有著較高的形成保護(hù)膜的能力，可有效阻止顏料顆料的聚集，向水粉顏料添加總質(zhì)量9%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)就可保持顏料膏體的穩(wěn)定性。當(dāng)采用李子樹(shù)膠時(shí)，水粉顏料對(duì)樹(shù)膠的添加量要求會(huì)降低，總質(zhì)量7.2%的添加量，就能達(dá)到較好的穩(wěn)定性，長(zhǎng)時(shí)間放置時(shí)，顏料的膏體也不易出現(xiàn)問(wèn)題。

水粉顏料在干濕狀態(tài)下的色彩明度都會(huì)有一些差異，但采用不同的植物樹(shù)膠，顏色的差異不同。雖然桃膠、阿拉伯膠和李子樹(shù)膠分子中都具備多羥基高分子，但前兩種膠高分子為線型，李子樹(shù)膠中的支鏈較多，角度更大，且支鏈中有多種官能團(tuán)，可充分潤(rùn)濕顏料顆粒，增加膏體的明度、減少畫(huà)面“粉”和“白”的效果，對(duì)畫(huà)面美感的影響較小。

3.3 干后不易龜裂

繪畫(huà)領(lǐng)域水粉顏料常用的畫(huà)法可分為厚畫(huà)和薄畫(huà)。顏料涂層較厚時(shí)，容易出現(xiàn)干裂的問(wèn)題，因此，厚畫(huà)法對(duì)水粉顏料膠體的要求較高。通常認(rèn)為，水粉顏料中膠用量多少和膠自身的黏度是水粉顏料干后出現(xiàn)龜裂問(wèn)題的主要原因。李子樹(shù)膠中的支鏈較多，且李子樹(shù)膠溶液的粘接性能不受鹽類物質(zhì)影響，可將水分顏料顆粒牢牢連接起來(lái)，減小顏料的分離，并且李子樹(shù)膠可在顏料顆粒表面形成一層膜，因此，李子樹(shù)膠作為水粉顏料的膠體，特別適合厚畫(huà)法。添加水粉顏料總質(zhì)量20%以上的李子樹(shù)膠粉，能夠避免顏料干后容易龜裂的問(wèn)題，保障畫(huà)面的美感。

3.4 相較于其他樹(shù)膠的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

天然李子樹(shù)膠具備綠色、環(huán)保的特性，應(yīng)用到水粉顏料中，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染和危害；相比于阿拉伯樹(shù)膠，李子樹(shù)膠水粉顏料有著更快的干燥速度和更高的色彩飽和度；相比于桃膠，李子樹(shù)膠水粉顏料在干濕不同狀態(tài)下的色彩變化較小，膏體更細(xì)膩，且顏料干后不易龜裂。在實(shí)際應(yīng)用中，為提升水粉顏料的綜合性能，往往將李子樹(shù)膠、阿拉伯膠和桃膠按照6.5∶2∶1.5的比例結(jié)合使用，顏料中總膠體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低為20%，最高為25%，生產(chǎn)而成水粉顏料，良好結(jié)合了此3種植物膠的優(yōu)點(diǎn)，使其綜合性能更加優(yōu)異，采用該水粉顏料繪畫(huà)，顏料干后不會(huì)出現(xiàn)龜裂，畫(huà)面整潔，色彩明度飽滿。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，李子樹(shù)膠作為天然高分子聚合物，有著優(yōu)越的親水性、乳化穩(wěn)定性和耐鹽性，等等，被繪畫(huà)顏料等行業(yè)積極應(yīng)用。制備過(guò)程中，溫度、壓力、時(shí)間等因素都會(huì)對(duì)李子樹(shù)膠溶液的黏度和顏色產(chǎn)生一定影響。相比于阿拉伯膠和桃膠，李子樹(shù)膠的性能更突出。相信隨著各行業(yè)對(duì)李子樹(shù)膠的深入研究，其將會(huì)被廣泛應(yīng)用到繪畫(huà)顏料、印染、水性涂料等領(lǐng)域，發(fā)揮更大的應(yīng)用價(jià)值。