影响木蜡油干燥时间因素的探讨

朱建民，余漂洋，颜 杰

(1.四川理工学院，四川 自贡 643000；2.自贡中川化工科技有限公司，四川 自贡 643000)

传统的木器涂料多为溶剂型硝基漆﹑聚酯漆﹑聚氨酯漆，这些溶剂型产品VOC 相应高，在施工过程中或施工以后，挥发出大量的苯类有毒有害气体，施工和干燥过程中气味大，直接危害人们的身体健康。传统油漆的保护作用主要是在木器表面形成漆膜，隔绝外界对木器的腐蚀和伤害，影响木材的自然呼吸，长时间会发生龟裂，漆膜容易发生损坏，不易修复。

木蜡油是以天然植物油﹑蜡为主要原料，配以适量的树脂以及适当的催干剂﹑环保溶剂配制而成的新型环保涂料。木蜡油在施工及干燥过程中不会挥发有害气体，气味小，是一种渗透型涂料，可直接渗透进木材内部，表面不会形成漆膜，所以不影响木材的自由呼吸，同时也能起到防水﹑防潮﹑防虫﹑防酸碱腐蚀等保护作用。木蜡油原料源于自然及环保型材料，因此VOC 含量低，属于可再生资源，具有环保性能高，污染指数低等多种优良性能，是值得在木器涂料行业进行大范围推广的新型产品。

根据相关文献报道，木蜡油配制前都会有低温预聚过程，但并无具体说明预聚的作用，并且本文通过实验发现低温预聚并不会改变植物油性质，所以本文着重探究了植物油的聚合过程，并对整个过程采用红外跟踪检测，发现植物油聚合度越高，越有利于产品的干燥。木蜡油的干燥时间一般与所选催干剂类型﹑植物油种类等有关，本文通过实验及其它检测手段深入讨论了影响木蜡油干燥时间的因素。木蜡油制备工艺上，注重氮气保护操作，并且区别于传统木蜡油预聚工艺。在木蜡油配制之前，采用植物油高温聚合，提高植物油聚合度，提高了木蜡油防潮﹑防虫﹑防酸碱腐蚀能力，缩短了木蜡油干燥时间。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

漆树籽油（食品级），玉米油（食品级），大豆油（食品级），小烛树蜡，巴西棕榈蜡，柯巴树脂，D-柠烯，8%异辛酸钴，8%异辛酸稀土，8%异辛酸锌，8%异辛酸钙，8%异辛酸铜。

磁力搅拌加热套，SH60-S 数显恒速搅拌机。

1.2 植物油的预处理及聚合实验

将植物油按照一定的比例混合，搅拌均匀。取合适的量放入三口烧瓶中，调节设定温度为120℃，在磁力搅拌加热套上加热30～60min 以除去植物油中所含的游离水，为接下来的热聚实验备用。

分别选取不同的温度，在氮气保护的条件下，对经过预处理的植物油进行加热聚合6～8h。反应结束后停止加热，待冷却至室温再停止通入氮气。

1.3 植物油聚合产物碘值测定及红外检测分析

将不同温度下的植物油聚合产品送样进行红外检测分析，用以判断聚合后双键含量是否发生明显变化。

根据GB 9104.1-1988，用氯化碘与硬脂酸中的不饱和酸加成反应，然后用硫代硫酸钠滴定过剩的氯化碘和碘分子，计算出与硬脂酸中的不饱和酸反应消耗的氯化碘相当的硫代硫酸钠溶液的体积，再计算出碘值。

1.4 木蜡油的配制及干燥性能测试

将适当比例的植物油聚合产品加热到80～100℃，然后按比例将植物蜡﹑D-柠烯加入，保持温度80～100℃条件下搅拌均匀。待冷却至室温，加入催干剂，并再次搅拌均匀。

用干净无色的抹布，将配制好的木蜡油擦涂于10cm×4cm×1cm 打磨平整的红木小片上，按照GB/T 1728-1979，用吹棉球法测定表干时间，压滤纸法测定实干时间。

2 结果与讨论

2.1 聚合度与温度的关系

实验选用的植物油为干性油，干性植物油含有丰富的不饱和脂肪酸，特别是漆树籽油富含60%的亚油酸，亚油酸是含有2 个双键的不饱和脂肪酸。在高温条件下，亚油酸会发生互变异构反应，生成共轭亚油酸。当能量达到一定程度，共轭双键会与其它的不饱和双键发生Diels-Alder 反应，反应生成产物主要为二聚亚油酸和少量的三聚亚油酸以及其它聚合产物，从而提高植物油的聚合度。同时其它不饱和脂肪酸在高温条件下也会存在一定的聚合反应。

通过红外检测分析，以3008cm-1附近烯烃碳氢键伸缩震动的吸收强度为依据，判定聚合程度。图1 为不同温度下聚合产品检测得到的红外谱图。

聚合实验以碘值表现聚合度，碘值越小，聚合度越高。测得原料的碘值为143.57，图2 为碘值与温度的关系。

图2 碘值与温度的关系

2.2 植物油聚合度对干燥时间的影响

木蜡油选用的植物油组分为碘值较高的干性油，对于干性油的干燥原理有多种说法。按照分子运动学说的观点可以解释为：液体分子具有很低的能量，可以做不规则的运动，干性油分子间存在着聚合力，两个或多个分子可以聚合形成一个复合分子化合物，分子越大，相应其动能就会降低，从而降低其运动的速率，当达到了一定点时，分子就会失去运动能力而形成固体。按照化学反应原理，可以解释为：不饱和脂肪酸中的双键经空气中氧气加合，形成过氧化物。再与另一不饱和脂肪酸加合作用，形成双氧碳氢化合物环。这样两个或多个分子以氧化为媒介，然后再加合，形成一个大分子。根据分子运动学说，分子量增大，运动能降低，就形成了固体，达到干燥的效果。所以，实验探究了植物油聚合度对干燥时间的影响。实验设定其它条件不变，只改变聚合度，表1 为聚合度与干燥时间的关系。

表1 聚合度对干燥时间的影响

2.3 催干剂对干燥时间的影响

一般涂料所用的涂料催干剂主要有钴催干剂，以铈为主的稀土催干剂﹑锰催干剂﹑铁催干剂﹑锌催干剂等十几种异辛酸金属皂盐等，以替代传统的环烷酸金属皂盐，主要用于油性涂料﹑油墨和清漆。其中异辛酸酸值高，无异味，制得的金属皂盐颜色较浅。涂料催干剂通常分为主催干剂和助催干剂。主要参与过氧化物生成以及分解的催干剂视为主催干剂，包括钴催干剂﹑以铈为主的稀土催干剂﹑锰催干剂等。能促进主催干剂活性的催干剂视为助催干剂，主要有钙盐﹑锌盐﹑钡盐等。催干剂催干的原理是对涂料起氧化和聚合的促进作用，从而加速涂料干燥固化，达到催干的效果。由于锰催干剂中重金属锰离子对环境以及人体都具有一定的危害性，目前在国内外都已经禁止使用。因此，实验主要比较了钴催干剂以及以铈为主的稀土催干剂对木蜡油干燥时间的影响。实验中保持其它条件不变，分别加入同量的不同主催干剂，比较2 种催干剂所起到的不同的催干效果。图3﹑4 分别为木蜡油干燥时间和所选催干剂的关系比较。

图3 表干时间与催干剂的关系

图4 实干时间与催干剂的关系

3 结论

1）植物油经过聚合之后，分子量增大，黏度提高。以植物油的聚合产物配制木蜡油需要加入稀释剂，调节黏度适中。配制的木蜡油为半透明液体，具有渗透能力强﹑气味小﹑防酸碱腐蚀﹑防潮﹑干燥时间短等优点。

2）温度在300℃以下时，植物油的聚合度小，主要原因是形成的共轭亚油酸的量较小。当温度达到300℃以上时，聚合度相对较高。当温度达到320℃时，植物油的聚合度达到最高。由此可见，在320℃时亚油酸能够很容易地转化为共轭亚油酸，为聚合最佳温度。实验证明，植物油聚合之后，碘值越小即聚合度越高，干燥所需时间就短。

3）钴催干剂和稀土催干剂对木蜡油的干燥起到的效果都很好，从图3 和图4 可以看出，钴催干剂对木蜡油的表干更有效，稀土催干剂对实干更有效果，但具体差别都不大，可根据木蜡油的不同要求，区别选用钴催干剂或者是稀土催干剂。

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