桐油脱酸精制工艺优化研究

黄 彬，吴忠冬，葛 毅，龙洪旭，杨 焰，廖有为

（中南林业科技大学材料科学与工程学院，长沙 410000）

油桐属于大戟科油桐属植物，是我国特有的大本油料树种。我国油桐的重点产区是湖南湘西以及重庆，桐油生产量占到了全球70%以上［1］。

最近几年，随着国家环保政策不断深入，桐油重新受到了人民的重视，由于生桐油存在酸值高不耐储存、气味大的问题，限制了其在工业领域中的应用。目前对于溶剂萃取法精制桐油的工艺优化的研究较少，本文利用溶剂萃取法对生桐油进行精制，并对脱酸工艺进行了研究，进一步改善桐油的品质。

1 实验

1.1 材料与仪器

桐油，工业级；无水酒精，分析纯；KOH，分析纯；合成沸石；KI，分析纯；淀粉，食品级；Na2SO3，分析纯；环己烷，分析纯；HCl，分析纯；无水乙酸，分析纯；I-Cl，分析纯；酚酞，IND。

HZ-HG-602N和FA2004型电子天平；98-I-B型电子恒温电热套；AF-1018数显加热电力搅拌器；DW-3型数显电动搅拌器；SHZ-D（Ⅲ）型循环水式真空泵；RE-2000A型旋转蒸发仪；DL-1型万用电炉；BGD 155型智能数字式粘度计。

1.2 精制桐油的制备工艺

1.2.1 溶剂萃取脱酸工艺

采用《GB／T 5530-2005》中的酸值测定法，确定生桐油脱酸后的酸值，并根据式（1）得到脱酸率。按式（1）计算脱酸率。

式中：S1为桐油脱酸前的酸值，mg／g；S2为桐油脱酸后的酸值，mg／g。

以脱酸率为指标，考察无水酒精添加量（100%、95%、90%、85%、80%）、料液比（1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5 g／mL）、萃取的温度（15、25、35、45、55℃）和萃取的时间（15、30、45、60、75 h）正交实验，优化了桐油的最佳脱酸条件，并对最佳方案进行了分析和验证。

1.2.2 桐油理化指标的测定

1）色泽的测定［2］

将将过滤后的桐油样品倒入玻璃管中，与Gardner玻璃色标进行比较，并记录其亮度和饱和度最接近样品的标准号。

2）酸值的测定［3］

将酚酞指示剂和无水酒精倒入烧瓶中混合，并加至70℃，用KOH溶液滴定直至变色，并维持15s左右。然后将中和的无水酒精溶液转移到装有桐油样品的烧瓶中，均匀混合后加热至沸腾状态，再次滴定直到溶液的颜色改变，并维持15s左右不变。

3）皂化值的测定［4］

称取一定质量桐油样品加入烧杯中，添加KOH-CH3CH2OH溶液和合成沸石，连接回流冷凝器，将烧瓶放入油浴锅中缓慢煮沸，保持油沸腾60min，并保持震动模式。将酚酞指示剂滴加到热桐油中，并用HCl标准溶液滴定直至颜色消失。同时，进行了空白对照实验。

2 结果与讨论

2.1 脱酸工艺优化

2.1.1 无水酒精质量分数对桐油脱酸率的影响

当在90%至95%的无水酒精质量分数下，桐油脱酸率的改变最大；当无水酒精质量分数高于95%时，脱酸率的改变呈相对较为平缓的趋势。由此，可得出结论，选取无水酒精质量分数为90%，95%，100%较为适宜。

2.1.2 料液比对桐油脱酸率的影响

经一系列的分析结合脱酸效果，无水酒精回收，操作成本等多方面综合因素，料液比（g／mL）为 1∶2.5，1∶3，和 1∶3.5的较为合适。

2.1.3 萃取温度对桐油脱酸率的影响

在脱酸条件相同的前提下，当温度处于25℃以下时，升高温度，脱酸率则会缓慢增加；当温度高于25℃时，脱酸率随温度的升高而下降。当温度升高到35℃左右时，萃取降低速率放缓。

2.1.4 萃取时间对桐油脱酸率的影响

由图1可知，在相同的脱酸条件下，当时间在30 h以内时，随着提取时间的继续增加脱酸率也增加；超过30 h后，脱酸率随时间缓慢增加呈下降趋势。经分析可得，最佳的萃取时间应该为15，30，45 h为宜。

图1 萃取时间对桐油脱酸率的影响

2.2 正交实验

根据单因素实验，设计L9（34）正交实验方案，选取无水酒精浓度、料液比、萃取温度和萃取时间为自变量，以桐油脱酸率为指标。正交实验因素水平表见表1。

表1 萃取脱酸正交实验因素水平表

表2 正交实验结果

根据表2可知，各因素对桐油脱酸率影响的主次顺序为A＞B＞C＞D，即乙醇质量分数＞料液比＞萃取温度 ＞萃取时间，桐油脱酸最佳工艺为A1B3C1D2，通过做验证实验，即乙醇质量分数100%、料液比1∶3.5、萃取温度为15℃、萃取时间30 h时，桐油脱酸率为78.07%。

2.3 精制前后的桐油理化指标分析

实验精制后的桐油，各种指标已经满足了林业行业标准LY／T 2865-2017桐油中优等品的要求［8］。

3 结论

重点以脱酸率为评价指标对生桐油的脱酸工艺进行优化，使用溶剂萃取的方法，采用四因素三水平L9（34）正交实验法，得到最佳桐油脱酸工艺条件为：无水酒精质量分数100%、料液比1∶3.5g／mL、萃取温度15℃、萃取时间30 min，在此工艺下，桐油脱酸率可达78.07%。