绿色环保桐油漆的研制

摘要：选用恩施本地生漆、桐油、松香等纯天然原料制备绿色环保油漆，参考影响油漆成膜的因素，以油漆表面观测指标为依据，设计单因素试验和正交试验，优化产品配方。结果显示桐油和生漆的质量比为８．0∶2．0；干燥剂的加入量为０．０６ ｇ／ｍＬ、松香的加入量为０．０６ ｇ／ｍＬ、ｐＨ值为６．０时，所得产品光泽度好，干燥快，硬度高，成膜效果佳；产品经测定重金属含量、可挥发性有机化合物（VOC）含量均未超标，达到环保标准，具有开发价值。

关键词：桐油；绿色环保漆；配方

中图分类号：ＴＱ６３０．６文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）13－2724-04

Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｇｒｅｅｎ Ｔｕｎｇ Ｐａｉｎｔ

ＺＨＥＮＧ Ｗｅｉ１，ＬＩＵ Ｊｉｎ－ｌｏｎｇ２，ＬＵＯ Ｘｉｎｇ－ｗｕ２，ＺＨＥＮＧ Ｘｉａｏ－ｊｉａｎｇ２，ＷＵ Ｃｈａｏ－ｊｕｎ２

（１． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ ４３００６４，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕｂｅｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｎａｔｉｏｎａｌｉｔｉｅｓ，Ｅｎｓｈｉ ４４５０００，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｒａｗ ｌａｃｑｕｅｒ， ｔｕｎｇ ｏｉｌ ａｎｄ ｒｏｓｉｎ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ Ｅｎｓｈｉ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ｇｒｅｅｎ ｔｕｎｇ ｐａｉｎｔ． Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐａｒｅｎｔ ｏｆ ｐａｉｎｔ ｆｉｌｍ ａｓ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ， ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐａｉｎｔ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｃｒａｆｔ ｗａｓ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ， mass ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｏｎｇ ｏｉｌ ｔｏ ｒａｗ ｌａｃｑｕｅｒ， ８．0∶2．0； ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｄｅｓｉｃｃａｎｔ， ０．０６ ｇ／ｍＬ； ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｒｏｓｉｎ， ０．０６ ｇ／ｍＬ； ｐＨ， ６．０． Ｔｈｅ ｐａｉｎｔ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｉｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｆｏｒｍｕｌａ ｗａｓ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ， ｒａｐｉｄ ｄｒｙｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ， ｈｉｇｈ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｇｒｅａｔ ｆｉｌｍ－ｆｏｒｍｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ａｎｄ volatile organic compounds（ＶＯＣ） ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ ｍｅｔ ｔｈｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， ｔｈｕｓ ｔｈｉｓ ｔｕｎｇ ｐａｉｎｔ ｗａｓ ｗｉｔｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｖａｌｕｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｕｎｇ ｏｉｌ； ｇｒｅｅｎ ｐａｉｎｔ； ｆｏｒｍｕｌａ

生漆具有漆膜坚硬、富有光泽、耐久、耐磨、耐油、耐水、耐热、耐腐蚀、绝缘，与基底材料表面结合力强等优点［１－３］，中国是世界上最早发现和利用生漆的国家，精美的中国漆器是传统的出口商品［４－６］。桐油是一种优良的带干性植物油，具有干燥快、比重轻、光泽度好、附着力强、耐热、耐酸、耐碱、防腐、防锈、不导电等特性，用途广泛，是制造油漆、油墨的主要原料，其线性脂肪族长碳链柔性结构可使烘漆具有较好的柔韧性和冲击强度［７］。松香则可使油漆色泽光亮，干燥快，漆膜光滑不易脱落。以生漆、桐油、松香为原料，可研制出质量上乘的环保油漆［８］。

目前市面上的涂料产品大多含有一定量的ＶＯＣ（可挥发性有机化合物）和重金属等有害物质。这些物质可通过呼吸道、皮肤等进入人体，侵害神经系统、造血系统和肝脏器官，甚至诱发神经系统病变［９］。控制涂料中有害物质的含量以减少其在生产和使用过程中对环境和人体健康的影响，改善环境质量，是涂料行业发展的必然趋势［１０］。恩施州地处湖北西南部，气候温暖湿润，盛产优质金丝桐油、生漆及松香。尤其是产于恩施利川的毛坝天然生漆，是中国三大名漆之一［６］。采用恩施本地生漆、桐油、松香等纯天然原料，研制绿色环保桐油漆，用单因素试验和正交试验优化产品配方，以期为绿色环保漆的开发提供依据。

１材料与方法

１．１材料

桐油（来凤县四海贸易有限责任公司提供）、生漆（利川市供销社提供）、松香（咸丰县振兴松香厂提供）；二氧化锰、松节油、Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）、乙醇、异丙醇、丙酮、合成树脂类色精（恩施州红霞化工有限责任公司提供）。

１．２方法

１．２．１油漆的配制

１）试验原料的预处理①松香：将松香块用木锤拍打成粉末状；②桐油：称取一定质量的桐油于烧瓶中，置于1００ ℃的电热套里，保温１５ ｍｉｎ后取出，在冷水中迅速降温至常温；③生漆：用纱布在大的烧杯上过滤２～３次，然后将生漆在２０～３０ ℃时置日光下曝晒或在减压常温下搅拌使其尽快脱去水分，使漆酶活化，同时使漆酚进行一定程度的氧化聚合，约除去所含水分的３０％，生漆由乳白色逐渐变为棕色即可。

２）油漆小样产品的生产将预处理的桐油和生漆按比例混合，搅拌均匀加温到１００ ℃，保温０．５ ｈ，添加一定量的松香粉末并搅拌均匀后置于带有搅拌器的反应罐内按要求升温，熬制１ ｈ，并保持一定的酸碱度，反应结束前３０ ｍｉｎ按剂量要求加入干燥剂和产品颜色需要的色精，搅拌反应１０ ｍｉｎ，反应结束前加无水乙醇稀释，反应结束后经质量检验合格的产品灌装贴标签。

１．２．２油漆生产配方的优化

１）设置单因素试验分别考察油漆中加入桐油和生漆的比例、二氧化锰（干燥剂）用量、松香用量、油漆中的ｐＨ值、颜料用量和生漆熟化温度对油漆成品质量的影响：①加入桐油和生漆的质量比分别为９．５∶０．５、９．０∶１．０、８．５∶１．５、８．０∶２．０、７．５∶２．５、７．０∶３．０，不加干燥剂１００ ℃熬制１ ｈ。②桐油和生漆的质量比为８．０∶２．０，加入二氧化锰（干燥剂）的量分别为０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８ ｇ／ｍＬ；③在桐油和生漆的质量比为８．０∶２．０，ｐＨ值为７．０时，加入松香的量分别为０、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７ ｇ／ｍＬ；④桐油和生漆的质量比为８．０∶２．０，松香加入量为０．０５ ｇ／ｍＬ，干燥剂加入量为０．０５ ｇ／ｍＬ，调节油漆中的ｐＨ值分别为５．１、５．５、６．０、６．５、７．１、８．０、８．２；⑤生漆熟化温度为１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００ ℃。

２）依据单因素试验设计正交试验（表1），以确定最优配方。

３）油漆样品表观质量的评定：将单因素试验和正交试验所得的漆样，刷在光滑的木板上，自然干燥后由１０名油漆专业人员根据油漆产品特点对各处理漆样的色泽、光泽度、硬度、干燥速度等进行评定，并给出评判的分数。漆样在研究期间各项表面观测指标的评分标准见表２。

１．２．３样品ＶＯＣ和重金属的测定①ＶＯＣ：使用全自动溶剂残留测定仪测定样品ＶＯＣ的含量［１１］。②重金属：采用常压消解法测定重金属含量［１２］。

２结果与分析

２．１桐油和生漆配比对油漆成品质量的影响

油漆成品的成膜干燥时间随着生漆加入量的增加而延长（表３），当桐油和生漆的质量比为９．５∶０．５时，１００ ℃熬制１ ｈ的成膜时间较短，且表观得分较高。

２．２干燥剂二氧化锰加入量对油漆成品质量的影响

干燥剂加入得越多，油漆干燥的时间越短（表４），但是其与油漆成膜后的表观得分并不成线性相关，当干燥剂加入量为０．０５ ｇ／ｍＬ时，油漆质量较好。

２．３松香加入量对油漆成品质量的影响

松香对油漆的成膜时间有较大影响，从油漆成膜后的表观得分来看，松香的适宜加入量为０．０５ ｇ／ｍＬ（表５）。

２．４油漆ｐＨ值对油漆成品质量的影响

ｐＨ值对油漆成膜时间的影响不明显，但对刷漆后的色泽、光泽度和硬度有较大影响，依据油漆表观得分，ｐＨ值以６．５为宜（表６）。

２．５生漆熟化温度对漆膜光泽色泽的影响

生漆熟化温度过高或过低，形成漆膜的光泽都不够理想，以１７０ ℃熬制１ ｈ时所得漆膜光泽明亮，颜色鲜艳（表７）。

２．6油漆影响因素正交试验结果

由表８可知，影响油漆成膜的因素的顺序为Ｂ＞D＞A＞Ｃ，即干燥剂用量＞ｐＨ值＞桐油和生漆配比＞松香用量，正交最佳组合为Ａ3Ｂ２Ｃ３Ｄ１，即桐油和生漆的质量比为８．0∶2．0，干燥剂的加入量为０．０６ ｇ／ｍＬ，松香的加入量为０．０６ ｇ／ｍＬ，ｐＨ值为６．０。

２．7小样产品ＶＯＣ和重金属的测定

小样产品ＶＯＣ值为１２６ ｇ／Ｌ，铅含量１５．３ ｍｇ／ｋｇ，铬６．７１ ｍｇ／ｋｇ，汞４．１ ｍｇ／ｋｇ，镉５．７８ ｍｇ／ｋｇ，远低于国家所规定的限量［１３］，也符合绿色环保产品的质量标准［１０］。

３小结与讨论

本研究所确定的绿色环保桐油漆生产工艺流程为：①桐油和生漆按８．0∶2．0的质量比按混匀，１００ ℃保温０．５ ｈ；②添加松香０．０６ ｇ／ｍＬ，搅拌均匀，加温到１７０ ℃熬制１ ｈ；③加干燥剂二氧化锰０．０６ ｇ／ｍＬ，搅拌反应１０ ｍｉｎ；④加无水酒精稀释成油漆涂料浓度，整个反应过程保持反应体系ｐＨ值为６．０。所得产品ＶＯＣ和重金属铅的含量均未超标，达到绿色环保产品的质量标准。形成的绿色环保桐油漆对进一步完善该产品生产参数具有重要的参考价值。

该环保油漆的成膜速度还与环境的温度和湿度有关，不同的温度和湿度对试验结果有影响，工业化生产该环保油漆需要研究确定生产参数。该环保油漆可被用于研发船舶的压载舱漆、货舱漆、甲板漆等；特种涂料中的耐海水漆、耐高温漆等，具有良好的发展前景。本研究用天然的生漆、桐油、松香生产的环保彩漆，干燥剂为无机化学试剂二氧化锰，无毒且用量少，合成树脂色精用量少，可考虑作为玩具油漆和室内环保涂料使用。

参考文献：

［１］ 李润兰，叶洪权，李燕，等． 生漆涂料的研究与现状［Ｊ］． 中国生漆，１９９９，１８（２）：４１－４５．

［２］ 丁莉． 坝漆产业开发及其可持续发展［Ｊ］．中国生漆，２００２，21（２）：29－３４．

［３］ 葛义谦． 浅谈天然植物油漆的国内外现状［Ｊ］．现代涂料与涂装，２００６，（９）１：２５－２８．

［４］ 王尚林，曹金柱． 中国漆文化发展简史［Ｊ］． 中国生漆，２００３，２３（２）：２５－３１．

［５］ 张健，李萍． 二十世纪中国生漆科技发展概要［Ｊ］． 中国生漆，２０００，1９（２）：4－11．

［６］ 张飞龙，魏朔南，李刚．生漆行业发展的机遇与挑战［Ｊ］． 中国生漆，２０００，１９（１）：９－１３．

［７］ 廖桂华． 近代以来恩施桐油的生产及贸易［Ｊ］．边疆经济与文化，２００６（３）：１８－１９．

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［９］ 杜予民．中国生漆化学研究与应用开发［Ｊ］．涂料技术，１９９３，５（１）：５－８．

［１０］ ＨＪ／Ｔ２０１─２００５，中华人民共和国环境保护行业标准［Ｓ］．

［１１］ 尹建武，曹磊， 敖飞龙， 等． 乳胶漆中ＶＯＣ测定方法的探索［Ｊ］． 涂料工业，２００８，３８（２）：６１－６５．

［１２］ 孙汉文． 原子光谱分析［Ｍ］． 北京：高等教育出版社，２００２．

［１３］ ＧＢ １８５８１－２００９，室内装饰装修材料 溶剂型木器涂料中有害物质限量［Ｓ］．

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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