綠色環保桐油漆的研制

摘要：選用恩施本地生漆、桐油、松香等純天然原料制備綠色環保油漆，參考影響油漆成膜的因素，以油漆表面觀測指標為依據，設計單因素試驗和正交試驗，優化產品配方。結果顯示桐油和生漆的質量比為８．0∶2．0；干燥劑的加入量為０．０６ ｇ／ｍＬ、松香的加入量為０．０６ ｇ／ｍＬ、ｐＨ值為６．０時，所得產品光澤度好，干燥快，硬度高，成膜效果佳；產品經測定重金屬含量、可揮發性有機化合物（VOC）含量均未超標，達到環保標準，具有開發價值。

關鍵詞：桐油；綠色環保漆；配方

中圖分類號：ＴＱ６３０．６文獻標識碼：Ａ文章編號：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

生漆具有漆膜堅硬、富有光澤、耐久、耐磨、耐油、耐水、耐熱、耐腐蝕、絕緣，與基底材料表面結合力強等優點［１－３］，中國是世界上最早發現和利用生漆的國家，精美的中國漆器是傳統的出口商品［４－６］。桐油是一種優良的帶干性植物油，具有干燥快、比重輕、光澤度好、附著力強、耐熱、耐酸、耐堿、防腐、防銹、不導電等特性，用途廣泛，是制造油漆、油墨的主要原料，其線性脂肪族長碳鏈柔性結構可使烘漆具有較好的柔韌性和沖擊強度［７］。松香則可使油漆色澤光亮，干燥快，漆膜光滑不易脫落。以生漆、桐油、松香為原料，可研制出質量上乘的環保油漆［８］。

目前市面上的涂料產品大多含有一定量的ＶＯＣ（可揮發性有機化合物）和重金屬等有害物質。這些物質可通過呼吸道、皮膚等進入人體，侵害神經系統、造血系統和肝臟器官，甚至誘發神經系統病變［９］。控制涂料中有害物質的含量以減少其在生產和使用過程中對環境和人體健康的影響，改善環境質量，是涂料行業發展的必然趨勢［１０］。恩施州地處湖北西南部，氣候溫暖濕潤，盛產優質金絲桐油、生漆及松香。尤其是產于恩施利川的毛壩天然生漆，是中國三大名漆之一［６］。采用恩施本地生漆、桐油、松香等純天然原料，研制綠色環保桐油漆，用單因素試驗和正交試驗優化產品配方，以期為綠色環保漆的開發提供依據。

１材料與方法

１．１材料

桐油（來鳳縣四海貿易有限責任公司提供）、生漆（利川市供銷社提供）、松香（咸豐縣振興松香廠提供）；二氧化錳、松節油、Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）、乙醇、異丙醇、丙酮、合成樹脂類色精（恩施州紅霞化工有限責任公司提供）。

１．２方法

１．２．１油漆的配制

１）試驗原料的預處理①松香：將松香塊用木錘拍打成粉末狀；②桐油：稱取一定質量的桐油于燒瓶中，置于1００ ℃的電熱套里，保溫１５ ｍｉｎ后取出，在冷水中迅速降溫至常溫；③生漆：用紗布在大的燒杯上過濾２～３次，然后將生漆在２０～３０ ℃時置日光下曝曬或在減壓常溫下攪拌使其盡快脫去水分，使漆酶活化，同時使漆酚進行一定程度的氧化聚合，約除去所含水分的３０％，生漆由乳白色逐漸變為棕色即可。

２）油漆小樣產品的生產將預處理的桐油和生漆按比例混合，攪拌均勻加溫到１００ ℃，保溫０．５ ｈ，添加一定量的松香粉末并攪拌均勻后置于帶有攪拌器的反應罐內按要求升溫，熬制１ ｈ，并保持一定的酸堿度，反應結束前３０ ｍｉｎ按劑量要求加入干燥劑和產品顏色需要的色精，攪拌反應１０ ｍｉｎ，反應結束前加無水乙醇稀釋，反應結束后經質量檢驗合格的產品灌裝貼標簽。

１．２．２油漆生產配方的優化

１）設置單因素試驗分別考察油漆中加入桐油和生漆的比例、二氧化錳（干燥劑）用量、松香用量、油漆中的ｐＨ值、顏料用量和生漆熟化溫度對油漆成品質量的影響：①加入桐油和生漆的質量比分別為９．５∶０．５、９．０∶１．０、８．５∶１．５、８．０∶２．０、７．５∶２．５、７．０∶３．０，不加干燥劑１００ ℃熬制１ ｈ。②桐油和生漆的質量比為８．０∶２．０，加入二氧化錳（干燥劑）的量分別為０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７、０．０８ ｇ／ｍＬ；③在桐油和生漆的質量比為８．０∶２．０，ｐＨ值為７．０時，加入松香的量分別為０、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５、０．０６、０．０７ ｇ／ｍＬ；④桐油和生漆的質量比為８．０∶２．０，松香加入量為０．０５ ｇ／ｍＬ，干燥劑加入量為０．０５ ｇ／ｍＬ，調節油漆中的ｐＨ值分別為５．１、５．５、６．０、６．５、７．１、８．０、８．２；⑤生漆熟化溫度為１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００ ℃。

２）依據單因素試驗設計正交試驗（表1），以確定最優配方。

３）油漆樣品表觀質量的評定：將單因素試驗和正交試驗所得的漆樣，刷在光滑的木板上，自然干燥后由１０名油漆專業人員根據油漆產品特點對各處理漆樣的色澤、光澤度、硬度、干燥速度等進行評定，并給出評判的分數。漆樣在研究期間各項表面觀測指標的評分標準見表２。

１．２．３樣品ＶＯＣ和重金屬的測定①ＶＯＣ：使用全自動溶劑殘留測定儀測定樣品ＶＯＣ的含量［１１］。②重金屬：采用常壓消解法測定重金屬含量［１２］。

２結果與分析

２．１桐油和生漆配比對油漆成品質量的影響

油漆成品的成膜干燥時間隨著生漆加入量的增加而延長（表３），當桐油和生漆的質量比為９．５∶０．５時，１００ ℃熬制１ ｈ的成膜時間較短，且表觀得分較高。

２．２干燥劑二氧化錳加入量對油漆成品質量的影響

干燥劑加入得越多，油漆干燥的時間越短（表４），但是其與油漆成膜后的表觀得分并不成線性相關，當干燥劑加入量為０．０５ ｇ／ｍＬ時，油漆質量較好。

２．３松香加入量對油漆成品質量的影響

松香對油漆的成膜時間有較大影響，從油漆成膜后的表觀得分來看，松香的適宜加入量為０．０５ ｇ／ｍＬ（表５）。

２．４油漆ｐＨ值對油漆成品質量的影響

ｐＨ值對油漆成膜時間的影響不明顯，但對刷漆后的色澤、光澤度和硬度有較大影響，依據油漆表觀得分，ｐＨ值以６．５為宜（表６）。

２．５生漆熟化溫度對漆膜光澤色澤的影響

生漆熟化溫度過高或過低，形成漆膜的光澤都不夠理想，以１７０ ℃熬制１ ｈ時所得漆膜光澤明亮，顏色鮮艷（表７）。

２．6油漆影響因素正交試驗結果

由表８可知，影響油漆成膜的因素的順序為Ｂ＞D＞A＞Ｃ，即干燥劑用量＞ｐＨ值＞桐油和生漆配比＞松香用量，正交最佳組合為Ａ3Ｂ２Ｃ３Ｄ１，即桐油和生漆的質量比為８．0∶2．0，干燥劑的加入量為０．０６ ｇ／ｍＬ，松香的加入量為０．０６ ｇ／ｍＬ，ｐＨ值為６．０。

２．7小樣產品ＶＯＣ和重金屬的測定

小樣產品ＶＯＣ值為１２６ ｇ／Ｌ，鉛含量１５．３ ｍｇ／ｋｇ，鉻６．７１ ｍｇ／ｋｇ，汞４．１ ｍｇ／ｋｇ，鎘５．７８ ｍｇ／ｋｇ，遠低于國家所規定的限量［１３］，也符合綠色環保產品的質量標準［１０］。

３小結與討論

本研究所確定的綠色環保桐油漆生產工藝流程為：①桐油和生漆按８．0∶2．0的質量比按混勻，１００ ℃保溫０．５ ｈ；②添加松香０．０６ ｇ／ｍＬ，攪拌均勻，加溫到１７０ ℃熬制１ ｈ；③加干燥劑二氧化錳０．０６ ｇ／ｍＬ，攪拌反應１０ ｍｉｎ；④加無水酒精稀釋成油漆涂料濃度，整個反應過程保持反應體系ｐＨ值為６．０。所得產品ＶＯＣ和重金屬鉛的含量均未超標，達到綠色環保產品的質量標準。形成的綠色環保桐油漆對進一步完善該產品生產參數具有重要的參考價值。

該環保油漆的成膜速度還與環境的溫度和濕度有關，不同的溫度和濕度對試驗結果有影響，工業化生產該環保油漆需要研究確定生產參數。該環保油漆可被用于研發船舶的壓載艙漆、貨艙漆、甲板漆等；特種涂料中的耐海水漆、耐高溫漆等，具有良好的發展前景。本研究用天然的生漆、桐油、松香生產的環保彩漆，干燥劑為無機化學試劑二氧化錳，無毒且用量少，合成樹脂色精用量少，可考慮作為玩具油漆和室內環保涂料使用。

參考文獻：

［１］ 李潤蘭，葉洪權，李燕，等． 生漆涂料的研究與現狀［Ｊ］． 中國生漆，１９９９，１８（２）：４１－４５．

［２］ 丁莉． 壩漆產業開發及其可持續發展［Ｊ］．中國生漆，２００２，21（２）：29－３４．

［３］ 葛義謙． 淺談天然植物油漆的國內外現狀［Ｊ］．現代涂料與涂裝，２００６，（９）１：２５－２８．

［４］ 王尚林，曹金柱． 中國漆文化發展簡史［Ｊ］． 中國生漆，２００３，２３（２）：２５－３１．

［５］ 張健，李萍． 二十世紀中國生漆科技發展概要［Ｊ］． 中國生漆，２０００，1９（２）：4－11．

［６］ 張飛龍，魏朔南，李剛．生漆行業發展的機遇與挑戰［Ｊ］． 中國生漆，２０００，１９（１）：９－１３．

［７］ 廖桂華． 近代以來恩施桐油的生產及貿易［Ｊ］．邊疆經濟與文化，２００６（３）：１８－１９．

［８］ 黃道戰，雷福厚，藍虹云，等． 鄰苯二酚－桐油樹脂的成膜性能研究［Ｊ］． 涂料工業，２００５，３５（２）：２８－３０．

［９］ 杜予民．中國生漆化學研究與應用開發［Ｊ］．涂料技術，１９９３，５（１）：５－８．

［１０］ ＨＪ／Ｔ２０１─２００５，中華人民共和國環境保護行業標準［Ｓ］．

［１１］ 尹建武，曹磊， 敖飛龍， 等． 乳膠漆中ＶＯＣ測定方法的探索［Ｊ］． 涂料工業，２００８，３８（２）：６１－６５．

［１２］ 孫漢文． 原子光譜分析［Ｍ］． 北京：高等教育出版社，２００２．

［１３］ ＧＢ １８５８１－２００９，室內裝飾裝修材料 溶劑型木器涂料中有害物質限量［Ｓ］．

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文