桐油基木蠟油涂料的制備及其性能分析*

陳凡師，秦滋潤，楊 焰，廖有為**

(1.江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330200；2.中南林業(yè)科技大學 材料科學與工程學院，湖南 長沙 410004)

木蠟油是一種新型的綠色環(huán)保涂料，主要由全天然的植物油和動植物蠟組成，不添加任何化學有機溶劑，在制造、施工、使用等全生命周期中都一直保持著綠色環(huán)保的性能。使用木蠟油涂飾木制品， 不僅能對木制品起到保護、滋潤和保養(yǎng)的作用，還能凸顯木材的天然紋理及質感，賦予其豐富多變的色彩。木蠟油在國內發(fā)展應用與各個領域，如汽車、酒店、玩具等各個行業(yè)，但由于其成本相對較高，一些理化性能差等因素，木蠟油在市場的份額特別小[1-2]。

為了提高木蠟油涂膜的耐磨性和抗老化性，得到涂飾性能好的木質產(chǎn)品，本文以自制的精致桐油和聚合桐油為原料，采用桐油對木蠟油進行制備，并分析改性后木蠟油的漆膜性能變化，以期為家具及木制品的木蠟油涂裝提供理論數(shù)據(jù)和參考依據(jù)[1～2]。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

精制桐油、聚合桐油、C18不飽和脂肪酸甲酯，自制；蠟粉，工業(yè)級，南京天詩新材料科技有限公司；松節(jié)油，工業(yè)級，廣州市周隆化工有限公司；脫芳脂肪烴稀釋劑，工業(yè)級，廣州市周隆化工有限公司；混合催干劑，工業(yè)級，邁達斯化工有限公司；防結皮劑，工業(yè)級，浙江圣安化工股份有限公司；防沉劑，工業(yè)級，直尚化工有限公司；手感助劑，工業(yè)級，廣州優(yōu)麗可化工股份有限公司；消光粉，工業(yè)級，北京航天賽德科技有限公司；打磨助劑，工業(yè)級，洛陽燁方新材料科技有限公司；香精，工業(yè)級，湘潭嘉葉源生物科技有限公司；冰乙酸，分析純，上海三愛思試劑有限公司；丙酮，分析純，天津市光復科技發(fā)展有限公司。

電熱恒溫干燥箱，WGL-65B，天津泰斯特儀器有限公司；攪拌砂磨分散多用機，BGD 750，廣州標格達實驗室儀器用品有限公司。

1.2 桐油基底漆的制備工藝及配方設計

將一定量的精制桐油、聚合桐油與脫芳脂肪烴稀釋劑先加入攪拌分散涂料罐中，在 1500 r/min 轉速下均勻攪拌 10 min；再將一定量的C18UFAMEs、松節(jié)油、混合催干劑、防結皮劑和打磨助劑加入配料罐中，在 800 r/min 轉速下攪拌至漆液分散均勻，桐油基底漆制備完成。單因素基礎上，確定混合催干劑添加量為質量分數(shù)2.5%，對聚合桐油添加量、精制桐油添加量、C18UFAMEs添加量進行三因素三水平的正交實驗，因素水平見表1[2]。

表1 桐油基底(面漆)漆配方正交實驗因素水平表

1.3 桐油基面漆配方設計

將精制桐油、聚合桐油、脫芳脂肪烴稀釋劑與防沉劑加入至攪拌分散機涂料罐中，在 1500 r/min 轉速下均勻攪拌分散 10 min；再添加消光粉與蠟粉，同樣轉速均勻攪拌分散 10 min；再將C18UFAMEs、松節(jié)油、混合催干劑、防結皮劑、手感助劑、香精加入至涂料罐中，在 800 r/min 轉速下攪拌至漆液分散均勻，桐油基面漆制備完成[3]。在單因素基礎上，確定蠟粉添加量為w=5%、混合催干劑添加量為w=2.5%，對聚合桐油添加量、精制桐油添加量、C18UFAMEs添加量進行三因素三水平的正交實驗，因素水平見表1。

2 結果與討論

2.1 桐油基底、面漆配方優(yōu)化

聚合桐油添加量對桐油基底漆性能的影響見表2、表3。

表2 聚合桐油添加量對桐油基底漆性能的影響

表3 聚合桐油添加量對桐油基面漆性能的影響

從表2和表3看出，聚合桐油的添加量對桐油基底和基面的黏度、固含量、表干時間、實干時間，以及涂飾的外觀等性能影響很明顯。其中，當聚合桐油的添加量相對比較少時，基底和基面的外觀會出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象，其主要原因是此時的漆膜是以精制桐油為主進行的成膜反應，且成膜速度比較慢，進而影響了整體的成膜速度，導致在漆膜的表明會產(chǎn)生表面力的作用從而起皺。當其他條件不變的情況下，隨著聚合桐油添加量的逐漸增加，固含量、黏度、表干時間、實干時間都隨之增加而增加。

精制桐油添加量對桐油基底漆性能的影響見表4、表5。

表4 精制桐油添加量對桐油基底漆性能的影響

表5 精制桐油添加量對桐油基面漆性能的影響

從表4和表5看出，在精制桐油添加量較少(低于或等于25%)的情況下，基底和基面的外觀是不起皺的，而當添加量在30%及以上的時候，基底和基面會出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象，其主要原因與聚合桐油添加量對起皺現(xiàn)象產(chǎn)生的原因所闡述相同。對固含量、表干時間和實干時間隨著精制桐油添加量的增多，而逐步增大。而黏度則隨精致桐油的增加而減小。與聚合桐油相比，精制桐油的黏度遠小于聚合桐油。黏度小的情況下，對漆膜的涂飾操作將會相對方便易操作。

C18UFAMEs添加量對桐油基底漆性能的影響見表6、表7。

表6 C18 UFAMEs添加量對桐油基底漆性能的影響

表7 C18 UFAMEs添加量對桐油基面漆性能的影響

從表6和表7看出，當C18UFAMEs的添加量少于或等于14%時，桐油基底和基面不會結皮；當其添加量在16%及以上于時，基底和基面將會發(fā)生結皮現(xiàn)象。其主要原因是C18UFAMEs里面含有大量的雙鍵，導致反應的活性特別高，所以發(fā)生結皮現(xiàn)象，不利于貯存。隨著C18UFAMEs添加量的增多，基面和基底的固含量、表干時間和實干時間也隨之增多和增大。但其黏度卻隨C18UFAMEs的增多而降低。C18UFAMEs作為一種稀釋劑，在反應中降低了VOCs，還參與了氧化聚合的反應[4]。

桐油基底、面漆配方正交實驗結果見表8。

表8 桐油基底、面漆配方正交實驗結果 w/%

表8(續(xù))

根據(jù)之前的單因素實驗確定好各催干劑的用量，進而設計正交實驗優(yōu)化桐油基底、面漆配方。根據(jù)表8得出，正交實驗的各因素對實驗的影響A>B>C,即聚合桐油的添加量>精制桐油添加量>C18UFAMEs添加量[4]。桐油基底、面漆的最佳配方均為A1B1C2，即聚合桐油添加30%，精制桐油添加15%，C18UFAMEs添加12%。最佳配方見表9和表10。

表9 桐油基木器涂料底漆配方表

表10 桐油基木器涂料面漆配方表

在正交實驗確定主要成膜物質的基礎上，完善配方所需各種助劑，并根據(jù)施工性能要求添加合適的稀釋劑得出適宜于噴涂施工的工廠用桐油基木器涂料底漆、面漆配方，以及適宜于擦拭施工的和家庭用桐油基木蠟油涂料底漆、面漆配方(表11、表12)。

表11 桐油基木蠟油底漆配方

表12 桐油基木蠟油面漆配方

由圖1看出，桐油基底、面漆不會影響木材的天然紋理。相比而言，底漆的滲透性較好，面漆的手感光滑，光澤度優(yōu)良，呈半啞光效果，加入顏料可根據(jù)需要制成各種色漆。

a.底漆； b.面漆；c、d.色漆。

桐油基木蠟油涂料的底漆和面漆(清漆)見圖2a、圖2b；加入顏料可根據(jù)需要制成各種色漆見圖2c。

a.底漆；b.面漆；c.色漆。

2.2 桐油基底、面漆理化性能檢測結果分析

按最佳配方比例制備的桐油基底、面漆的理化性能檢測結果見表13。

由表13看到，桐油基涂料漆液貯存性能良好，漆膜干燥時間短，涂飾外觀優(yōu)異，耐干熱、耐冷液、耐污染性等均符合LY/T2709-2016 的標準要求[4～5]。

表13 桐油基底、面漆理化性能檢測結果

2.3 桐油基底、面漆有害物質含量測定分析

桐油基底、面漆有害物質含量測定分析結果見表14。

由表14看到，桐油基涂料不含苯、甲苯、二甲苯及鉛、鎘、鉻、汞4種可溶性金屬，VOC含量也符合LY/T2709-2016 木蠟油的標準要求[4,6]

表14 桐油基底、面漆理化性能檢測結果

3 結論

以精制桐油、聚合桐油作為主要成膜物質，C18UFAMEs作為反應型活性稀釋劑，根據(jù)不同應用場合的技術要求調整配方，獲得工廠用桐油基木器涂料底漆和面漆配方，以及家庭裝修用桐油基木蠟油涂料底漆和面漆配方，并對4個產(chǎn)品性能進行檢測。4種桐油涂料的各項性能指標均符合LY/T 2709-2016標準的技術要求[4,7,8]。其中，底漆和面漆的表干時間與實干時間分別為 1.3 h 和 7.0 h，完全超越標準性能指標的要求(表干要求：4 h、實干要求：24 h)，說明該桐油基涂料具備干燥速度快的性能特點。桐油基底、面漆所檢測VOCS含量，苯、甲苯、二甲苯、乙苯含量總和以及可溶性重金屬含量，除符合LY/T 2709—2016的標準要求外，也符合GB 18581—2020 木器涂料中有害物質限量的要求，說明該桐油基涂料環(huán)保性能突出[9-10]。