CN101519568A - 木器类产品用自然油 - Google Patents

Abstract

一种木器类产品用自然油，涉及化工产品制造技术领域，主要由聚合亚麻油、植物蜡、活性催干剂、防结皮剂和紫外线吸收剂为原料制成，制备方法是将亚麻油加温氧化聚合制成聚合亚麻油，将植物蜡加热至熔融温度熔化，加入聚合亚麻油中搅拌混合均匀，冷却降至室温，再分别加入活性催干剂、防结皮剂和紫外线吸收剂，并且连续搅拌混合均匀，制成自然油。本发明自然油是以天然植物油和植物蜡为基料组成，不产生有害气体，做到了完全健康环保。自然油能够充分与木材纤维结合，增强木材表面硬度，防止外来水和污渍，对木材起到保护、滋润、保养和增强天然纹理质感的作用。同时还可对木材进行染色。

Description

木器类产品用自然油

技术领域

本发明涉及化工产品制造技术领域，是一种涂料类的油。

背景技术

现有涂装木器类产品的油漆主要由化工产品作为原料，含有毒性及刺激性成分，对人体造成危害。随着经济生活水平的提高，人们日益关注生活环境的健康问题，开始寻求绿色环保原料为主要成分的自然涂料来代替传统涂料。自然类涂料由于完全无毒、无害、健康的天然特性开始逐渐被用于私人居室的装饰上。但目前已公开的自然类涂料使用效果不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是公开一种使用效果，并且无毒、无害的木器类产品用自然油。

本发明的解决问题的技术方案是采用聚合亚麻油、植物蜡、活性催干剂、防结皮剂和紫外线吸收剂为主要成分制成木器类产品用自然油，其中各种原料所占重量份数比如下：

聚合亚麻油             50—90；

植物蜡                 4-20；

活性催干剂             0.1—1.6；

防结皮剂                 0.1—1.0；

紫外线吸收剂             0.1—0.8；

制备方法如下：

1、亚麻油的氧化聚合：

将精制后亚麻油加入到三口瓶中，搅拌、通空气，升温至140—150℃反应8小时，制成聚合亚麻油；

2、取前述重量重比例的聚合亚麻油、植物蜡、活性催干剂、防结皮剂和紫外线吸收剂，将植物蜡加热至熔融温度熔化，加入聚合亚麻油中搅拌混合均匀，冷却降至室温，再分别加入活性催干剂、防结皮剂和紫外线吸收剂，并且连续搅拌混合均匀，制成木器类产品用自然油。

其中各种原料的优选重量比如下：

聚合亚麻油                 65—85；

植物蜡                     6—12；

活性催干剂                 0.4—0.8；

防结皮剂                   0.3—0.9；

紫外线吸收剂               0.2—0.7。

各种原料的最佳重量比如下：

聚合亚麻油                 78.5

植物蜡                     8.6

活性催干剂                 0.6

防结皮剂                   0.6

紫外线吸收剂               0.4。

所述的植物蜡可以是巴西棕榈蜡、小烛树蜡和蜂蜡。

在上述自然油中还可以加入消泡剂，消泡剂加入量以重量百分比计算是自然油总重量的0.1—2％，加入方法是与自然油充分搅拌混合。

巴西棕榈蜡(Csrnauba wax)：黄绿色至棕色固体，也可以漂白。质硬而脆，可以溶解于油类溶剂中。巴西棕榈蜡是一种植物性固态蜡，在所用蜡类原料中硬度最高，且与蓖麻油等油脂类原料的相容性良好。因此，在自然油配方中主要增加木材表面涂层的硬度。

小烛树蜡(Candelilla wax)：也名坎地里拉蜡。淡黄色有光泽蜡状固体，有芳香气味，性脆而硬，可以溶解于多种油类。在熔融的混合物中，它凝固得慢，且在较长时间内不能达到最大硬度。在自然油通过加入油酸或亚麻酸等脂肪酸，会使小烛树蜡结晶过程变慢，并使软度迅速增加，改善涂膜的柔韧性。同时，也可以显著改善涂膜的光泽性，并提高膜表面耐热稳定性。

蜂蜡(Bees wax)：又名蜜蜡，微黄色至灰黄色固体蜡状物。可以溶解于油类。主要成分为棕榈酸蜂花醇酯和做为游离脂肪酸的蜂蜡酸，在油中由于具有一定的粘性，可以用来调节自然油体系的粘度，并促进其他蜡组分的有效相容。

制备木器类产品用自然油可以采用上述三种植物蜡的一种，或其中两种混合，或三种混合。

亚麻油(Linseed Oil)：又称胡麻籽油。由亚麻籽(含油约34％—40％)所得的干性油，淡黄色到棕黄色，相对密度0.931—-0.938(15℃)，凝固点-16—-25℃，碘值170—204.主要是亚麻酸、亚油酸和油酸的甘油酯，其中不饱和脂肪酸的含量高达90％，大约50％为α-亚麻酸。自然油配方中主要用作溶剂以溶解多组分蜡质。

活性催干剂可以是环烷酸钴、环烷酸锰或环烷酸稀土。

亚麻油预聚过程中，活性氧含量和酸值随反应时间而变化。亚麻油分子中，由于相邻两个碳碳双键之间的亚甲基上的氢原子非常活泼。在加热通空气的情况下，活泼亚甲基会氧化生成烷基过氧化氢，同时双键也能与氧反应生成烷基过氧化氢。这样随着加热和通空气时间的延长，体系中烷基过氧化氢的浓度将随之升高。在空气流速恒定的情况下，体系中烷基过氧化氢浓度的升高取决于反应时间。在反应4小时后，烷基过氧化氢浓度升高的速度稍有下降，这是因为生成的烷基过氧化氢会有少量分解。

在反应的前2小时内，酸值随预聚时间的变化并不明显，但随后反应的4小时内酸值随预聚时间延长几乎呈直线上升，而后酸值变化又趋于平缓。这是因为引起酸值变化的主要因素是亚麻油分子中酯键的断裂和烷基过氧化氢分解复合时产生的小分子酸性化合物。反应初期，酯键相对较稳定，同时烷基过氧化氢浓度还较低，发生分解的几率很小；随着反应的进行，少量的酯键和烷基过氧化氢会发生分解这样酸值就有所提高；反应后期，随着聚合反应的发生，酸性化合物有少量参与聚合终止反应，致使酸值变化又趋于平缓。

亚麻油预聚过程中碘值与特性粘度也随反应时间的变化而变化。碘值随预聚时间的延长而下降，特性粘度随预聚时间而增加。碘值的下降说明体系中双键含量的减小，在前6小时下降幅度较小，而在后2小时迅速下降；特性粘度的增加说明粘均分子量的增大，即体系中产生了聚合反应，它在前6小时基本成线性增加，但幅度较小，而在后2小时迅速增加。由此可见，反应前6小时，双键参与反应的数量较少，烷基过氧化氢的产生主要依赖于活泼亚甲基氢；反应2小时后，参与聚合反应的双键数目明显增多，致使碘值迅速下降，特性粘度迅速上升。

自然油溶剂组分中大部分为C₁₈左右或以上的脂肪酸(酯)，这些长链脂肪酸(酯)对蜡类物质溶解性好，可以有效地与多种用蜡形成微乳液，最后均质分散到溶剂(食用乙醇)中，形成自然油产品。同时，我们也发现，选用的油类碘值指标在一个较为宽泛的范围内(120—200)左右，说明与此对应的脂肪酸双键数量变化也较大，这有利于利用不同双键的吸电性促进蜡类极性分子的分散，也有利于某些颜料颗粒的吸附。另外，利用双键的共轭化与否，还可以调节脂肪酸分子的氧化速度，进一步控制其在木材表面形成的膜的柔软程度。

自然油配方中的用蜡碳分子数大多在22以上，所以可以有效溶解在选用油类溶剂中。参考选用蜡的物理性质如针入度、在油中粘度大小等数据，以此来调节蜡的用量。如巴西棕榈蜡主要调节膜的硬度，小烛树蜡主要增加其柔韧性，蜂蜡还可以调节粘度，并改善膜的细腻度。

另外，自然油中通常还会添加一定量的功能助剂和表面活性剂等，作用为改善涂膜干燥时间、涂膜物理性质和促进颜料分散，以得到理想的产品。

常温下，亚麻油氧化聚合时，为了提高“干燥”速度，常加入催干剂来缩短“干燥”时间。催干剂一般通过本身的变价而催化氧的获取、质子的释放、双键的活化、过氧化物的分解等。本项目选用环烷酸钴为催干剂。随着环烷酸故含量的提高，凝胶含量逐渐增加，碘值逐渐下降。当环烷酸钴质量分数为0.6％时，凝胶含量达到最高值，碘值达到最低值；再提高环烷酸钴的浓度，凝胶含量反而下降，碘值也反而升高。这是因为各体系中烷基过氧化氢和自由基的浓度也应基本一致，反应后体系的凝胶含量和碘值也应基本一致，但是随着各体系中环烷酸钴的含量不同，并由于它的作用，体系中烷基过氧化氢和自由基的浓度也将发生变化。引发聚合反应后，由于这些变化，体系中参与反应的双键数目和反应程度即凝胶含量也就发生变化。在环烷酸钴质量分数<0.6％时，随着它的提高，体系中烷基过氧化氢和自由基的浓度也相应提高，参与聚合反应的双键数目也相应增加，同时凝胶含量也随之提高；当环烷酸钴质量分数>0.6％后，体系中烷基过氧化氢和自由基的浓度已经很高，这是由于“笼效应”，即过量的自由基不仅不能引发聚合反应，反而抑制聚合反应，致使参与聚合反应的双键数目反而下降，同时凝胶含量也随之降低。

催干剂的作用机理：

依靠氧化聚合固化干燥成膜的涂料，由于催干剂的作用，大大缩短了固化成膜时间，使涂膜的干燥均一化，增加了涂膜的强度和耐水性。因催干剂是金属皂，故还有利于颜料的湿润、分散、改善涂料的粘弹性等。

氧化聚合固化反应有4个阶段，催干剂与每个阶段都有关系。①诱导期；②过氧化物生成；③过氧化物分解；④聚合。

诱导期是指涂料涂装后到开始吸氧阶段。在干性油中含有少量的生育酚(维生素E)、棉酚和芝麻素等，这些天然的抗氧物，能阻碍干性油与氧的结合，影响漆膜的干燥。当有催干剂存在时，催干剂能与天然的抗氧剂发生反应，多数是与催干剂的金属形成络合物，产生沉淀，破坏了它的阻氧作用，干性油开始吸氧。由于催干剂的加入，缩短了达到干性油吸氧、与氧结合所需的时间，即所谓的诱导期时间，因而加快了涂膜的干燥时间。

在催干剂存在时，干性油脂肪酸的吸氧速度、过氧化物的生成、分解及自由基的聚合速度都会加快。不同金属的催干剂对氧化聚合的4个阶段的影响是不同的，钴盐、铅盐与吸氧有关，钴盐能加快过氧化物的生成；錳盐能有效地促使过氧化物分解；钙、锌盐则与过氧化物分解后的聚合有关，把能参与过氧化物生成和分解的催干剂称作活性催干剂也叫催干剂；旨在提高吸氧和活性的催干剂称为辅助催干剂。

干性油在氧化聚合固化时，按其结构特性，对氧有特定的吸收量，但若添加催干剂，即使氧的吸收量减少，也能促进固化成膜，这就是催干剂促进固化的原因之一。

涂料成膜后，吸氧，分解反应仍继续进行，但速度缓慢得多，这就是平时所讲的老化过程。但添加了催干剂的油比没加催干剂的油需吸收氧的量少，所以涂膜的耐候性、韧性、附着力和机械性能就比较好。

防结皮剂是防止涂料在贮存过程中因表层氧化聚合形成凝胶皮膜的助剂。

防结皮剂的作用机理：

防止涂料结皮关系到涂料的干燥，即与涂料的氧化聚合过程和催干剂的作用有关。

如果能够控制漆膜的自由基聚合和催干剂的活性作用就能达到防结皮的作用。但这种控制作用必须根据需要，不能影响漆膜干率，也不能影响涂料的性能和质量。

(1)抗氧化作用：在涂料成膜过程中会产生自由基，防结皮剂可以捕获这些自由基，中断漆膜氧化聚合作用的进行。

(2)络合作用：控制主催干剂钴或锰的活性，就会起到延缓或防止结皮的作用。

(3)隔氧作用：因防结皮剂具有较高的的蒸汽压极易挥发，产生的蒸汽填充罐内的空间，使漆膜的表面与空气隔绝，起到了阻氧的作用。

防结皮剂一般在调漆时加入，在常温下边搅拌边加。

紫外线吸收剂实为紫外线的过滤器，把大部分能量高，对高分子聚合物有害的辐射光吸收，再以热能释放出来，使树脂聚合物降解速度大大减缓，延长其使用寿命。

各类紫外线吸收剂的作用机理：

(1)水杨酸酯类：它吸收紫外线后，通过形成烯醇式互变异构体将能量消除。水杨酸酯吸收紫外线后，能发生分子重排，形成二苯甲酮结构，于是紫外线吸收能力加强了。

这类紫外线吸收剂与树脂相容性好，原料易得、价廉，分子重排形成二苯甲酮结构后，具有较强的紫外线吸收能力，但能吸收一部分可见光，而且有黄变倾向。

(2)二苯甲酮类：

这是目前应用最广的一种紫外线吸收剂，作用机理是基于其分子结构中的内氢键。分子中羰基的氧原子存在孤对电子，是负电性较强的基团，其临近羟基中的氢原子显正电性欧意容易形成分子内氢键，构成一个鳌合环，当吸收紫外光后，分子发生热振动、氢键破裂、鳌合环打开，形成离子型化合物，这个化合物处于高能状态，不稳定，要恢复到原来的未定状态时就把多余的能量以热的形式释放出来。所以二苯甲酮能周而复始地吸收紫外光起保护作用。其次，它还能形成互变异构体，生成烯醇式结构消散能量。

这些紫外线吸收剂的内氢键越强，吸收紫外线的能力越强，稳定性越高。

(3)苯并***类：

这类紫外线吸收剂主要吸收300—400nm的光波，400nm以上的光几乎不吸收，因此着色弊病少，其分子结构内也存在内氢键鳌合环，是由羟基中的氢与***基上的氮形成的，当其吸收了紫外光后，氢键破裂或形成光互变异构体，把有害的紫外光能转变成无害的热能。

单独使用紫外线吸收剂效果并不理想，应采取紫外线吸收剂和光稳定剂配合使用。

自然油是以天然植物油和植物蜡为基料组成，不使用任何化学有机溶剂，不会产生任何有害气体，做到了完全健康环保。自然油能够充分与木材纤维结合，增强木材表面硬度，防止外来水和污渍，对木材起到保护、滋润、保养和增强天然纹理质感的作用。同时还可对木材进行染色。

作为一种新型的涂料—自然油，可用于室内外装饰、高档木器家具涂装、以及环保要求高的健康产品上。中国是自然油原料的主产地，具有先天的资源优势。从长远看，自然油在国内的市场前景广阔。

传统油漆与木器用自然油的测试数值对比

具体实施方式：

例1、

将精制后亚麻油加入到三口瓶中，搅拌、通空气，升温至145℃反应8小时，制成聚合亚麻油，取聚合亚麻油785克、巴西棕榈蜡25克、小烛树蜡20克、蜂蜡21克、环烷酸钴6克、防结皮剂6克、紫外线吸收剂4克和消泡剂8克，将巴西棕榈蜡、小烛树蜡、蜂蜡分别加热至各自的熔融温度熔化，共同加入聚合亚麻油中搅拌混合均匀，冷却降至30℃，再依次加入环烷酸钴搅拌混合均匀，加入防结皮剂搅拌混合均匀，加入紫外线吸收剂搅拌混合均匀，加入消泡剂搅拌混合均匀，制成木器类产品用自然油。

例2、

取聚合亚麻油500克、巴西棕榈蜡100克、小烛树蜡100克、环烷酸锰2克、防结皮剂8克、紫外线吸收剂6克和消泡剂1克，将巴西棕榈蜡、小烛树蜡分别加热至各自的熔融温度熔化，共同加入聚合亚麻油中搅拌混合均匀，冷却降至20℃，再依次加入环烷酸锰搅拌混合均匀，加入防结皮剂搅拌混合均匀，加入紫外线吸收剂搅拌混合均匀，加入消泡剂搅拌混合均匀，制成木器类产品用自然油。

例3、

将精制后亚麻油加入到三口瓶中，搅拌、通空气，升温至140℃反应8小时，制成聚合亚麻油，取聚合亚麻油900克、巴西棕榈蜡45克、环烷酸稀土15克、防结皮剂3克、紫外线吸收剂1克，将巴西棕榈蜡加热至熔融温度熔化，共同加入聚合亚麻油中搅拌混合均匀，冷却降至35℃，再依次加入环烷酸稀土搅拌混合均匀，加入防结皮剂搅拌混合均匀，加入紫外线吸收剂搅拌混合均匀，制成木器类产品用自然油。

Claims (6)

1、一种木器类产品用自然油，其特征在于，主要由聚合亚麻油、植物蜡、活性催干剂、防结皮剂和紫外线吸收剂为原料制成，其中各种原料所占重量份数比如下：

聚合亚麻油                             50—90；

植物蜡                                 4-20；

活性催干剂                             0.1—1.6；

防结皮剂                               0.1—1.0；

紫外线吸收剂                           0.1—0.8；

制备方法如下：

(1)亚麻油的氧化聚合：

将精制后亚麻油加入到三口瓶中，搅拌、通空气，升温至140—150℃反应8小时，制成聚合亚麻油；

(2)取前述重量重比例的聚合亚麻油、植物蜡、活性催干剂、防结皮剂和紫外线吸收剂，将植物蜡加热至熔融温度熔化，加入聚合亚麻油中搅拌混合均匀，冷却降至室温，再分别加入活性催干剂、防结皮剂和紫外线吸收剂，并且连续搅拌混合均匀，制成木器类产品用自然油。

2、根据权利要求1所述的木器类产品用自然油，其特征在于：各种原料的重量份数比如下：

聚合亚麻油                             65—85；

植物蜡                                 6—12；

活性催干剂                             0.4—0.8；

防结皮剂                               0.3—0.9；

紫外线吸收剂                           0.2—0.7。

3、根据权利要求1所述的木器类产品用自然油，其特征在于：各种原料的重量份数比如下：

聚合亚麻油                             78.5

植物蜡                                 8.6

活性催干剂                             0.6

防结皮剂                               0.6

紫外线吸收剂                           0.4。

4、根据权利要求1或2所述的木器类产品用自然油，其特征在于：自然油中加入消泡剂，消泡剂加入量以重量百分比计算是自然油总重量的0.1—2％，加入方法是与自然油充分搅拌混合。

5、根据权利要求1或2所述的木器类产品用自然油，其特征在于：植物蜡是巴西棕榈蜡、小烛树蜡和蜂蜡的一种，或其中两种混合，或三种混合的植物蜡。

6、根据权利要求1或2所述的木器类产品用自然油，其特征在于：活性催干剂采用环烷酸钴、环烷酸锰或环烷酸稀土。