CN109486260A

CN109486260A - 一种环保木器用木蜡油、户外木蜡油及其制备方法

Info

Publication number: CN109486260A
Application number: CN201811293028.3A
Authority: CN
Inventors: 黄艳辉
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-03-19
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: CN109486260B

Abstract

一种环保木器用木蜡油、户外木蜡油及其制备方法，木蜡油由以下配比的原料制成：聚合亚麻油50～70重量份，棕榈蜡8～10重量份，蜂蜡0.8～2.1重量份，达玛树脂6～8重量份，D‑柠檬烯10～12重量份，异辛酸钴0.10～0.18重量份，异辛酸锌0.6～0.8重量份和无水乙醇4～8重量份。该木蜡油干燥速度快、成本低、成膜性能好、绿色无污染，木蜡油中加入纳米二氧化钛可起到吸收紫外线的作用，从而获得抗老化耐候性强的户外木蜡油。

Description

一种环保木器用木蜡油、户外木蜡油及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种环保木器用木蜡油及其制备方法，属于木材涂料领域。

背景技术

2015、2017年，北京市先后实施了《木制家具制造业大气污染物排放标准》、《大气污染物综合排放标准》，限制了涂料的VOC、苯颗粒物等有害物质的最高排放量。因此，低VOC排放、绿色环保涂料的开发和使用，成为企业发展、转型及居民室内装饰涂料的必然选择。

木蜡油是天然油蜡涂料的统称，是一种类似油漆而又区别于油漆的无(或低) VOC排放的天然绿色、环境友好型木器涂料[李士兵，柳娜，康金双等，《新型环保木蜡油合成工艺研究》[J]，当代化工，2012，12：1315-1316+1319]。木蜡油带有植物的天然清香，能够在养护木制品的基础上提升其隔水透气的功能，充分发挥其天然特性，且能够加深木材的纹理，维持其温润质感，还能够实现木制品的局部修补和翻新。与一般涂料相比，木蜡油的操作简单，涂布量少，工作量小，修补成本低。

木蜡油涂膜在阳光照射时，不会发生类似于传统聚酯涂料的断裂和剥离，该特征非常适合将其用于户外涂料的开发，特别是户外木地板、木别墅墙体的修复和翻新。为此，研究人员在实验室内进行了不断的尝试，比如：颜杰等在木蜡油中增加了油性紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂，以此来提高抗黄变性，使得木蜡油在户外也能保持原有的色彩[颜杰，彭涛，唐楷，《天然木蜡油的配方研究》[J].四川理工学院学报(自然科学版)，2010，01：74-77]；韦洪亮采用甘油作为防冻剂加入到配方中，提高了木蜡油的抗冻性，增强了在低温天气使用的防护效果，提高了耐候性[韦洪亮，《环保木蜡油及其制备方法》[p]，中国，公开号105349038，2016- 02-24]；张润鑫等在配方中加入防尘剂气象二氧化硅、防结皮剂丁酮肟、硅油类消泡剂、水性紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂，以此增强木蜡油的抗黄变能力、防尘性和耐候性，制备得到的木蜡油能够更好的渗透到木材内部，与木质纤维牢固结合，不易开裂、剥落和起泡，从而能够更好地适应户外多变的天气[张润鑫，梁斌，杨岳森，罗俊君，付锴，一种木器强渗透户外水性木蜡油及其制备方法[p]. 中国.公开号105295576.2017-02-03]。

但是，现有的木蜡油干燥速度相对较慢，表干5-6小时，实干需要24小时左右。在木蜡油的生产中，生产商经常在木蜡油中加入含有重金属的催干剂来提高固化速度，然而，重金属对环境和人体有着巨大的伤害。此外，已公开的木蜡油普遍成本较高，商业上销售的户外高耐候性木蜡油价位更高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种改进的木蜡油配方，通过简单的工艺获得干燥速度快、成本低、成膜性能好、耐候性强的环保木蜡油。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种环保木器用木蜡油，由以下配比的原料制成：

聚合亚麻油50～70重量份，棕榈蜡8～10重量份，蜂蜡0.8～2.1重量份，达玛树脂6～8重量份，D-柠檬烯10～12重量份，异辛酸钴0.10～0.18重量份，异辛酸锌 0.6～0.8重量份和无水乙醇4～8重量份。

如上所述的环保木器用木蜡油，优选地，所述聚合亚麻油的粘度为 2000mPa·s～5000mPa·s。

另一方面，本发明提供一种环保木器用木蜡油的制备方法，该方法包括以下步骤：

I.称量聚合亚麻油50～70重量份，棕榈蜡8～10重量份，蜂蜡0.8～2.1重量份，达玛树脂6～8重量份，D-柠檬烯10～12重量份，异辛酸钴0.10～0.18重量份，异辛酸锌 0.6～0.8重量份和无水乙醇4～8重量份；

II.在70～85℃将棕榈蜡、蜂蜡分别加热溶为液体；

III.将亚麻油的温度均匀升到80～120℃并保持温度恒定，将液体状的蜂蜡和棕榈蜡迅速加入到亚麻油中，搅拌下，依次加入称量好的达玛树脂和D-柠檬烯，然后在搅拌下，均匀加热到120～160℃，并保持20-40分钟；依次加入称量好的催干剂异辛酸钴和异辛酸锌，在120～160℃下，继续保持1-2小时后，停止加热和搅拌；待温度降到30～45℃以下，立即加入无水乙醇，得到棕红色粘稠液体即为木蜡油成品。

又一方面，本发明提供一种环保木器用木蜡油，其是采用如上所述的方法制备的。

再一方面，本发明提供一种环保室外木器用木蜡油，其是由以下配比的原料制成：

聚合亚麻油50～70重量份，棕榈蜡8～10重量份，蜂蜡0.8～2.1重量份，达玛树脂6～8重量份，D-柠檬烯10～12重量份，异辛酸钴0.10～0.18重量份，异辛酸锌 0.6～0.8重量份，无水乙醇4～8重量份和纳米二氧化钛1～5重量份。

再一方面，本发明提供一种环保室外木器用木蜡油的制备方法，该方法包括以下步骤：

I.称量聚合亚麻油50～70重量份，棕榈蜡8～10重量份，蜂蜡0.8～2.1重量份，达玛树脂6～8重量份，D-柠檬烯10～12重量份，异辛酸钴0.10～0.18重量份，异辛酸锌 0.6～0.8重量份，无水乙醇4～8重量份和纳米二氧化钛1～5重量份；

II.在70～85℃将棕榈蜡、蜂蜡分别加热溶为液体；

III.将亚麻油的温度均匀升到80～120℃并保持温度恒定，将液体状的蜂蜡和棕榈蜡迅速加入到亚麻油中，搅拌下，依次加入称量好的达玛树脂和D-柠檬烯，然后在搅拌下，均匀加热到120～160℃，并保持20-40分钟小时；依次加入称量好的催干剂异辛酸钴和异辛酸锌，在120～160℃下，继续保持1-2小时后，停止加热和搅拌；待温度降到45℃以下，立即加入无水乙醇，得到棕红色粘稠液体；

IV.将纳米二氧化钛加入步骤III获得的粘稠液体，45℃以下进行超声分散，得到户外用木蜡油成品。

如上所述的制备方法，优选地，所述步骤IV中超声频率为20KHz～40KHz，超声时间为60～120分钟。

再一方面，本发明提供一种环保室外木器用木蜡油，其是采用如上所述方法制备的。

本发明的研究者发现，聚合亚麻油的粘度影响木蜡油的聚合速度、成膜厚度、流平性、互溶性、成膜强度和耐水、耐候性。粘度范围在2000mPa·s～5000mPa·s的聚合亚麻油在催化剂作用下，可快速固化，且与液体蜡、达玛树脂等的相容性好，涂刷时不易流挂，漆膜保光性好，成膜坚韧，耐水性、耐候性强。若粘度低于上述范围，则木蜡油聚合缓慢，且成膜厚度及性能差(例如，若使用粘度低于1000 mPa·s，涂膜完干需要1个月以上)；若粘度过高，则涂料流平性差，与其他成分互溶性低，较难涂刷。

在80～120℃的温度条件下加入达玛树脂可以与聚合亚麻油及蜡实现良好的互溶，改善油蜡互溶性。在同样的温度和搅拌下加入D-柠檬烯(纯天然、绿色环保材料，味道清新舒服)，可以促使混合物形成均匀、稳定的微乳液，克服了油蜡体系稳定性差、易分层、储存性能差的问题，提高涂膜的附着力和光泽度。

本发明的研究者发现，同时加入异辛酸钴和异辛酸锌作为快干剂，与单独使用一种快干剂相比，可明显提高快干速度。本发明严格控制快干剂的质量比例和反应时间、温度，使所得的木蜡油干燥速度快，涂膜性能稳定。

木蜡油中加入纳米二氧化钛可起到吸收紫外线的作用，从而实现抗老化。适当的加入质量和有效的分散方法，可以使油膜形成稳定持续的保护层，从而实现高耐候性。

本发明的有益效果在于以下几个方面：

1.具有快速的干燥速度，表干时间达到1.5小时，实干时间7.5小时，优于大部分市售木蜡油产品。

2.成本低，本发明选用的原料价格较低，成本价约90元/升，远低于大部分市售木蜡油产品。

3.本发明木蜡油流平性好，涂刷时不易挂流，木蜡油的性能稳定，长期储存成分均匀不分层。

4.该木蜡油成膜后保光性好，油膜强度高。

5.室外木蜡油的耐水性、耐候性强。

附图说明

图1为实施例2制备的木蜡油成膜后的电镜图。

图2为实施例2制备的户外木蜡油成膜后的电镜图。

具体实施方式

实施例1制备木蜡油和户外木蜡油(一)

(1)称量8g棕榈蜡、0.9g蜂蜡，用80℃水浴锅加热棕榈蜡和蜂蜡为液体。

(2)称量60g粘度为4500mPa·s的聚合亚麻油加入到四口烧瓶中，安装好恒温加热套、铁架台及电动搅拌机。将烧瓶内的亚麻油温度均匀升到110℃并保持温度恒定。将液体状的蜂蜡和棕榈蜡迅速加入到四口烧瓶中，启动电动搅拌器，控制转速为300转/秒，在该温度下，依次加入8g达玛树脂、10.4g D-柠檬烯。将混合物在搅拌下均匀加热到135℃并保持0.5小时。

(3)依次加入催干剂0.132g异辛酸钴和0.66g异辛酸锌，在135℃下，继续保持1小时后，停止加热和搅拌。

(4)待温度降到45℃以下，立即加入4g无水乙醇，得到棕红色粘稠液体即为木蜡油成品(一)。

(5)称量占木蜡油重量3％的纳米二氧化钛，将木蜡油成品与纳米二氧化钛一同加入超声波清洗器中超声频率为30KHz进行超声120分钟。在超声过程中不断用玻璃棒进行搅拌防止团聚，并注意超声时不断更换仪器内的介质水，控制水温在45℃以下。超声结束后得到户外用木蜡油成品(一)。

实施例2制备木蜡油和户外木蜡油(二)

(1)称量8g棕榈蜡、1g蜂蜡，用85℃水浴锅加热棕榈蜡和蜂蜡为液体。

(2)称量70g粘度为4000mPa·s的聚合亚麻油加入到四口烧瓶中，安装好恒温加热套、铁架台及电动搅拌机。将烧瓶内的亚麻油温度均匀升到120℃并保持温度恒定。将液体状的蜂蜡和棕榈蜡迅速加入到四口烧瓶中，启动电动搅拌器，控制转速为350转/秒，在该温度下，依次加入8g达玛树脂、10.2g D-柠檬烯。将混合物在搅拌下均匀加热到150℃，并保持0.5小时。

(3)依次加入催干剂0.14g异辛酸钴和0.7g异辛酸锌，在145℃下，继续保持2 小时后，停止加热和搅拌。

(4)待温度降到45℃以下，立即加入5g无水乙醇，得到棕红色粘稠液体即为木蜡油成品(二)。

(5)称量占木蜡油重量5％的纳米二氧化钛，将木蜡油成品与纳米二氧化钛一同加入超声波清洗器中30KHz进行超声90分钟。在超声过程中不断用玻璃棒进行搅拌防止团聚，并注意超声时不断更换仪器内的介质水，控制水温在45℃以下。超声结束后得到户外用木蜡油成品(二)。

图1为木蜡油成品(二)成膜后的电镜图，图2为户外木蜡油成品(二)成膜后的电镜图。比较两图可以看出，图2中白色部分为纳米二氧化钛，二氧化钛在木蜡油中均匀分散，可起到较好的防护作用。

实施例3制备木蜡油和户外木蜡油(三)

(1)称量8g棕榈蜡、1.1g蜂蜡，用85℃水浴锅加热棕榈蜡和蜂蜡为液体。

(2)称量70g粘度为4000mPa·s的聚合亚麻油加入到四口烧瓶中，安装好恒温加热套、铁架台及电动搅拌机。将烧瓶内的亚麻油温度均匀升到120℃并保持温度恒定。将液体状的蜂蜡和棕榈蜡迅速加入到四口烧瓶中，启动电动搅拌器，控制转速为350转/秒，在该温度下，依次加入7.8g达玛树脂、11.2g D-柠檬烯。将混合物在搅拌下均匀加热到150℃并保持0.5小时。

(3)依次加入催干剂0.13g异辛酸钴和0.65g异辛酸锌，在150℃下，继续保持 2小时后，停止加热和搅拌。

(4)待温度降到45℃以下，立即加入4g无水乙醇，得到棕红色粘稠液体即为木蜡油成品(三)。

(5)称量占木蜡油重量5％的纳米二氧化钛，将木蜡油成品与纳米二氧化钛一同加入超声波清洗器中30KHz进行超声90分钟。在超声过程中不断用玻璃棒进行搅拌防止团聚，并注意超声时不断更换仪器内的介质水，控制水温在45℃以下。超声结束后得到户外用木蜡油成品(三)。

实施例4对照实验

采用实施例3的工艺条件，只是改变异辛酸钴和异辛酸锌的加入量。制成的木蜡油成品表干与实干时间如表1所示：

表1

实施例5性能试验

试验材料选取刚果沙比利，其幅面尺寸为100mm*100mm。将刚果沙比利板材按照由低到高目数的顺序进行砂磨，依次为120目、180目、240目，从而得到砂磨后的涂饰基材。然后使用木蜡油专用布蘸取木蜡油，在板件上以中心为原点进行旋转擦涂，在涂饰的过程中分多次涂饰，并将涂布量严格控制在0.5g每个板件。接下来进行以下测试，每项测试重复5次取平均值：

(1)铅笔硬度

方法：按照国标GBT 6739-2006测定漆膜硬度

步骤：首先用铅笔刀将每支铅笔削成尾端露出5-6mm柱状完整铅芯的样子，握住铅笔在400目的砂纸上垂直打磨获得平滑且边缘锐利的笔端(边缘不可有破碎或缺口)。将铅笔安装到划痕硬度仪上，将试样板件固定在合适位置，顺时针转动手轮，测定基材涂层的硬度。

结果：

1)木蜡油：实施例1涂膜的硬度为2H，实施例2为3H，实施例3为3H。

2)户外木蜡油：实施例1涂膜的硬度为2H，实施例2为3H，实施例3为3H。

(2)附着力

方法：按照国标GBT 4893.4-2013测定漆膜的附着力

步骤：将涂饰过的样品板材放在试验台上，检查划格仪刀具切割刀刃，确保其保持良好状态。首先使用仪器的刀刃沿与木纹方向呈约15度的方向进行切割，然后使用刀具沿与原来的切割线成90度角的方向进行切割，形成网格状图形。并且每个试样板材在不同位置切割三组交叉网格，切割完毕后用毛刷清扫涂膜表面。

结果：

1)木蜡油：各实施例所得涂膜的附着力均为最高级0级。

2)户外木蜡油：各实施例所得涂膜的附着力均为最高级0级。

(3)耐冷液测试

方法：按照国标GBT4893.1-2005测定漆膜的耐冷液性

步骤：在烧杯中倒入适量蒸馏水，将圆形滤纸浸入蒸馏水中浸透，取出后迅速放置到被测板材涂膜表面。用培养皿将滤纸盖住，指定时间后，取下培养皿，用镊子取走圆纸片，用吸水纸吸干涂膜表面残留的蒸馏水，盖上培养皿来隔绝空气，将样品板件静置在实验环境中24小时，之后进行观察评定。

结果：各实施例所得户外木蜡油涂膜的耐冷液等级均为最高级1级。

(4)耐老化性

方法：按照国标GBT 9754-2007和GB-T11186.2-1989以及GBT1766-2008测定漆膜的抗老化性

步骤：对板材涂膜进行光泽度和色差测试分析，记录数据后将板材放入紫外光老化试验箱，保持每个板件放置位置都处在相同高度的位置，接通老化设备电源，进行老化光照试验。记录时间，24小时后关闭紫外光老化试验箱，取出试样后用光泽度仪和测色仪测量相关数据，并进行记录整理。按相同的方法将板材再次放入试验箱，保持放置位置不变，每隔24小时取出试样进行光泽度和色差测试，直到实验时间达到240小时，停止实验，取出样品。

结果：

实施例1户外木蜡油涂膜的抗老化能力强，变色及失光最小，等级为0级；

实施例2户外木蜡油涂膜的抗老化能力强，变色及失光最小，等级为0级；

实施例3户外木蜡油涂膜的抗老化能力强，变色及失光最小，等级为0级。

(5)实施例1-3制备的木蜡油成品和商业木蜡油性能参数如表2所示：

表2

固含

密度

粘度

表干时间

实干时间

1L价格

木蜡油成品(一)

87.225％

0.9691g/ml

48s

1.4小时

7.3小时

86元

木蜡油成品(二)

87.265％

0.9672g/ml

45s

1.5小时

7.5小时

90元

木蜡油成品(三)

87.112％

0.9653g/ml

44s

1.5小时

7.3小时

91元

市售某知名品牌木蜡油

50％

0.9053g/ml

24s

2小时

8小时

260元

Claims

1.一种环保木器用木蜡油，其特征在于，其是由以下配比的原料制成：

聚合亚麻油50～70重量份，棕榈蜡8～10重量份，蜂蜡0.8～2.1重量份，达玛树脂6～8重量份，D-柠檬烯10～12重量份，异辛酸钴0.10～0.18重量份，异辛酸锌0.6～0.8重量份和无水乙醇4～8重量份。

2.如权利要求1所述的环保木器用木蜡油，其特征在于，所述聚合亚麻油的粘度为2000mPa·s～5000mPa·s。

3.一种环保木器用木蜡油的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

I.称量聚合亚麻油50～70重量份，棕榈蜡8～10重量份，蜂蜡0.8～2.1重量份，达玛树脂6～8重量份，D-柠檬烯10～12重量份，异辛酸钴0.10～0.18重量份，异辛酸锌0.6～0.8重量份和无水乙醇4～8重量份；

II.在70～85℃将棕榈蜡、蜂蜡分别加热溶为液体；

4.一种环保木器用木蜡油，其特征在于，其是采用权利要求3所述的方法制备的。

5.一种环保室外木器用木蜡油，其特征在于，其是由以下配比的原料制成：

聚合亚麻油50～70重量份，棕榈蜡8～10重量份，蜂蜡0.8～2.1重量份，达玛树脂6～8重量份，D-柠檬烯10～12重量份，异辛酸钴0.10～0.18重量份，异辛酸锌0.6～0.8重量份，无水乙醇4～8重量份和纳米二氧化钛1～5重量份。

6.一种环保室外木器用木蜡油的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

I.称量聚合亚麻油50～70重量份，棕榈蜡8～10重量份，蜂蜡0.8～2.1重量份，达玛树脂6～8重量份，D-柠檬烯10～12重量份，异辛酸钴0.10～0.18重量份，异辛酸锌0.6～0.8重量份，无水乙醇4～8重量份和纳米二氧化钛1～5重量份；

II.在70～85℃将棕榈蜡、蜂蜡分别加热溶为液体；

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤IV中超声频率为20KHz～40KHz，超声时间为60～120分钟。

8.一种环保室外木器用木蜡油，其特征在于，其是采用权利要求6或7所述方法制备的。