天然漆的组成和成膜肌理

导读:
天然漆俗称大漆,是我国著名特产,又有“国漆”之称。从漆树上采割下来的汁液称为毛生漆或原桶漆,用白布滤去杂质称为生漆,即直接可涂饰家具及其他制品;也可将生漆进行精制或改性处理,能制得具有多种性能的天然漆。

天然漆俗称大漆,是我国著名特产,又有“国漆”之称。从漆树上采割下来的汁液称为毛生漆或原桶漆,用白布滤去杂质称为生漆,即直接可涂饰家具及其他制品;也可将生漆进行精制或改性处理,能制得具有多种性能的天然漆。

天然漆的组成和成膜肌理

一、天然漆的组成

生漆含有多种化学成分,其主要成分及含量一般为:漆酚40%-70%,漆酶含氮物10%以下,树胶汁约为10%,水分15%4-0%。由于漆树的品种、生长地区、树龄以及采割季节等不同,因而导致生漆化学成分的含量及其品质有较大的差异。现分别介绍如下:

1.漆酚

漆酚是生漆最主要的成分,是成膜物质,含量愈高愈好。它不溶于水,但溶于乙醇、乙醚、丙酮、二甲苯等多种有机溶剂及植物油。漆酚的分子结构式因产地不同,有两大类型,其中一类为异构体,产量甚少。

从漆酚分子结构式中可以看出,其侧链R共有7种不同的结构。在所有不同产地的天然漆中,不存在只含有单-R结构式的漆盼,也不存在含有上述所有R结构式的漆盼,而是由上述中的数种R结构式按不同的比例混合组成。如我国、日本、朝鲜产的漆酚侧链R大部分是R1、R2、R3、R4的混合物,其它结构的较少或没有。我国台湾、越南产的以R6、R7漆酚为主。缅甸与泰国产的主要为异体漆酚。R5漆酚在天然漆中含量极少。三烯漆酚(R4)呈液状,其侧链上有三个共轭双键结构,化学活性强。天然漆含三烯漆酚(R4)愈多,涂膜质量愈好,涂层干燥愈快。

一般天然漆中的三烯漆酚占漆酚总量的50%-70%,而我国天然漆的漆酚主要为三烯漆酚(R4),占漆酚总量可高达90%,为世界之最,一直享有优质来然漆的盛名。单烯漆酚、双烯漆酚约占漆酚总量的10%,亦呈液状。而饱和漆酚只为漆酚总量的1%-3%,为白色结晶固体。

2.漆酶

漆酶俗称生漆蛋白质、氧化酵素,存在于树胶汁含氮物质中。漆酶不溶于有机溶剂,也不溶于水,但溶于漆酚。它在生漆中的含量虽然甚微,但作用却很大,能加速漆盼的氧化聚合成膜反应,是生漆涂层在常温中固化成膜不可缺少的天然催干剂。换句话说,要是漆酶被破坏了,则生漆涂层在常温中便无法固化成膜。漆酶的催干作用又跟漆酶的活性有关。漆酶的活性愈强,生漆涂层干燥就愈快。而漆酶的活性却受大气温度、湿度及漆中酸性的影响。试验证明:当温度为40℃,大气相对湿度为80%,漆的PH值为6.7时呈弱酸性,漆酶活性最大,天然漆的涂层固化最快;当温度上升到75℃时,漆酶的活性在1小时内会被全部破坏;漆中PH值小于4(呈酸性)或大于8(呈弱碱性)时,漆酶几乎没有活性。所以天然漆的涂层在气温为20-40℃、相对湿度为70%-80%、漆液呈弱酸性的条件下,固化速度较快。过冷、过热、过干、过湿的环境,都不利于涂层的固化。

以前油漆师傅由于不了解天然漆的固化特性,不会为涂饰天然漆创造一个理想的环境。只是凭经验知道在桃花、桂花盛开的季节,涂层干燥快,涂膜质量好,才是涂饰天然漆的好季节,并将所涂饰的家具誉称为“桃花漆”、“桂花漆”家具。其意是指在桃花盛开或桂花盛开时期,是用天然漆涂饰家具的最佳时期,而在其它季节涂饰施工,就难以保证涂饰质量。而不知在这两个季节由于雨水较多空气潮湿、气温较高,漆酶活性大的缘故。根据漆酶这一特性,完全可以通过人工升温、增湿营造出更理想的涂饰环境。

3.树胶汁

天然漆中的树胶汁是一种糖类化合物,不溶于有机溶剂,可溶于水,尤其易溶于热水。它虽不是成膜物质,却是一种很好的悬浮剂与稳定剂,能使漆盼与水分,均匀分布成乳胶液,且稳定不易变质。天然漆中树胶汁的含量约为3.5%-10%,树胶汁的含量能影响漆的粘度与质量。

4.水分及其它物质

天然漆中的水分不但是形成乳胶液体的重要成分,也是天然漆的涂层在自然干燥过程中使漆酶发挥催干作用的必须条件。若没有水分,天然漆涂层在常温条件下极难干燥。精制或改性的天然漆,其水分的含量必须大于5%。

其次,天然漆尚含有5%以下的油份与微量的钙、锰、镁、铝、钾、钠、硅有机酸、葡萄糖等成份。这些成份对天然漆的性能影响甚微,一般不予重视。

天然漆的组成和成膜肌理

二、天然漆成膜机理

天然漆涂层干燥温度不同,固化成涂膜的机理也不同,导致涂层的分子结构也有所差异。无论天然漆涂层是在常温下固化成膜或是通过高温烘烤固化成膜,其反应机理都极为复杂,仅作如下基本解释:

1.氧化聚合成膜

天然漆涂层在常温下自然干燥,其漆酚在漆酶的作用下,会发生复杂的氧化聚合反应,而固化成坚硬的涂膜。成膜的整个过程可分三个阶段:首先是漆酚分子上的两个羟基(-OH)在氧与漆酶的共同共同作用下被氧化,使漆酚结构式变成邻醌结构化合物,这一阶段的氧化反应速度较快,时间较短。

第二阶段的反应:由于漆酶的继续作用,邻酿化合物逐渐被氧化聚合成为长链或网状结构的高分子化合物。在此阶段中,其侧链R也同时发生更为复杂的氧化聚合反应,涂层的颜色由浅红棕色逐渐变成深红棕色,粘度也逐渐增高。但在此阶段的氧化聚合反应尚不能使漆酚形成更大的分量而固化。

第三阶段:由链状、网状结构的分子进一步氧化聚合成为极其复杂的网状体型结构而固化成坚硬的涂膜。

上述三个阶段的反应,都要求在一定温度、湿度及有充足空气的特定型条件下才能进行。

2.缩合聚合成膜

天然漆的温度达到70℃以上时,漆酶就会丧失活性。当天然漆的漆酶丧失活性后,天然漆的涂层固化不可能再依靠漆酶与氧的作用氧化聚合成坚硬的涂膜,只能依靠高温烘烤,通过漆酚的缩合聚合反应而固化成坚硬的涂膜。

对涂层采用加热固化,加热时应注意逐渐升温,不能过快,一般是采取最高温度为180℃,保温0.5-1小时,涂层可固化成膜。若使温度升至150℃,则需保温2-3小时,方能固化成膜。若温度只升到120℃,则需保温4-6小时,才能固化成膜。若温度升至100℃,就要保温8小时左右,才能固化成膜。必须引起注意的是,如果涂层经高温烘烤后尚未充分固化(即涂膜较软),若遇水或水蒸汽就会立即被破坏而较难修复。