环境科学与工程-稻草漆贮存稳定性的研究论文

1、摘 要为解决稻草漆的沉淀分层问题，提高稻草漆在贮存及施工过程中的应用性能，最大程度的提高稻草漆的贮存稳定性，用最低成本的方法使稻草漆发挥最大的使用效果。根据稻草漆制品的性能和工艺要求，采用有针对性的经验筛选法，以单因素试验法考察稻草、增稠剂、体系温度等因素对稻草漆稳定性的影响，并进行实验研究后得出将温度控制在40时，稻草用量的减少能够使稻草漆的耐水性达到最佳值；羟丙基甲基纤维素能够提高稻草漆的耐温变循环性，在羟丙基甲基纤维素用量为1g时，稻草漆的耐温变循环性达到最佳；醚化改性后的稻草漆对于漆料的贮存稳定提供了很大的帮助，改性后的稻草漆耐碱性要显著高于普通稻草漆。关键词：稻草漆；耐水性；贮存稳定

2、性；耐碱性 AbstractIn order to solve the problem of precipitation and stratification of straw paint, improve the application performance of straw paint in the storage and construction process, improve the storage stability of straw paint to the greatest extent, and use the lowest cost method to maximize

3、the use effect of straw paint. According to the performance and process requirements of straw paint products, the effects of straw, thickener, system temperature and other factors on the stability of straw paint were investigated by the single factor test method with targeted experience screening me

4、thod. After the experimental study, it was concluded that when the temperature was controlled at 40, the reduction of the amount of straw could make the water resistance of straw paint reach the best value; hydroxypropylmethylcellulose could make the water resistance of straw paint reach the best va

5、lue When the content of HPMC is 1g, the thermal cycling resistance of straw paint is the best. The etherified straw paint provides a great help for the storage stability of the paint, and the alkali resistance of the modified straw paint is significantly higher than that of the common straw paint.Ke

6、y words: Straw aint;Water resistance;Storage stability;Alkali resistance目 录1 前言11.1 稻草漆的概述11.1.1 稻草漆的认识11.1.2 稻草漆的优势及应用11.1.3 稻草漆的发展前景21.1.4 稻草漆的贮存问题41.2 课题研究的目的和意义42 实验部分52.1 实验药品及仪器52.1.1 实验药品52.1.2 主要仪器及设备52.2 稻草漆的制备52.2.1 稻草的预处理52.2.2 稻草漆的制备52.3 实验测试方法62.3.1 稻草漆耐水性的测定62.3.2 稻草漆低温稳定性的测定62.3.3 稻草漆

7、耐碱性的测定63 结果与讨论73.1 温度对稻草漆耐水性的影响73.2 稻草用量对稻草漆耐水性的影响83.3 纤维素的用量对稻草漆低温贮存稳定性的影响93.4 醚化改性对稻草漆耐碱性的影响104 结论11参考文献12致谢13稻草漆贮存稳定性的研究1 前言1.1 稻草漆的概述1.1.1 稻草漆的认识我国是农业生产大国，拥有着十分丰富的农业产品，在我国，水稻种植总面积约0.3亿hm2，2014年其产量为1.72亿t，约占我国粮食总产量的50%，每生产1kg稻谷，相应的产生1.01.5kg稻草秸秆量1，当稻谷收割完成后，留下的稻草秸秆便成了一大应用难题，作物秸秆资源的利用，既涉及到广大农村千家万户，

8、也涉及到整个农业生态系统中土壤肥力、水土保持、环境安全以及再生资源有效利用等可持续发展问题，近年来己引起世界各国的普遍关注2。如何将这些稻草资源合理回收利用，处理好资源与环境之间的关系，使得稻草资源能够转变成为可持续利用的产品，发展环境友好型材料已成为新时代国际高新材料技术研究开发中的一个新课题3。此前，我国的稻草秸秆利用还在初级阶段，多数稻草被焚毁或者随意丢弃，稻草焚烧产生的致癌多环芳烃还可能在长期时间内造成空气质量差和不良4。进年来我国通过引进日本加工工艺将稻草秸秆制成稻草漆，这是一种资源利用的新方法，通过将稻草与钛白粉等天然材料制作而成，既解决了稻草的焚烧问题，实现了废弃农副产品的循环利

9、用，又研制出了新型绿色漆料，在漆料配制过程中加入稻草秸秆，制成的稻草漆具有历史记忆和亲近自然的特点，是一种最接近原始、最简单、最健康的建筑环保漆料。在质料生产进程、产物利用进程、废物净化处置等方面对地球的风险最小。1.1.2 稻草漆的优势及应用由于污染造成的生态环境问题日益突出，人们对于环境问题也愈发重视，环保意识也进一步增强，人们在购买物品时把是否可回收利用已纳入重要参考范围。对于漆料类别的家装用品来讲，其不仅要起到装饰美化的作用，如带有“绿色”这一标签，便更能吸引人们的眼球5。近年来全世界每年都有因为使用了有毒的化学漆料造成环境破坏及居民身体健康受损甚至导致癌症等现象。因此，绿色环保型漆料

10、在漆料行业的发展已是必然趋势6，目前，绿色环保的家庭装修已经越来越得到装修家庭的认可，如何进行家装材料的选购，把有毒有害气体最大程度地控制减少在对居民无害的范围内是关系到居民生命健康安全的大事。所谓“绿色建筑涂料”，便是具有节能、低污染的涂料，其最基本的一个层次是涂料总有机挥发量VOC等各项指标符合环保标准，要保障对用户的安全7。稻草漆作为绿色建筑涂料的一种，能够在家装行业占有自身的一席之地，其具有的优势也是有目共睹的。新型稻草漆是通过采用曝晒后的稻杆、钛白粉8等纯自然材料制成，而传统涂料，如溶剂型涂料、油性涂料等含有大量危害人体健康的有毒致癌物质，如甲醛苯类物质9。而稻草漆的组成成分相对简单

11、，其不易产生危害人体健康的气体、无毒、不助燃，这是稻草漆能够在漆料行业异军突起一大优势。不仅如此，通过稻草制成的稻草漆在颜色、亮度、纹理等方面选择更丰富，将其涂布在不同材质的墙面上，得到的外观效果是截然不同的，可以得到五彩斑斓、光怪陆离的外观效果，起到丰富人们生活体验的作用，将传统的装潢模式从简单、枯燥带入到绿色、美感、特色的全新时代。而且，稻草漆的价格平价、制作成本不高，经过特殊处理后的稻草还具有不掉渣方便清扫的效果，在建造民宿、自然体验馆等场所使用占比大。通过在民宿外墙上涂布上稻草漆，不仅在观感上吸引了游客，也丰富了游客的精神体验，以特有的闲适氛围，把游客从繁忙、紧张的都市生活，带入到了休

12、闲、轻松的自然生活。稻草漆除了运用在民宿上，人们在平时的家装上也会选择稻草漆，因为其能够满足人们对于特有装饰风格的追求，突破了千篇一律的白墙灰瓦，能够在周围建筑中脱颖而出。此外，稻草漆还具有起到防腐、防水、防油、耐化学品、耐光、耐温等作用等功能10，可以在很大程度上保护墙面免受大气酸碱水分的腐蚀而后出现的掉漆、结块、结皮等现象。在墙面上涂布上一层稻草漆，相当于给墙面添加了一层保护膜，能够有效预防和延阻这些现象的发生，延长墙面的使用寿命，它很好的迎合了时下追求新颖、美观的消费需求，环保型涂料必将替代传统涂料，成为涂料领域发展的首要方向11。1.1.3 稻草漆的发展前景涂料行业目前已经被确认是大气

13、污染的主要来源之一12，随着世界经济的快速发展和人们生活水平的不断提高,保护环境和节约能源越来越受到重视，涂料的污染和毒性问题也日益受到关注13，居民对于家装的重视程度愈发加强，绿色环保安全无污染的漆料成为人们家装的首要选择。在此良好的环境基础上，我们应该跟紧时代潮流，定位产品发展方向。近年来环保这一话题热度居高不下，人们对于环境保护的意识逐步加强，走好可持续发展这条道路是我们对于家居行业的最低要求。因此，稻草漆的低甲醛、低VOC排放等安全性能将受到人们的追捧，零污染无危害的漆料将进一步挤占市场。为了使稻草漆的使用性和耐用性进一步提高，做好其贮存稳定工作大势所趋。随着对家装和居住质量要求的日益

14、提高，今后漆料的科学技术有可能向以下三个方面发展：（1） 向健康环保化方向发展。漆料的发展方面应朝着节能、环保化的产品方向进行发展定位，传统漆料中的添加剂大都有毒性和刺激性，能够引发很多癌症，近年来皮肤癌的爆发上升率就与传统漆料中的添加剂有关。因此，提高漆料产品质量，避免产生不当影响是发展漆料行业的重中之重，并争取在涂料耐久性、漆膜平滑性、丰满度、施工性、装饰性等方面有所突破14。（2） 向功能运用化方向发展。此前漆料研究在保温、隔热、防火等方面的漆料功能方面已有进展，但仅仅停留在质量水平较低的层面，还应该加大研究力度，着手于解决家装工程中施工难的新问题。在做好家装工程的基础上拓宽应用效能，如

15、耐候性、耐玷污性等。（3） 向机能标准化方向发展。漆料虽然普遍存在于大众日常生活之中，并存在有高中低等之分，在漆料中添加一些新颖的基料便能使漆料得到十分优良的功效：高性能化、高级化、高稳定化等。通过在漆料中添加不同的流变助剂，引入网格触变性结构，使漆料颗粒能够浮在溶液中而不结成块，防止其沉入容器底部，以达到改善漆料性能，增加漆料粘度、稠度等作用，为进一步朝着高性能、高标准、高稳定性的漆料发展奠定坚实的基础。环保漆料的可持续发展应该是顺着生产、运用、消费、生产这一运用圈循环往复地运用实施的，为了进一步实现可持续利用、优质流通的消费方式，能够实现这一要求的基础是产品必须是安全绿色无污染的，因为只有

16、绿色安全的漆料产品，才能够在可持续发展这条道路上越走越远，漆料的研究方向越来越清晰，就是在致力于发展低VOC甚至直降为零、美化效果且施工性能更好的高效能产品，因此稻草漆等绿色环保漆料必将是未来漆料发展路上的明日之星。1.1.4 稻草漆的贮存问题稻草漆在贮存方面仍然存在一些待解决的问题。涂料在存放过程中，颜填料颗粒会发生沉降，一种情况是因沉降而使涂料分层，即涂科表面有一层清液，其下面则是处于悬浮状态的颜填料系统15。除了会导致沉淀现象产生更甚者会导致失效问题，因为贮存环境干燥，导致漆料凝固，固化后的涂膜易出现不密实、气泡和针孔等现象16，在长时间的积聚效应下其品质遭到了致命的影响，在达到一定的积

17、聚效应后，丧失了满足生产用工的条件，这时漆料的使用对工程的生产有了很大的干扰，更甚者是由于存放时间太长，它的安全效能也有所下降，主要体现在物理化学性质方面，产生具有危害性的气味，有时部分涂料的粘度也会更加粘稠，普遍会有涂料结出皮层、部分涂料沉底和返祖、涂料在使用时干性减退、涂料酸值升高等影响使用的劣性变化17，漆料的贮存保护工作没达到特定条件，不仅会造成额外的财产损失，也会使漆料成膜性能严重受损，影响施工及工程质量，带来了不可估量的安全问题。沉淀现象的产生是由于漆料中的颜料颗粒在自身重力的推动下不断下降到容器底部，漆料颗粒之间存在的范德华力又加剧了颗粒的聚集，沉淀问题进一步加深。这就需要我们这

18、就需要我们在漆料贮存稳定性方面下功夫，从漆料组成和贮存条件入手，探讨漆料的贮存稳定性，通过实验分析研究，优化稻草漆配方体系，尝试从不同流变助剂下手，赵蓉旭等通过流变助剂对高极性溶剂型涂料性能影响研究18，得到了在适量加入各种流变助剂的条件下能显著改善涂料TI值的实验结果，使得稻草漆在贮存过程中大幅减缓沉淀、结皮、固化等现象，提高稻草漆的贮存稳定性。1.2 课题研究的目的和意义通过分析造成稻草漆分层现象的原因，探讨稻草、温度等对稻草漆稳定性的影响；不同温度下稻草漆耐水性对稻草漆贮存稳定性的影响；探讨在加入不同剂量增稠剂体系下稻草漆的贮存状态；研究醚化改性稻草是否能够提高稻草漆耐碱性，并尽可能优化

19、工艺条件，提高稻草漆在贮存及施工过程中的应用性能。通过采用单因素控制变量的方法有针对性的探讨影响稻草漆贮存的影响因素，旨在不影响稻草漆使用性能的方面上，最大程度的提高稻草漆的贮存稳定性，用最低成本的方法使稻草漆发挥最大的使用效果。2 实验部分2.1 实验药品及仪器2.1.1 实验药品硅藻土，工业级，广州益康新材料科技有限公司；重质碳酸钙，天津北方天医化学试剂厂；石英砂，上海华硅矿业有限公司；纳米TiO2，化学纯，广州市纯一化工有限公司；稻草，宁德市蕉城区产；可分散性乳胶，廊坊荣赫节能科技有限公司；羟丙基甲基纤维素，任丘市双成化工产品厂；膨润土，南京恒峰碳酸钙厂。2.1.2 主要仪器及设备HWC

20、L-1型恒温加热磁力搅拌装置，郑州长城科工贸有限公司；BSA223S型电子分析天平，赛多利斯科学仪器有限公司；GDW-150型冷冻箱，苏州市晨光试验设备有限公司。2.2 稻草漆的制备2.2.1 稻草的预处理将所获得的稻草通过剪刀建成1-3cm左右的长度，并将剪好后的稻草放入80的烘干箱中进行烘干处理，用10的NaOH溶液加热煮沸2h，经去离子水洗至略呈碱性，在烘干箱烘干至恒重后取出。2.2.2 稻草漆的制备在分析天平上分别称取钛白粉、重质碳酸钙、石英砂、硅藻土各10g，加入处理后的稻草0.1g，可分散性乳胶5g，羟丙基甲基纤维素0.4g，膨润土1.5g，将称取到的样品混合后缓慢加入到恒温加热磁

21、力搅拌机中以70r/min的转速搅拌50min，温度控制在28，搅拌至混合均匀，稻草漆的制备即完成。2.3 实验测试方法2.3.1 稻草漆耐水性的测定采取的方法是浸水测试法，先将漆料涂布在按标准处理完成的板材上后养护30天。养护期满后，往玻璃水槽中加入去离子水，采取单因素试验法，将水温分别控制在20、30、40、50、60、70、80，并控制好整个流程的温度保持稳定不变，稳定一段时间后，将样板的2/3浸入玻璃水槽中，观察样板在玻璃水槽中是否有脱落，变色等现象，并做好相关数据记录。为进一步确认在最适温度下稻草用量对于配制完成的稻草漆耐水性是否有影响，依照2.2.1的方法重新制备稻草漆，在找到最适

22、温度的基础上，保持其他条件不变，改变稻草漆配制中的稻草用量，将配制用量分别设置为0g、0.05g、0.1g、0.15g、0.2g、0.25g、0.3g、0.35g，一共分为8组，将第1组实验作为空白组进行对比实验，并做好相关数据记录。2.3.2 稻草漆低温稳定性的测定选用羟丙基甲基纤维素来调节漆料的贮存稳定性。在重新配置稻草漆的过程中调整羟丙基甲基纤维素的用量，分别加入剂量为0g、0.2g、0.4g、0.8g、1.0g的羟丙基甲基纤维素，将处理好后的样品放入500mL带有密封盖的广口玻璃瓶中，箱内温度控制在（-52）存放18h后取出，而后将温度调节到（232）将样品再次放入冷冻箱并存放满6h，

23、此操作为一次完整的冻融循环测试，并根据实验结果做好数据记录。2.3.3 稻草漆耐碱性的测定采用单因素对比实验进行探究，配制醚化改性稻草漆和普通稻草漆时稻草用量分别取0g、0.05g、0.1g、0.15g、0.2g、0.25g、0.3g、0.35g。取8块按标准制备好的试板，分别涂布上对应普通稻草漆后放入盛有氢氧化钙饱和水溶液的玻璃水槽中，加盖密封至样品出现剥落现象后取出，并记录相关实验数据。在其他条件不变的情况下，将涂布漆料更换为醚化改性稻草漆，观察其在同等时间下的变化情况，并做好相关数据记录。3 结果与讨论3.1 温度对稻草漆耐水性的影响温度对漆料的影响是漆料贮存和漆料使用过程中必须关注和聚

24、焦的问题，探求温度对于稻草漆耐水性的影响有助于延长稻草漆的贮存时长。将已涂布完成的板材放置在温度为20、30、40、50、60、70、80的玻璃水槽中，保持板材的2/3浸入水中，研究在不同温度下样品的外观状态，将样品状态进行对比，可得出样品耐水性最强的最佳温度值，实验结果如图3-1所示。图3-1 温度对稻草漆耐水时间的影响通过观察曲线的整体趋势，可以得出漆料的耐水时间呈现先上升后下降的趋势，在温度不断上升的情况下，漆料的耐水时间在40时达到最大值，当超过这个温度时，漆料的耐水时间快速下降，即得出漆料在温度为40时得到最佳耐水性能。出现此现象的原因是由于在40时稻草漆组成成分中的可分散性乳胶性能

25、最强，加强了漆料间的范德华力，堵了漆料中的孔隙，使得稻草漆整体结构趋于稳定，进而提高了稻草漆的耐水性。而当体系温度低于40时，可分散性乳胶的性能下降，稻草漆耐水性便也随之下降；当体系温度高于40时，分子间的热运动程度加剧，使分子空隙进一步扩大，可分散性乳胶已抵御不住水分子的入侵，进而导致稻草漆耐水性能下降。3.2 稻草用量对稻草漆耐水性的影响影响漆料耐水性能的原因有很多，可分为外部环境因素和内部组分因素，通过3.1的测试得知漆料的耐水性能受到温度这一外部环境因素的影响，为进一步确定内部组分含量中稻草用量对于稻草漆耐水时间是否会有影响，通过单因素试验变量法，在其他条件均不改变的前提下，选取此前得

26、出的最佳温度40进行进一步研究实验，得出的实验结果如图3-2所示。图3-2 稻草用量对稻草漆耐水时间的影响根据图示数据可以得出，随着稻草漆中加入稻草用量的增加，漆料的耐水时间呈阶梯状下降趋势，稻草漆用量为0g时，漆料的耐水性能最好。这是由于稻草本身含有的纤维素和木质素含有大量羟基，可以吸引水分子，属于亲水性物质且其本身稳定性能较差，当稻草用量增加时，漆料体系中的纤维素等含量占比增加，挤占了重质碳酸钙和石英砂等稳定性能较好的组分含量占比，造成漆料体系稳定性整体下降，导致漆料耐水时间缩短。若要使稻草漆达到较好的耐水性需减少稻草用量，但这会影响稻草漆的美观效果，所以为了平衡稻草漆美观与效能方面的得失

27、，制备稻草漆时加入的稻草用量要适量，不宜过量添加。3.3 纤维素的用量对稻草漆低温贮存稳定性的影响漆料的耐温变循环性一直是作为评估漆料贮存稳定的一大硬性指标，低温贮存稳定性是指漆料在经受冻结和融化交替变化时所表现出的稳定性。这是因为漆料的构成成份中包含聚合单体、水和能够溶于水的助剂等构成，而水占漆料构成成份的一半左右。漆料在低温和高温条件下不断冻结、融化，在此动态过程会影响漆料的稳定性。通过对漆料的耐温变循环性的测试，探求加入不同用量的羟丙基甲基纤维素是否能够提高漆料的贮存稳定性，得出的实验结果如图3-3所示。图3-3 纤维素用量对稻草漆耐温变循环性的影响通过观察图3-3可知，在刚开始加入羟丙

28、基甲基纤维素时，稻草漆耐温变循环次数增长较快，随着在稻草漆中加入的羟丙基甲基纤维素用量不断增多，在羟丙基甲基纤维素用量为0.4g至0.8g时保持一小段平稳不变，最终在羟丙基甲基纤维素用量为1g时达到4次循环。根据图示总体趋势可知，纤维素用量的增加有助于稻草漆耐温变循环次数的增加。羟丙基甲基纤维素能够不断增加稻草漆循环次数的原理在于它的甲氧基和羟丙基基团沿着纤维素分子链均匀分布，能提高羟基和醚键上的氧原子与水缔合形成氢键的能力，使游离水变成结合水，从而有效控制温度变化造成的水分蒸发，达到较高的耐温变循环性，使得稻草漆在贮存中不易受到环境温度变化带来的影响，从而提高了稻草漆的使用性能。3.4 醚化

29、改性对稻草漆耐碱性的影响稻草漆贮存稳定的评估指标中耐碱性占据着很重要的地位。普通稻草耐碱性能差，制成的漆料遇到碱性液体，容易导致漆料脱落，使用时间明显缩短。所以，稻草漆需要有一定的耐碱性。通过对稻草漆进行醚化改性的对比实验测试，以重点探讨了改性后的稻草漆对于漆料耐碱性的影响。图3-4 稻草醚化改性前后对稻草漆耐碱性的影响实验选取的是未进行改性的稻草与醚化改性后的稻草进行对比，通过对比研究稻草改性后耐碱性的变化。当稻草用量增加时，漆料中可分散性乳胶，羟丙基甲基纤维素等含量减少，漆料的耐碱性发生改变。所以，要将稻草用量控制在合适的范围内，以探求最佳的漆料耐碱性。从图3-4中的两条曲线可以明显看出，

30、为未改性稻草与改性稻草随着稻草用量的增加，其各自的耐碱性呈相反的变化趋势。未改性稻草随着稻草用量的增加，耐碱性逐步下降；改性稻草则随着稻草用量的增加，耐碱性逐步上升。原因在于未进行改性的稻草在耐碱性方面的能力几乎为零，容易因为碱性溶液造成脱落，而醚化改性后的稻草组成体系稳定，耐碱时间维持长时间稳定。同时，从两种不同试样的实验结果来看，进行改性后的稻草在耐碱性上无论稻草用量的改变与否，其耐碱性都要大于未改性稻草，这足以说明改性后的稻草对于漆料耐碱性的提高有着很大的帮助。4 结论实验采用单因素控制变量的方法，完成了不同因素对稻草漆贮存稳定性的探究。经过改良后的稻草漆在耐水性、耐温变循环性、耐碱性等

31、方面都比未进行改良的稻草漆更具有优势。（1）适宜的温度提高了稻草漆的耐水性，当温度小于或大于40时稻草漆的耐水性都较差；在温度控制在40时，稻草用量的减少能够使稻草漆的耐水性达到最佳值。（2）羟丙基甲基纤维素能够提高稻草漆的耐温变循环性，在羟丙基甲基纤维素用量为1g时，稻草漆的耐温变循环性达到最佳，使得稻草漆具有较好的存储性能。（3）醚化改性后的稻草漆对于漆料的贮存稳定提供了很大的帮助。与普通的稻草漆相比，改性后的稻草漆耐碱性要显著高于普通稻草漆，使得稻草漆耐碱性能得以完善且漆料体系稳定性较好。参 考 文 献1林丽敏,梁新强,周柯锦,等.氯化钙活化稻草秸秆生物质炭的制备工艺及其吸磷性能研究J.

32、环境科学学报,2016,36(04):1176-1182.2贾敬华.稻草的醚化改性D.沈阳:东北大学,2005.3盛莉. 稻草-EPS复合轻质保温墙体材料的研究D.江西:南昌大学,2011.4Ray Debajyoti,Ghosh Sanjay K,Raha Sibaji. Impacts of photochemical ageing on the half-lives and diagnostic ratio of polycyclic aromatic hydrocarbons intrinsic to PM2.5 collected from real-world like combustion events of wood and rice straw burning.J.Journal of hazardous materials,2019,366(03):10-15.5王翔.浅谈绿色环保涂料与健康J.宁德师专学报(自然科学版),2009,21(02):135-138.6代青华,刘秀生.环保涂料研究进展的可视化分析J.现代涂料与涂装,2016,19(11):17-19,36.7艾江.绿色建筑涂料技术现状及转型发展措施J.上海建材,2015,(03):17-20.8柯博,黄志杰,左美祥,等.纳米S