乾性油
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植物油 |
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類型 |
用途 |
脂肪酸 |
乾性油[註 1]是一種經過一段時間暴露在空氣中會硬化形成堅硬的固體薄膜的油 。 油通過化學反應而變硬, 在化學反應中,成分通過氧的作用(而不是通過水的蒸發或其他溶劑的蒸發)交聯 (從而聚合) 。乾性油是油漆和一些清漆的重要組成部分。一些常用的乾性油包括亞麻籽油、桐油、罌粟籽油、紫蘇油和核桃油。過去幾十年來,它們已被醇酸樹脂和其他粘合劑所取代,故使用量有所下降。
由於氧氣是油固化的關鍵,所以那些易受化學乾燥影響的食物通常不適合烹飪,並且還很容易通過自動氧化變為酸敗,這是脂肪食物產生異味的過程。 [1] 浸有乾性油的抹布、布和紙在氧化過程中釋放熱量幾小時後可能會自燃(點燃)。
乾燥過程的化學性質
油的「乾燥」、硬化,或者更確切地說,固化的油是由於自氧化作用、向有機化合物中添加氧氣和隨後的交聯的結果。這個過程開始於空氣中的一個氧分子(O2)插入到與不飽和脂肪酸中的一個雙鍵相鄰的碳-氫(C-H)鍵中。產生的過氧化氫容易發生交聯反應。在相鄰的脂肪酸鏈之間形成化學鍵,形成聚合物網絡,通常可以通過樣品上的皮膚狀薄膜來觀察。這種聚合反應產生穩定的薄膜,雖然有一定的彈性,但不容易流動或變形。含二烯的脂肪酸衍生物,例如衍生自亞油酸的衍生物,特別容易發生該反應,因為它們產生異戊二烯。單不飽和脂肪酸,如油酸,乾燥較慢,因為烯丙基自由基中間體不太穩定(即形成較慢)。[2]
乾燥過程的早期階段可以通過油膜重量的變化來監測。由於吸收氧氣,薄膜變得更重。例如,亞麻油的重量增加了17%。[3]隨着氧吸收的停止,膜的重量隨着揮發性化合物的蒸發而降低。 作為油的產物,會發生進一步的轉變。大量的原始酯鍵在油分子中進行水解反應,釋放單個脂肪酸。 在塗料中,這些游離脂肪酸(FFAs)的某些部分與顏料中的金屬發生反應,生成金屬羧酸鹽。總之,與聚合物網絡相關的各種非交聯物質構成了流動相。 與作為網絡本身的一部分的分子不同,它們能夠在膜內移動和擴散,並且可以使用高溫或溶劑除去。流動相可以起到塑化漆膜的作用,防止漆膜變得太脆。固定相聚合物中的羧基離子化,變為負電荷,並與顏料中存在的金屬陽離子形成絡合物。最初的網絡,具有非極性共價鍵,被由離子相互作用連接在一起的離聚體取代,這些離聚體網絡的結構尚不清楚。
大多數乾性油在沒有空氣的情況下加熱後粘度迅速增加。如果乾性油長時間地經受升高的溫度,它將變成橡膠狀的油不溶性物質。[3]
金屬催化劑的作用
某些金屬鹽可以加速乾燥過程,特別是鈷、錳或鐵的衍生物。在技術上,這些油乾燥劑是作為均相催化劑的配位化合物。這些鹽來自親脂的羧酸鹽的羧基酸,如環烷酸,使複合物具有油溶性。這些催化劑加速過氧化氫中間體的還原。隨後發生了一系列的加成反應。每一步都產生額外的自由基,然後進行進一步的交聯。當兩對自由基結合時,這個過程最終結束。聚合會持續數天至數年,並使膜乾燥到可以觸碰。乾燥劑的過早作用會導致漆面剝落,添加了抗剝落劑(如甲基乙基酮肟)後這種不良的過程會被抑制,當油漆/油被塗到表面時,這種抗剝落劑就會蒸發掉。
構造
乾性油由脂肪酸三酸甘油酯組成。這些酯的特徵是多不飽和脂肪酸含量高,尤其是α-亞麻酸。油的「乾燥」性的一個常用指標是碘值,它是油中雙鍵數量的一個指標。碘值大於130的油被認為是乾性油,碘值為115~130的油是半乾性油,而碘值小於115的油是非乾性油。
蠟與樹脂的比較
非干蠟,如硬膜巴西棕櫚樹蠟或糊狀蠟,和樹脂,如達瑪樹脂,柯巴脂,和紫膠,由長而細的碳氫分子鏈組成,但不以乾性油的方式形成共價鍵。因此,蠟和樹脂是可再溶解的,而固化的清漆或油漆不可再溶解。
安全
由於乾燥過程中會放熱,碎布、布料和用油浸透的紙張可能會自燃(點燃)。當油浸材料被摺疊、綑紮或堆積在一起時,這種危害會更大,這使得熱量積聚並加速反應。預防措施包括:用水弄濕抹布,使其遠離陽光直射;將其浸入水中,並用設計的特製密封金屬容器放好;或者將它們浸入溶劑中,在合適的密閉容器中。亞麻籽油浸透的破布是造成One Meridian Plaza (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)火災的原因。
儘管據說破布浸泡在油漆稀釋劑會引起自燃,但除非使用乾性油作為稀釋劑(常規的油漆稀釋劑並不包括乾性油),否則這並非事實。實際上,危險的是浸泡在油漆中的破布,因為油漆(或清漆)中含有乾性油,這並不是浸泡在油漆稀釋劑中導致的,除非破布浸泡在稀釋劑、亞麻籽油等乾性油的混合物中才能引起破布自燃(點燃)。
參閱
註釋
參考
- ^ Ulrich Poth,「乾性油和相關產品」在 Ullmann's 在烏爾曼的工業化學百科全書 Wiley-VCH, Weinheim, 2002.Ulrich Poth。 doi:10.1002/14356007.a09_055
- ^ Ned A. Porter, Sarah E. Caldwell, Karen A. Mills 《不飽和脂質的自由基氧化機制》 Lipids 1995,,30卷,277-290頁. doi:10.1007/BF02536034
- ^ 3.0 3.1 Apps, E. A. 油墨技术. 倫敦: Leonard Hill [Books]Limited. 1958: 14.
延伸閱讀
- 「Autoxidation.」 McGraw Hill Encyclopedia. 8th ed. 1997.
- Friedman, Ann, et al. 「Painting.」 www.worldbookonline.com. 2006. 46 Stetson St. #5 Brookline, MA. 10 May 2006
- 「History of Oil Paint.」 www.cyberlipid.org. 5 May 2006 <https://web.archive.org/web/20090916174446/http://www.cyberlipid.org/perox/oxid0011.htm>
- van den Berg, Jorit D.J. 「Mobile and Stationary Phases in Traditional Aged Oil Paint.」 www.amolf.nl 2002. MOLART. 8 May 2006
- Andés, Louis Edgar, Drying oils, boiled oil, and solid and liquid driers. London: Scott, Greenwood & Co., 1901.
外鏈
- Tung and Linseed Oils by Steven D. Russel