1.燙蠟技術(shù)開發(fā)課題支撐
(1)國家自然科學基金項目,，艾克西德-東北林業(yè)大學申報的課題“木材用新型合成蠟的制備與界面結(jié)合調(diào)控及燙蠟品質(zhì)研究,，項目批準號：31770592”,。
(2)黑龍江省技術(shù)開發(fā)推廣項目：東北林業(yè)大學與艾克西德企業(yè)合作研究的“天然和合成蠟制備與家具燙蠟技術(shù)推廣應用研究”,。
2.技術(shù)目標
(1)解決木質(zhì)材料裝飾的環(huán)保問題
隨著現(xiàn)代木材工業(yè)的發(fā)展，木質(zhì)材料如家具,、木地板,、木建筑和室內(nèi)木質(zhì)材料等表面裝飾方法大多采用現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)物-溶劑型油漆，溶劑型油漆含有大量苯和醛類等有機化合物,，其揮發(fā)物能致人中毒甚至演變癌癥,，排放到空氣中的有機化合物會生成許多活性物質(zhì)或酸性物質(zhì)，對人類的健康帶來嚴重威脅,。隨著人們物質(zhì)生活的改善,，對生活環(huán)境的要求逐漸提高，開始追求自然,、環(huán)保的生活環(huán)境,，對室內(nèi)的常規(guī)家具、仿古家具,、現(xiàn)代家具,、木地板、木建筑和室內(nèi)木質(zhì)材料表面裝飾要求更高,。綠色環(huán)保同時凸顯木材天然紋理和色澤的裝飾新材料受到越來越多的關(guān)注,。燙蠟木質(zhì)材料具有環(huán)保作用，木質(zhì)材料表面燙蠟處理能夠在木材表面形成透明的保護膜,，凸顯了木材自身的天然紋理,，且蠟的成分中不含有害物質(zhì)，對人體健康幾乎沒有影響,，在一定程度上解決了木質(zhì)裝飾材料的環(huán)保問題,。
(2)傳承傳統(tǒng)燙蠟裝飾技術(shù)
我國天然蠟(蜂蠟/川蠟)燙蠟木材裝飾技藝已具有2000多年歷史，到明清時期達到了應用的頂峰,，主要應用在高檔木制家具和重要的木建筑中,，裝飾效果遠遠好于當時俗稱的“大漆”裝飾，到了清末逐步走向衰落,，這主要是由于天然蠟產(chǎn)量低,、成本高、配方失傳和燙蠟技藝傳承遺失等原因,，盡管現(xiàn)在一些企業(yè)沿用天然蠟燙蠟裝飾技藝,，但是燙蠟裝飾質(zhì)量和效果難以保證，測試的不同批次的燙蠟木材質(zhì)量差異大,，使仿古家具,、木地板、木建筑、室內(nèi)木質(zhì)材料燙蠟裝飾難以滿足國內(nèi)外市場需要,。通過對古家具進行檢測,，采用正交方法論證其天然蠟的配比，并對傳統(tǒng)燙蠟技術(shù)進行優(yōu)化,，提高燙蠟裝飾質(zhì)量,，使之能夠適應市場需要。
(3)研發(fā)新型合成蠟
中國是石蠟最大的生產(chǎn)國,，由于原料成本低,、產(chǎn)量大，經(jīng)過改性的石蠟被廣泛地應用在食品包裝等領(lǐng)域,，目前人們開始研究以石蠟改性應用在高檔家具燙蠟裝飾中,，但是以石蠟為主要原料制備的改性蠟或者是所謂的合成蠟存在諸多問題，主要是改性或合成蠟性能不穩(wěn)定(特別是柔韌性,、附著力),、產(chǎn)品性能差異大、改性或合成方法控制難等因素,，同時在使用中燙蠟溫度控制難等,，也阻礙了石蠟在燙蠟木材裝飾領(lǐng)域的應用。因此,，通過對石蠟進行改性,，與通過改性處理的聚乙烯蠟高溫加熱混合，研發(fā)具有高性能,、高穩(wěn)定性的新型合成蠟對我國燙蠟技藝相關(guān)基礎(chǔ)研究的發(fā)展以及繼承和傳承民族文化 和技術(shù),、提高家具的裝飾質(zhì)量和效果具有重要的指導意義，對于我國石蠟相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新升級具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值,。
(4)建立天然蠟和合成蠟燙蠟性能品質(zhì)評定體系
開展天然蠟(蜂蠟/川蠟)特性,、主要化學成分定性與定量、配比關(guān)系及燙蠟木材的微結(jié)構(gòu)表/界面研究,，為合成蠟的研究提供理論依據(jù),，制備出適合燙蠟木材的高性能、高穩(wěn)定性新型合成蠟,，研究新型合成蠟與木材組分和結(jié)構(gòu)的結(jié)合機制以及保護效果,，提出優(yōu)化的合成蠟燙蠟木材裝飾技術(shù)，測定并分析燙蠟木材表面視覺和觸覺性能,，并建立合成蠟燙蠟性能評定模型及品質(zhì)評定體系,，將為傳承和發(fā)揚我國傳統(tǒng)的木質(zhì)家具燙蠟裝飾技術(shù)以及實現(xiàn)低碳環(huán)保的木材改良修飾提供理論支撐和科學利用依據(jù)，為木材表面燙蠟裝飾技術(shù)的推廣和應用提供完善的品質(zhì)評價體系,。
3.技術(shù)簡介
測定古家具和古建筑(非破壞項目的測定)以及仿古家具等企業(yè)生產(chǎn)的天然蠟(蜂蠟/川蠟)燙蠟木材,，結(jié)合正交實驗方法驗證測定的天然蠟(蜂蠟/川蠟)配比結(jié)果，為合成蠟制備提供相應的性能指標,。通過分別對試材進行水熱預處理,，以紅酸枝、榆木,、水曲柳,、云杉和冷杉五種木材為研究試材，進行燙蠟處理,，未處理試材表面如圖1所示,，燙蠟木材表面如圖2所示。確定不同的處理時間和溫度以及高溫熔蠟和燙蠟溫度對木材的影響作用,，測定和分析天然蠟和合成蠟與木材的附著力,、耐磨性、耐冷熱性等性能指標,，分析和比較天然蠟和合成蠟燙蠟木材前后的木材材色,、表面光澤度和紋理凸顯度測定并進行定量分析，利用色度學參數(shù)和紋理特征參數(shù)定量方法以及數(shù)字圖像處理技術(shù),，揭示燙蠟木材后的視覺特性,，對天然蠟、合成蠟燙蠟木材指標比較以及燙蠟木材性能品質(zhì)評定研究,，從而建立適合企業(yè)生產(chǎn)的新型合成蠟燙蠟制品的研發(fā)體系,，制定適合燙蠟產(chǎn)品推廣應用研究的生產(chǎn)技術(shù)要求和技術(shù)規(guī)程，提出優(yōu)化的燙蠟制品的優(yōu)化工藝,、技術(shù)要求和技術(shù)規(guī)程,。
4.技術(shù)內(nèi)容
(1)天然蠟配比優(yōu)化技術(shù)
①天然蠟
蜂蠟,，又稱黃蠟,、蜜蠟，顏色為黃色,，由工蜂腹部的蠟腺分泌出來的一種脂肪性物質(zhì),，主要成分可分為4大類，即酯類,、游離酸類,、游離醇類和烴類。蜂蠟熔點為62~67℃,，硬度小,，有光澤，具有良好的防水性,。蜂蠟通常被用于醫(yī)藥行業(yè),、化妝品行業(yè),、食品行業(yè)等領(lǐng)域。
蟲蠟,，又稱為川蠟,、白蠟，顏色為白色或類白色,，由白蠟蟲在白蠟樹上或其他種樹枝上分泌的蠟精制而成,。主要成分為酯類混合物、游離脂肪酸,、樹脂等,。蟲蠟熔點為82.9℃，是動物蠟中熔點最高的蠟,，密度小,，硬度較蜂蠟大，且具有脆性,。
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以天然蠟(川蠟、蜂蠟)以及環(huán)保助劑為主要研究對象,，對天然蠟配比進行優(yōu)化研究,，通過多因素正交試驗，采用傅里葉紅外光譜儀,、掃描電子顯微鏡,、透射電鏡等方法測定并分析天然蠟燙蠟木材微表結(jié)構(gòu)界面，表面裝飾性能相關(guān)指標,，優(yōu)化出適合木材燙蠟技術(shù)的天然蠟的配比方案,，為合成蠟制備提供相應的性能指標。
(2)環(huán)境友好型合成蠟的制備技術(shù)
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石蠟,，為白色的蠟狀固體，主要從石油中提煉加工得出的,，主要成分為直鏈烷烴,，具有晶體結(jié)構(gòu)，無臭無味,，沒有毒性,，熔點為60~85℃，化學活性較低,，不溶于水,、酸、堿,，可溶于有機溶劑及松節(jié)油中,，通常被作為生活用品,、醫(yī)療、工業(yè)等方面的原料,。
聚乙烯蠟,，為相對分子質(zhì)量為500~5000低分子量的聚乙烯，其呈顆粒狀,、白色粉末、塊狀以及乳白色蠟狀,，通常又乙烯聚合制得,，或者由低密度的高分子量聚乙烯裂解制得。聚乙烯蠟熔點較高,，為100~110℃,，耐熱性、耐寒性,、耐磨性和耐化學藥品性能都較好,，可作為多種熱塑性樹脂的濃色母料分散劑，可作顏料的載體,，可改進油漆,、油墨的耐磨性等，應用范圍廣泛,。
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以石蠟、聚乙烯蠟為主要原料,，分別對石蠟,、聚乙烯蠟、進行接枝改性,，以馬來酸酐,、甲基丙烯酸等單體為接枝單體，過氧化苯甲酰為引發(fā)劑,，在氮氣環(huán)境下的二甲苯溶液中進行反應,，控制反應時間、溫度等條件制備改性石蠟和改性聚乙烯蠟,，然后進行抽濾,，制備過程如圖5所示，制得改性石蠟和改性聚乙烯蠟,，如圖6所示,。采用傅里葉紅外光譜儀測定改性蠟的官能團變化，通過滴定法測定改性蠟的接枝率,。
石蠟經(jīng)過接枝改性引入-COOH極性基團等,，和經(jīng)改性后的聚乙烯蠟在加熱條件下共混,，通過添加改良劑融入共混物中制備合成蠟替代蜂蠟/川蠟，合成蠟制備過程如圖7a所示,，改性石蠟和改性聚乙烯蠟共同制備的合成蠟如7b所示,。引發(fā)劑、單體用量,、反應溫度,、反應時間等因素均影響合成蠟的性質(zhì)，檢測分析合成蠟與木材界面微結(jié)構(gòu)表/界面的化學結(jié)構(gòu),、分子結(jié)構(gòu),、活性官能團、木材結(jié)晶度變化,、木材表面的自由基,、木材組分變化和微觀結(jié)構(gòu)等方面，以及木材表面裝飾性能指標,，優(yōu)化出合成蠟燙蠟技術(shù),。
(3)木材預處理技術(shù)
①預處理方法
對木材進行水熱處理,，即以水作為溶劑,，將木材浸入其中，加熱到一定的溫度對木材進行高溫處理,，可以脫除木材中部分侵填體,，使木材內(nèi)紋孔、導管疏通,，提高木材的滲透性,。而且利用水作為增塑劑使得木材細胞壁撐大，加熱促進水分子熱運動,，水分子為極性分子,，在一定程度上增強了木材表面的羥基數(shù)量，增強了木材表面極性,，有利于木材與蠟通過化學鍵進行結(jié)合,，提高木材與蠟的結(jié)合強度。
?、陬A處理方法對燙蠟木材裝飾質(zhì)量的影響
通過采用物理處理方法,，對木材表面進行預處理，使木材表面與燙蠟在高溫情況下產(chǎn)生界面反應,，增加燙蠟木材界面結(jié)合強度,，使得木材表面極性分子團占比增加，木材表面容易與極性合成蠟結(jié)合,。利用合成蠟與天然蠟對經(jīng)過預處理的試材進行燙蠟處理,，測定并分析木材預處理方式,、方法和處理參數(shù)，高溫熔蠟,、燙蠟溫度和燙蠟時間等因素對燙蠟木材品質(zhì)的影響,，測定并分析蠟與木材微結(jié)構(gòu)表/界面活性官能團、化學性質(zhì),、分子結(jié)構(gòu)和木材組分,、表面潤濕性、自由能和蠟表面張力等,，揭示木材與天然蠟,、合成蠟表/界面結(jié)合機理，提出優(yōu)化的合成蠟燙蠟木材裝飾技術(shù),。
(4)燙蠟制品品質(zhì)評定技術(shù)
檢測和分析天然蠟和合成蠟與木材界面的附著力,、耐磨性,、耐冷熱性,、表面潤濕性、硬度,、耐光性,、耐久性等表面性能，以及燙蠟木材表面視覺物理量,、觸覺物理量,，從而評價蠟與木材的表面裝飾性能。
檢測和分析天然蠟和合成蠟的揮發(fā)性有機化合物(VOC)釋放指標,，參考相關(guān)標準評價燙蠟木材的環(huán)保性能,。
采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對天然蠟和合成蠟燙蠟木材表面的紋理凸顯性等指標進行測定和分析，比較評價燙蠟木材表面紋理凸顯性,，建立天然蠟與合成蠟燙蠟性能評定體系,。
5.技術(shù)方法和路線
(1)技術(shù)方法
(2)技術(shù)路線
6.技術(shù)應用
(1)建立適合企業(yè)的天然蠟和合成蠟的生產(chǎn)工藝
傳統(tǒng)的燙蠟裝飾技藝生產(chǎn)工藝以手工制作為主，不同的生產(chǎn)企業(yè)蠟的配比不同,，且受到地區(qū),、氣候、木材種類等的影響,，導致蠟配比各不相同,，蠟的生產(chǎn)工藝完全取決于經(jīng)驗豐富的工人，缺乏技術(shù)標準和規(guī)范,。同時在進行研究時,，天然蠟和合成蠟的配比研究和檢測均在實驗室條件下進行，受到實驗室規(guī)模和條件所限制所采用的材料的規(guī)格和用量較小,，所以在進行企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)時,，實驗室的蠟的試驗條件并不能完全適用于企業(yè)生產(chǎn),。在實際生產(chǎn)中，必須根據(jù)企業(yè)實際情況對生產(chǎn)工藝進行調(diào)整,，從而使天然蠟和合成蠟的生產(chǎn)工藝適應于企業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn),。
(2)制定燙蠟生產(chǎn)技術(shù)要求和技術(shù)規(guī)程
市場上關(guān)于燙蠟制品生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小，主要以傳統(tǒng)的小作坊為主,，在進行制蠟和燙蠟過程中通常根據(jù)工作經(jīng)驗進行燙蠟,，對于具體的生產(chǎn)參數(shù)和技術(shù)要求并不清楚，導致燙蠟裝飾質(zhì)量參差不齊,。在企業(yè)生產(chǎn)中對天然蠟和合成蠟的融蠟溫度,、木材處理方式、燙蠟時間,、燙蠟溫度等因素進行定量化,，制定對應的相關(guān)技術(shù)要求，并對流程工藝和注意事項進行規(guī)定說明,，從而制定具體的生產(chǎn)技術(shù)要求和技術(shù)規(guī)程,，使企業(yè)生產(chǎn)流程順暢，嚴格控制生產(chǎn)質(zhì)量,。
(3)燙蠟制品品質(zhì)評定體系的應用
從事燙蠟技術(shù)的企業(yè)規(guī)模較小,，木質(zhì)材料表面燙蠟裝飾質(zhì)量參差不齊，差距較大,，且木質(zhì)家具,、地板、建筑和室內(nèi)木質(zhì)材料燙蠟裝飾技術(shù)和裝飾質(zhì)量評定未見更多定性和定量化的標準進行約束,。將燙蠟制品品質(zhì)評定體系制技術(shù)應用于企業(yè)中,，制定適應企業(yè)生產(chǎn)的燙蠟制品評定模型和體系對生產(chǎn)的燙蠟制品的表面裝飾性能、揮發(fā)性氣體釋放以及表面紋理凸顯性等指標進行評定,，可對制品品質(zhì)進行分級處理,，全面評價制品品質(zhì)，排除劣質(zhì)產(chǎn)品,，保證燙蠟制品的質(zhì)量,。在實際使用過程中，還需對多種木材進行試驗,，進一步補充和完善評價體系,，做到與時俱進。
(4)制品開發(fā)與推廣應用
艾克西德企業(yè)已申請燙蠟技術(shù)相關(guān)的實用新型專利和發(fā)明專利多項,，對企業(yè)燙蠟制品的研發(fā)和推廣提供了較多的技術(shù)支持,。燙蠟技術(shù)用途廣泛，可應用于木質(zhì)家具、木質(zhì)裝飾材料,、木質(zhì)工藝品等多個方面,，通過對木質(zhì)材料市場進行深入調(diào)研，全面掌握市場信息,，并確定明確的燙蠟制品市場定位和目標客戶群體,。在制品方面，以環(huán)保性和天然性為核心,，對制品的形式和造型進行創(chuàng)造性的開發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)制造,，建立適合企業(yè)生產(chǎn)的新型合成蠟燙蠟制品的研發(fā)體系，制定適合燙蠟產(chǎn)品推廣應用研究的生產(chǎn)技術(shù)要求和技術(shù)規(guī)程,，提出優(yōu)化的燙蠟制品的優(yōu)化工藝,、技術(shù)要求和技術(shù)規(guī)程。根據(jù)產(chǎn)品特點制定相應的推廣方案從而進行市場推廣,。
Research & Development on Melted Wax Surface Coating Technology
1.Support of project work on melted wax surface coating technology
(1) Project Approval no. 31770592 on the subject “Wood preparation with new synthetic wax and research on surface bonding control and quality of melted wax surface coating” in cooperation between National Natural Science Foundation of China and Northeast Forestry University.
(2) Publicized project by Heilongjiang Province Technology Development: "Research on the preparation of natural and synthetic wax and the promotion and application of melted wax surface coating technology for furniture" in joint cooperation between Northeast Forestry University and Beijing Exceed Corporation.
2.Technological Purpose:
(1) To solve environmental protection issue due to decoration with the use of wood materials
Wood materials with surface coating of melted wax has an environmental protection function. The melted wax treatment on the surface of the wood material can form a transparent protective film on the wood surface, making the natural texture of the wood itself look prominent. Wax ingredients do not contain harmful substances which almost causes no harm to human’s health. To a certain extent, it solves the environmental protection problem of the wood decorative materials.
(2) From the inheritance of traditional wax decoration technology to the optimization of natural wax
China's natural wax (beeswax / Chinese wax) and melted wax surface coating technology for wood decoration have a history of more than 2000 years. Through the examination of ancient furniture and with the use of orthogonal method to substantiate the proportion of natural wax, the traditional melted wax surface coating technology is optimized to improve the wax decoration quality sufficient to meet the market demand.
(3) Research on new synthetic wax
As main raw materials, paraffin wax and polyethylene wax are put into grafting modification process. Maleic anhydride and Meth acrylic Acid (MAA) and others are applied as grafting monomers. Benzoyl Peroxide is the initiator. The chemical reaction is carried out in xylene solution under nitrogen environment, mixed with the modified polyethylene wax by means of heating with high temperature. A new type of wax with high performance and high stability is developed which is of great significance to the development of basic research on China's melted wax surface coating technology, the inheritance of national culture and technology, along with the improvement of furniture’s decoration quality and effectiveness.
(4) Establishment of system on performance and qualitative evaluation of natural wax and synthetic wax
This section studies the combination mechanism and protection effects of new synthetic wax and wood components and structure, advancing the technology of optimized wood decoration by means of synthetic wax and melted wax surface coating. It also measures and analyzes the visual and tactile performace of the surface of wax-treated wood, and establish the system on performance and qualitative evaluation of natural wax and synthetic wax.
3.Improvement of working technique
Through the physical treatment method, the wood surface is pretreated under high temperature to cause reaction between the wood surface and melted wax. It increases the bonding strength of the wax-treated wood surface, increases the proportion of the polar molecular groups on the wood surface which is therefore easy to bond with the polar synthetic wax. The optimized decoration technology by means of melted wax has therefore advanced.
