桐油脫酸精制工藝優化研究

黃 彬，吳忠冬，葛 毅，龍洪旭，楊 焰，廖有為

（中南林業科技大學材料科學與工程學院，長沙 410000）

油桐屬于大戟科油桐屬植物，是我國特有的大本油料樹種。我國油桐的重點產區是湖南湘西以及重慶，桐油生產量占到了全球70%以上［1］。

最近幾年，隨著國家環保政策不斷深入，桐油重新受到了人民的重視，由于生桐油存在酸值高不耐儲存、氣味大的問題，限制了其在工業領域中的應用。目前對于溶劑萃取法精制桐油的工藝優化的研究較少，本文利用溶劑萃取法對生桐油進行精制，并對脫酸工藝進行了研究，進一步改善桐油的品質。

1 實驗

1.1 材料與儀器

桐油，工業級；無水酒精，分析純；KOH，分析純；合成沸石；KI，分析純；淀粉，食品級；Na2SO3，分析純；環己烷，分析純；HCl，分析純；無水乙酸，分析純；I-Cl，分析純；酚酞，IND。

HZ-HG-602N和FA2004型電子天平；98-I-B型電子恒溫電熱套；AF-1018數顯加熱電力攪拌器；DW-3型數顯電動攪拌器；SHZ-D（Ⅲ）型循環水式真空泵；RE-2000A型旋轉蒸發儀；DL-1型萬用電爐；BGD 155型智能數字式粘度計。

1.2 精制桐油的制備工藝

1.2.1 溶劑萃取脫酸工藝

采用《GB／T 5530-2005》中的酸值測定法，確定生桐油脫酸后的酸值，并根據式（1）得到脫酸率。按式（1）計算脫酸率。

式中：S1為桐油脫酸前的酸值，mg／g；S2為桐油脫酸后的酸值，mg／g。

以脫酸率為指標，考察無水酒精添加量（100%、95%、90%、85%、80%）、料液比（1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5 g／mL）、萃取的溫度（15、25、35、45、55℃）和萃取的時間（15、30、45、60、75 h）正交實驗，優化了桐油的最佳脫酸條件，并對最佳方案進行了分析和驗證。

1.2.2 桐油理化指標的測定

1）色澤的測定［2］

將將過濾后的桐油樣品倒入玻璃管中，與Gardner玻璃色標進行比較，并記錄其亮度和飽和度最接近樣品的標準號。

2）酸值的測定［3］

將酚酞指示劑和無水酒精倒入燒瓶中混合，并加至70℃，用KOH溶液滴定直至變色，并維持15s左右。然后將中和的無水酒精溶液轉移到裝有桐油樣品的燒瓶中，均勻混合后加熱至沸騰狀態，再次滴定直到溶液的顏色改變，并維持15s左右不變。

3）皂化值的測定［4］

稱取一定質量桐油樣品加入燒杯中，添加KOH-CH3CH2OH溶液和合成沸石，連接回流冷凝器，將燒瓶放入油浴鍋中緩慢煮沸，保持油沸騰60min，并保持震動模式。將酚酞指示劑滴加到熱桐油中，并用HCl標準溶液滴定直至顏色消失。同時，進行了空白對照實驗。

2 結果與討論

2.1 脫酸工藝優化

2.1.1 無水酒精質量分數對桐油脫酸率的影響

當在90%至95%的無水酒精質量分數下，桐油脫酸率的改變最大；當無水酒精質量分數高于95%時，脫酸率的改變呈相對較為平緩的趨勢。由此，可得出結論，選取無水酒精質量分數為90%，95%，100%較為適宜。

2.1.2 料液比對桐油脫酸率的影響

經一系列的分析結合脫酸效果，無水酒精回收，操作成本等多方面綜合因素，料液比（g／mL）為 1∶2.5，1∶3，和 1∶3.5的較為合適。

2.1.3 萃取溫度對桐油脫酸率的影響

在脫酸條件相同的前提下，當溫度處于25℃以下時，升高溫度，脫酸率則會緩慢增加；當溫度高于25℃時，脫酸率隨溫度的升高而下降。當溫度升高到35℃左右時，萃取降低速率放緩。

2.1.4 萃取時間對桐油脫酸率的影響

由圖1可知，在相同的脫酸條件下，當時間在30 h以內時，隨著提取時間的繼續增加脫酸率也增加；超過30 h后，脫酸率隨時間緩慢增加呈下降趨勢。經分析可得，最佳的萃取時間應該為15，30，45 h為宜。

圖1 萃取時間對桐油脫酸率的影響

2.2 正交實驗

根據單因素實驗，設計L9（34）正交實驗方案，選取無水酒精濃度、料液比、萃取溫度和萃取時間為自變量，以桐油脫酸率為指標。正交實驗因素水平表見表1。

表1 萃取脫酸正交實驗因素水平表

表2 正交實驗結果

根據表2可知，各因素對桐油脫酸率影響的主次順序為A＞B＞C＞D，即乙醇質量分數＞料液比＞萃取溫度 ＞萃取時間，桐油脫酸最佳工藝為A1B3C1D2，通過做驗證實驗，即乙醇質量分數100%、料液比1∶3.5、萃取溫度為15℃、萃取時間30 h時，桐油脫酸率為78.07%。

2.3 精制前后的桐油理化指標分析

實驗精制后的桐油，各種指標已經滿足了林業行業標準LY／T 2865-2017桐油中優等品的要求［8］。

3 結論

重點以脫酸率為評價指標對生桐油的脫酸工藝進行優化，使用溶劑萃取的方法，采用四因素三水平L9（34）正交實驗法，得到最佳桐油脫酸工藝條件為：無水酒精質量分數100%、料液比1∶3.5g／mL、萃取溫度15℃、萃取時間30 min，在此工藝下，桐油脫酸率可達78.07%。