Шеллак: натуральная смола для премиальных покрытий и пищевых глазурей

Исторический контекст

Лак — название смолистого выделения крошечного лакового насекомого (Laccifer lacca), которое паразитирует на определенных деревьях в Азии, особенно в Индии и Таиланде. Это выделение насекомого культивируют и рафинируют из-за коммерческой ценности готового продукта, известного как шеллак. Термин шеллак происходит от shell-lac (слово для рафинированного лака в хлопьевой форме), но стало относиться ко всему рафинированному лак, будь то в сухой или взвешенной в спиртовом растворителе форме.

Шеллак сегодня в основном используется как герметик и финиш для дерева. У него большое преимущество — растворимость в этиловом или денатурированном спирте, экологически безопасном растворителе. Спиртовые растворители также делают шеллак быстроссыхающим — покрытия шеллаком на дереве обычно сохнут примерно за 45 минут, в отличие от масляных финишей, которые требуют много часов. Кроме того, шеллак не выцветает на солнце и не окисляется со временем. Однако шеллак имеет ограниченный срок хранения и может не высыхать должным образом, если он превысил рекомендуемый производителем срок. Этот срок может быть коротким как шесть месяцев или длинным как три года в зависимости от добавок производителя.

Промышленное применение шеллака включает паркетные полироли, чернила, шлифовальные круги, электрическую изоляцию и кожевенные пропитки. Этот натуральный смолистый герметик нетоксичен и одобрен FDA для покрытия конфет, фармацевтики, фруктов и детской мебели.

Шеллак доступен в большинстве строительных или красочных магазинов в прозрачном или белом шеллаке или оранжевом шеллаке, который придает оранжево-красный оттенок натуральному дереву. Другие оттенки получают свой цвет не от красителей или отбеливателей, а из-за дерева, к которому прикрепилось лаковое насекомое — сок влияет на цвет выделений насекомого, таким образом изменяя цвет рафинированного шеллака. Шеллак может наноситься на дерево, над лаком, краской, стеклом, керамикой, даже пластиком с удивительной адгезией, но он не может использоваться под синтетическими герметиками, такими как полиуретан.

История

Лак культивировали три столетия. Большую часть этого времени выделения лакового насекомого ценили за фиолетово-красный краситель, получаемый замачиванием в воде. Этот краситель использовали для окрашивания шелка, кожи и косметики и культивировали в основном для этой цели до 1870-х. Тогда анилиновые или химические красители начали вытеснять эти и другие натуральные красители.

Рано, в XVI веке, делали отсылки к полезности выделений лакового насекомого как декоративного лака для мебели и тонких музыкальных инструментов. Коренные народы Дальнего Востока трудоемко культивировали и перерабатывали шеллак вручную, соскребая ветки, покрытые выделениями лакового насекомого, вдавливая выделения в муслин и держа длинные муслинные мешки с выделениями над огнем для сжижения и очистки. Они вручную тянули его в огромные листы, а затем ломали листы в хлопья для повторного увлажнения позже.

Ручные процессы частично заменили к середине XIX века. Прямо когда лаковый краситель был готов угаснуть в популярности, промышленные заводы начали перерабатывать выделения лака для использования как герметик и финиш для дерева. В 1849 году Уильям Цинссер основал Wm. Zinsser & Company в Нью-Йорке. Шеллаки Цинссера были растворимы в этиловом спирте и были первыми быстроссыхающими, крепкими, бесцветными финишами, доступными в США. Шеллак был особенно популярен в конце XIX и начале XX века, когда дома быстро строились в ранних пригородных поселках в безумной спешке — шеллак был идеальным финишером для дерева, потому что он так быстро сох и несколько слоев можно было нанести за один день. Известный как buttonlac, очень темный шеллак, придавал очень глубокий ореховый цвет дешевой деревянной работе, что люди тогда находили очень желательным.

Сырье

Шеллак обычно делают из двух ингредиентов, сырого seedlac и этилового спирта. Фактически, большинство компаний хотят очистить шеллак максимально полностью — примеси от жука, кокона и т.д. удаляют, как и натуральные воска. Шеллак обычно поставляют в сухой или хлопьевой форме и увлажняют спиртовым растворителем, обычно денатурированным спиртом. Некоторые компании добавляют ингредиенты для удлинения срока хранения продукта, но не раскрывают эти проприетарные добавки. Шеллак, который отбелен (или сделан в прозрачный шеллак), растворяют в карбонате натрия и центрифугируют для удаления нерастворимых, затем отбеливают гипохлоритом натрия.

Процесс производства

Роль лакового жука

• 1 Шеллак производит крошечное красное насекомое. Рои насекомых питаются определенными деревьями, в основном в Индии и Таиланде, неофициально известными как лаковые деревья. Жизненный цикл лаковых жуков всего шесть месяцев, за которые они едят, размножаются и секретируют смолу, которую они взяли из дерева для производства шеллака.

  В определенные сезоны года эти насекомые роями налетают на деревья, оседают на ветках и проецируют выросты в дерево для проникновения в кору. Они всасывают сок и поглощают его, пока не накормят себя до смерти (называемое пиром смерти среди коренных народов). В это же время продолжается размножение, причем каждая самка лакового жука откладывает около 1000 яиц перед смертью.

  Сок химически изменяется в теле лакового жука и затем экскретируется на ветку дерева. На контакте с воздухом экскреция образует твердую оболочеподобную накладку над всем роем. Это покрытие формирует корку над веточкой и насекомыми. Пока самка лакового жука экскретирует всасываемый сок, она готовится умирать и обеспечивает жидкость, в которой ее яйца созреют под защитой. Роль самцов — оплодотворить самку, и после оплодотворения выход лак у самок резко возрастает. Взрослые самцы и самки становятся неактивными, а молодые начинают прорывать корку и роями вылетают.

Рафинирование корчавой смолы

• 2 Рабочие срубают миллионы покрытых коркой веток, называемых sticklac, для транспортировки на рафинадерные заводы (как ручной, так и механической очистки). Некоторые рабочие используют молоты и сбивают корчавое покрытие примерно так, как лед сбивают с веток зимой (это называется grainlac).
• 3 На рафинирующих центрах sticklac соскребают для удаления выделений с веточек. Sticklac и grainlac измельчают вращающимися жерновыми жерновами. Полученный измельченный материал довольно нечистый, содержащий смолу, остатки насекомых, веточки, листья и т.д. Смесь принудительно пропускают через сито, удаляя крупнейшие примеси.
• 4 Просеянную смолистую смесь кладут в большие банки и топчут рабочим, чтобы раздавить гранулы и высвободить красный краситель из лаковых семян и остатков насекомых из смолы. Красительная вода, пена и другие примеси затем вымывают в нескольких промывках. Смесь распределяют на бетонном полу для сушки и называют seedlac, потому что она напоминает семя. Seedlac — сырье, из которого производят и оранжевый шеллак, и отбеленный или прозрачный шеллак.

  Шеллак может быть сделан из seedlac вручную или современным механическим оборудованием. Почти весь американски используемый шеллак рафинируется с помощью машин, используя тепловой или растворительный процесс.

Тепловой процесс

• 5 Seedlac плавит на паровых сетках. Расплавленный лак гидравлическим давлением загоняют через сито или экран, либо тканевый, либо мелкокамерный. Отфильтрованный шеллак собирают и переводят в паровой чайник, который затем капает расплавленную жидкость на валы. Жидкость выдавливают через валы и форсируют в большие тонкие листы шеллака. Когда сухая, эта шеллаковая листья ломают в хлопья и транспортируют в другую зону, где хлопьи комбинируют с денатурированным спиртом для производства потребительского шеллака.

Растворительный процесс

• 6 В этом процессе seedlac и растворитель, обычно этиловый спирт, смешивают в растворителе, рефлюксуют около часа и затем фильтруют для удаления примеси. Отфильтрованную смолу отправляют через испарители, которые удаляют спиртовой растворитель, делая ее вязкой жидкостью. Эта жидкость затем капают на валы, которые загоняют ее в листы. Листы затем сушат и ломают в хлопья.

Отбеленный шеллак

Несмотря на удаление большого количества красного красителя из лаковых семян в процессе рафинирования, шеллак остается оранжеватым раствором после завершения обработки. Некоторые потребители предпочитают прозрачный шеллаковый финиш, поэтому производители разработали способ отбеливания цвета из шеллака.

• 7 Отбеливание начинается с растворения seedlac, который щелочерастворим, в водном растворе карбоната натрия. Раствор затем пропускают через мелкокамерное сито для удаления нерастворимого лака, грязи, веточек и т.д. Смолу затем отбеливают разбавленным раствором гипохлорита натрия до желаемого цвета. Шеллак затем выпадает из раствора добавлением разбавленной серной кислоты, фильтруют и промывают водой. Сушат в вакуумных сушилках и помолют в белый порошок, готовый для отгрузки на завод, который добавит жидкость в хлопья.

Смешивание шеллака для потребителя

• 8 Крупные производители шеллака получают сухие шеллаковые хлопья. Они затем ре-увлажняют хлопья, добавляя денатурированный этиловый спирт. Шеллак предлагают потребителю в хлопьевой форме или взвешенном в денатурированном спирте. Последнее наиболее популярно у потребителя. Производители шеллака относятся к концентрации шеллаковых хлопьев к денатурированному спирту в терминах фунтов на разрез — количества фунтов шеллаковых хлопьев, растворенных в одном галлоне денатурированного спирта. Таким образом, однофунтовый разрез шеллака содержит один фунт шеллаковых хлопьев, растворенных в галлоне спирта — очень разбавленный шеллак. Стандартный разрез производителей, предлагаемый потребителю предварительно смешанным, называется трехфунтовым разрезом. Некоторые потребители затем разбавляют его дальше денатурированным спиртом, если пожелают.

  Самый популярный оттенок шеллака, продаваемого предварительно смешанным — оранжевый шеллак, хотя прозрачный или белый шеллак также предлагаются предварительно смешанными потребителю. Производители всегда штампуют дату смешивания шеллака на банке. У каждого производителя есть рекомендуемый срок хранения продукта и потребитель должен соблюдать, что продукт не используется после периода, предложенного производителем. Если использован после рекомендованного временного промежутка, шеллак может никогда не высохнуть полностью.

  Для столяров, предпочитающих глубокие богатые цвета гранатного шеллака или buttonlac, сухие хлопья этих шеллаков могут быть приобретены у производителя и смешаны с денатурированным спиртом потребителем.

Побочные продукты/Отходы

Денатурированный этиловый спирт, используемый в процессе производства шеллака, строго регулируемый побочный продукт и известен как летучее органическое вещество (VOC). Самая опасная или загрязняющая часть, возможно, самые загрязняющие — нерастворимые, рафинированные из sticklac и grainlac, такие как веточки, коконы, листья, тела жуков и т.д., насыщенные спиртом. Шеллаковая индустрия работает над созданием огромных испарителей, которые всосают весь спирт из этих нерастворимых, чтобы летучесть не была проблемой. Шеллаковые хлопья полностью натуральные и нетоксичны. Это спиртовые растворители, которые регулируются.

Контроль качества

Химический анализ не помогает в определении качества шеллака. Важнее эмпирические тесты, такие как текучесть и срок хранения, которые большинство клиентов artikulировали как большой заботы. Кроме того, тщательное изучение чистоты шеллака путем удаления максимально возможного количества натуральных примесей, найденных в sticklac, имеет первостепенное значение (нерастворимые определены как нерастворенное вещество, остающееся при смешивании смолистого соединения с горячим спиртом). Все процессы рафинирования мониторят за их эффективностью в удалении этих нежелательных.