CN101633785A - 石蜡乳液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石蜡乳液及其制备方法和应用，属于人造板防水剂领域。本发明石蜡乳液由以下各组分组成：蜡，亲水性非离子表面活性剂，油酯和水。本发明石蜡乳液可代替同样重量的石蜡作为防水剂使用，能够有效提高人造板的防水性能，采用本发明石蜡乳液作为防水剂所制备的刨花板的吸水厚度膨胀率和机械性能均满足国标GB/T 4897－92要求。本发明石蜡乳液具有良好的机械稳定性；保存期长，可达1年以上；能够抗酸、碱，耐硬水；在热压下易破乳。本发明石蜡乳液每公斤的成本低于石蜡20％，可大大降低企业的生产成本。

Description

石蜡乳液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种人造板防水剂及其制备方法，尤其涉及一种石蜡乳液及其制备方法，本发明还涉及该石蜡乳液在制备刨花板中的应用，属于人造板防水剂领域。

背景技术

由于木材具有游离羟基、纤维表面带负电荷、以及毛细管和渗透作用，使木质材料具有吸湿、吸水的特性。因此人造板在使用过程中受空气湿度变化的影响，其含水率、厚度和长度会有所变化，并且导致人造板产生翘曲变形，甚至影响胶合强度。因此，人造板的吸水厚度膨胀率是衡量其材料性能的一项重要指标。这种指标决定了人造板在运输、安装以及使用过程中的尺寸稳定性如何随环境温度和湿度的变化而变化，因此，人造板吸水厚度膨胀指标在生产地点与使用地点相距甚远、地域差异较大的使用条件下显得尤其重要。

目前，被公认为能够最有效地控制人造板吸水厚度膨胀的方法是向纤维或刨花板中施加少量石蜡或石蜡防水剂，从而降低木材或纤维的表面张力，并使之小于水的表面张力，达到防水的目的。

以下几个指标是人造板企业选用防水剂时主要的参考因素。

(1)机械稳定性

机械稳定性主要指的是防水剂抗机械剪切的能力。石蜡乳液防水剂在使用过程中需要经过管路传输和承受泵的剪切力。如果乳液不能保持一定的机械稳定性，乳液在流动过程中就会提前破乳，影响使用效率。更为严重的是，因破乳而导致堵塞管路或喷嘴，将给使用厂家造成很大麻烦。

(2)耐酸、碱性，耐硬水性

这一指标的考核体现在防水剂与胶的混合。大部分阴离子表面活性剂配方对酸，碱，硬水都很敏感，在与胶混合后，很容易破乳结块，但又不易被肉眼所发觉，这是防水剂使用效率降低的一个重要原因。

(3)热压易破乳性

热压易破乳性是影响防水剂使用效率的最重要因素，但却几乎被市场上现有的所有石蜡乳液防水剂生产企业所忽视。热压易破乳性可以保证施加到纤维上与胶相互接触混合的那部分防水剂在热压力的作用下，能够很快破乳，脱离胶液包裹，并流向纤维表面，最终充分达到防水效果。

用石蜡为基体作为防水剂，其主要功能是部分的阻隔人造板中木材单元中纤维之间的孔隙，使水分不容易润湿表面，降低纤维表面对水的吸附作用而起到防水效果。防水效率的评价，决定于防水及对纤维表面的覆盖程度和均匀分布程度。石蜡作为防水剂使用时，其覆盖纤维表面的比例不会超过1％，也远远小于人造板内部胶的覆盖率。当蜡的用量超过一定量时，会影响胶的有效覆盖率，从而影响纤维与纤维之间的胶合。

使用固体石蜡作为防水剂，主要存在着以下几个问题，包括：

(1)在人造板热压过程中，常出现没有融化的石蜡被包在胶滴中的现象，这部分石蜡不能在刨花或纤维表面形成蜡膜，因而起不到防水作用，造成石蜡的浪费。

(2)石蜡防水剂需要在融化的液态下施加，使用温度较高，容易发生烫伤等操作事故，且石蜡冷凝后极易堵塞输送管道；

(3)石蜡价格逐年升高，增加了人造板的生产成本。

由于以固体石蜡作为人造板防水剂存在的诸多问题，国内外的人造板企业越来越多的研发以石蜡乳液作为人造板防水剂的技术，但是目前国内的石蜡乳液还存在以下问题而得不到广泛应用：

1)石蜡乳液防水效果不如石蜡，原因在于生产防水剂所用的石蜡本身防水效果差，以及乳液的乳化效果差，乳液中固体颗粒尺径和分布不均，导致其在纤维上分散不均；

2)石蜡乳液的机械稳定性及抗剪切力差，导致使用过程中破乳；乳化剂选用不当及乳化工艺可操作性不好，石蜡乳液防水剂在使用过程中常有破乳和堵塞喷管的现象，给生产带来很大不便。

3)由于石蜡乳液对纤维的吸附性差，或者石蜡本身防水效果差，导致持久防水效果差。

4)石蜡乳液中使用的乳化剂过多、乳化剂极性偏大，影响胶粘剂的固化，因此对板的理化指标有负面影响。

5)防水剂质量不过关，影响低F/U摩尔比胶的胶合和甲醛释放量。

由于人造板用防水剂的成本约占到人造板企业生产成本的6％左右，因此，用价格较低的防水剂来替代价格常年居高不下的石蜡，从而降低人造板企业的石蜡使用成本，这也成为降低人造板企业综合生产成本的最直接的途径之一。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够有效提高人造板防水性能的石蜡乳液，并且该石蜡乳液具有机械稳定性高，能够抗酸、碱性和耐硬水，在热压下易破乳，生产成本低等优点。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种制备上述石蜡乳液的方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种用于人造板防水用的石蜡乳液，该石蜡乳液包括以下各组分组成：蜡，亲水性非离子表面活性剂，甘油酯和水；

为了达到更好的防水效果，各组分的重量份优选是：蜡8-20份、亲水性非离子表面活性剂4-10份、油酯8-20份、水50-80份；

进一步优选的，各组分的重量份是：蜡12-18份、亲水性非离子表面活性剂6-10份、油酯12-18份、水55-70份；

其中，所述蜡包括但不限于富含烷烃类的有机化合物；例如，所述蜡可以选自蜂蜡，矿物油，石蜡油，微晶蜡，植物蜡中的一种或多种；

所述亲水性非离子表面活性剂包括但不限于脂肪醇聚氧乙烯醚；优选的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚可以是：AEO系列，平平加等；

所述油酯包括但不限于甘油酯等；优选的可以是单硬脂酸甘油脂，三硬脂酸甘油脂；

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种制备上述石蜡乳液的方法。

一种制备上述石蜡乳液的方法，包括：

(1)按所述重量份称取各组分；

(2)将蜡、油酯和聚氧乙烯醚加入到反应斧中，加热使其完全熔化，得到混合物1；

(3)将混合物1升温至90-95℃，控制搅拌速度为2800-3000转/分钟；快速均匀加入第一批水，所加入水的重量为混合物1固含量的50-60wt％，所加入水的温度为90-95℃；

(4)在温度90-95℃，调整转速到1000-1200转/分钟，向混合物中均匀加完剩余的水，所加入水的温度为70-75℃；

(5)调整转速到100-150转/分钟，使乳液降温至50℃以下，即得。

上述方法中，步骤(3)中加入第一批水的时间优选为控制在小于2分钟；步骤(3)中向混合物1中加入水后保持2800-3000转/分钟转速搅拌5-8分钟；

步骤(4)中将剩余的水在1-2分钟内加入到混合物后保持1000-1200转/分钟转速搅拌5-10分钟；

本发明石蜡乳液可代替同样重量的石蜡作为人造板防水剂使用，其应用方法包括：将石蜡乳液按照刨花板生产原料干重量的0.4-1.5％的添加重量(优选为0.5％)添加到刨花板生产中的原料之中，再按照常规的刨花板生产工艺制备得到具有优异防水性能的刨花板。

本发明石蜡乳液可代替同样重量的石蜡作为防水剂使用，能够有效提高人造板防水性能，采用本发明石蜡乳液作为防水剂所制备的刨花板的吸水厚度膨胀率和机械性能满足国标GB/T 4897-92要求；本发明石蜡乳液具有良好的机械稳定性；保存期长，可达1年以上；能够抗酸、碱性和耐硬水；在热压下易破乳。本发明石蜡乳液每公斤的成本低于石蜡20％，因此可显著降低企业的生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

按照以下重量配比备料：聚氧乙烯醚6kg、甘油酯12kg，石蜡油12kg、水70kg；

将蜡、油酯和聚氧乙烯醚完全加入反应斧中，加热使其完全熔化；升温至90℃，物料全部熔化后，控制搅拌速度为2800转/分钟；快速加入第一批水15kg，水的温度为90-95℃，保持相同转速搅拌5分钟；在温度90℃下，调整转速到1000转/分钟，在2分钟内均匀加入第二批水55kg，水的温度为70-75℃，保持相同转速搅拌5分钟；调整转速到100转/分钟，通冷却水，在1个小时内搅拌使乳液降温至50℃以下即可出料。

本实施例所生产的石蜡乳液产品的技术指标如下：

外观：乳白色乳状液体

固含量：30％

pH值：7.0-7.2

保存期：18个月。

实施例2

按照以下重量配比备料：聚氧乙烯醚8kg、甘油酯16kg、蜂蜡16kg、水60kg；

将蜡、油酯和聚氧乙烯醚完全加入反应斧中，加热使其完全熔化；升温至90℃，物料全部熔化后，控制搅拌速度为2800转/分钟；快速加入第一批水20kg，水的温度为90-95℃，保持相同转速搅拌5分钟；在温度90℃下，调整转速到1000转/分钟，在2分钟内均匀加入第二批水40kg，水的温度为70-75℃，保持相同转速搅拌5分钟；调整转速到100转/分钟，通冷却水，在1个小时内搅拌使乳液降温至50℃以下即可出料。

本实施例所生产的石蜡乳液产品的技术指标如下：

外观：乳白色乳状液体

固含量：40％

pH值：7.0-7.2

保存期：14个月。

实施例3

按照以下重量配比备料：聚氧乙烯醚9kg、甘油酯18kg、植物蜡18kg、水55kg；

将蜡、油酯和聚氧乙烯醚完全加入反应斧中，加热使其完全熔化；升温至90℃，物料全部熔化后，控制搅拌速度为2900转/分钟；快速加入第一批水25kg，水的温度为90-95℃，保持相同转速搅拌5分钟；在温度90℃下，调整转速到1000转/分钟，在2分钟内均匀加入第二批水30kg，水的温度为70-75℃，保持相同转速搅拌7分钟；调整转速到100转/分钟，通冷却水，在1个小时内搅拌使乳液降温至50℃以下即可出料。

本实施例所生产的石蜡乳液产品的技术指标如下：

外观：乳白色乳状液体

固含量：45％

pH值：7.0-7.2

保存期：12个月

实验例1

1、供试样品：本发明实施例1-3所制备的石蜡乳液，分别编号为样品1、样品2和样品3；

2、实验方法：

实验分为3组，每一组分别采用样品1、样品2和样品3作为防水剂来制备刨花板，所得到的刨花板产品分别编号为产品1、产品2和产品3；刨花板规格为400mm×400mm×16mm(长*宽*厚)。

具体制备方法如下：

按照以下重量配比备料(以下计量全部按固含量计算)：刨花1000份，脲醛树脂100份，石蜡乳液(分别为样品1、样品2或样品3)5份，固化剂1份，甲醛消纳剂0.5份。

原料来源为：杨木刨花，含水率干燥到2-4％；实验室自制的F/U摩尔比为1.15脲醛树脂，性能指标如下表：

外观：白色无杂质均匀液体

粘度(涂-4杯)(25℃，s)    71

固含量(％)               66.2

PH值                     8.15

固化时间(s)              60

游离甲醛含量(％)         0.56

贮存期(天)               30

制板操作工艺步骤为：

1)调胶

按上述配比，将脲醛树脂、甲醛消纳剂、石蜡乳液、固化剂先后加入调胶罐中，搅拌均匀待用；

2)压板

将调好的混合胶液一起喷施在刨花表面，热压温度为180℃，热压压力为5MPa，热压时间为16s/mm。

按GB/T17657-1999《人造板及饰面人造板理化性能实验方法》检测方法对生产的刨花板产品进行性能检测，检测结果见表1。

表1  添加0.5％本发明石蜡乳液(固含)的刨花板板材性能

实验例2

1、供试样品：本发明实施例1-3所制备的石蜡乳液，分别编号为样品1、样品2和样品3；

2、实验方法：

实验分为3组，每一组分别采用样品1、样品2和样品3作为防水剂来制备刨花板，所得到的刨花板产品分别编号为产品1、产品2和产品3；刨花板规格为400mm×400mm×16mm(长*宽*厚)。

具体制备方法如下：

按照以下重量配比备料(以下计量全部按固含量计算)：刨花1000份，脲醛树脂100份，石蜡乳液(分别为样品1、样品2或样品3)10份，固化剂1份，甲醛消纳剂0.5份。

刨花板规格、原料来源及工艺操作步骤跟实验例1相同。刨花板的性能参数见表2。

表2  添加1％本发明石蜡乳液(固含)的刨花板板材性能

实验例3

1、供试样品：本发明实施例1-3所制备的石蜡乳液，分别编号为样品1、样品2和样品3；

2、实验方法：

实验分为3组，每一组分别采用样品1、样品2和样品3作为防水剂来制备刨花板，所得到的刨花板产品分别编号为产品1、产品2和产品3；刨花板规格为400mm×400mm×16mm(长*宽*厚)。

具体制备方法如下：

按照以下重量配比备料(以下计量全部按固含量计算)：刨花1000份，脲醛树脂100份，石蜡乳液(分别为样品1、样品2或样品3)15份，固化剂1份，甲醛消纳剂0.5份。

刨花板规格、原料来源及工艺操作步骤跟实验例1相同。刨花板的性能参数见表3。

表3  添加1.5％本发明石蜡乳液(固含)的刨花板板材性能

实验例4  成本分析

根据实验例1-3，本发明石蜡乳液在刨花板中的添加量为0.5、1％和1.5％(干重量)时，均可使刨花板的吸水厚度膨胀率和板材的机械强度均满足国标规定。通常石蜡乳液防水剂在刨花板中的用量0.5-1.5％(干重量)，采用熔融石蜡液作防水剂时，施蜡量应增加1-2倍，因此本发明石蜡乳液可以替代同等量的石蜡防水剂制备刨花板。

石蜡的成本价在6000-8000元/公斤，本发明实施例1-3的石蜡乳液的成本价分别为3840-5120元/公斤、4360-5820元/公斤和4800-6400元/公斤。因此，本发明石蜡乳液相比石蜡防水剂成本降低了20％。

Claims (10)

1、一种用于人造板防水用的石蜡乳液，其特征在于，由以下各组分组成：蜡，亲水性非离子表面活性剂，油酯和水。

2、按照权利要求1所述的石蜡乳液，其特征在于，各组分的重量份是：蜡8-20份、亲水性非离子表面活性剂4-10份、油酯8-20份、水50-80份；优选的，各组分的重量份是：蜡12-18份、亲水性非离子表面活性剂6-10份、油酯12-18份、水55-70份。

3、按照权利要求1或2所述的石蜡乳液，其特征在于：所述蜡包括富含烷烃类的有机化合物；优选的，所述蜡选自蜂蜡，矿物油，石蜡油，微晶蜡，植物蜡中的一种或多种。

4、按照权利要求1或2所述的石蜡乳液，其特征在于：所述亲水性非离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚；优选的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚选自AEO系列。

5、按照权利要求1或2所述的石蜡乳液，其特征在于：所述油酯选自硬脂酸甘油酯。

6、一种制备权利要求1或2所述的石蜡乳液的方法，包括：

(1)按所述重量份称取各组分；

(2)将蜡、油酯和聚氧乙烯醚加入到反应斧中，加热使其完全熔化，得到混合物1；

(3)将混合物1升温至90-95℃，控制搅拌速度为2800-3000转/分钟；快速均匀加入第一批水，所加入水的重量为混合物1固含量的50-60wt％，所加入水的温度为90-95℃；

(4)在温度90-95℃，调整转速到1000-1200转/分钟，向混合物中均匀加完剩余的水，所加入水的温度为70-75℃；

(5)调整转速到100-150转/分钟，使乳液降温至50℃以下，即得。

7、按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤(3)中加入第一批水的时间控制在小于2分钟；步骤(3)中向混合物1中加入水后保持2800-3000转/分钟转速搅拌5-8分钟。

8、按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤(4)中将剩余的水在1-2分钟内加入到混合物中后保持1000-1200转/分钟转速搅拌5-10分钟。

9、权利要求1或2所述的石蜡乳液在制备人造板中的应用。

10、按照权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的应用包括：将权利要求1或2所述的石蜡乳液按照刨花板生产原料干重量的0.4-1.5％的添加重量添加到刨花板生产中的原料之中，再按照常规的刨花板生产工艺制备得到刨花板。