CN103862538B - 一种基于天然表面活性剂的石蜡系防水剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于天然表面活性剂的石蜡系防水剂，含有以下重量份的成分：石蜡1‐2000份，天然表面活性剂1‐1000份，水1‐10000份；所述天然类表面活性剂为天然非离子表面活性剂。本发明提出的石蜡乳液木材防水剂，粒径小，稳定性好，可长期储存不破乳。本发明提出的石蜡系防水剂因其粒径小，可进入木材细胞内部，产生较好的防水效果，提高木材的疏水性能和尺寸稳定性。以天然的表面活性剂烷基糖苷和司盘为乳化剂、以固体石蜡和水为原料，制备石蜡系木材防水剂，产品无毒无害、环保、价廉。

Description

一种基于天然表面活性剂的石蜡系防水剂

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种基于天然表面活性剂的防水剂。

背景技术

木材是一种性能优良的生态环境材料，但是木质资源材料含有丰富的极性羟基基团，在水分进入或析出时会出现体积的湿胀或干缩。这种胀缩是各向异性的，从而会造成木质资源材料几何形状的不稳定性；有时因胀缩的各向不均匀性，还会导致木质资源材料发生开裂、翘曲等缺陷。为了克服湿胀、干缩给木质资源材料使用带来的限制，通过各种物理、化学手段进行处理，以提高它们的尺寸稳定性，从而延长木材的使用寿命、扩大其适用范围。

木材防水剂在工业发达国家已经广泛使用了60余年，我国应用桐油、沥青等天然材料做木材防水剂有着悠久的历史。而石蜡作为一种储量丰富的资源，其防水产品的深层开发在国内尚未得到广泛关注。石蜡使用最好形式是乳化蜡，即利用表面活性剂降低油水两相的表面张力使蜡均匀地分散在水中，并在机械外力的作用下形成乳化液。乳化蜡具有耐酸碱、水溶性强、乳液稳定、保质期长、固含量高、分散性好的特性，且成本低，处理工艺简单，易于工业化，加之其较好的防水效果，这都为石蜡防水剂在市场中的推广奠定了良好的基础。CN103031112A公开了一种石蜡乳液防水剂及其制备方法，解决石蜡乳液有刺激性气味和乳化蜡容易分层破乳，储存稳定性较差的问题。CN103341894A提出一种石蜡-硅烷复合防水剂，在现有石蜡防水剂的基础上添加链烷基三烷氧基硅烷,所得的复合防水剂粒径小，稳定性高，可与木材良好结合，有效成分能够顺利进入木材细胞壁中，极大地提高木材的疏水性和尺寸稳定性。

现有石蜡防水剂主要存在以下几个问题：首先，石蜡防水剂多用于人造板行业，对于防水剂的渗透性没有要求，石蜡乳液的粒径较大，不适用于实木的防水处理。其次，石蜡乳液的储存稳定性差，不能长期储存。另外，有些粒径较小、可满足实木防水处理的石蜡乳液，其制备使用的表面活性剂存在易燃、生物降解性能差或有毒等一系列问题。且添加的乳化剂、助乳化剂等种类多，成本高，工艺比较复杂。

发明内容

针对本领域存在的问题，本发明的目的在于提供一种粒径小、稳定性好、环保、价廉且防水性能优良的石蜡系防水剂。

本发明另一目的是提出所述石蜡系防水剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提出所述石蜡系防水剂的应用。

实现本发明上述目的的具体技术方案为：

一种基于天然表面活性剂的石蜡系防水剂，含有以下重量份的成分：

石蜡1-2000份，天然表面活性剂1-1000份，水1-10000份；

所述天然类表面活性剂为天然非离子表面活性剂。

所述重量份，可为本领域技术人员熟知的、或便于计量的重量单位，比如克、0.5克、千克、0.5千克、公斤、10公斤、吨等。

本发明提出的石蜡系防水剂，其使用的表面活性剂无毒、无污染，处理材可用于室内装饰及户外用材，具有更广泛的应用。

进一步地，所述的石蜡系防水剂含有以下重量份的成分：

熔点54-68℃的石蜡500-1000份，天然表面活性剂100-500份，去离子水1-6000份；

所述天然表面活性剂为失水山梨醇脂肪酸酯和/或烷基糖苷。

所述石蜡系防水剂优选含有以下重量份的成分：

54#、56#、58#、60#石蜡中的一种或其混合物400-600份，天然表面活性剂60-200份，去离子水1000-2000份；

所述天然表面活性剂为失水山梨醇脂肪酸酯和烷基糖苷，所述失水山梨醇脂肪酸酯和烷基糖苷的质量比例为1：0.8-1.2。

其中，所述失水山梨醇脂肪酸酯常见的可选用山梨醇酐单月桂酸酯、山梨醇酐单棕榈酸酯、山梨醇酐单硬脂酸酯、山梨醇酐单油酸酯中的一种，优选地，所述失水山梨醇脂肪酸酯为山梨醇酐单油酸酯。

其中，所述烷基糖苷为C₈-C₁₆的烷基糖苷，优选为C₈-C₁₀的烷基糖苷。

本发明提出的石蜡系防水剂，还可以与铜唑复配，起到改善防腐材防水性能和尺寸稳定性的功能。

含有本发明所述的石蜡系防水剂的组合物，所述组合物为水溶液，所述水溶液中含有重量含量0.5-2%的铜唑。

石蜡系防水剂与木材防腐剂铜唑复配，一次性处理木材，可达到防水、防腐两次处理合二为一，节约生产成本，降低能耗。

本发明所述的石蜡系防水剂的制备方法，其包括步骤：

1)称取石蜡，在80-100℃下熔化，

2）待石蜡完全熔化后，加入天然表面活性剂，

3）在70-100℃温度下搅拌3-5min，然后加入同样温度的水，

4）步骤3）所得混合物在压力30-50MPa下均质处理1-5次。

优选地，包括步骤：

1)称取石蜡，在85-95℃下熔化，

2）待石蜡完全熔化后，加入天然表面活性剂，

3）在80-90℃温度下搅拌3-5min，搅拌的速度为3000-6000rpm，然后加入同样温度的水，

4）步骤3）所得混合物在压力40-45MPa下均质处理2-3次。

其中，所述步骤3）中加入水之后还继续搅拌2-5min。

本发明所述的石蜡系防水剂在实木防水处理中的应用。

本发明提出的组合物在实木防水、防腐处理中的应用。

具体地，所述实木为水曲柳、橡木、橡胶木、松木、榉木、胡桃木、柚木、杉木、香樟木、榆木、楠木、樱桃木、枫木中的一种。

具体应用时，将所述石蜡系防水剂配制成0.5-2.5%的水溶液，浸泡实木木材30-120min。浸泡条件为本领域常规手段，通常是：将木材先进行真空处理20-60min，随后加入稀释好的乳液，并在1-5MPa的条件下加压30-120min。真空加压浸渍完成后，将木材从浸渍罐中取出，进行气干。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提出的石蜡乳液木材防水剂，粒径小，稳定性好，可长期储存不破乳。

2、本发明提出的石蜡系防水剂因其粒径小，可进入木材细胞内部，产生较好的防水效果，提高木材的疏水性能和尺寸稳定性。

3、本专利以天然的表面活性剂烷基糖苷和司盘为乳化剂、以固体石蜡和水为原料，制备石蜡系木材防水剂，产品无毒无害、环保、价廉。

附图说明

图1为本发明实施例3产品处理木材的吸水率对比；

图2为本发明实施例3产品的接触角照片；

图3为本发明实施例3产品的处理木材的气干干缩性比较图。

图4为本发明实施例3产品的处理木材的绝干干缩性比较图。

图5为本发明实施例3产品的处理木材的吸湿膨胀性比较图。

图6为本发明实施例3产品的处理木材的吸水膨胀性比较图。

图7为本发明实施例3产品的处理木材的顺纹抗压强度比较图。

图8为处理材接触角对比。

图9为本发明产品处理木材电镜照片，其中（1）素材，（2）石蜡单独处理材，（3）CA单独处理材（CA表示铜唑），（4）复配体系处理材。

图10为C3等级下复配处理材的吸水性。

图11为复配后处理材绝干干缩性。

图12为复配后处理材的吸水湿胀性对比。

图13为处理材顺纹抗压强度对比。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

1材料

58#半精炼固体石蜡（燕山石化，工业品），失水山梨醇脂肪酸酯Span-80，烷基糖苷APG0810，水

2制备方法

取固体石蜡200g，在80℃条件下融化。

取50g span80（山梨醇酐单油酸酯），50g APG0810（C₈-C₁₀的烷基糖苷），加入完全融化的石蜡中，在80℃条件下以3000rpm的转速搅拌2min，之后，边搅拌边缓慢加入700g等温的去离子水，继续搅拌3min，完成初乳液的制备。用高压均质机将初乳液均质2次，均质压力为40MPa，制得石蜡系防水剂乳液。

实施例2

1材料

58#半精炼固体石蜡（燕山石化，工业品），失水山梨醇脂肪酸酯Span-80，烷基糖苷APG0810，水

2制备方法

取固体石蜡230g，在80℃条件下融化。

取35g span80，35g APG0810，加入完全融化的石蜡中，在80℃条件下以3000rpm的转速搅拌2min，之后，边搅拌边缓慢加入700g等温的去离子水，继续搅拌3min，完成初乳液的制备。用高压均质机将初乳液均质2次，均质压力为40MPa，制得石蜡系防水剂乳液。

实施例3

1材料

58#半精炼固体石蜡（燕山石化，工业品），失水山梨醇脂肪酸酯span80，烷基糖苷APG0810，水

2制备方法

取固体石蜡240g，在80℃条件下融化。

取30g span80，30g APG0810，加入完全融化的石蜡中，在80℃条件下以3000rpm的转速搅拌2min，之后，边搅拌边缓慢加入700g等温的去离子水，继续搅拌3min，完成初乳液的制备。用高压均质机将初乳液均质2次，均质压力为40MPa，制得石蜡系防水剂乳液。

实施例4

1材料

58#半精炼固体石蜡（燕山石化，工业品），失水山梨醇脂肪酸酯Span-80，烷基糖苷APG0810，水

2制备方法

取固体石蜡250g，在80℃条件下融化。

取25g span80，25g APG0810，加入完全融化的石蜡中，在80℃条件下以3000rpm的转速搅拌2min，之后，边搅拌边缓慢加入700g等温的去离子水，继续搅拌3min，完成初乳液的制备。用高压均质机将初乳液均质2次，均质压力为40MPa，制得石蜡系防水剂乳液。

实施例5

1材料

58#半精炼固体石蜡（燕山石化，工业品），失水山梨醇脂肪酸酯span80，烷基糖苷APG0810，水

2制备方法

取固体石蜡260g，在80℃条件下融化。

取20g span80，20g APG0810，加入完全融化的石蜡中，在80℃条件下以3000rpm的转速搅拌2min，之后，边搅拌边缓慢加入700g等温的去离子水，继续搅拌3min，完成初乳液的制备。用高压均质机将初乳液均质2次，均质压力为40MPa，制得石蜡系防水剂乳液。

实施例6

1材料

58#半精炼固体石蜡（燕山石化，工业品），失水山梨醇脂肪酸酯span80，烷基糖苷APG0810，水

2制备方法

取固体石蜡270g，在80℃条件下融化。

取15g span80，15g APG0810，加入完全融化的石蜡中，在80℃条件下以3000rpm的转速搅拌2min，之后，边搅拌边缓慢加入700g等温的去离子水，继续搅拌3min，完成初乳液的制备。用高压均质机将初乳液均质2次，均质压力为40MPa，制得石蜡系防水剂乳液。

实施例7：组合物

取实施例6石蜡系防水剂乳液，CA-B防腐剂（CA表示铜唑）和水，研究针对特定的防腐等级C3和C4A，以两个等级下CA的最低载药量为指标，通过预实验确定CA的浓度为0.3%和0.5%时（基于复配体系中水的质量百分比）可达到C3和C4A等级要求，分别用0.3%C和0.5%C表示。石蜡防水剂选用3个浓度，为0.5%、1.0%和2.0%，分别用0.5%W、1.0%W和2.0%W表示。复配体系的组合物共有6种配比，具体分组情况以及各组基本性质检测结果如表1所示。

表1复配体系基本性质

实验例1

乳液性能测量：

从外观、固含量、平均粒径、离心稳定性、贮存稳定性、水稀释性、pH值七个方面检测石蜡系防水剂乳液的性能。其中固含量的测定方法为：分别取10g乳液，放入105℃烘箱烘至恒重，计算固含量。平均粒径使用Delsa Nano C型激光粒度仪进行测量。离心稳定性的测量方法为：分别取10ml乳液，放入离心机中以4000r/min的转速离心10min，观察乳液的稳定性。各项结果如表2所示：

表2乳液基本性质

由测试结果可知，本申请技术方案制得的为纳米乳液（nano-emulsions）。纳米乳液是一类粒径在亚微米级（50～500nm）的乳状液，其外观随粒径的不同可能呈现透明／半透明（50～200nm）或乳白色（200～500nm）。纳米乳液由于粒径小，通常表现出极高的长期动力学稳定性，能够在数月甚至数年内不发生明显的分层或聚结。纳米乳液的尺寸介于粗乳液（1～10μm）和微乳液（10～100nm）之间，与粗乳液相比粒径小，分散均匀，稳定性好；与微乳液相比则大大节约了乳化剂的用量，节约了生产能耗，具有很好的实用价值。

由试验可知，实施例1-6防水剂乳液的粒径均在190nm-200nm之间，且离心稳定性、贮存稳定性、水稀释性良好，偏碱性。

实验例2乳液处理水曲柳的吸水性

将实例3中制备所得的乳液分别稀释到浓度为0.5%、1%、2%，对尺寸为20mm×20mm×20mm的水曲柳试材进行浸注处理。处理方法为：将木材置于浸注罐内先进行真空处理，真空度为-0.09MPa，真空30min，随后停止真空并向浸注罐内加入稀释好的乳液，并在2MPa的条件下加压60min。真空加压浸渍完成后，将木材从浸渍罐中取出，进行气干。

随后，参考国家标准《木材吸水性测定方法》（GB/T1934.1-2009），测量木材的吸水性，结果如图1所示。图1中纵坐标为吸水率，横坐标为浸渍时间，%w表示石蜡系防水剂乳液浓度。没有浸注石蜡系防水剂乳液的木材简称素材。

结果表明，与素材相比，所有处理组的吸水性均明显降低，石蜡系防水剂乳液可以有效的提高木材的防水性。

实验例3和铜唑复配的组合物处理榆木

实施例7的组合物对尺寸为20mm×20mm×20mm的榆木试材进行浸注处理。处理方法为：将木材置于浸注罐内先进行真空处理，真空度为-0.09MPa，真空30min，随后停止真空并向浸注罐内加入稀释好的复合乳液，并在2MPa的条件下加压60min。真空加压浸渍完成后，将木材从浸渍罐中取出，进行气干。

随后，参考国家标准《木材吸水性测定方法》（GB/T1934.1-2009），测量木材的吸水性，与素材相比，所有处理组的吸水性均明显降低，石蜡系防水剂乳液可以有效的提高木材的防水性。和铜唑复配的复配体系实验结果见表3。抗压能力的比较见图10。复配后处理材绝干干缩性见图11。复配后处理材的吸水湿胀性对比见图12。

表3接触角测量

这说明添加石蜡乳液对于提高素材及CA处理材的疏水性有很好的效果。

图9是处理材径切面照片，其中（1）是素材径切面的电镜照片，展示了正常的纹孔，与（2）中石蜡处理材的纹孔形成鲜明对比。经过石蜡乳液处理后，在细胞壁表面形成蜡膜，并阻塞部分纹孔，减少了木材细胞与水分接触的面积，堵塞了部分水分移动的通道，阻碍了水分的渗透和移动，木材的疏水性因此得到提高。

实验例4接触角检测

对实验例2中的样品进行接触角测量（图8），实验结果如下表4：

表4：接触角

组别	接触角/度
		素材	75.25
0.5%W	118.75
		1.0%W	127.75
2.0%W	133.58

接触角照片如图2。图2中“a：对照组”为没有浸注石蜡系防水剂乳液的木材。由实验结果，看出石蜡系防水剂可以明显提高木材的疏水性，进而提高木材的防水性能。

实验例5：尺寸稳定性评价试验

参考国家标准《木材干缩性测定方法》（GB/T1932-2009）、《木材湿胀性测定方法》（GB/T1934.2-2009），测量实验例2木材的干缩性和湿胀性，结果如图3-图7所示。

结果表明，与素材相比，所有处理组的干缩率及湿胀率均明显降低，证明石蜡乳液可以明显的提高木材的尺寸稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于天然表面活性剂的石蜡系防水剂，其特征在于，由以下重量份的成分组成：

54#、56#、58#、60#石蜡中的一种或其混合物400-600份，天然表面活性剂60-200份，去离子水1000-2000份；

所述天然表面活性剂为失水山梨醇脂肪酸酯和烷基糖苷，所述失水山梨醇脂肪酸酯和烷基糖苷的质量比例为1：0.8-1.2；

其中，所述失水山梨醇脂肪酸酯为山梨醇酐单油酸酯，所述烷基糖苷为C₈-C₁₀的烷基糖苷。

2.含有权利要求1所述的石蜡系防水剂的组合物，其特征在于，所述组合物为水溶液，所述水溶液中含有重量含量0.5-2%的铜唑。

3.权利要求1所述的石蜡系防水剂，其特征在于，用以下方法制备而得：

1）称取石蜡，在80-100℃下熔化，

2）待石蜡完全熔化后，加入天然表面活性剂，

3）在70-100℃温度下搅拌3-5min，然后加入同样温度的水，

4）步骤3）所得混合物在压力30-50MPa下均质处理1-5次。

4.根据权利要求3所述的石蜡系防水剂，其特征在于，用以下方法制备而得：

1)称取石蜡，在85-95℃下熔化，

2）待石蜡完全熔化后，加入天然表面活性剂，

3）在80-90℃温度下搅拌3-5min，搅拌的速度为3000-6000rpm，然后加入同样温度的水，

4）步骤3）所得混合物在压力40-45MPa下均质处理2-3次。

5.权利要求2所述的组合物在实木防水、防腐处理中的应用。