CN108058251B - 一种复合蜡乳液木材防水剂及其处理的木材以及二者的制备方法 - Google Patents

一种复合蜡乳液木材防水剂及其处理的木材以及二者的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合蜡乳液木材防水剂的组合、制备及应用，现有技术中采用单一的石蜡乳液防水剂的疏水效果并不好，且现有的制备工艺和木材处理工艺也存在诸多缺陷，本发明采用的技术方案是将两种熔点不同的蜡熔融混合，然后乳化制备成稳定、高效的复合蜡乳液木材防水剂，得到粒径小(<250nm)且稳定的复合改性剂，仅需使用固含量6％以内的改性剂，即可取得良好的改性效果。在复合蜡乳液木材防水剂处理木材时，将干燥温度要选择在低熔点蜡和高熔点蜡的熔点之间，从而在干燥过程中，低熔点蜡以液相状态破乳，随后在降温过程中形成疏水膜，而高熔点蜡以固相状态破乳，形成粗糙表面，二者共同的作用可以赋予处理材更高更持久的疏水性。

Description

一种复合蜡乳液木材防水剂及其处理的木材以及二者的制备 方法
技术领域
本发明涉及木材处理领域，具体涉及木材的防水处理，特别涉及一种复合蜡乳液木材防水剂的组合、制备及应用，本方法将两种熔点不同的蜡熔融混合，然后乳化制备成稳定、高效的复合蜡乳液木材防水剂。
背景技术
木竹材是天然可再生、可回收、可降解的生物材料，纹理美观、强重比高，具有优异的环境学特性和加工性，备受人们喜爱，因此被广泛的应用在生产、生活中。然而未经处理的木材在户外使用时，容易在外界环境(如降水等)的作用下发生变形、开裂等问题，严重的降低了其使用价值，因此在其使用时，往往需要进行一定的防水处理。
石蜡乳液是一种由表面活性剂所稳定的石蜡分散在水中形成的乳状液，因其在使用时无需加热熔融或用溶剂溶解，具有分布均匀、覆盖性好、高效经济等优点，在木材行业中应用广泛。CN 101633785公开了一种应用于人造板防水剂领域的石蜡乳液及其制备方法，使用蜡、亲水性非离子表面活性剂、油酯和水经搅拌制得的石蜡乳液，可以有效地提高人造板的防水性能。US 07264886B2公开了一种可以与铜氨类与季铵盐类木材防腐剂复配的石蜡乳液配方，使用蜡、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂与水制备乳液，提高木材的防水性能。
但单一的石蜡乳液防水剂的疏水效果仍有待提高。考察疏水性的最主要指标为接触角，单独石蜡的接触角为110°，其处理材的接触角一般也只能达到120°左右，与超疏水所要求的150°仍相差甚远。对于疏水表面而言，一方面应该具有较低的表面能，另一方面还应具有一定的粗糙的微纳米结构，二者共同作用可以有效的提高表面的疏水性。对于石蜡乳液处理材而言，石蜡可以在木材细胞腔表面形成一个具有较低表面能的石蜡膜，但是其表面缺乏较为粗糙的微纳米结构，如何改变乳液配方中的成分组成，在低表面能的石蜡膜表面上修饰出粗糙的微纳米结构是乳液型蜡基木材防水剂的发展方向。
此外，现有技术对乳液型蜡基木材防水剂在木材制备中的工艺缺乏探讨。乳液型蜡基木材防水剂在木材中会发生破乳，温度较低的情况下，蜡会以固态的形式破乳，如果温度足够高，还会发生蜡的融化和重新分布成膜，这些都与干燥温度有直接的关系，如果不考虑此方面因素，也很难达到较好的处理效果。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的在于：本发明的目的是开发一种由熔点不同的蜡共同组成的复合蜡乳液木材防水剂，并配合相应的处理工艺，通过不同熔点蜡在不同的相态下的破乳，制备一种防水效果更为优良且长效的户外用处理材。
(二)技术方案
本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种复合蜡乳液木材防水剂，包括如下组分及配比原料制成的药剂：熔点为20-50℃的低熔点蜡1-5000份，熔点为75-95℃的高熔点蜡1-5000份，表面活性剂A1-2000份，表面活性剂B 1-200份，高级脂肪醇1-400份，水1-15000份。
进一步，本发明所述的复合蜡乳液木材防水剂，包括如下组分及配比：熔点为20-50℃的低熔点蜡200-3500份，熔点为75-95℃的高熔点蜡200-3500份，表面活性剂A 1-1500份，表面活性剂B 1-150份，高级脂肪醇1-300份，水3000-10000份。
本发明所述的复合蜡乳液木材防水剂，优选的为：熔点为20-50℃的低熔点蜡500-2500份，熔点为75-95℃的高熔点蜡500-2500份，表面活性剂A 100-1000份，表面活性剂B1-100份，高级脂肪醇50-200份，水5000-7000份。
所述低熔点蜡包括但不限于：20号、25号、30号、35号、40号、45号、50号的固体石蜡，其中优选为40号、45号、50号的固体石蜡。
所述高熔点蜡包括但不限于：75号、80号、85号、90号、95号的微晶蜡、棕榈蜡、褐煤蜡，其中优选80号、85号、90号微晶蜡和棕榈蜡。
所述表面活性剂A包括但不限于：非离子表面活性剂，具体可以选择的非离子表面活性剂包括但不限于：失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚类、聚氧乙烯去水山梨醇单月桂酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脂肪酸酯。
所述表面活性剂B包括但不限于：阴离子表面活性剂，具体可选择的阴离子表面活性剂包括但不限于：烷基磺酸钠、烷基硫酸钠、脂肪醇羟乙基磺酸钠、烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
所述高级脂肪醇包括但不限于：碳链长为8-20的脂肪醇，优选链长为12-16的高级脂肪醇。
本发明的另一方面，还提供一种复合蜡乳液木材防水剂的制备方法：将熔点为20-50℃的低熔点蜡和熔点为75-95℃的高熔点蜡置于85℃-100℃的条件下，待两种蜡完全融化并充分混合后，边搅拌边依次加入表面活性剂A、表面活性剂B、高级脂肪醇，使整个体系保持在85℃-100℃条件下，加热并以5000rpm-10000rpm的速度，搅拌10-20min，边搅拌边加入水，制备完成初乳液。将初乳液经过高压均质机进行高压均质，均质压力为40MPa-80MPa，均质1-2次，制得复合蜡乳液木材防水剂。
本发明的另一方面，还提供一种复合蜡乳液防水处理木材以及该木材的制备方法：将木材置于浸注罐内先进行真空处理，相对真空度为-0.07～-0.096MPa，处理时间为20-60min；导入固含量为1-6％的上述的复合蜡乳液木材防水剂，进行加压处理，加压处理的相对压力为1.5-2.0Mpa，处理时间为30-120min；将木材取出气干1-10天，随后55℃-75℃的条件下将木材气干至含水率为15％-20％，其中优选地温度为60℃-70℃。
(三)有益效果：
本发明中选择了使用两种熔点不同的蜡用于制备复合蜡乳液木材防水剂，得到粒径小(<250nm)且稳定的复合改性剂，该改性剂不含有害化学物质，安全环保。仅需使用固含量6％以内的改性剂，即可取得良好的改性效果，生产成本较低。
在复合蜡乳液木材防水剂处理木材时，将干燥温度要选择在低熔点蜡和高熔点蜡的熔点之间，从而在干燥过程中，低熔点蜡以液相状态破乳，随后在降温过程中形成疏水膜，而高熔点蜡以固相状态破乳，形成粗糙表面，二者共同的作用可以赋予处理材更高更持久的疏水性。
附图说明
图1：对照例1木材SEM图。
图2：对照例2石蜡乳液处理木材SEM图。
图3：实施例2复合蜡乳液木材防水剂处理木材SEM图。
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。
为了对比各不同实施例与对照例处理材的性能，以下实施例所用木材均为美国南方松，但不限制为南方松，常见针叶材，如欧洲赤松、马尾松等，常见阔叶材，如青杨、毛白杨、桦木等均可。
实施例1
取40号固体石蜡105g，90号微晶蜡105g，将二者在95℃条件下融化，待蜡完全熔融后，边搅拌边依次加入25g失水山梨醇脂肪酸酯span80、40g聚氧乙烯去水山梨醇单月桂酸酯tween80、7g十二烷基苯磺酸钠和15g十二烷醇，随后在95℃条件下以7000rpm的转速搅拌30min，边搅拌边加入水703g，制备完成初乳液。将初乳液经过高压均质机进行高压均质，均质压力为40MPa，均质次数为2次，最终制得复合蜡乳液木材防水剂。
使用制得的复合蜡乳液木材防水剂处理木材，将木材置于浸注罐内先进行真空处理，相对真空度为-0.09MPa，处理时间为30min；之后导入固含量为2％的复合蜡乳液木材防水剂，进行加压处理，加压处理的相对压力为1.5Mpa，处理时间为40min。之后将木材取出气干3天，随后在70℃条件下干燥至含水率为18％。
实施例2
取45号固体石蜡180g，85号微晶蜡90g，将二者在90℃条件下融化，待蜡完全熔融后，边搅拌边依次加入15g失水山梨醇脂肪酸酯span20、30g聚氧乙烯去水山梨醇单月桂酸酯tween80，5g十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠，和8g十六烷醇，随后在90℃条件下以5000rpm的转速搅拌30min，边搅拌边加入水672g，制备完成初乳液。将初乳液经过高压均质机进行高压均质，均质压力为60MPa，均质次数为1次，最终制得复合蜡乳液木材防水剂。
使用制得的复合蜡乳液木材防水剂处理木材，将木材置于浸注罐内先进行真空处理，相对真空度为-0.07MPa，处理时间为60min；之后导入固含量为3％的复合蜡乳液木材防水剂，进行加压处理，加压处理的相对压力为1.5Mpa，处理时间为90min。之后将木材取出气干5天，随后在65℃条件下干燥至含水率为20％。
实施例3
取50号固体石蜡60g，棕榈蜡120g，在85℃条件下融化，待蜡完全熔融后，边搅拌边依次加入30g聚氧乙烯脂肪酸酯A-1055、3g十二烷基硫酸钠和7g十四烷醇，随后在85℃条件下以6000rpm的转速搅拌15min，边搅拌边加入水780g，制备完成初乳液。将初乳液经过高压均质机进行高压均质，均质压力为80MPa，均质次数为1次，最终制得复合蜡乳液木材防水剂。
使用制得的复合蜡乳液木材防水剂处理木材，将木材置于浸注罐内先进行真空处理，相对真空度为-0.08MPa，处理时间为50min；之后导入固含量为5％的复合蜡乳液木材防水剂，进行加压处理，加压处理的相对压力为2.5Mpa，处理时间为60min。之后将木材取出气干10天，随后在75℃条件下干燥至含水率为16％。
实施例4
取35号固体石蜡135g，80号微晶蜡75g，在85℃条件下融化，待蜡完全熔融后，边搅拌边依次加入10g脂肪醇聚氧乙烯醚AEO5、35g脂肪醇聚氧乙烯醚AEO9、5g十二醇羟乙基磺酸钠和15g正癸醇，随后在80℃条件下以9000rpm的转速搅拌20min，边搅拌边加入725g水，制备完成初乳液。将初乳液经过高压均质机进行高压均质，均质压力为40MPa，均质次数为1次，最终制得复合蜡乳液木材防水剂。
使用制得的复合蜡乳液木材防水剂处理木材，将木材置于浸注罐内先进行真空处理，相对真空度为-0.09MPa，处理时间为60min；之后导入固含量为4％的复合蜡乳液木材防水剂，进行加压处理，加压处理的相对压力为1Mpa，处理时间为120min。之后将木材取出气干10天，随后在60℃条件下干燥至含水率为20％。
对照例1
未处理木材，75条件下干燥至含水率18％。
对照例2
将50号固体石蜡270g在70℃下完全融化；搅拌条件下，向融化后的石蜡中依次加入15g失水山梨醇脂肪酸酯span20、30g聚氧乙烯去水山梨醇单月桂酸酯tween80，5g十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠，和8g十六烷醇，随后在90℃条件下以5000rpm的转速搅拌30min，边搅拌边加入水672g，制备完成初乳液。将初乳液经过高压均质机进行高压均质，均质压力为60MPa，均质次数为1次，最终制得石蜡乳液木材防水剂。
使用制得的石蜡乳液木材防水剂处理木材，将木材置于浸注罐内先进行真空处理，相对真空度为-0.07MPa，处理时间为60min；之后导入固含量为3％的复合蜡乳液木材防水剂，进行加压处理，加压处理的相对压力为1.5Mpa，处理时间为90min。之后将木材取出气干5天，随后在65℃条件下干燥至含水率为20％。
实验例1蜡乳液木材防水剂稳定性
从外观、固含量、平均粒径、离心稳定性、贮存稳定性、水稀释性6各方面检测制备好的实施例复合蜡乳液木材防水剂的性能。其中固含量的测定方法为：分别取实施例1-4所使用的复合蜡乳液木材防水剂与对照例2石蜡乳液各20g，放入103℃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：分别取实施例1-4蜡乳液木材防水剂与对照例2石蜡乳液各10g，放入离心机中以3000r/min的转速离心30min，观察乳液的稳定性。各项结果如表1所示：
表1复合蜡乳液木材防水剂性能测量结果
结果表明，所有实施例的粒径均在200nm-250nm之间，且离心稳定性、贮存稳定性、水稀释性仍保持良好。
实验例2吸水性
参照GB/T 1934.1-2009《木材吸水性测定方法》，测量实施例1-4与对照例1-2的6h、24h和360h吸水率，结果如表2所示。
表2实施例与对照例木材的平衡含水率和吸水率
结果表明，该复合蜡乳液木材防水剂可以有效地降低木材的吸水率，其效果要比对照例2中石蜡乳液处理木材的效果更为佳，特别是对长期的吸水性抑制效果更为明显。
实验例3表面疏水性
测试实施例1-4与对照例1-2的横切面、径切面和弦切面早材接触角。使用的接触角测定仪为Dataphysics OCA20(DataPhysics Instruments GmbH，德国)，测试液体为去离子水，液滴大小为2μL，测试时间为3s，每组五个重复。
表3实施例与对照例木材的表面接触角
结果表明，该复合蜡乳液木材防水剂可以提高木材的三切面的表面疏水性，其效果要比对照例2中石蜡乳液处理木材的效果更为佳。
实验例4细胞腔表面结构
采用日本Hitachi公司的S-3400扫描电子显微镜对处理材的结构变化进行观察。首先将对照例1、2和实施例2沿着弦向方向切出5(L)×5(T)×3(R)mm3大小的光滑薄片。将薄片使用双面碳胶固定在样品台上，进行离子溅射喷金处理，随后进行观察。
结果表明，该复合蜡乳液木材防水剂经过在特定温度下破乳可以在木材表面形成粗糙的疏水结构(图3)，而单独的石蜡乳液只能形成疏水蜡膜(图2)，这是本发明中复合蜡乳液木材防水剂处理材疏水性更高的原因。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原料的前提下，可以做适当的改进，这些改进也在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复合蜡乳液木材防水剂处理木材的制备方法，其特征在于：将木材置于浸注罐内先进行真空处理，相对真空度为-0.07~-0.096MPa，处理时间为20-60min；导入固含量为1-6%的上述的复合蜡乳液木材防水剂，进行加压处理，加压处理的相对压力为1.5-2.0Mpa，处理时间为30-120min；将木材取出气干1-10天，随后在60℃-70℃的条件下将木材气干至含水率为15%-20%；
所述的复合蜡乳液木材防水剂由如下组分及配比原料制成：熔点为20-50℃的低熔点蜡500-2500份，熔点为75-95℃的高熔点蜡200-3500份，非离子表面活性剂100-1000份，阴离子表面活性剂1-100份，高级脂肪醇50-200份，水5000-7000份；低熔点蜡选自40号、45号、50号的固体石蜡中的一种或多种，所述高熔点蜡选自80号、85号、90号微晶蜡或棕榈蜡中的一种或多种；其制备方法为将熔点为20-50℃的低熔点蜡和熔点为75-95℃的高熔点蜡置于85℃-100℃的条件下，待两种蜡完全融化并充分混合后，边搅拌边依次加入非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、高级脂肪醇，使整个体系保持在85℃-100℃条件下，加热并以5000rpm-10000rpm的速度，搅拌10-20min，边搅拌边加入水，制备得到初乳液；将初乳液经过高压均质机进行高压均质，均质压力为40MPa-80MPa，均质1-2次，制得复合蜡乳液木材防水剂。
2.根据权利要求1所述的一种复合蜡乳液木材防水剂处理木材的制备方法，所述非离子表面活性剂选自失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚类、聚氧乙烯去水山梨醇单月桂酸酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脂肪酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合蜡乳液木材防水剂处理木材的制备方法，所述阴离子表面活性剂选自烷基磺酸钠、烷基硫酸钠、脂肪醇羟乙基磺酸钠、烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的一种复合蜡乳液木材防水剂处理木材的制备方法，所述高级脂肪醇选自碳链长为12-16的高级脂肪醇。
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