CN110028902A - 一种石蜡乳液防水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于人造板防水剂领域，具体涉及一种石蜡乳液防水剂及其制备方法，其制备原料中包括氧化物固体颗粒和硅酸酯，且石蜡选择氯化石蜡。本发明制备的防水剂中，由于固体颗粒的存在，表面活性剂用量低，既提高了乳液的化学稳定性与防水效果，又可以可减少蜡的添加量。同时由于所添加的蜡的用量低，可以减少蜡对人造板力学性能的不良影响，当需要制备阻燃人造板时，所需阻燃剂含量显著下降，且氯化石蜡也可在一定程度上提高材料的阻燃性能。

Description

一种石蜡乳液防水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及木材防水剂领域，具体涉及一种石蜡乳液防水剂。

背景技术

以木质纤维、刨花等为原料制成的木质人造板，吸湿或吸水之后会引起明显的变形、湿胀等现象，其强度也会显著下降，从而影响其应用范围和使用寿命。因此，必须在生产过程中添加一定量的疏水物质。常温下石蜡是固态，必须加热熔融后才能使用，目前人造板生产中主要采用熔融石蜡作为防水材料。但是，熔融石蜡由于添加量低，通常为绝干纤维的0.5～1.5％，不能均匀分布在人造板中，导致防水效果较差；使用蜡含量较高，增加生产成本较多；熔融石蜡需要加热装置、输送管道需要保温，生产中经常产生管道堵塞等问题，影响生产的正常进行，因此，越来越多的人造板生产选用石蜡乳液作为防水剂。

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 103146000公开了一种应用于地板基材的乳化石蜡制备方法，使用蜡、非离子表面活性剂、氢氧化钠和水制备乳液，发明的乳化石蜡具有耐水、耐碱和耐硬水的性能，将其应用于地板基材制造，防水效果良好，且降低了生产成本，可年节约成本200-400万元。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。

传统石蜡乳液中需要添加大量表面活性剂，以实现石蜡在水中的分散，但表面活性剂具有亲水性，因此会影响人造板整体的防水防潮效果。如何能降低具有亲水性的表面活性剂含量，是提高人造板防水防潮性能的关键之一。

此外，附着在刨花或纤维表面的强非极性石蜡影响刨花或纤维之间胶合作用的形成导致人造板力学性能的降低；石蜡的燃烧热值为43MJ/kg，是木材的3.6倍，木质材料常用阻燃剂对石蜡没有阻燃作用。因此，如果能够在保证防水效果的前提下，尽可能降低石蜡用量，或采用有助于提高阻燃性的氯化石蜡，将有助于人造板力学性能和阻燃性能的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种石蜡乳液防水剂，其配方为，当制备所述防水剂的水的用量为1L时，制备所述防水剂的原料中包括氧化物固体颗粒1～20份、硅酸酯1～10份、氯化石蜡50～150份、低HLB值非离子型表面活性剂1～25份和高HLB值非离子型表面活性剂3～30份。

氧化物固体颗粒可在石蜡和水的界面上吸附，起到分散石蜡的作用，且其亲水性与表面活性剂相比要差一些，可提高人造板的防水防潮效果。但是木材的防水剂对稳定性有较高的要求，仅添加石蜡的防水剂稳定性非常差，添加改性剂硅酸酯可进一步改善氧化物固体颗粒的亲水亲油性，提高防水剂的稳定性。因此，在防水剂中添加上述两种原料可减少防水剂中表面活性剂的用量，充分地发挥氯化石蜡的防水作用，在氯化石蜡用量较少的情况下得到性能良好的防水剂。

优选的，所述氧化物固体颗粒和硅酸酯的用量比为1.5～2.5:1，此比例可更好的调整固体颗粒的亲水亲油性能，有助于提高体系的稳定性。

优选的，所述氧化物固体颗粒包括二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛或氧化锌；

进一步优选二氧化硅。与其他的固体颗粒相比，二氧化硅具有更好的稳定性。

优选的，所述硅酸酯包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯；

进一步优选正硅酸乙酯。使用正硅酸乙酯对物料改性后具有更好的稳定性。

优选的，所述低HLB值非离子型表面活性剂为：失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯或失水山梨醇倍半油酸酯中的一种或几种，优选失水山梨醇三油酸酯或聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯；

优选的，所述高HLB值非离子型表面活性剂为：聚氧乙烯植物油、聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯月桂醚、聚氧乙烯羊毛醇醚、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯或聚氧乙烯单月桂酸酯中的一种或几种，优选聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯或聚氧乙烯单月桂酸酯。

在上述方案中，优选的，所述低HLB值非离子型表面活性剂为聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物、失水山梨醇三油酸酯、失水山梨醇倍半油酸酯和乙二醇脂肪酸酯，所述高HLB值非离子型表面活性剂为聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯月桂醚或聚氧乙烯羊毛醇醚。

作为优选的方案，低HLB值非离子型表面活性剂和高HLB值非离子型表面活性剂的组合为：聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物和聚氧乙烯烷基芳基醚，失水山梨醇三油酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯，失水山梨醇倍半油酸酯和聚氧乙烯月桂醚或乙二醇脂肪酸酯和聚氧乙烯羊毛醇醚。

作为优选的配方，当制备所述防水剂的水的用量为1L时，制备防水剂的原料中包括氧化物固体颗粒3.3～10份、硅酸酯1.3～5份、氯化石蜡100～133份、低HLB值非离子型表面活性剂2.5～17份和高HLB值非离子型表面活性剂7.5～20份。

本发明的另一目的是保护本发明所述防水剂的制备方法，包括在pH 2～5的溶液中下所述硅酸酯对所述氧化物固体颗粒改性的操作。

优选的，在pH 3～4的溶液中下所述硅酸酯对所述氧化物固体颗粒改性。

优选的，本发明的制备方法包括如下步骤：

1)将氧化物固体颗粒分散在水中，加酸调节溶液的pH为2～5，然后加入硅酸酯，充分搅拌对实现硅酸酯对所述氧化物固体颗粒的改性，再加入高HLB值非离子型表面活性剂和低HLB值非离子型表面活性剂，搅拌分散均匀；

2)将上述溶液加热至80℃～95℃，并向其中缓慢加入氯化石蜡，使整个体系保持在80℃～95℃条件下，以5000rpm～10000rpm的速度，搅拌10～20min，制备完成初乳液；

3)将初乳液经过进行高压均质，在压力40Mpa～80Mpa的条件下均质1～2次，制得固体颗粒乳化稳定的石蜡乳液防水剂。

作为优选的操作，所述步骤1)中，将所述氧化物固体颗粒和硅酸酯置于pH 2～5的酸性溶液中，搅拌5～15min。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明中选择了使用固体颗粒来稳定蜡乳液，得到粒径小(<250nm)、稳定且高效的石蜡乳液防水剂，该防水剂不含有害化学物质，安全环保。

2)本发明制备的防水剂中，由于固体颗粒的存在，表面活性剂用量低，既提高了乳液的化学稳定性与防水效果，又可以减少成本。仅需使用固含量低于25％的石蜡乳液防水剂，即可获得尺寸稳定性优良的防水防潮人造板。由于所需蜡量低，可以减少蜡对人造板力学性能的不良影响。

3)本发明选择氯化石蜡为原料，不仅具有良好的防水作用，而且由于氯化石蜡本来即具有一定的阻燃作用，当需要制备阻燃人造板时，所需阻燃剂的含量显著下降。

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。

实施例1

本实施例涉及一种人造板防水剂，其制备原料中包括：

四氧化三铁粉末15g，正硅酸甲酯10g，聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物5g，聚氧乙烯烷基芳基醚15g，氯化石蜡250g。

其制备方法包括如下步骤：

1)取四氧化三铁粉末15g，分散在2000g水中，使用0.1mol/L的盐酸将pH调节至2，向前述液体中加入正硅酸甲酯10g，充分搅拌15min，完成正硅酸甲酯对四氧化三铁粉末的改性，加入聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物5g和聚氧乙烯烷基芳基醚15g，搅拌分散均匀。

2)将其加热至90℃，并向其中缓慢加入250g熔融的氯化石蜡，使整个体系保持在90℃条件下，以7000rpm的速度，搅拌15min，制备完成初乳液。

3)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，最终制得固体颗粒乳化稳定的人造板防水剂。

实施例2

本实施例涉及一种人造板防水剂，其制备原料中包括：

二氧化硅粉末10g，正硅酸乙酯5g，失水山梨醇三油酸酯10g，聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯10g，氯化石蜡100g。

其制备方法包括如下步骤：

1)取10g二氧化硅粉末分散在1000g水中，使用0.1mol/L的盐酸将pH调节至3，向前述液体中加入正硅酸乙酯5g，充分搅拌15min，完成正硅酸甲酯对四氧化三铁粉末的改性，加入失水山梨醇三油酸酯10g和聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯10g，搅拌分散均匀。

2)将其加热至80℃，并向其中缓慢加入100g氯化石蜡，使整个体系保持在80℃条件下，以5000rpm的速度，搅拌20min，制备完成初乳液。

3)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，最终制得固体颗粒乳化稳定的人造板防水剂。

实施例3

本实施例涉及一种人造板防水剂，其制备原料中包括：

氧化锌粉末10g，正硅酸丙酯5g，失水山梨醇倍半油酸酯15g，聚氧乙烯月桂醚20g，氯化石蜡100g。

其制备方法包括如下步骤：

1)取10g氧化锌粉末分散在1000g水中，使用0.1mol/L的盐酸将pH调节至4，充分搅拌15min，完成正硅酸甲酯对四氧化三铁粉末的改性，加入正硅酸丙酯5g、失水山梨醇倍半油酸酯15g和聚氧乙烯月桂醚20g，搅拌分散均匀。

2)将其加热至85℃，并向其中缓慢加入100g熔融的氯化石蜡，使整个体系保持在85℃条件下，以6000rpm的速度，搅拌10min，制备完成初乳液。

3)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，最终制得固体颗粒乳化稳定的人造板防水剂。

实施例4

本实施例涉及一种人造板防水剂，其制备原料中包括：

二氧化钛粉末5g，正硅酸丁酯2g、乙二醇脂肪酸酯25g，聚氧乙烯羊毛醇醚15g，氯化石蜡200g。

其制备方法包括如下步骤：

1)取5g二氧化钛粉末分散在1500g水中，使用0.1mol/L的盐酸将pH调节至5，充分搅拌15min，完成正硅酸甲酯对四氧化三铁粉末的改性，加入正硅酸丁酯2g、乙二醇脂肪酸酯25g和聚氧乙烯羊毛醇醚15g，搅拌分散均匀。

2)将其加热至80℃，并向其中缓慢加入200g熔融的氯化石蜡，使整个体系保持在80℃条件下，以10000rpm的速度，搅拌15min，制备完成初乳液。

3)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，最终制得固体颗粒乳化稳定的人造板防水剂。

对照例1

与实施例4相比，本对比例中不添加二氧化钛粉末、盐酸和正硅酸丁酯。

其制备原料中包括：

失水山梨醇三油酸酯30g、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯30g和15#液体石蜡240g。

其制备方法包括如下步骤：

1)向1000g水中加入失水山梨醇三油酸酯30g和聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯30g，搅拌分散均匀。

2)将其加热至80℃，并向其中缓慢加入240g15#液体石蜡，使整个体系保持在80℃条件下，以5000rpm的速度，搅拌20min，制备完成初乳液。

3)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，最终制得人造板防水剂。

对照例2

与实施例4相比，本对比例中不添加二氧化钛粉末、盐酸和正硅酸丁酯。

其制备原料中包括：

失水山梨醇三油酸酯10g、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯10g和氯化石蜡100g。

1)向1000g水中加入失水山梨醇三油酸酯10g和聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯10g，搅拌分散均匀。

2)将其加热至80℃，并向其中缓慢加入100g氯化石蜡，使整个体系保持在80℃条件下，以5000rpm的速度，搅拌20min，制备完成初乳液。

3)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，最终制得人造板防水剂。

对照例3

市购石蜡乳液，购自科诺木业有限公司。

实验例1固体颗粒乳化稳定的人造板防水剂稳定性

从外观、固含量、平均粒径、离心稳定性、贮存稳定性5个方面检测制备好的人造板防水剂的性能。其中固含量的测定方法为：分别取实施例1-4所使用的固体颗粒乳化稳定的人造板防水剂与对照例1-2人造板防水剂各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固体颗粒乳化稳定的人造板防水剂与对照例1-2人造板防水剂各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

结果表明，所有实施例的粒径均在180nm-250nm之间，且离心稳定性、贮存稳定性保持良好。不加固体颗粒的对照例2稳定性明显低于其他实施例，而对照例1添加了更高含量的表面活性剂，尽管稳定性也较优良，但粒径明显高于其他实施例。

实验例2制备中密度纤维板及其性能测试

实施例1～4所使用的固体颗粒乳化稳定的人造板防水剂与对照例1、3人造板防水剂为添加剂，制备18mm厚的中密度纤维板，脲醛树脂胶粘剂施胶量为绝干纤维质量的14％，石蜡乳液的用量为绝干纤维质量的1％。此外，以不添加任何防水剂的木质纤维和脲醛树脂胶粘剂混合制备18mm厚中密度纤维板作为对照组。按照国家标准GB/T 11718-2009《中密度纤维板》检验制备中密度纤维板的物理力学性能，结果如表2所示。

表2

结果表明，采用本发明制备的防水防潮人造板，不仅尺寸稳定性优良，力学强度也有所提升，且效果优于表面活性剂含量较高的对照例1和市购石蜡乳液防水剂对照例3。一方面，实施例中表面活性剂用量低，可以减少表面活性剂对防水效果的不良影响。另一方面，配方中的固体颗粒可以起到一定的刚性作用，且固体颗粒表面携带的羟基，可以在一定程度上减少石蜡对纤维之间胶合作用的影响。

实验例3阻燃人造板中阻燃剂的使用量

在实验例2中中密度纤维板生产过程中添加北京盛大华源科技有限公司生产中的阻燃剂，生产燃烧性能符合GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》B1级规定、理化性能符合GB/T 11718-2009《中密度纤维板》优等品的规定的阻燃中密度纤维板。使用不同防水剂的情况下，阻燃剂的最低添加量如表3所示

表3

结果表明，由于使用了更低含量的蜡，且固体颗粒具有一定的热稳定性与阻燃性，所以使用实施例1-4中固体颗粒乳化稳定的人造板防水剂所需阻燃剂量显著下降，可以为企业节约更多成本。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种石蜡乳液防水剂，其特征在于，当制备所述防水剂的水的用量为1L时，制备所述防水剂的原料中包括氧化物固体颗粒1～20份、硅酸酯1～10份、氯化石蜡50～150份、低HLB值非离子型表面活性剂1～25份和高HLB值非离子型表面活性剂3～30份。

2.根据权利要求1所述的石蜡乳液防水剂，其特征在于，所述氧化物固体颗粒和硅酸酯的用量比为1.5～2.5:1。

3.根据权利要求1或2所述的石蜡乳液防水剂，其特征在于，所述氧化物固体颗粒为二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛或氧化锌中和一种或几种，优选二氧化硅。

4.根据权利要求1～3任一项所述的石蜡乳液防水剂，其特征在于，所述硅酸酯包括正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯，优选正硅酸乙酯。

5.根据权利要求1～4任一项所述的石蜡乳液防水剂，其特征在于，所述低HLB值非离子型表面活性剂为：失水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物、聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯、乙二醇脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯或失水山梨醇倍半油酸酯中的一种或几种，优选失水山梨醇三油酸酯或聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯。

6.根据权利要求1～5任一项所述的石蜡乳液防水剂，其特征在于，所述高HLB值非离子型表面活性剂为：聚氧乙烯植物油、聚氧乙烯烷基芳基醚、聚氧乙烯月桂醚、聚氧乙烯羊毛醇醚、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯或聚氧乙烯单月桂酸酯中的一种或几种，优选聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯或聚氧乙烯单月桂酸酯。

7.根据权利要求1～6任一项所述的石蜡乳液防水剂，其特征在于，当制备所述防水剂的水的用量为1L时，所述防水剂的制备原料中包括氧化物固体颗粒3.3～10份、硅酸酯1.3～5份、氯化石蜡100～133份、低HLB值非离子型表面活性剂2.5～17份和高HLB值非离子型表面活性剂7.5～20份。

8.权利要求1～7任一项所述石蜡乳液防水剂的制备方法，其特征在于，包括在pH2～5的溶液中下所述硅酸酯对所述氧化物固体颗粒改性的操作。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将氧化物固体颗粒分散在水中，加酸调节溶液的pH为2～5，然后加入硅酸酯，充分搅拌对实现硅酸酯对所述氧化物固体颗粒的改性，再加入高HLB值非离子型表面活性剂和低HLB值非离子型表面活性剂，搅拌分散均匀；

2)将上述溶液加热至80℃～95℃，并向其中缓慢加入氯化石蜡，使整个体系保持在80℃～95℃条件下，以5000rpm～10000rpm的速度，搅拌10～20min，制备完成初乳液；

3)将初乳液经过进行高压均质，在压力40Mpa～80Mpa的条件下均质1～2次，制得固体颗粒乳化稳定的石蜡乳液防水剂。