木材加工用乳化石蠟及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種木材加工用乳化石蠟及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石蠟的全稱是石油蠟，是從原油蒸餾所得的潤滑油餾分經(jīng)溶劑精制、溶劑脫蠟，再 經(jīng)溶劑脫油、精制而得的片狀或針狀結(jié)晶。石蠟用途廣泛，并且具有生物降解性，比其它替 代品(聚乙烯等塑料制品）具備更優(yōu)越的環(huán)保性能。但是由于石蠟常溫下是固體，不能滿足 用途多樣性或應(yīng)用起來不方便，所以人們研究乳化石蠟來彌補它的不足。
[0003] 乳化石蠟是將疏水性的固體石蠟借助乳化劑的定向吸附作用，在機械外力的作用 下均勻地分散在水中而制成的一種含蠟含水的均勻流體。乳化石蠟在使用過程中無需加熱 熔融或用溶劑溶解，其成膜均勻，覆蓋性、光澤度、耐水性好，易于和其他物質(zhì)的水溶液或乳 狀液復(fù)合使用，具有無毒、使用安全、經(jīng)濟、方便等優(yōu)點，在建材、建筑、輕工、橡膠、紡織、醫(yī) 藥、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、造紙及炸藥等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。近年來，隨著環(huán)保意識的提高和綠色化學 新概念的提出與實施，乳化石蠟的開發(fā)和利用愈來愈受到人們的關(guān)注，人們認識到以水代 替有機溶劑作為蠟制品的載體，可大大減少對生態(tài)環(huán)境的危害，所以乳化石蠟的開發(fā)和利 用前景十分廣闊。在木材加工業(yè)中，纖維板和刨花板等人造板的制造都用乳化蠟做防水劑。 由于乳化蠟的顆粒小，在人造板的制造過程中，通過破乳可使蠟顆粒均勻地吸附在纖維上 而起到防水作用。石蠟乳液的生產(chǎn)已相當成熟，最早是美孚石油公司在20世紀50年代研 究開發(fā)，60年代在美國普遍使用。20世紀70年代，英國、德國、日本也開始研究和使用石蠟 乳液。
[0004] 石蠟乳液是蠟以微粒的形式分散在另一種不相混溶的液體中構(gòu)成的具有相當穩(wěn) 定性的多相分散體系。石蠟是一種具有很強內(nèi)聚力的油性有機物，由于其分子是由直鏈的 飽和碳氫組成，難溶于水。石蠟乳液則是通過加入乳化劑降低油水兩相的表面張力，使石蠟 均勻地分散在水中，借助乳化劑的定向吸附作用，并在外力的作用下形成的乳狀液。
[0005] 石蠟與水的接觸角遠大于90°，只有采用合適的工藝，才能將其制成既具有親水 性又具有疏水性的乳化石蠟。石蠟的乳化需要一定的熱量使石蠟熔化，降低其內(nèi)聚力，便于 在攪拌作用下迅速而充分地分散，所以加熱溫度對乳化效果影響較大。加熱溫度必須高于 組分中的最高熔點，以保證石蠟全部熔化，與乳化劑混合均勻。油相溫度常?？刂圃诟哂谄?熔點10-15°C，水相溫度應(yīng)高于油相2_5°C。
[0006] 乳化時還需要進行攪拌，攪拌速度太低，不能使石蠟和表面活性劑混合均勻，同時 乳化剪切力不足，乳液顆粒不均勻；而攪拌過快，則易帶入大量空氣形成氣泡，消泡困難，影 響乳液質(zhì)量，同時攪拌速度過高，容易將已經(jīng)結(jié)合好的膠團打散，使乳液破乳，影響其穩(wěn)定 性。
[0007] 乳化劑的選擇是制備高質(zhì)量乳化石蠟的關(guān)鍵。根據(jù)熱力學原理，油和水放在一起， 兩相互不相溶，通過強力攪拌可以使一種液體分散到另一種液體中，但比表面積由此大大 增加，引起體系能量的增加，這在熱力學上是不穩(wěn)定的，停止攪拌后很快就會分成不互溶的 兩相，但是如果加入乳化劑就可以使分散體系的界面自由能和表面張力降低，從而使穩(wěn)定 性大大提高。
[0008] 乳化劑的選擇通常是以親水、親油平衡值（HLB)為依據(jù)，石蠟乳化的HLB范圍在 9?13,很難找到一種HLB值與石蠟乳化所需HLB值相符合的乳化劑。但是乳化劑通過復(fù) 配可以發(fā)揮其表面活性劑的協(xié)同作用，達到良好的乳化效果。只有與石蠟的HLB值相近的 乳化劑，才能將石蠟很好的乳化，所以復(fù)配出合適的石蠟乳化劑是乳化石蠟的關(guān)鍵。
[0009] 目前生產(chǎn)的乳化石蠟多采用酸性條件下使用陽離子表面活性劑，堿性條件下使用 陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑或用脂肪酸皂做乳化劑的生產(chǎn)工藝方法。這種方法 的缺點是：乳化劑用量大，成本高，制得的乳化石蠟遇到酸性、堿性介質(zhì)容易破乳析出，而且 乳液穩(wěn)定性差。
[0010] 中國專利CN1570038公開了一種石蠟乳化劑及其制備方法，由月桂醇20-30份，環(huán) 氧乙烷、單甘脂、硬脂酸、乙醇組成，并在普通反應(yīng)釜中進行反應(yīng)即可制成固體或膏狀的石 蠟乳化劑。用該專利乳化劑生產(chǎn)石蠟乳液用量少，制得的石蠟乳液無毒無味、穩(wěn)定性強、潤 滑性好、抗酸、抗堿、耐硬水、不分層、不破乳，且乳液水溶性好，可作為工業(yè)助劑廣泛應(yīng)用于 紡織、造紙等領(lǐng)域，在人造纖維板工業(yè)中，可完全代替石蠟作為防水、防潮助劑，且比使用石 蠟簡單、成本低、效果好。但是該專利的乳化劑制備工藝復(fù)雜，需要月桂醇和環(huán)氧乙烷先進 行聚合反應(yīng)形成共聚物，然后進行下一步乳化劑制備，且制得的乳化劑為固體。在進行乳化 石蠟過程中，需要使用90°C以上的熱水熔融后進行乳化生產(chǎn)，能耗大。
[0011] 中國專利CN1611159公開了一種防水型乳化石蠟在纖維板生產(chǎn)中的應(yīng)用，以石蠟 為原料，加入特定配比的乳化添加劑和水進行乳化。乳化石蠟用作防水劑時，在生產(chǎn)纖維 板、刨花板等木材加工干燥過程中，即在100-180°C溫度下，乳化添加劑中的親水成分全部 自然分解，消除了乳化添加劑中親水成分對防水性能的影響，達到纖維防水的目的。該專利 使用的有機溶劑在高溫下?lián)]發(fā)時易燃易爆，一方面使生產(chǎn)過程存在很大安全隱患，另一方 面是環(huán)境污染嚴重，危害較大。
[0012] 中國專利CN101597482A公開了一種中密度纖維板用乳化石蠟的制備方法，該發(fā) 明以十二烷基硫酸鈉、司盤-60、單甘脂為乳化劑，平平加0 (脂肪醇聚氧乙烯醚)、吐溫-80 為催化劑，聚乙烯醇為膠體保護劑，將上述各組分混合對固體石蠟進行乳化得到乳化石蠟。 該專利所用十二烷基硫酸鈉等親水性強的表面活性劑殘存在纖維板中會對纖維板的防水 性能產(chǎn)生嚴重影響。
[0013] 中國專利CN102391837A公開了一種低成本纖維板用防水劑生產(chǎn)方法及施加工 藝。該發(fā)明以十二烷基硫酸鈉為乳化劑，在三乙醇胺、氨水存在下分5次加入熱水和固體石 蠟和硬脂酸乳化，得到纖維板用防水劑。該專利所述防水劑中的十二烷基硫酸鈉為強親水 性表面活性劑，使用時可殘留在纖維板中會對纖維板的防水性能產(chǎn)生嚴重影響，同時該防 水劑的施加工藝為與熔融石蠟混合使用，只能部分替代固體石蠟，不能全部替代固體石蠟。
[0014] 中國專利CN103146000A公開了一種乳化石蠟的制備方法，該發(fā)明以固體石蠟，吐 溫-80,司盤-60, 30%濃度的氫氧化鈉和水為原料，在特定條件下分兩次加水制備乳化石 蠟。該發(fā)明使用氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH值，制得的乳化石蠟遇到酸性介質(zhì)容易破乳析出，而且乳 液穩(wěn)定性差。
[0015] 中國專利CN103146204A公開了一種防水纖維板生產(chǎn)使用的乳化石蠟及其制備方 法，該方法以親水性較弱的聚醚和/或酚醚為乳化劑，以聚乙烯醇縮甲醛為膠體穩(wěn)定劑，采 用一步法自乳化制得乳化石蠟。該發(fā)明制得的乳化石蠟顆粒較大，在300um左右，穩(wěn)定性和 分散性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的是提供一種制造工藝簡單、乳化效果好，制得的乳化石蠟無毒無味、 穩(wěn)定性好、抗酸、抗堿、防水性能好且能完全替代固體石蠟的木材加工用乳化石蠟，本發(fā)明 同時提供了其制備方法。
[0017] 本發(fā)明所述的木材加工用乳化石蠟由石蠟、復(fù)合乳化劑和水制備而成；所述復(fù)合 乳化劑為司盤類表面活性劑、吐溫類表面活性劑、烷基酚聚氧乙烯醚和醇的混合物。
[0018] 其中，司盤類表面活性劑優(yōu)選司盤40、司盤60或司盤80,更優(yōu)選司盤60 ;吐溫類 表面活性劑優(yōu)選吐溫40、吐溫60或吐溫80,更優(yōu)選吐溫60,烷基酚聚氧乙烯醚優(yōu)選0P-10 辛基酚聚氧乙烯醚，醇優(yōu)選乙二醇。水為自來水或去離子水，優(yōu)選去離子水。石蠟為全精制 石蠟或半精制石蠟。
[0019] 該乳化石蠟由以下質(zhì)量份數(shù)的原料制得：石蠟30-60份；復(fù)合乳化劑6-15份；水 25-55 份；
[0020] 復(fù)合乳化劑組成如下：
[0021] 司盤類表面活性劑 1.8-4.5份； 吐溫類表面活性劑 2.4-6份； 烷基酚聚氧乙烯醚 1.2-3份； 醇 0.6-1.5 份。
[0022] 所述的木材加工用乳化石蠟的制備方法，包括以下步驟：
[0023] (1)將1. 8-4. 5質(zhì)量份司盤類表面活性劑、2. 4-6質(zhì)量份吐溫類表面活性劑、1. 2-3 質(zhì)量份烷基酚聚氧乙烯醚和〇. 6-1. 5質(zhì)量份醇混合均勻，得到復(fù)合乳化劑；
[0024] (2)將30-60質(zhì)量份石蠟放入反應(yīng)釜中加熱熔融，溫度在60-85°C時，加入6-15質(zhì) 量份復(fù)合乳化劑，在600-1200r/min速度下攪拌，混合均勻；
[0025] (3)在600-1200r/min的攪拌速度下，加入5-10質(zhì)量份的60-85°C的水，攪拌 2-10min，形成 W/0 相；
[0026] (4)繼續(xù)加入10-20質(zhì)量份的60-85°C水，600-1200r/min的速度攪拌8-20min，形 成0/D液晶相；
[0027] (5)繼續(xù)加入10-25質(zhì)量份的60-85°C的水，600-1200r/min的速度攪拌10-30min， 形成穩(wěn)定的o/w相乳液。
[0028] 步驟（2)、（3)、（4)、（5)所述溫度為 60-85°C，優(yōu)選 75°C;攪拌速度 600-1200r/min， 優(yōu)選800r/min ;步驟（3)、（4)、（5)所述的攪拌時間總計20_60min，優(yōu)選30_50min，更優(yōu)選 40min〇
[0029] 本發(fā)明中：
[0030] 乳化劑的選擇是制備高質(zhì)量乳化石蠟的關(guān)鍵。石蠟乳化的HLB范圍在9?13,本 發(fā)明所述復(fù)配乳化劑的HLB值在10?11之間能夠使石蠟得到很好的乳化