一種建筑石蠟乳液憎水劑的研制與應(yīng)用

吳國江，崔衛(wèi)東，王克章

（1. 中國石油撫順石化公司研究院，遼寧 撫順 113004；　2. 中國石油撫順石化公司乙烯化工廠，遼寧 撫順 113004）

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一種建筑石蠟乳液憎水劑的研制與應(yīng)用

吳國江1，崔衛(wèi)東1，王克章2

（1. 中國石油撫順石化公司研究院，遼寧 撫順 113004；2. 中國石油撫順石化公司乙烯化工廠，遼寧 撫順 113004）

研究了用58#全煉蠟制備一種蠟乳液的方法。在確定最佳乳化溫度（85±2）℃條件下考查了乳化劑用量、功能添加劑A用量、乳化工藝對乳液穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Span-80加入量為3.95% （w），Tween-80加入量4.55%（w）， 功能添加劑A加入量為0.3%（w），乳化時(shí)間為30～35 min，攪拌速度為1000r/min時(shí)，可以制取一種滿足建筑防水粉質(zhì)量和生產(chǎn)要求、固含量為25%的石蠟乳液憎水劑。

特種蠟；石蠟乳液；憎水劑；防水粉

防水粉是上世紀(jì) 50年代由前蘇聯(lián)率先用瀝青處理爐灰渣制得的一種建筑材料。1987年國內(nèi)同類產(chǎn)品也正式問世［1］。根據(jù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，防水粉可以分為濕法生產(chǎn)、干法生產(chǎn)和溶劑法生產(chǎn)［2］。與傳統(tǒng)的建筑防水材料如瀝青、油氈，防水涂料、密封膏等相比，它不僅具有的松散性、流動(dòng)性和極強(qiáng)的憎水性，而且耐候、抗裂、耐老化，使用壽命長，同時(shí)在防水功能基礎(chǔ)上，還具有防潮、隔熱、保溫等功能，可以彌補(bǔ)和解決建筑物收縮、變形引起的基層裂縫滲水，所以，防水粉一直受建筑行業(yè)青睞。

憎水劑是防水粉重要組成部分，直接關(guān)系到防水粉的防水效果，即防水粉能夠防水是因?yàn)榛|(zhì)原料與適量的憎水劑均勻混合后，經(jīng)過加熱攪拌，熔融的憎水劑借助包覆、鍵合、擠壓、吸附等過程在其表面形成一層憎水膜。憎水劑含有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)。它的親水基團(tuán)與固體表面吸附，疏水基團(tuán)暴露在外面，與水有很大的界面張力，具有防水性，也就使防水粉具有了防水功能。擔(dān)任憎水劑的物料比較多，如高級脂肪烴、高級脂肪醇、脂肪酸，有機(jī)硅及其乳液、高分子化合物、石蠟及其乳液等。根據(jù)應(yīng)用形態(tài)，憎水劑分為溶劑型憎水劑、水基憎水劑和粉劑憎水劑［3］。溶劑型憎水劑用途廣泛，但不安全，污染環(huán)境。工藝流程短、節(jié)能環(huán)保是憎水劑未來主導(dǎo)發(fā)展方向，水基憎水劑和粉劑憎水劑符合發(fā)展要求，但國內(nèi)對兩種憎水劑研究比較少，石蠟乳液是水基憎水劑，應(yīng)該加大完善此方面的研究和應(yīng)用。

上世紀(jì) 90年代末期，國內(nèi)南方一家生產(chǎn)廠采用濕法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)防水粉。該廠為簡化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本以及降低生產(chǎn)環(huán)境對操作工人的侵害，用自行調(diào)制的石蠟乳液替代石蠟作為憎水劑來生產(chǎn)防水粉，但防水效果一直不理想，如有的批樣含水率甚至高達(dá)4%，嚴(yán)重超過≤2%行業(yè)經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［4］。廠家提出幫助改進(jìn)石蠟乳液，以求達(dá)到提高防水效果目的。經(jīng)過努力，研制出一種流體狀石蠟乳液，達(dá)到了防水粉生產(chǎn)要求。

1　材料及設(shè)備

本項(xiàng)研究所需的試驗(yàn)材料及設(shè)備分別見表 1和表2。

表1　試驗(yàn)材料Table 1 Test materials

表2　試驗(yàn)設(shè)備Table 2 Test equiements

2　樣品檢測

對用戶調(diào)制的樣品進(jìn)行了檢測，見表3。

表3　樣品檢測結(jié)果Table 3 Analysis result of Sample

用戶樣品親水性極強(qiáng)。樣品滴入水中不凝結(jié)，不沉淀，迅速分散。應(yīng)該說明的是，用戶在生產(chǎn)防水粉時(shí)，防水粉還沒有國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。即使許多企業(yè)為了生產(chǎn)和銷售而制訂了該產(chǎn)品的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但由于各個(gè)企業(yè)技術(shù)素質(zhì)不同，各個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所制定的技術(shù)指標(biāo)不同，相互之間差別很大.試驗(yàn)方法也相差很大。憎水劑也面臨同樣境況，因此，本文給出當(dāng)時(shí)用戶對石蠟乳液憎水劑質(zhì)量要求，見表4，其中憎水能力測試是指在一定量水中，投入一些處理過的粉末，劇烈搖晃數(shù)次后，將量筒傾斜 45o，緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察膜層出現(xiàn)，同時(shí)，觀察沉淀物多少。當(dāng)看到整個(gè)體系被一層薄膜包裹，幾乎沒有沉淀物時(shí)，說明憎水膜形成完好［5］，有良好的憎水能力。

3　試驗(yàn)過程

按比例稱取石蠟，放入 500mL燒杯內(nèi)，再按比例加入復(fù)合乳化劑，放入恒溫水浴鍋內(nèi)，待燒杯內(nèi)物料完全熔化后，啟動(dòng)攪拌器。邊攪拌邊慢慢升溫，物料溫度達(dá)到80℃溫度時(shí)，將一定量且含有一定比例水溶性乳化劑、溫度達(dá)到85 ℃的pH值為7.5的水分兩次加入燒杯內(nèi)。加水要在10 min內(nèi)完成。之后繼續(xù)恒溫?cái)嚢?0～35 min，冷卻到60 ℃左右出料。

表4　用戶對石蠟乳液憎水劑質(zhì)量要求Table 4 User’s requirements for wax-emulsion hydrophobic agent

實(shí)際生產(chǎn)中，用戶購買的是板狀石蠟，加工前需要進(jìn)行簡單的破碎處理。乳液降溫處理用乳化設(shè)備內(nèi)置盤管通入常溫水降溫。這里應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，本研究完全依據(jù)用戶實(shí)際生產(chǎn)過程來確定乳化條件，某些條件給出的是范圍條件，而不是具體條件，如最佳乳化溫度是（85±2）℃，乳化時(shí)間為30～35 min。

4　結(jié)果與討論

4.1憎水劑物料的選擇

根據(jù)建筑行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，憎水劑一般是熔點(diǎn)＞50 ℃，具有大的憎水基團(tuán)和小的親水基團(tuán)的有機(jī)物［6］。石蠟的主要成分是長碳鏈的正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴，與水不互溶，具有良好的憎水性。根據(jù)用戶情況，選定市場易購的58#全煉蠟作為憎水劑主體原料。

4.2石蠟乳化

石蠟乳液分為油包水和水包油兩種類型，即W/O型乳液和O/W型乳液，常用的是O/W型乳液。它的制備方法也有兩種，即分散法和凝聚法。分散法是制備石蠟乳液普遍采用的方法，它又按各個(gè)組分加入的次序不同，又分為劑在水中法、劑在油中法（又稱轉(zhuǎn)相法）、輪流加液法、初生皂法和轉(zhuǎn)相溫度乳化法，其中，劑在油中法又是制備石蠟乳液常見的方法，即通過把水加到含有乳化劑的油相中來制備，至于不少文獻(xiàn)提到這一方法時(shí)常有這樣描述：該方法可直接制備W/O乳狀液，若繼續(xù)加入水則可以得到O/W乳狀液。這是一個(gè)相對條件下的結(jié)論，因?yàn)橛拖囿w積分?jǐn)?shù)在 25.98%～74.02%時(shí)，O/W型和W/O型乳液均可能生成［7］，所謂的繼續(xù)加水有可能繼續(xù)讓乳液保持W/O狀態(tài)，也有可能轉(zhuǎn)相生成O/W 乳液，這要依乳化體系條件而定?？紤]生產(chǎn)安全，易控制、易操作，易獲得粒徑均勻乳液等因素，本研究也采用了劑在油中法。

4.2.1乳化劑的選擇

乳化劑是制取蠟乳液必選材料，石蠟需要借助它們并在外力攪拌下才能分散到水中形成蠟乳液，因此，選擇適宜的乳化劑是制取符合應(yīng)用要求蠟乳液的關(guān)鍵條件。國內(nèi)石蠟乳化工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且人們足夠認(rèn)識(shí)到，與單一乳化劑相比，復(fù)合乳化劑間有協(xié)同作用，更有助于獲得穩(wěn)定的乳液和顯著提高乳化效果。用Span系列與Tween系列復(fù)合乳化劑制取石蠟乳液一直是不錯(cuò)的選擇。這里應(yīng)該指出，用HLB值（親水親油平衡值）來選定乳化劑，其實(shí)這種方法比較粗略，沒有考慮到親水親油的實(shí)際大小， 也沒有考慮配方中除油和乳化劑以外其它因素的影響［8］，特別是實(shí)際應(yīng)用具體條件的影響，所以，以此制備出的乳液很難保證有較好的實(shí)用性，況且，新增任何一種添加劑，都會(huì)改變?nèi)榛w系HLB值，用準(zhǔn)確的復(fù)合比表達(dá)實(shí)際用量還是不夠嚴(yán)謹(jǐn)。表5是在確定最佳乳化溫度（85±2）℃，功能添加劑加入量0.3%、最佳攪拌速度1000rpm條件下，Span-80和Tween-80加入量對石蠟乳液影響情況。

表5　Span-80和Tween-80加入量對石蠟乳液影響Table 5 Effect of Span-80 dosage and Tween-80 dosage on wax-emulsion

4.2.2添加劑A對石蠟乳液的影響

任何一種乳化劑都有親水基和親油基。用戶現(xiàn)用的石蠟乳液是水包油型的，親水性極強(qiáng)。所以，加工防水粉時(shí)，蠟乳液被加熱水分蒸發(fā)后留在基質(zhì)原料混表面上的含有乳化劑蠟?zāi)と匀痪哂幸欢ㄓH水性，再加上乳液不穩(wěn)定、顆粒不均勻等影響因素，防水效果上有時(shí)反不如直接使用石蠟好。在保證蠟乳液能與基質(zhì)原料順利混合前提下，適當(dāng)引入疏水性比較強(qiáng)的乳化劑，可以有效改進(jìn)和提高防水粉的防水性。添加劑A是一種具有一定乳化功效的添加劑。它進(jìn)入Tween-80所形成的反膠團(tuán)中能使反膠團(tuán)粒子半徑增大，乳化劑在基質(zhì)原料表面覆蓋率頁增大，疏水性也得到了提高，即防水性得也到了提高。表6是添加劑A劑對蠟乳液的影響。

用戶對憎水能力以及石蠟乳液與基質(zhì)原料易混均勻性進(jìn)行了綜合考察，A劑用量小于0.3%時(shí)，易混均勻性得到了保證，含水率為大于1%而小于2%，均在指標(biāo)要求范圍，但含水率還是沒有達(dá)到最??；A劑用量為0.3%，含水率僅為0.72%，易混均勻性沒有受到影響；A劑用量大于0.3%時(shí)，乳液明顯感到粘稠，而且與基質(zhì)原料混合時(shí)出現(xiàn)的結(jié)團(tuán)不易打開，混合不均勻，由此引起憎水膜也不均勻，防水能力下降，如A劑用量為0.5%時(shí)，含水率達(dá)到了2.88%。由此，斷定A劑用量為0.3%時(shí)最佳。

表6　添加劑A對石蠟乳液的影響Table 6 Effect of aditive A dosage on wax-emulsion

4.2.3乳化時(shí)間

乳化時(shí)間短，石蠟得不到充分乳化，易分層；時(shí)間過長，乳液穩(wěn)定性雖得到了保證，但開始變稠，不利于實(shí)際應(yīng)用。表7給出乳化時(shí)間對石蠟乳液影響結(jié)果。從表中不難看出，最佳乳化時(shí)間應(yīng)控制在30～35 min之間。

表7　乳化時(shí)間的影響Table 7 Effect of emulsifying time on wax-emulsion

4.2.4攪拌速度

這里攪拌速度是指水全部加入油相后所保持的攪拌速度。它對石蠟乳液的影響見表8。

表8　攪拌速度的影響Table 8 Effect of stirring speed on wax-emulsion

從表中可以看出，當(dāng)攪拌速度為1 000 r/min時(shí)乳液狀態(tài)最好。乳液在不同攪拌速度呈現(xiàn)出的狀態(tài)與一般O/W乳液所呈現(xiàn)狀態(tài)不同，是因?yàn)樘砑觿〢的加入，甚至某些狀態(tài)與W/O乳液所呈現(xiàn)的狀態(tài)頗為相似。

5　使用試驗(yàn)

用戶對我們研制和提供的石蠟乳液進(jìn)行了檢測，并用相同添加比例制取了3個(gè)防水粉樣品，結(jié)果如表9，其中含水率為3個(gè)樣品的平均值。由表9可以看出，研制的石蠟乳液符合用戶要求。

表9　石蠟乳液使用試驗(yàn)Table 9 Application test of wax-emulsion

6　結(jié) 論

以 58#全煉蠟為原料，采用 Span-80、Tween-80、添加劑A為乳化劑，在復(fù)合乳化劑用量為復(fù)合物料的30%，乳化溫度為85±2℃，攪拌速度為1000r/min時(shí)，乳化時(shí)間為30-35min，可以制取一種滿足建筑防水粉質(zhì)量和生產(chǎn)要求的石蠟乳液憎水劑。

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Preparation and Aplication of Wax-Emulsion Hydrophobic Agent for Building

WU Guo-jiang1，CUI Wei-dong1，WANG Ke-zhang2
（1. PetroChina Fushun Petrochemical Company Research Institute, Liaoning Fushun113004, China; 2. PetroChina Fushun Petrochemical Company Ethylene Chemical Plant, Liaoning Fushun113004, China）

A preparation method of wax-emulsion from 58# fully refined paraffin wax was studied. Under the optimum emulsifying temperature (85±2)℃, effect of emulsifier dosage, function additive A dosage and emulsion process on prepared emulsion stability was investigated. The results show that, the best process conditions are as follows: Span-80 dosage 3.95%(w) , Tween-80 dosage 4.55%(w), functional additive A dosage 0.3% (w), the emulsifying-temperature 30~35℃, the stirring speed 1000 r/min. Under above conditions, wax-emulsion hydrophobic agent with solid content of 25% can be prepared; it can meet requirements of quality and production of building waterproof powder.

special wax; wax emulsion; hydrophobic agent; waterproof powder

吳國江（1965-），男，遼寧省撫順市人，高級工程師，畢業(yè)于撫順石油學(xué)院化工機(jī)械與設(shè)備專業(yè)，長期從事特種蠟和石蠟工藝研究，并在國家和省部級專業(yè)刊物公開發(fā)表論文20余篇。E-mail：wuguojiang_wax@sina.cn。

TE 624

A

1671-0460（2016）05-0999-04

2016-04-10