一種建筑石蠟乳液憎水劑的研制與應用

吳國江，崔衛東，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用

吳國江1，崔衛東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、乳化工藝對乳液穩定性的影響。實驗結果表明，當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），乳化時間為30～35 min，攪拌速度為1000r/min時，可以制取一種滿足建筑防水粉質量和生產要求、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 50年代由前蘇聯率先用瀝青處理爐灰渣制得的一種建筑材料。1987年國內同類產品也正式問世［1］。根據生產工藝特點，防水粉可以分為濕法生產、干法生產和溶劑法生產［2］。與傳統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、流動性和極強的憎水性，而且耐候、抗裂、耐老化，使用壽命長，同時在防水功能基礎上，還具有防潮、隔熱、保溫等功能，可以彌補和解決建筑物收縮、變形引起的基層裂縫滲水，所以，防水粉一直受建筑行業青睞。

憎水劑是防水粉重要組成部分，直接關系到防水粉的防水效果，即防水粉能夠防水是因為基質原料與適量的憎水劑均勻混合后，經過加熱攪拌，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和疏水基團。它的親水基團與固體表面吸附，疏水基團暴露在外面，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，有機硅及其乳液、高分子化合物、石蠟及其乳液等。根據應用形態，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，污染環境。工藝流程短、節能環保是憎水劑未來主導發展方向，水基憎水劑和粉劑憎水劑符合發展要求，但國內對兩種憎水劑研究比較少，石蠟乳液是水基憎水劑，應該加大完善此方面的研究和應用。

上世紀 90年代末期，國內南方一家生產廠采用濕法生產工藝生產防水粉。該廠為簡化生產工藝、降低生產成本以及降低生產環境對操作工人的侵害，用自行調制的石蠟乳液替代石蠟作為憎水劑來生產防水粉，但防水效果一直不理想，如有的批樣含水率甚至高達4%，嚴重超過≤2%行業經驗標準［4］。廠家提出幫助改進石蠟乳液，以求達到提高防水效果目的。經過努力，研制出一種流體狀石蠟乳液，達到了防水粉生產要求。

1　材料及設備

本項研究所需的試驗材料及設備分別見表 1和表2。

表1　試驗材料Table 1 Test materials

表2　試驗設備Table 2 Test equiements

2　樣品檢測

對用戶調制的樣品進行了檢測，見表3。

表3　樣品檢測結果Table 3 Analysis result of Sample

用戶樣品親水性極強。樣品滴入水中不凝結，不沉淀，迅速分散。應該說明的是，用戶在生產防水粉時，防水粉還沒有國家質量標準和行業質量標準。即使許多企業為了生產和銷售而制訂了該產品的企業標準，但由于各個企業技術素質不同，各個企業標準所制定的技術指標不同，相互之間差別很大.試驗方法也相差很大。憎水劑也面臨同樣境況，因此，本文給出當時用戶對石蠟乳液憎水劑質量要求，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，劇烈搖晃數次后，將量筒傾斜 45o，緩慢旋轉，觀察膜層出現，同時，觀察沉淀物多少。當看到整個體系被一層薄膜包裹，幾乎沒有沉淀物時，說明憎水膜形成完好［5］，有良好的憎水能力。

3　試驗過程

按比例稱取石蠟，放入 500mL燒杯內，再按比例加入復合乳化劑，放入恒溫水浴鍋內，待燒杯內物料完全熔化后，啟動攪拌器。邊攪拌邊慢慢升溫，物料溫度達到80℃溫度時，將一定量且含有一定比例水溶性乳化劑、溫度達到85 ℃的pH值為7.5的水分兩次加入燒杯內。加水要在10 min內完成。之后繼續恒溫攪拌30～35 min，冷卻到60 ℃左右出料。

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

實際生產中，用戶購買的是板狀石蠟，加工前需要進行簡單的破碎處理。乳液降溫處理用乳化設備內置盤管通入常溫水降溫。這里應該強調，本研究完全依據用戶實際生產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）℃，乳化時間為30～35 min。

4　結果與討論

4.1憎水劑物料的選擇

根據建筑行業經驗，憎水劑一般是熔點＞50 ℃，具有大的憎水基團和小的親水基團的有機物［6］。石蠟的主要成分是長碳鏈的正構烷烴和異構烷烴，與水不互溶，具有良好的憎水性。根據用戶情況，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（又稱轉相法）、輪流加液法、初生皂法和轉相溫度乳化法，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，至于不少文獻提到這一方法時常有這樣描述：該方法可直接制備W/O乳狀液，若繼續加入水則可以得到O/W乳狀液。這是一個相對條件下的結論，因為油相體積分數在 25.98%～74.02%時，O/W型和W/O型乳液均可能生成［7］，所謂的繼續加水有可能繼續讓乳液保持W/O狀態，也有可能轉相生成O/W 乳液，這要依乳化體系條件而定。考慮生產安全，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用要求蠟乳液的關鍵條件。國內石蠟乳化工藝已經相當成熟，而且人們足夠認識到，與單一乳化劑相比，復合乳化劑間有協同作用，更有助于獲得穩定的乳液和顯著提高乳化效果。用Span系列與Tween系列復合乳化劑制取石蠟乳液一直是不錯的選擇。這里應該指出，用HLB值（親水親油平衡值）來選定乳化劑，其實這種方法比較粗略，沒有考慮到親水親油的實際大小， 也沒有考慮配方中除油和乳化劑以外其它因素的影響［8］，特別是實際應用具體條件的影響，所以，以此制備出的乳液很難保證有較好的實用性，況且，新增任何一種添加劑，都會改變乳化體系HLB值，用準確的復合比表達實際用量還是不夠嚴謹。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。用戶現用的石蠟乳液是水包油型的，親水性極強。所以，加工防水粉時，蠟乳液被加熱水分蒸發后留在基質原料混表面上的含有乳化劑蠟膜仍然具有一定親水性，再加上乳液不穩定、顆粒不均勻等影響因素，防水效果上有時反不如直接使用石蠟好。在保證蠟乳液能與基質原料順利混合前提下，適當引入疏水性比較強的乳化劑，可以有效改進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。它進入Tween-80所形成的反膠團中能使反膠團粒子半徑增大，乳化劑在基質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原料易混均勻性進行了綜合考察，A劑用量小于0.3%時，易混均勻性得到了保證，含水率為大于1%而小于2%，均在指標要求范圍，但含水率還是沒有達到最小；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，乳液明顯感到粘稠，而且與基質原料混合時出現的結團不易打開，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，含水率達到了2.88%。由此，斷定A劑用量為0.3%時最佳。

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乳化時間

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

表7　乳化時間的影響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，當攪拌速度為1 000 r/min時乳液狀態最好。乳液在不同攪拌速度呈現出的狀態與一般O/W乳液所呈現狀態不同，是因為添加劑A的加入，甚至某些狀態與W/O乳液所呈現的狀態頗為相似。

5　使用試驗

用戶對我們研制和提供的石蠟乳液進行了檢測，并用相同添加比例制取了3個防水粉樣品，結果如表9，其中含水率為3個樣品的平均值。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Table 9 Application test of wax-emulsion

6　結 論

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

［1］ 徐功明. 建筑拒水粉及其生產方法：中國專利，CN87101009A［P］. 1988-09-21.

［2］ 張永華. 化學建材—防水粉［J］. 化學工程師，2001（1）：56-57.

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［7］ 王世榮，李祥高，劉志東，等.表面活性劑化學［M］.北京：化學工業出版社，2005：20-39.

［8］ 劉綱勇. 油包水型化妝品穩定性的研究［J］. 日用化學工業，2002 （6）：57-59+62.

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，畢業于撫順石油學院化工機械與設備專業，長期從事特種蠟和石蠟工藝研究，并在國家和省部級專業刊物公開發表論文20余篇。E-mail：wuguojiang_wax@sina.cn。

TE 624

A

1671-0460（2016）05-0999-04

2016-04-10