一种建筑石蜡乳液憎水剂的研制与应用

吴国江，崔卫东，王克章

（1. 中国石油抚顺石化公司研究院，辽宁 抚顺 113004；　2. 中国石油抚顺石化公司乙烯化工厂，辽宁 抚顺 113004）



一种建筑石蜡乳液憎水剂的研制与应用

吴国江1，崔卫东1，王克章2

（1. 中国石油抚顺石化公司研究院，辽宁 抚顺 113004；2. 中国石油抚顺石化公司乙烯化工厂，辽宁 抚顺 113004）

研究了用58#全炼蜡制备一种蜡乳液的方法。在确定最佳乳化温度（85±2）℃条件下考查了乳化剂用量、功能添加剂A用量、乳化工艺对乳液稳定性的影响。实验结果表明，当Span-80加入量为3.95% （w），Tween-80加入量4.55%（w）， 功能添加剂A加入量为0.3%（w），乳化时间为30～35 min，搅拌速度为1000r/min时，可以制取一种满足建筑防水粉质量和生产要求、固含量为25%的石蜡乳液憎水剂。

特种蜡；石蜡乳液；憎水剂；防水粉

防水粉是上世纪 50年代由前苏联率先用沥青处理炉灰渣制得的一种建筑材料。1987年国内同类产品也正式问世［1］。根据生产工艺特点，防水粉可以分为湿法生产、干法生产和溶剂法生产［2］。与传统的建筑防水材料如沥青、油毡，防水涂料、密封膏等相比，它不仅具有的松散性、流动性和极强的憎水性，而且耐候、抗裂、耐老化，使用寿命长，同时在防水功能基础上，还具有防潮、隔热、保温等功能，可以弥补和解决建筑物收缩、变形引起的基层裂缝渗水，所以，防水粉一直受建筑行业青睐。

憎水剂是防水粉重要组成部分，直接关系到防水粉的防水效果，即防水粉能够防水是因为基质原料与适量的憎水剂均匀混合后，经过加热搅拌，熔融的憎水剂借助包覆、键合、挤压、吸附等过程在其表面形成一层憎水膜。憎水剂含有亲水基团和疏水基团。它的亲水基团与固体表面吸附，疏水基团暴露在外面，与水有很大的界面张力，具有防水性，也就使防水粉具有了防水功能。担任憎水剂的物料比较多，如高级脂肪烃、高级脂肪醇、脂肪酸，有机硅及其乳液、高分子化合物、石蜡及其乳液等。根据应用形态，憎水剂分为溶剂型憎水剂、水基憎水剂和粉剂憎水剂［3］。溶剂型憎水剂用途广泛，但不安全，污染环境。工艺流程短、节能环保是憎水剂未来主导发展方向，水基憎水剂和粉剂憎水剂符合发展要求，但国内对两种憎水剂研究比较少，石蜡乳液是水基憎水剂，应该加大完善此方面的研究和应用。

上世纪 90年代末期，国内南方一家生产厂采用湿法生产工艺生产防水粉。该厂为简化生产工艺、降低生产成本以及降低生产环境对操作工人的侵害，用自行调制的石蜡乳液替代石蜡作为憎水剂来生产防水粉，但防水效果一直不理想，如有的批样含水率甚至高达4%，严重超过≤2%行业经验标准［4］。厂家提出帮助改进石蜡乳液，以求达到提高防水效果目的。经过努力，研制出一种流体状石蜡乳液，达到了防水粉生产要求。

1　材料及设备

本项研究所需的试验材料及设备分别见表 1和表2。

表1　试验材料Table 1 Test materials

表2　试验设备Table 2 Test equiements

2　样品检测

对用户调制的样品进行了检测，见表3。

表3　样品检测结果Table 3 Analysis result of Sample

用户样品亲水性极强。样品滴入水中不凝结，不沉淀，迅速分散。应该说明的是，用户在生产防水粉时，防水粉还没有国家质量标准和行业质量标准。即使许多企业为了生产和销售而制订了该产品的企业标准，但由于各个企业技术素质不同，各个企业标准所制定的技术指标不同，相互之间差别很大.试验方法也相差很大。憎水剂也面临同样境况，因此，本文给出当时用户对石蜡乳液憎水剂质量要求，见表4，其中憎水能力测试是指在一定量水中，投入一些处理过的粉末，剧烈摇晃数次后，将量筒倾斜 45o，缓慢旋转，观察膜层出现，同时，观察沉淀物多少。当看到整个体系被一层薄膜包裹，几乎没有沉淀物时，说明憎水膜形成完好［5］，有良好的憎水能力。

3　试验过程

按比例称取石蜡，放入 500mL烧杯内，再按比例加入复合乳化剂，放入恒温水浴锅内，待烧杯内物料完全熔化后，启动搅拌器。边搅拌边慢慢升温，物料温度达到80℃温度时，将一定量且含有一定比例水溶性乳化剂、温度达到85 ℃的pH值为7.5的水分两次加入烧杯内。加水要在10 min内完成。之后继续恒温搅拌30～35 min，冷却到60 ℃左右出料。

表4　用户对石蜡乳液憎水剂质量要求Table 4 User’s requirements for wax-emulsion hydrophobic agent

实际生产中，用户购买的是板状石蜡，加工前需要进行简单的破碎处理。乳液降温处理用乳化设备内置盘管通入常温水降温。这里应该强调，本研究完全依据用户实际生产过程来确定乳化条件，某些条件给出的是范围条件，而不是具体条件，如最佳乳化温度是（85±2）℃，乳化时间为30～35 min。

4　结果与讨论

4.1憎水剂物料的选择

根据建筑行业经验，憎水剂一般是熔点＞50 ℃，具有大的憎水基团和小的亲水基团的有机物［6］。石蜡的主要成分是长碳链的正构烷烃和异构烷烃，与水不互溶，具有良好的憎水性。根据用户情况，选定市场易购的58#全炼蜡作为憎水剂主体原料。

4.2石蜡乳化

石蜡乳液分为油包水和水包油两种类型，即W/O型乳液和O/W型乳液，常用的是O/W型乳液。它的制备方法也有两种，即分散法和凝聚法。分散法是制备石蜡乳液普遍采用的方法，它又按各个组分加入的次序不同，又分为剂在水中法、剂在油中法（又称转相法）、轮流加液法、初生皂法和转相温度乳化法，其中，剂在油中法又是制备石蜡乳液常见的方法，即通过把水加到含有乳化剂的油相中来制备，至于不少文献提到这一方法时常有这样描述：该方法可直接制备W/O乳状液，若继续加入水则可以得到O/W乳状液。这是一个相对条件下的结论，因为油相体积分数在 25.98%～74.02%时，O/W型和W/O型乳液均可能生成［7］，所谓的继续加水有可能继续让乳液保持W/O状态，也有可能转相生成O/W 乳液，这要依乳化体系条件而定。考虑生产安全，易控制、易操作，易获得粒径均匀乳液等因素，本研究也采用了剂在油中法。

4.2.1乳化剂的选择

乳化剂是制取蜡乳液必选材料，石蜡需要借助它们并在外力搅拌下才能分散到水中形成蜡乳液，因此，选择适宜的乳化剂是制取符合应用要求蜡乳液的关键条件。国内石蜡乳化工艺已经相当成熟，而且人们足够认识到，与单一乳化剂相比，复合乳化剂间有协同作用，更有助于获得稳定的乳液和显著提高乳化效果。用Span系列与Tween系列复合乳化剂制取石蜡乳液一直是不错的选择。这里应该指出，用HLB值（亲水亲油平衡值）来选定乳化剂，其实这种方法比较粗略，没有考虑到亲水亲油的实际大小， 也没有考虑配方中除油和乳化剂以外其它因素的影响［8］，特别是实际应用具体条件的影响，所以，以此制备出的乳液很难保证有较好的实用性，况且，新增任何一种添加剂，都会改变乳化体系HLB值，用准确的复合比表达实际用量还是不够严谨。表5是在确定最佳乳化温度（85±2）℃，功能添加剂加入量0.3%、最佳搅拌速度1000rpm条件下，Span-80和Tween-80加入量对石蜡乳液影响情况。

表5　Span-80和Tween-80加入量对石蜡乳液影响Table 5 Effect of Span-80 dosage and Tween-80 dosage on wax-emulsion

4.2.2添加剂A对石蜡乳液的影响

任何一种乳化剂都有亲水基和亲油基。用户现用的石蜡乳液是水包油型的，亲水性极强。所以，加工防水粉时，蜡乳液被加热水分蒸发后留在基质原料混表面上的含有乳化剂蜡膜仍然具有一定亲水性，再加上乳液不稳定、颗粒不均匀等影响因素，防水效果上有时反不如直接使用石蜡好。在保证蜡乳液能与基质原料顺利混合前提下，适当引入疏水性比较强的乳化剂，可以有效改进和提高防水粉的防水性。添加剂A是一种具有一定乳化功效的添加剂。它进入Tween-80所形成的反胶团中能使反胶团粒子半径增大，乳化剂在基质原料表面覆盖率页增大，疏水性也得到了提高，即防水性得也到了提高。表6是添加剂A剂对蜡乳液的影响。

用户对憎水能力以及石蜡乳液与基质原料易混均匀性进行了综合考察，A剂用量小于0.3%时，易混均匀性得到了保证，含水率为大于1%而小于2%，均在指标要求范围，但含水率还是没有达到最小；A剂用量为0.3%，含水率仅为0.72%，易混均匀性没有受到影响；A剂用量大于0.3%时，乳液明显感到粘稠，而且与基质原料混合时出现的结团不易打开，混合不均匀，由此引起憎水膜也不均匀，防水能力下降，如A剂用量为0.5%时，含水率达到了2.88%。由此，断定A剂用量为0.3%时最佳。

表6　添加剂A对石蜡乳液的影响Table 6 Effect of aditive A dosage on wax-emulsion

4.2.3乳化时间

乳化时间短，石蜡得不到充分乳化，易分层；时间过长，乳液稳定性虽得到了保证，但开始变稠，不利于实际应用。表7给出乳化时间对石蜡乳液影响结果。从表中不难看出，最佳乳化时间应控制在30～35 min之间。

表7　乳化时间的影响Table 7 Effect of emulsifying time on wax-emulsion

4.2.4搅拌速度

这里搅拌速度是指水全部加入油相后所保持的搅拌速度。它对石蜡乳液的影响见表8。

表8　搅拌速度的影响Table 8 Effect of stirring speed on wax-emulsion

从表中可以看出，当搅拌速度为1 000 r/min时乳液状态最好。乳液在不同搅拌速度呈现出的状态与一般O/W乳液所呈现状态不同，是因为添加剂A的加入，甚至某些状态与W/O乳液所呈现的状态颇为相似。

5　使用试验

用户对我们研制和提供的石蜡乳液进行了检测，并用相同添加比例制取了3个防水粉样品，结果如表9，其中含水率为3个样品的平均值。由表9可以看出，研制的石蜡乳液符合用户要求。

表9　石蜡乳液使用试验Table 9 Application test of wax-emulsion

6　结 论

以 58#全炼蜡为原料，采用 Span-80、Tween-80、添加剂A为乳化剂，在复合乳化剂用量为复合物料的30%，乳化温度为85±2℃，搅拌速度为1000r/min时，乳化时间为30-35min，可以制取一种满足建筑防水粉质量和生产要求的石蜡乳液憎水剂。

［1］ 徐功明. 建筑拒水粉及其生产方法：中国专利，CN87101009A［P］. 1988-09-21.

［2］ 张永华. 化学建材—防水粉［J］. 化学工程师，2001（1）：56-57.

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［7］ 王世荣，李祥高，刘志东，等.表面活性剂化学［M］.北京：化学工业出版社，2005：20-39.

［8］ 刘纲勇. 油包水型化妆品稳定性的研究［J］. 日用化学工业，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

吴国江（1965-），男，辽宁省抚顺市人，高级工程师，毕业于抚顺石油学院化工机械与设备专业，长期从事特种蜡和石蜡工艺研究，并在国家和省部级专业刊物公开发表论文20余篇。E-mail：wuguojiang_wax@sina.cn。

TE 624

A

1671-0460（2016）05-0999-04

2016-04-10