本发明涉及一种人造板乳化蜡及其制备方法与应用，属于化工。
背景技术：
1、在大多数情况下，石蜡最好的使用形式是蜡的乳状液，即乳化蜡，使用时具有不需溶剂、不必加热、成膜均匀、高效方便等优点，通过蜡乳化后进行涂布、施胶、防潮、防锈、养护等，是特种蜡非常重要的使用方式。乳化蜡产品在农业、造纸、纺织、地板、汽车上光等行业过程中广泛使用。现有技术中的乳化蜡主要存在品种较少、稳定性较差、生产规模较小、不能满足市场需要等问题。
2、上个世纪70年代，在纤维板和刨花板的生产中，大部分使用固体石蜡和熔融石蜡直接加入板材中，但是效果并不好，主要是颗粒大、石蜡不能均匀涂覆在人造板表面，导致人造板强度下降，容易开裂，并发生变形，同时防水性能下降，大大影响产品质量。之后，人们开始使用乳化蜡作为人造板防水剂，由于乳化蜡的粒度小，在制备人造板的过程通过有效的破乳，可使蜡粒析出，更均匀地吸附在木纤维或刨花上，这样既增强了人造板的抗水性，同时也降低了石蜡的消耗量。
3、cn104558634a公开了一种木材加工用乳化石蜡及其制备方法。该乳化石蜡由30-60质量份的石蜡、6-15质量份的复合乳化剂和25-55质量份的水制备而成；所述复合乳化剂为司盘类表面活性剂、吐温类表面活性剂、烷基酚聚氧乙烯醚和醇的混合物。该乳化石蜡虽然有较好的稳定性，但使用的乳化剂较多，乳化蜡成本较高。
4、cn102766336a公开一种石蜡乳液及其制备方法。该石蜡乳液的主要成分及其重量配比是：石蜡22～28、硬脂酸2～3和氨水2.2～2.8。该石蜡乳液虽然能够减少乳化剂的用量，但在制备过程中需要加入氨水，在遇酸性物质时容易破乳析出，使该石蜡乳液的稳定性变差。
5、cn101597482a公开了一种中密度纤维板用乳化石蜡防水剂。该乳化石蜡防水剂是通过以十二烷基硫酸钠、司盘-60、单甘脂为乳化剂，平平加0(脂肪醇聚氧乙烯醚)、吐温-80为催化剂，聚乙烯醇为胶体保护剂，对固体石蜡进行乳化，而制备得到的。该乳化石蜡中所采用的十二烷基硫酸钠等亲水性强的表面活性剂残存在纤维板中会对纤维板的防水性能产生严重影响。
6、cn104004364a公开了一种人造板特制环保乳化蜡。该乳化蜡的主要成分和含量如下：全精炼石蜡42～75％、微晶蜡15～50％，虫白蜡35～55％，棕榈蜡1～10％，地蜡18～33％，乳化剂8～17％，助乳化剂7～14％，水余量。该人造板特制环保乳化蜡具有混溶性好、熔点低、粘合力强、防水性高，操作简单，工艺方便等特点，能改善蜡膜的附着力、耐水性、耐酸碱性，改善了石蜡乳液的许多不足之处。但是，该乳化蜡使用的乳化剂较多，乳化蜡成本较高。
7、cn101633785a公开了一种石蜡乳液及其制备方法和应用。该石蜡乳液包括以下重量份的组分：石蜡8-20份、亲水性非离子表面活性剂4-10份、油酯8-20份、水50-80份。其中，亲水性非离子表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚，油酯包括硬脂酸甘油酯。该石蜡乳液的保质期长达12个月以上，但是乳化剂的用量巨大，甚至超过了石蜡的用量。
8、以上现有技术所公开的乳化蜡存在乳化剂用量大、成本高、防水性能差、稳定性差等缺点中的一种或几种。因此，亟需提供一种乳化剂用量少、防水性强、稳定性强的人造板乳化蜡。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种人造板乳化蜡及其制备方法与应用。本发明提供的人造板乳化蜡具有乳化剂用量少、防水性强、稳定性好等优点。
2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种人造板乳化蜡，以其总质量为100％为基准，所述人造板乳化蜡包括以下组分：20％～40％的石蜡、0.5％～2％的酯化改性纳米粒子、2％～4％的复合乳化剂、0.2％～1％的水溶性高分子化合物以及水余量(即，53％～77.3％)；其中，所述复合乳化剂包括单硬脂酸甘油酯、吐温和脂肪醇聚氧乙烯醚的混合物。
3、根据本发明的具体实施方式，优选地，以所述人造板乳化蜡的总质量为100％为基准，其包括以下组分：25％～35％的石蜡、0.5％～1％的酯化改性纳米粒子、2.5％～3％的复合乳化剂、0.5％～0.8％的水溶性高分子化合物以及水余量(即，60.2％～71.5％)。
4、在本发明的一些具体实施方式中，所述石蜡可以包括全精炼石蜡和/或半精炼石蜡等，优选为半精炼石蜡，具体可以包括56号半精炼石蜡、58号半精炼石蜡等。
5、在上述的人造板乳化蜡中，优选地，所述酯化改性纳米粒子包括酯化改性纳米sio2和/或酯化改性纳米al2o3等；更优选包括酯化改性纳米sio2。
6、在上述的人造板乳化蜡中，优选地，所述酯化改性纳米粒子为辛醇改性的纳米粒子。更优选地，所述辛醇改性的纳米粒子是通过以下步骤制备得到的：使辛醇与纳米粒子在催化剂的作用下进行反应，纳米粒子表面的羟基与辛醇发生酯化反应，使纳米粒子既保持了本身的亲水性，同时又增加了亲油性，得到辛醇改性的纳米粒子。其中，所述纳米粒子可以包括纳米sio2和/或纳米al2o3等。优选地，所述纳米粒子的平均粒径为10～40nm，更优选为20～30nm。
7、在本发明的一些具体实施方式中，所述辛醇改性的纳米粒子可以采用常规的回流法、微波照射法等方式进行制备，本发明不对辛醇改性的纳米粒子的具体制备步骤进行特殊限定。
8、在本发明的一些具体实施方式中，所述辛醇改性的纳米粒子的制备步骤中所采用的催化剂可以为对甲苯磺酸。
9、在本发明的一些具体实施方式中，所述辛醇改性的纳米粒子的制备步骤中的辛醇、纳米粒子、催化剂的质量比可以为(48～52):(20～30):(0.5-2)，优选为50:25:1。
10、本发明创造性地在人造板乳化蜡中引入了酯化改性纳米粒子，其至少起到了以下作用。首先，本发明的酯化改性纳米粒子的表面既有自带较多的羟基，具有较强的亲水性，同时经过酯化改性后，其表面又具有较多的亲油性的分子链，分散相乳液当中的纳米粒子的亲油分子链与石蜡分子紧密缠绕，纳米粒子表面羟基与水相相互接触，因此该酯化改性纳米粒子具有一定的乳化性能，加入乳化蜡当中会大大减小乳化剂的用量。并且，与采用硅烷偶联剂或饱和脂肪酸进行表面改性的双亲性纳米粒子相比，本发明的酯化改性纳米粒子具有更小的空间位阻，在连续相中分散性更好，在乳化过程中，更多的酯化改性纳米粒子能够吸附在石蜡粒子周围，形成的界面膜更牢固，使乳液稳定性更好。其次，本发明的酯化改性纳米粒子能够在油/水界面吸附，仿佛一层“盔甲”一样紧紧吸附在两相之间的界面膜上，利用固体粒子在界面产生的强的刚性壁垒防止和抑制石蜡的聚并和碰撞，从而提高乳化蜡的稳定性。
11、在上述的人造板乳化蜡中，优选地，所述复合乳化剂中的吐温包括吐温80。
12、在上述的人造板乳化蜡中，优选地，所述复合乳化剂中的脂肪醇聚氧乙烯醚包括aeo-9。
13、在上述的人造板乳化蜡中，优选地，所述复合乳化剂中的单硬脂酸甘油酯、吐温80和脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-9的混合质量比为(3.8～4.2):(2.8～3.2):(2.8～3.2)，更优选为4:3:3。
14、在上述的人造板乳化蜡中，优选地，所述复合乳化剂的hlb值为9～10，更优选为10。
15、本发明所采用的复合乳化剂既包括亲油乳化剂也包括亲水乳化剂，它们相互作用后可有效降低石蜡与水之间的界面张力，得到的微乳液成膜效果好，不易破乳。
16、在上述的人造板乳化蜡中，优选地，所述水溶性高分子化合物包括羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮等中的一种或几种的组合；更优选包括羧甲基纤维素钠。
17、本发明所采用的水溶性高分子化合物可降低液滴的布朗运动，降低液滴之间的碰撞机率，提高乳化蜡的化学和机械稳定性，同时其与本发明的酯化改性纳米粒子之间产生协同作用，可增强乳液的稳定性，并且该水溶性高分子化合物所带的阳离子在界面膜中可使石蜡粒子相互排斥，进一步增强乳化蜡的稳定性。
18、在上述的人造板乳化蜡中，所采用的水可以为去离子水。
19、根据本发明的具体实施方式，优选地，所述人造板乳化蜡的液滴平均粒径为0.2～1.0μm。
20、在本发明的人造板乳化蜡中，本发明的酯化改性纳米粒子在油水界面与水溶性高分子化合物产生较强烈的协同作用，水溶性高分子化合物吸附在石蜡液滴的表面，利于形成稳定的界面膜，酯化改性纳米粒子表面的分子链与水溶性高分子化合物的分子链相互缠绕，使油水界面膜的机械强度和界面膜厚度进一步增加，同时在与本发明的复合乳化剂的共同作用下，阻挡了石蜡颗粒分散相之间的相互接触，进一步增强乳化蜡的稳定性。
21、本发明第二方面提供了一种上述的人造板乳化蜡的制备方法，其包括以下步骤：
22、(1)以所述人造板乳化蜡的总质量为100％为基准，将20％～40％(优选25％～35％)的石蜡加热熔化，加入0.5％～2％(优选0.5％～1％)的酯化改性纳米粒子、2％～4％(优选2.5％～3％)的复合乳化剂、0.2％～1％(优选0.5％～0.8％)的水溶性高分子化合物，并搅拌均匀，得到油相分散混合物；
23、(2)在搅拌条件下，将4％～10％的热水加入到所述油相分散混合物中，搅拌一第一时间，形成w/o乳液；然后加入10％～20％的热水，搅拌一第二时间，形成o/d液晶相；再加入剩余质量百分数的热水，搅拌一第三时间，形成稳定的o/w乳液，冷却后，得到所述的人造板乳化蜡。
24、在上述的制备方法中，优选地，步骤(1)中将石蜡加热熔化的温度为70～90℃。
25、在上述的制备方法中，优选地，在步骤(1)中，加入酯化改性纳米粒子、复合乳化剂、水溶性高分子化合物并搅拌的温度为70～90℃。
26、在上述的制备方法中，优选地，步骤(2)中的热水的温度为70～90℃。
27、在上述的制备方法中，优选地，步骤(2)中的第一时间为2～8min。
28、在上述的制备方法中，优选地，步骤(2)中的第二时间为10～20min。
29、在上述的制备方法中，优选地，步骤(2)中的第三时间为10～30min。
30、在本发明的一些具体实施方式中，步骤(1)和(2)中的搅拌的转速可以由本领域技术人员进行常规调节，本发明不对其进行特殊限定。
31、在本发明的一些具体实施方式中，步骤(2)中的冷却的温度可以为室温或以下。
32、本发明第三方面提供了上述的人造板乳化蜡作为人造板中的防水剂的应用。
33、在上述的应用中，优选地，所述人造板包括刨花板、纤维板和胶合板等中的一种或几种的组合。
34、在上述的应用中，所述人造板乳化蜡在所述人造板中的添加量可以由本领域技术人员进行常规调节，本发明不对其进行特殊限定。
35、本发明提供了一种人造板乳化蜡及其制备方法与应用。本发明的技术方案克服了现有技术中的人造板乳化蜡所存在的乳化剂用量大，成本高、乳化蜡遇酸或碱容易破乳、防水性能差、稳定性差等缺点。本发明通过引入酯化改性纳米粒子，能够大大减少乳化剂的用量，乳化剂用量仅为乳化蜡总质量的2％～4％。同时，本发明的酯化改性纳米粒子与水溶性高分子化合物之间的协同作用，使油水界面膜的机械强度和界面膜厚度进一步增加，并与本发明的复合乳化剂之间产生强烈的协同作用，能够明显增强乳化蜡的稳定性。因此，本发明的技术方案能够大幅减少乳化剂的用量，降低生产成本，同时能够保证乳化蜡的稳定性。本发明的人造板乳化蜡的分散性好，液滴粒径尺寸小，稳定性高，可长时间存放，静置8个月以上不分层。
36、综上所述，本发明的人造板乳化蜡的制备工艺步骤简单，操作控制方便，生产效率高，生产成本低，制备的乳化蜡具有乳化效果好、抗酸、抗碱、防水性能好、稳定性好等优点，可大规模工业化生产。本发明的乳化蜡非常适合作为人造板中的防水剂使用，能够完全替代人造板加工用的固体石蜡，获得尺寸稳定性优良的防水防潮人造板，且对人造板的力学性能无不良影响。
1.一种人造板乳化蜡，以其总质量为100％为基准，所述人造板乳化蜡包括以下组分：20％～40％的石蜡、0.5％～2％的酯化改性纳米粒子、2％～4％的复合乳化剂、0.2％～1％的水溶性高分子化合物以及水余量；其中，所述复合乳化剂包括单硬脂酸甘油酯、吐温和脂肪醇聚氧乙烯醚的混合物。
2.根据权利要求1所述的人造板乳化蜡，其中，以所述人造板乳化蜡的总质量为100％为基准，其包括以下组分：25％～35％的石蜡、0.5％～1％的酯化改性纳米粒子、2.5％～3％的复合乳化剂、0.5％～0.8％的水溶性高分子化合物以及水余量。
3.根据权利要求1所述的人造板乳化蜡，其中，所述酯化改性纳米粒子包括酯化改性纳米sio2和/或酯化改性纳米al2o3；优选包括酯化改性纳米sio2。
4.根据权利要求3所述的人造板乳化蜡，其中，所述酯化改性纳米粒子为辛醇改性的纳米粒子。
5.根据权利要求4所述的人造板乳化蜡，其中，所述辛醇改性的纳米粒子是通过以下步骤制备得到的：使辛醇与纳米粒子在催化剂的作用下进行反应，纳米粒子表面的羟基与辛醇发生酯化反应，使纳米粒子既保持了本身的亲水性，同时又增加了亲油性，得到辛醇改性的纳米粒子。
6.根据权利要求5所述的人造板乳化蜡，其中，所述辛醇改性的纳米粒子的制备步骤中的辛醇、纳米粒子、催化剂的质量比为(48～52):(20～30):(0.5-2)，优选为50:25:1。
7.根据权利要求1所述的人造板乳化蜡，其中，所述复合乳化剂中的吐温包括吐温80；
8.根据权利要求7所述的人造板乳化蜡，其中，所述复合乳化剂中的单硬脂酸甘油酯、吐温80和脂肪醇聚氧乙烯醚aeo-9的混合质量比为(3.8～4.2):(2.8～3.2):(2.8～3.2)，优选为4:3:3。
9.根据权利要求8所述的人造板乳化蜡，其中，所述复合乳化剂的hlb值为9～10。
10.根据权利要求1所述的人造板乳化蜡，其中，所述水溶性高分子化合物包括羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种的组合。
11.一种权利要求1-10中任一项所述的人造板乳化蜡的制备方法，其包括以下步骤：
12.根据权利要求11所述的制备方法，其中，步骤(1)中将石蜡加热熔化的温度为70～90℃。
13.根据权利要求11所述的制备方法，其中，步骤(2)中的热水的温度为70～90℃。
14.根据权利要求11所述的制备方法，其中，步骤(2)中的第一时间为2～8min，第二时间为10～20min，第三时间为10～30min。
15.权利要求1-10中任一项所述的人造板乳化蜡作为人造板中的防水剂的应用。
