СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРАФИНОВОЙ ЭМУЛЬСИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ
METHOD OF PREPARING PARAFFIN WAX EMULSION FOR MAKING WOOD CHIPBOARDS

Данное изобретение относится к химической технологии, а именно к способу получения стабильных при длительном хранении парафиновых эмульсий с высоким содержанием (до 70%) нефтяных восков. Решение этих задач во главу угла ставит вопросы о доступности и свойствах (структура и гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ)) применяемого эмульгатора, его концентрации и способа эмульгирования.
В отношении ПАВ, используемого в качестве эмульгатора, в патентах и научно-технической литературе отмечается возможность применения любого типа: анионный, катионный, неионогенный и амфотерный, при этом наиболее предпочтительным считается применение неионогенных и анионных ПАВ.
Способы эмульгирования парафина для получения парафиновой эмульсии включают механическое эмульгирование и эмульгирование методом обращения фаз, возможно сочетание двух этих методов. Механическое эмульгирование включает методы, использующие смесевые гомогенизаторы, клапанные гомогенизаторы, коллоидные мельницы и ультразвуковые гомогенизаторы. Отмечается, что метод эмульгирования не является критическим и основным показателем его эффективности является однородность получаемой эмульсии и ее стабильность при хранении. Эмульгирование проводят при температуре на 10-50°С выше температуры плавления парафина в течение от 0,5 до 3 часов.
Парафиновые эмульсии в последние годы находят широкое применение в качестве компонентов водоотталкивающей композиции для производства древесно-стружечных плит, водостойких гипсовых композиций, водостойких бетонов, замасливателей при производстве стекловолокна и в других областях.
Известен способ получения водоотталкивающей композиции для древесных материалов, включающей парафиновую эмульсию и водорастворимый синтетический полимер (US 4407999 А, 04.10.1983).
Парафиновую эмульсию получают на основе парафина с температурой плавления в интервале 50-70°С и окисленного парафина с температурой плавления в интервале 40-80°С и кислотным числом 20-45 мгКОН/г. Эмульсия содержит 50-97 частей парафина и 3-50 частей окисленного парафина. Эмульгирующим компонентом парафиновой эмульсии является поверхностно-активное вещество (ПАВ), водорастворимое соединение щелочного металла или их смесь. Возможно применение анионных, катионных, неионогенных и амфотерных ПАВ. Эмульгирование проводят с использованием смесителя-гомогенизатора, клапанного гомогенизатора, коллоидной мельницы, ультразвукового генератора или любого другого механического метода эмульгирования, а также метода обращения фаз при температуре на 10-50°С выше температуры плавления парафина и окисленного парафина в течение 10-180 минут. В конкретных примерах получения парафиновой эмульсии по данному изобретению в качестве эмульгирующих компонентов применяли гидроокись натрия, олеиловый эфир полиоксиэтилена, пальмитат сахарозы, оксиэтилированный гексадециламиностеарат моноглицерида, стеарат сахарозы, эмульгирование проводили при температуре 80°С и при интенсивном перемешивании в гомогенизаторе. Получали парафиновую эмульсию с содержанием твердого вещества 40,9-45,8%. Стабильность эмульсии контролировали в смеси 10 частей парафиновой эмульсии с 90 частями адгезионной смолы. Показано, что при хранении в высоких стаканах концентрация твердого вещества в нижней и верхней частях стакана практически не меняется, не меняется и вязкость смеси при хранении в течение до 336 час (14 суток).
В патенте США (№4.042.409 А от 16.08.1977 г.) описана водостойкая гипсовая композиция, в которой используется парафиновая эмульсия, полученная на основе смеси парафина и окисленного парафина, взятых в соотношении от 97:3 до 50:50, в присутствии водорастворимых оснований щелочного металла или аммония и неионогенного эмульгатора. Количество щелочного соединения должно быть достаточным для нейтрализации 30-70% кислотности окисленного парафина. При недостаточном или избыточном количестве щелочи невозможно эмульгирование парафина методом обращения фаз или получают эмульсию с низкой стабильностью. Обычно парафиновую эмульсию получают при использовании 10-20% эмульгатора, и только применение окисленного парафина позволяет получать стабильную эмульсию при содержании 5 вес.ч. эмульгатора на 100 вес.ч. смеси парафина и окисленного парафина. Применяемые эмульгаторы и методы эмульгирования аналогичны приведенным в патенте США №4.407.999, рассмотренном выше.
К недостаткам двух рассмотренных изобретений относится обязательное применение окисленного парафина, что требует в производстве технически сложной технологической стадии и значительно удорожает парафиновую эмульсию. Кроме того, в России в настоящее время отсутствуют установки окисления парафина.
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения парафиновой эмульсии для производства водостойких древесно-стружечных плит (Канадский патент СА 2.547.751 А1, 20.11.2006), включающей воду, лигносульфоновую кислоту или ее соль и по меньшей мере один воск, выбранный из группы, включающей парафиновый гач, твердый парафин и монтан-воск. Парафиновая эмульсия может содержать два воска, например твердый парафин и монтан-воск (буроугольный воск) или парафиновый гач (смесь парафина и более 5 мас.% масла) и монтан-воск. При получении парафиновой эмульсии использовали 30-60 мас.% воды, 0,5-5,0 мас.% лигносульфоновой кислоты или ее соли, 0,1-1,0 мас.% гидроокиси калия, 40,0-50,0 мас.% парафина, гача или их смеси, 0,1-10,0 мас.% монтан-воска, 0,1-5,0 мас.% поливинилового спирта. Содержание твердого вещества в парафиновой эмульсии в соответствии с приведенными примерами составляло 50-58 мас.%. Эмульгирование осуществляли в коллоидной мельнице.
К недостаткам известного способа следует отнести недостаточно высокую концентрацию парафиновой эмульсии и ее стабильность при хранении, а также использование в рецептуре таких дефицитных материалов, как монтан-воск, лигносульфоновая кислота и поливиниловый спирт. Использование в качестве устройства для эмульгирования коллоидной мельницы требует длительного времени эмульгирования.
Задачей настоящего изобретения являются устранение вышеуказанных недостатков и разработка способа получения высококонцентрированной парафиновой эмульсии (концентрация парафиновых восков до 70 мас.%), стабильной при хранении.
18
35
36
55
Для решения поставленной задачи предложен настоящий способ получения парафиновой эмульсии, включающий получение предэмульсии путем перемешивания расплава смеси парафиновых восков, содержащей нефтяные воски С-С в основном метанового ряда с температурой плавления 45-65°С и С-С преимущественно изомерного строения с температурой каплепадения 55-66°С, взятые в массовом соотношении 90:10-10:90, минерального масла, эмульгатора и воды при температуре 70-75°С в течение 15-25 мин, последующего диспергирования предэмульсии в гидродинамическом диспергаторе при температуре 70-75°С до получения эмульсии со средним размером частиц парафиновых восков менее 1 мкм, охлаждения полученной эмульсии до температуры не выше 25°С, выдержки в течение 1 суток и фильтрации. Согласно настоящему способу концентрация минерального масла в эмульгируемой смеси составляет 2,0-6,0 мас.%. Используют минеральные масла в количестве, достаточном для достижения его концентрации до указанного выше значения. В качестве эмульгатора используют доступные выпускаемые промышленностью поверхностно-активные вещества неионогенного и анионного типа, композиции на основе смеси стеарина и/или кубовых остатков или соапстоков производства жирных кислот, эфиров полиоксиэтилированных жирных спиртов и кислот и аминов, взятых в массовом соотношении 1:1,0-1,5:1,0-1,5:0,5-1,0 (ГЛБ эмульгатора в пределах 10-12). Концентрация эмульгатора в эмульгируемой смеси составляет 3-8 мас.%. Настоящий способ предусматривает дополнительное введение на стадии получения предэмульсии 0,1-2,0 мас.% полисилоксанового пеногасителя, что приводит к получению дополнительного технического эффекта - приданию парафиновой эмульсии дополнительных гидрофобизирующих свойств.
3
Получаемая парафиновая эмульсия представляет собой жидкость от молочно-белого до светло-бежевого цвета и характеризуется следующими свойствами: содержание органического вещества - до 70 мас.%, размер частиц восков - менее 1 мкм, растворимость в воде - неограниченная, рН 8,5±1, вязкость по В3 246 с соплом 4 мм - 20±10 сек, плотность 0,93±0,2 г/см, стабильность при хранении - более 30 суток до начала расслаивания.
Производство парафиновой эмульсии осуществляется по следующей технологической схеме: расплав смеси парафиновых восков, взятых в определенном массовом соотношении, из обогреваемых емкостей подается в реактор с обогревом и якорной мешалкой, в этот же реактор подаются минеральное масло в требуемом количестве, эмульгатор, при необходимости пеногаситель, вода (паровой конденсат или умягченная водопроводная вода, подготовленная с использованием специальной системы подготовки и очистки), смесь перемешивается в реакторе в течение 15-25 мин при температуре 70-75°С, полученная предэмульсия с низа реактора насосом подается при той же температуре в гидродинамический диспергатор, откуда поступает в промежуточную емкость с мешалкой, из которой эмульсия насосом подается на охлаждение в теплообменник, где охлаждается до температуры не выше 25°С и поступает в промежуточную емкость, где выдерживается не менее 24 час. После выдержки в течение суток при 20-25°С эмульсию фильтруют через патронный или рамный фильтр и направляют в емкость товарной продукции.
Организованная система циркуляции по схеме «реактор → насос → гидродинамический диспергатор → промежуточная емкость» предусматривает возможность кратного повторения диспергирования (2-5 циклов прокачки) для обеспечения требуемого качества эмульсии, которое контролируется по размеру частиц парафиновых восков в эмульсии методом лазерной корреляционной спектроскопии, который должен быть менее 1,0 мкм.
Парафиновая эмульсия, произведенная в соответствии с настоящим изобретением, испытана с положительными результатами на ряде предприятий в производстве древесно-стружечных плит.
Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение.
Пример 1.
18
35
36
55
16
20
3
В реактор с мешалкой и обогревом из плавильников подают суммарно 500 кг парафиновых восков, взятых в массовом соотношении: воск C-C (температура плавления 46°С)/ воск С-С (температура каплепадения 61°С), равном 50/50, 40 кг масла И20 (индустриальное масло), 40 кг композиции эмульгаторов, состоящей из стеариновой кислоты, полиэтиленгликолевого эфира стеариновой кислоты, смеси полиэтиленгликолевых эфиров жирных спиртов С-С и триэтаноламина в соотношении 1:1,4:1,4:0,7, и 380 кг умягченной водопроводной воды. Смесь перемешивают при температуре 75°С в течение 20 мин для получения предэмульсии. Затем начинают прокачку предэмульсии из реактора через гидродинамический диспергатор в промежуточную емкость с мешалкой. Проводят 3 цикла прокачки по схеме реактор → диспергатор → промежуточная емкость. Эмульсию охлаждают в теплообменнике до 25°С, выдерживают в промежуточной емкости 24 час, фильтруют через патронный фильтр и направляют в емкость товарной продукции. Полученная эмульсия содержит 62 мас.% органического вещества, размер частиц парафиновых восков, определенный методом лазерной корреляционной спектроскопии, 0,75 мкм, вязкость по В3 246 с соплом 4 мм - 23 сек, плотность 0,94 г/см, рН 8,6. При хранении данного образца эмульсии в течение 50 суток расслоения не наблюдается.
Пример 2.
3
Парафиновую эмульсию получают аналогично примеру 1. Отличие заключается в том, что в качестве композиции эмульгаторов применяют 40 кг смеси стеариновой кислоты и триэтаноламина в соотношении 1,4:1 и проводят 5 циклов прокачки через гидродинамический диспергатор. Полученная эмульсия содержит 62 мас.% органического вещества, размер частиц парафиновых восков 0,9 мкм, вязкость по В3 246 с соплом 4 мм - 33 сек, плотность 0,95 г/см, рН 8,1. При хранении данного образца эмульсии расслаивание наблюдается через 10 суток.
Пример 3.
Парафиновую эмульсию получают аналогично примеру 1. Отличие состоит в том, что на стадии получения предэмульсии в смесь парафиновых восков, эмульгирующей композиции, минерального масла и воды дополнительно вносят 2 кг силоксанового пеногасителя. При этом получают парафиновую эмульсию, по свойствам идентичную полученной в примере 1, но дополнительно обладающую повышенной гидрофобизирующей эффективностью, что проявляется в снижении степени разбухания древесно-стружечных плит при испытании на водостойкость.