石蜡是一种内聚力较强的油性有机物,不溶于水,不能皂化。石蜡按其状态可分为液体石蜡、固体石蜡和微晶蜡3大类。液体石蜡是一类重要的化工原料,广泛应用于制备氯化石蜡、皮革加脂剂、化肥添加剂、洗涤剂、农药乳化剂、塑料增塑剂、橡胶阻燃剂、油漆添加剂、润滑油添加剂等。固体石蜡用于皮革的主要为软蜡和中熔点蜡,以乳化蜡的形式复配于加脂剂中改善加脂剂的填充性和加脂革的手感,也可用于制备氯化石蜡、烷基磺酰氯等的加脂材料。微晶蜡(即地蜡)主要是从渣油中分离出来的固体烃,主要用于调配特种蜡和热溶胶粘剂,也可与加脂剂拼混以提高加脂革的抗水性。蜡乳液是一种最为重要的特种蜡产品,是由石蜡与几种不同种类、性能的乳化剂及适当的调节剂经乳化反应制成的固—油—水多相分散体系的稳定乳状液,一般根据用途选用所需石蜡及乳化剂的种类。蜡乳液这种可自由流动的乳状液在其使用时不需加热熔融或不必溶于某些溶剂,具有性能稳定、细腻、成膜均匀、覆盖性好、易与其他物质的水溶液或乳状液混合复合使用,并且无毒、无腐蚀性、便于储存、使用方便等优点。同时以水代替了有机溶剂,蜡制品的成本大大降低,为包括石油蜡在内的各种蜡制品开拓了应用领域。
乳化蜡广泛地应用于人造板工业、造纸工业、上光剂工业、农业、陶瓷工业、纺织工业、橡胶工业和建筑行业等方面。
4.1 人造板工业在人造板工业中,纤维板和刨花板(碎料板) 都是木材行业木料综合利用的产品,其成分除木纤维或木屑外,还需有一定配比的胶料,使木纤维或木屑经过热压处理胶合成型。一定数量的蜡与胶料一起掺入,可使木板具有抗水性和提高表面光洁度。70年代末期,我国在纤维板和刨花板生产中,大都采用固体石蜡破碎直施方法,即石蜡不经乳化剂乳化而直接将固体石蜡或熔融石蜡加入板材中。直施石蜡法有许多不足之处,如蜡颗粒大、分布不均匀,生产中蜡粘网,最终导致人造板强度和防水性能下降,影响产品整体质量。而乳化蜡因颗粒度小,在人造板制造过程中,通过有效地破乳,可使微小的蜡颗粒从水相中析出,均匀地吸附在木纤维上,从而提高了人造板的质量,并降低了蜡用量(直施石蜡用蜡量为干板的1.5%～2.0 %,而乳化蜡用量为0. 3 %～1. 2 % )。目前,国内除干法中密度纤维板生产采用直施石蜡法外,其余各种纤维板和刨花板的生产已逐步采用乳化蜡。人造板乳化蜡生产过程可采用D相乳化法:1 边搅拌边将油相加到含有水、表面活性剂相(D相) 中,形成O/D 型凝胶状乳液; 2 往凝胶状乳液中添加水相,使连续相从表面活性剂相向水相转变,成为O/ W 型乳化液。纤维板和刨花板因板材特性不同,对蜡乳液浓度的要求也不同。纤维板一般为5 %～10 %,而刨花板约为30 %。人造板乳化蜡除人造板生产厂自行调制一部分外,国内一些炼油厂、科研院所也研制和生产这种产品,如高桥石化公司炼油厂、大庆石化总厂、抚顺石化公司石油一厂、抚顺石油学院等[22]。
4.2 造纸工业施胶剂是造纸工艺中不可缺少的添加成分。施胶过程分为内部施胶和表面施胶。内部施胶可增进纸的抗水性,减少纸面起毛,也有助于提高纸面的光滑度和纸张光照稳定性;表面施胶能防止纸浆中的淀粉粘坏纸板表面,保持纸面光洁美观,提高纸张的平滑性,从而提高纸张质量。造纸施胶剂目前国外趋向于使用高游离分散松香胶与石蜡胶混合施胶,其中石蜡为乳化蜡。国内造纸行业的内部施胶均采用传统的松香胶,表面施胶多采用石蜡,而乳化蜡使用不多。造纸乳化蜡生产工艺与人造板乳化蜡生产工艺相同。河北科技大学[12]对逆转喷射乳化法制备石蜡分散松香胶进行了研究,取得了一定进展。造纸施胶采用乳化蜡可减少总施胶量,如内部施胶采用质量分数0.2 %的乳化蜡和质量分数为10 %的松香代替质量分数20 %的松香,可以达到相同的效果。抚顺石油化工研究院(产品为147乳化蜡施胶剂)、高桥石化公司炼油厂(产品为PS-1乳化蜡)、大庆石油化工总厂等都已研制和开发了造纸乳化蜡,并且达到了生产使用要求[22]。
4.3 上光剂由于乳化蜡具有填充、提高材料和制品表面光洁度的功能,它常作为上光剂应用于皮革、地板、家具、塑制品及汽车上光。皮革行业方面,乳化蜡是皮革行业生产中一种
重要的涂饰助剂。其实,上光功能只是其在皮革行业所具有的多种功能中的一种,同时它还兼有填充、滑爽、改善皮革手感、增强真皮感等功能。过去,国内白色乳化蜡一直依赖进口,现在国内已经研制成功多种品牌皮革乳化蜡,有的产品质量不仅能满足厂家的要求,而且达到了进口同类产品水平。作为乳化蜡的一个重点开发方向,近几年,国内乳化蜡用于地板、家具、塑料制品及汽车上光的研究工作有了较大的进展,多数研制产品都具有同时可用于上述方面上光的综合功能[22,23]。
4.4 农业乳化蜡在农业上的应用主要是果蔬保鲜和植物保护。果蔬采收后如不作保鲜处理,由于生理衰老、病菌及机械损伤等原因,使其易于腐烂变质,目前世界上每年约有20 %- 40 %的果蔬因保鲜不好而损失掉。70年代,日本已有多种乳化蜡形式的保鲜剂。80年代,抚顺石油化工研究院在这方面做了大量的研究工作,取得了一定进展。兰州化学公司研制的水果保鲜乳化蜡在实际应用中效果也比较令人满意。我国果蔬保鲜乳化蜡的潜在市场为每年20～30 kt ,其中仅苹果保鲜用乳化蜡即可达500 t/a。在植物保护方面,乳化蜡可防止干旱、冻害、日灼等气候条件对植物、尤其对果类植物的有害影响。从60年代开始,美国等技术先进国家在农业领域中,为防止果树、灌木等在冬季休眠或移栽装运途中失水枯死,采用了喷布乳化蜡的方法。如在野外栽植松树、桉树类幼苗之前,先将其在蜡乳化液内浸渍,经处理后,树苗的叶子表面水分蒸发减少,其成活率得到显著提高。又如花卉被采摘后,可预先将其在水中浸泡,然后再用乳化蜡处理,花卉的寿命可明显延长。果蔬保鲜乳化蜡生产工艺:将油溶性乳化剂、原料蜡和稳定剂加入到乳化皿中,加热熔化后再加入无离子水,搅拌并生成W/O 型乳液,继续加入含有适当保鲜剂、防腐剂的水转相生成O/ W型蜡乳液。植物保护乳化蜡生产工艺:将乳化剂直接溶于水中,在不断搅拌下将熔化后的石蜡、油溶性助剂慢慢地加入水中,经转相生成O/ W 型乳液,再采用初生皂技术增加蜡乳液稳定性[23]。
4.5 纺织工业在纺织工业,乳化蜡主要用作柔软剂和上浆助剂。乳化蜡作为纱线的上浆剂,由于无数均匀细小的蜡结晶粒附着于纱线上,使织物纤维的柔软性和润滑性得到明显改善,因而使织物质量和织机效率得以大大提高,缝制时也不易出现针眼;同时蜡晶粒在表面沉积会减少织物表面起毛,可增进织物表面缝制用线的光滑度。对用于制作降落伞的纺织品,可以减少其在空中张开时的表面摩擦,防止灼热起燃。纺织乳化蜡生产过程:将石蜡加热熔化后与乳化剂、添加剂、乳化水混合,加热搅拌下形成W/O 型乳液,继续加水转相成O/ W 型蜡乳液[23]。
4.6 乳化炸药蜡乳化蜡在炸药中用作钝感剂,保证炸药在储存、运输时的安全,并起防潮作用。80年代抚顺石化公司石油一厂就开发出这种产品,其性能完全达到生产要求,1990年该产品制定了企业标准。目前,兰州炼油化工总厂与抚顺石油化工研究院合作开发军工用乳化炸药。乳化炸药蜡为W/O型,其生产过程为:将原料蜡熔化后与硝酸盐等氧化性无机盐、乳化水、乳化剂和敏化材料混合,在高速搅拌下形成W/O型蜡乳液。原料蜡最早采用黄石蜡,现采用炼油厂减三线油、半炼蜡和微晶蜡,但最好用半微晶蜡蜡膏(含油蜡)[23]。
4.7 陶瓷工业乳化蜡作为陶瓷生产过程的润滑剂,可以促进坯体的成形,防止粘模,使产品易于脱模,提高成品质量和成品率。当使用质地较差的高岭土原料时,加入乳化蜡可弥补其塑性差或改善初制品的强度,以取代价格昂贵的聚乙烯醇[24]。
4.8 轻工、橡胶行业在轻工、橡胶行业,乳化蜡除用作上光剂外,还可用作涂料和助剂。在制造乳胶手套的预硫化过程,可将乳化蜡按 1. 5～2. 5(干固/干固剂)量加入,即能改进铸模的抗粘性,易于手套脱模。在某些用途乳液的配方内,加入乳化蜡可改进胶乳的使用性能。如地毯背衬、汽车轮胎、传送带帘涂料等,添加乳化蜡以后,可以改进产品的防龟裂、抗氧化、防粘等性能[25]。 4.9 建筑业乳化蜡是钢筋混凝土固化剂的基本原料。混凝土在固化过程中,如表面的水分蒸发过快,会使其凝固过程中一系列的化学反应无法完成,并且无法达到其表面的最大抗压强度。因此在混凝土固化期间必须防止水分蒸发过快。为此工业界开发了一种以
