蜡乳液配方及含有该蜡乳液的石膏组合物的制作方法

专利名称：蜡乳液配方及含有该蜡乳液的石膏组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蜡乳液配方，特别是涉及一种能够赋予由石膏浆液制得的产品如石膏墙板或面板以憎水性能的蜡乳液配方。
现有的用于石膏浆液的蜡乳液中存在的一些问题如下1.蜡-沥青乳液通常不稳定。也就是说，过一段时间后乳液便趋于分离成液相以及漂浮于其上的固相硬壳。这些硬壳不容易通过混合而再乳化，进而在混合物中成块。当板制成以后，未乳化的沥青组分从固化的石膏核中渗出，并在纸衬垫上显现出黑色的污斑。
2.由于沥青组分的存在而使得蜡-沥青乳液颜色呈深色，这将使得石膏板终产品中的石膏核被污色。
3.沥青通常都是由原油炼制过程得到的，其性质会有差异，因而，增加了其在乳液使用、最终产品性能和墙板制造过程中的不确定性。
4.其它蜡的替代品，如褐煤蜡或褐煤，虽然提供好的憎水性，但已知它会导致在乳化罐中形成深色或黑色淤渣。
5.许多以褐煤蜡或其它天然或合成酯蜡为基础的蜡乳液，尽管比沥青蜡乳液较易于再混合，但在贮存过程中仍有分离的趋势。这种分离或者是“乳酪”效应将导致其性能的不均匀。
6.以褐煤蜡为基础的蜡乳液的缺点与褐煤蜡的天然性质相关，其中包括组成的多样性。褐煤蜡的组成同样随地理区域的不同而变化，这种组成的多变性导致了所得到的蜡乳液的颜色不佳并且质量多变。
申请人的在先美国专利5,968,237公开了一种尤其含有烃蜡、烷基酸和/或烷基酯、一种聚乙烯醇的含水的蜡乳液，该乳液用于添加到石膏浆液中。所说的石膏浆液可用于生产墙板或面板。该乳液组合物用于向墙板提供憎水性能而对于石膏浆液的稳定性方面没有副作用。
美国专利4,748,196中提供了一种憎水乳液组合物，其中包括在一种水溶性碱性化合物存在下的一种蜡以及一种烯烃-马来酸酐共聚物。所说的烯烃选自α-烯烃的加合物或共聚物，所说的蜡组分包括石蜡、褐煤蜡以及低熔点聚烯烃蜡。该组合物用于在不影响乳液稳定性的情况下向其提供很好的憎水性。然而，由于褐煤蜡的使用而导致了一定程度的变色以及蜡乳液的多变性。而且，α-烯烃通常只是一种中等长度、偶数碳数、未枝化的脂肪碳链，它在α端部具有一个仅作为酐的结合点的碳-碳双键。
一方面，本发明提供了一种用于添加到含水石膏浆液中的水乳液，其中包括-一种烃蜡；-一种聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物；-聚乙烯醇。
另一方面，本发明提供了一种石膏浆液组合物，用于制备石膏产品，该组合物包括以下物质的混合物a)一种含水石膏浆液；以及
b)一种乳液，包括-一种烃蜡；-一种聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物；-聚乙烯醇。
本发明提供了一种用于为含有多种不同成分的石膏产品提供憎水性能的蜡乳液。与已有配方相比，按本发明的蜡乳液具有多种优点。首先，本发明为混合的蜡-沥青成分提供了一种化合物替代物，该替代物不会造成石膏板颜色污损，而且较沥青质乳液具有改进的稳定性。另外，本发明提供了一种沥青的替代物，该替代物具有更均匀的性质和性能。本发明还提供了一种现有的天然蜡如褐煤蜡的替代物，它在性能及性质方面具有改进的均匀性。最后，本发明还提供了一种与现有技术的乳液相比具有改进的憎水性的乳液。
在一个优选的实施方案中，本发明提供了一种包含有以下组分的组合物a)一种烃蜡；b)一种聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物；c)聚乙烯醇。
其中第一组分(a)是一种烃蜡。烃蜡组分可以包括任何在石膏乳液领域内公知的蜡。通常，本发明的蜡组分包括一种石油馏分蜡，既可以是微晶蜡也可是石蜡。在该优选的实施方案中，烃蜡组分(a)为石蜡。然而，例如卡卢巴蜡(carnuba wax)、聚乙烯蜡、马来酸酯化的烃类、及其组合物等也同样适用。
所说聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物组分(b)包含至少一个接枝到聚烯烃骨架上的马来酸酐片段。该接枝共聚物起到乳化剂的作用。聚烯烃骨架的碳链长度通常为50-500个碳原子。碳链可以是线型的也可以是带有分枝的，可以是饱和的也可是不饱和的。在一个优选的方案中，聚烯烃骨架是一种均聚物。
根据定义，聚烯烃由烃的一种链构成，该烃链衍生自一组被称为烯烃的基础化学物质。烯烃，也称为链烯烃，含有一对或多对通过双键连接的碳原子。聚烯烃可通过烯烃的碳-碳双键打开处所形成的两个活性点的加成聚合而形成。这些活性点与另一烯烃的碳原子相接以形成长碳链，从而最终形成了聚烯烃。
在该优选的实施方案中，聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物具有一个饱和的聚乙烯骨架。通过将至少一个马来酸酐的片段接枝到聚乙烯骨架上来制备聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物，从而使得马来酸酐在聚合物的长度上任一碳原子处连接到聚烯烃上去。聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物可以进一步与其它化合物如胺和酯反应，以形成聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物的衍生物。这些得到的聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物的衍生物包括聚酰亚胺、聚胺、多酸、聚合盐、聚酯及其组合物。
如下所示，与含α-烯烃共聚物的乳液相比，本发明聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物在乳液配方中的使用为最终的石膏产品提供了改进的憎水性能。
可以预见，很多品种的聚烯烃马来酸酐接枝共聚物都可用于本发明的组合物中。尽管其它共聚物也可以，比较适宜的聚烯烃马来酸酐接枝共聚物包括由Baker Petrolite生产的Ceramer5005以及Ceramer67接枝共聚物。在Ceramer67共聚物中，聚烯烃骨架是一种饱和的聚乙烯，聚合物的分子量为655。
乳液配方的第三种组分(c)是聚乙烯醇。正如本领域所公知的，用于本发明配方中的聚乙烯醇包括任何等级的部分-和/或全部水解的醋酸聚乙烯酯。在该优选的实施方案中，在加入乳液中时所说的聚乙烯醇包括至少80％已经水解的醋酸聚乙烯酯。在聚乙烯醇加入到混合物中后，醋酸酯的水解可以继续进行。聚乙烯醇向乳液提供稳定性而使石膏浆液的稳定性增加，同时使石膏终产品具有很强的憎水性。
为了进一步增强本发明产品的整体性能，可以向组分(a)和(c)中加入第二种乳化剂和/或稳定化剂。所说乳化剂及稳定化剂是本领域公知的，是现有技术中被大家普遍了解的。
上述乳液配方在石膏浆液中的用量取决于影响到水分吸收的各种因素。例如，石膏作为天然产品，将会具有各种的水分吸收度。而且，变化的环境条件(如湿度)也同样会影响到水分吸收特性。基于以上原因，本发明乳液的加入量可以由本领域普通技术人员通过常规方法决定。例如，一种已知的、决定所需加入的乳液量的方法包括由石膏浆液制备12″×12″×1/2″大的面板并将其加热至干燥。然后将面板冷却至环境温度，再没入到水中2小时。在水合步骤后，检测所吸收的水量，工业测试要得到低于最初干燥板重量5％的吸收水量。
实施例对比数据接枝共聚物与α-烯烃马来酸酐共聚物的对比对比例A8份马来酸酐接枝共聚物(由Baker Petrolite生产的Ceramer67)加入到100份在熔融状态下的石蜡中。然后将混合蜡通过一种高速混合器分散到一种聚乙烯醇的碱性溶液中。所得到的乳液快速冷却到30℃以下。
对比例B如对比例A中所述，用8份C18的α-烯烃马来酸酐共聚物(由Baker Petrolite生产的X-5231TM)替换8份接枝共聚物。
对比例C如对比例A中所述，用8份C28+的α-烯烃马来酸酐共聚物(由Baker Petrolite生产的X-8039TM)替换8份接枝共聚物。
对比例D如对比例A中所述，用8份乙烯马来酸酐共聚物(由Honeywell生产的A-C575)替换8份接枝共聚物。
以上提到的乳液分别混合到硫酸钙半水合物的浆液中，混合比例为3份乳液对应100份半水石膏。所得到的混合物被设置成为厚为1/2″、直径大约21/2″到3″的圆盘形状。使这些圆盘在对流炉中加热至干燥，冷却过夜至环境温度，然后没入到水中2小时。这些样品中所吸收的水的百分含量总结如下表

这些结果显示出，与采用α-烯烃以及乙烯马来酸酐共聚物相比，采用本发明的接枝共聚物在憎水性方面具有很显著的改进。
尽管本发明参照了一些具体的实施方案进行阐述，然而各种对于本领域普通技术人员来讲显而易见的改进，都没有脱离后附的权利要求的本发明精神和范围。
权利要求
1.一种用于加入含水石膏浆液中的水乳液，包括-一种烃蜡；-一种聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物；-聚乙烯醇。
2.按照权利要求1所述的乳液，其中所说的聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物包含至少一个接枝到聚烯烃骨架上的马来酸酐基团。
3.按照权利要求2所述的乳液，其中所说的聚烯烃骨架是聚乙烯。
4.按照权利要求1所述的乳液，其中所说的烃蜡是石蜡。
5.按照权利要求1所述的乳液，其中所说的聚乙烯醇选自于部分-和/或全部水解的醋酸聚乙烯酯及其混合物。
6.按照权利要求5所述的乳液，其中所说的聚乙烯醇包含有至少80％水解的醋酸聚乙烯酯。
7.按照权利要求1所述的乳液，其中所述的烃蜡选自于石蜡、卡卢巴蜡、聚乙烯蜡、合成蜡酯、酸蜡、马来酸酯化的烃、及其组合。
8.一种用于制造石膏产品的石膏浆液组合物，包括以下成分的混合物a)一种含水的石膏浆液；以及b)一种乳液，包括-一种烃蜡；-一种聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物；-聚乙烯醇。
9.按照权利要求8所述的组合物，其中所说的聚烯烃-马来酸酐接枝共聚物包含至少一个接枝到聚烯烃骨架上的马来酸酐基团。
10.按照权利要求9所述的组合物，其中所说的聚烯烃骨架是聚乙烯。
11.按照权利要求8所述的组合物，其中所说的烃蜡是石蜡。
12.按照权利要求8所述的组合物，其中所说的聚乙烯醇选自于部分-和/或全部水解的醋酸聚乙烯酯及其混合物。
13.按照权利要求12所述的组合物，其中所说的聚乙烯醇包含至少80％水解的醋酸聚乙烯酯。
14.按照权利要求8所述的乳液，其中所述的烃蜡选自于石蜡、卡卢巴蜡、聚乙烯蜡、合成蜡酯、酸蜡、马来酸酯化的烃、及其组合。
全文摘要
一种用于赋予石膏产品以憎水性的水乳液，包括a)一种烃蜡；b)一种聚烯烃－马来酸酐接枝共聚物；以及c)一种聚乙烯醇。所述的聚乙烯醇中含有部分－和/或全部水解的醋酸聚乙烯酯。该乳液同时可以含有其它已知的辅助成分，如乳化剂和稳定化剂。
文档编号C04B24/26GK1463260SQ02801767
公开日2003年12月24日 申请日期2002年6月3日 优先权日2001年6月4日
发明者劳伦斯·安东尼·辛尼格 申请人:沃克工业股份有限公司