C5和C9石油树脂改性制备吸音矿棉板防水剂的研究

杨雅君， 李凤艳， 代党会， 袁亚东

(1．北京化工大学化学工程学院，北京 100029； 2．北京石油化工学院化学工程学院，北京102617)

C5和C9石油树脂改性制备吸音矿棉板防水剂的研究

杨雅君1， 李凤艳2， 代党会1， 袁亚东1

(1．北京化工大学化学工程学院，北京 100029； 2．北京石油化工学院化学工程学院，北京102617)

研究了改性制备C5、C9混合石油树脂乳液的方法，主要讨论了C5、C9混合的最佳质量配比，改性剂马来酸酐及分散剂马来松香的用量，改性时间和碱液用量对乳液性能的影响。实验结果表明，最佳制备工艺条件为：C5石油树脂与C9石油树脂混合质量比为1∶3；改性时间为3 h；改性温度为200 ℃；马来酸酐质量分数为1.5%；马来松香质量分数为9%；碱液为NaOH溶液，质量分数为2%。混合石油树脂乳液与石蜡乳液混合质量比为1∶2，制备出了吸音矿棉板防水剂。

C5石油树脂； C9石油树脂； 改性剂； 防水剂； 马来酸酐； 马来松香

矿棉装饰吸声板是以矿棉渣为主要原料，加入适量的添加剂，经配料、成型、干燥、切割、压花、饰面等工序加工而成[1]。过去矿棉产品主要用于工业设备的保温，而现在更多是应用于建筑业，如：隔音天花板、隔音墙体等[2]。矿棉板受潮后吸音性能降低，要在潮湿地区使用需要加入防水剂提高其防水性能。常用的防水剂为石蜡，石蜡价格低廉、来源广泛、储能密度大、无毒无腐蚀、化学性质稳定，石蜡作为防水剂不仅具有防水性能，还具有一定的保温效果[3]。为了使用方便，目前矿棉板行业中，乳化石蜡逐步代替了绝大部分的固体石蜡[4-5]。石油树脂是乙烯裂解所产生的副产物,目前国内乙烯产量逐年增加，将石油树脂开发利用，生产附加值高的化工原料，即满足市场需要，又能为企业带来较大的经济效益[6]。改性石油树脂是指在石油树脂分子中引人极性基团，或在原料中加人改性剂制得特殊性能的石油树脂[7-8]。改性石油树脂中的极性基团弥补了非极性物质石蜡不能良好渗透于吸音矿棉板的缺点，提高了矿棉板的防水性能。C5、C9石油树脂原料丰富、价格低廉，且具有混溶好、熔点低、黏合性好、耐水和耐化学品的特点[9]。C9石油树脂具有较高的软化点但色泽较深，而C5石油树脂色泽较浅但软化点低，C5、C9石油树脂混合弥补了各自的缺点，使混合树脂颜色较浅、软化点适中。

本文对C5、 C9石油树脂改性制备石油树脂乳液，并将石油树脂乳液与石蜡乳液混合制备性能优良的矿棉板防水剂。

1 实验部分

1.1实验药品

马来松香、C5石油树脂、C9石油树脂：工业级，天津市中和化工厂；马来酸酐：分析纯，北京化工厂；氢氧化钠：分析纯，天津市福晨化学试剂厂。

1.2实验仪器

JJ-1增力电动搅拌器(金坛市医疗仪器厂)；予华HH-S型水浴锅(巩义市英峪予华仪器厂)；TA1004电子天平(上海天平仪器厂)；TGL-16高速离心机(常州国华电器有限公司)；DV-Ⅲ+旋转黏度计(美国Brookfield公司)。

1.3改性C5和C9混合石油树脂乳液的制备方法

当反应器升温至150 ℃时将一定量的C5、C9混合石油树脂和改性剂加入反应器中。待药品全部熔融后将温度上升到200 ℃。搅拌3 h后，制得改性石油树脂。加入马来松香分散剂，继续搅拌保温1 h。降低温度到140 ℃，将质量分数为20%的热碱液缓慢加入反应器中，加完后降温至120 ℃皂化1 h。降低温度至95 ℃，分2次将热水加入到反应器中。搅拌时间分别为1 h和3 h。停止搅拌，出料并过滤后制得改性C5、C9混合石油树脂乳液。

1.4稳定性测定

将乳液加入到离心管中，放入离心机内，在离心速度为3 000 r/min下离心30 min。观察并记录乳液出水量(沉淀量)来衡量该乳液的稳定性。出水率(沉淀率)的计算公式如式(1)所示。

(1)

1.5表观黏度的测定

乳液的表观黏度与剪切速率有很大的关系，不同剪切速率下的表观黏度差别很大，单一的黏度并不能说明乳液的流体力学性能，所以本实验采用美国Brookfield公司生产的DV-Ⅲ+旋转黏度计，选用18号转子，在室温下测定不同剪切速率下的表观黏度。

2 结果与讨论

2.1C5和C9质量比的考察

考察了C5与C9不同的质量比对制备皂化液反应过程难易程度、皂化液性状以及与石蜡乳液混合后稳定性的影响，实验结果见表1。防水剂由改性石油树脂乳液与石蜡乳液混合制备，其中m(石油树脂)/m(石蜡)=1∶2，以下工艺条件的考察均按照此比例混合。

表1 C5与C9的混合质量比对改性石油树脂乳液及防水剂的影响Table 1 Effect of the mass ratio between the C5 and the C9 petroleum resin on the modified petroleumresin emulsion and the waterproof agent

由表1可知，当C5与C9质量比为1∶1时，皂化过程中防水剂表观黏度较大，易形成硬块，皂化困难，随着C5与C9质量比的降低，实验操作呈现一个由难到易的趋势，且皂化液的黏稠度也逐渐递减，但实验结果中都存在少量沉淀。离心后均有分层、沉淀出现。但是随着C5与C9质量比的降低，在C5与C9质量比为1∶4的情况下虽然沉淀分层均较少，却产生出水的现象。因此综合考虑，选择C5与C9质量比为1∶3。

2.2马来酸酐质量分数的考察

实验过程中，所考察马来酸酐质量分数在1.0%～2.5%。表2为马来酸酐不同质量分数时，制备皂化液反应过程难易程度、皂化液性状以及与石蜡乳液混合后稳定性的对比。

表2 马来酸酐的质量分数对改性石油树脂乳液及防水剂的影响Table 2 Effect of the mass fraction of the maleic anhydride resin on the modified petroleumresin emulsion and the waterproof agent

由表2可知，随马来酸酐质量分数的增加，皂化过程操作越困难，颜色越深，乳液越黏稠。马来酸酐质量分数为2.0%时虽然沉淀分层均较少，却产生出水的现象。综合各项结果，马来酸酐较佳质量分数为1.5%。

2.3分散剂马来松香质量分数的考察

石油树脂加热熔化后黏性很大，内聚力增大，因此需要加入分散剂，使其易被乳化。分散剂用量过少分散效果不理想，而分散剂用量过多时，不仅会影响树脂质量，还会使树脂的稳定性降低。本实验中选择马来松香作为分散剂，表3为马来松香不同质量分数时，制备皂化液反应过程难易程度、皂化液性状以及与石蜡乳液混合后稳定性的对比。

表3 马来松香质量分数对改性石油树脂乳液及防水剂的影响Table 3 Effect of the mass fraction of the maleic rosin on the modified petroleumresin emulsion and the waterproof agent

由表3可知，马来松香质量分数对实验进行的难易程度影响不大，随着其质量分数的增加，乳液分散的越好，越细腻。当马来松香质量分数为6%、10%时，分层明显增多的情况，说明马来松香过多和过少，实验结果都不理想。当马来松香质量分数在7%～9%时，离心结果差别不大，但现象最好的一组马来松香质量分数为9%。因此，马来松香质量分数为9%时，制备的乳液性状和稳定性最佳。

2.4 NaOH质量分数的考察

表4显示了NaOH质量分数为1.0%～2.5%时对皂化过程的影响。由表4可知，当碱液质量分数小时，不能充分渗透到改性石油树脂内部，反应不完全，皂化液会有大量沉淀；当碱质量分数高于2.0%时，水分含量少，高温皂化水分挥发较快，不能充分皂化，沉淀较多，防水剂流动性差。因此，NaOH质量分数为2.0%，与之对应的防水性各项性能均较好。

2.5改性时间的考察

表5为不同改性时间时，制备皂化液反应过程难易程度、皂化液性状以及与石蜡乳液混合后稳定性的对比。

表4 NaOH质量分数对改性石油树脂乳液及防水剂的影响Table 4 Effect of the mass fraction of the alkali liquor on the modified petroleum resin emulsion and the waterproof agent

表5 不同改性时间对改性石油树脂乳液及防水剂的影响Table 5 Effect of the modification time on the modified petroleum resin emulsion and the waterproof agent

由表5可知，改性时间对实验过程的操作难易无明显的影响，但随改性时间的延长，皂化液的颜色会逐渐加深，且会变得黏稠。改性时间为2 h时，乳液沉淀分层均较多，改性时间大于4 h时，同样会出现分层明显增多的现象。因此，石油树脂与马来酸酐改性时间为3 h，制得的皂化液最好，与石蜡乳液混合后稳定性好。

2.6改性温度的考察

当改性温度太低时，反应混合物不能充分混合，改性效果必然不理想；而改性温度过高，容易发生副反应。在制备树脂乳液的过程中，石油树脂改性温度为180～220 ℃，表6为不同改性温度时，制备皂化液反应过程难易程度、皂化液性状以及与石蜡乳液混合后稳定性的对比。

表6 不同改性温度对改性石油树脂乳液及防水剂的影响Table 6 Effect of the modification temperature on the modified petroleum resin emulsion and the waterproof agent

由表6可知，随着改性温度的增加实验操作越困难，并且皂化液的颜色加深。当改性温度为180 ℃和220 ℃时，防水剂离心后分层现象明显；而改性温度为200 ℃时，防水剂离心后只有少量分层。综合各项考察结果，改性温度为200 ℃时，实验效果最好，为最佳改性温度。

2.7吸音矿棉板防水剂的制备

常温状态下将改性石油树脂乳液与固含率为35%的石蜡乳液混合搅拌30 min，考察改性石油树脂乳液与石蜡乳液不同的混合比例对防水剂稳定性的影响,结果见表7。

由表7可知，石油树脂含量越多，石蜡含量越少，所得混合液稳定性越差。而当石蜡减少时，该防水剂的防水性能也会随之下降。因此，改性石油树脂乳液与石蜡乳液的最佳混合质量比为1∶2。

表7 石油树脂与石蜡混合比例的影响Table 7 Effect of the mass ratio between the modified petroleum resin emulsion and theparaffin wax emulsion on the waterproof agent

3 结论

考察了改性制备C5、C9石油树脂乳液的方法，得到马来酸酐改性C5、C9石油树脂最佳皂化条件为m(C5)/m(C9) 为1∶3；改性时间为3 h；改性温度为 200 ℃；马来酸酐质量分数为1.5%；马来松香质量分数为9%；碱液为NaOH，质量分数为2%。

将研制的改性石油树脂乳液与石蜡乳液按照质量比1∶2混合制备出了吸音矿棉板防水剂，此产品在3 000 r/min的转速下离心30 min不分层，表观黏度为267 mPa·s，且乳液稳定性，分散性均较好，可制得防潮等级RH95的矿棉板，已在多个厂家应用于吸音矿棉板的生产。

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(编辑 闫玉玲)

Preparation of the Waterproofing Agent for the Mineral Wool Board from Modified C5and C9Petroleum Resin

Yang Yajun1， Li Fengyan2， Dai Danghui1， Yuan Yadong1

(1.DepartmentofChemicalEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029,China; 2.DepartmentofChemicalEngineering,BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology,Beijing102617,China)

The mixed petroleum resin emulsion prepared from the C5and C9petroleum resin were modified with maleic anhydride. The effects of the mixing ratio between the C5and C9petroleum resin，amount of maleic rosin and maleic anhydride, modification time and the alkali liquor on properties of the emulsion were discussed. The results showed that the optimum process conditions were: C5petroleum resin/C9petroleum resin mixing ratio of 1∶3, maleic anhydride mass fraction of 1.5%, maleic rosin mass fraction of 9%, NaOH mass fraction of 2%, petroleum resin modification temperature of 200 ℃, petroleum resin modification time of 3 h, and modified petroleum resin emulsion/wax emulsion mixing ratio of 1∶2.

C5petroleum resin； C9petroleum resin； Modifier； Waterproofing agent; Maleic rosin; Maleic anhydride

1006-396X(2014)02-0037-05

2013-12-09

：2014-03-02

杨雅君(1989-)，女，硕士研究生，从事矿棉板防水剂、乳化石蜡、乳化硅油产品研究；E-mail：yangyajun@bipt.edu.cn。

李凤艳(1960-)，女，博士，教授，从事应用化学领域的研究；E-mail：lifengyantd@126.com。

TE624.8； TQ326.8

： A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.02.008