液体石蜡微胶囊防水剂在纤维板中的应用研究

黄平平，张 帆，杜文鑫，郭明辉

(东北林业大学，生物质材料科学与技术教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150040)



液体石蜡微胶囊防水剂在纤维板中的应用研究

黄平平，张 帆，杜文鑫，郭明辉*

(东北林业大学，生物质材料科学与技术教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150040)

[目的]研究基于液体石蜡微胶囊所制备的防水剂在纤维板中的应用。[方法]试验分为2个部分，第1部分：以液体石蜡为芯材，明胶为壁材，采用单凝聚法制备微胶囊防水剂；第2部分：以微胶囊防水剂、木质素、木纤维为填料，热压成纤维板，并测试其各项物理力学性能。 [结果]添加微胶囊防水剂的纤维板较不添加任何防水剂的纤维板和添加液体石蜡防水剂的纤维板力学性能指标高。在微胶囊防水剂添加量为4%时的纤维板防水性能和力学性能均相对优良。[结论]微胶囊防水剂在提高了纤维板防水性能的同时保证了其各项力学性能。

石蜡微胶囊；纤维板；防水剂

纤维板拥有结构致密、表面强度高等优点，应用广泛，但纤维板大部分的使用环境对防水性都有一定的要求。现有纤维板生产中主要以固体石蜡、乳化石蜡等为防水剂[1]。

微胶囊化技术实际上就是将离散的固体物质、液体或气体致密地包裹在封闭的壁壳结构内[2]，其作为一种新型技术手段，应用于防水剂的制备，可以在提高纤维板防水性的同时，隔绝石蜡防水剂与纤维间的接触，达到尽量不影响胶接强度的作用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

(1)液体石蜡，天津市富宇精细化工有限公司；明胶粉末，化学纯，天津市光复精细化工研究所；OP-10乳化剂，HLB值：14.5，化学纯，天津市富宇精细化工有限公司。

(2)木质素磺酸铵，黄褐色粉末，工业级，沈阳兴正和化工有限公司；木质纤维，杂木纤维，组分为东北地区的红松、落叶松、杨木等，含水率低于5%，纤维形态20～80目，大兴安岭恒友家具集团有限公司；过氧化氢、硫酸亚铁、硫酸均为分析纯，购于哈尔滨凯美斯科技有限公司。

1.2 主要仪器设备塑料压力成型机(SL-6，哈尔滨特种塑料制品有限公司)、 微机控制电子万能力学试验机(RG7-20A，深圳市瑞格尔仪器有限公司)、电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9140A，上海益恒实验仪器有限公司)、增力电动搅拌器(JJ-1，江苏城西晓阳电子仪器厂)、高速混合机(SHR-10A，张家港市通沙塑料机械有限公司)、精密裁板锯(MJ-90，沈阳宝山木工设备厂)、傅里叶变换红外光谱仪(6700 FT-IR，美国Thermo Fisher Scientific Nicolet公司)、热重分析仪(TG-209型，德国NETZSCH公司)、扫描电镜(FEI Quanta200，美国FEI公司)、X射线衍射仪(D/MAX 2200型，日本理学公司)。

1.3 研究方法

1.3.1微胶囊防水剂的制备。将一定比例的明胶粉末与蒸馏水混合，40 ℃水浴，并搅拌至固体颗粒完全溶于水溶液中，同时将OP-10乳化剂与液体石蜡混合，并高速搅拌，乳化25 min，至乳化液分散均匀。将完全乳化的芯材液体石蜡乳化液与充分溶解的壁材明胶混合，并高速搅拌，使两者充分混合均匀，配制一定量的促凝剂乙醇加入混合液，降低转速继续搅拌30 min，滴入氢氧化钠溶液至溶液pH处于8～9[3]，并置于冰水浴中固化30 min以上[4]，将少量的甲醛溶液加入混合溶液，搅拌均匀，同时加入少许硫酸钠将过量甲醛除去，得微胶囊悬浊液，通过抽滤去除清液，得到的滤饼经真空烘干、粉碎得微胶囊粉末。使用傅里叶变换红外光谱仪对微胶囊的化学官能团变化进行探究。其中相关试验参数为芯壁比为1∶3，搅拌速率600～800 r/min，乳化剂含量4%，沉淀剂含量55%[5]。

1.3.2防水型纤维板的制备与性能测试。纤维板制备的工艺流程见图1。其中相关试验参数为自制模具尺寸为200 mm×200 mm，厚度采用厚度规控制，板材设定厚度为5 mm，密度为0.8 g/cm3，经热压机预压时间为1 min，热压时间为7 min，热压采用三段式加压法，热压压力设为5～6 MPa，热压温度160 ℃。将按照标准制得的试样分别编号：1号样品板未添加任何防水剂、2号样品板添加1%液体石蜡防水剂、3号样品板添加2%微胶囊防水剂、4号样品板添加4%微胶囊防水剂及5号样品板添加6%微胶囊防水剂，将每个编号的样品按国标GB/T 11718-2009规格剪裁制成3组平行试样，在之后的每阶段分别测试并取平均值。

图1 纤维板制备流程

2 结果与分析

2.1 微胶囊防水剂性能分析 分别对囊壁明胶、囊芯液体石蜡及石蜡微胶囊的化学结构进行分析(图2)。微胶囊试

样特征谱图中一方面涵盖了壁材(明胶)特征吸收峰(3 274 cm-1、1 120 cm-1和602 cm-1)，另一方面又包括芯材(液体石蜡)特征吸收峰(2 919 cm-1、2 850 cm-1和1 455 cm-1)，可以表征石蜡-明胶微胶囊的物相是由壁材(明胶)和芯材(液体石蜡)共同构成的[6-7]。

2.2 微胶囊防水型纤维板性能分析

2.2.1纤维板力学性能分析。由表1可知，各样品板的静曲强度和弹性模量并无显著差异，但添加6%微胶囊的样品板静曲强度和弹性模量略高于其他板材；微胶囊添加量的差异会导致样品板的内结合强度产生不同，4号样品板较3号和5号样品板的内结合强度略高，分析液体石蜡添加量为4%时，样品板的内结合强度较好。

图2 红外光谱特征曲线

综上所述，添加微胶囊防水剂的样品板较不添加任何防水剂的样品板和添加石蜡防水剂的样品板力学指标略高， 分析可能为壁材明胶有一定的胶粘特性，增强了纤维之间的连接。

表1 样品板力学性能

2.2.2纤维板吸水厚度膨胀率分析。由表2可知，当微胶囊的添加量为4%时防水效果达到最佳，此时纤维板的防水性能强于添加1%液体石蜡防水剂纤维板的防水性能，但当微胶囊防水剂的添加量为2%和6%时，其防水性能略低于添加1%液体石蜡的纤维板；纤维板的2 h沸水吸水厚度膨胀率随微胶囊防水剂添加量的增加而减小，在添加量为4%和6%时变化不明显，但添加量为2%时的2 h沸水吸水厚度膨胀率高于添加1%液体石蜡防水剂的纤维板。

表2 样品板吸水厚度膨胀率

2.2.3纤维板X-射线衍射能谱(XRD)分析。比较分析各样品板的X射线衍射谱图(图3)可以看出，未添加任何防水剂的样品板和添加微胶囊防水剂的样品板出现衍射峰处的横坐标基本一致，分别为16.4°和22.7°。分析得到，在纤维板热压过程中，并未出现新的衍射峰值，是因为纤维板经过热压其晶型结构没有产生新的变化，仍为天然纤维素的晶型结构。添加微胶囊防水剂不改变纤维素的晶型结构，但减少了热压过程中对纤维本身结晶度的影响[8]。

通过计算相对结晶度得出，不添加任何防水剂的样品板相对结晶度为65.4%，添加微胶囊防水剂样品板的相对结晶度为68.7%，纤维板添加微胶囊防水剂后相对结晶度提高了3.3个百分点，有利于提高纤维板的尺寸稳定性和物理力学强度等性能。

3 结论

(1)通过微胶囊傅里叶变换红外光谱检测结果分析得出，该试验可制备出明胶-液体石蜡微胶囊防水剂。

(2)添加微胶囊防水剂的样品板较不添加任何防水剂的样品板和添加液体石蜡防水剂的样品板力学性能指标高。

(3)当微胶囊的添加量为4%时的2 h沸水吸水厚度膨胀率和24 h吸水厚度膨胀率最小，且小于添加1%液体石蜡的纤维板。

(4)在微胶囊防水剂的添加量为4%时的纤维板防水性能和力学性能均相对优良，在提高了纤维板防水性能的同时保证了其各项力学性能。

图3 样品板XRD衍射图

[1] 曲英林.中密度纤维板行业应用防水剂现状浅析[J].农村实用科技信息，2010(6)：72.

[2] 王东辉，赵裕蓉.微胶囊的应用及研究进展[J].化工新型材料，1999(7)：11-14.

[3] 舒昌达，何军，唐文淦.微囊包膜胰岛细胞移植研究——Ⅰ微囊人工膜的制备及其性能研究[J].重庆医科大学学报，1986(2)：123-126.

[4] 冷延国.明胶微胶囊化技术研究[D].北京：北京化工大学，1999.

[5] 宋健，刘东志，张天永.微胶囊及微胶囊化技术的研究进展[J].化工进展，1999(1)：42-44，7.

[6] 左演声.材料现代分析方法[M].北京：北京工业大学出版社，2000.

[7] 严金龙，聂福礼.鞣性金属—明胶固体络合物的红外光谱[J].皮革化工，2006，15(4)：8-10.

[8] 陈文帅，于海鹏，刘一星，等.木质纤维素纳米纤丝制备及形态特征分析[J].高分子学报，2010(11)：1320-1325.

The Application of Paraffin Microcapsule Waterproof Agent in Fiberboard

HUANG Ping-ping, ZHANG Fan, DU Wen-xin, GUO Ming-hui*

(Key Laboratory of Biomass Materials Science and Technology of Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 150040)

[Objective] The research aimed to explore the application of paraffin microcapsule waterproof agent in fiberboard. [Method] The test is divided into two parts, the one is using single condensation technique, with gelatin as wall material and paraffin wax as the core material preparation of microcapsules. The other one is using microcapsule waterproofing agent, lignin, and wood fiber as the filler, hot pressing into fiberboard, and test their various physical and mechanical properties. [Result] The physical and mechanical performance index of fiberboard with microcapsule waterproofing agent is better than the fiberboard with no waterproofing agent and the fiberboard with paraffin waterproofing agent. [Conclusion] The microcapsule waterproofing agent not only can improve waterproofness, but also ensure mechanical performance of fiberboard.

Paraffin microcapsule; Fiberboard; Waterproofing agent

林业公益性行业科研专项(201404506)。

黄平平(1989- )，女，黑龙江五常人，硕士研究生，研究方向：木材科学与技术研究。*通讯作者，教授，博士，从事木材科学与技术研究。

2014-11-28

S 784

A

0517-6611(2015)02-188-03