木质纤维素复合材料的生产通常是通过热压缩木质纤维素复合 材料、蜡以及热固树脂。这些涉及到传统的连接过程。蜡作为一种胶 粘剂以提高成型复合物的防水性。树脂是一种结合剂来保持材料之间 的结合，包括复合材料，并使他们成为一种整体的形状。酚醛树脂A 可以被普遍的用在木质纤维素材料的粘合树脂。
在传统的热压缩方法生产木质纤维素复合材料中，木质纤维素符 合材料和酚醛树脂以及其他成分相结合形成一种混合物。混合物被压 缩，典型的条件是压力在大气压以上，温度高于室温，以生产复合材 料。木质纤维素材料用于生产垫子，可以选自木质光纤、木质薄片、 木质绳、木质条和木质颗粒，或是他们的混合。此处所列的木质纤维 素材料是现有技术中木材的供给。但是，众所周知的是，其他的木材 供给，如麦杆、甘蔗渣、木材树皮、回收的木质纤维、回收的纸纤维 或是他们的混合体也被应用。木材的供应，连同酚醛树脂的混合物都 被在一种支撑材料上被塑型成和成品形状相类似的预成型。预成型的 制品被置于在一个网膜上，在热压缩的过程中，成品通过大于大气压 压力和高于室温温度的条件下生产。升高的温度和压力引起酚醛树脂 的聚合，因此会形成单一形状的制品。热压缩方法在Shui-Tung Chiu 的美国专利4,433,120中公开。
木质纤维素复合材料主要用于建筑业或纺织业。这些复合材料可 以用于建筑和纺织中的木材为传统材料的行业。现有技术中木质纤维 素复合材料不好的空间稳定性影响了他们的机械特性，并降低了他们 的负载能力。不稳定空间结构的另外的结果是屋顶和屋面衬垫材料和 建筑侧边的不均衡。已经有两种方法被建议用来生产稳定空间结构的 木质纤维素复合材料。但是实践中发现这两种方法是十分昂贵的。第 一种方法叫做罐装处理。在这种方法中，木质纤维素材料被注入到水 溶性聚合体中，这种聚合体如酚醛树脂、乙烯单体或聚合物。第二种 方法叫做化学改性法。在这种方法中，木质纤维素材料可以被酯化， 通过乙酰化作用，或者可以用乙醛来胶联。一种化学改性法的替代 方法是将半纤维素和木质素在升高的温度下反应，典型的是使用蒸汽 处理。在化学改性的这些方法中，除了价格昂贵之外，成型产品的强 度也被降低了。
一种广泛用于传统粘合的加工方法，可以改善空间稳定性，属于 蜡胶粘剂的应用。蜡胶粘剂可以赋予成型复合材料一定程度的抗水 性。石蜡是一种化合蜡胶粘剂。有一种方法，是通过用蜡胶粘剂涂覆 木质纤维素表面以赋予木质纤维素抗水性，以次来阻止水分的毛细吸 收作用。
酚醛树脂用在木质纤维素复合材料的生产中，可以形成固体或者 液体。粉末状的石炭酸树脂可以被应用。Berchem的美国专利4,098, 770公开了一种典型的喷雾干燥酚醛树脂，用非苯酚所羟基化合物改 性，用于生产晶板。液体酚醛树脂可以用于制造木质纤维素复合物。 生产液体或者固体酚醛树脂的参数在Phenolic Resins，Chemistry， Applications and Performance，(A.Knop and L. A.Pilato，

Springer-Verlag(1985))and Advance Wood Adhesives Technology，(A Pizzi，Marcel
Decker(1994))中被公开。
这就需要木质纤维素复合材料当暴露于潮湿环境的时候，有很好 的空间稳定性。还需要木质纤维素混合材料浸入到水中的时候不膨 胀，并且在干燥之后不收缩。
发明概述
本发明实施例提供了一种生产木质纤维素复合材料时的添加剂 乳液和一种制备该乳液的方法，以及关于水的吸收特性、黏度控制、 稳定性以及浆体流动性。
在一个实施例中，本发明提供了一种乳液，包括至少一种蜡、一 种烷基苯酚、一种聚萘磺酸盐、一种碱金属氢氧化物和一种配位淀粉。 聚萘磺酸和碱金属氢氧化物反应，生成一种聚萘磺酸盐。本实施例中 的乳液可以给加入到热水甚至是沸水中，乳液不分离或者凝化。本发 明所述乳液储存在室温下的时候，一段时期内都是稳定的。不需要加 入额外的杀菌剂，并且在室温下是可倾倒的流体。本发明所述乳液是 用于提供给木质纤维素复合材料以防水特性。
在另一个实施例中，本发明提供了一种生产该乳液的方法，此方 法包括如下步骤：
1.将至少一种蜡同一种烷基苯酚相混合，以提供第一预混合物；
2.将聚萘磺酸、碱金属氢氧化物、水和配位淀粉相混合，形成 二预混合物；
3.将第一预混合物和第二预混合物想混合，提供混合物；
4.将混合物均质化。
本发明所述混合物用于提供木质纤维素复合产品的防水特性。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种乳液，包括至少一种蜡、 烷基苯酚、聚萘磺酸、一种碱金属氢氧化物和一种淀粉。
本发明还直接涉及了一种木质纤维素复合产品，包括本发明所述 的乳液。
发明详述
根据本发明的宗旨，提供了一种可以赋予木质纤维素复合产品以 防水特性乳液。本发明所述乳液可以加入到木质纤维素混合物中，并 且对混合物的特性没有负面影响，这些特性是指对木质纤维素复合物 的生产所必须的特性。
本发明直接涉及了复合材料面板的是生产，这些面板由木质纤维 素材料制成。木质纤维素材料的例子包括，木质纤维、刨花木质品、 木质细线、木质条、木质颗粒，麦杆、甘蔗渣、树皮、再生的木质纤 维、再生的纸纤维以及他们的混合物。复合材料面板的产品，所熟知 的是纤维板、刨花板、定向刨花板和类似的产品。
在木质纤维素复合产品的生产中，赋予成品吸水特性是十分重要 的，最大吸水性的限制是通过特定板材墙板的吸水测试来实现的。例 如，美国的材料测试标准ASTM1396中所描述的类似的测试。
现有技术中，乳液使用的是普通的淀粉成分，这就需要烹调时间 /温度来让淀粉达到凝固化的程度，即是达到一个特定的黏度。初始 黏度移动并且是连续的通过几个范围，这些是由储存条件和化学添加 剂影响的。这些要取决于系统的不可预测的自然属性。已经被发现的 是，通过利用淀粉化合物，例如，酸改性淀粉、羟乙基化淀粉、氧化、 阳离子化，同配位试剂的结合，以及聚萘磺酸盐同聚合的烷基苯酚全 部都在正确的关系之中，被发现的不足之处是被矫正的和作为结果的 蜡乳液具有很强的吸水性。最新发现表明，组合物提供一种在高温和 低温情况下都有较高的稳定性，提供一种不变的和可预测的黏度，减 少对生物灭菌剂的需要，需要之前的系统控制细菌活性，并提供高于 其他添加剂的抗水特性。这些新的发现，化学减少了之前作为表面活 性剂和分散剂应用的木质素硫酸钠，从而减少了控制生物活性的灭菌 剂的需要。
本发明还公开了硼酸盐化合物、钼酸盐化合物、钼化合物，这些 都是非常有效的配位试剂。此后，一般而言，本发明中钼酸盐和钼的 化合物将作为钼元素的来源。有效的配位试剂的例子包括，硼酸镁和 其他硼酸制剂；钼酸铵、钼酸钠、钼酸镁和其他钼酸盐化合物；二硫 化钼和其他含有钼的化合物。
配位试剂的比率(例如，四硼酸钠十水化合物，钼酸钠二水化合 物，二硫化钼或者其他化合物)对淀粉的改性显著了影响了在板/泥 浆处理方法中对其他必要特性的控制，如泡沫制成和泥浆的附加兼容 性。
进一步发现，混合物以及他们之间的比率是唯一的和必要的来程 式化表达一个稳定的和可重复实施的蜡乳液。比率的范围是，淀粉： 硼酸盐或是淀粉：钼的范围从4∶1至20∶1(重量百分比)。
在本发明的一个实施例中，水、一种配位试剂和淀粉被首先混合 以制备本发明实施例中所用到的配位淀粉。接下来，将聚萘磺酸和氢 氧化钾加入到淀粉的水合溶液中。这些混合物将被置于温度为185 到205之间的条件下并保持这个条件直到淀粉达到其凝胶化的最 大状态，这些都发生在20分钟到30分钟的时候。蜡的化合物同聚合 的烷基苯酚相结合，并置于温度为185到205之间的条件下。然 后，蜡状阶段将会成为水状阶段，并且反应形成表面活性剂。一种清 洁剂/分散剂通过混合物和聚合烷基苯酚的反应，以及聚萘磺酸，这 些可以改变蜡的晶格结构，并且允许蜡的晶格结构抵制住压力并且互 相紧密连接，改变之前的分离的状态，直到由于木质素复合材料的极 性而使电子被传递。反应系统通过均质器被传递，为2,000到4, 000psi压力，之后在规定的速率下冷却，以控制成品乳液的稳定性 和黏度。均质化混合物在温度为135到145的温度下存在。混合 物被冷却到80到145。要控制冷却的速率以避免蜡的重结晶并 析出溶液。
被发现的是，通过在混合物中应用改性淀粉以及适合的比率，连 同其他的成分，一种低黏度系统可以被开发并允许一个较宽的固体范 围，如从40％至60％，基于总重量。
乳液的制备：
乳液的制备是通过加热蜡和表面活性剂(蜡混合物)在一个容器 中，以及水、配位试剂以及玉米淀粉(水混合物)在另一个容器中。 将这两种混合物加热并混合，在185(85℃)的温度下。接下来的 是，蜡混合物被倾倒入水混合物中，将合成的混合物置于均质器中。 在均质化的过程中，优选的是，微团的直径范围从0.6微米到1.8微 米。但是，实际上微团直径可以从0.5微米到2.5微米。为了得到这 种水平的均质化，可以通过使用双孔均质器，在2,000至4,000psi 压力下操作。
优选的是，均质化的混合物在均质化步骤之后被冷却。更加优选 的是均质化混合物从大约185冷却到100。这些可以通过运转均 质化混合物通过一种冷却卷进入到室温的水中来实现的。
HLB数值：
亲水/亲脂平衡(HLB)数值描述了混合物和它在水中溶解性的 关系。一个乳化器具有一个低的HLB的数值，成为油可溶解性的， 和一个高HLB数值将趋于水溶解性的。典型的，一个水溶性的乳化 器或者他们的混合，用于形成一个油/水乳液，就像此处描述的，或 者可溶性的油或者蜡，或者得一些除垢的方法。因此，HLB数值可 以用于描述或者用于挑选合适的乳化器或者乳化系统。
当两个或者更多的成分联合起来的时候，混合物的HLB数值是 个体的HLB数值的重量平均值。下述公式可以用于混合物质的HLB 数值。

其中，Q1＝材料1的重量；HLB1＝材料1的HLB数值
Q2＝材料2的重量；HLB2＝材料2的HLB数值
Qn＝材料n的重量；HLBn＝材料n的HLB数值
材料：
不同来源木质纤维素复合材料皆可以用于本发明的混合物。木质 纤维素材料的例子包括，木质纤维、刨花木质品、木质细线、木质条、 木质颗粒，麦杆、甘蔗渣、树皮、再生的木质纤维、再生的纸纤维以 及他们的混合物。
用于制作本发明不同实施例的蜡状物可以选自已知的任何一种 蜡，这种蜡的熔点在120到150，优选的是在135到145。 这样的蜡状物具有低发挥性，在热重量分析中，重量损失小于10％。 并且，这些蜡状物的油的含量小于总重量的1％。这些蜡状物有相对 高的分子量，具有平均链长C36或者更长的碳链。优选的蜡状物包括， 蜡3816，可以从Honeywell/Astor of Duluth，Georgia购得；Exxon 600 散蜡，Ashland 200散蜡，以及50份Exxon 600散蜡和50份Ashland 200散蜡的混合物。
在特定的实施例中，皂化一种或多种蜡状物是十分有用的。在这 种方法中，皂化蜡的功能是作为添加的表面活性剂。用于这方面的蜡 限于具有一定酸值和皂化值并且熔点高于180。蜡的皂化可以通 过将蜡和强的基础材料，如氢氧化钠和氢氧化钾等物质相混合。可以 在本发明乳液中皂化的蜡包括，褐煤蜡、巴西棕榈蜡、蜂蜡、月桂蜡、 蓖麻子蜡、日本蜡、椰子蜡、鲸蜡、甘蔗蜡、毛脂蜡、已经其他蜡。 皂化一种蜡所需要的基础材料可以被计算，基于蜡的皂化值。例如， 皂化值被分为1000等份的氢氧化钾以加入到每克蜡中。
用于本发明乳液中的淀粉是配位淀粉，淀粉可以进行原位配位， 在乳化的过程中，或者淀粉可以在加入到乳液中之前进行配位。优选 的是，淀粉的配位是通过将淀粉同配位试剂混合而达到的，这种配位 试剂可以是硼酸盐化合物、钼酸盐化合物或者钼化合物。例如，优选 的硼酸盐化合物是四硼酸钠十水化合物。例如，优选的钼酸盐化合物 七氨钼酸盐。例如，优选的钼化合物是二硫化钼。用于配位淀粉的其 他化合物包括重硼酸铵，戊硼酸铵、戊硼酸钾、四硼酸钾、焦硼酸锂和硼 酸镁化合物；钼酸钡、钼酸钙、钼酸锂、钼酸钠；和其他钼化合物。 本发明用于形成配位淀粉的淀粉包括(但是并不局限于这些例子)， 玉米、稻米、小麦、土豆、西米椰子和其他淀粉。配位试剂(一种硼 酸盐化合物、一种钼酸盐化合物或者一种钼化合物)和淀粉的比率对 于乳液中配位淀粉的功能性非常重要。已经发现的是，比率可以低到 1∶20，以总重量为基础。比率可以高达1∶3.5，但是，已经发现， 在这个比率或者更高比率中，在乳液中，需要大量的淀粉以保持混合 物和木质纤维素复合产品中的所需特性的平衡。
将烷基苯酚结合到乳液中，已经被发现对于最终的石膏产品的低 吸水性是十分重要的。如这里所用到的，“烷基苯酚”是指具有一个 长链羟基集团的的苯酚类化合物。长链的羟基集团可以是直链的也可 以是支链的，长链的羟基集团可以是C24-C34(24到34个碳链长度)。 这样的烷基苯酚包括长链，C24-C34，聚合为亚甲基烷基苯酚，苯酚盐， 苯酚钙，长支链苯酚钙，长直链苯酚钙和没有胺集团取代的马来酸的 配位聚合物。一个烷基苯酚用于本发明化合物的例子，如下：
  编号     描述     来源   319H  C24-C34聚合的亚甲基烷基苯酚 Lubrizol Chem. Corp Wycliffe，Ohio
本发明中烷基苯酚的含量范围是基于乳液总重量的0.25％-10％。
淀粉化合物，如酸改性淀粉、氢氧乙基化的、氧化的、和/或离 子化的可以加入乳液当中去，淀粉的含量范围是，基于乳液总重的 0.1％-2％。
在特定的实施例中，只用了一种单一的蜡添加剂，已经发现，一 个双表面活性剂系统可以提供，一个稳定的乳液，无论是在室温下还 是在高温下。这样稳定的乳液可以加入到热水或者沸水中，没有乳化 分离或者凝化。双面的表面活性剂系统用于一个唯一的表面活性剂比 率，以提供一个HLB的在8.9到14之间的数值。优选的是，每一种 表面活性剂的成分的HLB数值都在6以上。本发明所述的一个双表 面活性剂系统的例子，将十二烷基异丙醇胺苯磺酸盐和非离子乙氧化 烷基苯酚结合，十二烷基异丙醇胺苯磺酸盐可以从UNICHEMA， Wilmington，Delaware，under the trade name SD1121获得。一种非离子 乙基氧化芳基苯酚是ETHOX2938，可以从Ethox Corp.，Greenville， South Carolina获得。可取代的是，一种烷基氧化脂肪酸酯可以同十 二烷基异丙醇胺苯磺酸盐相结合以形成双表面活性剂系统。一种烷基 氧化脂肪酸酯可以从Ethox Corp.，Greenville，South Carolina.获得。
杀菌剂/杀真菌剂可以被包括在本发明当中，杀真菌剂的一个例 子METASOL D3TA，是3，5-二甲基-四水化合物-1，3，5，2H-噻二 嗪-2-硫铜。METASOL D3TA可以从Ondo-Nalco，Houston，Texas获 得。
本发明需要聚萘磺酸盐，聚萘磺酸盐的一个例子是DISAL GPS. 聚萘磺酸和一种碱金属氢氧化物起反应，以得到聚萘磺酸盐。DISAL GPS可以从Handy Chemical，Montreal，Quebec，Canada得到。
包括聚萘磺酸的蜡乳液：
乳液可以通过将至少一种蜡，一种烷基苯酚，一种聚萘磺酸盐和 一种配位淀粉混合并且均质化而成。表1，提供了根据实施例制成乳 液的样品。
表1.包括包括聚萘磺酸的蜡乳液：
成分 克数 蜡3816 33.00 褐煤蜡 3.30 烷基苯酚 0.50 DISAL GPS 1.00 水 59.50 硼砂 0.37 酸改性C150淀粉 1.60
 45％KOH  0.75
此外，类似的乳液可以用钼化合物作为配位试剂，来代替上述的 硼砂。本发明所述乳液可以包括淀粉。本发明所述乳液可以包括配位 淀粉，该配位淀粉是一种配位的配位淀粉，并且配位试剂选自硼酸盐 化合物、钼化合物和类似的化合物。
本发明混合物的混合比率如表2所示
表2.
    成分  含量(重量百分比)     第一种蜡  25-40     皂化蜡  2.5-4.5     烷基苯酚  0.25-10.0     聚萘磺酸  0.25-5.0     水  55-65     淀粉+配位试剂     (4∶1至20∶1)  1.5-3.5     碱金属氢氧化物  其所用数量依赖于皂化蜡的  数量，典型的是0.5-1.5
硼酸盐和磷酸三钠在乳液中，同木质纤维素复合材料，在应用这 样的乳液当中，分为两个额外的份额。例如，硼酸盐和磷酸三钠用于 防火成分，并且这些成分是自然的生物灭菌剂。因此，将生物灭菌剂 成分结合到木质纤维素复合产品中，其可以表现出对于使用者的特定 的优点。并且，本发明所述乳液不需要进一步添加其他的生物灭菌剂 以阻止乳液中的细菌增长。
定向刨花板可以通过普通的热压缩过程生产，使用表1中的乳 液。木质纤维素材料可以同树脂相结合，并且本发明所述乳液是一种 混合物。对于木材的供应，一旦同树脂和本发明的乳液相混合，将形 成支撑材料，并制作成预成型为7/16英寸和5/8英寸的定向刨花板。 预成型被置于网膜上，在热压缩过程中，其中成型的产品，是在大于 大气压和高于室温的温度下进行的。热压缩方法在Shui-Tung Chiu 的美国专利4,433,120中被进一步描述。12英寸×12英寸面板被 从成品中切削，并做密度和膨胀吸水测试，测试结果如表3所示。
表3.
    样品号     样品厚度     密度     膨胀     吸水性     1     7/16     43.90     20.54     32.02     2     7/16     44.46     13.99     25.28     3     7/16     44.50     12.96     20.75     4     7/16     42.41     13.15     21.70     5     7/16     44.40     20.00     34.29     6     7/16     43.80     20.19     33.78     7     5/8     46.90     18.46     26.73     8     5/8     48.53     16.92     26.34     9     5/8     45.34     17.16     27.47     10     5/8     44.68     21.51     33.01     Avg.     Avg.     44.89     17.49     28.13
试验结果显示，用于木质纤维素复合产品中的乳液被改善。通过 使用聚萘磺酸、木质素和化合物、生物灭菌剂可以从木质纤维素复合 物中去处。这两种成分的去处，改善了本发明中所述木质纤维素所用 乳液的生产工序和降低了费用。
根据本发明的宗旨，公开了一种乳液，和用这种乳液制备的石膏 制品。乳液用于赋予石膏制品以防水性。并且，特定的实施例和本发 明的最佳实施方式已经在此详述，这些实施例仅仅是例证性质的。对 本领域技术人员来说，各种变化和元素的等同物的替代都没有偏离本 发明的保护范围。