石蠟乳液的制備

作者：江梅桂，張 辰，黃 瑋＊ ，叢玉鳳（遼寧石油化工大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順 １１３００１）

摘 要：以６０＃ 全精煉石蠟為原料，乳化劑的加入采用劑在油中加入法制備石蠟乳液；研究了乳化劑種類、乳化溫度、乳化時(shí)間、去離子水用量乳化劑的親水親油平衡值（ＨＬＢ）、攪拌速度等因素對石蠟乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明：在乳化劑為 ＴＷ－８０／ＳＰ－８０，乳化溫度５℃、乳化時(shí)間３０ｍｉｎ、ｗ（去離子水）＝６８％、攪拌速率１０００ｒ／ｍｉｎ、ＨＬＢ＝１０．００６７的條件下制備出的樣品有較佳的乳化效果。

關(guān)鍵詞：石蠟；乳化；乳化劑；乳液穩(wěn)定性
中圖分類號：ＴＱ６４５．９３　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ　　文章編號：１００８－０５１１（２０１４）０２－００５０－０４
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石蠟乳液是一種最為重要的特種蠟產(chǎn)品，廣 泛應(yīng)用于造紙、紡織、皮革、建筑、化妝品和汽車保 養(yǎng)等行業(yè)［１］。隨著“綠色化學(xué)”新概念的提出與實(shí) 施，石蠟乳液的開發(fā)和利用愈來愈受到人們的關(guān) 注，前景十分廣闊。石蠟是具有直鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)的 長鏈化合物，分子中不含親水基團(tuán)，油性較強(qiáng)。其 乳化關(guān)鍵是將石蠟分散成微小液滴，并使其表面 定向吸附乳化劑分子，在蠟水界面形成具有一定 機(jī)械強(qiáng)度，帶有電荷的乳化劑單分子界面膜，親油 基團(tuán)朝蠟，極性基團(tuán)朝水，使蠟滴穩(wěn)定分散于水中 而不易接近凝聚。石蠟乳液可根據(jù)所使用表面活 性劑的類型分為陰離子型、陽離子型、非離子型和 兩性離子型［２－３］。陽離子乳化劑制得的石蠟乳液 不穩(wěn)定，陰離子乳化劑制得的石蠟乳液在使用方 面有所限制，非離子表面活性劑在溶液中不是離 子狀態(tài)，穩(wěn)定性高，不易受強(qiáng)電解質(zhì)無機(jī)鹽類的影 響，也不受酸、堿的影響，所以現(xiàn)在對非離子石蠟 乳液的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)［４］。
乳化蠟的基本原料是石蠟。采用不同的乳化 工藝，可調(diào)制出適于不同用途的乳化蠟產(chǎn)品。研 究以６０＃ 全精煉蠟為原料，考察 了 乳 化 劑 的 種 類 及其親水 親 油 平 衡 值（ＨＬＢ）、乳 化 溫 度、乳 化 時(shí) 間、去離子水用量、攪拌速率等工藝條件對乳化蠟 穩(wěn)定性及分散性的影響，旨在為乳化蠟的制備提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而制得穩(wěn)定性好，保質(zhì)期長，成本較低，無毒無味、色澤好等優(yōu)點(diǎn)的石蠟乳液。

１ 實(shí)驗(yàn)部分
１．１ 實(shí)驗(yàn)藥品６０＃ 全精煉 石 蠟：中 國 石 油 撫 順 石 油 一 廠 生產(chǎn)；ＳＰ－８０、ＳＰ－６０：華北地區(qū)特種化學(xué)試劑開發(fā)中心生產(chǎn)；ＴＷ－８０、丙三醇：國藥集團(tuán)化學(xué) 試 劑 有 限公司生產(chǎn)。ＯＰ－１０：天 津 市 光 復(fù) 精 細(xì) 化 工 研 究 所生產(chǎn)；十八醇：沈陽化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。
１．２ 實(shí)驗(yàn)器材三角錐形瓶、燒杯、溫度計(jì)、玻璃試管、離心試管、攪拌棒、鐵架臺、量筒，市售。ＤＺＫＷ－４數(shù)顯恒溫水浴鍋：鄭州博科 儀 器 設(shè)備有限公司；８０－２Ｂ 型離心機(jī)：常州賽普實(shí)驗(yàn)儀器廠；ＪＢ５０－Ｄ 型增力電動攪拌器：北京天創(chuàng)尚邦 儀器設(shè)備有限公司；電子分析天平：京科瑞達(dá)科技有限公司。
１．３ 實(shí)驗(yàn)方法將６０＃ 石蠟，乳化劑，表面活性劑和去離子水按一定的比例加入到錐形瓶中，放置于事先調(diào)好的８５℃恒溫水浴鍋中加熱，同時(shí)把相應(yīng)的去離子水放入 到 同 一 個(gè) 水 浴 鍋 中 預(yù) 熱。待 蠟 完 全 熔 化后，先加少量的水形成 Ｗ（水）／Ｏ（油）型乳 化 液，攪拌一 段 時(shí) 間 后，再 加 入 剩 余 水 形 成 Ｏ／Ｗ 型 乳液。達(dá)到適當(dāng)?shù)娜榛瘯r(shí)間后，停止攪拌，出 料，室溫下靜置冷卻，得到所要的產(chǎn)品。
１．４ 石蠟乳液的性能檢測（１）外觀呈乳白色稀溶液。（２）離心穩(wěn)定性的測定。按 ＧＢ１１５４３—８９進(jìn)行離心穩(wěn)定測定，將１０ｍＬ 蠟乳液注入離心試管中，放入離心機(jī)中以４０００ｒ／ｍｉｎ的轉(zhuǎn)速離心分離１５ｍｉｎ，觀察 是 否 分 層。如 果 乳 液 不 分 層 則 為 穩(wěn)定［５］。（３）冷熱 穩(wěn) 定 性。將 樣 品 置 于 ６０℃的 恒 溫箱內(nèi)和 ０．５℃冰箱內(nèi)各放置２４ｈ，觀察其是否分層、變色、產(chǎn)生硬沉淀及流動性的變化。（４）分散性的測定。分為五等級，一級較好，五級最差［６－７］。一級：將石蠟乳狀液滴入水中，能迅速地分散成帶藍(lán)色熒光云霧狀分散液，稍加攪動后成藍(lán)色或蒼白色透明溶液。二級：將石蠟乳狀液滴入水中，能迅速自動分散成藍(lán)白色云霧狀帶熒光的分散液，稍加攪動成藍(lán)色半透明溶液。三級：將石蠟乳狀液滴入水中，呈白色云霧狀或條狀分散液，攪動后得乳白色稍帶熒光的不透明乳液。

由表１可以看出，用 ＴＷ－８０與ＳＰ－８０復(fù)配劑配制出的乳液穩(wěn)定性能和分散性較好。應(yīng) 選 用ＴＷ－８０與 ＳＰ－８０ 復(fù) 配 劑 為 石 蠟 乳 液 的 最 佳 乳化劑。

２ 結(jié)果與討論
２．１ 乳化條件的確定
２．１．１ 乳化劑的種類選擇

石蠟難溶于水，要將石蠟與水混合制 出 穩(wěn) 定的石蠟乳液，必需選擇出適宜的乳化劑。一般來說，ＨＬＢ＝８～１８時(shí)，可 作 為 Ｏ／Ｗ 型 的 乳 化 劑；ＨＬＢ＝３～６時(shí)，可作為 Ｗ／Ｏ 型的乳化劑［５］。當(dāng)乳化劑 的 ＨＬＢ 值 與 石 蠟 乳 液 所 需 的 ＨＬＢ 值 相符時(shí)，即可制出穩(wěn)定的石蠟乳液。實(shí)驗(yàn)用 ＳＰ－８０、ＴＷ－８０、ＯＰ－１０和ＳＰ－６０作為乳化劑，在攪拌速度１０００ｒ／ｍｉｎ、ｗ（去離子水）＝６８％、ＨＬＢ＝１０、乳化溫度８５℃、乳化時(shí)間３０ｍｉｎ的條件下，考察幾種復(fù)配乳化劑乳化效果，其結(jié)果見表１。

２．１．２ 乳化溫度對石蠟乳液性能的影響

乳化溫度是一個(gè)非常重要的工藝參 數(shù)，對 石蠟乳液的性質(zhì)影響很大。適宜的乳化溫度可以使石蠟微粒在攪拌作用下迅速而充分地分散到水中，增加乳液的穩(wěn)定性。在乳化劑為 ＴＷ－８０／ＳＰ－８０、乳 化 時(shí) 間 為 ３０ｍｉｎ、ｗ（去 離 子 水）＝６８％、ＨＬＢ＝１０的條件下，選擇乳化溫度在７０～９５℃、攪拌速率為１０００ｒ／ｍｉｎ時(shí)，考察了其對所制備石蠟乳液的影響，結(jié)果見表２。
四級：將石蠟乳狀液滴入水中，呈白色微粒浮在水面，攪動后仍能成為乳白色不透明的乳液。五級：將石蠟乳狀液滴入水中，呈大顆粒浮在水面，攪 動 后 雖 能 乳 化，但 立 即 發(fā) 生 分 層，石 蠟上浮。
（５）儲存穩(wěn)定性。將樣品于室溫下密封存放一段時(shí)間后，觀察其性能變化。

由表２可見，當(dāng)乳化溫度過低（７０℃）或過高（９５℃）時(shí)所 制 備 的 乳 液 不 穩(wěn) 定。乳 化 溫 度 應(yīng) 選８０～９０℃為宜。

２．１．３ 乳化時(shí)間對石蠟乳液性能的影響

適宜的乳化時(shí)間，不僅能保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也能提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗。乳化時(shí)間太短，石蠟不能充分乳化形成穩(wěn)定的乳液，時(shí) 間 太長，分散的顆粒則會重新凝聚而導(dǎo)致破乳，同時(shí)造成浪 費(fèi)。在 乳 化 劑 為 ＴＷ－８０／ＳＰ－８０、乳 化 溫 度８５℃、ｗ（去離子水）＝６８％、ＨＬＢ＝１０、攪拌速率１０００ｒ／ｍｉｎ的條件下，選擇乳化時(shí)間在在２０～７０ｍｉｎ時(shí)，考察了其對所制備石蠟乳液的影響，結(jié)果見表３。

由表３可見，當(dāng)乳化時(shí)間過短（２０ｍｉｎ）或過長（６０ｍｉｎ）時(shí)所制備的乳液不穩(wěn)定。乳化時(shí)間應(yīng)選３０～５０ｍｉｎ為宜。

２．１．４ ｗ（去離子水）對石蠟乳液性能的影響

石蠟乳液質(zhì)量與去離子水用量有關(guān)。一般認(rèn)為 ｗ（去離子水）＝６５％～７０％時(shí)才能得到穩(wěn)定的Ｏ／Ｗ 型乳 化 蠟。在 乳 化 劑 為 ＴＷ－８０／ＳＰ－８０、乳化溫度８５℃、乳 化 時(shí) 間３０ｍｉｎ、ＨＬＢ＝１０、攪 拌速率１０００ｒ／ｍｉｎ的條件下，選擇 ｗ（去離子水）＝６０％～８０％，考察了其對所制備石蠟乳液的影響，結(jié)果見表４。

由表４可見，當(dāng) ｗ（去離子水）＜６５％時(shí)，乳液粘度較大，乳化效果不好，而 ｗ（去離子水）≥７０％時(shí)，由 于 蠟 含 量 減 少，乳 化 效 果 不 明 顯。所 以，ｗ（去離子水）＝６５％～７０％為宜。

２．１．５ ＨＬＢ對石蠟乳液性能的影響

選用石蠟乳化劑時(shí)，ＨＬＢ是其首先要考慮的一個(gè)重要條件。乳化劑的親水親油性由其分子結(jié)構(gòu)決定，可將 ＨＬＢ看作結(jié)構(gòu)因子的總和。復(fù)合乳化劑的 ＨＬＢ具有加和性。只有與石蠟 ＨＬＢ（９～１０）相近的表面活性劑，才有可能將石蠟乳化，所以確定復(fù)配乳化劑 ＨＬＢ對于制取性能穩(wěn)定的乳化液至關(guān)重 要。配 制 出 不 同 ＨＬＢ 的 乳 化 劑 ＴＷ－８０／ＳＰ－８０，在乳化溫度８５℃、乳化時(shí)間３０ｍｉｎ、ｗ（去離子水）＝６８％，攪拌速率為１０００ｒ／ｍｉｎ的條件下，考察了乳化劑不同 ＨＬＢ對所制備乳化蠟穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見表５。

由表５可 見，當(dāng) 乳 化 劑 ＨＬＢ＝６ 時(shí)，所 制 備乳化蠟 不 穩(wěn) 定；乳 化 劑 的 ＨＬＢ＝８～１２ 時(shí)，所 得乳液較 穩(wěn) 定。乳 化 劑 的 ＨＬＢ 值 應(yīng) 選 ８～１２ 為宜。而且很明顯看出 ＨＬＢ＝１０時(shí)石蠟乳液的分散性較好。

２．１．６ 攪拌速率對石蠟乳液性能的影響

攪拌速 度 會 影 響 乳 液 性 能。當(dāng) 攪 拌 速 率 低時(shí)，將不能使石蠟與乳化劑充分接觸，無法將油相較好乳化，且剪切力太小，形成的乳液顆粒大小不均勻；攪拌速率過快，形成的乳液雖穩(wěn)定，體系易產(chǎn)生較多泡沫，尤其在乳化劑分子吸附到兩相界面上形成膠團(tuán)后，激烈攪拌不利于牢固保護(hù)膜和分散雙電層的形成，影響乳液質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，攪拌速度太快會使蠟乳液產(chǎn)生破乳現(xiàn)象，嚴(yán)重影響乳液性能。在乳化劑為 ＴＷ－８０／ＳＰ－８０、乳化時(shí)間３０ｍｉｎ、ｗ（去離子水）＝６８％、ＨＬＢ＝１０、乳化溫度８５℃的條件下，選擇攪拌速率在６００～１２００ｒ／ｍｉｎ時(shí)，對所制備乳化蠟穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見表６。

由表６可知，當(dāng)攪拌速率低于８００ｒ／ｍｉｎ時(shí)，所制備乳化蠟不穩(wěn)定；高于１０００ｒ／ｍｉｎ時(shí)，雖 然所制備的乳液較穩(wěn)定，但是會有泡沫產(chǎn)生。所有攪拌速率應(yīng)選８００～１０００ｒ／ｍｉｎ為宜。

２．２ 石蠟乳液的性能

選 用 復(fù) 合 乳 化 劑ＴＷ－８０／ＳＰ－８０，乳 化 溫 度８５℃、乳化時(shí)間３０ｍｉｎ、ｗ（去離子水）＝６８％、攪拌速率１０００ｒ／ｍｉｎ、ＨＬＢ＝１０．００６７的條件下制 備出３個(gè)樣品并測量其性能指標(biāo)，結(jié)果見表７。

３ 結(jié) 論
（１）當(dāng)以ＳＰ－８０與 ＴＷ－８０為復(fù)配乳化劑，加入一定量的其它表面活性劑，其中 ｗ（去離子水）＝６５％～７０％，ＨＬＢ＝８～１２，乳化溫度８０～９０℃，乳化時(shí)間３０～５０ｍｉｎ，攪 拌 速 度８００～１０００ｒ／ｍｉｎ的條件下，均可制成穩(wěn)定的石蠟乳液。成品外觀呈乳白色稀溶液；以４０００ｒ／ｍｉｎ轉(zhuǎn)速離心１５ｍｉｎ不分層；具有良好的離心穩(wěn)定性和分散性。
（２）選用復(fù)合乳化劑 ＴＷ－８０／ＳＰ－８０，乳化溫度８５℃、乳化時(shí)間３０ｍｉｎ、ｗ（去離子水）＝６８％、攪拌速率１０００ｒ／ｍｉｎ、ＨＬＢ＝１０．００６７的條件下制備出的石蠟乳液樣品的性能指標(biāo)都符合標(biāo)準(zhǔn)。
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