乳化硅油的制備研究

任芝秀 張福捐

（許昌學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 許昌 461000）

硅油是一種新型綠色環(huán)保材料，有許多優(yōu)異的性能，如突出的耐高低溫性、極低的玻璃化溫度、很低的表面張力和表面能、高度的疏水性、很低的溶解度參數(shù)和介電常數(shù)等，在紡織物整理劑、皮革涂飾劑、化妝品［1-2］、防水材料、涂料及光敏材料等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用［3-4］。自20世紀(jì)70年代硅油被應(yīng)用以來，在歐美已有30％以上的化妝品添加了規(guī)格各異的硅油。但由于其疏水性增加了其在水相中分散的難度，使之在某些方面的應(yīng)用受到了限制，而乳化硅油的出現(xiàn)解決了這一問題［5］。在乳化硅油廣泛應(yīng)用的推動(dòng)下，硅油乳化劑的配方研究也在不斷的改進(jìn)中，方便、低成本、乳液效果更好的乳化劑配方有更廣闊的市場(chǎng)前景。本實(shí)驗(yàn)采用單因素法對(duì)硅油的乳化條件進(jìn)行探究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

JJ-1定時(shí)電動(dòng)攪拌器，江蘇金壇市中大儀器廠；

HH-S型水浴鍋，鄭州市長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；

JJ型精密電子天平，美國(guó)雙杰兄弟（集團(tuán)）有限公司常熟雙杰測(cè)試儀器廠；

萬用電爐，北京科偉永興儀器有限公司。

1000mPa·s的二甲基硅油（AR），派尼化學(xué)試劑廠（鄭州）；

Span-60（AR），津市福晨化學(xué)試劑；

Tween-60（AR），天津市福晨化學(xué)試劑。

1.2 乳化硅油的制備

取10.00g硅油和2.15g Span-60于150mL的四頸瓶中，攪拌均勻，再緩慢加入20mL 80℃的去離子水，置于80℃的水浴中加熱攪拌10min，形成W/O型乳液。10min后快速加入2.85gTween-60和65mL 80℃去離子水的混合液，加速攪拌60min，使其快速轉(zhuǎn)相為O/W型乳液，即乳化硅油。取一滴冷卻后的乳化硅油滴入50mL水中，觀察乳化硅油是否完全溶于水，是否穩(wěn)定存在，記錄穩(wěn)定存在的時(shí)間。當(dāng)乳化硅油靜置一段時(shí)間后再測(cè)其溶解性并比較。將制備好的乳化硅油冷卻至室溫后放入塑料瓶中，置于試劑架上靜置，記錄乳化硅油穩(wěn)定存在的時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 Span-60和Tween-60復(fù)配型乳化劑體系配比的選擇

硅油是一類不易被乳化的物質(zhì)，隨粘度的增大而越難乳化，所以在乳化硅油的制備過程中，乳化劑的選取及其配比是關(guān)鍵。復(fù)配型乳化劑在乳化體系中產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，能獲得平均粒徑較小、較穩(wěn)定的乳化硅油。使用的乳化劑是起泡性非離子型乳化劑，不同長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)的多種非離子表面活性劑混合后能充分地占據(jù)O/W滴的表面空間，使分子排列緊密，通過機(jī)械強(qiáng)度穩(wěn)定乳狀液［6］。

復(fù)合乳化劑復(fù)合后總的HLB值計(jì)算公式為：HLB混=∑HLBa×A％（HLBa為單種乳化劑的親水親油平衡值，A％為復(fù)合體系中該乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）［7］。

本實(shí)驗(yàn)以Span-60和Tween-60兩種乳化劑復(fù)配，復(fù)合乳化劑的HLB應(yīng)和硅油的HLB接近。硅油乳化時(shí)所需要的HLB為10.5，Span-60的HLB為4.7，Tween-60的HLB為14.9，當(dāng)復(fù)合后的總的HLB為10.5時(shí)，Span-60和Tween-60的配比0.43：0.57，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)在此比例左右變動(dòng)來研究硅油的乳化情況，見表1。

表1 乳化劑的配比對(duì)乳化硅油的影響

由表1知，當(dāng)復(fù)合乳化劑的HLB值接近10.5時(shí)硅油的乳化效果更好，當(dāng)HLB值偏離10.5較遠(yuǎn)時(shí)，乳化硅油不穩(wěn)定，容易分層，并且乳化效果不好，有浮油產(chǎn)生。

2.2 乳化劑的用量的選擇

乳化劑的用量會(huì)影響乳液粒徑的大小，進(jìn)而影響乳化硅油的乳化和使用效果。本實(shí)驗(yàn)在乳化劑的用量在硅油量50％的前提下盡可能的降低，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2、表3。

表2 硅油和乳化劑的配比對(duì)乳化硅油的影響

表3 硅油和乳化劑的配比對(duì)乳化硅油的影響

由表2、表3知當(dāng)乳化劑的含量減少時(shí)，乳化硅油越來越不穩(wěn)定。表2中，當(dāng)硅油：乳化劑比為1：0.25時(shí)，乳化硅油的顆粒已不均勻，有塊狀物質(zhì)，分層；當(dāng)硅油：乳化劑比為1：0.50時(shí)，乳化硅油相對(duì)較穩(wěn)定，且較均勻。表3中，當(dāng)硅油與乳化劑的比值增大時(shí)乳液易分層。綜合考慮選擇復(fù)合乳化劑的比例Span-60：Tween-60=0.43：0.57，總含量占硅油含量的50％。

2.3 乳化時(shí)間的選擇

硅油乳化過程中采用機(jī)械攪拌，從經(jīng)濟(jì)效益考慮，乳化時(shí)間越短越好。本實(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)相乳化法，乳化時(shí)間分為兩部分：形成油包水相時(shí)間t1和形成水包油相時(shí)間t2。其結(jié)果見表4。

表4 乳化時(shí)間對(duì)乳化硅油的影響

由表4知，乳化時(shí)間為30min時(shí)，乳化硅油不完全溶于水，穩(wěn)定性不好。乳化時(shí)間為60min時(shí)，隨乳化時(shí)間的增加，乳化硅油的效果越來越好，從經(jīng)濟(jì)效益角度綜合來說乳化時(shí)間為60min較合適。

2.4 乳化溫度的選擇

乳化溫度會(huì)影響非離子乳化劑的水溶性和HLB值，本實(shí)驗(yàn)在其他條件不變的情況下，探究水浴溫度對(duì)硅油乳化效果的影響，選擇從90℃開始，并逐漸降低溫度，其結(jié)果見表5。

表5 溫度對(duì)乳化硅油的影響

由表5知，溫度為90℃和85℃時(shí)，乳化硅油不穩(wěn)定，易分層，而80℃時(shí)的乳化效果較好，當(dāng)由80℃開始溫度逐漸降低時(shí)，乳化硅油越來越不穩(wěn)定，易分層。當(dāng)降低到70℃時(shí)，硅油不能被均勻乳化，有較大顆粒出現(xiàn)，不穩(wěn)定。綜合來看，溫度為80℃時(shí)乳化效果較好。

2.5 硅油含量對(duì)硅油乳化的影響

乳化硅油在工業(yè)使用過程中，要求硅油的含量盡可能的高，各專家研究人員也在努力的往提高硅油的含量方面研究。本實(shí)驗(yàn)在硅油含量10％的前提下盡可能提高硅油的含量，其結(jié)果見表6。

表6 硅油含量對(duì)乳化硅油的影響

由表6知，隨硅油含量的增加乳化硅油的溶解性逐漸降低，穩(wěn)定性越來越差。當(dāng)硅油含量為30％時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)乳化硅油可完全溶于水且不分層，但一段時(shí)間后溶解性和穩(wěn)定性都下降。當(dāng)硅油含量為35％時(shí)，硅油不能被完全乳化。基于硅油含量越高越好，綜合來說硅油含量為30％較好，但需要進(jìn)一步解決其穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

選用1 000mPa·s二甲基硅油，以非離子型表面活性劑（span-60和tween-60的質(zhì)量比為0.43：0.57）為復(fù)合乳化劑，成功制備了乳化硅油。乳化硅油具有很多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，并且整體的操作工藝比較簡(jiǎn)單，乳化設(shè)備要求不高，原料易得制備方案綜合成本低，現(xiàn)在已被很多行業(yè)所采用，具有很好的發(fā)展前景。

［1］鄭立輝，趙艷.乳化硅油的制備［J］.武漢工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（9）：51-53.

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