氧化蠟乳化工藝研究

陳 嬈，王冬美，孫彩蘭，安 磊

（撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化工系, 遼寧 撫順 113122）

乳化蠟由于具備安全、高效、無毒、無污染、經(jīng)濟(jì)、使用方便等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，市場潛力很大。但石蠟直接制備微乳液比較困難，因此對石蠟進(jìn)行氧化改性，一方面降低了石蠟與水的界面張力，改善了乳化性能；另一方面增加了原料蠟的柔韌性，使其制備微乳液形成的膜不易開裂[1]。

本實(shí)驗(yàn)先對石蠟進(jìn)行氧化，再以氧化蠟為原料，對制備氧化蠟微乳液的乳化劑配方和乳化工藝進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器

1.1.1 主要原料

58號全煉石蠟，工業(yè)級；引發(fā)劑SH；乳百靈：工業(yè)級，江蘇海安石油化工廠；OP-10：工業(yè)級，江蘇海安石油化工廠；O-20：工業(yè)級，江蘇海安石油化工廠；油酸三乙醇胺：化學(xué)純，天津助劑廠；平平加：上海助劑廠；NP-10：工業(yè)級，邢臺助劑有限公司；司盤-80：天津助劑廠；吐溫-80：天津助劑廠；乳化劑A、B、C。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

氧化反應(yīng)器；BF-501型控溫磁力攪拌器；YXJ-1電子離心機(jī)；GSL-101B型激光粒度測試儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 石蠟氧化

準(zhǔn)確稱取一定量的 58號全煉石蠟熔化，加入2.0%氧化引發(fā)劑SH混合，在氧化反應(yīng)器中通入0.5 m3/(h·kg)空氣量，在 160 ℃下引發(fā) 30 min，降至140 ℃反應(yīng)7 h，得氧化蠟產(chǎn)品。

1.2.2 氧化蠟乳化

①將稱量好的氧化蠟和表面活性劑加入帶有攪拌裝置的反應(yīng)器中，攪拌加熱使之熔化混合均勻，繼續(xù)加熱至乳化溫度。

②在高速攪拌下，將加熱至乳化溫度的水緩慢加入到反應(yīng)器中，然后在一定的攪拌速度下攪拌一定時間。

③停止加熱，緩慢攪拌冷卻至 40 ℃以下，然后將乳化液倒入廣口瓶中密閉儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 分析方法

1.3.1 離心穩(wěn)定性測定

將10 mL蠟乳液注入刻度離心管中，放入離心機(jī)中以4 000 r/min轉(zhuǎn)速離心分離15 min，看是否分層。

1.3.2 粒度測定

采用激光粒度測試儀測粒子平均粒徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化劑的選擇

乳化劑的選擇對研制石蠟微乳液非常重要。乳化劑的選擇首先應(yīng)根據(jù)蠟乳液產(chǎn)品的性能要求和應(yīng)用對象來決定，可用HLB值法來進(jìn)行乳化劑的選擇或復(fù)配。對于給定的蠟乳液體系，為了得到穩(wěn)定的蠟乳液，可以用不同HLB值的乳化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.1.1 單一乳化劑乳化

在固含量為20%、攪拌速度為1 000 r/min、乳化溫度為95 ℃、乳化時間為20 min的條件下對乳化劑類型進(jìn)行考察，其結(jié)果如表1所示。

表1 單一乳化劑乳化效果Table 1 The emulsification effect of single emulsifier

由表1可以看出，采用單一的乳化劑，乳化效果不理想，穩(wěn)定性差，難以制備具有較高穩(wěn)定性的乳液。

2.1.2 復(fù)合乳化劑乳化

在攪拌速度為1 200 r/min、乳化溫度為95 ℃、乳化時間為20 min、固含量為20%的條件下，采用乳化劑A、B、C復(fù)配對氧化蠟進(jìn)行乳化，考察結(jié)果見表2。

表2 復(fù)合乳化劑乳化效果Table 2 Emulsification effect of compound emulsifier

確定最佳的乳化劑配比為：乳化劑A、乳化劑B、乳化劑C的濃度分別為4%、3.0～3.5%、1.0%。在該條件下所制得的乳液的粒徑＜0.1μm，乳化效果好，放置90 d以上不分層。由此可以看出，用一定配比的復(fù)合乳化劑可以制得性能優(yōu)良的微乳液。

2.2 工藝條件對乳化的影響

采用上述選定的復(fù)合乳化劑，進(jìn)行乳化實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)采用固含量20%。

2.2.1 攪拌速度的影響

在乳化溫度為85 ℃、乳化時間為30 min的條件下，考察攪拌速度對乳化反應(yīng)的影響，考察結(jié)果見圖1。

圖1 攪拌速度與蠟乳液粒徑的關(guān)系Fig.1 The relation between stirring rate and particle diameter

由圖1可以看出攪拌速度＜600 r/min時，由于乳化的剪切力不足，達(dá)不到充分混合的目的，乳液穩(wěn)定性差，乳化效果差；當(dāng)攪拌速度大于1 000 r/min時，乳液粒徑小于0.1μm，乳液的穩(wěn)定性很好。但攪拌速度過高，會帶入大量氣泡，并且消泡困難，使乳狀液不穩(wěn)定，同時能耗也高[2]。因此攪拌速度一般控制在1 000～1 200 r/min比較適宜。

2.2.2 乳化溫度的影響

在攪拌速度為1 200 r/min、乳化時間為30 min的條件下，考察乳化溫度對乳化反應(yīng)的影響，考察結(jié)果見圖2。

由圖2可知，在較低溫度下乳化，所得乳液的顆粒較粗，乳液不穩(wěn)定，容易分層，這是由于溫度低，粒子還沒有分散完全。溫度過高，分子的熱運(yùn)動加劇，不利于表面活性劑的定向吸附，表面活性劑的親水性變差，乳化能力下降，制得的乳液的穩(wěn)定性降低[3]。當(dāng)溫度＞95 ℃時，接近水的沸點(diǎn)，會產(chǎn)生大量氣泡，氣泡中會夾帶一些大的粒子，對乳化不利，而且能耗大。實(shí)驗(yàn)表明，乳化溫度控制在85～90 ℃較適宜。

圖2 乳化溫度與蠟乳液粒徑的關(guān)系Fig.2 The relation between emulsion temperature and particle diameter

2.2.3 乳化時間的影響

在攪拌速度為1 200 r/min、乳化溫度為90 ℃的條件下，考察乳化時間對乳化反應(yīng)的影響，考察結(jié)果見圖3。

圖3 乳化時間與蠟乳液粒徑的關(guān)系Fig.3 The relation between emulsion time and particle diameter

由圖3可見，乳液粒徑開始時隨時間的延長而變小，但一定時間后粒徑反而增大，說明單純依靠延長乳化時間不能提高乳化質(zhì)量。乳化時間小于20 min時，粒徑相對較大，不能獲得粒徑＜0.1μm的微乳液。這是由于乳化時間過短，乳化不足，石蠟不能充分乳化，造成乳液的穩(wěn)定性差[4,5]。而乳化時間過長，產(chǎn)生較多的泡沫，使得乳液顆粒較粗，并且能耗大，生產(chǎn)效率低。當(dāng)乳化時間在20～30 min時，可以得到顆粒細(xì)小、性能穩(wěn)定的微乳液，所以乳化時間取20～25 min。

3 結(jié) 論

（1）氧化蠟乳化的復(fù)合乳化劑配比是：乳化劑A、乳化劑B、助乳化劑C的濃度分別為4%、3.0%～3.5%、1.0%。

（2）采用上述復(fù)合乳化劑下氧化蠟乳化的最佳工藝條件是：攪拌速度為1 000～1 200 r/min、乳化時間為20～25 min、乳化溫度為85～90 ℃。在該條件下能制備氧化蠟微乳液。

［1］沈本賢，馮玉海，高晉生.氧化石蠟微乳液的研制[J].日用化學(xué)工業(yè)，2002，32(4)：72-74.

［2］陳平，權(quán)成光.皮革上光乳化蠟的研制[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2005，25(2)：9-12.

［3］王萬林，史建公.國內(nèi)乳化蠟的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].精細(xì)石油化工，2008，25(2)：79-83.

［4］江金龍，黃鈴.非離子型石蠟乳液的制備[J].廣東化工，2011，38(11)：45-46.

［5］孫鳳嬌.乳化蠟的研究開發(fā)現(xiàn)狀[J].化學(xué)與粘合，2011，33(5)：60-62.