石蠟乳液制備方法概述

王艾德，魏鑫媛

(淄博魯瑞精細化工有限公司，山東 淄博 255000)

比起固體石蠟直接應用于造紙、建筑、紡織等領域，乳化蠟是目前已知石蠟能夠充分發揮功效的最好的形態。乳化蠟能夠和水或其他乳液復配使用；常溫下穩定存在；使用時無需加熱熔融；近年來，隨著經濟和人類社會的快速發展，世界各地對能源的需求日益增加，導致化石燃料短缺，從而導致了嚴重的污染。建筑物消耗的能源占總能源消耗的很大一部分。例如，2010年建筑行業消耗了全球能源需求的32.0%，其中主要用于空間供熱和制冷。蓄能是一種有效的降低峰值負荷的技術，緩解了因空間和時間差異造成的能源供需不匹配[1]。乳狀液就是良好的儲熱蓄熱材料[2]，Li Huang[3]開發出了相變溫度范圍大、潛熱能力高的石蠟乳液。Li Huang,Marcus Petermann ,Christian Doetsch[4]將蠟乳液在冷凍冰箱中進行了50次凍結/融化循環，其性能沒有明顯變化。研究結果表明,石蠟/水乳化液是一個潛在的冷卻劑。比起直接使用固體石蠟，使用乳化蠟能夠大大降低石蠟用量，同時還能提高產品的品質。

1 石蠟乳化的方法

石蠟的乳化是借助表面活性劑的定向吸附作用，改變其表面張力，在機械外力的作用下，將石蠟油均勻分散在水中形成水包油型乳化蠟，或是將水均勻分散在石蠟油中形成油包水型乳化蠟。分散相液滴被表面活性劑穩定下來，它們不是自發形成的，它們的性質不僅取決于熱力學條件，而且取決于制備方法和組分的添加順序[5]。石蠟乳化過程中對條件的篩選和把控要求十分嚴格，如乳化的溫度，時間，攪拌的速度，乳化劑的選擇及其HLB值，乳化劑的用量，pH值等，都是決定乳化效果好壞的關鍵因素。Dai等人[6]發現了乳化劑的分子結構對最后形成的乳液液滴粒徑的大小有著很大的關系。Sagitani等[7]人認為乳化劑的合適的HLB值是形成最小液滴乳液的關鍵。關于石蠟的乳化，本文大致將其分為以下四種。

1.1 劑在水相法

將乳化劑加入水中并激烈攪拌，在激烈地攪拌條件下加入石蠟。黃登發，劉嚴華，王峰[8]使用劑在水中法，以Span80、Tween80 這兩種表面活性劑復配后作為乳化劑，其復配最佳比例為m(Span 80)∶m(Tween 80)=6∶1,乳化劑用量為0.07g/mL，在6000r/min下高速攪拌，最終研制成了高穩定性的油包水型石蠟乳液。F.Bouchama ,G.A.van Aken ,A.J.E.Autin ,G.J.M.Koper[9]采用劑在水相法，將2%的表面活性劑溶解在水中，這樣的濃度在水中恰好形成膠束，證明了在攪拌的水相中加入分散相(石蠟油)的體積對相轉變的軌跡有很大的影響。

1.2 劑在油相法

將乳化劑加入到石蠟中加熱熔融并劇烈攪拌，然后在劇烈攪拌的條件下加入水，可以直接制得油包水型乳化蠟。如想要制得水包油型乳化蠟，應向體系中繼續加水，由內相轉變至外相，使得HLB值達到平衡轉相后再繼續乳化。晏軍等[10]使用復合乳化劑HLB值為10.5，乳化劑用量為11%，乳化助劑 HMHEC 濃度為0.6%，采用劑在油相中的乳化方法，得到了平均粒徑為65nm，穩定且沉降率低、封堵率高的高性能乳化蠟。暴軍萍，王靜，李鳳艷等[11]用非離子與陰離子表面活性劑制成復配型乳化劑；乳化劑的使用量為7%、乳化溫度為85～90℃，攪拌速度為1000r/min的條件下采用劑在油中法研制出均勻分散，粒徑較小，穩定存放的石蠟乳液。李財富[12]使用劑在油相法，將表面活性劑溶解在石蠟中，并逐滴滴加水相液體，滴加速度為1.0mL/min。表面活性劑的濃度控制在3.0%～8.0%，最終得到穩定均一的石蠟乳液。黃莉[13]使用劑在油中法，制成了石蠟含量小于50%，乳化劑含量為1.5%，晶核劑含量為2.5%的水包油型石蠟乳液，其粘度適中，儲藏穩定性好，粒徑較小。錢曉琳，王琳[14]使用劑在油相法，以石蠟和潤滑油作為分散相，去離子水作為連續相，以非離子表面活性劑為乳化劑，濃度高于5%，在50℃乳化，得到穩定，粒徑小，易分散，封堵效果好的乳化蠟產品。Liu[15]等人通過調節80/span 80的HLB值，在50℃的HLB 10.1～10.5區域內，得到了粒徑小于200nm的水包油型石蠟納米乳液。

1.3 自然乳化分散法

將乳化劑加入到石蠟油中制成溶液，使用時把溶液投入到一定比例的水中，稍加攪拌制成水包油型乳化蠟。吳迪等[16]通過對馬來酸酐接枝聚乙烯蠟(PEW-g-MAH)接枝共聚物進行皂化改性制備自乳化聚乙烯蠟，通過調整固含量和其他乳化條件，得出當固含量大于30%時，乳化溫度為130℃時，自乳化后的蠟乳液分散良好，能夠保持長期的均一穩定。

1.4 O-D乳化法

乳化劑溶于醇水溶液形成透明的中間相D，加石蠟油增溶形成層狀液晶，繼續加石蠟油形成O-D乳液，加水形成凝膠狀乳液，繼續加水逐漸翻轉形成O/W型微小乳狀液。因為乳化劑在油中溶解度有限，較其他方法，選擇O-D乳化法有助于乳化劑間協同效應及乳化作用的發揮[17]。侯長軍、劉勇[18]等選擇Span80、Tween80 這兩種表面活性劑復配后作為乳化劑，乳化劑HLB值在10.5，用量為30%，乳化時間為30min，乳化溫度為75℃，攪拌速度為1000r/min；在水和石蠟的質量比為2.5的條件下，采用 O-D 乳化法制備出粒徑小，分散良好且常溫穩定的微納米石蠟乳液。

2 結論

研究結果表明了乳化方式對液滴粒徑分布的重要性。通過轉相乳化，可以使油滴分散得很細小均勻[19]，國內外多年來石蠟乳化的發展來看，劑在油相法是應用最多最廣，也是可操作性比較強的一種方法，綜合來看，這種方法可以更改的細節很多，雖然同是劑在油中法，實際操作步驟在很多細節上有不小的差異。石蠟乳化的乳化劑大多選用非離子表面活性劑，單一的非離子表面活性劑的乳化效果不如復配型表面活性劑。但總的來說，劑在油中法和后來改進后的O-D乳化法是比較成熟的乳化方法，用這種方法乳化出的石蠟乳液具有較小的粒徑和良好的應用性能。石蠟乳化無論從近期還是較遠的將來來看，都是一個熱門的研究課題。石蠟的乳化最早在上個世紀五十年代的西方就已經開始研究并日益重視，近年來國內也逐漸開始對石蠟乳化方法進行探究和嘗試。但是較為成熟的乳化蠟產品大多還是出自西方，所以能夠探究出更好的乳化體系和模式，生產出性能優良的乳化蠟產品是目前國內研究人員的共同目標。