穩定石蠟乳液的制備

王海霞，張帥，王然，官昊慧，周子淵，孫中元

（1.中國林業科學研究院華北林業實驗中心 北京九龍山暖溫帶國家森林長期科研基地，北京 102300；2.煙臺市森林資源檢測保護服務中心，山東 煙臺 264001）

由于乳化石蠟具有成膜均勻、使用操作方便等優點，被廣泛應用于諸多行業，如用作環保防水劑［1］、建筑材料的添加劑［2］以及其他應用［3－5］等。因此，石蠟乳液的研制受到人們的廣大關注。石蠟乳液是借助表面活性劑的定向吸附能力，在機械外力作用下形成均勻的含蠟水流體。目前，石蠟乳液的制備過程通過添加助乳劑對石蠟進行處理［6－9］，使其乳液制備工藝相對復雜，乳液組分增加。并存在乳液分散性差，穩定性不佳問題。因此，本實驗采用非離子表面活性劑Span-80和Tween-80復配，制備穩定的石蠟乳液，并考察乳化劑選擇以及其復配比例和乳化條件（乳化溫度、攪拌速度）對乳液性能的影響，以此來確定石蠟乳液的最佳乳化劑及其復配比例和乳化條件。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

JJ-1型精密電動攪拌器（金壇市江南儀器廠）；KDM型調溫電加熱套（山東城華魯電熱儀器有限公司）、HC-3018R高速冷凍離心機（上海虔均科學儀器有限公司），EBS-500X實驗室高剪切乳化均質機（上海易勒機電設備有限公司）。

1.2 實驗藥品

工業級58#石蠟（錦西煉廠），硬脂酸（北京化工廠），三乙醇胺（北京化工廠），吐溫-80（北京化工廠），司班-80（北京化工廠）。

1.3 實驗方法

先將稱量好的石蠟放入四口燒瓶中，在調溫加熱套中溶化，待其全部溶化后，開動攪拌器，依次緩慢加入一定量的復配乳化劑，然后加入熱水，先慢速攪拌使其混合均勻，混合均勻后在在溫度為85 ℃下的乳化機中乳化，乳化反應45 min后，快速用冰冷卻，溫度降至室溫時，將反應液倒出，即得石蠟乳液。

1.4 石蠟乳液性能檢測

1.4.1 離心穩定性的測定

按GB 11543—89進行離心穩定測定，將乳液注入離心管中，在離心機中以4 000 r·min-1的轉速離心15 min，觀察是否分層。

1.4.2 分散性的測定

將乳狀液滴入水中，觀察其在水中的擴散速度，并參照農乳的標準作為參考確定分散等級，共分為五等級，一級最好，五級最差。一級最好，五級最差［10］。一級是在水中能迅速分散，且成帶藍色熒光云霧狀稍加攪動后成藍色或蒼白色透明溶液；二級能迅速自動分散成藍白色云霧狀帶熒光，稍加攪動成藍色半透明溶液；三級為在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；四級為在水中呈白色微粒漂浮在水表面，攪動后仍能成為乳白色不透明的乳液；五級為在水中呈大顆粒浮在水面，攪動后雖能乳化，但立即發生分層且石蠟上浮。

2 結果與討論

由于石蠟乳液是借助乳化劑的定向吸附能力，同時在機械外力的作用下才能形成均勻既含蠟也含水的流體。由此可知：乳化劑的選擇對石蠟乳液穩定性影響較大，乳化條件中乳化速率和乳化溫度對石蠟穩定性影響較大。因此，主要考察了乳化劑，乳化條件中的攪拌速度和乳化溫度對石蠟穩定性的影響。

2.1 乳化劑的選擇

乳化劑選用通常用能夠溶于或分散于油相并且親水疏水平衡值（HLB）為依據[11]，其值與原料蠟乳化所需的HLB值(9～12)相近，乳化劑的親油基與蠟分子結構越相似，彼此間的親合性就越好。以58＃石蠟為研究對象，根據前期探索性實驗所得出：乳化劑用量一般為乳液質量的20%～25%，以及乳化水用量為乳液質量為70%～80%時乳化效果極佳的基礎上，將選用乳化劑、乳化水和石蠟的用量分別為乳液質量的20%、70%和10%。乳化條件為攪拌速度為800 r·min-1，乳化溫度為85 ℃，乳化時間為40 min，為了確定不同乳化劑對制得的乳液的乳化效果。考察了吐溫-80（Tween-80）、司班-80（Span-80）、硬脂酸鈉、三乙醇胺等常見乳化劑對石蠟的乳化效果，其結果如表1所示。

表1 不同乳化劑對乳液性能的影響

由表1可知，單一乳化劑制備的石蠟乳液易分層，乳化效果差，因此選用兩種乳化劑進行復配。由span-80、Tween-80復配的乳化劑制得石蠟乳液穩定性、分散性較好，本實驗選用Tween-80和Span-80作為復配乳化劑。

2.2 復合乳化劑的配比

乳化劑的復配比例根據公式：

其中：HLBs—蠟乳化所需的HLB值；

HLBA—司班-80的HLB值；

HLBB—吐溫-80的HLB值；

a%—司班-80的比例。

從表2中可以看出：復配乳化劑的配比為3∶4制備出的乳液的穩定性好。

表2 不同乳化劑配比對乳液性能的影響

2.3 乳化條件的確定

2.3.1 乳化溫度

穩定石蠟乳液的制備主要的影響因素之一為乳化溫度，因此，通過測試在不同溫度（75 ℃、80 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃）下制備的石蠟乳液的穩定性、在水中的分散性，來確定其乳化效果極佳的乳化溫度。

從表3中可以看出：乳化溫度過低，乳化不徹底，乳化溫度過高，乳化效果不太理想，同時，能耗相對較大乳化溫度為85～90 ℃，所制得的石蠟乳液離心穩定性好。因此，選用乳化溫度為85～90 ℃。

表3 不同乳化溫度對乳液穩定性的影響

2.3.2 攪拌方式

由于混合乳液各組分時，攪拌速度不宜太快，太快會產生大量泡沫，不利用后期乳化，攪拌速度太慢，耗時浪費能源，乳化反應時需要攪拌速度快一些，因此，不同攪拌方式對乳液乳化效果見表4。

表4 不同乳化溫度對乳液穩定性的影響

從表4中可以看出：在其他實驗條件不變的情況下，攪拌方式采用先慢后快的攪拌方式制得的石蠟乳液穩定性好。

2.3.3 攪拌速度

乳液制備過程中，攪拌速度對其乳液穩定性也有一定的影響，因此分別考察不同的攪拌速度對其的影響。其結果見表5。

表5 不同攪拌速度對乳液穩定性的影響

從表5中可以看出：攪拌速度太低乳化效果不好，攪拌速度太高，容易產生泡沫。因此本實驗選用攪拌速度為攪拌速度為先 200 r·min-1后800 r·min-1，制得的乳液的離心穩定性較好。

3 結 論

采用劑在油中法制備穩定的石蠟乳液，其乳化劑為Span-80和Tween-80復配乳化劑，復配比例為3∶4；乳化條件為：反應溫度為85～90 ℃，攪拌方式為先慢后快，攪拌速度為先 200后800 r·min-1，制備的穩定的石蠟乳液，擬在植物越冬保護中應用，為其研究提供一定的理論基礎。