乳化硅油的制備研究

任芝秀 張福捐

（許昌學院 化學化工學院，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域獲得了廣泛的應用［3-4］。自20世紀70年代硅油被應用以來，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］。在乳化硅油廣泛應用的推動下，硅油乳化劑的配方研究也在不斷的改進中，方便、低成本、乳液效果更好的乳化劑配方有更廣闊的市場前景。本實驗采用單因素法對硅油的乳化條件進行探究。

1 實驗部分

1.1 主要實驗儀器及試劑

JJ-1定時電動攪拌器，江蘇金壇市中大儀器廠；

HH-S型水浴鍋，鄭州市長城科工貿有限公司；

JJ型精密電子天平，美國雙杰兄弟（集團）有限公司常熟雙杰測試儀器廠；

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），派尼化學試劑廠（鄭州）；

Span-60（AR），津市福晨化學試劑；

Tween-60（AR），天津市福晨化學試劑。

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)定存在的時間。當乳化硅油靜置一段時間后再測其溶解性并比較。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)定存在的時間。

2 結果與討論

2.1 Span-60和Tween-60復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，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鍵。復配型乳化劑在乳化體系中產生協(xié)同效應，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，不同長度和結構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，通過機械強度穩(wěn)定乳狀液［6］。

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

本實驗以Span-60和Tween-60兩種乳化劑復配，復合乳化劑的HLB應和硅油的HLB接近。硅油乳化時所需要的HLB為10.5，Span-60的HLB為4.7，Tween-60的HLB為14.9，當復合后的總的HLB為10.5時，Span-60和Tween-60的配比0.43：0.57，所以實驗時在此比例左右變動來研究硅油的乳化情況，見表1。

表1 乳化劑的配比對乳化硅油的影響

由表1知，當復合乳化劑的HLB值接近10.5時硅油的乳化效果更好，當HLB值偏離10.5較遠時，乳化硅油不穩(wěn)定，容易分層，并且乳化效果不好，有浮油產生。

2.2 乳化劑的用量的選擇

乳化劑的用量會影響乳液粒徑的大小，進而影響乳化硅油的乳化和使用效果。本實驗在乳化劑的用量在硅油量50％的前提下盡可能的降低，實驗結果見表2、表3。

表2 硅油和乳化劑的配比對乳化硅油的影響

表3 硅油和乳化劑的配比對乳化硅油的影響

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

2.3 乳化時間的選擇

硅油乳化過程中采用機械攪拌，從經濟效益考慮，乳化時間越短越好。本實驗采用轉相乳化法，乳化時間分為兩部分：形成油包水相時間t1和形成水包油相時間t2。其結果見表4。

表4 乳化時間對乳化硅油的影響

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

2.4 乳化溫度的選擇

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

表5 溫度對乳化硅油的影響

由表5知，溫度為90℃和85℃時，乳化硅油不穩(wěn)定，易分層，而80℃時的乳化效果較好，當由80℃開始溫度逐漸降低時，乳化硅油越來越不穩(wěn)定，易分層。當降低到70℃時，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℃時乳化效果較好。

2.5 硅油含量對硅油乳化的影響

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。本實驗在硅油含量10％的前提下盡可能提高硅油的含量，其結果見表6。

表6 硅油含量對乳化硅油的影響

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。當硅油含量為30％時，在短時間內乳化硅油可完全溶于水且不分層，但一段時間后溶解性和穩(wěn)定性都下降。當硅油含量為35％時，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，但需要進一步解決其穩(wěn)定性。

3 結論

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的質量比為0.43：0.57）為復合乳化劑，成功制備了乳化硅油。乳化硅油具有很多優(yōu)點，應用廣泛，并且整體的操作工藝比較簡單，乳化設備要求不高，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］.武漢工程學院學報，2003（9）：51-53.

［2］藏傳鋒.紡織有機硅的特點及其應用［J］.染整及紡織化學品，2006（3）：70-74.

［3］陳益，董國明.轉相乳化法制備氨基硅油乳液的研究［J］.有機硅材料，2009，23（2）：86-88.

［4］何壯志，楊玲，林芳，等.雙親型硅油的乳化及其作為皮革手感劑地應用［J］.中國皮革，2006，35（7）：42-44.

［5］劉蕤.高粘度硅油乳液的制備研究［J］.化學工程師，2006（4）：9-11.

［6］李小東，楊原梅，黃飛，等.有機硅微乳液的制備技術［D］.內蒙古呼和浩特：蒙古工業(yè)大學輕工業(yè)與紡織學院，2008，1（25）：9-12.

［7］暴軍萍，李鳳艷，趙天波.硅油乳液的制備及其乳化條件的研究［J］.2009，12（39）：395-398.