乳化劑對蠟乳液穩(wěn)定性的影響

黃益操，邵國強

(浙江外國語學院科學技術(shù)學院，浙江杭州310012)

1 引言

蠟按照其來源可分為天然蠟和合成蠟.天然蠟包括動物蠟、植物蠟、礦物蠟，如石蠟、巴西棕櫚蠟等;合成蠟主要是聚合反應合成的聚烯烴蠟，如聚乙烯蠟、聚丙烯蠟等.以蠟為原料，將其與乳化劑及適當?shù)恼{(diào)節(jié)劑經(jīng)乳化反應制成的固—油—水多相分散體系的穩(wěn)定乳狀液稱為蠟乳液，又叫乳化蠟，是一種重要的特種蠟產(chǎn)品，應用十分廣泛［1］.

穩(wěn)定的蠟乳液外觀為半透明或白色粘稠狀，pH值為6～10，放置不分層無沉淀［2］.從20世紀50年代開始，國外就開展了蠟乳液的研究開發(fā)和應用工作.目前，發(fā)達國家的蠟乳液產(chǎn)品已形成系列，美國Mobil公司已開發(fā)100多個品種的蠟乳液產(chǎn)品，生產(chǎn)和應用都有相當規(guī)模，它生產(chǎn)的蠟乳液具有粒徑小、乳液穩(wěn)定、使用效果好等優(yōu)點，應用廣泛.隨著對蠟乳液的應用領域的研究不斷深入，乳化蠟生產(chǎn)已向多種類、精細化方向發(fā)展，在追求高技術(shù)含量、高附加值的同時，形成了品種齊全的特種蠟體系.如納米蠟乳液具有成膜性好、成膜致密、表面光潔、光澤度好和干擾性表面活性劑用量少等優(yōu)點.國內(nèi)對蠟乳液的研究開發(fā)工作起步較晚，與國外相比，蠟乳液的研究與生產(chǎn)還處于起步階段，主要表現(xiàn)在品種少、質(zhì)量差、規(guī)模小，不能滿足各行業(yè)生產(chǎn)的需要，部分蠟乳液品種還需依靠進口［3］.

蠟乳液主要有兩種類型，即W/O和O/W型.乳液的類型與乳液組成有關，當油相體積分數(shù)大于74.02%時，只能形成W/O型乳液;如果油相體積分數(shù)小于25.98%，則只能形成O/W型乳液;當油相體積分數(shù)在25.98%～74.02%時，則O/W型和W/O型乳液均可能生成.在實際應用中，所使用的蠟乳液大多數(shù)為O/W型.而乳化石蠟的生產(chǎn)工藝中最關鍵的是乳化方法.蠟乳液制備方法主要有:一是劑在水中法，將乳化劑直接溶于水中，在激烈的攪拌條件下將蠟溶于水中制備O/W型乳液，若繼續(xù)加入油相則可得W/O乳液.二是劑在油中法，將乳化劑溶于蠟中，然后將水直接加入溶有乳化劑的蠟中制備W/O乳液，若繼續(xù)加入水則可得O/W乳液.三是輪流加液法，將水和蠟交替加入乳化劑中，每次只加少量.四是初生皂法，將脂肪溶于蠟中，將堿溶于水中，在強烈攪拌下將兩溶液混合，可得到乳狀液.第五種方法叫轉(zhuǎn)相溫度乳化法，即在相轉(zhuǎn)變溫度附近進行乳化［4］79.

親水親油平衡值(Hydrophilic Lipophilic Balance，簡稱HLB)是一個用來衡量表面活性劑分子中的親水部分和親油部分對其性能所作貢獻大小的物理量.乳化劑的選擇通常以HLB值為依據(jù)，可選擇與蠟乳液的HLB值(9～12)相近的乳化劑作為最佳乳化劑.在實際應用中，如單一的乳化劑不能滿足要求，可選用HLB值不同的表面活性劑復配使用［4］80.

雖然蠟乳液易與其他物質(zhì)的水溶液或乳狀液復合使用，并且具有無毒無腐蝕性、生產(chǎn)工藝簡單、使用方便和價格便宜等優(yōu)點.但常常因其穩(wěn)定性不夠好，從而影響了蠟乳液的貯存和使用.影響蠟乳液穩(wěn)定性的因素很多，如蠟性質(zhì)、乳化劑選擇、乳液中蠟含量、乳化溫度、攪拌的速度等等.本文以聚乙烯蠟(PE蠟)為原料，探索了影響蠟乳液穩(wěn)定性的因素，制得了性能較好的聚乙烯蠟乳液.

2 主要實驗儀器與試劑

儀器有真空干燥箱、智能集熱式恒溫加熱磁力攪拌器和臺式離心機.

試劑有聚乙烯蠟(熔程大約在110～125℃);十二烷基硫酸鈉(SDS，分析純，無錫市晶科化工有限公司);吐溫80(Tween-80，分析純，浙江溫州清明化工廠);斯盤80(Span-80，分析純，上海凌峰化學試劑有限公司);單硬脂酸甘油酯(分析純，青島裕凱鑫化工貿(mào)易有限公司).

3 聚乙烯蠟乳液的探索性實驗

在閱讀了一些文獻之后，發(fā)現(xiàn)Span-80和Tween-80為蠟乳液制備過程中使用較多的兩種乳化劑.Liu Weirong等用8%的Span-80與Tween-80的復配乳化劑制得固含量為20%的蠟乳液［5］;郭艷新等用12%的復配乳化劑制得固含量為20%的蠟乳液［6］;郭澤軍等用Span-80、Tween-80、硬脂酸和三乙醇胺進行復配制得了蠟乳液［7］;朱升干等研究了非離子型蠟乳液的制備工藝，他們發(fā)現(xiàn)由Span-80和Tween-80復配的最佳用量為蠟乳液的10%［8］.因此，實驗使用以Span-80和Tween-80為主要乳化劑的復配體系.

3.1 聚乙烯蠟乳液的合成工藝

實驗采用劑在油中法制備蠟乳液.將一定量的聚乙烯蠟加入到三口燒瓶中，加熱到120℃將其熔化，再滴加一定配比的表面活性劑.在物料全部熔融的條件下，打開攪拌器，使蠟與表面活性劑均勻分散到體系完全透明.然后，在攪拌下滴加已經(jīng)加熱至沸騰的水，形成W/O型乳液，繼續(xù)加水攪拌轉(zhuǎn)相形成O/W型蠟乳液，在85℃下乳化90min，得到穩(wěn)定的聚乙烯蠟乳液.

3.2 結(jié)果與討論

3.2.1 乳化劑用量對穩(wěn)定性的影響

由于乳化劑的用量對于乳化效果的影響較大，所以實驗在乳化溫度為85℃、乳化時間為90min和攪拌速度為1000r/min的條件下采用熔蠟中先加乳化劑再加水的方法，對復合乳化劑(Span-80∶Tween-80=1∶1)用量分別占用蠟的10%、15%、20%、25%、30%和35%的乳液乳化效果進行了探究.乳化劑的用量對蠟乳液穩(wěn)定性的影響見表1.

表1 乳化劑用量對蠟乳液穩(wěn)定性的影響

從表1可見乳化劑用量對乳液的穩(wěn)定性影響還是比較大的.乳化劑用量過少穩(wěn)定性差;乳化劑用量過多，雖然可以降低界面的張力，但泡沫增多，黏度增大，乳化效果反而不好.可見，乳化劑的用量可選擇在蠟質(zhì)量的20%～25%.

3.2.2 Span-80與Tween-80復配對穩(wěn)定性的影響

稱取4g聚乙烯蠟，用Span-80與Tween-80復配成不同的HLB值來乳化該蠟.加入方式為在熔蠟中先加乳化劑再加水，乳化溫度設定為85℃，得到了表2中幾種乳化結(jié)果.

表2 Span-80與Tween-80復配對蠟乳液穩(wěn)定性的影響

復配乳化劑體系HLB值的計算公式是:HLB=HLBA×A%+HLBB×B%+HLBC×C%.上述實驗為兩種乳化劑復配，乳化劑A為Span-80，HLB值為4.3;乳化劑B為Tween-80，HLB值為15.由表2可以看出，實驗聚乙烯蠟的合適乳化HLB計算值在12左右.

3.2.3 三組分乳化劑復配對穩(wěn)定性的影響

為了進一步探索乳化劑對蠟乳液穩(wěn)定性的影響情況，實驗在Span-80與Tween-80復配中再加入第三組分乳化劑，分別補加入單硬脂酸甘油酯(下文簡稱MST)和十二烷基硫酸鈉(下文簡稱SDS)與其復配，加入方式仍為在熔蠟中先加乳化劑再加水，乳化溫度設定為85℃，實驗得到了較好的效果(見表3).

表3 三組分乳化劑復配對蠟乳液穩(wěn)定性的影響

由表3所得的實驗數(shù)據(jù)可知，分別加入MST(HLB=3.8)和SDS(HLB=40)的復配乳化劑制備的蠟乳液穩(wěn)定性均有提高.在HLB值相同的情況下，加入SDS進行復配的乳化效果比加入MST的效果要更好一些.使用Span-80、Tween-80和SDS三元復配獲得HLB計算值為12.15的乳化體系，乳化劑用量為實驗蠟質(zhì)量的20%，乳化溫度控制在85℃，乳化時間為90min，攪拌速度為1000r/min，可制備出穩(wěn)定性較好的聚乙烯蠟乳液.

4 結(jié)論

通過上述實驗，我們初步可以得出以下結(jié)論:第一，非離子乳化劑和陰離子乳化劑復配往往能獲得更好的乳化效果.第二，乳化體系的HLB值控制在12左右，更有利于乳化的進行.第三，乳化劑的用量需控制，過多或過少都不利于蠟乳液的穩(wěn)定性.此外，實驗還發(fā)現(xiàn)乳化溫度和攪拌速度對蠟乳液的制備有影響.

［1］易華.乳化蠟的發(fā)展及應用前景［J］.油氣田地面工程，2006，25(6):58-59.

［2］唐安江，張秀華，高珊珊，等.討論影響乳化蠟穩(wěn)定性的因素［J］.貴州化工，2010，35(2):34-36.

［3］易華，張欣，李衛(wèi)宏，等.蠟乳液的研究及其應用［J］.哈爾濱師范大學自然科學學報，2006，22(2):100-103.

［4］王萬林，史建公.國內(nèi)乳化蠟的研究及應用進展［J］.精細石油化工，2008，25(2).

［5］LIU W R，SUN D J，LI C F，et al.Formation and stability of paraffin oil-in-water nano-emulsions prepared by the emulsion inversion point method［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2006，303(2):557-563.

［6］劉艷新，趙傳山，韓玲.影響石蠟乳化的因素［J］.造紙科學與技術(shù)，2004，23(4):35-37.

［7］郭澤軍，李會鵬，沈鍵，等.非離子石蠟乳液的研究［J］.化學工業(yè)與工程，2008，25(5):414-418.

［8］朱升干，朱春燕，鄭典模.非離子型蠟乳液的制備工藝［J］.化工中間體，2010(4):55-59.