乳化蠟制備實(shí)驗(yàn)研究

毛源 葛際江 唐存知 顧愛軍

(1.中石化勝利油田分公司河口采油廠，山東 東營 257200;2.中國石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266555)

乳化蠟在高檔皮革、家用電器、家具、汽車及地板的打蠟等方面有著廣泛的用途［1-2］。21世紀(jì)50年代，美浮石油公司開始研究乳化;至60年代，美國己普遍使用乳化蠟［3-4］;70年代，英國、聯(lián)邦德國、日本也開始研究應(yīng)用乳化蠟［5-6］。我國研究開發(fā)乳化蠟較晚，時效天等曾用天然動物蠟制得乳化蠟，但成本較高。直到目前，我國研制的蠟品種和規(guī)格較少［7-8］，加快研究適合于我國的低成本優(yōu)質(zhì)乳化蠟的問題應(yīng)引起重視［9-10］。本次研究在這方面予以嘗試。

1 實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

實(shí)驗(yàn)儀器包括:超級恒溫水浴;電動攪拌器;冰箱。

實(shí)驗(yàn)材料與藥品包括:碳酸鈉(分析純);硅酸鈉(分析純);氯化鈉(分析純);正丁醇(分析純);油酸鈉(工業(yè)品);聚氧乙烯烷基醇醚-8(工業(yè)品);烷醇酰胺(工業(yè)品);油酸鈉三乙酰胺(自制);石蠟;蜂蠟;蓖麻油;花生油。

2 試驗(yàn)方法

2.1 振蕩乳化法

在10 mL試管中加入5 mL石蠟和5 mL乳化劑的水溶液。手持試管左右振蕩100次，將制成的乳狀液放在水浴中，觀察各相分離情況?？梢杂谜袷幦榛▽θ榛瘎┻M(jìn)行初步的篩選。

2.2 攪拌器攪拌乳化

可以采用圖1所示的裝置對石蠟進(jìn)行乳化。

圖1 電動攪拌乳化石蠟裝置

將一定量的乳化劑水溶液和石蠟放在超級恒溫水浴中，保持恒溫70℃，勻速攪拌一定時間，制成穩(wěn)定的乳狀液。通過評價乳化蠟的穩(wěn)定性及其在熱水中的分散情況，即可篩選出制備乳化蠟的最佳配方。

2.3 乳化蠟穩(wěn)定性的測定

在錐形管中放入10 mL乳化蠟，置于70℃的水浴中，觀察2 h后析出水的體積。析出水越少，表明乳化蠟越穩(wěn)定。

2.4 乳化蠟水溶性的測定

優(yōu)質(zhì)乳化蠟在熱水中溶解后，長時間內(nèi)不會析出蠟的晶體。我們可以通過測定析出蠟晶體的量，判斷乳化蠟的好壞。

在100 mL的70℃熱水中放入5 g乳化蠟，攪拌，溶解，兩天后用200目篩網(wǎng)過濾。將分離出的蠟晾干，稱量。

3 實(shí)驗(yàn)討論

合格的乳化蠟，可以在熱水中形成均勻、穩(wěn)定的水包油乳狀液。在此依照這個原則，對乳化蠟的制備進(jìn)行研究。

3.1 乳化蠟配方

3.1.1 乳化劑的選擇

制備乳化蠟，關(guān)鍵是選擇合適的乳化劑。石蠟乳化的最佳HLB值為10左右［11-12］，選擇該范圍的表面活性劑進(jìn)行研究。表1所示為待研究的表面活性劑數(shù)據(jù)。

表1 待研究的表面活性劑

以上10種表面活性劑均為非離子表面活性劑。選擇乳化劑濃度5%，將加進(jìn)5 mL蠟和5 mL乳化劑的水溶液在試管中振蕩100次，在70℃水浴中放置2 h后?？梢杂^察到，每種乳化液最后分為3相，中相體積越大乳化劑的效果也越好。試驗(yàn)結(jié)果表明，烷醇酰胺和油酸三乙醇胺的效果較好。

將表面活性劑進(jìn)行復(fù)配。復(fù)配的表面活性劑體系HLB為10。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，烷醇酰胺和油酸三乙醇胺復(fù)配后，產(chǎn)生了較好的協(xié)同效應(yīng)，乳化效果明顯提高。因此，可以選擇烷醇酰胺和油酸三乙醇胺的復(fù)配體系作為石蠟乳化劑。

3.1.2 原料的選擇

乳化蠟的基本原料有礦物蠟(石蠟、微晶蠟)、植物蠟和動物蠟。石蠟具有較好的干性、光澤性和透明性等優(yōu)點(diǎn)，但較脆。而微晶蠟則柔韌性好，但光澤變化較大。動物蠟雖然韌性好，但價格高。

從乳化的角度看，石蠟、微晶蠟較難乳化，其乳狀液穩(wěn)定性也較差，而蜂蠟和蒙旦蠟則較易乳化，并且乳狀液穩(wěn)定［13-14］。

選擇石蠟和蜂蠟為乳化蠟的主要原料，以烷醇酰胺和油酸三乙醇胺為乳化劑(HLB值為10，濃度為5%)，制得乳化蠟，結(jié)果見表2。

表2 原料對乳化蠟性能的影響

從表2可以看出，原料中加入少量蜂蠟所制的乳化蠟，穩(wěn)定性和它在熱水中的分散性大大提高。峰蠟之所以能改善乳化蠟的性能，這與蠟的不同構(gòu)成有關(guān)。石蠟是烴類，而蜂蠟是高級脂肪酸的甘油酯，本身具有一定的表面活性，可以在乳化劑柵欄之間排列，增強(qiáng)乳化層的厚度;而它的親油端由于和烴有較好的配伍性，使界面張力降低。由此判斷，在石蠟中加入少量蜂蠟后可以提高乳化蠟的性能。

3.1.3 助劑的選擇

助劑是能提高乳化蠟性能，價格比較便宜的物質(zhì)。對兩類助劑進(jìn)行研究，一類是醇類，其用量為總體積的10%，表3是在不同的乳化劑中加入醇后，所形成的乳狀液2 h時的中相體積。

表3 醇對乳化劑的協(xié)同效應(yīng) mL

從表3可以看出，雖然正丁醇對烷醇酰胺的乳化以及正丙醇對油酸三乙醇胺的乳化有增效作用，但效果不比單獨(dú)的油酸三乙醇胺和烷醇酰胺好，并且和復(fù)合乳化劑有負(fù)協(xié)同效應(yīng)。因此，又考察了花生油等其他乳化劑，結(jié)果如表4所示。

從表4所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，乳化蠟中加入一定的蓖麻油，可以大大提高乳化蠟的穩(wěn)定效果。因此，選擇烷醇酰胺和油酸三乙醇胺為乳化劑，蓖麻油為助劑，石蠟和蜂蠟為原料制備乳化蠟。

表4 植物油對乳化蠟的影響

3.2 乳化蠟配方的優(yōu)化

設(shè)計(jì)L9(34)正交表，試驗(yàn)中石蠟和蜂蠟的總量為50%。以乳化蠟的穩(wěn)定性和乳化蠟的水溶性為指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗(yàn)。得到下列配方:油酸三乙酸醇胺(3.5%)+烷醇酰胺(0.5%)+石蠟∶蜂蠟(3∶3，50%)+蓖麻油(7.5%)。

3.3 乳化工藝

乳化蠟的質(zhì)量不僅取決于乳化蠟的配方［15］，還取決于乳化工藝，如加料方式、攪拌速度、攪拌時間、乳化蠟的冷卻方式等。

3.3.1 加料方式

在熔融的蠟中加入乳化劑和助劑，低速攪拌均勻，然后加入一定量的水，攪拌制成乳化蠟。

3.3.2 攪拌速度和時間

攪拌速度越快，顆粒分散越細(xì)，采用攪拌器的最高速度200 r/min進(jìn)行攪拌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，攪拌存在一個最佳的攪拌時間，當(dāng)攪拌為15 min時，制成的乳化液比較穩(wěn)定，在熱水中分散得好，水層表面無蠟?zāi)ぁ?/p>

3.3.3 冷卻方式

乳化蠟制成以后，冷卻即為白色的固體。冷卻速度不同，制得的固體乳化蠟在熱水中的分散性能就不一樣。實(shí)驗(yàn)證明，將制得的乳化蠟急劇冷卻得到的固體，在水中分散得最好(均勻無蠟?zāi)の龀?。

4 結(jié)語

研究中用石蠟和蜂蠟作為原料，烷醇酰胺和油酸三乙酸胺為乳化劑，蓖麻油為助劑，可制得性能良好的乳化蠟。其配方組成為:石蠟，41.7%;蜂蠟，8.3%;蓖麻油，7.5%;油酸三乙酸醇胺，3.5%;烷醇酰胺，0.5%;水，37.5%。

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

［2］王篤政，馮國琳，李仕強(qiáng)，等.乳化蠟的研究及應(yīng)用［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2012，13(6):52-55.

［3］王萬林，史建公.多用途乳化蠟制備工藝研究［J］.中外能源，2008，13(3):10-17.

［4］李風(fēng)艷，趙天波.多功能.高附加值乳化蠟產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用［J］.精細(xì)化工，1997，14(1):35-38.

［5］周大維，王坤.多功能乳化蠟的制備［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11(7):1613-1616.

［6］李小瑞，沈一丁，馮海明，等.皮革白色乳化蠟的制備及應(yīng)用性能［J］.日用化學(xué)工業(yè)，1991(4):9-11.

［7］李干佐，郭榮.微乳液理論及其應(yīng)用［M］.第1版.北京:石油工業(yè)出版社，1995:54.

［8］陳文藝，宮召君，段寧寧.新型多用途乳化蠟制備研究［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2010，23(3):48-51.

［9］林民，王賢清.石蠟微小乳化液的制備研究(Ⅰ)［J］.石油與天然氣化工，1998，27(1):25-27.

［10］林民，汪燮卿，王賢清.石蠟微小乳化液的制備研究(Ⅱ)［J］.石油與天然氣化工，1998，27(2):96-99.

［11］時效天，王有梁，王榮華，等.皮革用蠟乳液的研究［J］.中國皮革，1990(5):28-31.

［12］馮國琳.皮革涂飾乳化蠟的研究進(jìn)展［J］.西部皮革，2012，34(8):22-25.

［13］劉起峰，李文君，何承濤，等.木材加工用乳化蠟的研制試驗(yàn)［J］.長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，3(3):32-34.

［14］李夢，商平，劉美榮.乳化石蠟的制備與應(yīng)用［J］.天津化工，2010，24(4):13-15.

［15］錢佃存，王奎才，楊洪.鉆井液用陽離子乳化石蠟的制備與性能［J］.油田化學(xué)，2009，26(3):238-241.