脂肪醇乳液消泡劑的制備及性能研究

劉楊 單珍 曹添

摘要：以脂肪醇為主要原料制備脂肪醇乳液消泡劑，通過不同碳數(shù)脂肪醇混合比例、乳化劑選擇、乳化劑用量研究了脂肪醇乳液的消泡和抑泡性能、乳液粒徑以及儲存穩(wěn)定性。結果表明，以脂肪醇總質量100 g計，C16醇∶C18醇∶C22醇的質量比為30∶50∶20，在兼顧原材料成本的同時，制備的消泡劑具有較好的消泡和抑泡性能；乳化劑中單硬脂酸甘油酯 、平平加O-30 、十二烷基苯磺酸鈉的用量比為6%∶1%∶1.5%，脂肪醇與乳化劑的用量比為90%∶10%時，制備的脂肪醇乳液具有較好的儲存穩(wěn)定性；粒徑分布對制備的脂肪醇乳液穩(wěn)定性不起決定性影響，且溫度在5～40℃范圍的儲存條件下，脂肪醇乳液在40℃儲存時穩(wěn)定性最差。

關鍵詞：造紙；脂肪醇乳液；消泡劑；穩(wěn)定性

中圖分類號：TS727+.2

文獻標識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.08.004

在紙機濕部，根據(jù)不同紙種會用到施膠劑、助留劑、助濾劑、增強劑等具有表面活性的助劑[1]，在白水封閉循環(huán)過程中很容易產生氣泡，氣泡的存在對紙張有很大的影響，如施膠效果差以及紙面出現(xiàn)斑點、透光點和小孔等紙病，甚至引起斷紙，且容易使泵的運行效率下降，增加能耗[2]。造紙濕部助劑屬于高分子表面活性劑，它們在造紙濕部中生成的氣泡比較小，表面能比較大，容易吸附到細小纖維的表面，不容易脫除[3]。造紙濕部用的消泡劑根據(jù)組成成分可以分為本體型和乳液型，本體型指的是改性聚醚，乳液型指的是脂肪醇乳液。對比兩類消泡劑的市場價格和對紙張施膠、成品紙質量的影響，脂肪醇乳液型消泡劑均占有絕對的市場優(yōu)勢[4-6]。因此，脂肪醇乳液深受學者和用戶的青睞。

脂肪醇乳液主要是由合成脂肪醇制備的，但是合成脂肪醇的價格是制約脂肪醇乳液大規(guī)模發(fā)展的主要因素之一。廣大學者都想通過天然醇來解決問題，但天然醇制備的乳液一般都不穩(wěn)定，或需要通過昂貴的乳化劑和復雜的工藝來改善穩(wěn)定性，不利于實現(xiàn)工業(yè)轉化[7-10]。本研究以天然脂肪醇為原料，通過常規(guī)的乳化工藝和市場易購的乳化劑制備脂肪醇乳液，通過研究不同碳數(shù)脂肪醇的混合比例、乳化劑用量以及脂肪醇與乳化劑的比例，制得了消泡和抑泡性能較好且穩(wěn)定的乳液。

1實驗

1.1實驗原料

平平加O-30，工業(yè)級，上海錦山化工有限公司；單硬脂酸甘油酯（GMS） ，工業(yè)級，江蘇省海安石油化工廠；十二烷基苯磺酸鈉（LAS），分析純，上海盛眾精細化工有限公司；十六醇（C16醇）、十八醇（C18醇）、二十二醇（C22醇），工業(yè)級，Cognis；羧甲基纖維素鈉（CMC），分析純，山東寧津爍豐纖維素有限公司。

1.2實驗儀器

激光粒徑儀POP-VI，珠海歐美克科技有限公司；NDJ-8型數(shù)顯黏度儀，上海恒平科學儀器有限公司；高速分散機，上海微特電機有限公司；循環(huán)鼓泡測試儀，江蘇四新科技應用研究所股份有限公司。

1.3脂肪醇乳液消泡劑的制備

將C16醇、C18醇、C22醇、GMS、平平加O-30、LAS按比例加入到燒杯中，升溫至80℃，用高速分散機以轉速1000 r/min進行混合，緩慢滴入80℃熱水，加入CMC，保溫30 min，冷卻至室溫，即得脂肪醇乳液消泡劑。

1.4脂肪醇乳液消泡劑的性能測試

1.4.1消泡和抑泡性能測試

向循環(huán)鼓泡測試儀中加入600 mL箱紙板白水（江蘇某造紙廠5#紙機箱紙板白水），加熱至40℃，在8 L/min的流量下，進行循環(huán)鼓泡，當泡沫高度達到1000 mL時，加入10 μL消泡劑，記錄泡沫高度隨著時間的變化規(guī)律，泡沫高度最低點越低說明消泡劑的消泡率越高，達到同一刻度所需的時間越長，說明消泡劑的抑泡性能越好。

1.4.2穩(wěn)定性測試

（1）將制備的脂肪醇乳液分成3份，分別在5℃、25℃、40℃下放置1個月進行黏度跟蹤測試。采用NDJ-8型數(shù)顯黏度儀測試黏度，測試條件為2#轉子，30 r/min。

（2）選擇對脂肪醇乳液儲存穩(wěn)定性影響較大的因素，測定此因素下制備的乳液粒徑分布情況，分析粒徑分布情況與乳液儲存穩(wěn)定性的關系。

2結果和討論

2.1不同碳數(shù)脂肪醇混合質量比對脂肪醇乳液消泡和抑泡性能影響

為了得到最佳脂肪醇的混合比例，按照表1所示的A～I的脂肪醇組合比例，按照1.3的方法制備了EA～EI 共9種乳液，這9種乳液在40℃箱紙板白水中的消泡和抑泡性能如表2所示。

從表2可以看出，單獨的C16醇和單獨C22醇制備的乳液在40℃箱紙板白水中消泡和抑泡效果均無單獨C18醇制備乳液的效果好；另外，C18醇與C16醇混合或C18醇與C22醇混合制備的乳液在40℃箱紙板白水中消泡和抑泡效果均較單獨C16醇或單獨C22醇制備的乳液有所提高，但效果仍無單獨C18醇制備的乳液好；同時，C16醇、C18醇、C22醇三者復配制備的脂肪醇乳液，以天然脂肪醇總質量100 g計，C16醇∶C18醇∶C22醇質量比為20∶50∶30和 30∶50∶20時，消泡和抑泡效果均明顯較單獨C18醇制備的乳液好，考慮C22醇市場價格較高，故選擇C16醇∶C18醇∶C22醇質量比為30∶50∶20較佳。

2.2乳化劑用量對脂肪醇乳液穩(wěn)定性的影響

2.2.1GMS對脂肪醇乳液穩(wěn)定性影響

以混合脂肪醇總質量100 g為基準、平平加O-30用量為 1%、LAS 用量為1.5%時，GMS的用量分別為3%、6%和9%，制備了脂肪醇乳液，其中GMS用量9%時，制備的乳液初始黏度為3500 mPa·s，乳液流動性很差；GMS用量分別為3%和6%的實驗結果如圖1所示。

GMS用量9%時，制備的脂肪醇乳液初始黏度很大，這是因為GMS的HLB值較低，乳化能力較強，用量過多會使乳液乳化過度而導致黏度大。從圖1可知，GMS用量為3%時，制備出的脂肪醇乳液40℃放置3周黏度也變得很大，這是由于GMS用量過少時，不能很好地包裹脂肪醇顆粒，而且40℃下儲存，加劇了粒子的布朗運動，使脂肪醇顆粒更加容易聚集而導致黏度變大。研究發(fā)現(xiàn)，當GMS用量為6%時，制備出的脂肪醇乳液在5℃、25℃和40℃下儲存1個月，黏度變化均較小。

圖2所示為不同GMS用量制備的乳液粒徑分布情況。從圖2中可以看出，GMS用量為3%和6%時制備的乳液初始粒徑相似。而從圖1中可以得知，GMS用量3%時制備的乳液在40℃的條件下放置3周后，乳液的黏度變得很大；GMS用量6%時制備的乳液較穩(wěn)定，這說明乳液的粒徑分布對儲存穩(wěn)定性不起決定性作用；同時，GMS用量3%時制備的乳液在40℃放置3周后乳液粒徑較初始粒徑有所增大，但粒徑變化幅度與黏度變化幅度間的關系有待進一步研究。

2.2.2LAS用量對脂肪醇乳液穩(wěn)定性影響

以混合脂肪醇總質量100 g為基準，平平加O-30用量1%、GMS用量6%時， LAS用量分別為0、1.5%、3%和4.5%，制備了脂肪醇乳液，其中4.5%用量LAS制備的乳液初始黏度只有150 mPa·s，儲存過程分層，其余實驗結果如圖3所示。

由圖3可以看出，隨著LAS用量的提高，脂肪醇乳液的初始黏度減小。不添加LAS制備的脂肪醇乳液25℃放置黏度呈上升趨勢，且40℃放置4周黏度變得很大，而LAS用量1.5%～3%制備的脂肪醇乳液較穩(wěn)定（用量達到4.5%時，導致乳液的初始黏度過小而在儲存過程分層，可以通過調節(jié)CMC的用量來調節(jié)脂肪醇乳液的初始黏度）。這是因為LAS屬陰離子表面活性劑，其在脂肪醇顆粒表面形成一層陰離子電荷保護膜，使相鄰的脂肪醇顆粒表面因帶有同種電荷而相斥，不易聚集而穩(wěn)定。

2.2.3平平加O-30對脂肪醇乳液穩(wěn)定性影響

以混合脂肪醇總質量100 g為基準、LAS用量為 1.5%、GMS用量為6%時，平平加O-30用量分別為0.5%、1%、2%、3%的情況下，制備了脂肪醇乳液，其中平平加O-30用量為0.5%時，制備不出脂肪醇乳液，其余實驗結果如圖4所示。

當平平加O-30用量為0.5%時，制備不出乳液，這是因為平平加O-30用量過少，乳化能力不足，導致乳化過程不能由W/O轉相為O/W。平平加O-30用量在1%～3%范圍，隨著用量的增加，脂肪醇乳液的初始黏度有所增加，但不影響脂肪醇乳液在各溫度下的儲存穩(wěn)定性。

2.2.4乳化劑和脂肪醇的配比對脂肪醇乳液的影響

固定混合脂肪醇中C16醇∶C18醇∶C22醇的質量比為30∶50∶20，以混合脂肪醇總質量100 g為基準，固定混合乳化劑中GMS、平平加O-30、LAS的用量比為6%∶1%∶1.5%，脂肪醇與乳化劑的用量比分別為95%∶5%、90%∶10%和85%∶15%的情況下，制備脂肪醇乳液，實驗結果如圖5所示。

由圖5可以看出，脂肪醇與乳化劑用量比為95%∶5%時，制備的乳液25℃放置4周黏度呈上升趨勢，而這種上升趨勢在40℃下儲存更為明顯。其原因同樣是因為乳化劑用量較低時，乳化劑不能很好地包裹脂肪醇顆粒，而且40℃下儲存，加劇了粒子的布朗運動，使脂肪醇顆粒更加容易聚集而導致黏度變大。而脂肪醇與乳化劑用量比為90%∶10%和85%∶15%時，制備的乳液黏度在各儲存溫度下均波動較小，結合消泡和抑泡性能考慮，選擇脂肪醇與乳化劑的用量比為90%∶10%較為合適。

3結論

3.1 以市場價格低廉的C18醇為主要原料制備脂肪醇乳液消泡劑，單獨C16醇或單獨C22醇制備的脂肪醇乳液對40℃箱紙板白水中的消泡和抑泡性能無明顯改善作用，以脂肪醇總質量100 g為基準，C16醇∶C18醇∶C22醇三者質量比為30∶50∶20制備的脂肪醇乳液消泡劑，能兼顧到消泡和抑泡性能及經濟價值。

3.2以脂肪醇總質量100 g為基準，乳化劑中單硬脂酸甘油酯、平平加O-30、十二烷基苯磺酸鈉的用量比為6%∶1%∶1.5%，且脂肪醇與乳化劑用量比為90%∶10%制備的脂肪醇乳液具有較好的儲存穩(wěn)定性。

3.3消泡劑乳液粒徑分布對本研究的乳液儲存穩(wěn)定性不起決定性作用。

3.4在溫度5～40℃范圍的儲存條件下，脂肪醇乳液在40℃儲存時穩(wěn)定性最差，為了提高脂肪醇乳液研究開發(fā)效率，在溫度40℃以下儲存更有利于判斷脂肪醇乳液的儲存穩(wěn)定性。

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（責任編輯：馬忻）