陳惠芳 ，蔣新元*，羅建陽，劉曉劍，廖媛媛 ，莫莉，彭 嬌

(1.中南林業(yè)科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.長沙圣華科技發(fā)展有限公司，湖南 長沙 410004)

石蠟乳液乳化劑的選擇及性能研究

陳惠芳1，蔣新元*1，羅建陽2，劉曉劍2，廖媛媛1，莫莉1，彭 嬌1

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410004；2.長沙圣華科技發(fā)展有限公司，湖南長沙410004)

以工業(yè)石蠟為主要原料，采用機(jī)械攪拌與高速剪切分散乳化機(jī)聯(lián)用的方法制備石蠟乳液，考察了HLB值、乳化劑的選擇及其用量對石蠟乳液穩(wěn)定性的影響。經(jīng)過對多種乳化劑配方進(jìn)行篩選，當(dāng)乳化劑為STJ-1復(fù)合乳化劑、HLB值為9.9～10.1，以STJ-1復(fù)合乳化劑制備的穩(wěn)定石蠟乳液成膜性、稀釋穩(wěn)定性均比較好。

石蠟乳液；乳化劑；穩(wěn)定性

我國擁有豐富的石蠟基原油，在大多數(shù)情況下，石蠟最好的使用形式是蠟的乳狀液，即乳化蠟[1-3]。乳化蠟由于在使用時無需加熱熔融或用溶劑溶解，其成膜均勻、覆蓋性好、性質(zhì)穩(wěn)定，具有安全、高效和經(jīng)濟(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此乳化蠟的用途十分廣泛，如木材或纖維板的增強(qiáng)劑、鋼筋混凝土的固化劑、紡織品柔軟劑和上漿劑、醫(yī)藥乳膠制品助劑、紙漿施膠劑等[4-5]。

與國外相比, 我國乳化蠟的品種較少、穩(wěn)定性較差、生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小, 不能滿足各行各業(yè)生產(chǎn)的需要，甚至某些特殊用途的石蠟乳液尚需進(jìn)口，開發(fā)高穩(wěn)定性的石蠟乳液系列產(chǎn)品,將擴(kuò)大石蠟資源利用，促進(jìn)產(chǎn)品升級換代和降低生產(chǎn)成本[6-8]。本實(shí)驗(yàn)通過乳化劑的篩選，制得穩(wěn)定性好的優(yōu)質(zhì)石蠟乳液，以期提高石蠟乳液的質(zhì)量，擴(kuò)大石蠟乳液的使用。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 主要儀器與設(shè)備

DJ-1C增力電動攪拌器，佛山市魏瑪分析儀器貿(mào)易有限公司；高剪切分散乳化機(jī)FM200，德國FLUKO公司；臺式高速離心機(jī)，湖南省長沙市平凡儀器儀表有限公司。

1.1.2 主要試劑

58#全精煉石蠟，工業(yè)級；油醇醚聚氧乙烯醚系列，失水山梨醇脂肪酸酯系列，失水山梨醇脂肪酸酯聚氧乙烯醚系列，烷基酚聚氧乙烯醚，月桂醇聚氧乙烯醚系列，均為工業(yè)級。

1.2 石蠟乳液的制備

本實(shí)驗(yàn)中采用反相法[7-8]制備石蠟乳液。

1.3 石蠟乳液性能測定

1.3.1 離心穩(wěn)定性

按 GB 11543-2008 進(jìn)行離心穩(wěn)定性測定。

1.3.2 稀釋穩(wěn)定性

取一定體積的石蠟乳液，分別加入一定比例的去離子水稀釋，然后在高速離心機(jī)中離心檢驗(yàn)其離心穩(wěn)定性。

1.3.3 成膜性能的測定

將石蠟乳液按試驗(yàn)規(guī)定涂于玻璃板上，涂覆面積不小于15cm×15cm，放入溫度為20℃±3℃，相對濕度為50%±10%的試驗(yàn)箱內(nèi)，4h完全干燥后，放入盛滿水的燒杯中浸泡0.5h，觀察是否溶解，摸是否脫落。將另一載有成好膜的玻璃板中央滴一滴水，觀察水滴是否渾濁。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳化劑的選擇

根據(jù)文獻(xiàn)[6-9]，制備石蠟乳液的溫度基本上控制在80～85℃，乳化時間為45min左右，而乳化劑是制備穩(wěn)定石蠟乳液的關(guān)鍵，石蠟乳化劑主要為非離子型復(fù)合乳化劑。文獻(xiàn)普遍只檢測了在離心轉(zhuǎn)速為4000r/min時間為30min的石蠟乳液穩(wěn)定性，為制備長時間穩(wěn)定的石蠟乳液，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了大量乳化劑的篩選工作。

2.1.1 以Span-80+Tween-80為復(fù)合乳化劑對石蠟乳液穩(wěn)定性的影響

Span-80和Tween-80組成的復(fù)合乳化劑是制備石蠟乳液的常用乳化劑[6-9]，本實(shí)驗(yàn)以Span-80和Tween-80組成復(fù)合乳化劑，在上述條件下制備石蠟乳液，每次石蠟乳液質(zhì)量為200g，考察乳化劑與石蠟的質(zhì)量比me/mp、石蠟乳液質(zhì)量百分濃度Cpe(%)及HLB值對乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 Span-80和Tween-80組成的復(fù)合乳化劑制備的石蠟乳液的穩(wěn)定性

由表1可知，利用由Span-80和Tween-80組成的復(fù)合乳化劑制備的石蠟乳液具有較好的穩(wěn)定性，最佳HLB值范圍在9.8～10.0，隨乳液濃度的提高，乳液的穩(wěn)定性逐漸下降，所制備的石蠟乳液均未能通過離心12000r/min、30min的檢測。

2.1.2 以Span-80與AEO-9為復(fù)合乳化劑對石蠟乳液穩(wěn)定性的影響

以Span-80和AEO-9組成復(fù)合乳化劑, 在與上述相同條件下制備石蠟乳液，考察乳化劑與石蠟的質(zhì)量比me/mp、石蠟乳液質(zhì)量百分濃度Cpe(%)及HLB值對乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 Span-80和AEO-9組成的復(fù)合乳化劑制備的石蠟乳液的穩(wěn)定性

表2結(jié)果說明，以Span-80和AEO-9為復(fù)合乳化劑制備石蠟乳液，隨著乳化劑與石蠟質(zhì)量比的提高，可制備的穩(wěn)定石蠟乳液的濃度可逐漸提高，但提高幅度不大，且所有的石蠟乳液總體穩(wěn)定性不太好。

2.1.3 以STJ-1復(fù)合乳化劑制備石蠟乳液

從1.1.2所列乳化劑中再經(jīng)過細(xì)致篩選合適的工業(yè)級乳化劑制備STJ-1復(fù)合石蠟乳化劑,在上述相同條件下制備石蠟乳液，考察乳化劑與石蠟的質(zhì)量比me/mp、石蠟乳液質(zhì)量百分濃度Cpe(%)、HLB值及制備乳液總量TW(g)對乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如表3所示。

表3 STJ-1復(fù)合乳化劑制備的石蠟乳液的穩(wěn)定性

表3(續(xù))

表3結(jié)果說明，以STJ-1復(fù)合乳化劑制備的石蠟乳液的穩(wěn)定性較好，其中HLB在9.9-10.1范圍內(nèi)時，當(dāng)離心轉(zhuǎn)速為12000/(r/min)、離心時間為60min時，石蠟乳液未出現(xiàn)分層，故所得石蠟乳液在HLB值為9.9～10.1范圍內(nèi)時穩(wěn)定性最好。

隨著乳化劑與石蠟質(zhì)量比的提高，可制備的穩(wěn)定石蠟乳液的濃度可逐漸提高。如當(dāng)乳化劑與石蠟質(zhì)量比為0.32時，穩(wěn)定石蠟乳液的濃度可達(dá)到40.0%，當(dāng)乳化劑與石蠟質(zhì)量比為0.35時，穩(wěn)定石蠟乳液濃度可達(dá)到45.0%。在相同條件下，在每次制備石蠟乳液的總質(zhì)量從200g提高到1400g時，石蠟乳液仍具有較好的穩(wěn)定性。

2.2 石蠟乳液的性能測定

從STJ-1復(fù)合乳化劑所制備的石蠟乳液樣品溶液中選取通過12000/(r/min)、60min離心檢測的6號和15號樣品，進(jìn)行性能測定。

2.3.1 成膜性能測定

每個樣品取6塊玻璃片，將樣品溶液均勻涂覆在玻璃片的表面，置于20℃烘箱中烘干4h。每隔1h觀察1次，結(jié)果如表4所示。烘干后取出玻璃片，每個樣品取3塊置于已加入100mL蒸餾水的燒杯中，浸泡0.5h后，觀察蠟?zāi)び袩o脫落情況，另3塊玻璃片分別用膠頭滴管滴加一滴蒸餾水，觀察是否變渾濁，結(jié)果如表4所示。

表4 石蠟乳液的分散性能與成膜性能測定結(jié)果

從表4可知，在蠟?zāi)さ暮娓蛇^程中，干燥速度符合要求。蠟?zāi)そ?.5h后均無明顯脫落；蒸餾水滴加的局部沒有變渾濁，說明STJ-1復(fù)合乳化劑制備的石蠟乳液成膜性好。

2.3.2 稀釋穩(wěn)定性

分別取5mL和10mL制備好的穩(wěn)定的石蠟乳液樣品，加入20mL去離子水稀釋，靜置2h，然后再取樣高速離心機(jī)中離心，檢驗(yàn)其離心穩(wěn)定性，結(jié)果如表5所示。

表5 石蠟乳液的稀釋穩(wěn)定性

從表5可知，選取的利用STJ-1復(fù)合乳化劑制備的石蠟乳液的稀釋穩(wěn)定性均比較好，在12000r/min離心條件下離心30min以上仍具有良好的穩(wěn)定性，可以滿足稀釋應(yīng)用的需要。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)過對多種復(fù)合乳化劑、乳化劑與石蠟質(zhì)量比、乳化劑HLB值及石蠟乳液濃度對石蠟乳液穩(wěn)定性影響的研究，包括Span-80與Tween-80、Span-80與AEO-9、STJ-1共計(jì)3種復(fù)合乳化劑，其中以STJ-1復(fù)合乳化劑制備的石蠟乳液的穩(wěn)定性最好。

(2)以STJ-1復(fù)合乳化劑制備的2個石蠟乳液樣品乳液干燥速度符合要求，成膜性、稀釋穩(wěn)定性均比較好。

[1] 孫鳳嬌.乳化蠟的研究開發(fā)現(xiàn)狀[J].化學(xué)與黏合,2011 (5): 60-62.

[2] 李 靜, 焦緯洲,劉有智,等. 乳化蠟的制備及應(yīng)用進(jìn)展[J].日用化學(xué)工業(yè), 2012, 42(6): 446-451.

[3] 玄美玲,蔡東芳,張嘉軍.石蠟乳液的研究與應(yīng)用[J]. 化學(xué)工程與裝備,2012 (12): 86-89.

[4] 李光輝,申金偉,蔣 平. 乳化石蠟的優(yōu)化制備及其降濾失作用[J].2012, 29(2): 8-11.

[5] 沈一丁. 陽離子石蠟乳液的制備及其在中性施膠和表面涂飾中的應(yīng)用[J].中華紙業(yè), 2003 (2): 39-41.

[6] 趙 金, 陳文藝, 曹月坤, 等. 特種乳化石蠟的制備及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 化工科技, 2012, 20(5): 60-63.

[7] 侯長軍,劉 勇,霍丹群, 等. 具有良好穩(wěn)定性的石蠟乳液的制備及改進(jìn)[J]. 應(yīng)用化工, 2010, 39(2): 177-181.

[8] 代禮楊,李洪俊,蘇秀純,等.納米石蠟乳液的制備及分析[J]. 化學(xué)工程師,2011(5):46-49.

[9] 郭澤軍,李會鵬,沈 鍵, 等. 非離子石蠟乳液的研究[J]. 化學(xué)工業(yè)與工程, 2008, 25(5): 415-418.

(本文文獻(xiàn)格式：陳惠芳，蔣新元，羅建陽，等.石蠟乳液乳化劑的選擇及性能研究[J].山東化工，2017，46(16)：13-15.)

Selection of Emulsifier for Paraffin Emulsion and Measurement of Performance

Chen Huifang1, Jiang Xinyuan*1,Luo Jianyang2, Liu Xiaojian2, Liao Yuanyuan1, Mo Li1, Peng Jiao1

(1.School of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry and technology, Changsha 410004;2.Changsha Saint Ward and Technology Development Co., Ltd., Changsha 410004)

Industrial paraffin wax was used as the main raw material and paraffin emulsion was prepared by the combination of mechanical stirring and high speed shearing dispersing machine. The effects of HLB value, emulsifier and its dosage on the stability of paraffin emulsion were investigated. After the choice of various emulsifiers, when the emulsifier is self-made STJ-1 composite, and the HLB value is 9.9-10.1, the stable paraffin emulsion with STJ-1 composite emulsifier has good film forming and dilution stability.

paraffin emulsion; emulsifier; stability

TQ630.4

：A

：1008-021X(2017)16-0013-03

2017-07-07

長沙市科技局產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目(項(xiàng)目編號kJ1501028-11)

陳惠芳(1991—)，女，碩士研究生；通信作者：蔣新元(1968-)，博士，教授，主要從事精細(xì)化工研究。