江梅桂,張 辰，黃 瑋，叢玉鳳

(遼寧石油化工大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順 113001)

石蠟乳液是一種最為重要的特種蠟產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于造紙、紡織、皮革、建筑、化妝品和汽車保養(yǎng)等行業(yè)[1]。隨著“綠色化學(xué)”新概念的提出與實(shí)施,石蠟乳液的開發(fā)和利用愈來愈受到人們的關(guān)注,前景十分廣闊。石蠟是具有直鏈碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)的長鏈化合物，分子中不含親水基團(tuán)，油性極強(qiáng)。其乳化關(guān)鍵是將石蠟分散成微小液滴，并使其表面定向吸附乳化劑分子，在蠟水界面形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度，帶有電荷的乳化劑單分子界面膜，親油基團(tuán)朝蠟，極性基團(tuán)朝水，使蠟滴穩(wěn)定分散于水中而不易接近凝聚。石蠟乳液可根據(jù)所使用表面活性劑的類型分為陰離子型、陽離子型、非離子型和兩性離子型[2-3]。陽離子乳化劑制得的石蠟乳液不穩(wěn)定,陰離子乳化劑制得的石蠟乳液在使用方面有所限制,非離子表面活性劑在溶液中不是離子狀態(tài),穩(wěn)定性高,不易受強(qiáng)電解質(zhì)無機(jī)鹽類的影響,也不受酸、堿的影響,所以現(xiàn)在對(duì)非離子石蠟乳液的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)[4]。

乳化蠟的基本原料是石蠟。采用不同的乳化工藝，可調(diào)制出適于不同用途的乳化蠟產(chǎn)品。研究以60#全精煉蠟為原料，考察了乳化劑的種類及其親水親油平衡值(HLB)、乳化溫度、乳化時(shí)間、去離子水用量、攪拌速率等工藝條件對(duì)乳化蠟穩(wěn)定性及分散性的影響，旨在為乳化蠟的制備提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而制得穩(wěn)定性好,保質(zhì)期長,成本較低,無毒無味、色澤好等優(yōu)點(diǎn)的石蠟乳液。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品

60#全精煉石蠟：中國石油撫順石油一廠生產(chǎn)；SP-80、SP-60：華北地區(qū)特種化學(xué)試劑開發(fā)中心生產(chǎn)；TW-80、丙三醇：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。OP-10：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所生產(chǎn)；十八醇：沈陽化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

三角錐形瓶、燒杯、溫度計(jì)、玻璃試管、離心試管、攪拌棒、鐵架臺(tái)、量筒，市售。

DZKW-4數(shù)顯恒溫水浴鍋：鄭州博科儀器設(shè)備有限公司；80-2B 型離心機(jī)：常州賽普實(shí)驗(yàn)儀器廠；JB50-D 型增力電動(dòng)攪拌器：北京天創(chuàng)尚邦儀器設(shè)備有限公司；電子分析天平：京科瑞達(dá)科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將60#石蠟，乳化劑，表面活性劑和去離子水按一定的比例加入到錐形瓶中，放置于事先調(diào)好的85 ℃恒溫水浴鍋中加熱，同時(shí)把相應(yīng)的去離子水放入到同一個(gè)水浴鍋中預(yù)熱。待蠟完全熔化后，先加少量的水形成W(水)/O(油)型乳化液,攪拌一段時(shí)間后，再加入剩余水形成O/W型乳液。達(dá)到適當(dāng)?shù)娜榛瘯r(shí)間后，停止攪拌，出料，室溫下靜置冷卻，得到所要的產(chǎn)品。

1.4 石蠟乳液的性能檢測(cè)

(1) 外觀呈乳白色稀溶液。

(2) 離心穩(wěn)定性的測(cè)定。按GB11543—89進(jìn)行離心穩(wěn)定測(cè)定,將10 mL蠟乳液注入離心試管中,放入離心機(jī)中以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心分離15 min,觀察是否分層。如果乳液不分層則為穩(wěn)定[5]。

(3) 冷熱穩(wěn)定性。將樣品置于 60 ℃的恒溫箱內(nèi)和 0.5 ℃冰箱內(nèi)各放置24 h，觀察其是否分層、變色、產(chǎn)生硬沉淀及流動(dòng)性的變化。

(4) 分散性的測(cè)定。分為五等級(jí)，一級(jí)最好，五級(jí)最差[6-7]。

一級(jí)：將石蠟乳狀液滴入水中，能迅速地分散成帶藍(lán)色熒光云霧狀分散液，稍加攪動(dòng)后成藍(lán)色或蒼白色透明溶液。

二級(jí)：將石蠟乳狀液滴入水中，能迅速自動(dòng)分散成藍(lán)白色云霧狀帶熒光的分散液，稍加攪動(dòng)成藍(lán)色半透明溶液。

三級(jí)：將石蠟乳狀液滴入水中，呈白色云霧狀或條狀分散液，攪動(dòng)后得乳白色稍帶熒光的不透明乳液。

四級(jí)：將石蠟乳狀液滴入水中，呈白色微粒浮在水面，攪動(dòng)后仍能成為乳白色不透明的乳液。

五級(jí)：將石蠟乳狀液滴入水中，呈大顆粒浮在水面，攪動(dòng)后雖能乳化，但立即發(fā)生分層，石蠟上浮。

本文根據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DT/T 0220-2006)附錄I提供的計(jì)算公式，計(jì)算沙溝泥石流整體沖擊力、泥石流爬高和最大沖高度[6]，為泥石流防治措施提供動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)(表6)。

(5) 儲(chǔ)存穩(wěn)定性。將樣品于室溫下密封存放一段時(shí)間后，觀察其性能變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化條件的確定

2.1.1 乳化劑的種類選擇

石蠟難溶于水，要將石蠟與水混合制出穩(wěn)定的石蠟乳液，必需選擇出適宜的乳化劑。一般來說,HLB=8～18時(shí),可作為O/W型的乳化劑；HLB=3～6時(shí),可作為W/O型的乳化劑[5]。當(dāng)乳化劑的HLB值與石蠟乳液所需的HLB值相符時(shí)，即可制出穩(wěn)定的石蠟乳液。實(shí)驗(yàn)用SP-80、TW-80、OP-10和SP-60作為乳化劑,在攪拌速度1 000 r/min、w(去離子水)=68%、HLB=10、乳化溫度85 ℃、乳化時(shí)間30 min的條件下,考察幾種復(fù)配乳化劑乳化效果,其結(jié)果見表1。

表1 不同復(fù)配乳化劑對(duì)石蠟乳液性能的影響

由表 1 可以看出，用TW-80與SP-80復(fù)配劑配制出的乳液穩(wěn)定性能和分散性最好。應(yīng)選用TW-80與SP-80復(fù)配劑為石蠟乳液的最佳乳化劑。

2.1.2 乳化溫度對(duì)石蠟乳液性能的影響

乳化溫度是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù),對(duì)石蠟乳液的性質(zhì)影響很大。適宜的乳化溫度可以使石蠟微粒在攪拌作用下迅速而充分地分散到水中，增加乳液的穩(wěn)定性。在乳化劑為 TW-80/SP-80、乳化時(shí)間為 30 min、w(去離子水)=68%、HLB=10的條件下，選擇乳化溫度在70～95 ℃、攪拌速率為1 000 r/min 時(shí)，考察了其對(duì)所制備石蠟乳液的影響，結(jié)果見表2。

表2 不同乳化溫度對(duì)石蠟乳液性能的影響

由表2可見，當(dāng)乳化溫度過低(70 ℃) 或過高(95 ℃)時(shí)所制備的乳液不穩(wěn)定。乳化溫度應(yīng)選80～90 ℃為宜。

適宜的乳化時(shí)間,不僅能保證產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)也能提高生產(chǎn)效率,降低能源消耗。乳化時(shí)間太短，石蠟不能充分乳化形成穩(wěn)定的乳液，時(shí)間太長，分散的顆粒則會(huì)重新凝聚而導(dǎo)致破乳，同時(shí)造成浪費(fèi)。在乳化劑為 TW-80/SP-80、乳化溫度85 ℃、w(去離子水)=68%、HLB=10、攪拌速率1 000 r/min的條件下，選擇乳化時(shí)間在在20～70 min 時(shí)，考察了其對(duì)所制備石蠟乳液的影響，結(jié)果見表3。

表3 乳化時(shí)間對(duì)石蠟乳液性能的影響

由表3可見，當(dāng)乳化時(shí)間過短(20 min) 或過長(60 min) 時(shí)所制備的乳液不穩(wěn)定。乳化時(shí)間應(yīng)選30～50 min為宜。

2.1.4 w(去離子水)對(duì)石蠟乳液性能的影響

石蠟乳液質(zhì)量與去離子水用量有關(guān)。一般認(rèn)為w(去離子水)=65%～70%時(shí)才能得到穩(wěn)定的O/W型乳化蠟。在乳化劑為 TW-80/SP-80、乳化溫度85 ℃、乳化時(shí)間30 min、HLB=10、攪拌速率1 000 r/min的條件下，選擇w(去離子水)=60%～80%，考察了其對(duì)所制備石蠟乳液的影響，結(jié)果見表4。

表4 w(去離子水)對(duì)石蠟乳液性能的影響

由表4可見，當(dāng)w(去離子水)<65%時(shí)，乳液粘度較大，乳化效果不好，而w(去離子水)≥70%時(shí)，由于蠟含量減少，乳化效果不明顯。所以，w(去離子水)=65%～70%為宜。

2.1.5 HLB對(duì)石蠟乳液性能的影響

選用石蠟乳化劑時(shí),HLB是其首先要考慮的一個(gè)重要條件。乳化劑的親水親油性由其分子結(jié)構(gòu)決定，可將HLB看作結(jié)構(gòu)因子的總和。復(fù)合乳化劑的HLB具有加和性。只有與石蠟HLB(9～10)相近的表面活性劑,才有可能將石蠟乳化,所以確定復(fù)配乳化劑HLB對(duì)于制取性能穩(wěn)定的乳化液至關(guān)重要。配制出不同HLB的乳化劑TW-80/SP-80，在乳化溫度85 ℃、乳化時(shí)間30 min、w(去離子水)=68%，攪拌速率為1 000 r/min的條件下，考察了乳化劑不同HLB對(duì)所制備乳化蠟穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見表5。

表5 HLB對(duì)石蠟乳液性能的影響

由表5可見，當(dāng)乳化劑HLB=6時(shí)，所制備乳化蠟不穩(wěn)定；乳化劑的HLB=8～12 時(shí)，所得乳液較穩(wěn)定。乳化劑的HLB值應(yīng)選8～12為宜。而且很明顯看出HLB=10時(shí)石蠟乳液的分散性最好。

2.1.6 攪拌速率對(duì)石蠟乳液性能的影響

攪拌速度會(huì)影響乳液性能。當(dāng)攪拌速率低時(shí)，將不能使石蠟與乳化劑充分接觸，無法將油相較好乳化，且剪切力太小，形成的乳液顆粒大小不均勻；攪拌速率過快，形成的乳液雖穩(wěn)定，體系易產(chǎn)生較多泡沫，尤其在乳化劑分子吸附到兩相界面上形成膠團(tuán)后，激烈攪拌不利于牢固保護(hù)膜和分散雙電層的形成，影響乳液質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，攪拌速度太快會(huì)使蠟乳液產(chǎn)生破乳現(xiàn)象，嚴(yán)重影響乳液性能。在乳化劑為TW-80/SP-80、乳化時(shí)間30 min、w(去離子水)=68%、HLB=10、乳化溫度85 ℃的條件下，選擇攪拌速率在600～1 200 r/min 時(shí)，對(duì)所制備乳化蠟穩(wěn)定性的影響，結(jié)果見表6。

表6 不同攪拌速率對(duì)石蠟乳液性能的影響

由表6可知，當(dāng)攪拌速率低于800 r/min時(shí)，所制備乳化蠟不穩(wěn)定；高于1 000 r/min時(shí)，雖然所制備的乳液較穩(wěn)定，但是會(huì)有泡沫產(chǎn)生。所有攪拌速率應(yīng)選800～1 000 r/min為宜。

2.2 石蠟乳液的性能

選用復(fù)合乳化劑TW-80/SP-80，乳化溫度85 ℃、乳化時(shí)間30 min、w(去離子水)=68%、攪拌速率1 000 r/min、HLB=10.006 7的條件下制備出3個(gè)樣品并測(cè)量其性能指標(biāo)，結(jié)果見表7。

表7 石蠟乳液的性能指標(biāo)

3 結(jié) 論

(1) 當(dāng)以SP-80與TW-80為復(fù)配乳化劑，加入一定量的其它表面活性劑，其中w(去離子水)=65%～70%，HLB=8～12，乳化溫度80～90 ℃，乳化時(shí)間30～50 min，攪拌速度800～1 000 r/min的條件下，均可制成穩(wěn)定的石蠟乳液。成品外觀呈乳白色稀溶液；以 4 000 r/min 轉(zhuǎn)速離心15 min 不分層；具有良好的離心穩(wěn)定性和分散性。

(2) 選用復(fù)合乳化劑TW-80/SP-80，乳化溫度85 ℃、乳化時(shí)間30 min、w(去離子水)=68%、攪拌速率1000 r/min、HLB=10.006 7的條件下制備出的石蠟乳液樣品的性能指標(biāo)都符合標(biāo)準(zhǔn)。

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