乳化硅油的制备研究

任芝秀 张福捐

（许昌学院 化学化工学院，河南 许昌 461000）

硅油是一种新型绿色环保材料，有许多优异的性能，如突出的耐高低温性、极低的玻璃化温度、很低的表面张力和表面能、高度的疏水性、很低的溶解度参数和介电常数等，在纺织物整理剂、皮革涂饰剂、化妆品［1-2］、防水材料、涂料及光敏材料等领域获得了广泛的应用［3-4］。自20世纪70年代硅油被应用以来，在欧美已有30％以上的化妆品添加了规格各异的硅油。但由于其疏水性增加了其在水相中分散的难度，使之在某些方面的应用受到了限制，而乳化硅油的出现解决了这一问题［5］。在乳化硅油广泛应用的推动下，硅油乳化剂的配方研究也在不断的改进中，方便、低成本、乳液效果更好的乳化剂配方有更广阔的市场前景。本实验采用单因素法对硅油的乳化条件进行探究。

1 实验部分

1.1 主要实验仪器及试剂

JJ-1定时电动搅拌器，江苏金坛市中大仪器厂；

HH-S型水浴锅，郑州市长城科工贸有限公司；

JJ型精密电子天平，美国双杰兄弟（集团）有限公司常熟双杰测试仪器厂；

万用电炉，北京科伟永兴仪器有限公司。

1000mPa·s的二甲基硅油（AR），派尼化学试剂厂（郑州）；

Span-60（AR），津市福晨化学试剂；

Tween-60（AR），天津市福晨化学试剂。

1.2 乳化硅油的制备

取10.00g硅油和2.15g Span-60于150mL的四颈瓶中，搅拌均匀，再缓慢加入20mL 80℃的去离子水，置于80℃的水浴中加热搅拌10min，形成W/O型乳液。10min后快速加入2.85gTween-60和65mL 80℃去离子水的混合液，加速搅拌60min，使其快速转相为O/W型乳液，即乳化硅油。取一滴冷却后的乳化硅油滴入50mL水中，观察乳化硅油是否完全溶于水，是否稳定存在，记录稳定存在的时间。当乳化硅油静置一段时间后再测其溶解性并比较。将制备好的乳化硅油冷却至室温后放入塑料瓶中，置于试剂架上静置，记录乳化硅油稳定存在的时间。

2 结果与讨论

2.1 Span-60和Tween-60复配型乳化剂体系配比的选择

硅油是一类不易被乳化的物质，随粘度的增大而越难乳化，所以在乳化硅油的制备过程中，乳化剂的选取及其配比是关键。复配型乳化剂在乳化体系中产生协同效应，能获得平均粒径较小、较稳定的乳化硅油。使用的乳化剂是起泡性非离子型乳化剂，不同长度和结构的多种非离子表面活性剂混合后能充分地占据O/W滴的表面空间，使分子排列紧密，通过机械强度稳定乳状液［6］。

复合乳化剂复合后总的HLB值计算公式为：HLB混=∑HLBa×A％（HLBa为单种乳化剂的亲水亲油平衡值，A％为复合体系中该乳化剂的质量分数）［7］。

本实验以Span-60和Tween-60两种乳化剂复配，复合乳化剂的HLB应和硅油的HLB接近。硅油乳化时所需要的HLB为10.5，Span-60的HLB为4.7，Tween-60的HLB为14.9，当复合后的总的HLB为10.5时，Span-60和Tween-60的配比0.43：0.57，所以实验时在此比例左右变动来研究硅油的乳化情况，见表1。

表1 乳化剂的配比对乳化硅油的影响

由表1知，当复合乳化剂的HLB值接近10.5时硅油的乳化效果更好，当HLB值偏离10.5较远时，乳化硅油不稳定，容易分层，并且乳化效果不好，有浮油产生。

2.2 乳化剂的用量的选择

乳化剂的用量会影响乳液粒径的大小，进而影响乳化硅油的乳化和使用效果。本实验在乳化剂的用量在硅油量50％的前提下尽可能的降低，实验结果见表2、表3。

表2 硅油和乳化剂的配比对乳化硅油的影响

表3 硅油和乳化剂的配比对乳化硅油的影响

由表2、表3知当乳化剂的含量减少时，乳化硅油越来越不稳定。表2中，当硅油：乳化剂比为1：0.25时，乳化硅油的颗粒已不均匀，有块状物质，分层；当硅油：乳化剂比为1：0.50时，乳化硅油相对较稳定，且较均匀。表3中，当硅油与乳化剂的比值增大时乳液易分层。综合考虑选择复合乳化剂的比例Span-60：Tween-60=0.43：0.57，总含量占硅油含量的50％。

2.3 乳化时间的选择

硅油乳化过程中采用机械搅拌，从经济效益考虑，乳化时间越短越好。本实验采用转相乳化法，乳化时间分为两部分：形成油包水相时间t1和形成水包油相时间t2。其结果见表4。

表4 乳化时间对乳化硅油的影响

由表4知，乳化时间为30min时，乳化硅油不完全溶于水，稳定性不好。乳化时间为60min时，随乳化时间的增加，乳化硅油的效果越来越好，从经济效益角度综合来说乳化时间为60min较合适。

2.4 乳化温度的选择

乳化温度会影响非离子乳化剂的水溶性和HLB值，本实验在其他条件不变的情况下，探究水浴温度对硅油乳化效果的影响，选择从90℃开始，并逐渐降低温度，其结果见表5。

表5 温度对乳化硅油的影响

由表5知，温度为90℃和85℃时，乳化硅油不稳定，易分层，而80℃时的乳化效果较好，当由80℃开始温度逐渐降低时，乳化硅油越来越不稳定，易分层。当降低到70℃时，硅油不能被均匀乳化，有较大颗粒出现，不稳定。综合来看，温度为80℃时乳化效果较好。

2.5 硅油含量对硅油乳化的影响

乳化硅油在工业使用过程中，要求硅油的含量尽可能的高，各专家研究人员也在努力的往提高硅油的含量方面研究。本实验在硅油含量10％的前提下尽可能提高硅油的含量，其结果见表6。

表6 硅油含量对乳化硅油的影响

由表6知，随硅油含量的增加乳化硅油的溶解性逐渐降低，稳定性越来越差。当硅油含量为30％时，在短时间内乳化硅油可完全溶于水且不分层，但一段时间后溶解性和稳定性都下降。当硅油含量为35％时，硅油不能被完全乳化。基于硅油含量越高越好，综合来说硅油含量为30％较好，但需要进一步解决其稳定性。

3 结论

选用1 000mPa·s二甲基硅油，以非离子型表面活性剂（span-60和tween-60的质量比为0.43：0.57）为复合乳化剂，成功制备了乳化硅油。乳化硅油具有很多优点，应用广泛，并且整体的操作工艺比较简单，乳化设备要求不高，原料易得制备方案综合成本低，现在已被很多行业所采用，具有很好的发展前景。

［1］郑立辉，赵艳.乳化硅油的制备［J］.武汉工程学院学报，2003（9）：51-53.

［2］藏传锋.纺织有机硅的特点及其应用［J］.染整及纺织化学品，2006（3）：70-74.

［3］陈益，董国明.转相乳化法制备氨基硅油乳液的研究［J］.有机硅材料，2009，23（2）：86-88.

［4］何壮志，杨玲，林芳，等.双亲型硅油的乳化及其作为皮革手感剂地应用［J］.中国皮革，2006，35（7）：42-44.

［5］刘蕤.高粘度硅油乳液的制备研究［J］.化学工程师，2006（4）：9-11.

［6］李小东，杨原梅，黄飞，等.有机硅微乳液的制备技术［D］.内蒙古呼和浩特：蒙古工业大学轻工业与纺织学院，2008，1（25）：9-12.

［7］暴军萍，李凤艳，赵天波.硅油乳液的制备及其乳化条件的研究［J］.2009，12（39）：395-398.