氧化蜡乳化工艺研究

陈 娆，王冬美，孙彩兰，安 磊

（抚顺职业技术学院 化工系, 辽宁 抚顺 113122）

乳化蜡由于具备安全、高效、无毒、无污染、经济、使用方便等特点，应用广泛，市场潜力很大。但石蜡直接制备微乳液比较困难，因此对石蜡进行氧化改性，一方面降低了石蜡与水的界面张力，改善了乳化性能；另一方面增加了原料蜡的柔韧性，使其制备微乳液形成的膜不易开裂[1]。

本实验先对石蜡进行氧化，再以氧化蜡为原料，对制备氧化蜡微乳液的乳化剂配方和乳化工艺进行了研究。

1 实验部分

1.1 原料及仪器

1.1.1 主要原料

58号全炼石蜡，工业级；引发剂SH；乳百灵：工业级，江苏海安石油化工厂；OP-10：工业级，江苏海安石油化工厂；O-20：工业级，江苏海安石油化工厂；油酸三乙醇胺：化学纯，天津助剂厂；平平加：上海助剂厂；NP-10：工业级，邢台助剂有限公司；司盘-80：天津助剂厂；吐温-80：天津助剂厂；乳化剂A、B、C。

1.1.2 实验仪器

氧化反应器；BF-501型控温磁力搅拌器；YXJ-1电子离心机；GSL-101B型激光粒度测试仪。

1.2 实验方法

1.2.1 石蜡氧化

准确称取一定量的 58号全炼石蜡熔化，加入2.0%氧化引发剂SH混合，在氧化反应器中通入0.5 m3/(h·kg)空气量，在 160 ℃下引发 30 min，降至140 ℃反应7 h，得氧化蜡产品。

1.2.2 氧化蜡乳化

①将称量好的氧化蜡和表面活性剂加入带有搅拌装置的反应器中，搅拌加热使之熔化混合均匀，继续加热至乳化温度。

②在高速搅拌下，将加热至乳化温度的水缓慢加入到反应器中，然后在一定的搅拌速度下搅拌一定时间。

③停止加热，缓慢搅拌冷却至 40 ℃以下，然后将乳化液倒入广口瓶中密闭储存备用。

1.3 分析方法

1.3.1 离心稳定性测定

将10 mL蜡乳液注入刻度离心管中，放入离心机中以4 000 r/min转速离心分离15 min，看是否分层。

1.3.2 粒度测定

采用激光粒度测试仪测粒子平均粒径。

2 结果与讨论

2.1 乳化剂的选择

乳化剂的选择对研制石蜡微乳液非常重要。乳化剂的选择首先应根据蜡乳液产品的性能要求和应用对象来决定，可用HLB值法来进行乳化剂的选择或复配。对于给定的蜡乳液体系，为了得到稳定的蜡乳液，可以用不同HLB值的乳化剂进行实验。

2.1.1 单一乳化剂乳化

在固含量为20%、搅拌速度为1 000 r/min、乳化温度为95 ℃、乳化时间为20 min的条件下对乳化剂类型进行考察，其结果如表1所示。

表1 单一乳化剂乳化效果Table 1 The emulsification effect of single emulsifier

由表1可以看出，采用单一的乳化剂，乳化效果不理想，稳定性差，难以制备具有较高稳定性的乳液。

2.1.2 复合乳化剂乳化

在搅拌速度为1 200 r/min、乳化温度为95 ℃、乳化时间为20 min、固含量为20%的条件下，采用乳化剂A、B、C复配对氧化蜡进行乳化，考察结果见表2。

表2 复合乳化剂乳化效果Table 2 Emulsification effect of compound emulsifier

确定最佳的乳化剂配比为：乳化剂A、乳化剂B、乳化剂C的浓度分别为4%、3.0～3.5%、1.0%。在该条件下所制得的乳液的粒径＜0.1μm，乳化效果好，放置90 d以上不分层。由此可以看出，用一定配比的复合乳化剂可以制得性能优良的微乳液。

2.2 工艺条件对乳化的影响

采用上述选定的复合乳化剂，进行乳化实验。本实验采用固含量20%。

2.2.1 搅拌速度的影响

在乳化温度为85 ℃、乳化时间为30 min的条件下，考察搅拌速度对乳化反应的影响，考察结果见图1。

图1 搅拌速度与蜡乳液粒径的关系Fig.1 The relation between stirring rate and particle diameter

由图1可以看出搅拌速度＜600 r/min时，由于乳化的剪切力不足，达不到充分混合的目的，乳液稳定性差，乳化效果差；当搅拌速度大于1 000 r/min时，乳液粒径小于0.1μm，乳液的稳定性很好。但搅拌速度过高，会带入大量气泡，并且消泡困难，使乳状液不稳定，同时能耗也高[2]。因此搅拌速度一般控制在1 000～1 200 r/min比较适宜。

2.2.2 乳化温度的影响

在搅拌速度为1 200 r/min、乳化时间为30 min的条件下，考察乳化温度对乳化反应的影响，考察结果见图2。

由图2可知，在较低温度下乳化，所得乳液的颗粒较粗，乳液不稳定，容易分层，这是由于温度低，粒子还没有分散完全。温度过高，分子的热运动加剧，不利于表面活性剂的定向吸附，表面活性剂的亲水性变差，乳化能力下降，制得的乳液的稳定性降低[3]。当温度＞95 ℃时，接近水的沸点，会产生大量气泡，气泡中会夹带一些大的粒子，对乳化不利，而且能耗大。实验表明，乳化温度控制在85～90 ℃较适宜。

图2 乳化温度与蜡乳液粒径的关系Fig.2 The relation between emulsion temperature and particle diameter

2.2.3 乳化时间的影响

在搅拌速度为1 200 r/min、乳化温度为90 ℃的条件下，考察乳化时间对乳化反应的影响，考察结果见图3。

图3 乳化时间与蜡乳液粒径的关系Fig.3 The relation between emulsion time and particle diameter

由图3可见，乳液粒径开始时随时间的延长而变小，但一定时间后粒径反而增大，说明单纯依靠延长乳化时间不能提高乳化质量。乳化时间小于20 min时，粒径相对较大，不能获得粒径＜0.1μm的微乳液。这是由于乳化时间过短，乳化不足，石蜡不能充分乳化，造成乳液的稳定性差[4,5]。而乳化时间过长，产生较多的泡沫，使得乳液颗粒较粗，并且能耗大，生产效率低。当乳化时间在20～30 min时，可以得到颗粒细小、性能稳定的微乳液，所以乳化时间取20～25 min。

3 结 论

（1）氧化蜡乳化的复合乳化剂配比是：乳化剂A、乳化剂B、助乳化剂C的浓度分别为4%、3.0%～3.5%、1.0%。

（2）采用上述复合乳化剂下氧化蜡乳化的最佳工艺条件是：搅拌速度为1 000～1 200 r/min、乳化时间为20～25 min、乳化温度为85～90 ℃。在该条件下能制备氧化蜡微乳液。

［1］沈本贤，冯玉海，高晋生.氧化石蜡微乳液的研制[J].日用化学工业，2002，32(4)：72-74.

［2］陈平，权成光.皮革上光乳化蜡的研制[J].辽宁石油化工大学学报，2005，25(2)：9-12.

［3］王万林，史建公.国内乳化蜡的研究及应用进展[J].精细石油化工，2008，25(2)：79-83.

［4］江金龙，黄铃.非离子型石蜡乳液的制备[J].广东化工，2011，38(11)：45-46.

［5］孙凤娇.乳化蜡的研究开发现状[J].化学与粘合，2011，33(5)：60-62.