石蜡乳液的制备

江梅桂,张 辰，黄 玮，丛玉凤

(辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部，辽宁 抚顺 113001)

石蜡乳液是一种最为重要的特种蜡产品,广泛应用于造纸、纺织、皮革、建筑、化妆品和汽车保养等行业[1]。随着“绿色化学”新概念的提出与实施,石蜡乳液的开发和利用愈来愈受到人们的关注,前景十分广阔。石蜡是具有直链碳氢结构的长链化合物，分子中不含亲水基团，油性极强。其乳化关键是将石蜡分散成微小液滴，并使其表面定向吸附乳化剂分子，在蜡水界面形成具有一定机械强度，带有电荷的乳化剂单分子界面膜，亲油基团朝蜡，极性基团朝水，使蜡滴稳定分散于水中而不易接近凝聚。石蜡乳液可根据所使用表面活性剂的类型分为阴离子型、阳离子型、非离子型和两性离子型[2-3]。阳离子乳化剂制得的石蜡乳液不稳定,阴离子乳化剂制得的石蜡乳液在使用方面有所限制,非离子表面活性剂在溶液中不是离子状态,稳定性高,不易受强电解质无机盐类的影响,也不受酸、碱的影响,所以现在对非离子石蜡乳液的研究成为一个热点[4]。

乳化蜡的基本原料是石蜡。采用不同的乳化工艺，可调制出适于不同用途的乳化蜡产品。研究以60#全精炼蜡为原料，考察了乳化剂的种类及其亲水亲油平衡值(HLB)、乳化温度、乳化时间、去离子水用量、搅拌速率等工艺条件对乳化蜡稳定性及分散性的影响，旨在为乳化蜡的制备提供基础数据，从而制得稳定性好,保质期长,成本较低,无毒无味、色泽好等优点的石蜡乳液。

1 实验部分

1.1 实验药品

60#全精炼石蜡：中国石油抚顺石油一厂生产；SP-80、SP-60：华北地区特种化学试剂开发中心生产；TW-80、丙三醇：国药集团化学试剂有限公司生产。OP-10：天津市光复精细化工研究所生产；十八醇：沈阳化学试剂厂生产。

1.2 实验器材

三角锥形瓶、烧杯、温度计、玻璃试管、离心试管、搅拌棒、铁架台、量筒，市售。

DZKW-4数显恒温水浴锅：郑州博科仪器设备有限公司；80-2B 型离心机：常州赛普实验仪器厂；JB50-D 型增力电动搅拌器：北京天创尚邦仪器设备有限公司；电子分析天平：京科瑞达科技有限公司。

1.3 实验方法

将60#石蜡，乳化剂，表面活性剂和去离子水按一定的比例加入到锥形瓶中，放置于事先调好的85 ℃恒温水浴锅中加热，同时把相应的去离子水放入到同一个水浴锅中预热。待蜡完全熔化后，先加少量的水形成W(水)/O(油)型乳化液,搅拌一段时间后，再加入剩余水形成O/W型乳液。达到适当的乳化时间后，停止搅拌，出料，室温下静置冷却，得到所要的产品。

1.4 石蜡乳液的性能检测

(1) 外观呈乳白色稀溶液。

(2) 离心稳定性的测定。按GB11543—89进行离心稳定测定,将10 mL蜡乳液注入离心试管中,放入离心机中以4 000 r/min的转速离心分离15 min,观察是否分层。如果乳液不分层则为稳定[5]。

(3) 冷热稳定性。将样品置于 60 ℃的恒温箱内和 0.5 ℃冰箱内各放置24 h，观察其是否分层、变色、产生硬沉淀及流动性的变化。

(4) 分散性的测定。分为五等级，一级最好，五级最差[6-7]。

一级：将石蜡乳状液滴入水中，能迅速地分散成带蓝色荧光云雾状分散液，稍加搅动后成蓝色或苍白色透明溶液。

二级：将石蜡乳状液滴入水中，能迅速自动分散成蓝白色云雾状带荧光的分散液，稍加搅动成蓝色半透明溶液。

三级：将石蜡乳状液滴入水中，呈白色云雾状或条状分散液，搅动后得乳白色稍带荧光的不透明乳液。

四级：将石蜡乳状液滴入水中，呈白色微粒浮在水面，搅动后仍能成为乳白色不透明的乳液。

五级：将石蜡乳状液滴入水中，呈大颗粒浮在水面，搅动后虽能乳化，但立即发生分层，石蜡上浮。

本文根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》(DT/T 0220-2006)附录I提供的计算公式，计算沙沟泥石流整体冲击力、泥石流爬高和最大冲高度[6]，为泥石流防治措施提供动力学特征参数(表6)。

(5) 储存稳定性。将样品于室温下密封存放一段时间后，观察其性能变化。

2 结果与讨论

2.1 乳化条件的确定

2.1.1 乳化剂的种类选择

石蜡难溶于水，要将石蜡与水混合制出稳定的石蜡乳液，必需选择出适宜的乳化剂。一般来说,HLB=8～18时,可作为O/W型的乳化剂；HLB=3～6时,可作为W/O型的乳化剂[5]。当乳化剂的HLB值与石蜡乳液所需的HLB值相符时，即可制出稳定的石蜡乳液。实验用SP-80、TW-80、OP-10和SP-60作为乳化剂,在搅拌速度1 000 r/min、w(去离子水)=68%、HLB=10、乳化温度85 ℃、乳化时间30 min的条件下,考察几种复配乳化剂乳化效果,其结果见表1。

表1 不同复配乳化剂对石蜡乳液性能的影响

由表 1 可以看出，用TW-80与SP-80复配剂配制出的乳液稳定性能和分散性最好。应选用TW-80与SP-80复配剂为石蜡乳液的最佳乳化剂。

2.1.2 乳化温度对石蜡乳液性能的影响

乳化温度是一个非常重要的工艺参数,对石蜡乳液的性质影响很大。适宜的乳化温度可以使石蜡微粒在搅拌作用下迅速而充分地分散到水中，增加乳液的稳定性。在乳化剂为 TW-80/SP-80、乳化时间为 30 min、w(去离子水)=68%、HLB=10的条件下，选择乳化温度在70～95 ℃、搅拌速率为1 000 r/min 时，考察了其对所制备石蜡乳液的影响，结果见表2。

表2 不同乳化温度对石蜡乳液性能的影响

由表2可见，当乳化温度过低(70 ℃) 或过高(95 ℃)时所制备的乳液不稳定。乳化温度应选80～90 ℃为宜。

适宜的乳化时间,不仅能保证产品质量,同时也能提高生产效率,降低能源消耗。乳化时间太短，石蜡不能充分乳化形成稳定的乳液，时间太长，分散的颗粒则会重新凝聚而导致破乳，同时造成浪费。在乳化剂为 TW-80/SP-80、乳化温度85 ℃、w(去离子水)=68%、HLB=10、搅拌速率1 000 r/min的条件下，选择乳化时间在在20～70 min 时，考察了其对所制备石蜡乳液的影响，结果见表3。

表3 乳化时间对石蜡乳液性能的影响

由表3可见，当乳化时间过短(20 min) 或过长(60 min) 时所制备的乳液不稳定。乳化时间应选30～50 min为宜。

2.1.4 w(去离子水)对石蜡乳液性能的影响

石蜡乳液质量与去离子水用量有关。一般认为w(去离子水)=65%～70%时才能得到稳定的O/W型乳化蜡。在乳化剂为 TW-80/SP-80、乳化温度85 ℃、乳化时间30 min、HLB=10、搅拌速率1 000 r/min的条件下，选择w(去离子水)=60%～80%，考察了其对所制备石蜡乳液的影响，结果见表4。

表4 w(去离子水)对石蜡乳液性能的影响

由表4可见，当w(去离子水)<65%时，乳液粘度较大，乳化效果不好，而w(去离子水)≥70%时，由于蜡含量减少，乳化效果不明显。所以，w(去离子水)=65%～70%为宜。

2.1.5 HLB对石蜡乳液性能的影响

选用石蜡乳化剂时,HLB是其首先要考虑的一个重要条件。乳化剂的亲水亲油性由其分子结构决定，可将HLB看作结构因子的总和。复合乳化剂的HLB具有加和性。只有与石蜡HLB(9～10)相近的表面活性剂,才有可能将石蜡乳化,所以确定复配乳化剂HLB对于制取性能稳定的乳化液至关重要。配制出不同HLB的乳化剂TW-80/SP-80，在乳化温度85 ℃、乳化时间30 min、w(去离子水)=68%，搅拌速率为1 000 r/min的条件下，考察了乳化剂不同HLB对所制备乳化蜡稳定性的影响，结果见表5。

表5 HLB对石蜡乳液性能的影响

由表5可见，当乳化剂HLB=6时，所制备乳化蜡不稳定；乳化剂的HLB=8～12 时，所得乳液较稳定。乳化剂的HLB值应选8～12为宜。而且很明显看出HLB=10时石蜡乳液的分散性最好。

2.1.6 搅拌速率对石蜡乳液性能的影响

搅拌速度会影响乳液性能。当搅拌速率低时，将不能使石蜡与乳化剂充分接触，无法将油相较好乳化，且剪切力太小，形成的乳液颗粒大小不均匀；搅拌速率过快，形成的乳液虽稳定，体系易产生较多泡沫，尤其在乳化剂分子吸附到两相界面上形成胶团后，激烈搅拌不利于牢固保护膜和分散双电层的形成，影响乳液质量。实验中发现，搅拌速度太快会使蜡乳液产生破乳现象，严重影响乳液性能。在乳化剂为TW-80/SP-80、乳化时间30 min、w(去离子水)=68%、HLB=10、乳化温度85 ℃的条件下，选择搅拌速率在600～1 200 r/min 时，对所制备乳化蜡稳定性的影响，结果见表6。

表6 不同搅拌速率对石蜡乳液性能的影响

由表6可知，当搅拌速率低于800 r/min时，所制备乳化蜡不稳定；高于1 000 r/min时，虽然所制备的乳液较稳定，但是会有泡沫产生。所有搅拌速率应选800～1 000 r/min为宜。

2.2 石蜡乳液的性能

选用复合乳化剂TW-80/SP-80，乳化温度85 ℃、乳化时间30 min、w(去离子水)=68%、搅拌速率1 000 r/min、HLB=10.006 7的条件下制备出3个样品并测量其性能指标，结果见表7。

表7 石蜡乳液的性能指标

3 结 论

(1) 当以SP-80与TW-80为复配乳化剂，加入一定量的其它表面活性剂，其中w(去离子水)=65%～70%，HLB=8～12，乳化温度80～90 ℃，乳化时间30～50 min，搅拌速度800～1 000 r/min的条件下，均可制成稳定的石蜡乳液。成品外观呈乳白色稀溶液；以 4 000 r/min 转速离心15 min 不分层；具有良好的离心稳定性和分散性。

(2) 选用复合乳化剂TW-80/SP-80，乳化温度85 ℃、乳化时间30 min、w(去离子水)=68%、搅拌速率1000 r/min、HLB=10.006 7的条件下制备出的石蜡乳液样品的性能指标都符合标准。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 易华.乳化蜡的发展及应用前景[J].油气田地面工程,2006,25(6):58-59.

[2] 徐伟池,于春梅,郭金涛,等.国内乳化蜡制备及应用进展[J].化工中间体,2013,1:5-7.

[3] 郭泽军,李会鹏,沈键,等.非离子石蜡乳液的研究[J].化学工业与工程,2008,5125:414-418.

[4] 杨立志,赵琳,罗根祥.乳化蜡的制备工艺条件研究[J].石化技术与应用，2011,(5):424-426.

[5] 王笃政，等.乳化蜡的研究及应用[J].精细石油化工进展,2012,13(6):52-53.

[6] 江金龙,黄铃.非离子型石蜡乳液的制备[J].广东化工,2011,38(11):44-45.

[7] 冯国琳.乳化蜡的应用进展[J].精细与专用化学品,2012(2):23-25．