液體石蠟的乳化研究

段月英１，叢玉鳳１，黃 瑋１，趙紅麗１，唐 東１，白雙福１，郭金鵬２，高 矚１

（１．遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順１１３００１；２．遼河油田特種油開(kāi)發(fā)公司，遼寧 盤(pán)錦１２４０００）

摘 要： 以液體石蠟為原料，采用添加助劑的方法，制備了石蠟乳液。探討了乳化劑種類(lèi)及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化溫度、乳化時(shí)間等因素對(duì)乳化效果的影響。結(jié)果表明，復(fù)配乳化劑乳化效果較好，各因素對(duì)乳化效果的影響程度依次為乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳 化 溫 度、乳 化 時(shí) 間，確定較佳實(shí)驗(yàn)條件為：ｍ（單甘 脂）／ｍ（Ｔｗｅｅ－８０）＝３∶４，乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)０．９％，乳化溫度８５ ℃，乳化 時(shí) 間５０ｍｉｎ，乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)６２．０％，轉(zhuǎn)速１１００ｒ／ｍｉｎ。石蠟乳液的穩(wěn)定性和分散性較好，密度符合要求。

關(guān)鍵詞： 液體石蠟； 助劑； 復(fù)配乳化劑

中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＥ６２６　　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 　　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－６９５２．２０１６．０５．００２

液體石蠟又稱(chēng)白油或石蠟油，是一種無(wú)色、無(wú)味的有一定黏度的液體，主要來(lái)源于石油餾分中的低碳 Ｃ１０～Ｃ１８正構(gòu)烷烴系列，工業(yè)上主要用分子篩脫蠟生產(chǎn)液體石蠟［１］。液體石蠟具有良好的穩(wěn)定性、黏度較低、易于乳化以及密度適中等優(yōu)點(diǎn)［２］。液體石蠟作為一種常用的化工原料中間體，可以制得很多特殊性能的產(chǎn)品，如上光劑、農(nóng)藥乳化劑、潤(rùn)滑劑等［３］。隨著人們的不斷研究，發(fā)現(xiàn)蠟乳液比液 體 石蠟更具有優(yōu)勢(shì)，如蠟乳液能均勻成膜、覆蓋性較好。所謂蠟乳液是指石蠟和水在表面活性劑的作用下通過(guò)不斷攪 拌 降 低 界 面 張 力 形 成 的 Ｏ／Ｗ 型 分 散 體系［４］，因此，近年來(lái)人們對(duì)石蠟乳化工藝的研究不斷推新，朱 升 干 等［５］采用 Ｔｗｅｅｎ－８０ 和 Ｓｐａｎ－８０ 為主的復(fù)配 乳 化 劑 制 備 出 性 能 好 的 石 蠟 乳 液，歐 陽(yáng) 瑞華［６］采用 Ｔｗｅｅｎ系列 和 Ｓｐａｎ系列復(fù)配乳化劑，制備出了粒徑較小的石蠟乳液；付雪等［７］采用非離子表面 活 性 劑 Ｔｗｅｅｎ－６０ 和 Ｓｐａｎ－６０ 制 備 出 粒 徑 細(xì)小、穩(wěn)定性好的石蠟乳液等，但乳化劑用量大，給進(jìn)一步研究分離雜質(zhì)帶來(lái)麻煩。隨著科技的發(fā)展，人們不斷探索更好的原料及方法，史同瑞等［８］利用液體石蠟在多元醇助劑的條件下，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)１．５％的乳化劑制備出穩(wěn)定的蠟乳液，可用作一些緩釋藥劑，方杰等［９］以液體石蠟為原料制備的蠟乳液對(duì)甲苯廢氣的吸收率可達(dá)９６．５３％。由此可以推斷，選擇合適的乳化劑可以制備出各種不同性能的蠟乳液。

實(shí)驗(yàn)采用復(fù)配乳化劑單甘脂和 Ｔｗｅｅｎ－８０，通過(guò)添加助劑的方法，制備液體石蠟乳液，其蠟乳液油膩感小、無(wú)異味、外觀無(wú)色，密度符合醫(yī)用照影液體石蠟的要求，同時(shí)乳化劑用量小，后續(xù)處理簡(jiǎn)單。

１ 實(shí)驗(yàn)部分

１．１ 試劑及儀器

液體石蠟，工業(yè)純，武邑縣炎威醫(yī)用化 工 廠(chǎng)；十六醇（助劑），分析純，沈陽(yáng)市試劑有限公司；單甘脂，優(yōu)級(jí)純，杭州金鶴來(lái)食品添加劑有限公司。ＨＸ－６０２３ＳＹＺ精密數(shù)顯恒溫水浴鍋，山東荷澤華興儀器有限公司；ＪＪ－１型精密增力電動(dòng)攪拌器，江蘇大地自動(dòng)化環(huán)保儀器廠(chǎng)。

１．２ 實(shí)驗(yàn)方法

以石 蠟 乳 液 為 體 系，其 中 石 蠟 質(zhì) 量 分 數(shù) 為３２．０％，乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)６８．０％，乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)（乳化劑質(zhì)量占石蠟和乳化水總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)）為０．９％，相對(duì)溶液稱(chēng)取一定質(zhì)量的液體石蠟、助劑和乳化劑，并置于恒溫水浴中加熱至反應(yīng)所需的乳化溫度，將熔融的石蠟緩慢滴加到水中，恒溫下反應(yīng)，將轉(zhuǎn)速 調(diào) 至 １１００ｒ／ｍｉｎ，攪拌 ４５ ｍｉｎ，冷卻 至 ２５℃，得到石蠟乳液。

１．３ 石蠟乳液性能

測(cè)定方法依據(jù)國(guó)家 標(biāo) 準(zhǔn)（ＧＢ／Ｔ１１５４３—２００８），在２５ ℃下測(cè)定其穩(wěn)定性和分散性，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一級(jí)形成的乳液均勻性較好，五級(jí)有明顯的兩相分離，六級(jí)兩相完 全 分 離，均 勻 性 最 差；按 照 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn) （ＧＢ／Ｔ２５４０—８１）進(jìn)行液體石蠟乳液的密度測(cè)定，在２５ ℃下測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

２ 結(jié)果與討論

２．１ 乳化劑的篩選

液體石蠟屬于高碳烷烴系化合物，不溶于水中且表面張力較固體大，需要選擇合適的乳化劑才能乳化成所需乳液，制備出性能穩(wěn)定的乳液［１０］。一般以 ＨＬＢ值 （親 水－親 油 平 衡）為 乳 液 選 擇 依 據(jù)，當(dāng)ＨＬＢ值在３～８時(shí)，可用作制備 Ｗ／Ｏ 型的乳液，當(dāng)ＨＬＢ值在８～１８時(shí)，可用作 制 備 Ｏ／Ｗ 型 乳 液［１１］。為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，一般需要多種乳化劑混合使用，根據(jù)混合乳化劑的加和特性，通過(guò)計(jì)算公式 ＨＬＢ＝∑（ＨＬＢｉ×ｗｉ）計(jì)算可得 ＨＬＢ值，其中 ＨＬＢｉ是混合體系中某一表面活性劑的 ＨＬＢ 值；ｗｉ為此種 表面活性劑在混合體系的質(zhì)量分?jǐn)?shù)［１２］。通過(guò) 對(duì) 各 類(lèi)乳化 劑 進(jìn) 行 對(duì) 比 性 研 究，可獲得性能穩(wěn)定的 Ｏ／Ｗ型石蠟乳液［１３］，在復(fù)配乳化劑質(zhì)量比為１∶１、石蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)為３８．０％，乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為６２．０％、乳化劑質(zhì) 量 分 數(shù) ０．９％、乳 化 溫 度 ８５ ℃、乳 化 時(shí) 間 ４５ｍｉｎ、轉(zhuǎn)速１１００ｒ／ｍｉｎ條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表１。

表１ 乳化劑的種類(lèi)對(duì)乳化效果的影響

由表１可知，相比復(fù)配型乳化劑而言，單一乳化劑表面膜韌度低，導(dǎo)致石蠟乳液密度較大，離心穩(wěn)定性與分散性相對(duì)較差，然而復(fù)配乳化劑中的油溶基和水溶基間具有較強(qiáng)的協(xié)調(diào)作用力［１４］，從而克服了以上問(wèn)題。為 此，實(shí) 驗(yàn) 選 擇 單 甘 脂 與 Ｔｗｅｅｎ－８０為復(fù)配型乳化劑。

２．２ 復(fù)配乳化劑的乳化效果考察

將單甘脂 與 Ｔｗｅｅｎ－８０復(fù)配，在 石 蠟 質(zhì) 量 分 數(shù)３８．０％、乳化 水 質(zhì) 量 分 數(shù) ６２．０％、乳化 劑 質(zhì) 量 分 數(shù)０．９％、乳化溫度８５℃、乳化時(shí)間４５ｍｉｎ、轉(zhuǎn)速１１００ｒ／ｍｉｎ的條件下 進(jìn) 行 實(shí) 驗(yàn)，考 察 復(fù) 配 乳 化 后 蠟 乳 液的效果，結(jié)果見(jiàn)表２。

由表２可知，當(dāng) ＨＬＢ值為８～１８時(shí)，可制出 Ｏ／Ｗ 型 乳 液，單 甘 脂 與 Ｔｗｅｅｎ－８０的配 比 不 同，ＨＬＢ值不同，制備出的蠟乳液穩(wěn)定性、分散性、密度相差很大；ＨＬＢ值為１１．４２時(shí)，乳液未分層且分散性為一級(jí)，密 度０．９２６０為最 小。考 慮 到 自 身 實(shí) 驗(yàn) 所 需的條 件 和 預(yù) 期 的 目 的，應(yīng) 選 擇 ｍ （單 甘 脂 ）／ｍ（Ｔｗｅｅｎ－８０）為３∶４。

２．３ 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用質(zhì)量比為３∶４的單甘脂與 Ｔｗｅｅｎ－８０ 復(fù) 配 乳 化 劑 對(duì) 液 體 石 蠟 進(jìn) 行 乳化，以乳液密度作為石蠟乳液的乳化效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化溫度、乳化時(shí)間、乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)等因素，設(shè)計(jì)了 Ｌ１６（４４）四因素四水平的正交試驗(yàn)，因素與水平見(jiàn)表３，正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表４。

由表４極差分析可知，乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳化反應(yīng)起主要影響，乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)次之，乳化溫度影響較小，乳化時(shí)間影響最小。乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)大時(shí)，乳液不能達(dá)到油水平衡，導(dǎo)致產(chǎn)物穩(wěn)定和分散性不好，且水的密度較蠟的密度大，兩者混合乳液密度大，但乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)小時(shí)，也不能很好地乳化，易形成糊狀液且有很多氣泡不斷冒出，因此選擇乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為６２．０％較佳。當(dāng)乳化溫度 為８０～９０ ℃時(shí)，形成的石蠟乳液穩(wěn)定性和分散性較好；隨乳化溫度升高，密度變小，但當(dāng)乳化溫度大于９０ ℃時(shí)繼續(xù)升高乳化溫度，達(dá)到水的沸點(diǎn)后，水在反應(yīng)器中不斷回流，影響了反應(yīng)液中水蠟的正常比例，石蠟乳液的乳化效果變差甚至出現(xiàn)糊狀液體，當(dāng)溫度為８０ ℃時(shí)，乳液穩(wěn) 定 性 和 分 散 性 可 以 達(dá) 到 二 級(jí)，但 乳液的密度大。綜合以上因素，較佳乳化溫度選擇８５℃。一般情況下乳化劑對(duì)石蠟乳液的影響較大，但本實(shí)驗(yàn)選用的復(fù)配乳化劑混合密度較小，且用量少，相對(duì)本實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)影響較小。乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)太小時(shí)不能降低油水相界面張力，乳化效果較差，質(zhì)量分?jǐn)?shù)太大會(huì)使乳液產(chǎn)生氣泡影響乳液的穩(wěn)定性，因此選擇乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為０．９％較佳。乳化時(shí)間對(duì)乳液影響最小，乳化時(shí)間短，反應(yīng)物不能充分接觸，乳化效果不充分，乳化時(shí)間太長(zhǎng)，乳液不均勻，粒徑會(huì)變粗，而且浪費(fèi)有效的資源，選擇５０ｍｉｎ為較佳。因此，較佳 因 素 組 合 Ａ３Ｂ３Ｃ４Ｄ２，得出 最 佳 實(shí)驗(yàn)條件為 ｍ（單甘脂）／ｍ（Ｔｗｅｅｎ－８０）為３∶４、轉(zhuǎn)速１１００ｒ／ｍｉｎ，乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為０．９％、乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù) ６２．０％、乳 化 溫 度 為 ８５ ℃、乳 化 時(shí) 間 為 ５０ｍｉｎ。

２．４ 蠟乳液的性能

在乳 化 劑 單 甘 脂 與 Ｔｗｅｅｎ－８０ 的 質(zhì) 量 比 為３∶４、乳 化 劑 質(zhì) 量 分 數(shù) ０．９％、乳 化 水 質(zhì) 量 分 數(shù)６２．０％、乳化 溫 度８５ ℃、乳化 時(shí) 間５０ ｍｉｎ、攪拌 轉(zhuǎn)速１１００ｒ／ｍｉｎ的條 件 下 制 備 液 體 石 蠟 乳 液，其 主要性能指標(biāo)見(jiàn) 表５。從 表５可 以 看 出，實(shí) 驗(yàn) 制 備 的乳液無(wú)異味，白色，分散性和穩(wěn)定性好且密度小，符合醫(yī)用液體石蠟乳液的要求。

３ 結(jié) 論

（１）采用普通攪拌的方法制備石蠟乳液，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到復(fù)配的乳化劑比單一的乳化劑更能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)預(yù)期目的，在有少量助劑的協(xié)同下，可得到分散性為二級(jí)、離心穩(wěn)定性好、密度符合要求的石蠟乳液。

（２）影響石蠟乳液制備的主要因素及其影響程度大小依次為：乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乳化溫度、乳化時(shí)間，制備乳液較佳的條件為：條件組合 為 Ａ３Ｂ３Ｃ４Ｄ２，ｍ（單 甘 脂）／ｍ （Ｔｗｅｅｎ－８０）為３∶４，轉(zhuǎn)速１１００ｒ／ｍｉｎ，乳化 劑 質(zhì) 量 分 數(shù) 為０．９％，乳化水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為６２．０％，乳化溫度為８５ ℃，乳化時(shí)間為５０ｍｉｎ。

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（編輯 宋官龍）