乳化剂对蜡乳液稳定性的影响

乳化剂对蜡乳液稳定性的影响
黄益操;邵国强
【摘要】以Span-80、Tween-80和SDS作为复配乳化剂，对乳化剂的选择、用量及配比等影响乳液稳定性的因素进行了实验。

实验结果表明：使用乳化剂用量为蜡质量的20％，乳化温度控制在85℃，乳化时间为90min，搅拌速度为
1000r/min，可制备出稳定性较好的聚乙烯蜡乳液。

%With Span-80,Tween-80 and SDS as compound emulsifier,the effects of emulsifier choice, dose and proportion were investigated.The experiment showed that stable PE wax emulsion could be prepared at the emulsifier dose of 20%,emulsifying time of 90 min at 85℃ and stirring at 1000 r/min.
【期刊名称】《浙江外国语学院学报》
【年(卷),期】2013(000)004
【总页数】4页(P19-22)
【关键词】聚乙烯蜡乳液;乳化剂;稳定性
【作者】黄益操;邵国强
【作者单位】浙江外国语学院科学技术学院，浙江杭州310012;浙江外国语学院科学技术学院，浙江杭州310012
【正文语种】中文
【中图分类】TQ630
1 引言
蜡按照其来源可分为天然蜡和合成蜡.天然蜡包括动物蜡、植物蜡、矿物蜡，如石蜡、巴西棕榈蜡等;合成蜡主要是聚合反应合成的聚烯烃蜡，如聚乙烯蜡、聚丙烯
蜡等.以蜡为原料，将其与乳化剂及适当的调节剂经乳化反应制成的固—油—水多
相分散体系的稳定乳状液称为蜡乳液，又叫乳化蜡，是一种重要的特种蜡产品，应用十分广泛［1］.
稳定的蜡乳液外观为半透明或白色粘稠状，pH值为6～10，放置不分层无沉淀［2］.从20世纪50年代开始，国外就开展了蜡乳液的研究开发和应用工作.目前，发达国家的蜡乳液产品已形成系列，美国Mobil公司已开发100多个品种的蜡乳液产品，生产和应用都有相当规模，它生产的蜡乳液具有粒径小、乳液稳定、使用效果好等优点，应用广泛.随着对蜡乳液的应用领域的研究不断深入，乳化蜡生产
已向多种类、精细化方向发展，在追求高技术含量、高附加值的同时，形成了品种齐全的特种蜡体系.如纳米蜡乳液具有成膜性好、成膜致密、表面光洁、光泽度好
和干扰性表面活性剂用量少等优点.国内对蜡乳液的研究开发工作起步较晚，与国
外相比，蜡乳液的研究与生产还处于起步阶段，主要表现在品种少、质量差、规模小，不能满足各行业生产的需要，部分蜡乳液品种还需依靠进口［3］.
蜡乳液主要有两种类型，即W/O和O/W型.乳液的类型与乳液组成有关，当油相体积分数大于74.02%时，只能形成W/O型乳液;如果油相体积分数小于25.98%，则只能形成O/W型乳液;当油相体积分数在25.98%～74.02%时，则O/W型和
W/O型乳液均可能生成.在实际应用中，所使用的蜡乳液大多数为O/W型.而乳化石蜡的生产工艺中最关键的是乳化方法.蜡乳液制备方法主要有:一是剂在水中法，
将乳化剂直接溶于水中，在激烈的搅拌条件下将蜡溶于水中制备O/W型乳液，若继续加入油相则可得W/O乳液.二是剂在油中法，将乳化剂溶于蜡中，然后将水
直接加入溶有乳化剂的蜡中制备W/O乳液，若继续加入水则可得O/W乳液.三是轮流加液法，将水和蜡交替加入乳化剂中，每次只加少量.四是初生皂法，将脂肪溶于蜡中，将碱溶于水中，在强烈搅拌下将两溶液混合，可得到乳状液.第五种方法叫转相温度乳化法，即在相转变温度附近进行乳化［4］79.
亲水亲油平衡值(Hydrophilic Lipophilic Balance，简称HLB)是一个用来衡量表面活性剂分子中的亲水部分和亲油部分对其性能所作贡献大小的物理量.乳化剂的选择通常以HLB值为依据，可选择与蜡乳液的HLB值(9～12)相近的乳化剂作为最佳乳化剂.在实际应用中，如单一的乳化剂不能满足要求，可选用HLB值不同的表面活性剂复配使用［4］80.
虽然蜡乳液易与其他物质的水溶液或乳状液复合使用，并且具有无毒无腐蚀性、生产工艺简单、使用方便和价格便宜等优点.但常常因其稳定性不够好，从而影响了蜡乳液的贮存和使用.影响蜡乳液稳定性的因素很多，如蜡性质、乳化剂选择、乳液中蜡含量、乳化温度、搅拌的速度等等.本文以聚乙烯蜡(PE蜡)为原料，探索了影响蜡乳液稳定性的因素，制得了性能较好的聚乙烯蜡乳液.
2 主要实验仪器与试剂
仪器有真空干燥箱、智能集热式恒温加热磁力搅拌器和台式离心机.
试剂有聚乙烯蜡(熔程大约在110～125℃);十二烷基硫酸钠(SDS，分析纯，无锡市晶科化工有限公司);吐温80(Tween-80，分析纯，浙江温州清明化工厂);斯盘
80(Span-80，分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司);单硬脂酸甘油酯(分析纯，青岛裕凯鑫化工贸易有限公司).
3 聚乙烯蜡乳液的探索性实验
在阅读了一些文献之后，发现Span-80和Tween-80为蜡乳液制备过程中使用较多的两种乳化剂.Liu Weirong等用8%的Span-80与Tween-80的复配乳化剂制得固含量为20%的蜡乳液［5］;郭艳新等用12%的复配乳化剂制得固含量为20%
的蜡乳液［6］;郭泽军等用Span-80、Tween-80、硬脂酸和三乙醇胺进行复配制得了蜡乳液［7］;朱升干等研究了非离子型蜡乳液的制备工艺，他们发现由Span-80和Tween-80复配的最佳用量为蜡乳液的10%［8］.因此，实验使用以Span-80和Tween-80为主要乳化剂的复配体系.
3.1 聚乙烯蜡乳液的合成工艺
实验采用剂在油中法制备蜡乳液.将一定量的聚乙烯蜡加入到三口烧瓶中，加热到120℃将其熔化，再滴加一定配比的表面活性剂.在物料全部熔融的条件下，打开搅拌器，使蜡与表面活性剂均匀分散到体系完全透明.然后，在搅拌下滴加已经加热
至沸腾的水，形成W/O型乳液，继续加水搅拌转相形成O/W型蜡乳液，在85℃下乳化90min，得到稳定的聚乙烯蜡乳液.
3.2 结果与讨论
3.2.1 乳化剂用量对稳定性的影响
由于乳化剂的用量对于乳化效果的影响较大，所以实验在乳化温度为85℃、乳化
时间为90min和搅拌速度为1000r/min的条件下采用熔蜡中先加乳化剂再加水的方法，对复合乳化剂(Span-80∶Tween-80=1∶1)用量分别占用蜡的10%、15%、20%、25%、30%和35%的乳液乳化效果进行了探究.乳化剂的用量对蜡乳液稳定性的影响见表1.
表1 乳化剂用量对蜡乳液稳定性的影响乳化剂用量占比(%) 静置稳定性(一周后) 离心稳定性(3000r/min，30min)10 分层/15 乳白，分层不明显分层明显20 乳白，不分层不分层25 乳白，不分层分层不明显30 乳白，有细微颗粒状的蜡 /35 较
多凝结/
从表1可见乳化剂用量对乳液的稳定性影响还是比较大的.乳化剂用量过少稳定性差;乳化剂用量过多，虽然可以降低界面的张力，但泡沫增多，黏度增大，乳化效
果反而不好.可见，乳化剂的用量可选择在蜡质量的20%～25%.
3.2.2 Span-80与Tween-80复配对稳定性的影响
称取4g聚乙烯蜡，用Span-80与Tween-80复配成不同的HLB值来乳化该蜡.加入方式为在熔蜡中先加乳化剂再加水，乳化温度设定为85℃，得到了表2中几种乳化结果.
表2 Span-80与Tween-80复配对蜡乳液稳定性的影响聚乙烯蜡用量(g)Span-80 Tween-80 HLB值静置稳定性(一周后) 离心稳定性(3000r/min，30min)乳化剂配方(g)4 0.42 0.37 9.3 分层，下层水状，上层乳白色/4 0.36 0.44 10.2 分层，下层水状，上层乳白色蜡状 /4 0.24 0.56 11.7 分层，下层灰白，上层乳白色 /4 0.22 0.58 12.0 不分层，乳白液不明显分层4 0.20 0.60 12.3 不分层，乳液中粗粒可见分层较明显，有凝结
复配乳化剂体系HLB值的计算公式是:HLB=HLBA×A%+HLBB×B%+HLBC×C%.上述实验为两种乳化剂复配，乳化剂A为Span-80，HLB值为4.3;乳化剂B为Tween-80，HLB值为15.由表2可以看出，实验聚乙烯蜡的合适乳化HLB计算值在12左右.
3.2.3 三组分乳化剂复配对稳定性的影响
为了进一步探索乳化剂对蜡乳液稳定性的影响情况，实验在Span-80与Tween-80复配中再加入第三组分乳化剂，分别补加入单硬脂酸甘油酯(下文简称MST)和十二烷基硫酸钠(下文简称SDS)与其复配，加入方式仍为在熔蜡中先加乳化剂再加水，乳化温度设定为85℃，实验得到了较好的效果(见表3).
表3 三组分乳化剂复配对蜡乳液稳定性的影响聚乙烯蜡用量(g)乳化剂配方
(g)Span-80 Tween-80离心稳定性(3000r/min，30min)第三组分HLB值静置稳定性(一周后)7 0.30 1.10 0.10(MST) 12.15不分层乳白液不分层7 0.70 0.52 0.17(SDS) 12.15 不分层，均匀乳白液不分层，均匀乳白液
由表3所得的实验数据可知，分别加入MST(HLB=3.8)和SDS(HLB=40)的复配乳
化剂制备的蜡乳液稳定性均有提高.在HLB值相同的情况下，加入SDS进行复配
的乳化效果比加入MST的效果要更好一些.使用Span-80、Tween-80和SDS三
元复配获得HLB计算值为12.15的乳化体系，乳化剂用量为实验蜡质量的20%，乳化温度控制在85℃，乳化时间为90min，搅拌速度为1000r/min，可制备出稳定性较好的聚乙烯蜡乳液.
4 结论
通过上述实验，我们初步可以得出以下结论:第一，非离子乳化剂和阴离子乳化剂
复配往往能获得更好的乳化效果.第二，乳化体系的HLB值控制在12左右，更有
利于乳化的进行.第三，乳化剂的用量需控制，过多或过少都不利于蜡乳液的稳定性.此外，实验还发现乳化温度和搅拌速度对蜡乳液的制备有影响.
参考文献:
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［8］朱升干，朱春燕，郑典模.非离子型蜡乳液的制备工艺［J］.化工中间体，2010(4):55-59.。