超高浓度石蜡乳状液的研制

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2008年第27卷第10期·1632·
化工进展
超高浓度石蜡乳状液的研制
蒋金芝，阎智勇
（中南大学化学化工学院，湖南长沙 410083）
摘要：超高浓度石蜡乳液，是蜡含量能达到50％的同时具有良好流动性、高度分散性和稳定性等特点的白色乳液。

本文以工业石蜡为主要原料，采用特殊工艺和新型复配乳化剂，最终制得了环保型超高浓度石蜡乳液。

考察了乳化剂的选择及其用量、新型复配乳化剂中各组分的比例、乳化温度、乳化时间和搅拌速度对石蜡乳化效果的影响。

并确定了最佳乳化工艺条件：新型复配乳化剂为7％（以总固含量为基准的质量分数），乳化时间40 min，乳化温度为70 ℃，搅拌速度1700 r/ min。

在此条件下，石蜡乳液蜡含量为50％，且稳定性、分散性、流动性较好。

关性词：石蜡乳液；浓缩乳化；乳化剂
中图分类号：TQ 423 文献标识码：A 中图分类号：1000–6613（2008）10–1632–05
Preparation of high wax content emulsion
JIANG Jinzhi，YAN Zhiyong
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Hunan，Changsha 410083，China）Abstract：Paraffin wax emulsion with wax content over 50 % and good fluidity，excellent stability and dispersivity，is a cream color emulsion. The environment-friendly and high wax content emulsion was prepared from industrial paraffin wax and a new compounded emulsifier by a special method. The effects of the type and quantity of the emulsifier，the proportion of various components in the new compounded emulsifier，the temperature and time of emulsification，and stirring speed on the emulsification were investigated. The experimental result indicated that the new compounded emulsifier was better than conventional emulsifier. The optimum condition was as follows：new compounded emulsifier 7 % (mass)，emulsification time 40 min，emulsification temperature 90 ℃，stirring speed 1700 r/min. Under this condition，the wax content in the paraffin wax emulsion reached 50 %，and has good stability，dispersivity，and fluidity.
Key words：paraffin wax emulsion；concentration emulsification；emulsifier
石蜡乳液又叫乳化蜡，是固体石蜡均匀分散在水中的乳液；其使用时无需加热熔融或用溶剂溶解，成膜均匀、覆盖性好，且易于和其它物质的水溶液或乳液复合使用，具有安全、高效和经济环保等优点[1]，是一种用途广泛的化工产品。

一般低浓度的乳化蜡的用途如下：医药行业上用作乳胶制品的助剂；农业上用作果品保鲜等。

而高浓度乳化蜡，蜡含量一般为35％，由于其蜡含量更高，覆盖性更好，相应使用成本更低，应用范围更为广泛，如在建筑行业上用作钢筋混凝土的固化剂；造纸工业上用作纸浆施胶剂；印刷油墨中作分散剂；皮革行业中用作涂饰剂等[2－3]。

乳化蜡最早是美孚石油公司在20世纪50年代开始研究开发，10年后即已在美国普遍使用。

20世纪70年代时，英国、联邦德国、日本也逐渐开始研究和应用乳化蜡[4]。

目前，国外已有专利[5－7]报道了蜡含量不低于50%的石蜡乳液。

我国该方面研究起步较晚，目前其开发应用与国外相比差距很大，需使用乳化蜡的部门几乎全用不合理的代替品，而且研究及生产出的乳白色、高浓度的乳化蜡品种更是极少。

石蜡乳液的制备按照乳化剂的加入方式，一般分为4种[8]：剂在水中法、剂在油中法、初生皂法、
收稿日期：2008–05–25；修改稿日期：2008–04–01。

第一作者简介：蒋金枝（1962—），女，副教授，硕士生导师，主要
研究方向为有机化学与电化学研究。

E–mail jiangjinzhi999@。

第10期蒋金芝等：超高浓度石蜡乳状液的研制·1633·
轮流加液法等。

本工作的实验证明这4种方法均难以得到浓度超过35％、且具有良好流动性的高浓度石蜡乳液。

因此，本工作分别对石蜡乳化剂的选择、乳化条件的影响、乳化工艺的改进进行探讨，拟研究出新型复配乳化剂，并采用特殊工艺，获得国内尚未见报道的超高浓度石蜡乳液，其蜡含量可达50％，并为石蜡乳液产品的多用途开发研究和应用提供可靠的实验数据。

1 实验部分
1.1石蜡乳化原理
石蜡乳液是一种热力学不稳定体系，放置时石蜡和水两相易分离。

要使石蜡分散于水中成为高分散、均匀、稳定的乳液，必须选择合适的乳化剂并通过一定的乳化工艺来实现。

乳化剂使石蜡固体形成微小的液滴（粒径在1～3 µm）并能定向吸附其表面，使石蜡水界面形成具有一定机械强度的界面膜，从而使稳定分散于水中而不易聚结析出。

因此要制得颗粒细小、均匀稳定的石蜡，乳化剂的选择是首要条件[9]，其次是乳化的工艺及条件。

一般浓度乳化蜡液的制备由于蜡含量低，采用一般工艺和两种乳化剂复配便可得到机械强度足够的界面膜；而高浓乳化蜡液由于蜡含量高，若乳化剂在乳液粒子表面形成的吸附层不够致密，界面膜强度低，将导致乳粒相互靠拢合并成大颗粒而破乳分层。

因此制备超高浓乳化蜡液的关键在于找出新乳化剂以在石蜡水界面得到足够强度的界面膜。

1.2仪器及药品
仪器：电炉（1000 W）、恒温电磁搅拌水浴锅、锥形瓶。

药品：45#石蜡（工业级）、硬脂酸（分析纯）、乳化稳定剂HP-1（工业级）、助剂AP-2（分析纯）、助剂AP-1（工业级）。

1.3制备方法
本实验采用浓缩乳化再稀释的特殊工艺，具体操作如下。

将25 g工业石蜡、11 g水、0.085 g乳化稳定剂HP-1、1.24 g硬脂酸、0.085 g助剂AP-1在烧杯中混合并薄膜密封，用电炉加热直至蜡固体开始融化，再移至水浴温度为70～72 ℃的水浴锅中。

待固体全部融化后，先将瓶内液体搅拌均匀，此时呈略黄的乳白色，再向其中加入0.49 g助剂AP-2，搅拌均匀，并在瓶内70 ℃下搅拌40 min，搅拌速率为1700 r/ min。

冷却并搅拌，直至瓶内温度降为35～38 ℃，此时再向瓶中加入12 g 50～55 ℃的自来水进行稀
释，最后边搅拌边冷却至室温。

1.4乳化蜡性能测试方法
文中乳化蜡性能的测试均在蜡含量为50％的
石蜡乳液中进行。

1.4.1 稳定性测定
将乳化蜡在室温下静置30天后，测量乳化液的
体积（V O）占整个溶液体积（V T）的分数，其值越
大，表明所制备的乳化液越稳定。

1.4.2 分散性检测
分散性测定参照农乳的5个等级，一级最好，
五级最差，具体见文献[10]。

1.4.3 石蜡乳液类型评定
采用冲淡法。

取少许石蜡乳液，加入少量水，
轻轻搅拌，易与水掺合者为水包油型（O/W），反
之，为油包水型（W/O）。

2 结果与讨论
2.1乳化剂的选择及其用量的确定
2.1.1 乳化剂的选择
选择乳化剂通常以亲水－亲油平衡值（HLB）
为依据，石蜡乳化要求HLB值在10左右，而且经
验表明，乳化蜡的稳定体系需要两种以上的表面活
性剂才有较好的效果[11]。

为此，可以利用有机概念
图，图中将有机物亲油和亲水的程度用数字来表示，
即有机性值（O）和无机性值（I）。

这样就能根据
化合物的有机性值辅助选择乳化剂[12－14]进行复配，
即利用了有机性值相近相溶原则选择乳化剂。

石蜡的O值范围为520～640。

几种乳化剂的有
机性值和无机性值见表1。

表1乳化剂的有机性值和无机性值
乳化剂I值O值
油酸三异丙醇胺酯662 560
十二烷基磺酸钠720 260
硬脂酸钠560 380
Span80 500
392 硬脂酸60 380
助剂AP-2 700 120
由表1中各乳化剂的I、O值，可知用助剂AP-2
与硬脂酸复配的乳化剂较好。

在此基础上，通过查
阅相关资料[15]，又加入乳化稳定剂和助剂AP-1再进
行复配得到新型复配乳化剂，并通过实验考察了不
化工进展 2008年第27卷·1634·
同复配乳化剂对石蜡乳液稳定性的影响（本文中每
次实验的总质量均规定约为50 g，其中石蜡为25 g，
水为23 g，各类助剂共1.9 g）。

实验结果如表2。

表2新复配乳化剂对石蜡乳液稳定性的影响
乳化剂乳液状态（室温）乳液静置30天V O/V T
硬脂酸、助剂AP-2 凝固20%
硬脂酸、助剂AP-2、
乳化稳定剂HP-1
凝固40%
硬脂酸、助剂
AP-2、助剂AP-1
凝固40%
硬脂酸、助剂
AP-2、乳化稳定剂
HP-1、助剂AP-1
良好流动性99%
从表2可知，4种乳化剂复配的新乳化剂能得
到具有流动性的高含量石蜡乳液。

因此，选用硬脂
酸、乳化稳定剂HP-1、助剂AP-2、助剂AP-1进行
复配得到新型复配乳化剂。

2.1.2 乳化剂用量的选择
实验已证明表面活性剂作为乳化剂时，其在界
面上形成吸附膜的强度与界面活性剂的浓度有
关[16]，因此只有加入足够量的乳化剂才能达到最佳
乳化效果。

但乳化剂用量过多，产品会形成太多气
泡而影响其质量。

因此乳化剂一般遵循采用必不可
少的最低用量原则，通常为总固含量的4%～15%。

通过实验考察了不同用量的上述新型复配乳化剂对
石蜡乳化效果的影响，结果见表3（本文中“－”
表示乳液凝固无法评价）。

表3新型复配乳化剂用量对石蜡乳化的影响
乳化剂用量/％静置30天
V O/V T
其它现象产品性能分散性
4 0 凝固蜡粒不均匀—
5 0 凝固蜡粒不均匀—
6 60%
上层油，下层水蜡粒细腻均匀，但分层四级
7 99%
乳白色，均匀蜡粒均匀且不分层二级
8 99%
乳白色，均匀蜡粒均匀且不分层二级从表3中可知，当新型复配乳化剂用量小于6％时，无法得到具有流动性的高浓度乳化液；用量大于7％时，石蜡乳化效果即较好，但为避免产生太多气泡以及提高成本，选取乳液总固含量的7％为新型乳化剂的含量。

2.1.3 乳化剂中各组分间比例的确定
由表1和文献[17]知硬脂酸和助剂AP-2应为乳
化剂中主要成分，且它们质量之和与乳化稳定剂
HP-1和助剂AP-1质量之和的比应约为1∶10。

为
探讨乳化剂组分间的比例问题，先固定乳化稳定剂
HP-1和助剂AP-1的用量，将硬脂酸与助剂AP-2
按不同比例进行实验，考察其对石蜡乳液稳定性的
影响，结果见表4。

表4硬脂酸和助剂AP-2的比例对石蜡乳液稳定性的影响序号
m(硬脂酸)∶
m(助剂AP-2)
乳液静置30天，
V O/V T
乳液类型
1 1∶
2 0 —
2 1∶1 30% O/W
3 1.5∶1 60% O/W
4 2∶1 80% O/W
5 2.5∶1 99% O/W
6 3∶1 65% O/W
由表4可知，硬脂酸过量，可使乳化蜡的稳定
性增强。

这是因为硬脂酸具有较小的亲水端基，能
有效吸附在界面上和插入表面活性剂分子之间，呈
更紧密的空间排列，形成致密的高强度膜。

但硬脂
酸过量太多反而影响乳液的稳定性，因此我们确定
硬脂酸和助剂AP-2的比大约为2.5∶1。

其次在表4中5号实验的基础上，考察乳化稳
定剂HP-1和助剂AP-1两者之间的比例对乳化蜡稳
定性的影响，结果如表5所示。

表5乳化稳定剂HP-1和助剂AP-1的比例对乳化蜡稳定性
的影响
序号m(HP-1)∶m(助剂AP-2)乳液静置30天，V O/V T乳液类型
1 1∶
2 0 —
2 1∶1 90% O/W
3 2∶1 50% O/W
由表5可知，乳化稳定剂HP-1和助剂AP-1的
最佳比例应为1∶1。

根据乳化剂的总量约为1.9 g，可计算得出上述
最佳比例下新型乳化剂中的各成分的质量分别为：
1.24 g硬脂酸、0.49 g助剂AP-2、0.085g乳化稳定
剂HP-1、0.085 g助剂AP-1，其在乳液中的质量分
数分别为 2.48%的硬脂酸、0.98%的助剂AP-2、
0.17%的乳化稳定剂HP-1、0.17％的助剂AP-1。

第10期蒋金芝等：超高浓度石蜡乳状液的研制·1635·
2.3乳化温度的影响
适宜的乳化温度可以使蜡微粒在搅拌作用下迅速而充分地分散，增加乳液的稳定性。

温度对石蜡乳液的影响见表6。

表6乳化温度对石蜡乳化效果的影响
温度/℃乳化时间/min 冷却静置1h后乳液状况分散性乳液类型
40 30 凝固——
50 30 凝固——
60 30 极稠，无流动性五级O/W
70 30 无析出，流动性较好二级O/W
从表6中可看出，温度低于70 ℃时，难以得到稳定的石蜡乳液，因此乳化温度应不低于70 ℃，最终选取70 ℃。

2.4乳化时间的影响
在最佳乳化剂用量以及乳化温度的条下，考察了乳化时间对石蜡乳液的稳定性的影响，实验结果如表7所示。

表7乳化时间对石蜡乳化效果的影响
序号乳化时间/ min 乳液静置30天，V O/V T
1 25 50%
2 30 70%
3 35 85%
4 40 90%
5 45 99%
由表7可见，乳化时间太短石蜡不能充分乳化，时间太长则造成浪费。

实验证明乳液粒径开始时随时间的延长而变小，但一定时间后粒径不再变化。

乳化时间超过40 min，即可得到稳定的石蜡乳化液。

因此我们选择最佳乳化时间为40 min。

2.5搅拌速度的影响
杨基和等[18]发现，在乳化过程中，搅拌速度也会影响石蜡乳液的性质。

速度过低不能将油相的蜡较好的乳化，乳液颗粒不均匀；搅拌速度过高，则易带入大量的气泡，消泡困难，并且搅拌速率太高会使乳化蜡破乳，影响其稳定性。

不同的搅拌速率对乳化液的影响见表8。

从表8中可见，搅拌速率大于1500 r/min时，乳液稳定性和分散性较好，但搅拌速率过快则不宜控制，且能耗较高。

而当搅拌速率低于500 r/min 时则难以得到石蜡乳液。

因此选择1700 r/min为合适的搅拌速率。

表8搅拌速率对石蜡乳化效果的影响
序号转速r/min乳液静置30天，V O/V T 分散性乳液类型
1 ＜500 ———
2 500～100070% 四级O/W
3 1000～150088% 三级O/W
4 1500～200099% 二级O/W
2.5新型乳化工艺
石蜡乳液的制备常采用剂在水中法、剂在油中法和初生皂法等。

在确定了上述新型复配乳化剂后，在保证50％蜡含量的前提下，通过实验进行了传统乳化工艺和新工艺的对比研究，实验结果见表9。

表9石蜡乳化工艺结果的对比
乳化工艺工艺简介蜡含量乳液流动性
剂在油中法将乳化剂溶于水中，激烈搅拌
条件下将蜡加入水中
50％凝固
剂在水中法乳化剂溶于蜡中，然后加入水
得到W/O型乳液，继续加水乳
液转相W/O型转化为O/W型
50％凝固
初生皂法将脂肪溶于蜡中，将碱溶于水
中，两相接触在界面上即有皂生成
50％凝固
新工艺将油、乳化剂和部分水混合进
行加热浓缩乳化，冷却后，再加
剩余温水稀释
50％流动性较好
由表9可知，传统的3类方法均难以制得有流动性的蜡含量为50％的高浓度石蜡乳液，而采用新工艺，不仅可以简化制作条件，也能得到具有流动性的高浓度乳化液。

2.6产品性能
制得的超高浓度石蜡乳液基本无毒，符合环保要求，外观为乳白色，经检测为O/W型，分散性为二级，稳定放置40天不分层。

3 结论
（1）确定了新型复配乳化剂及其配方（质量分数）：乳化稳定剂HP-1为0.17%，助剂AP-2为0.17%，助剂AP-1为0.98％，硬脂酸为2.48％。

（2）研究出了将水油初始混合进行浓缩乳化，然后再稀释的新石蜡乳化工艺，并对乳化工艺条件进行考察，确定了制备稳定石蜡乳液的最佳工艺条件为：乳化温度70 ℃，乳化时间40 min，搅拌速度1700 r/min。

（3）制得了蜡含量高达50％的超高浓度石蜡乳液，且其流动性、稳定性和分散性均较好。

化 工 进 展 2008年第27卷
·1636·（4）本方法所需生产设备及原料简单，工艺条
件易于操作，产品经济环保，适于工业化生产。

参 考 文 献
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（上接第1631页）
3 结 论
（1）合成的松香基阳离子表面活性剂原料来源丰富，为天然可再生资源，而且价格便宜，是一类有开发前景的表面活性剂。

（2）以松香、三甲胺以及环氧氯丙烷为原料制备松香型阳离子乳化剂的优化反应条件为乙醇作溶剂，n (松香)∶n (三甲胺)∶n (环氧氯丙烷) =1.1∶1∶1，反应温度100 ℃，反应时间3.5 h ，该条件下阳离子松香酯化率为83.4%。

（3）合成的松香基阳离子表面活性剂有良好的表面活性，对松香有良好的乳化性能。

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