黃益操，邵國強(qiáng)

(浙江外國語學(xué)院科學(xué)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州310012)

1 引言

蠟按照其來源可分為天然蠟和合成蠟.天然蠟包括動(dòng)物蠟、植物蠟、礦物蠟，如石蠟、巴西棕櫚蠟等;合成蠟主要是聚合反應(yīng)合成的聚烯烴蠟，如聚乙烯蠟、聚丙烯蠟等.以蠟為原料，將其與乳化劑及適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)劑經(jīng)乳化反應(yīng)制成的固—油—水多相分散體系的穩(wěn)定乳狀液稱為蠟乳液，又叫乳化蠟，是一種重要的特種蠟產(chǎn)品，應(yīng)用十分廣泛［1］.

穩(wěn)定的蠟乳液外觀為半透明或白色粘稠狀，pH值為6～10，放置不分層無沉淀［2］.從20世紀(jì)50年代開始，國外就開展了蠟乳液的研究開發(fā)和應(yīng)用工作.目前，發(fā)達(dá)國家的蠟乳液產(chǎn)品已形成系列，美國Mobil公司已開發(fā)100多個(gè)品種的蠟乳液產(chǎn)品，生產(chǎn)和應(yīng)用都有相當(dāng)規(guī)模，它生產(chǎn)的蠟乳液具有粒徑小、乳液穩(wěn)定、使用效果好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛.隨著對(duì)蠟乳液的應(yīng)用領(lǐng)域的研究不斷深入，乳化蠟生產(chǎn)已向多種類、精細(xì)化方向發(fā)展，在追求高技術(shù)含量、高附加值的同時(shí)，形成了品種齊全的特種蠟體系.如納米蠟乳液具有成膜性好、成膜致密、表面光潔、光澤度好和干擾性表面活性劑用量少等優(yōu)點(diǎn).國內(nèi)對(duì)蠟乳液的研究開發(fā)工作起步較晚，與國外相比，蠟乳液的研究與生產(chǎn)還處于起步階段，主要表現(xiàn)在品種少、質(zhì)量差、規(guī)模小，不能滿足各行業(yè)生產(chǎn)的需要，部分蠟乳液品種還需依靠進(jìn)口［3］.

蠟乳液主要有兩種類型，即W/O和O/W型.乳液的類型與乳液組成有關(guān)，當(dāng)油相體積分?jǐn)?shù)大于74.02%時(shí)，只能形成W/O型乳液;如果油相體積分?jǐn)?shù)小于25.98%，則只能形成O/W型乳液;當(dāng)油相體積分?jǐn)?shù)在25.98%～74.02%時(shí)，則O/W型和W/O型乳液均可能生成.在實(shí)際應(yīng)用中，所使用的蠟乳液大多數(shù)為O/W型.而乳化石蠟的生產(chǎn)工藝中最關(guān)鍵的是乳化方法.蠟乳液制備方法主要有:一是劑在水中法，將乳化劑直接溶于水中，在激烈的攪拌條件下將蠟溶于水中制備O/W型乳液，若繼續(xù)加入油相則可得W/O乳液.二是劑在油中法，將乳化劑溶于蠟中，然后將水直接加入溶有乳化劑的蠟中制備W/O乳液，若繼續(xù)加入水則可得O/W乳液.三是輪流加液法，將水和蠟交替加入乳化劑中，每次只加少量.四是初生皂法，將脂肪溶于蠟中，將堿溶于水中，在強(qiáng)烈攪拌下將兩溶液混合，可得到乳狀液.第五種方法叫轉(zhuǎn)相溫度乳化法，即在相轉(zhuǎn)變溫度附近進(jìn)行乳化［4］79.

親水親油平衡值(Hydrophilic Lipophilic Balance，簡(jiǎn)稱HLB)是一個(gè)用來衡量表面活性劑分子中的親水部分和親油部分對(duì)其性能所作貢獻(xiàn)大小的物理量.乳化劑的選擇通常以HLB值為依據(jù)，可選擇與蠟乳液的HLB值(9～12)相近的乳化劑作為最佳乳化劑.在實(shí)際應(yīng)用中，如單一的乳化劑不能滿足要求，可選用HLB值不同的表面活性劑復(fù)配使用［4］80.

雖然蠟乳液易與其他物質(zhì)的水溶液或乳狀液復(fù)合使用，并且具有無毒無腐蝕性、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、使用方便和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn).但常常因其穩(wěn)定性不夠好，從而影響了蠟乳液的貯存和使用.影響蠟乳液穩(wěn)定性的因素很多，如蠟性質(zhì)、乳化劑選擇、乳液中蠟含量、乳化溫度、攪拌的速度等等.本文以聚乙烯蠟(PE蠟)為原料，探索了影響蠟乳液穩(wěn)定性的因素，制得了性能較好的聚乙烯蠟乳液.

2 主要實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

儀器有真空干燥箱、智能集熱式恒溫加熱磁力攪拌器和臺(tái)式離心機(jī).

試劑有聚乙烯蠟(熔程大約在110～125℃);十二烷基硫酸鈉(SDS，分析純，無錫市晶科化工有限公司);吐溫80(Tween-80，分析純，浙江溫州清明化工廠);斯盤80(Span-80，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司);單硬脂酸甘油酯(分析純，青島裕凱鑫化工貿(mào)易有限公司).

3 聚乙烯蠟乳液的探索性實(shí)驗(yàn)

在閱讀了一些文獻(xiàn)之后，發(fā)現(xiàn)Span-80和Tween-80為蠟乳液制備過程中使用較多的兩種乳化劑.Liu Weirong等用8%的Span-80與Tween-80的復(fù)配乳化劑制得固含量為20%的蠟乳液［5］;郭艷新等用12%的復(fù)配乳化劑制得固含量為20%的蠟乳液［6］;郭澤軍等用Span-80、Tween-80、硬脂酸和三乙醇胺進(jìn)行復(fù)配制得了蠟乳液［7］;朱升干等研究了非離子型蠟乳液的制備工藝，他們發(fā)現(xiàn)由Span-80和Tween-80復(fù)配的最佳用量為蠟乳液的10%［8］.因此，實(shí)驗(yàn)使用以Span-80和Tween-80為主要乳化劑的復(fù)配體系.

3.1 聚乙烯蠟乳液的合成工藝

實(shí)驗(yàn)采用劑在油中法制備蠟乳液.將一定量的聚乙烯蠟加入到三口燒瓶中，加熱到120℃將其熔化，再滴加一定配比的表面活性劑.在物料全部熔融的條件下，打開攪拌器，使蠟與表面活性劑均勻分散到體系完全透明.然后，在攪拌下滴加已經(jīng)加熱至沸騰的水，形成W/O型乳液，繼續(xù)加水?dāng)嚢柁D(zhuǎn)相形成O/W型蠟乳液，在85℃下乳化90min，得到穩(wěn)定的聚乙烯蠟乳液.

3.2 結(jié)果與討論

3.2.1 乳化劑用量對(duì)穩(wěn)定性的影響

由于乳化劑的用量對(duì)于乳化效果的影響較大，所以實(shí)驗(yàn)在乳化溫度為85℃、乳化時(shí)間為90min和攪拌速度為1000r/min的條件下采用熔蠟中先加乳化劑再加水的方法，對(duì)復(fù)合乳化劑(Span-80∶Tween-80=1∶1)用量分別占用蠟的10%、15%、20%、25%、30%和35%的乳液乳化效果進(jìn)行了探究.乳化劑的用量對(duì)蠟乳液穩(wěn)定性的影響見表1.

表1 乳化劑用量對(duì)蠟乳液穩(wěn)定性的影響

從表1可見乳化劑用量對(duì)乳液的穩(wěn)定性影響還是比較大的.乳化劑用量過少穩(wěn)定性差;乳化劑用量過多，雖然可以降低界面的張力，但泡沫增多，黏度增大，乳化效果反而不好.可見，乳化劑的用量可選擇在蠟質(zhì)量的20%～25%.

3.2.2 Span-80與Tween-80復(fù)配對(duì)穩(wěn)定性的影響

稱取4g聚乙烯蠟，用Span-80與Tween-80復(fù)配成不同的HLB值來乳化該蠟.加入方式為在熔蠟中先加乳化劑再加水，乳化溫度設(shè)定為85℃，得到了表2中幾種乳化結(jié)果.

表2 Span-80與Tween-80復(fù)配對(duì)蠟乳液穩(wěn)定性的影響

復(fù)配乳化劑體系HLB值的計(jì)算公式是:HLB=HLBA×A%+HLBB×B%+HLBC×C%.上述實(shí)驗(yàn)為兩種乳化劑復(fù)配，乳化劑A為Span-80，HLB值為4.3;乳化劑B為Tween-80，HLB值為15.由表2可以看出，實(shí)驗(yàn)聚乙烯蠟的合適乳化HLB計(jì)算值在12左右.

3.2.3 三組分乳化劑復(fù)配對(duì)穩(wěn)定性的影響

為了進(jìn)一步探索乳化劑對(duì)蠟乳液穩(wěn)定性的影響情況，實(shí)驗(yàn)在Span-80與Tween-80復(fù)配中再加入第三組分乳化劑，分別補(bǔ)加入單硬脂酸甘油酯(下文簡(jiǎn)稱MST)和十二烷基硫酸鈉(下文簡(jiǎn)稱SDS)與其復(fù)配，加入方式仍為在熔蠟中先加乳化劑再加水，乳化溫度設(shè)定為85℃，實(shí)驗(yàn)得到了較好的效果(見表3).

表3 三組分乳化劑復(fù)配對(duì)蠟乳液穩(wěn)定性的影響

由表3所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，分別加入MST(HLB=3.8)和SDS(HLB=40)的復(fù)配乳化劑制備的蠟乳液穩(wěn)定性均有提高.在HLB值相同的情況下，加入SDS進(jìn)行復(fù)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三元復(fù)配獲得HLB計(jì)算值為12.15的乳化體系，乳化劑用量為實(shí)驗(yàn)蠟質(zhì)量的20%，乳化溫度控制在85℃，乳化時(shí)間為90min，攪拌速度為1000r/min，可制備出穩(wěn)定性較好的聚乙烯蠟乳液.

4 結(jié)論

通過上述實(shí)驗(yàn)，我們初步可以得出以下結(jié)論:第一，非離子乳化劑和陰離子乳化劑復(fù)配往往能獲得更好的乳化效果.第二，乳化體系的HLB值控制在12左右，更有利于乳化的進(jìn)行.第三，乳化劑的用量需控制，過多或過少都不利于蠟乳液的穩(wěn)定性.此外，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)乳化溫度和攪拌速度對(duì)蠟乳液的制備有影響.

［1］易華.乳化蠟的發(fā)展及應(yīng)用前景［J］.油氣田地面工程，2006，25(6):58-59.

［2］唐安江，張秀華，高珊珊，等.討論影響乳化蠟穩(wěn)定性的因素［J］.貴州化工，2010，35(2):34-36.

［3］易華，張欣，李衛(wèi)宏，等.蠟乳液的研究及其應(yīng)用［J］.哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，22(2):100-103.

［4］王萬林，史建公.國內(nèi)乳化蠟的研究及應(yīng)用進(jìn)展［J］.精細(xì)石油化工，2008，25(2).

［5］LIU W R，SUN D J，LI C F，et al.Formation and stability of paraffin oil-in-water nano-emulsions prepared by the emulsion inversion point method［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2006，303(2):557-563.

［6］劉艷新，趙傳山，韓玲.影響石蠟乳化的因素［J］.造紙科學(xué)與技術(shù)，2004，23(4):35-37.

［7］郭澤軍，李會(huì)鵬，沈鍵，等.非離子石蠟乳液的研究［J］.化學(xué)工業(yè)與工程，2008，25(5):414-418.

［8］朱升干，朱春燕，鄭典模.非離子型蠟乳液的制備工藝［J］.化工中間體，2010(4):55-59.