液體石蠟的乳化研究

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，遼寧 撫順１１３００１；２．遼河油田特種油開發公司，遼寧 盤錦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。探討了乳化劑種類及其質量分數、乳化水質量分數、乳化溫度、乳化時間等因素對乳化效果的影響。結果表明，復配乳化劑乳化效果較好，各因素對乳化效果的影響程度依次為乳化水質量分數、乳化劑質量分數、乳 化 溫 度、乳 化 時 間，確定較佳實驗條件為：ｍ（單甘 脂）／ｍ（Ｔｗｅｅ－８０）＝３∶４，乳化劑質量分數０．９％，乳化溫度８５ ℃，乳化 時 間５０ｍｉｎ，乳化水質量分數６２．０％，轉速１１００ｒ／ｍｉｎ。石蠟乳液的穩定性和分散性較好，密度符合要求。

關鍵詞： 液體石蠟； 助劑； 復配乳化劑

中圖分類號：ＴＥ６２６　　　　文獻標志碼：Ａ 　?。洌铮椋海保埃常梗叮梗辏椋螅螅睿保叮罚玻叮梗担玻玻埃保叮埃担埃埃?/p>

液體石蠟又稱白油或石蠟油，是一種無色、無味的有一定黏度的液體，主要來源于石油餾分中的低碳 Ｃ１０～Ｃ１８正構烷烴系列，工業上主要用分子篩脫蠟生產液體石蠟［１］。液體石蠟具有良好的穩定性、黏度較低、易于乳化以及密度適中等優點［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品，如上光劑、農藥乳化劑、潤滑劑等［３］。隨著人們的不斷研究，發現蠟乳液比液 體 石蠟更具有優勢，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，近年來人們對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 為主的復配 乳 化 劑 制 備 出 性 能 好 的 石 蠟 乳 液，歐 陽 瑞華［６］采用 Ｔｗｅｅｎ系列 和 Ｓｐａｎ系列復配乳化劑，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 細小、穩定性好的石蠟乳液等，但乳化劑用量大，給進一步研究分離雜質帶來麻煩。隨著科技的發展，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，加入質量分數１．５％的乳化劑制備出穩定的蠟乳液，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甲苯廢氣的吸收率可達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。

實驗采用復配乳化劑單甘脂和 Ｔｗｅｅｎ－８０，通過添加助劑的方法，制備液體石蠟乳液，其蠟乳液油膩感小、無異味、外觀無色，密度符合醫用照影液體石蠟的要求，同時乳化劑用量小，后續處理簡單。

１ 實驗部分

１．１ 試劑及儀器

液體石蠟，工業純，武邑縣炎威醫用化 工 廠；十六醇（助劑），分析純，沈陽市試劑有限公司；單甘脂，優級純，杭州金鶴來食品添加劑有限公司。ＨＸ－６０２３ＳＹＺ精密數顯恒溫水浴鍋，山東荷澤華興儀器有限公司；ＪＪ－１型精密增力電動攪拌器，江蘇大地自動化環保儀器廠。

１．２ 實驗方法

以石 蠟 乳 液 為 體 系，其 中 石 蠟 質 量 分 數 為３２．０％，乳化水質量分數６８．０％，乳化劑質量分數（乳化劑質量占石蠟和乳化水總質量的百分數）為０．９％，相對溶液稱取一定質量的液體石蠟、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，將轉速 調 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

測定方法依據國家 標 準（ＧＢ／Ｔ１１５４３—２００８），在２５ ℃下測定其穩定性和分散性，根據標準規定一級形成的乳液均勻性較好，五級有明顯的兩相分離，六級兩相完 全 分 離，均 勻 性 最 差；按 照 國 家 標 準 （ＧＢ／Ｔ２５４０—８１）進行液體石蠟乳液的密度測定，在２５ ℃下測定實驗數據。

２ 結果與討論

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，制備出性能穩定的乳液［１０］。一般以 ＨＬＢ值 （親 水－親 油 平 衡）為 乳 液 選 擇 依 據，當ＨＬＢ值在３～８時，可用作制備 Ｗ／Ｏ 型的乳液，當ＨＬＢ值在８～１８時，可用作 制 備 Ｏ／Ｗ 型 乳 液［１１］。為了達到實驗要求，一般需要多種乳化劑混合使用，根據混合乳化劑的加和特性，通過計算公式 ＨＬＢ＝∑（ＨＬＢｉ×ｗｉ）計算可得 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量分數［１２］。通過 對 各 類乳化 劑 進 行 對 比 性 研 究，可獲得性能穩定的 Ｏ／Ｗ型石蠟乳液［１３］，在復配乳化劑質量比為１∶１、石蠟質量分數為３８．０％，乳化水質量分數為６２．０％、乳化劑質 量 分 數 ０．９％、乳 化 溫 度 ８５ ℃、乳 化 時 間 ４５ｍｉｎ、轉速１１００ｒ／ｍｉｎ條件下進行實驗，結果見表１。

表１ 乳化劑的種類對乳化效果的影響

由表１可知，相比復配型乳化劑而言，單一乳化劑表面膜韌度低，導致石蠟乳液密度較大，離心穩定性與分散性相對較差，然而復配乳化劑中的油溶基和水溶基間具有較強的協調作用力［１４］，從而克服了以上問題。為 此，實 驗 選 擇 單 甘 脂 與 Ｔｗｅｅｎ－８０為復配型乳化劑。

２．２ 復配乳化劑的乳化效果考察

將單甘脂 與 Ｔｗｅｅｎ－８０復配，在 石 蠟 質 量 分 數３８．０％、乳化 水 質 量 分 數 ６２．０％、乳化 劑 質 量 分 數０．９％、乳化溫度８５℃、乳化時間４５ｍｉｎ、轉速１１００ｒ／ｍｉｎ的條件下 進 行 實 驗，考 察 復 配 乳 化 后 蠟 乳 液的效果，結果見表２。

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

２．３ 正交實驗設計

在大量實驗的基礎上，采用質量比為３∶４的單甘脂與 Ｔｗｅｅｎ－８０ 復 配 乳 化 劑 對 液 體 石 蠟 進 行 乳化，以乳液密度作為石蠟乳液的乳化效果評價指標，根據乳化劑質量分數、乳化溫度、乳化時間、乳化水質量分數等因素，設計了 Ｌ１６（４４）四因素四水平的正交試驗，因素與水平見表３，正交實驗的結果見表４。

由表４極差分析可知，乳化水質量分數對乳化反應起主要影響，乳化劑質量分數次之，乳化溫度影響較小，乳化時間影響最小。乳化水質量分數過大時，乳液不能達到油水平衡，導致產物穩定和分散性不好，且水的密度較蠟的密度大，兩者混合乳液密度大，但乳化水質量分數過小時，也不能很好地乳化，易形成糊狀液且有很多氣泡不斷冒出，因此選擇乳化水質量分數為６２．０％較佳。當乳化溫度 為８０～９０ ℃時，形成的石蠟乳液穩定性和分散性較好；隨乳化溫度升高，密度變小，但當乳化溫度大于９０ ℃時繼續升高乳化溫度，達到水的沸點后，水在反應器中不斷回流，影響了反應液中水蠟的正常比例，石蠟乳液的乳化效果變差甚至出現糊狀液體，當溫度為８０ ℃時，乳液穩 定 性 和 分 散 性 可 以 達 到 二 級，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石蠟乳液的影響較大，但本實驗選用的復配乳化劑混合密度較小，且用量少，相對本實驗的評價指標影響較小。乳化劑的質量分數太小時不能降低油水相界面張力，乳化效果較差，質量分數太大會使乳液產生氣泡影響乳液的穩定性，因此選擇乳化劑質量分數為０．９％較佳。乳化時間對乳液影響最小，乳化時間短，反應物不能充分接觸，乳化效果不充分，乳化時間太長，乳液不均勻，粒徑會變粗，而且浪費有效的資源，選擇５０ｍｉｎ為較佳。因此，較佳 因 素 組 合 Ａ３Ｂ３Ｃ４Ｄ２，得出 最 佳 實驗條件為 ｍ（單甘脂）／ｍ（Ｔｗｅｅｎ－８０）為３∶４、轉速１１００ｒ／ｍｉｎ，乳化劑質量分數為０．９％、乳化水質量分數 ６２．０％、乳 化 溫 度 為 ８５ ℃、乳 化 時 間 為 ５０ｍｉｎ。

２．４ 蠟乳液的性能

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

３ 結 論

（１）采用普通攪拌的方法制備石蠟乳液，由實驗結果得到復配的乳化劑比單一的乳化劑更能滿足實驗預期目的，在有少量助劑的協同下，可得到分散性為二級、離心穩定性好、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：乳化水質量分數、乳化劑質量分數、乳化溫度、乳化時間，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，轉速１１００ｒ／ｍｉｎ，乳化 劑 質 量 分 數 為０．９％，乳化水質量分數為６２．０％，乳化溫度為８５ ℃，乳化時間為５０ｍｉｎ。

參 考 文 獻

［１］ 梁文平．乳化液科學與技術基礎［Ｍ］．北京：科學出版社，２００１：５６－６８．

［２］ 鄭立輝，盛奎龍，潘金亮．石油蠟的生產及深加工［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２００８：１２６－１８０．

［３］ ＨｉｋｍｅｔＣＩ，ＪｏｅｒｇＦＦ，ＥｔｉｂａｒＨＩ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｒｍａｌａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｐｅｃｕｌｉａｒｉｔｉｅｓｏｆｍｅｔａｌ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｃａｒｂｏｎｎａｎｏ－ｐｈａｓｅｆｏｒｍｅｄｉｎｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｆｉｎｅ－ｄｉｓｐｅｒｓｅｄａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｗｉｔｈｄｉｃｈｌｏｒｅｔｈａｉｎｔｈｅｐａｒａｆｆｉｎ ｍｅｄｉｕｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，２（２）：１９６－２０２．

［４］ 趙國璽．表面活性劑物理化學［Ｍ］．北京：北京大學出版社，１９９１：２４－２６．

［５］ 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，２０１０，１４（４）：５５－５９．

［６］ 歐陽瑞華．石蠟乳化工藝的研究［Ｊ］．當代化工，２０１０，３９（３）：２２９－２３２．

［７］ 付雪，諸林，朱蠡慶．改性石蠟的乳化研究［Ｊ］．西南石油大學學報，２０１３，３５（２）：１５８－１６３．

［８］ 史同瑞，王爽，朱丹丹，等．液體石蠟乳的制備及穩定性試驗［Ｊ］．中國獸藥雜志，２０１４，４８（１）：３１－３４．

［９］ 方杰，王力．液體石蠟乳化液的制備及對甲苯廢氣的吸收性能研究［Ｊ］．安全與環境學報，２０１２，１２（１）：８５－８８．

［１０］ 焦學瞬，賀明波．乳化劑與破乳劑性質、制備與應用［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２００７：１４９－１５１．

［１１］ 黃瑋，李長征．氧化蠟制備皮革用蠟［Ｊ］．遼寧石油化工大學學報，２００７，２７（３）：４－６．

［１２］ 王世英，李祥高，劉東志．表面活性劑化學［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２０１０：３２－３３．

［１３］ 付雪，諸林，劉娟，等．無助乳化劑的非離子型石蠟乳液的制備［Ｊ］．石油化工，２０１３，４２（９）：９６７－９７２．

［１４］ 孫志仁，任德呈．石蠟微乳液的研制［Ｊ］．華東理工大學學報，１９９９，２５（３）：３０９－３１１．

（編輯 宋官龍）