新型裝置制備氨基硅油乳化液的技術(shù)與應(yīng)用

金涌 張紀(jì)明 黃年彬

【摘要】氨基硅油乳液乳化制備工藝目前普遍采用將硅油單體同相應(yīng)表面活性劑混合，在一定溫度下，通過分步加水方式逆相乳化的模式進(jìn)行釜式制備。利用這種工藝進(jìn)行乳化操作，由于通過分步加水實(shí)現(xiàn)將產(chǎn)品由“水包油”經(jīng)轉(zhuǎn)相形成“油包水”乳液，需要經(jīng)歷雪花膏狀過程，不僅耗時(shí)耗能，且容易出現(xiàn)產(chǎn)能放大瓶頸，尤其不利高濃硅乳產(chǎn)品的生產(chǎn)。同時(shí)由于釜式制備的工藝局限產(chǎn)品穩(wěn)定性較差。本論文著重研究在選擇匹配的表面活性劑的情況下，較短的單位時(shí)間內(nèi)給予體系一個(gè)能快速形成均相體系。即選擇新型氨基硅油乳化工藝技術(shù)，提高產(chǎn)品的分層時(shí)間和生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】氨基硅油乳液 乳化泵 分層 共軸乳化釜 乳化劑 均勻混合液體

1 共軸乳化釜生產(chǎn)現(xiàn)存情況

公司在這幾年的生產(chǎn)過程中一直存在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差和單釜產(chǎn)量不能放大問題，主要表現(xiàn)在：1車間生產(chǎn)裝置無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)室乳化效果，即無法實(shí)現(xiàn)手工攪拌的機(jī)械效果；曾對(duì)共軸攪拌進(jìn)行過兩次改進(jìn)，效果有一定改進(jìn)但始終無法達(dá)到預(yù)期效果，為此只能通過配方調(diào)整彌補(bǔ)一定的設(shè)備不足問題，80%以上的高粘度硅油穩(wěn)定性較好，雖然通過增加產(chǎn)品黏度（即降低產(chǎn)品流動(dòng)性）質(zhì)量穩(wěn)定性提高但隨之帶來廠家化料困難問題，出現(xiàn)需要額外送反應(yīng)釜供客戶化料現(xiàn)象。主要技術(shù)問題在于：如何解決瞬間乳化和快速混合均勻問題，以及解決乳化過程中“雪花膏狀”非流體黏度過程的處理上）2生產(chǎn)裝置不宜放大，1噸不銹鋼共軸攪拌釜進(jìn)行500-700公斤的乳化效果不能用2噸、3噸進(jìn)行取代。在銷售增長(zhǎng)情況下出現(xiàn)生產(chǎn)平頸問題，生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)而產(chǎn)能小，生產(chǎn)成本高問題。

2 新型氨基硅油乳化工藝2.1 原理

利用合理的乳化劑（表面活性劑）上“疏水基團(tuán)”同氨基硅油形成分子間鍵能結(jié)合原理，通過機(jī)械攪拌、剪切力作用下，將乳化劑均勻分布在硅油分子表面，形成均勻混合液體。在均勻混合體中逐步加入“水”，利用吸附在硅油表面的乳化劑分子上的“親水基團(tuán)”同水結(jié)合，完成逐步形成一個(gè)“油包水”體系在經(jīng)過“轉(zhuǎn)相”達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的“水包油”體系。

氨基硅油乳化過程中，油珠顆粒大小與外觀的透明度關(guān)系油珠直徑小于0.05μm呈透明“懸浮液”。該透明“懸浮液”油珠的重力、分子間引力、在溫度、外力等影響下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于乳化劑間的結(jié)合鍵能，解決了傳統(tǒng)工藝易分層的問題。

2.2 系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)：利用PLC、變頻器、電磁流量計(jì)控制硅油與水的流量，達(dá)到乳化的配比穩(wěn)定誤差小于5%。 硅油與乳化劑混合釜：利用普通搪瓷反應(yīng)釜完成硅油與乳化劑的均勻混合，采取電磁流量計(jì)計(jì)量以及合理的溫度控制，實(shí)現(xiàn)乳化劑與氨基硅油形成分子間鍵能結(jié)合。水槽：利用合適的水槽采取電磁流量計(jì)計(jì)量以及合理的溫度控制，完成合適的硅油乳化水量控制。轉(zhuǎn)子泵：電機(jī)轉(zhuǎn)速為0～1450r/min；寧波得利時(shí)泵業(yè)有限公司。完成硅油原液與乳化劑混合后的物料輸送，常規(guī)配置，電機(jī)采用變頻器控制。離心泵：轉(zhuǎn)速為0～1450r/min；完成硅油乳化用水量的補(bǔ)給，常規(guī)配置，電機(jī)采用變頻器控制。高剪切乳化泵：高剪切乳化泵泵體代替乳化釜實(shí)現(xiàn)混合無死角、快速剪切、縮短生產(chǎn)時(shí)間，高效制備W/O體系的氨基硅油乳液。電機(jī)轉(zhuǎn)速為0～2900r/min；常規(guī)配置，電機(jī)采用變頻器控制。硅油乳液槽：普通收集槽，保溫控制。

2.3 乳化工藝流程

2.3.1 氨基硅油工藝流程圖，（見圖1）

2.3.2 氨基硅油工藝

3 新舊工藝生產(chǎn)定性對(duì)比

（1）共軸乳化釜與高剪切乳化泵裝置之間差異性對(duì)比：（見表1）

（2）硅油乳液產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)對(duì)比表：（見表2）。

從設(shè)備結(jié)構(gòu)上可以看出：乳化泵是將原本1-2米直徑的乳化主體轉(zhuǎn)移到25-30厘米泵體內(nèi)乳化，解決瞬間乳化和快速分散混合作用，因其乳化速度取決于泵體處理功率大小，產(chǎn)能放大容易同時(shí)解決生產(chǎn)平頸問題（在產(chǎn)量增加情況下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)流水化作業(yè)）。

4 結(jié)束語(yǔ)

新型的氨基硅油乳化工藝提高產(chǎn)品品質(zhì)與產(chǎn)品性能，解決共軸釜無法實(shí)現(xiàn)的乳化質(zhì)量問題，如高粘度硅油易分層問題（目前新工藝已經(jīng)可以做到1個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間不分層）；提高了生產(chǎn)效率，解決反應(yīng)釜物料容量瓶頸，降低產(chǎn)品能耗及相應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備投入成本；同時(shí)提升了硅油乳化工藝的探索，改變傳統(tǒng)的釜體攪拌乳化的生產(chǎn)模式，從產(chǎn)能、品質(zhì)上了實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的跨越，體現(xiàn)了小裝置大生產(chǎn)的先進(jìn)性。從本套設(shè)備生產(chǎn)原理上，本裝置可以通過對(duì)高速剪切乳化泵速度控制來調(diào)整乳化質(zhì)量（即硅油顆粒度），能夠根據(jù)使用的不同需要提供不同類型硅乳，給新產(chǎn)品研發(fā)提供試驗(yàn)平臺(tái)。該新工藝嘗試，為產(chǎn)品大批量規(guī)?；a(chǎn)提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

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