石蠟乳液制備方法概述

王艾德，魏鑫媛

(淄博魯瑞精細(xì)化工有限公司，山東 淄博 255000)

比起固體石蠟直接應(yīng)用于造紙、建筑、紡織等領(lǐng)域，乳化蠟是目前已知石蠟?zāi)軌虺浞职l(fā)揮功效的最好的形態(tài)。乳化蠟?zāi)軌蚝退蚱渌橐簭?fù)配使用；常溫下穩(wěn)定存在；使用時(shí)無(wú)需加熱熔融；近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)和人類社會(huì)的快速發(fā)展，世界各地對(duì)能源的需求日益增加，導(dǎo)致化石燃料短缺，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的污染。建筑物消耗的能源占總能源消耗的很大一部分。例如，2010年建筑行業(yè)消耗了全球能源需求的32.0%，其中主要用于空間供熱和制冷。蓄能是一種有效的降低峰值負(fù)荷的技術(shù)，緩解了因空間和時(shí)間差異造成的能源供需不匹配[1]。乳狀液就是良好的儲(chǔ)熱蓄熱材料[2]，Li Huang[3]開(kāi)發(fā)出了相變溫度范圍大、潛熱能力高的石蠟乳液。Li Huang,Marcus Petermann ,Christian Doetsch[4]將蠟乳液在冷凍冰箱中進(jìn)行了50次凍結(jié)/融化循環(huán)，其性能沒(méi)有明顯變化。研究結(jié)果表明,石蠟/水乳化液是一個(gè)潛在的冷卻劑。比起直接使用固體石蠟，使用乳化蠟?zāi)軌虼蟠蠼档褪炗昧浚瑫r(shí)還能提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

1 石蠟乳化的方法

石蠟的乳化是借助表面活性劑的定向吸附作用，改變其表面張力，在機(jī)械外力的作用下，將石蠟油均勻分散在水中形成水包油型乳化蠟，或是將水均勻分散在石蠟油中形成油包水型乳化蠟。分散相液滴被表面活性劑穩(wěn)定下來(lái)，它們不是自發(fā)形成的，它們的性質(zhì)不僅取決于熱力學(xué)條件，而且取決于制備方法和組分的添加順序[5]。石蠟乳化過(guò)程中對(duì)條件的篩選和把控要求十分嚴(yán)格，如乳化的溫度，時(shí)間，攪拌的速度，乳化劑的選擇及其HLB值，乳化劑的用量，pH值等，都是決定乳化效果好壞的關(guān)鍵因素。Dai等人[6]發(fā)現(xiàn)了乳化劑的分子結(jié)構(gòu)對(duì)最后形成的乳液液滴粒徑的大小有著很大的關(guān)系。Sagitani等[7]人認(rèn)為乳化劑的合適的HLB值是形成最小液滴乳液的關(guān)鍵。關(guān)于石蠟的乳化，本文大致將其分為以下四種。

1.1 劑在水相法

將乳化劑加入水中并激烈攪拌，在激烈地?cái)嚢钘l件下加入石蠟。黃登發(fā)，劉嚴(yán)華，王峰[8]使用劑在水中法，以Span80、Tween80 這兩種表面活性劑復(fù)配后作為乳化劑，其復(fù)配最佳比例為m(Span 80)∶m(Tween 80)=6∶1,乳化劑用量為0.07g/mL，在6000r/min下高速攪拌，最終研制成了高穩(wěn)定性的油包水型石蠟乳液。F.Bouchama ,G.A.van Aken ,A.J.E.Autin ,G.J.M.Koper[9]采用劑在水相法，將2%的表面活性劑溶解在水中，這樣的濃度在水中恰好形成膠束，證明了在攪拌的水相中加入分散相(石蠟油)的體積對(duì)相轉(zhuǎn)變的軌跡有很大的影響。

1.2 劑在油相法

將乳化劑加入到石蠟中加熱熔融并劇烈攪拌，然后在劇烈攪拌的條件下加入水，可以直接制得油包水型乳化蠟。如想要制得水包油型乳化蠟，應(yīng)向體系中繼續(xù)加水，由內(nèi)相轉(zhuǎn)變至外相，使得HLB值達(dá)到平衡轉(zhuǎn)相后再繼續(xù)乳化。晏軍等[10]使用復(fù)合乳化劑HLB值為10.5，乳化劑用量為11%，乳化助劑 HMHEC 濃度為0.6%，采用劑在油相中的乳化方法，得到了平均粒徑為65nm，穩(wěn)定且沉降率低、封堵率高的高性能乳化蠟。暴軍萍，王靜，李鳳艷等[11]用非離子與陰離子表面活性劑制成復(fù)配型乳化劑；乳化劑的使用量為7%、乳化溫度為85～90℃，攪拌速度為1000r/min的條件下采用劑在油中法研制出均勻分散，粒徑較小，穩(wěn)定存放的石蠟乳液。李財(cái)富[12]使用劑在油相法，將表面活性劑溶解在石蠟中，并逐滴滴加水相液體，滴加速度為1.0mL/min。表面活性劑的濃度控制在3.0%～8.0%，最終得到穩(wěn)定均一的石蠟乳液。黃莉[13]使用劑在油中法，制成了石蠟含量小于50%，乳化劑含量為1.5%，晶核劑含量為2.5%的水包油型石蠟乳液，其粘度適中，儲(chǔ)藏穩(wěn)定性好，粒徑較小。錢曉琳，王琳[14]使用劑在油相法，以石蠟和潤(rùn)滑油作為分散相，去離子水作為連續(xù)相，以非離子表面活性劑為乳化劑，濃度高于5%，在50℃乳化，得到穩(wěn)定，粒徑小，易分散，封堵效果好的乳化蠟產(chǎn)品。Liu[15]等人通過(guò)調(diào)節(jié)80/span 80的HLB值，在50℃的HLB 10.1～10.5區(qū)域內(nèi)，得到了粒徑小于200nm的水包油型石蠟納米乳液。

1.3 自然乳化分散法

將乳化劑加入到石蠟油中制成溶液，使用時(shí)把溶液投入到一定比例的水中，稍加攪拌制成水包油型乳化蠟。吳迪等[16]通過(guò)對(duì)馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯蠟(PEW-g-MAH)接枝共聚物進(jìn)行皂化改性制備自乳化聚乙烯蠟，通過(guò)調(diào)整固含量和其他乳化條件，得出當(dāng)固含量大于30%時(shí)，乳化溫度為130℃時(shí)，自乳化后的蠟乳液分散良好，能夠保持長(zhǎng)期的均一穩(wěn)定。

1.4 O-D乳化法

乳化劑溶于醇水溶液形成透明的中間相D，加石蠟油增溶形成層狀液晶，繼續(xù)加石蠟油形成O-D乳液，加水形成凝膠狀乳液，繼續(xù)加水逐漸翻轉(zhuǎn)形成O/W型微小乳狀液。因?yàn)槿榛瘎┰谟椭腥芙舛扔邢?，較其他方法，選擇O-D乳化法有助于乳化劑間協(xié)同效應(yīng)及乳化作用的發(fā)揮[17]。侯長(zhǎng)軍、劉勇[18]等選擇Span80、Tween80 這兩種表面活性劑復(fù)配后作為乳化劑，乳化劑HLB值在10.5，用量為30%，乳化時(shí)間為30min，乳化溫度為75℃，攪拌速度為1000r/min；在水和石蠟的質(zhì)量比為2.5的條件下，采用 O-D 乳化法制備出粒徑小，分散良好且常溫穩(wěn)定的微納米石蠟乳液。

2 結(jié)論

研究結(jié)果表明了乳化方式對(duì)液滴粒徑分布的重要性。通過(guò)轉(zhuǎn)相乳化，可以使油滴分散得很細(xì)小均勻[19]，國(guó)內(nèi)外多年來(lái)石蠟乳化的發(fā)展來(lái)看，劑在油相法是應(yīng)用最多最廣，也是可操作性比較強(qiáng)的一種方法，綜合來(lái)看，這種方法可以更改的細(xì)節(jié)很多，雖然同是劑在油中法，實(shí)際操作步驟在很多細(xì)節(jié)上有不小的差異。石蠟乳化的乳化劑大多選用非離子表面活性劑，單一的非離子表面活性劑的乳化效果不如復(fù)配型表面活性劑。但總的來(lái)說(shuō)，劑在油中法和后來(lái)改進(jìn)后的O-D乳化法是比較成熟的乳化方法，用這種方法乳化出的石蠟乳液具有較小的粒徑和良好的應(yīng)用性能。石蠟乳化無(wú)論從近期還是較遠(yuǎn)的將來(lái)來(lái)看，都是一個(gè)熱門(mén)的研究課題。石蠟的乳化最早在上個(gè)世紀(jì)五十年代的西方就已經(jīng)開(kāi)始研究并日益重視，近年來(lái)國(guó)內(nèi)也逐漸開(kāi)始對(duì)石蠟乳化方法進(jìn)行探究和嘗試。但是較為成熟的乳化蠟產(chǎn)品大多還是出自西方，所以能夠探究出更好的乳化體系和模式，生產(chǎn)出性能優(yōu)良的乳化蠟產(chǎn)品是目前國(guó)內(nèi)研究人員的共同目標(biāo)。