石蜡乳液稳定性研究

石蜡乳液稳定性研究

付雪1，朱蠡庆1，朱静2，杨勇3，诸林4

( 1． 重庆科技学院 化学化工学院，重庆 401331; 2． 沈阳工业大学 石油化工学院，辽宁 辽阳 111003;3． 重庆机床( 集团) 有限责任公司，重庆 400055; 4． 西南石油大学 化学化工学院，四川 成都 610500)

摘 要: 以 58#全精炼石蜡为原料，采用复配乳化剂( Tween-60 和 Span-60) 分别溶解的方法制备石蜡乳液。利用均匀设计安排实验，建立石蜡乳化的回归方程。通过规划求解确定复配乳化剂的 HLB 值( 亲水亲油平衡值) 为 9． 93，水蜡比为 3( w/w) ，乳化时间为 20 min。以表面张力和 Zeta 电位为考察指标，通过单因素实验优化石蜡乳化工艺条件。结果表明，当 HLB 值为 9． 93，水蜡比为 3． 4，乳化剂含量为 9% ( w/w) ，乳化温度为 80 ℃，乳化时间为 30 min时，石蜡乳液的稳定性较好; 在石蜡乳液中添加 2% ( w/w) 异戊醇后，乳液的粒径变得更加均匀，乳液的稳定性增强。

关键词: 石蜡乳液; HLB 值; 表面张力; Zeta 电位

中图分类号: TQ 642 文献标识码: A 文章编号: 1671 － 3206( 2013) 07 － 1189 － 04

本文来自中国知网，如需完整版本请上中国知网查看。

石蜡乳液是在乳化剂的定向吸附作用下，通过机械搅拌将石蜡均匀地分散在水中，形成高分散性、均匀、稳定的流体; 石蜡乳液成膜均匀、性质稳定、无需加热或溶于其它溶剂即可使用; 无毒、无腐蚀性、可降解，在上光剂、水果防腐、金属防护、纺织和皮革加工等行业有广泛的应用［1］。石蜡乳液是热力学不稳定体系，制备性能稳定的石蜡乳液需要选择合适的乳化剂，采用适当的制备工艺，使石蜡分散成小而均匀的液滴，石蜡乳液才能具有长期稳定性。本文采用非离子表面活性剂 Tween-60 和 Span-60 为复合乳化剂，采用乳化剂分别溶解的方法制备石蜡乳液; 利用均匀设计和回归分析，研究石蜡乳化过程中乳化工艺条件对石蜡乳液稳定性的影响，确定乳化工艺条件; 通过单因素实验进一步优化，以期制得稳定性好、分散性好、无毒环保和色泽好的优质石蜡乳液。

1 实验部分

1． 1 试剂与仪器

58#全精炼切片石蜡、Tween-60、Span-60、异戊醇均为化学纯。

JJ-1 型电动搅拌器; HH-2 型数显恒温水浴锅;80-1 型离心分离机; Zetasizer Nano ZS90 型纳米粒度及 Zeta 电位分析仪; BX41 数码显微镜。

1． 2 石蜡乳液的制备

称取一定量的去离子水注入三口烧瓶中，加入水溶性乳化剂，置于恒温水浴中加热。称取一定量的 58#全精炼石蜡，加入油溶性乳化剂，加热，搅拌均匀。待水温升至反应温度时，缓慢滴加熔融石蜡，继续搅拌至预定的乳化时间，在室温下静止冷却。

1． 3 性能测试

1． 3． 1 稳定性测定

1． 3． 1． 1 静置稳定性［2］ 将石蜡乳液注入磨口瓶中，并密封，观察分层现象及时间。

1． 3． 1． 2 离心稳定性［3-4］ 按 GB 11543—89 进行离心稳定性测定。将 10 mL 蜡乳液注入带刻度的离心管中，在离心机中以 4 000 r/min 的转速离心分离15 min，以分水率来表示乳液稳定性的好坏。分水率 = ( 水相体积/乳液总体积) × 100%

1． 3． 2 分散性测定 参照农乳［5］的测定方法，共分五个等级，一级较好，五级最差。

1． 3． 3 表面张力 按照 GB /T 27842—2011 方法测定表面张力。

2 结果与讨论

2． 1 均匀设计与回归分析

采用均匀设计实验方法，以乳化剂的 HLB 值( Span-60 和 Tween-60 复配) 、水蜡比( 质量比) 、乳化时间为影响因素，以乳液分水率为评价指标。选用 U*14 ( 145) 表、采用拟水平法安排实验。因素水平和实验结果分别见表 1 和表 2。

通过 SPSS 软件对表 2 中数据进行线性回归分析，得回归方程:

Y = 7． 645 + 0． 006X1X2 + 0． 077X22 － 1． 547X2

对方程求解，找到 Y 最小的一个优化搭配为( X1、X2、X3 ) = ( 3、9． 93、20) ，Y = 0． 055。对回归方程进行 F 检验，F 服从自由度为( 3，10) 的分布，F =13． 79 ＞ F0． 01 ( 3，10) = 6． 55，回归方程可信。回归模型确定水蜡比为 3，HLB 值为 9． 93，乳化时间对石蜡乳液分水率影响较小，取最小值 20 min。

2． 2 乳化剂 HLB 值

回归分析中确定制备石蜡乳液的 HLB 值为9． 93，为进一步验证和优化实验结果，采用多种复配比例( Span-60 和 Tween-60) ，考察 HLB 值对乳化效果的影响。实验在乳化温度为 80 ℃，乳化剂用量为9% ，水蜡比为 3，乳化时间为 30 min 的条件下进行，结果见表 3。

由表 3 可知，表面张力先随 HLB 值增大而减小，乳液分水率逐渐减小; HLB 值增到 9． 93 时，表面张力最小，分水率为 0，石蜡乳化效果较佳; 随后表面张力又随 HLB 值的增大而增大，乳液分散性变差，分水率增加。所以，选择乳化剂 HLB 值为 9． 93作为复合乳化剂的较佳 HLB 值，与回归分析的预测结果一致。

2． 3 乳化剂用量乳化剂的用量直接影响乳液的形成和稳定性，乳化剂在界面上形成的吸附膜的强度与乳化剂的浓度有关。乳化剂用量少时，界面上吸附的分子少，界面膜的强度低。随着乳化剂用量的增加，界面膜的强度加大，形成完整的保护膜并建立双电层，达到较佳乳化效果［6］。

由图 1 可知，当乳化剂用量逐渐增加时，乳液的表面张力逐渐减小，当乳化剂用量为 9% 时，表面张力达到最小。石蜡乳液呈负电性，Zeta 电位值随乳化剂用量而逐渐增大，当乳化剂用量为 9% 时，Zeta电位值达到最大; 继续加大乳化剂用量，过多的乳化剂会在水中形成反胶束，形成增溶胶束或微乳液滴，增强了油相物质在水相中的溶解，石蜡乳液的稳定性变差。故选择较佳乳化剂用量为 9% 。

2． 4 水蜡比

水蜡比对石蜡乳液的质量有显著影响，水蜡比过小不能形成 O/W 乳液; 水蜡比过大，不能得到高含蜡乳状液，影响乳液的成膜性和润滑性［7］。回归分析预测水蜡比为 3，为进一步优化实验结果，在乳化温度 80 ℃，乳化剂用量 9% ，乳化时间 30 min 时，研究水蜡比对乳液性能的影响，结果见图 2。

由图 2 可知，乳化水与石蜡质量比为 3． 4 时，乳液的表面张力最小，液滴负电性最强，乳液稳定性较好。

2． 5 乳化温度

石蜡乳化时需要一定的热量使石蜡熔融，降低其分子间内聚力，在搅拌作用下能够迅速分散，与乳化剂充分、均匀混合。由图 3 可知，当乳化温度为80 ℃时，Zeta 电位值最大，表面张力最小，乳液稳定性较好。当温度继续升高时，水的蒸发程度逐渐加大，在三口烧瓶中形成回流，影响了乳液中水和石蜡的固定比例［8］，致使乳液的稳定性和分散性有所下降。故乳化温度以 80 ℃为宜。

2． 6 乳化时间由回归分析可知，乳化时间的影响并不显著，预测乳化时间为 20 min; 为进一步研究乳化时间对乳液稳定性的影响，本文在乳化剂用量为 9% ，水蜡比为 3． 4，乳化温度为 80 ℃ 时，考察乳化时间对乳化效果的影响，结果见表 4。

表 4 乳化时间对乳化效果的影响

由表 4 可知，乳化时间达到 20 min 以上时，石蜡乳液均具有良好的离心稳定性; 乳化时间越长，乳液粒径越小，乳液的稳定性、分散性越好［9-10］; 液滴间摩擦增大，液滴所带电荷增多，负电性增强，阻止了液 滴 的 聚 集，乳 液 更 加 稳 定。乳 化 时 间 超 过40 min时，液滴的负电性增加幅度不大，但生产成本会大 大 增 加［11-12］。因 此，选择较佳乳化时间在30 min左右。

2． 7 异戊醇的影响

长碳链的脂肪醇能与乳化剂在界面上形成混合膜，使表面黏度升高，提高界面膜的强度; 同时增加表面活性剂的乳化作用，使乳液的表面张力进一步降低［13］。在 HLB 值为 9． 93，乳化剂用量为 9% ，乳化温度为 80 ℃，乳化时间为 30 min 时制备石蜡乳液，通过数码显微镜观察异戊醇对石蜡乳液的影响，结果见图 4。

由图 4 可知，在石蜡乳液中添加异戊醇后，乳液的粒径变小、更加均匀，乳液稳定性增强。

3 结论

( 1) 利用均匀设计安排实验并进行回归分析，建立了石蜡乳化的回归模型。制备稳定性良好的石蜡乳液的较佳工艺条件为: 以 Span-60 和 Tween-60为复配乳化剂，HLB 值为 9． 93，乳化剂用量为 9% ，乳化温度为80 ℃，乳化时间为30 min，水蜡比为3． 4。

( 2) 助乳化剂异戊醇能增强乳液的稳定性。

参考文献:

［1］ 郭泽军，李会鹏，沈键，等． 非离子石蜡乳液的研究［J］． 化学工业与工程，2008，25( 5) : 414-418．

［2］ 王万林，史建公． 多功能乳化蜡制备工艺的优化研究［J］． 河北北方学院学报，2008，24( 3) : 30-33．

［3］ 朱升干，朱春燕，郑典模． 非离子型蜡乳液的制备工艺［J］． 化工中间体，2010( 4) : 55-59．

［4］ 暴军萍，王静，李凤艳，等． 影响高固含量石蜡乳液颗粒度因素的考察［J］． 日用化学工业，2010，40 ( 3) :174-177．

［5］ 全红平，黄志宇，刘畅． 高含蜡石蜡乳状液的研制及影响因素探讨［J］． 精细石油化工进展，2007，8( 4) : 43-46．

［6］ 蒋金芝，阎智勇． 超高浓度石蜡乳状液的研制［J］． 化工进展，2008，27( 10) : 1632-1636．

［7］ 王冬美，张建中，肇薇，等． 一种微乳液型汽车上光蜡的制备［J］． 应用化工，2011，40( 2) : 365-368．

［8］ 涂渝娇，吴正宇，周梅村． 切片石蜡乳液的制备［J］． 造纸科学与技术，2006，25( 4) : 62-63．

［9］ Pey C，Maestro A，Solé I，et al． Optimization of nanoemulsionsprepared by low-energy emulsification methodsat constant temperature using a factorial design study［J］． Colloids and Surfaces A: Physicochemical and EngineeringAspects，2006，288( 1) : 144-150．

［10］ Liu Weirong，Sun Dejun，Li Caifu，et al． Formation andstability of paraffin oil-in-water nano-emulsions preparedby the emulsion inversion point method［J］． Journal ofColloid and Interface Science，2006，303( 2) : 557-563．

［11］ 陈剑波，孟巨光，叶建忠． 阳离子蜡乳液的制备工艺［J］． 化学工业与工程，2006，23( 4) : 336-338．

［12］ 冯国琳，刘有智，焦纬洲，等． 石蜡乳液制备及性能研究［J］． 日用化学工业，2011，41( 6) : 415-418．

［13］ 李凤艳，代党会，赵天波． 非离子与阴离子表面活性剂复配制备石蜡微乳液［J］． 石油化工高等学校学报，2012，25( 2) : 12-15．