液体石蜡的乳化研究

液体石蜡的乳化研究

段月英１，丛玉凤１，黄 玮１，赵红丽１，唐 东１，白双福１，郭金鹏２，高 瞩１

（１．辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺１１３００１；２．辽河油田特种油开发公司，辽宁 盘锦１２４０００）

摘 要： 以液体石蜡为原料，采用添加助剂的方法，制备了石蜡乳液。探讨了乳化剂种类及其质量分数、乳化水质量分数、乳化温度、乳化时间等因素对乳化效果的影响。结果表明，复配乳化剂乳化效果较好，各因素对乳化效果的影响程度依次为乳化水质量分数、乳化剂质量分数、乳 化 温 度、乳 化 时 间，确定较佳实验条件为：ｍ（单甘 脂）／ｍ（Ｔｗｅｅ－８０）＝３∶４，乳化剂质量分数０．９％，乳化温度８５ ℃，乳化 时 间５０ｍｉｎ，乳化水质量分数６２．０％，转速１１００ｒ／ｍｉｎ。石蜡乳液的稳定性和分散性较好，密度符合要求。

关键词： 液体石蜡； 助剂； 复配乳化剂

中图分类号：ＴＥ６２６　　　　文献标志码：Ａ 　　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－６９５２．２０１６．０５．００２

液体石蜡又称白油或石蜡油，是一种无色、无味的有一定黏度的液体，主要来源于石油馏分中的低碳 Ｃ１０～Ｃ１８正构烷烃系列，工业上主要用分子筛脱蜡生产液体石蜡［１］。液体石蜡具有良好的稳定性、黏度较低、易于乳化以及密度适中等优点［２］。液体石蜡作为一种常用的化工原料中间体，可以制得很多特殊性能的产品，如上光剂、农药乳化剂、润滑剂等［３］。随着人们的不断研究，发现蜡乳液比液 体 石蜡更具有优势，如蜡乳液能均匀成膜、覆盖性较好。所谓蜡乳液是指石蜡和水在表面活性剂的作用下通过不断搅 拌 降 低 界 面 张 力 形 成 的 Ｏ／Ｗ 型 分 散 体系［４］，因此，近年来人们对石蜡乳化工艺的研究不断推新，朱 升 干 等［５］采用 Ｔｗｅｅｎ－８０ 和 Ｓｐａｎ－８０ 为主的复配 乳 化 剂 制 备 出 性 能 好 的 石 蜡 乳 液，欧 阳 瑞华［６］采用 Ｔｗｅｅｎ系列 和 Ｓｐａｎ系列复配乳化剂，制备出了粒径较小的石蜡乳液；付雪等［７］采用非离子表面 活 性 剂 Ｔｗｅｅｎ－６０ 和 Ｓｐａｎ－６０ 制 备 出 粒 径 细小、稳定性好的石蜡乳液等，但乳化剂用量大，给进一步研究分离杂质带来麻烦。随着科技的发展，人们不断探索更好的原料及方法，史同瑞等［８］利用液体石蜡在多元醇助剂的条件下，加入质量分数１．５％的乳化剂制备出稳定的蜡乳液，可用作一些缓释药剂，方杰等［９］以液体石蜡为原料制备的蜡乳液对甲苯废气的吸收率可达９６．５３％。由此可以推断，选择合适的乳化剂可以制备出各种不同性能的蜡乳液。

实验采用复配乳化剂单甘脂和 Ｔｗｅｅｎ－８０，通过添加助剂的方法，制备液体石蜡乳液，其蜡乳液油腻感小、无异味、外观无色，密度符合医用照影液体石蜡的要求，同时乳化剂用量小，后续处理简单。

１ 实验部分

１．１ 试剂及仪器

液体石蜡，工业纯，武邑县炎威医用化 工 厂；十六醇（助剂），分析纯，沈阳市试剂有限公司；单甘脂，优级纯，杭州金鹤来食品添加剂有限公司。ＨＸ－６０２３ＳＹＺ精密数显恒温水浴锅，山东荷泽华兴仪器有限公司；ＪＪ－１型精密增力电动搅拌器，江苏大地自动化环保仪器厂。

１．２ 实验方法

以石 蜡 乳 液 为 体 系，其 中 石 蜡 质 量 分 数 为３２．０％，乳化水质量分数６８．０％，乳化剂质量分数（乳化剂质量占石蜡和乳化水总质量的百分数）为０．９％，相对溶液称取一定质量的液体石蜡、助剂和乳化剂，并置于恒温水浴中加热至反应所需的乳化温度，将熔融的石蜡缓慢滴加到水中，恒温下反应，将转速 调 至 １１００ｒ／ｍｉｎ，搅拌 ４５ ｍｉｎ，冷却 至 ２５℃，得到石蜡乳液。

１．３ 石蜡乳液性能

测定方法依据国家 标 准（ＧＢ／Ｔ１１５４３—２００８），在２５ ℃下测定其稳定性和分散性，根据标准规定一级形成的乳液均匀性较好，五级有明显的两相分离，六级两相完 全 分 离，均 匀 性 最 差；按 照 国 家 标 准 （ＧＢ／Ｔ２５４０—８１）进行液体石蜡乳液的密度测定，在２５ ℃下测定实验数据。

２ 结果与讨论

２．１ 乳化剂的筛选

液体石蜡属于高碳烷烃系化合物，不溶于水中且表面张力较固体大，需要选择合适的乳化剂才能乳化成所需乳液，制备出性能稳定的乳液［１０］。一般以 ＨＬＢ值 （亲 水－亲 油 平 衡）为 乳 液 选 择 依 据，当ＨＬＢ值在３～８时，可用作制备 Ｗ／Ｏ 型的乳液，当ＨＬＢ值在８～１８时，可用作 制 备 Ｏ／Ｗ 型 乳 液［１１］。为了达到实验要求，一般需要多种乳化剂混合使用，根据混合乳化剂的加和特性，通过计算公式 ＨＬＢ＝∑（ＨＬＢｉ×ｗｉ）计算可得 ＨＬＢ值，其中 ＨＬＢｉ是混合体系中某一表面活性剂的 ＨＬＢ 值；ｗｉ为此种 表面活性剂在混合体系的质量分数［１２］。通过 对 各 类乳化 剂 进 行 对 比 性 研 究，可获得性能稳定的 Ｏ／Ｗ型石蜡乳液［１３］，在复配乳化剂质量比为１∶１、石蜡质量分数为３８．０％，乳化水质量分数为６２．０％、乳化剂质 量 分 数 ０．９％、乳 化 温 度 ８５ ℃、乳 化 时 间 ４５ｍｉｎ、转速１１００ｒ／ｍｉｎ条件下进行实验，结果见表１。

表１ 乳化剂的种类对乳化效果的影响

由表１可知，相比复配型乳化剂而言，单一乳化剂表面膜韧度低，导致石蜡乳液密度较大，离心稳定性与分散性相对较差，然而复配乳化剂中的油溶基和水溶基间具有较强的协调作用力［１４］，从而克服了以上问题。为 此，实 验 选 择 单 甘 脂 与 Ｔｗｅｅｎ－８０为复配型乳化剂。

２．２ 复配乳化剂的乳化效果考察

将单甘脂 与 Ｔｗｅｅｎ－８０复配，在 石 蜡 质 量 分 数３８．０％、乳化 水 质 量 分 数 ６２．０％、乳化 剂 质 量 分 数０．９％、乳化温度８５℃、乳化时间４５ｍｉｎ、转速１１００ｒ／ｍｉｎ的条件下 进 行 实 验，考 察 复 配 乳 化 后 蜡 乳 液的效果，结果见表２。

由表２可知，当 ＨＬＢ值为８～１８时，可制出 Ｏ／Ｗ 型 乳 液，单 甘 脂 与 Ｔｗｅｅｎ－８０的配 比 不 同，ＨＬＢ值不同，制备出的蜡乳液稳定性、分散性、密度相差很大；ＨＬＢ值为１１．４２时，乳液未分层且分散性为一级，密 度０．９２６０为最 小。考 虑 到 自 身 实 验 所 需的条 件 和 预 期 的 目 的，应 选 择 ｍ （单 甘 脂 ）／ｍ（Ｔｗｅｅｎ－８０）为３∶４。

２．３ 正交实验设计

在大量实验的基础上，采用质量比为３∶４的单甘脂与 Ｔｗｅｅｎ－８０ 复 配 乳 化 剂 对 液 体 石 蜡 进 行 乳化，以乳液密度作为石蜡乳液的乳化效果评价指标，根据乳化剂质量分数、乳化温度、乳化时间、乳化水质量分数等因素，设计了 Ｌ１６（４４）四因素四水平的正交试验，因素与水平见表３，正交实验的结果见表４。

由表４极差分析可知，乳化水质量分数对乳化反应起主要影响，乳化剂质量分数次之，乳化温度影响较小，乳化时间影响最小。乳化水质量分数过大时，乳液不能达到油水平衡，导致产物稳定和分散性不好，且水的密度较蜡的密度大，两者混合乳液密度大，但乳化水质量分数过小时，也不能很好地乳化，易形成糊状液且有很多气泡不断冒出，因此选择乳化水质量分数为６２．０％较佳。当乳化温度 为８０～９０ ℃时，形成的石蜡乳液稳定性和分散性较好；随乳化温度升高，密度变小，但当乳化温度大于９０ ℃时继续升高乳化温度，达到水的沸点后，水在反应器中不断回流，影响了反应液中水蜡的正常比例，石蜡乳液的乳化效果变差甚至出现糊状液体，当温度为８０ ℃时，乳液稳 定 性 和 分 散 性 可 以 达 到 二 级，但 乳液的密度大。综合以上因素，较佳乳化温度选择８５℃。一般情况下乳化剂对石蜡乳液的影响较大，但本实验选用的复配乳化剂混合密度较小，且用量少，相对本实验的评价指标影响较小。乳化剂的质量分数太小时不能降低油水相界面张力，乳化效果较差，质量分数太大会使乳液产生气泡影响乳液的稳定性，因此选择乳化剂质量分数为０．９％较佳。乳化时间对乳液影响最小，乳化时间短，反应物不能充分接触，乳化效果不充分，乳化时间太长，乳液不均匀，粒径会变粗，而且浪费有效的资源，选择５０ｍｉｎ为较佳。因此，较佳 因 素 组 合 Ａ３Ｂ３Ｃ４Ｄ２，得出 最 佳 实验条件为 ｍ（单甘脂）／ｍ（Ｔｗｅｅｎ－８０）为３∶４、转速１１００ｒ／ｍｉｎ，乳化剂质量分数为０．９％、乳化水质量分数 ６２．０％、乳 化 温 度 为 ８５ ℃、乳 化 时 间 为 ５０ｍｉｎ。

２．４ 蜡乳液的性能

在乳 化 剂 单 甘 脂 与 Ｔｗｅｅｎ－８０ 的 质 量 比 为３∶４、乳 化 剂 质 量 分 数 ０．９％、乳 化 水 质 量 分 数６２．０％、乳化 温 度８５ ℃、乳化 时 间５０ ｍｉｎ、搅拌 转速１１００ｒ／ｍｉｎ的条 件 下 制 备 液 体 石 蜡 乳 液，其 主要性能指标见 表５。从 表５可 以 看 出，实 验 制 备 的乳液无异味，白色，分散性和稳定性好且密度小，符合医用液体石蜡乳液的要求。

３ 结 论

（１）采用普通搅拌的方法制备石蜡乳液，由实验结果得到复配的乳化剂比单一的乳化剂更能满足实验预期目的，在有少量助剂的协同下，可得到分散性为二级、离心稳定性好、密度符合要求的石蜡乳液。

（２）影响石蜡乳液制备的主要因素及其影响程度大小依次为：乳化水质量分数、乳化剂质量分数、乳化温度、乳化时间，制备乳液较佳的条件为：条件组合 为 Ａ３Ｂ３Ｃ４Ｄ２，ｍ（单 甘 脂）／ｍ （Ｔｗｅｅｎ－８０）为３∶４，转速１１００ｒ／ｍｉｎ，乳化 剂 质 量 分 数 为０．９％，乳化水质量分数为６２．０％，乳化温度为８５ ℃，乳化时间为５０ｍｉｎ。

参 考 文 献

［１］ 梁文平．乳化液科学与技术基础［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１：５６－６８．

［２］ 郑立辉，盛奎龙，潘金亮．石油蜡的生产及深加工［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００８：１２６－１８０．

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

［４］ 赵国玺．表面活性剂物理化学［Ｍ］．北京：北京大学出版社，１９９１：２４－２６．

［５］ 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，２０１０，１４（４）：５５－５９．

［６］ 欧阳瑞华．石蜡乳化工艺的研究［Ｊ］．当代化工，２０１０，３９（３）：２２９－２３２．

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［８］ 史同瑞，王爽，朱丹丹，等．液体石蜡乳的制备及稳定性试验［Ｊ］．中国兽药杂志，２０１４，４８（１）：３１－３４．

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［１０］ 焦学瞬，贺明波．乳化剂与破乳剂性质、制备与应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００７：１４９－１５１．

［１１］ 黄玮，李长征．氧化蜡制备皮革用蜡［Ｊ］．辽宁石油化工大学学报，２００７，２７（３）：４－６．

［１２］ 王世英，李祥高，刘东志．表面活性剂化学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１０：３２－３３．

［１３］ 付雪，诸林，刘娟，等．无助乳化剂的非离子型石蜡乳液的制备［Ｊ］．石油化工，２０１３，４２（９）：９６７－９７２．

［１４］ 孙志仁，任德呈．石蜡微乳液的研制［Ｊ］．华东理工大学学报，１９９９，２５（３）：３０９－３１１．

（编辑 宋官龙）