脂肪醇乳液消泡劑的制備及性能研究

劉楊 單珍 曹添

摘要：以脂肪醇為主要原料制備脂肪醇乳液消泡劑，通過不同碳數脂肪醇混合比例、乳化劑選擇、乳化劑用量研究了脂肪醇乳液的消泡和抑泡性能、乳液粒徑以及儲存穩定性。結果表明，以脂肪醇總質量100 g計，C16醇∶C18醇∶C22醇的質量比為30∶50∶20，在兼顧原材料成本的同時，制備的消泡劑具有較好的消泡和抑泡性能；乳化劑中單硬脂酸甘油酯 、平平加O-30 、十二烷基苯磺酸鈉的用量比為6%∶1%∶1.5%，脂肪醇與乳化劑的用量比為90%∶10%時，制備的脂肪醇乳液具有較好的儲存穩定性；粒徑分布對制備的脂肪醇乳液穩定性不起決定性影響，且溫度在5～40℃范圍的儲存條件下，脂肪醇乳液在40℃儲存時穩定性最差。

關鍵詞：造紙；脂肪醇乳液；消泡劑；穩定性

中圖分類號：TS727+.2

文獻標識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.08.004

在紙機濕部，根據不同紙種會用到施膠劑、助留劑、助濾劑、增強劑等具有表面活性的助劑[1]，在白水封閉循環過程中很容易產生氣泡，氣泡的存在對紙張有很大的影響，如施膠效果差以及紙面出現斑點、透光點和小孔等紙病，甚至引起斷紙，且容易使泵的運行效率下降，增加能耗[2]。造紙濕部助劑屬于高分子表面活性劑，它們在造紙濕部中生成的氣泡比較小，表面能比較大，容易吸附到細小纖維的表面，不容易脫除[3]。造紙濕部用的消泡劑根據組成成分可以分為本體型和乳液型，本體型指的是改性聚醚，乳液型指的是脂肪醇乳液。對比兩類消泡劑的市場價格和對紙張施膠、成品紙質量的影響，脂肪醇乳液型消泡劑均占有絕對的市場優勢[4-6]。因此，脂肪醇乳液深受學者和用戶的青睞。

脂肪醇乳液主要是由合成脂肪醇制備的，但是合成脂肪醇的價格是制約脂肪醇乳液大規模發展的主要因素之一。廣大學者都想通過天然醇來解決問題，但天然醇制備的乳液一般都不穩定，或需要通過昂貴的乳化劑和復雜的工藝來改善穩定性，不利于實現工業轉化[7-10]。本研究以天然脂肪醇為原料，通過常規的乳化工藝和市場易購的乳化劑制備脂肪醇乳液，通過研究不同碳數脂肪醇的混合比例、乳化劑用量以及脂肪醇與乳化劑的比例，制得了消泡和抑泡性能較好且穩定的乳液。

1實驗

1.1實驗原料

平平加O-30，工業級，上海錦山化工有限公司；單硬脂酸甘油酯（GMS） ，工業級，江蘇省海安石油化工廠；十二烷基苯磺酸鈉（LAS），分析純，上海盛眾精細化工有限公司；十六醇（C16醇）、十八醇（C18醇）、二十二醇（C22醇），工業級，Cognis；羧甲基纖維素鈉（CMC），分析純，山東寧津爍豐纖維素有限公司。

1.2實驗儀器

激光粒徑儀POP-VI，珠海歐美克科技有限公司；NDJ-8型數顯黏度儀，上海恒平科學儀器有限公司；高速分散機，上海微特電機有限公司；循環鼓泡測試儀，江蘇四新科技應用研究所股份有限公司。

1.3脂肪醇乳液消泡劑的制備

將C16醇、C18醇、C22醇、GMS、平平加O-30、LAS按比例加入到燒杯中，升溫至80℃，用高速分散機以轉速1000 r/min進行混合，緩慢滴入80℃熱水，加入CMC，保溫30 min，冷卻至室溫，即得脂肪醇乳液消泡劑。

1.4脂肪醇乳液消泡劑的性能測試

1.4.1消泡和抑泡性能測試

向循環鼓泡測試儀中加入600 mL箱紙板白水（江蘇某造紙廠5#紙機箱紙板白水），加熱至40℃，在8 L/min的流量下，進行循環鼓泡，當泡沫高度達到1000 mL時，加入10 μL消泡劑，記錄泡沫高度隨著時間的變化規律，泡沫高度最低點越低說明消泡劑的消泡率越高，達到同一刻度所需的時間越長，說明消泡劑的抑泡性能越好。

1.4.2穩定性測試

（1）將制備的脂肪醇乳液分成3份，分別在5℃、25℃、40℃下放置1個月進行黏度跟蹤測試。采用NDJ-8型數顯黏度儀測試黏度，測試條件為2#轉子，30 r/min。

（2）選擇對脂肪醇乳液儲存穩定性影響較大的因素，測定此因素下制備的乳液粒徑分布情況，分析粒徑分布情況與乳液儲存穩定性的關系。

2結果和討論

2.1不同碳數脂肪醇混合質量比對脂肪醇乳液消泡和抑泡性能影響

為了得到最佳脂肪醇的混合比例，按照表1所示的A～I的脂肪醇組合比例，按照1.3的方法制備了EA～EI 共9種乳液，這9種乳液在40℃箱紙板白水中的消泡和抑泡性能如表2所示。

從表2可以看出，單獨的C16醇和單獨C22醇制備的乳液在40℃箱紙板白水中消泡和抑泡效果均無單獨C18醇制備乳液的效果好；另外，C18醇與C16醇混合或C18醇與C22醇混合制備的乳液在40℃箱紙板白水中消泡和抑泡效果均較單獨C16醇或單獨C22醇制備的乳液有所提高，但效果仍無單獨C18醇制備的乳液好；同時，C16醇、C18醇、C22醇三者復配制備的脂肪醇乳液，以天然脂肪醇總質量100 g計，C16醇∶C18醇∶C22醇質量比為20∶50∶30和 30∶50∶20時，消泡和抑泡效果均明顯較單獨C18醇制備的乳液好，考慮C22醇市場價格較高，故選擇C16醇∶C18醇∶C22醇質量比為30∶50∶20較佳。

2.2乳化劑用量對脂肪醇乳液穩定性的影響

2.2.1GMS對脂肪醇乳液穩定性影響

以混合脂肪醇總質量100 g為基準、平平加O-30用量為 1%、LAS 用量為1.5%時，GMS的用量分別為3%、6%和9%，制備了脂肪醇乳液，其中GMS用量9%時，制備的乳液初始黏度為3500 mPa·s，乳液流動性很差；GMS用量分別為3%和6%的實驗結果如圖1所示。

GMS用量9%時，制備的脂肪醇乳液初始黏度很大，這是因為GMS的HLB值較低，乳化能力較強，用量過多會使乳液乳化過度而導致黏度大。從圖1可知，GMS用量為3%時，制備出的脂肪醇乳液40℃放置3周黏度也變得很大，這是由于GMS用量過少時，不能很好地包裹脂肪醇顆粒，而且40℃下儲存，加劇了粒子的布朗運動，使脂肪醇顆粒更加容易聚集而導致黏度變大。研究發現，當GMS用量為6%時，制備出的脂肪醇乳液在5℃、25℃和40℃下儲存1個月，黏度變化均較小。

圖2所示為不同GMS用量制備的乳液粒徑分布情況。從圖2中可以看出，GMS用量為3%和6%時制備的乳液初始粒徑相似。而從圖1中可以得知，GMS用量3%時制備的乳液在40℃的條件下放置3周后，乳液的黏度變得很大；GMS用量6%時制備的乳液較穩定，這說明乳液的粒徑分布對儲存穩定性不起決定性作用；同時，GMS用量3%時制備的乳液在40℃放置3周后乳液粒徑較初始粒徑有所增大，但粒徑變化幅度與黏度變化幅度間的關系有待進一步研究。

2.2.2LAS用量對脂肪醇乳液穩定性影響

以混合脂肪醇總質量100 g為基準，平平加O-30用量1%、GMS用量6%時， LAS用量分別為0、1.5%、3%和4.5%，制備了脂肪醇乳液，其中4.5%用量LAS制備的乳液初始黏度只有150 mPa·s，儲存過程分層，其余實驗結果如圖3所示。

由圖3可以看出，隨著LAS用量的提高，脂肪醇乳液的初始黏度減小。不添加LAS制備的脂肪醇乳液25℃放置黏度呈上升趨勢，且40℃放置4周黏度變得很大，而LAS用量1.5%～3%制備的脂肪醇乳液較穩定（用量達到4.5%時，導致乳液的初始黏度過小而在儲存過程分層，可以通過調節CMC的用量來調節脂肪醇乳液的初始黏度）。這是因為LAS屬陰離子表面活性劑，其在脂肪醇顆粒表面形成一層陰離子電荷保護膜，使相鄰的脂肪醇顆粒表面因帶有同種電荷而相斥，不易聚集而穩定。

2.2.3平平加O-30對脂肪醇乳液穩定性影響

以混合脂肪醇總質量100 g為基準、LAS用量為 1.5%、GMS用量為6%時，平平加O-30用量分別為0.5%、1%、2%、3%的情況下，制備了脂肪醇乳液，其中平平加O-30用量為0.5%時，制備不出脂肪醇乳液，其余實驗結果如圖4所示。

當平平加O-30用量為0.5%時，制備不出乳液，這是因為平平加O-30用量過少，乳化能力不足，導致乳化過程不能由W/O轉相為O/W。平平加O-30用量在1%～3%范圍，隨著用量的增加，脂肪醇乳液的初始黏度有所增加，但不影響脂肪醇乳液在各溫度下的儲存穩定性。

2.2.4乳化劑和脂肪醇的配比對脂肪醇乳液的影響

固定混合脂肪醇中C16醇∶C18醇∶C22醇的質量比為30∶50∶20，以混合脂肪醇總質量100 g為基準，固定混合乳化劑中GMS、平平加O-30、LAS的用量比為6%∶1%∶1.5%，脂肪醇與乳化劑的用量比分別為95%∶5%、90%∶10%和85%∶15%的情況下，制備脂肪醇乳液，實驗結果如圖5所示。

由圖5可以看出，脂肪醇與乳化劑用量比為95%∶5%時，制備的乳液25℃放置4周黏度呈上升趨勢，而這種上升趨勢在40℃下儲存更為明顯。其原因同樣是因為乳化劑用量較低時，乳化劑不能很好地包裹脂肪醇顆粒，而且40℃下儲存，加劇了粒子的布朗運動，使脂肪醇顆粒更加容易聚集而導致黏度變大。而脂肪醇與乳化劑用量比為90%∶10%和85%∶15%時，制備的乳液黏度在各儲存溫度下均波動較小，結合消泡和抑泡性能考慮，選擇脂肪醇與乳化劑的用量比為90%∶10%較為合適。

3結論

3.1 以市場價格低廉的C18醇為主要原料制備脂肪醇乳液消泡劑，單獨C16醇或單獨C22醇制備的脂肪醇乳液對40℃箱紙板白水中的消泡和抑泡性能無明顯改善作用，以脂肪醇總質量100 g為基準，C16醇∶C18醇∶C22醇三者質量比為30∶50∶20制備的脂肪醇乳液消泡劑，能兼顧到消泡和抑泡性能及經濟價值。

3.2以脂肪醇總質量100 g為基準，乳化劑中單硬脂酸甘油酯、平平加O-30、十二烷基苯磺酸鈉的用量比為6%∶1%∶1.5%，且脂肪醇與乳化劑用量比為90%∶10%制備的脂肪醇乳液具有較好的儲存穩定性。

3.3消泡劑乳液粒徑分布對本研究的乳液儲存穩定性不起決定性作用。

3.4在溫度5～40℃范圍的儲存條件下，脂肪醇乳液在40℃儲存時穩定性最差，為了提高脂肪醇乳液研究開發效率，在溫度40℃以下儲存更有利于判斷脂肪醇乳液的儲存穩定性。

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（責任編輯：馬忻）