聚醚改性硅油用于高碳醇類乳狀液的制備研究

葉星星 邵英 李家煒 易玲敏

摘要：通過轉(zhuǎn)相法獲得較為穩(wěn)定的高碳醇乳液，考察了助乳化劑聚醚改性硅油含量、乳化時(shí)間和乳化溫度對乳液性能的影響，利用激光粒度儀和離心穩(wěn)定性測試分析乳液的性能。結(jié)果表明，當(dāng)壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸鈉、聚醚改性硅油三者質(zhì)量比分別是3∶3∶（2～3），乳化時(shí)間為40～50 min，乳化溫度為65 ℃時(shí)，高碳醇乳化效果較好且得到的乳液穩(wěn)定性較佳。

關(guān)鍵詞：高碳醇乳液;聚醚改性硅油;乳化溫度;乳化時(shí)間;乳液性能

中圖分類號：TQ223.129

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）01-0061-05

高碳醇是指六個(gè)碳原子以上的醇類，是合成表面活性劑、洗滌劑、增塑劑及其他多種精細(xì)化學(xué)品的主要基礎(chǔ)原料，其加工后的產(chǎn)品在紡織、造紙、食品、醫(yī)藥、皮革等領(lǐng)域使用非常廣泛，國外高碳醇工業(yè)發(fā)展很快，而且75%的高碳醇用于表面活性劑生產(chǎn)[1]。高碳醇經(jīng)過乳化后得到的乳液主要作為消泡劑使用，相對于礦物油類消泡劑的效率低[2]、聚醚類消泡劑的適用溫度范圍窄[3]、有機(jī)硅類消泡劑的低抑泡能力[4]，高碳醇類消泡劑具有對溫度適應(yīng)范圍更廣、價(jià)格低廉且不易形成斑點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)。高碳醇類消泡劑在造紙等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景[5—6]。

然而，迄今為止，高碳醇類乳狀液的制備仍存在較大的技術(shù)壁壘，國內(nèi)關(guān)于高碳醇類乳液的制備研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠[7]。已有研究表明，高碳醇類乳狀液的制備可以采用一步法、轉(zhuǎn)相法、三步及多步加料法來制備[7—8]。但是，將乳化劑與高碳醇直接與水混合、利用一步法激烈攪拌乳化難以獲得乳化顆粒均勻、分散穩(wěn)定的高碳醇乳液[7]。轉(zhuǎn)相法是在攪拌下將水緩慢滴加到溶有乳化劑的高碳醇油相中逐漸形成O/W型乳狀液，用該法制備得到的乳液粒徑分布較均勻，但也存在乳液粘度大、儲存穩(wěn)定性欠佳等缺陷[8]。進(jìn)一步研究開發(fā)高碳醇類乳狀液的制備方法，具有較重要的現(xiàn)實(shí)意義。

聚醚改性聚硅氧烷既具備傳統(tǒng)聚硅氧烷的優(yōu)良性能如耐高低溫、抗老化、電絕緣、低表面張力等，又具備光滑、柔軟、良好的鋪展性和乳化穩(wěn)定性等特性[9]，可用作聚氨酯泡沫穩(wěn)定劑、乳化劑、個(gè)人保護(hù)用品、涂料添加劑、織物整理劑[10—12]。本文創(chuàng)新性的把聚醚改性硅油作為助乳化劑應(yīng)用于高碳醇類乳狀液的制備，發(fā)現(xiàn)可得穩(wěn)定性較好的乳液。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器

材料：高碳醇（工業(yè)級，濟(jì)南金日和化工有限公司），壬基酚聚氧乙烯醚（99%，成都艾科達(dá)化學(xué)試劑有限公司），十二烷基硫酸鈉（SDS，化學(xué)純，西隴化工股份有限公司），去離子水（杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司），聚醚改性硅油（PDMS16—g—5PEO，課題組自制）通過硅氫加成法獲得。

儀器：Mastersizer 2000型激光粒度儀（英國Malvern公司），XZ—6型低速離心機(jī)（長沙湘智離心機(jī)儀器有限公司）。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

將3g高碳醇、乳化劑壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸鈉、助乳化劑聚醚改性硅油加入三口燒瓶中，其中壬基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量比為1∶1，乳化劑占油相的17%（wt），然后加熱熔融，待高碳醇融化后邊磁力攪拌邊滴加80g水。最終得到白色乳液，靜置一夜后觀察乳液是否分層。

1.3分析方法

a）粒徑分布的測定：激光粒度儀的測試通過顆粒的散射光在空間的分布（散射譜）來分析顆粒的大小，所用儀器為Mastersizer 2000型激光粒度儀。分析模式為多重窄峰模式（球形）。顆粒折射率為1.4，分散劑折射率為1.33。一致性表明粒徑分布的均勻性，一致性值一般是在1以下且越小分布越為均勻。

b）離心穩(wěn)定性測試：通過離心后乳狀液的分層程度來表征乳狀液的離心穩(wěn)定性。取35 mL試樣置于干燥的離心管中，離心機(jī)轉(zhuǎn)速3 000 r/min，在此轉(zhuǎn)速下將樣品置于其中旋轉(zhuǎn)15 min，然后觀察分層現(xiàn)象并拍照。

c）熱穩(wěn)定性測試：取20 mL乳液于燒杯中，緩慢升溫，觀察乳液表面，當(dāng)液體表面出現(xiàn)油花時(shí)，記錄此時(shí)的溫度，該溫度即為乳液漂油溫度。出現(xiàn)油花時(shí)的溫度越高，則說明乳液的熱穩(wěn)定性越好。

d）水分散性測試：取10 g乳液加入燒杯中，再加入50 g蒸餾水、攪拌，觀察其分散結(jié)果。乳液在水中的分散性可概括為優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級，如下所示：

優(yōu)：乳白色溶液，無白色油相出現(xiàn)，液面無油斑;

良：乳白色溶液，有細(xì)小的白色油相顆粒;

中：乳白色溶液，白色油相顆粒較多，顆粒較大;

差：幾乎不能分散于水中。

2結(jié)果與討論

2.1聚醚改性硅油用量對乳化效果的影響

單一乳化劑的效果不如復(fù)配型乳化劑效果好，本實(shí)驗(yàn)選用壬基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸鈉復(fù)配型乳化劑。HLB（乳化劑的分子結(jié)構(gòu)中親水疏水平衡值）的大小直接決定了乳狀液的粒徑大小、分散狀態(tài)和穩(wěn)定性。而助乳化劑可調(diào)節(jié)乳化劑的HLB值，并形成更小的乳滴。本實(shí)驗(yàn)考察了助乳化劑聚醚改性硅油的含量對乳液性能的影響，如表1所示。

圖1為不同助乳化劑含量對乳液粒度的影響。由表1和圖1可知加入助乳化劑聚醚改性硅油能夠改善乳液的穩(wěn)定性能，并且發(fā)現(xiàn)聚醚改性硅油的含量過多或過少都不利于乳液的穩(wěn)定。當(dāng)壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸鈉∶聚醚改性硅油質(zhì)量比為3∶3∶（2～3）時(shí)，乳化效果較好，平均粒徑較小且一致性值為0.6，即粒度分布比較均勻。

2.2乳化時(shí)間對乳化效果的影響

乳化時(shí)間對乳液穩(wěn)定性的影響也很重要，根據(jù)上一部分實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)聚醚改性硅油用量比3∶3∶（2～3）時(shí)乳化效果較好，因此選用比例為1∶1∶1、3∶3∶2做乳化時(shí)間的優(yōu)化。

壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸鈉∶聚醚

改性硅油質(zhì)量比例為1∶1∶1時(shí)，結(jié)果如表2所示。

圖2為不同乳化時(shí)間所得乳液的粒度。由表2和圖2可知，當(dāng)乳化時(shí)間為30 min時(shí)，雖然得到的乳液平均粒徑最小，但一致性值較大，粒徑分布不均勻。當(dāng)乳化時(shí)間為50 min時(shí)，一致性值（1.4）比乳化時(shí)間40 min時(shí)大，但乳液平均粒徑（16.8 μm）較小，乳化效果也較好。因此，較佳的乳化時(shí)間為40～50 min時(shí)，此時(shí)乳化效果較好。

壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸鈉∶聚醚改性硅油質(zhì)量比例為3∶3∶2時(shí)，結(jié)果如表3所示。

圖3為不同乳化時(shí)間所得乳液的粒度。由表3和圖3可知，乳化時(shí)間過長或過短都不利于乳液的穩(wěn)定。當(dāng)乳化時(shí)間為40 min時(shí)，得到的乳液平均粒徑較小，一致性值為0.6，粒徑分布均勻。

2.3乳化溫度對乳化效果的影響

壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸鈉∶聚醚改性硅油質(zhì)量比例為1∶1∶1，乳化時(shí)間為40 min時(shí)，結(jié)果如表4所示。

不同乳化溫度得到的乳液粒徑如圖4所示。乳化溫度應(yīng)高于高碳醇的熔點(diǎn)，低于65℃時(shí)高碳醇不易融化，但乳化溫度過高不利于乳液的穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高溫乳化所得乳液的平均粒徑較小，一致性值為51.8，粒徑分布不均一，而且生成大量聚集體，故乳化溫度選為65 ℃。

壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸鈉∶聚醚改性硅油質(zhì)量比例為3∶3∶2，乳化時(shí)間為40 min時(shí)，結(jié)果如表5、圖5所示。

由表5和圖5可知，當(dāng)乳化溫度為65 ℃時(shí)，得到的乳液平均粒徑較小，一致性值為0.6，粒徑分布均勻。因此，乳化溫度選為65 ℃較為合適。

2.4乳液的離心穩(wěn)定性分析

離心可加快乳狀液的凝聚，常用于考察乳液的穩(wěn)定性。本文取35 mL試樣，在3 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min，然后通過測量離心管底部的分層液體體積（v/mL，如圖6所示）來表征乳狀液的離心穩(wěn)定性，所得結(jié)果如表6所示。

由表6可知，2#、7#、8#、13#乳液較穩(wěn)定，但5#、6#、14#、15#底部有明顯的分層，這也證實(shí)乳化溫度過高、乳化時(shí)間過長或過短都不利于乳液的穩(wěn)定。

2.5乳液的熱穩(wěn)定性和水分散性分析

對不同乳化條件下所得乳液的熱穩(wěn)定性和水分散性進(jìn)行了測試，結(jié)果如表7所示。

由表7可知，3#樣品的熱穩(wěn)定性最好，2#樣品次之，1#、15#樣品相對較差;同時(shí)，3#樣品的水分散性屬于優(yōu)等級，2#、4#、13#、14#樣品的水分散性也表現(xiàn)良好，1#、15#樣品相對較差。這也說明當(dāng)壬基酚聚氧乙烯醚與十二烷基硫酸鈉、聚醚改性硅油的質(zhì)量比為3∶3∶（2～3）、乳化溫度為65 ℃時(shí)，乳液的熱穩(wěn)定性和水分散性表現(xiàn)優(yōu)良。

3結(jié)論

a）以聚醚改性硅油為助乳化劑，能夠提高高碳醇乳液的分散穩(wěn)定性。但聚醚改性硅油用量對乳液的穩(wěn)定性有影響，過高或過低均不利于乳液的穩(wěn)定。

b）考察了乳化時(shí)間和乳化溫度對高碳醇乳液分散穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)乳化時(shí)間過長或過短，以及過高的乳化溫度均不能獲得穩(wěn)定的乳液。

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