国内乳化蜡制备及应用进展

徐伟池 于春梅 郭金涛 方磊

（中国石油大庆化工研究中心，黑龙江大庆，163714）

乳化蜡即蜡乳液是一种重要的蜡产品，是各种蜡（包含石油蜡）在机械外力的作用下，借助乳化剂的定向吸附作用均匀分散在水中，制成的一种含蜡含水的均匀流体[1,2]。乳化蜡容易流动，具有良好的渗透性，容易渗透进各种具有微孔的材料中，或在材料表面形成一层薄膜，赋予材料防水、防潮等性能。乳化蜡在纺织、皮革、脱模、材料保护、机械加工、橡胶工业等领域获得了广泛应用[3]。

1 乳化蜡的组成

乳化蜡由三类物质构成：连续相的水，分散相的蜡，乳化剂及其他助剂。

乳化剂实际上是表面活性剂，乳化剂分子中存在着亲油基和亲水基两种基团。亲水亲油性是表面活性剂的重要性质。其亲水亲油性用HLB（亲水亲油平衡）值表示。HLB 值越高，乳化剂亲水性越强，HLB值越低则亲油性越强，由亲油性到亲水性的转变点为10[4]。乳化蜡制备最关键的是选择合适的乳化剂，找到价格合理又符合产品质量要求的乳化剂是生产的核心问题。

表面活性剂分为离子表面活性剂和非离子表面活性剂，根据离子表面活性剂所带电荷又可分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂。用于配制乳化蜡的表面活性剂一般是阴离子型和非离子型表面活性剂[3]。

2 乳化蜡的制备方法及设备

乳化蜡生产设备的功能是将石蜡在乳化剂的作用下分散在水中，常用的分散方法有六种。第一种是机械搅拌法。在容器内装一个高速搅拌浆叶，市场上各种搅拌器的差别主要是桨叶形状不同。这种方法的优点是设备投资小，缺点是对很多体系只能产生颗粒直径较大的乳状液，所得乳化蜡稳定性差。第二种是静态混合分散法。所用设备为静态混合器，其工作原理是让高速流体在管线中流动冲击各种类型板元件，冲击时由于液体速度梯度很大，形成剧烈湍流，在与液体垂直的断面方向产生剧烈的涡流，涡流会产生很强的剪切力作用于流体，使流体进一步分割混合，最终混合形成所需的乳状液。静态混合器特点是结构简单、制造方便、操作容易，几乎不需要维护，但乳化效果不太明显。第三种是射流分散法。其工作过程是工作泵将混合介质通过喷射在混合容器中造成高速射流，射流携带着其他液体，进行剪切和循环，使容器中的介质有效地混合。射流混合装置由工作泵、射流混合器、工作管路及混合容器组成。第四种是胶体磨。其工作原理是流体或半流体物料受到离心力的作用，强制通过在高速相对运动的定子与转子之间进行摩擦、剪切、高频振动，得到有效的粉碎、乳化、均质、分散、混合等获得粒径细小的物料。第五种是高压均质机。工作原理是以高压往复泵作为传递及物料输送动力，将物料输送至工作阀部分，要处理物料在通过工作阀的过程中，在高压下产生强烈的剪切、撞击和空化作用，从而使液态物质微细化。高压均质机的特点是均质过程中，物料处于液相，发热量较小，热敏性物料化学性质基本不变；缺点是能耗大，维护成本高，黏度很高的物料不适合用均质机微细化。第六种是高剪切乳化机。原理是在液力剪切作用、压力波作用和机械撞击下液相被乳化。高剪切乳化机的主要工作部件为一级或多级相互啮合的定转子，设备的差别在于转子和定子结构的差异。

3 影响乳化蜡稳定性的因素

3.1 乳化剂的选择及用量

在乳化蜡的制备中，乳化剂主要起到三个方面的作用。一是降低液体的表面张力，乳化剂的种类不同，用量不同，表面张力降低的程度也不同；二是通过在分散液滴或粒子表面形成的吸附膜，起到机械保护作用；三是在颗粒之间产生相互排斥的作用，分散颗粒表面所带电荷，保持乳液的稳定性。选择合适的乳化剂是制备高质量乳化蜡的关键因素之一[5]。

乳化剂的选择通常以亲油亲水平衡值（HLB）为依据[6]。在实际应用中，如果单一的乳化剂不能满足要求，可以根据HLB值的加和性，选用HLB值不同的表面活性剂复配，现在高效的复配型乳化剂基本上代替了低效的单一型乳化剂[7]。

乳化过程实际上是利用表面活性剂降低石蜡在水溶液中的表面张力的过程。要制成稳定的蜡乳液，乳化剂的用量必须达到某一用量。乳化剂的用量过多，虽然能得到稳定的乳状液，但过量的乳化剂可能引起大量的泡沫，影响乳液的质量和使用。乳化剂的最佳使用量要经过试验确定，通常乳化剂的最佳用量为蜡量的20% 25%[7]。

3.2 乳化温度

乳化温度对乳液的性质影响很大。对于某一特定的表面活性剂，温度降低时，表面活性剂溶于水相，易形成O/W型乳状液。温度升高时，分子的动能增加，表面活性剂溶于油相，容易转化为W/O 型乳状液。随温度逐渐升高，体系由O/W型乳液转变为W/O 型乳液，发生转相的温度称为相转变温度（PIT）。在特定体系中，PIT 是表面活性剂的亲水、亲油性质在界面上达到平衡的温度[8]。

温度低，不能将石蜡有效地乳化，制得的蜡乳液亲水性差，乳液不稳定；温度过高，分子的热运动加剧，不利于表面活性剂的定向吸附，使表面活性剂的亲水性变差，乳化能力下降，制得的乳液稳定性降低。一般乳化温度宜控制为85℃ 90℃[7]。

3.3 乳化时间

乳化时间对乳化蜡产品质量有一定影响。乳化时间太短，搅拌的机械力不能把水、乳化剂和蜡分子分散成小颗粒而充分结合成乳液小微粒，石蜡不能充分乳化，乳液稳定性差。乳化时间太长对乳化效果的提高影响不大，还会造成生产效率降低和能耗增加[9]。通常适宜的乳化时间为20 50 min。

“以我观物，万物皆着我色彩”，这一段歌词中丰富的典故使用加上恰如其分的修辞格使人们瞬间产生在“名落孙山”的秀才眼中世界原来是如此悲凉。

3.4 搅拌速率

乳化过程中，搅拌器的搅拌方式和搅拌速度也会影响乳化液的液滴均布。搅拌速度太慢不能将油相乳化太快易破乳。一般而言，为了避免油相物料溅到釜壁上造成部分油相得不到有效乳化，开始采用较慢的搅拌速度（约200r/ min），待混合均匀后再加快搅拌速度（约500r/ min），以便使油相物料以细小微粒均匀地分散于水中[10]。

陈剑波等[7]研究发现，乳化过程中，搅拌速度对乳液的形成和稳定性有一定的影响。搅拌速度低于200r/min时，形成的乳液不太稳定，主要是速度太低时，蜡和表面活性剂不能混合均匀，且剪切力太小，形成的乳液颗粒大小不均匀。搅拌速度高于300r/min时，形成的乳液稳定。但试验也发现，当搅拌速度太快时，会使泡沫量增多，消泡困难，给使用和保存带来不便。综合考虑，合适的搅拌速度为300 r/min。

4 乳化蜡的应用

乳化蜡广泛地应用于农业、人造板、造纸、皮革、纺织、橡胶和陶瓷等领域。

4.1 农业用乳化蜡

乳化蜡在农业上主要用于果蔬保鲜、植物保护和防冻剂、土壤保湿、保温剂等。

果蔬采收后如不作保鲜处理，由于生理衰老、病菌及机械损伤等原因，使其易于腐烂变质。在果蔬表面浸渍或喷涂乳化蜡溶液，待其风干后形成一层极薄的透明保护层。保护层可增强果蔬表皮的防护作用，适当堵塞果蔬的表皮毛孔，抑制呼吸作用，减少水分蒸发和营养损耗，防止皱缩萎蔫；抵制微生物入侵，防止腐败[9]。我国果蔬保鲜乳化蜡的潜在市场为每年2 3万吨，其中仅苹果保鲜用乳化蜡即可达500吨/年 。

在植物保护方面，乳化蜡可防止干旱、冻害、日灼等气候条件对植物、尤其对果类植物的有害影响。从60年代开始，美国等技术先进国家在农业领域中，为防止果树、灌木等在冬季休眠或移栽装运途中失水枯死，采用了喷布乳化蜡的方法[4]。

在农田土壤表面喷洒稀的蜡乳液后，可有效阻止土壤水分蒸发和热量散失，从而有效起到保湿、保温的效果。

4.2 人造板用乳化蜡

在人造板工业中，纤维板和刨花板都是木材行业木料综合利用的产品，其成分除木纤维或木屑外，还需有一定配比的胶料，使木纤维或木屑经过热压处理胶合成型。一定数量的蜡与胶料一起掺入，可使木板具有抗水性和提高表面光洁度。乳化蜡因颗粒度小，在人造板制造过程中，通过有效地破乳，可使微小的蜡颗粒从水相中析出，均匀地吸附在木纤维上，从而提高了人造板的质量，并降低了蜡用量（直施石蜡用蜡量为干板的1. 5% 2. 0%，而乳化蜡用量为0. 3% 1. 2%）[4]。

4.3 造纸用乳化蜡

施胶剂是造纸过程中不可缺少的添加成分。施胶过程分为内部施胶和表面施胶。内部施胶可增进纸的抗水性，减少纸面起毛，也有助于提高纸面的光滑度和纸张光照稳定性；表面施胶能防止纸浆中的淀粉粘坏纸板表面，保持纸面光洁美观，提高纸张的平滑性，从而提高纸张质量[11]。

造纸施胶剂目前趋向于使用高游离分散松香胶与石蜡胶混合施胶，其中石蜡为乳化蜡。造纸施胶采用乳化蜡可减少总施胶量，如内部施胶采用质量分数0.2%的乳化蜡和质量分数为10%的松香代替质量分数20%的松香，可以达到相同的效果[4]。

4.4 皮革用乳化蜡

由合成蜡和天然蜡混合得到的乳化蜡作为上光剂具有填充、提高材料和制品表面光洁度的功能。在皮革生产中，乳化蜡作为重要的涂饰助剂，可改善皮革手感，增强真皮感，熔点较高的乳化蜡液能够给予皮革高光泽、高透明度的感官特色。

目前我国已开发多种皮革用乳化蜡，如适用于白色革和浅色革生产的软型白色乳化蜡Wax-582和硬型白色乳化蜡WH-919，适用于黑色或深色革处理的乳化蜡Wax-583，MD-Ⅰ、MD-Ⅱ皮革乳化蜡等。

4.5 纺织用乳化蜡

在纺织工业中，乳化蜡主要用作柔软剂和上浆助剂。纺织浆纱或织物经乳化石蜡溶液处理后，可使纱线、织物表面附有蜡晶粒形成润滑层，使织物纤维的润滑性、柔软性和抗静电性得到明显改善，从而使浆纱和织物的手感好，断头率降低，织物质量明显提高[11,12]。

我国在纺织乳化蜡的研究方面，开发了HHR-Ⅰ、XKX等牌号的纺织乳化蜡。范雪荣等[13]采用专用乳化剂将熔化的固体石蜡制备成固体自乳化蜡，其乳液的耐温稳定性、耐机械稳定性和耐化学稳定性均优于美国西达公司的CD-52浆纱蜡片乳液。

4.6 橡胶用乳化蜡

在橡胶工业中，乳化蜡也有广泛的应用。如在制造乳胶手套的预硫化过程中，加入一定量的乳化蜡，可以改进铸模的抗黏性，使手套易于脱模；在汽车轮胎、传送带帘涂料等生产中加入乳化蜡，可改进产品的防龟裂、抗氧化、防粘等性能[9]。

4.7 陶瓷用乳化蜡

乳化蜡作为陶瓷生产过程中的润滑剂可以促进坯体的成型，防止粘模，使产品易于脱模，提高成品质量和成品率。当使用质地较差的高岭土原料时，加入乳化蜡可弥补其塑性差或改善初制品的强度，以取代价格昂贵的聚乙烯醇[11]。

5 小结

开发和使用乳化蜡既提高了石蜡的附加值，又为相关行业提供了优质石蜡替代品，不仅符合国家环保政策，也符合国家关于发展精细化工和石油化工产品深加工的产业政策，具有良好的经济效益和社会效益。

近年来，我国乳化蜡的开发和应用取得了较大进步，但与国外相比仍存在差距，主要表现在乳化蜡的生产还未实现系列化和规模化，产品应用也不够广泛。充分利用已有的研究成果，加大开发应用力度，形成完整的产品系列，进行大规模生产，是乳化蜡行业需要考虑的问题[4]。

另一方面，当前市面上所使用的乳化蜡大都是普通石蜡乳状液，其体系的热力学不够稳定，分散相质点大、不均匀。而氧化石蜡、高硬度氧化蜡、改性造化蜡等改性石蜡所制备的乳化蜡可有效降低石蜡与水之间的界面张力，得到的微乳液成膜效果好，不易开裂，同时加强了乳化蜡在某一方面的特殊性能，拓展了乳化蜡的用途，应用前景十分广泛，是一个值得关注的研究方向[8]。

[1] 吴国江．国内乳化蜡的应用和市场[J]．石油化工动态，1998，6(3)：30 34．

[2] 吴国江，王克章．一种新型木材防水专用乳化蜡的研制[J]．企业科技与发展，2007，6(13)：35 36．

[3] 郑立辉，盛奎龙，潘金亮，等．石油蜡的生产及深加工[M]．化学工业出版社，2008年1月．

[4] 张文长．乳化蜡的制备与应用[J]．石化技术，1999，6(4)：253 256．

[5] 杜巧云，葛虹．表面活性剂基础及应用[M]．北京：中国石化出版社，1996．

[6] 王世荣，李祥高，刘志东，等．表面活性剂化学[M]．北京：化学工业出版社，2005，20 39．

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

[8] 孙凤娇．乳化蜡的研究开发现状[J]．化学与黏合，2011，33(5)：60 64．

[9] 王万林，史建公．国内乳化蜡的研究及应用进展[J]．精细石油化工，2008，25(2)：79 82．

[10] 杨基和，陈敏，李肖，等．人造板用乳化石蜡研制工艺[J]．天然气与石油，2002，20(4)：34 36．

[11] 崔小明．乳化蜡的生产和应用[J]．四川化工与腐蚀控制，2000，3(2)：55 57．

[12] 秦宝安，葛崇峰．纺织石蜡微乳液的研制及应用[J]．印染助剂，1997，14(1)：14 16．

[13] 范雪荣，顾蓉英．固体自乳化蜡浆纱助剂的制备和稳定性研究[J]．印染助剂，2000，17(5)：19 22．