脂肪醇乳液消泡剂的制备及性能研究

刘杨 单珍 曹添

摘要：以脂肪醇为主要原料制备脂肪醇乳液消泡剂，通过不同碳数脂肪醇混合比例、乳化剂选择、乳化剂用量研究了脂肪醇乳液的消泡和抑泡性能、乳液粒径以及储存稳定性。结果表明，以脂肪醇总质量100 g计，C16醇∶C18醇∶C22醇的质量比为30∶50∶20，在兼顾原材料成本的同时，制备的消泡剂具有较好的消泡和抑泡性能；乳化剂中单硬脂酸甘油酯 、平平加O-30 、十二烷基苯磺酸钠的用量比为6%∶1%∶1.5%，脂肪醇与乳化剂的用量比为90%∶10%时，制备的脂肪醇乳液具有较好的储存稳定性；粒径分布对制备的脂肪醇乳液稳定性不起决定性影响，且温度在5～40℃范围的储存条件下，脂肪醇乳液在40℃储存时稳定性最差。

关键词：造纸；脂肪醇乳液；消泡剂；稳定性

中图分类号：TS727+.2

文献标识码：A

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

在纸机湿部，根据不同纸种会用到施胶剂、助留剂、助滤剂、增强剂等具有表面活性的助剂[1]，在白水封闭循环过程中很容易产生气泡，气泡的存在对纸张有很大的影响，如施胶效果差以及纸面出现斑点、透光点和小孔等纸病，甚至引起断纸，且容易使泵的运行效率下降，增加能耗[2]。造紙湿部助剂属于高分子表面活性剂，它们在造纸湿部中生成的气泡比较小，表面能比较大，容易吸附到细小纤维的表面，不容易脱除[3]。造纸湿部用的消泡剂根据组成成分可以分为本体型和乳液型，本体型指的是改性聚醚，乳液型指的是脂肪醇乳液。对比两类消泡剂的市场价格和对纸张施胶、成品纸质量的影响，脂肪醇乳液型消泡剂均占有绝对的市场优势[4-6]。因此，脂肪醇乳液深受学者和用户的青睐。

脂肪醇乳液主要是由合成脂肪醇制备的，但是合成脂肪醇的价格是制约脂肪醇乳液大规模发展的主要因素之一。广大学者都想通过天然醇来解决问题，但天然醇制备的乳液一般都不稳定，或需要通过昂贵的乳化剂和复杂的工艺来改善稳定性，不利于实现工业转化[7-10]。本研究以天然脂肪醇为原料，通过常规的乳化工艺和市场易购的乳化剂制备脂肪醇乳液，通过研究不同碳数脂肪醇的混合比例、乳化剂用量以及脂肪醇与乳化剂的比例，制得了消泡和抑泡性能较好且稳定的乳液。

1实验

1.1实验原料

平平加O-30，工业级，上海锦山化工有限公司；单硬脂酸甘油酯（GMS） ，工业级，江苏省海安石油化工厂；十二烷基苯磺酸钠（LAS），分析纯，上海盛众精细化工有限公司；十六醇（C16醇）、十八醇（C18醇）、二十二醇（C22醇），工业级，Cognis；羧甲基纤维素钠（CMC），分析纯，山东宁津烁丰纤维素有限公司。

1.2实验仪器

激光粒径仪POP-VI，珠海欧美克科技有限公司；NDJ-8型数显黏度仪，上海恒平科学仪器有限公司；高速分散机，上海微特电机有限公司；循环鼓泡测试仪，江苏四新科技应用研究所股份有限公司。

1.3脂肪醇乳液消泡剂的制备

将C16醇、C18醇、C22醇、GMS、平平加O-30、LAS按比例加入到烧杯中，升温至80℃，用高速分散机以转速1000 r/min进行混合，缓慢滴入80℃热水，加入CMC，保温30 min，冷却至室温，即得脂肪醇乳液消泡剂。

1.4脂肪醇乳液消泡剂的性能测试

1.4.1消泡和抑泡性能测试

向循环鼓泡测试仪中加入600 mL箱纸板白水（江苏某造纸厂5#纸机箱纸板白水），加热至40℃，在8 L/min的流量下，进行循环鼓泡，当泡沫高度达到1000 mL时，加入10 μL消泡剂，记录泡沫高度随着时间的变化规律，泡沫高度最低点越低说明消泡剂的消泡率越高，达到同一刻度所需的时间越长，说明消泡剂的抑泡性能越好。

1.4.2稳定性测试

（1）将制备的脂肪醇乳液分成3份，分别在5℃、25℃、40℃下放置1个月进行黏度跟踪测试。采用NDJ-8型数显黏度仪测试黏度，测试条件为2#转子，30 r/min。

（2）选择对脂肪醇乳液储存稳定性影响较大的因素，测定此因素下制备的乳液粒径分布情况，分析粒径分布情况与乳液储存稳定性的关系。

2结果和讨论

2.1不同碳数脂肪醇混合质量比对脂肪醇乳液消泡和抑泡性能影响

为了得到最佳脂肪醇的混合比例，按照表1所示的A～I的脂肪醇组合比例，按照1.3的方法制备了EA～EI 共9种乳液，这9种乳液在40℃箱纸板白水中的消泡和抑泡性能如表2所示。

从表2可以看出，单独的C16醇和单独C22醇制备的乳液在40℃箱纸板白水中消泡和抑泡效果均无单独C18醇制备乳液的效果好；另外，C18醇与C16醇混合或C18醇与C22醇混合制备的乳液在40℃箱纸板白水中消泡和抑泡效果均较单独C16醇或单独C22醇制备的乳液有所提高，但效果仍无单独C18醇制备的乳液好；同时，C16醇、C18醇、C22醇三者复配制备的脂肪醇乳液，以天然脂肪醇总质量100 g计，C16醇∶C18醇∶C22醇质量比为20∶50∶30和 30∶50∶20时，消泡和抑泡效果均明显较单独C18醇制备的乳液好，考虑C22醇市场价格较高，故选择C16醇∶C18醇∶C22醇质量比为30∶50∶20较佳。

2.2乳化剂用量对脂肪醇乳液稳定性的影响

2.2.1GMS对脂肪醇乳液稳定性影响

以混合脂肪醇总质量100 g为基准、平平加O-30用量为 1%、LAS 用量为1.5%时，GMS的用量分别为3%、6%和9%，制备了脂肪醇乳液，其中GMS用量9%时，制备的乳液初始黏度为3500 mPa·s，乳液流动性很差；GMS用量分别为3%和6%的实验结果如图1所示。

GMS用量9%时，制备的脂肪醇乳液初始黏度很大，这是因为GMS的HLB值较低，乳化能力较强，用量过多会使乳液乳化过度而导致黏度大。从图1可知，GMS用量为3%时，制备出的脂肪醇乳液40℃放置3周黏度也变得很大，这是由于GMS用量过少时，不能很好地包裹脂肪醇颗粒，而且40℃下储存，加剧了粒子的布朗运动，使脂肪醇颗粒更加容易聚集而导致黏度变大。研究发现，当GMS用量为6%时，制备出的脂肪醇乳液在5℃、25℃和40℃下储存1个月，黏度变化均较小。

图2所示为不同GMS用量制备的乳液粒径分布情况。从图2中可以看出，GMS用量为3%和6%时制备的乳液初始粒径相似。而从图1中可以得知，GMS用量3%时制备的乳液在40℃的条件下放置3周后，乳液的黏度变得很大；GMS用量6%时制备的乳液较稳定，这说明乳液的粒径分布对储存稳定性不起决定性作用；同时，GMS用量3%时制备的乳液在40℃放置3周后乳液粒径较初始粒径有所增大，但粒径变化幅度与黏度变化幅度间的关系有待进一步研究。

2.2.2LAS用量对脂肪醇乳液稳定性影响

以混合脂肪醇总质量100 g为基准，平平加O-30用量1%、GMS用量6%时， LAS用量分别为0、1.5%、3%和4.5%，制备了脂肪醇乳液，其中4.5%用量LAS制备的乳液初始黏度只有150 mPa·s，储存过程分层，其余实验结果如图3所示。

由图3可以看出，随着LAS用量的提高，脂肪醇乳液的初始黏度减小。不添加LAS制备的脂肪醇乳液25℃放置黏度呈上升趋势，且40℃放置4周黏度变得很大，而LAS用量1.5%～3%制备的脂肪醇乳液较稳定（用量达到4.5%时，导致乳液的初始黏度过小而在储存过程分层，可以通过调节CMC的用量来调节脂肪醇乳液的初始黏度）。这是因为LAS属阴离子表面活性剂，其在脂肪醇颗粒表面形成一层阴离子电荷保护膜，使相邻的脂肪醇颗粒表面因带有同种电荷而相斥，不易聚集而稳定。

2.2.3平平加O-30对脂肪醇乳液稳定性影响

以混合脂肪醇总质量100 g为基准、LAS用量为 1.5%、GMS用量为6%时，平平加O-30用量分别为0.5%、1%、2%、3%的情况下，制备了脂肪醇乳液，其中平平加O-30用量为0.5%时，制备不出脂肪醇乳液，其余实验结果如图4所示。

当平平加O-30用量为0.5%时，制备不出乳液，这是因为平平加O-30用量过少，乳化能力不足，导致乳化过程不能由W/O转相为O/W。平平加O-30用量在1%～3%范围，随着用量的增加，脂肪醇乳液的初始黏度有所增加，但不影响脂肪醇乳液在各温度下的储存稳定性。

2.2.4乳化剂和脂肪醇的配比对脂肪醇乳液的影响

固定混合脂肪醇中C16醇∶C18醇∶C22醇的质量比为30∶50∶20，以混合脂肪醇总质量100 g为基准，固定混合乳化剂中GMS、平平加O-30、LAS的用量比为6%∶1%∶1.5%，脂肪醇与乳化剂的用量比分别为95%∶5%、90%∶10%和85%∶15%的情况下，制备脂肪醇乳液，实验结果如图5所示。

由图5可以看出，脂肪醇与乳化剂用量比为95%∶5%时，制备的乳液25℃放置4周黏度呈上升趋势，而这种上升趋势在40℃下储存更为明显。其原因同样是因为乳化剂用量较低时，乳化剂不能很好地包裹脂肪醇颗粒，而且40℃下储存，加剧了粒子的布朗运动，使脂肪醇颗粒更加容易聚集而导致黏度变大。而脂肪醇与乳化剂用量比为90%∶10%和85%∶15%时，制备的乳液黏度在各储存温度下均波动较小，结合消泡和抑泡性能考虑，选择脂肪醇与乳化剂的用量比为90%∶10%较为合适。

3结论

3.1 以市场价格低廉的C18醇为主要原料制备脂肪醇乳液消泡剂，单独C16醇或单独C22醇制备的脂肪醇乳液对40℃箱纸板白水中的消泡和抑泡性能无明顯改善作用，以脂肪醇总质量100 g为基准，C16醇∶C18醇∶C22醇三者质量比为30∶50∶20制备的脂肪醇乳液消泡剂，能兼顾到消泡和抑泡性能及经济价值。

3.2以脂肪醇总质量100 g为基准，乳化剂中单硬脂酸甘油酯、平平加O-30、十二烷基苯磺酸钠的用量比为6%∶1%∶1.5%，且脂肪醇与乳化剂用量比为90%∶10%制备的脂肪醇乳液具有较好的储存稳定性。

3.3消泡剂乳液粒径分布对本研究的乳液储存稳定性不起决定性作用。

3.4在温度5～40℃范围的储存条件下，脂肪醇乳液在40℃储存时稳定性最差，为了提高脂肪醇乳液研究开发效率，在温度40℃以下储存更有利于判断脂肪醇乳液的储存稳定性。

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（责任编辑：马忻）