漆蜡乳液制备工艺的研究及其应用

李晓旭，张强，武海棠，黄晓华

(西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100)

漆树是原产我国的重要经济树种[1]。漆蜡是从漆皮和果肉中提取出的固体脂肪[2]。漆蜡含有二元脂肪酸，赋予其较高弹性及柔韧性[3]。漆蜡可用于制造精细化工品，在国际上应用广泛[4]。在我国漆蜡一般用于制作肥皂、油墨、蜡笔等[5]。漆蜡乳液研究较少，南京林化所制备了高固含量的漆蜡乳液[3]和一种具有抑菌活性的漆蜡乳液[6]。

本文探讨了漆蜡乳液的制备工艺，制备了性能较为优异的漆蜡乳液。在此基础上，制备了一种润肤乳液，为后续研发具有专一功用性能的漆蜡乳液产品提供试验基础。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

漆蜡(粗制蜡)，产于云南邵通野漆树[7](颜色淡黄，熔点45～53 ℃，水分及挥发物≤0.03%，不溶性杂质≤0.5%，酸值≤18 KOH mg/g，碘值≤25 I g/100 g，皂化值≤ 200～240 KOH mg/g)；司班80、吐温80均为化学纯；脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-3)、辛癸基葡糖苷(APG 0810)、脂肪醇聚氧乙烯醚葡糖苷(AEG 050)、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸(AEC-9H)、辛基酚聚氧乙烯醚(OP-4)、单烷基醚磷酸酯钾盐(MAP-K)均为优品级；丙三醇、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)、海藻糖、黄原胶均为日化级。

HH-2恒温水浴锅；XHF-DY高速分散器；JY99-IIDN超声波细胞粉碎机；HC-3018高速离心机；APA2000激光粒度仪；S-3400N扫描电子显微镜。

1.2 实验方法

1.2.1 乳化剂的筛选[8]HLB值在8～18范围内，可作O/W 型乳液的乳化剂[9]。本实验通过HLB值法[10]确定制备漆蜡乳液所需HLB值。选取两种HLB值相差较大的乳化剂司班80(HLB=4.3)和吐温80(HLB=15)，按不同比例混合，得到一系列具有不同HLB值的混合乳化剂。称取乳化剂8%(质量分数)加入漆蜡，置于90 ℃热水浴中融化，缓慢加入80%(质量分数)同等温度去离子水，搅拌均匀至冷却。测定所得液体中乳液部分占总体积的百分比，即为在此HLB值下该乳化剂对漆蜡的乳化效率。以乳化效率和其所对应混合乳化剂的HLB值作图，其中乳化效率最高值所对应的HLB值即为乳化漆蜡的最佳HLB值。

1.2.2 乳液的制备 在装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中加入漆蜡，将乳化剂8%加入油相，置于 90 ℃热水浴中融化，待其融化后缓慢加入80%同等温度去离子水，边加入边搅拌使之充分混合，再使用机械设备乳化乳液，搅拌后冷却，置于室温保存。

1.2.3 护肤乳液的制备 将水溶性组分加入到去离子水中，搅拌溶解，加热至85 ℃,制成水相。在不断搅拌下，将水相加入到乳液中，使用高速分散器3 000 r/min，搅拌5 min。加入百里香酚，缓慢搅拌，冷却至室温。加入适量5%的NaOH溶液，搅拌均匀，室温下存放。

1.3 乳液指标检测

1.3.1 外观 从感官方面对乳液的色泽、气味、粘稠度、结构外观等方面进行评价[11]。

1.3.2 分散性[12]测定分散性，一级最好，五级最差。

1.3.3 离心稳定性[13-14]参照GB/T 11543—2008测定。取10 mL漆蜡乳液，在高速离心机上以4 000 r/min 的转速离心10 min，一级最好，五级最差。

1.3.4 粒径[15]使用激光粒度仪测定乳液粒径大小和分布。

1.4 润肤乳液指标检测[16]

1.4.1 感官 色泽，取样品在非阳光直射条件下目测；香气用辨香纸蘸取样品,用嗅觉辨别；结构取样品擦于皮肤上，在室内和非阳光直射条件下观察。

1.4.2 pH值 称取样品一份(精确至0.1 g),分数次加入蒸馏水10份，不断搅拌，加热至40 ℃，使其完全溶解，冷却至(25±1)℃。用已校正并洗涤的pH计测定试液的pH值，并将酸度计的温度补偿旋钮调至25 ℃，以补偿温度差异引起的变化。

1.4.3 耐热实验 将样品分别倒入2支(20 mm×120 mm)试管，液面高度约80 mm，塞上软木塞。把一支试管置于(40±1)℃的恒温培养箱，24 h后取出,恢复至室温，与另一支试管样品比较。

1.4.4 耐寒实验 取样同耐热实验。把一支试管置于-15～-5 ℃冰箱，24 h后取出，恢复至室温，与另一支试管样品比较。

1.4.5 离心实验 在离心管中注入样品约2/3高度并装实，软木塞塞好。放入(38±1)℃恒温培养箱保温1 h，立即移入离心机，2 000 r/min离心30 min，观察变化。

2 结果与讨论

2.1 乳化剂的筛选

以漆蜡的乳化效率对应其混合乳化剂的HLB值做图，结果见图1。

图1 不同HLB值的混合乳化剂对漆蜡的乳化效率

由图1可知，曲线峰值所对应混合乳化剂的HLB值约为13.0。故HLB值为13.0是制备漆蜡乳液适宜的乳化剂条件，以此值为参考筛选乳化剂。

使用单种乳化剂分别乳化漆蜡，结果表明，APG 0810、AEG 050、MAP-K乳化漆蜡，乳液出现不同程度分层，离心稳定性较差，乳化效果较差；AEC-9H、AEO-3、OP-4乳化漆蜡，乳液分层不明显，离心稳定性相对较好，乳化效果相对较好。

据上述结果，将乳化剂AEC-9H、AEO-3、OP-4与其他乳化剂进行复配实验。结果表明，APG+AEG、AEC+MAP、AEC+APG、AEC+AEG、AEC+OP、AEC+AEO乳化漆蜡，乳液出现分层或呈现流动性较小的半固态膏状；AEC+AEO+OP乳化漆蜡，得到颜色较白、流动性均匀性较好、分散性较好、稳定性较好的乳液。实验3种乳化剂复配比例，确定m(AEC-9H)∶m(AEO-3)∶m(OP-4)=8∶1∶1为制备漆蜡乳液的复配乳化剂。

采用复配型乳化剂所形成的界面膜强度高，能使乳液体系保持稳定[17]；采用油溶性和水溶性乳化剂复配，疏水基和亲水基间协同作用较强，增加了界面膜厚度，易形成乳液[18]；采用阴离子和非离子型乳化剂复配，乳胶粒间产生很大静电斥力，乳胶粒表面形成很厚水化层，显著提高乳液稳定性[19]。

2.2 乳化剂用量和水用量对乳液性能及乳液粒径的影响

2.2.1 乳化剂用量对乳液性能的影响 在水用量80%，乳化温度85 ℃，高速分散器搅拌速度2 800 r/min，搅拌时间3 min的条件下，考察乳化剂用量对乳液性能的影响，结果见表1。

表1 乳化剂用量对乳液性能的影响

由表1可知，随着乳化剂用量升高，乳液流动性变好，分散性变好；当乳化剂用量超过10%，乳液均匀性变差，产生较多泡沫。综合考虑，确定乳化剂用量8%～10%为较佳工艺条件。

2.2.2 水用量对乳液性能的影响 在乳化剂用量8%，乳化温度85 ℃，高速分散器搅拌速度2 800 r/min，搅拌时间3 min的条件下，考察水用量对乳液性能的影响，结果见表2。

由表2可知，水用量较低，乳液粘度较高，分散性和均匀性较差；随着水用量升高，乳液流动性、分散性和均匀性变好。综合考虑，确定乳化水用量80%～85%为较佳工艺条件。

表2 水用量对乳液性能的影响

2.2.3 乳化剂用量和水用量对乳液粒径的影响 在乳化温度85 ℃，高速分散器搅拌速度2 800 r/min，搅拌时间3 min的条件下，考察乳化剂用量和乳化水用量对乳液粒径的影响，结果见图2。

图2 乳化剂用量和乳化水用量对乳液粒径的影响

由图2可知，乳化剂和水用量对乳液粒径影响较为显著。随着乳化剂和水用量增加，乳液粒径明显减小；当两者增加到一定值，乳液粒径减小量由较大幅度变为小幅度下降，粒径大小逐渐趋于平缓。故在一定范围内，增加乳化剂用量或水用量可以显著减小乳液粒径。综合考虑，确定乳化剂用量8%～10%，水用量80%～85%为较佳工艺条件。

乳化剂适量增加，促进了乳化剂在乳液液滴周围形成单层或多层膜，从而形成稳定的乳液[20]；乳化剂过多，会在水中形成微乳液滴，增强油相物质在水相中的溶解，并会产生大量气泡[18]；乳化水用量少而蜡含量多，蜡中油含量高，所以不易被彻底乳化，不易形成O/W 型乳液。

2.3 乳化温度对乳液性能及乳液粒径的影响

在乳化剂用量8%，乳化水用量80%，高速分散器搅拌速度2 800 r/min，搅拌时间3 min的条件下，考察乳化温度对乳液性能及乳液粒径的影响。结果表明，乳化温度低于85 ℃或高于90 ℃，乳液均匀性和稳定性较差；乳化温度85～90 ℃，乳液的均匀性和稳定性较好，颜色较白，分散性三级，离心稳定性一级。综合考虑，确定乳化温度85 ℃为较佳工艺条件。

乳化温度对乳液性能及粒径影响并不显著，在一定范围内，乳液的外观、分散性、离心稳定性、粒径均无太大变化。但乳化温度过低，蜡熔化慢不能很好分散，形成乳液不均匀，稳定性差；温度过高，造成能源浪费，长期放置稳定性差[20]，所以乳化温度保持在合适范围内即可。

2.4 乳化设备对乳液性能及乳液粒径的影响

实验选择高速分散器(机械力匀质器)和超声波细胞粉碎机(超声波匀质器)两种乳化设备制备乳液，考察两种设备对乳液性能及乳液粒径的影响。

2.4.1 高速分散器对乳液性能及乳液粒径的影响

2.4.1.1 高速分散器的搅拌速度对乳液性能的影响 在乳化剂用量8%，乳化水用量80%，乳化温度85 ℃，搅拌时间3 min的条件下，考察搅拌速度对乳液性能的影响。结果表明，搅拌速度>8 000 r/min，乳液流动性变差，稳定性变差，产生大量泡沫，且随着速度增大，乳液由白色逐渐呈现蓝黑色；搅拌速度为3 000～7 000 r/min，乳液流动性较好，颜色较白，分散性三级，离心稳定性一级。综合考虑，确定高速分散器搅拌速度3 000～7 000 r/min为较佳工艺条件。

2.4.1.2 高速分散器的搅拌时间对乳液性能的影响 在乳化剂用量8%，水用量80%，乳化温度85 ℃，搅拌速度3 000 r/min的条件下，考察搅拌时间对乳液性能的影响。结果表明，搅拌时间<3 min，乳液呈黄色，并出现分层；搅拌时间>10 min，乳液粘度增大，稳定性变差；搅拌时间3～10 min，乳液颜色较白，均匀性流动性较好，分散性三级，离心稳定性一级。综合考虑，确定高速分散器搅拌时间3～10 min为较佳工艺条件。

2.4.1.3 高速分散器对乳液粒径的影响 在乳化剂用量8%，水用量80%，乳化温度85 ℃的条件下，考察高速分散器对乳液粒径的影响。结果表明，使用高速分散器制备乳液，搅拌速度和搅拌时间的变化对乳液粒径影响并不显著。综合考虑，确定高速分散器搅拌速度3 000 r/min，搅拌时间3 min为较佳工艺条件。

高速分散器的搅拌速度和时间对乳液性能及粒径影响并不显著，在一定范围内，乳液的外观、分散性、离心稳定性、粒径均无太大变化。但搅拌速度过高，界面面积及液珠间的相互作用增加，会使乳液泡沫增多，粘度增大[21]；乳化剂分子吸附到两相界面上形成胶团，产生过多泡沫不利于牢固保护膜和分散双电层的形成，使乳液不稳定[17]；搅拌设备为刀片式搅拌器，速度过高刀片摩擦产生大量热量，乳液粒子会发生氧化变色。而乳化时间过短，蜡与水不能均匀混合，乳液油相中小颗粒继续聚集在一起，制备的乳液容易分层；乳化时间过长，乳液中小颗粒会团聚，时间越长聚集越多[22]且颗粒相互接触的机会增多，形成大颗粒，导致乳液黏稠[16]。所以高速分散器速度和时间的选择保持在合适范围内即可。

2.4.2 超声波细胞粉碎机对乳液性能及乳液粒径的影响

2.4.2.1 超声波细胞粉碎机的作用功率对乳液性能的影响 在乳化剂用量8%，水用量80%，乳化温度85 ℃，作用时间3 min的条件下，考察作用功率对乳液性能的影响。结果表明，功率>600 W，乳液产生较多泡沫，且粘度增大，流动性和稳定性变差；功率200～600 W，乳液颜色较白，流动性较好，分散性二级，离心稳定性一级。综合考虑，确定超声波作用功率200～600 W为较佳工艺条件。

2.4.2.2 超声波细胞粉碎机的作用时间对乳液性能的影响 在乳化剂用量8%，水用量80%，乳化温度85 ℃，作用功率500 W的条件下，考察作用时间对乳液性能的影响。结果表明，时间>5 min，乳液产生较多泡沫且粘度增大，流动性和稳定性变差；时间2～5 min，乳液颜色较白，流动性较好，分散性二级，离心稳定性一级。综合考虑，确定超声波作用时间2～5 min为较佳的工艺条件。

2.4.2.3 超声波细胞粉碎机对乳液粒径的影响 在乳化剂用量8%，水用量80%，乳化温度85 ℃的条件下，考察超声波细胞粉碎机对乳液粒径的影响，结果见图3。

由图3可知，超声波细胞粉碎机的作用功率和时间对乳液粒径会产生影响。时间相同，随着功率增大，粒径先减小后增大，在功率400 W时，乳液粒径有较小值；功率相同，随着时间增大，粒径增大，在时间2 min时，乳液粒径值相对较小。由此可见，在一定范围内适当增大功率，减小时间能有效降低乳液粒径。综合考虑，确定超声波细胞粉碎机作用功率400 W，作用时间2 min为较佳的工艺条件。

超声波的作用功率和时间对乳液的性能影响并不显著，在一定范围内，乳液的外观、分散性、离心稳定性均无太大变化。但功率过大，乳液颗粒变小，界面面积及液珠间的相互作用增加，使乳液粘度增大[21]，且功率过高会产生较多泡沫，影响乳液质量和稳定性。作用时间过长，乳化剂粒子碰撞聚积，乳液表面张力增大，稳定性变差[23]。超声波的功率和时间对乳液粒径的影响相对显著，所以功率和时间的选择应在合适的范围内根据粒径大小确定。

2.4.3 两种乳化设备对乳液影响的差异

2.4.3.1 乳液性能的差异 使用两种设备制备乳液，乳液性能差异并不显著，均可制得色泽自然洁白、粘稠度较好、均匀细腻、离心稳定性一级的乳液。但使用高速分散器制备乳液，搅拌过程中更易产生泡沫，引入了加入消泡剂的问题，而使用超声波细胞粉碎机制备乳液，乳化过程中不易产生泡沫，且乳液粘度变化更小。使用高速分散器制备的乳液分散性可达到三级，而使用超声波细胞粉碎机制备的乳液分散性可达到二级。

2.4.3.2 乳液粒径的差异 使用两种设备制备乳液，乳液粒径差异并不显著，均可制得最小粒径2 μm，平均粒径5 μm的乳液。选取制备条件相同，平均粒径值相近的两种设备制备的乳液各三组，观察其粒径分布情况，结果见图4。

图4 两种设备制备乳液的粒径分布

由图4可知，使用两种设备制备的乳液粒径分布大致相同，分布范围相似，分布集中程度相似，两者并无显著差异。但使用超声波细胞粉碎机制备的乳液，乳液粒径分布更窄，粒度分布更集中一些；使用高速分散器制备的乳液，粒径分布范围更小一些。使用高速分散器制备乳液，乳液粒径受乳化设备的影响并不显著；使用超声波细胞粉碎机制备乳液，乳液粒径受乳化设备的影响相对显著。

2.5 漆蜡乳液的理化参数

在两种设备的较佳条件，即乳化剂用量10%，水用量80%，乳化温度85 ℃，高速分散器搅拌速度3 000 r/min，搅拌时间3 min；或者超声波细胞粉碎机功率400 W，乳化时间2 min下制备漆蜡乳液，考察乳液的理化参数。

2.5.1 乳液性能 由图5可知，乳液外观呈现洁白的自然色泽，气味自然，无任何不适的刺激性气味，流动性较好，且对皮肤有一定的粘附性，质地细腻均匀，没有颗粒和结块，分散性2～3级，并且可无限稀释，离心稳定性一级；室温条件下，密封贮存可达半年以上。

图5 乳液外观

2.5.2 乳液粒径 由图6可知，乳液中存在少量纳米级粒子，粒径分布主要集中在2.508～9.259 μm之间，平均粒径为4.860 μm，粒径分布较窄，粒度分布较集中。

图6 乳液粒径分布

2.5.3 乳液的微观形貌 使用扫描电镜观察乳液粒子微观形貌，结果见图7。

图7 乳液扫描电镜图

由图7可知，乳液粒子为较规则的球状，表面较光滑，呈现良好的分散状态，粒子之间基本没有出现团聚。

2.6 润肤乳液的配方及指标检测

以上述最优条件下制备的漆蜡乳液为油相，按照40%的添加量加入，此外，还加入了具有保湿、增稠、螯合等作用的其他水溶性组分，见表3。制备出一种较为基础的润肤乳液。

表3 润肤乳液配方

对制备的润肤乳液进行指标检测，结果见表4。

表4 润肤乳液感官指标、理化指标及实测结果

由表4可知，相关指标检测符合质量标准。表明漆蜡乳液在化妆品配方中的应用可以实现。若后续再通过卫生指标等检验，可应用于成产。且在此配方基础上，可添加其他活性物质或营养成分，制作出具有专一功用性能的漆蜡乳液产品。

3 结论

(1)制备漆蜡乳液的较佳条件：乳化剂为m(AEC-9H)∶m(AEO-3)∶m(OP-4)=8∶1∶1，乳化剂质量分数8%～10%，水质量分数80%～85%，乳化温度85 ℃，高速分散器搅拌速度3 000 r/min，搅拌时间3 min(或超声波细胞粉碎机作用功率400 W，作用时间2 min)。在此工艺条件下，可制备出水包油型漆蜡乳液，乳液液滴形状较规则，表面较光滑，粒径较小且分布较均匀，色泽自然洁白，气味自然，粘稠度较好，外观均匀细腻，离心稳定性一级，分散性二至三级，可无限稀释并长期贮存。

(2)乳化设备的种类和参数设置对乳液性能及粒径影响并不显著，两种乳化设备相比，超声波细胞粉碎机对乳液粒径的影响更为显著。

(3)以漆蜡乳液为基础，初步制备了一种符合质量标准的润肤乳液，说明漆蜡乳液在化妆品中的应用可以实现，且为后续研发具有专一功用性能的漆蜡乳液产品打下基础。