聚醚改性硅油用于高碳醇类乳状液的制备研究

叶星星 邵英 李家炜 易玲敏

摘要：通过转相法获得较为稳定的高碳醇乳液，考察了助乳化剂聚醚改性硅油含量、乳化时间和乳化温度对乳液性能的影响，利用激光粒度仪和离心稳定性测试分析乳液的性能。结果表明，当壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、聚醚改性硅油三者质量比分别是3∶3∶（2～3），乳化时间为40～50 min，乳化温度为65 ℃时，高碳醇乳化效果较好且得到的乳液稳定性较佳。

关键词：高碳醇乳液;聚醚改性硅油;乳化温度;乳化时间;乳液性能

中图分类号：TQ223.129

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2019）01-0061-05

高碳醇是指六個碳原子以上的醇类，是合成表面活性剂、洗涤剂、增塑剂及其他多种精细化学品的主要基础原料，其加工后的产品在纺织、造纸、食品、医药、皮革等领域使用非常广泛，国外高碳醇工业发展很快，而且75%的高碳醇用于表面活性剂生产[1]。高碳醇经过乳化后得到的乳液主要作为消泡剂使用，相对于矿物油类消泡剂的效率低[2]、聚醚类消泡剂的适用温度范围窄[3]、有机硅类消泡剂的低抑泡能力[4]，高碳醇类消泡剂具有对温度适应范围更广、价格低廉且不易形成斑点等优点。高碳醇类消泡剂在造纸等行业具有广阔的应用前景[5—6]。

然而，迄今为止，高碳醇类乳状液的制备仍存在较大的技术壁垒，国内关于高碳醇类乳液的制备研究还远远不够[7]。已有研究表明，高碳醇类乳状液的制备可以采用一步法、转相法、三步及多步加料法来制备[7—8]。但是，将乳化剂与高碳醇直接与水混合、利用一步法激烈搅拌乳化难以获得乳化颗粒均匀、分散稳定的高碳醇乳液[7]。转相法是在搅拌下将水缓慢滴加到溶有乳化剂的高碳醇油相中逐渐形成O/W型乳状液，用该法制备得到的乳液粒径分布较均匀，但也存在乳液粘度大、储存稳定性欠佳等缺陷[8]。进一步研究开发高碳醇类乳状液的制备方法，具有较重要的现实意义。

聚醚改性聚硅氧烷既具备传统聚硅氧烷的优良性能如耐高低温、抗老化、电绝缘、低表面张力等，又具备光滑、柔软、良好的铺展性和乳化稳定性等特性[9]，可用作聚氨酯泡沫稳定剂、乳化剂、个人保护用品、涂料添加剂、织物整理剂[10—12]。本文创新性的把聚醚改性硅油作为助乳化剂应用于高碳醇类乳状液的制备，发现可得稳定性较好的乳液。

1实验

1.1实验材料与仪器

材料：高碳醇（工业级，济南金日和化工有限公司），壬基酚聚氧乙烯醚（99%，成都艾科达化学试剂有限公司），十二烷基硫酸钠（SDS，化学纯，西陇化工股份有限公司），去离子水（杭州娃哈哈集团有限公司），聚醚改性硅油（PDMS16—g—5PEO，课题组自制）通过硅氢加成法获得。

仪器：Mastersizer 2000型激光粒度仪（英国Malvern公司），XZ—6型低速离心机（长沙湘智离心机仪器有限公司）。

1.2实验方法

将3g高碳醇、乳化剂壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、助乳化剂聚醚改性硅油加入三口烧瓶中，其中壬基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠的质量比为1∶1，乳化剂占油相的17%（wt），然后加热熔融，待高碳醇融化后边磁力搅拌边滴加80g水。最终得到白色乳液，静置一夜后观察乳液是否分层。

1.3分析方法

a）粒径分布的测定：激光粒度仪的测试通过颗粒的散射光在空间的分布（散射谱）来分析颗粒的大小，所用仪器为Mastersizer 2000型激光粒度仪。分析模式为多重窄峰模式（球形）。颗粒折射率为1.4，分散剂折射率为1.33。一致性表明粒径分布的均匀性，一致性值一般是在1以下且越小分布越为均匀。

b）离心稳定性测试：通过离心后乳状液的分层程度来表征乳状液的离心稳定性。取35 mL试样置于干燥的离心管中，离心机转速3 000 r/min，在此转速下将样品置于其中旋转15 min，然后观察分层现象并拍照。

c）热稳定性测试：取20 mL乳液于烧杯中，缓慢升温，观察乳液表面，当液体表面出现油花时，记录此时的温度，该温度即为乳液漂油温度。出现油花时的温度越高，则说明乳液的热稳定性越好。

d）水分散性测试：取10 g乳液加入烧杯中，再加入50 g蒸馏水、搅拌，观察其分散结果。乳液在水中的分散性可概括为优、良、中、差4个等级，如下所示：

优：乳白色溶液，无白色油相出现，液面无油斑;

良：乳白色溶液，有细小的白色油相颗粒;

中：乳白色溶液，白色油相颗粒较多，颗粒较大;

差：几乎不能分散于水中。

2结果与讨论

2.1聚醚改性硅油用量对乳化效果的影响

单一乳化剂的效果不如复配型乳化剂效果好，本实验选用壬基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸钠复配型乳化剂。HLB（乳化剂的分子结构中亲水疏水平衡值）的大小直接决定了乳状液的粒径大小、分散状态和稳定性。而助乳化剂可调节乳化剂的HLB值，并形成更小的乳滴。本实验考察了助乳化剂聚醚改性硅油的含量对乳液性能的影响，如表1所示。

图1为不同助乳化剂含量对乳液粒度的影响。由表1和图1可知加入助乳化剂聚醚改性硅油能够改善乳液的稳定性能，并且发现聚醚改性硅油的含量过多或过少都不利于乳液的稳定。当壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸钠∶聚醚改性硅油质量比为3∶3∶（2～3）时，乳化效果较好，平均粒径较小且一致性值为0.6，即粒度分布比较均匀。

2.2乳化时间对乳化效果的影响

乳化时间对乳液稳定性的影响也很重要，根据上一部分实验发现聚醚改性硅油用量比3∶3∶（2～3）时乳化效果较好，因此选用比例为1∶1∶1、3∶3∶2做乳化时间的优化。

壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸钠∶聚醚

改性硅油质量比例为1∶1∶1时，结果如表2所示。

图2为不同乳化时间所得乳液的粒度。由表2和图2可知，当乳化时间为30 min时，虽然得到的乳液平均粒径最小，但一致性值较大，粒径分布不均匀。当乳化时间为50 min时，一致性值（1.4）比乳化时间40 min时大，但乳液平均粒径（16.8 μm）较小，乳化效果也较好。因此，较佳的乳化时间为40～50 min时，此时乳化效果较好。

壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸钠∶聚醚改性硅油质量比例为3∶3∶2时，结果如表3所示。

圖3为不同乳化时间所得乳液的粒度。由表3和图3可知，乳化时间过长或过短都不利于乳液的稳定。当乳化时间为40 min时，得到的乳液平均粒径较小，一致性值为0.6，粒径分布均匀。

2.3乳化温度对乳化效果的影响

壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸钠∶聚醚改性硅油质量比例为1∶1∶1，乳化时间为40 min时，结果如表4所示。

不同乳化温度得到的乳液粒径如图4所示。乳化温度应高于高碳醇的熔点，低于65℃时高碳醇不易融化，但乳化温度过高不利于乳液的稳定。实验发现，高温乳化所得乳液的平均粒径较小，一致性值为51.8，粒径分布不均一，而且生成大量聚集体，故乳化温度选为65 ℃。

壬基酚聚氧乙烯醚∶十二烷基硫酸钠∶聚醚改性硅油质量比例为3∶3∶2，乳化时间为40 min时，结果如表5、图5所示。

由表5和图5可知，当乳化温度为65 ℃时，得到的乳液平均粒径较小，一致性值为0.6，粒径分布均匀。因此，乳化温度选为65 ℃较为合适。

2.4乳液的离心稳定性分析

离心可加快乳状液的凝聚，常用于考察乳液的稳定性。本文取35 mL试样，在3 000 r/min转速下离心15 min，然后通过测量离心管底部的分层液体体积（v/mL，如图6所示）来表征乳状液的离心稳定性，所得结果如表6所示。

由表6可知，2#、7#、8#、13#乳液较稳定，但5#、6#、14#、15#底部有明显的分层，这也证实乳化温度过高、乳化时间过长或过短都不利于乳液的稳定。

2.5乳液的热稳定性和水分散性分析

对不同乳化条件下所得乳液的热稳定性和水分散性进行了测试，结果如表7所示。

由表7可知，3#样品的热稳定性最好，2#样品次之，1#、15#样品相对较差;同时，3#样品的水分散性属于优等级，2#、4#、13#、14#样品的水分散性也表现良好，1#、15#样品相对较差。这也说明当壬基酚聚氧乙烯醚与十二烷基硫酸钠、聚醚改性硅油的质量比为3∶3∶（2～3）、乳化温度为65 ℃时，乳液的热稳定性和水分散性表现优良。

3结论

a）以聚醚改性硅油为助乳化剂，能够提高高碳醇乳液的分散稳定性。但聚醚改性硅油用量对乳液的稳定性有影响，过高或过低均不利于乳液的稳定。

b）考察了乳化时间和乳化温度对高碳醇乳液分散稳定性的影响，发现乳化时间过长或过短，以及过高的乳化温度均不能获得稳定的乳液。

参考文献：

[1] 赵建民.高碳醇市场及其发展状况[J].化工科技市场，2001，24（8）：10-12.

[2] 李小瑞，苏继敏，王海花，等.聚醚改性有机硅表面活性剂的制备及其有机硅乳液的性能[J].化工新型材料，2009，37（4）：104-106.

[3] 李光亮.有机硅高分子化学[M].北京：科学出版社，1997.

[4] 邬继荣，吴连斌，倪勇，等.乳液型有机硅消泡剂研究[J].杭州师范大学学报（自然科学版），2004，3（4）：284-288.

[5] 蒙玲，郭秀强.消泡剂在造纸过程中的应用[J].中国造纸，2012，31（11）：51-55.

[6] 唐晓磊，曹添，谢伟，等.脂肪醇类和聚醚酯类消泡剂在造纸白水中的应用比较[J].造纸化学品，2013，25（2）：35-38.

[7] 蒋宝衡.高碳醇类水乳型消泡剂的制备研究[D].广州：华南理工大学，2014.

[8] 蒋宝衡，杨进.高碳醇类消泡剂的制备及稳定性研究[J].纸和造纸，2014，33（4）：29-32.

[9] 蔡振云，银燕，王健.聚醚改性聚硅氧烷消泡剂的制备[J].有机硅材料，2005，19（4）：20-22.

[10] 李雅丽，刘娟，王香爱.Si-C型聚醚改性聚硅氧烷的合成及其匀泡性能研究[J].西安石油大学学报（自然科学版），2006，21（6）：53-55.

[11] 李春静，卢义和，宫素芝，等.聚醚改性聚硅氧烷消泡剂的合成及复配[J].煤炭与化工，2005（5）：20-23.

[12] 王文宗，鲁亚青，蔡振云.聚醚改性硅油表面性质的研究[J].精细化工，2010，27（3）：229-233.