專利名稱：納米蠟乳液及其制備方法
納米蠟乳液及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于蠟乳液制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米蠟乳液及其制備方法，尤其涉及一種高熔點和高固含量納米蠟乳液及其制備。背景技術(shù)：
蠟乳液是借助乳化劑的定向吸附作用，在機(jī)械外力的作用下而制成的一種含蠟含水的均勻流體，所以其在使用時無需加熱熔融或用溶劑溶解，且易于和其它物質(zhì)的水溶液或乳液復(fù)合使用，具有安全、高效和經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點，是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品。根據(jù)有效蠟含量的不同，其使用范圍有所區(qū)別一般低濃度的蠟乳液用在醫(yī)藥行業(yè)上用作乳膠制品助劑、農(nóng)業(yè)上用作果品保鮮等；而高濃度蠟乳液(蠟的有效含量一般為35%左右)用在 造紙工業(yè)上用作紙漿施膠劑、鋼筋混凝土的固化劑、印刷油墨中作分散劑和皮革行業(yè)中用作涂飾劑等。隨著“綠色化學(xué)”新概念的提出與實施，石蠟乳液的開發(fā)和利用愈來愈受到人們的關(guān)注，前景十分廣闊。
在國外，乳化蠟的生產(chǎn)已是一個相當(dāng)成熟的工藝，最早是美孚石油公司在20世紀(jì) 50年代開始研究開發(fā)，10年后即已在美國普遍使用。20世紀(jì)70年代時，英國、聯(lián)邦德國、日本也逐漸開始研究和應(yīng)用蠟乳液。國內(nèi)蠟乳液產(chǎn)品的開發(fā)研究工作起步較晚也可以說是剛剛起步，生產(chǎn)的蠟產(chǎn)品品種、規(guī)格都很少。其開發(fā)應(yīng)用與國外相比差距很大，需使用蠟乳液的企業(yè)很多采用不合理的代替品，而且研究及生產(chǎn)出的高熔點、高濃度的蠟乳液品種更是極少。同時，蠟乳液產(chǎn)品可以說是一種投人少、產(chǎn)出多、附加值高的產(chǎn)品，因此開發(fā)蠟乳液產(chǎn)品具有很好市場價值。
蠟是一種不溶于水的油性有機(jī)物，其具有很強(qiáng)內(nèi)聚力。蠟的乳化則是采用根據(jù)所用蠟的指標(biāo)設(shè)計的乳化體系，在機(jī)械力的作用下使蠟均勻地分散在水中。這樣的目的是通過乳化劑降低油水兩相的表面張力，借助乳化劑的定向吸附作用，并在外力的作用下形成的乳狀液，同時在其他助劑比如穩(wěn)定劑的作用下使得制備的乳液可以穩(wěn)定均一的保存。另外，蠟的乳化需要一定的熱量使蠟完全熔融，降低其內(nèi)聚力，便于在攪拌作用下迅速而充分的分散。加熱溫度必須高于組分中最高蠟的熔點，以保證蠟全部熔化，與乳化劑混合均勻。 由于是水相體系的溫度決定了選擇蠟的熔點一般不高于100°C，所以高于100°C蠟乳液的開發(fā)研究并不多。
無論何種乳液，乳化劑的選擇和設(shè)計是關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。根據(jù)相似相溶原理，油水兩相互不相溶，雖然可以通過強(qiáng)力攪拌使其相互分散，但在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，停止攪拌后很快就會分成不互溶的兩相。為了解決上述問題，在體系中乳化劑就可以使分散體系的界面自由能和表面張力降低，從而使穩(wěn)定性大大提高。所以講乳化劑及助劑的配比使用在蠟乳液的制備上起到核心作用。
好的配方設(shè)計只有通過好的生產(chǎn)工藝，才能轉(zhuǎn)化為好的產(chǎn)品。選用不同的原料、不同的原料投料比、配以不同的乳化體系，同時加以不同的乳化工藝，就可根據(jù)使用要求制備出不同指標(biāo)和性能的蠟乳液。就蠟乳液的制備工藝而言可以根據(jù)乳化劑(一般為表面活性劑)的加入方式大致可分為四種(1)劑在水中法，即將乳化劑直接溶于水中，在強(qiáng)力攪拌條件下將蠟加入水中，形成蠟乳液；( 初生皂法，即將脂肪酸溶于蠟中，將堿溶于水中， 兩相接觸在界面上即有皂生成，在皂化的作用下，使得蠟的表面能降低已到達(dá)乳化的效果。 ⑶劑在油中法，即將乳化劑溶于蠟中，然后將水加入混合物中得到W/0型乳液，繼續(xù)加水乳液轉(zhuǎn)相由W/0型轉(zhuǎn)化為0/W型。所以此法也叫作轉(zhuǎn)相法。(4)輪流加液法，即將水和蠟輪流加入乳化劑，每次只加少量。
隨著蠟乳液的市場需求量不斷增大以及化工技術(shù)在國內(nèi)的進(jìn)一步發(fā)展，在蠟乳液制備方面也有了很大的進(jìn)步。中國專利局公開的專利文獻(xiàn)中
CN1570038公開了一種石蠟乳化劑及其制備方法，它由月桂醇20_30份，環(huán)氧乙烷、單甘酷、硬脂酸、乙醇組成，并在普通反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)即可制成固體或膏狀的石蠟乳化劑；制得的石蠟乳液無毒無味、穩(wěn)定性強(qiáng)、潤滑性好、抗酸、抗堿、耐硬水、不分層、不破乳， 且乳液水溶性好，可作為工業(yè)助劑廣泛應(yīng)用于紡織、造紙等領(lǐng)域，亦可直接用作脫模劑，在人造纖維板工業(yè)中，可完全替代石蠟作為防水、防潮助劑，且比使用石蠟簡單、成本低、效果好。
CN1661159公開了一種防水型乳化石蠟在纖維板生產(chǎn)中的應(yīng)用是以石蠟為原料， 加入特定配比的乳化添加劑和水進(jìn)行乳化，乳化石蠟中的石蠟固含量可達(dá)40-50%，可廣泛用作纖維板、刨花板等木材制品的防水劑。
CN1611334公開了一種用于處理筆用木材的蠟乳液，該蠟乳液是由礦物蠟、穩(wěn)定劑、助劑、乳化劑、防腐劑和水按比例配制而成；由該蠟乳液處理的筆用木板，切削面光滑、 整潔，切削省力，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
CN 02109957. X公開的一種高穩(wěn)定性乳化石蠟制造方法所解決的技術(shù)方案是選取陽離子表面活性劑為乳化劑，在弱酸性條件下，對石蠟進(jìn)行乳化得到的乳化石蠟。
CN 01135227. 2公開了一種礦棉吸聲板用乳化石蠟防潮劑及其制法，它的組分中包括石蠟、改性樹脂、非離子表面活性劑組合物和助乳化劑，其重量組成如下石蠟二改性樹脂非離子表面活性劑組合物助乳化劑水=5-22 5-20 0. 5-5 2-8 余量。 此發(fā)明申請技術(shù)方案中加入改性樹脂成分，但乳液濃度只有30%。
以上專利制備的蠟乳液中，其粒徑較大，分散不均一，達(dá)不到納米級乳液，造成了其蠟的使用效率大大降低。同時，制備過程中的蠟指標(biāo)中，其熔點均低于100°c，因此，所制備的蠟乳液在指標(biāo)上的缺陷使得其在使用過程都有一定的局限性。雖然國內(nèi)的許多公司和科研機(jī)構(gòu)開發(fā)出了很多蠟乳液，但在眾多蠟乳液中，高熔點、納米級、分散穩(wěn)定且高固含的蠟乳液并不多見。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種熔點高、分散均勻、蠟含量高的納米級蠟乳液。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種納米蠟乳液，包括下述重量百分比的組分
聚乙烯賭10. 00 40. 00 %、褐煤賭5. 00 40. 00 %、聚環(huán)氧乙燒0. 40 3. 00 %、 助溶劑0. 05 1. 00%、離子乳化劑1. 00 8. 00%、非離子乳化劑1. 00 10. 00%、擴(kuò)散劑 0. 01 1. 00%、穩(wěn)定劑0. 004 0. 20%、pH調(diào)節(jié)劑0. 0001 0. 100%、去離子水30. 00 70. 00%。
本發(fā)明還提供了一種上述的納米蠟乳液的制備方法，包括以下步驟
(1)制備油相分散混合物
向高壓反應(yīng)釜中依次加入計量的聚乙烯蠟、褐煤蠟、聚環(huán)氧乙烷和助溶劑加熱熔融，攪拌；在低速攪拌下，向反應(yīng)釜中依次加入計量的離子乳化劑和非離子乳化劑使其均一的分散在蠟中，得到油相分散混合物。
(2)制備水相分散混合物
將稱量好的去離子水、擴(kuò)散劑、穩(wěn)定劑依次加入乳化反應(yīng)釜中，在設(shè)定的溫度和轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行溶解升溫，制備水相分散混合物；
(3)制備納米蠟乳液
將步驟(1)制備的油相分散混合物在高速乳化的條件下緩慢滴加到水相混合物中，形成油包水(W/0)乳液；
在高速乳化的條件下依次加入pH調(diào)節(jié)劑和剩余的去離子水，形成水包油(0/W)乳液；
在攪拌狀態(tài)下將上述乳液降溫、過濾和包裝，最后得到蠟含量為30-48%的高熔點高固含納米級蠟乳液。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點
1)本發(fā)明依據(jù)高熔點蠟的特殊結(jié)構(gòu)和特性，采用劑在油中法，最大化的利用助溶劑的分散和助溶功能，提高了高熔點蠟與低熔點蠟的相容性，在強(qiáng)力分散的作用下，將蠟的油滴細(xì)化同時使均一性有所提高，有利于后期蠟乳液的制備和分散穩(wěn)定性。
2)本發(fā)明采用油相半連續(xù)滴加至水相體系的方法，利用擴(kuò)散劑和穩(wěn)定劑的作用， 在一定溫度下，將水相與油相良好的分散和均質(zhì)化，同時，提高了助劑在水性條件下的利用率，使得制備的過渡油包水乳液的粒徑小、分布均一，通過二次乳化水的轉(zhuǎn)相處理使得蠟?zāi)茉谒稚⒔橘|(zhì)中均勻穩(wěn)定存在。
3)為了更好的提高蠟乳液的粒度和穩(wěn)定性，本發(fā)明在油相混合物制備的過程中， 加入一定量的高酸值和皂化值的低熔點蠟，通過復(fù)合處理大大降低了油相蠟的內(nèi)聚力，同時，在轉(zhuǎn)相處理過程中與PH調(diào)節(jié)劑進(jìn)一步進(jìn)行皂化反應(yīng)在很大程度上細(xì)化了蠟乳液粒徑， 提高了蠟乳液的儲存穩(wěn)定性。
應(yīng)用本發(fā)明制備的蠟乳液，不但解決了高熔點蠟乳化難的問題，還可使其具有比較高的蠟含量，約為30 48%，減少了在乳化蠟使用過程中的添加量，并且降低了加工成本；同時制備的蠟乳液粒徑分布窄，平均粒徑為50 120nm。制備的蠟乳液穩(wěn)定性好，受高價金屬離子影響小，便于儲存和運輸；可以連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)，具有很好的市場價值。
圖1為本發(fā)明納米蠟乳液制備工藝圖2為本發(fā)明實施例1制備的納米蠟乳液的粒徑大小及分布圖3為本發(fā)明實施例2制備的納米蠟乳液的粒徑大小及分布圖4為本發(fā)明實施例3制備的納米蠟乳液的粒徑大小及分布圖5為本發(fā)明實施例4制備的納米蠟乳液的粒徑大小及分布圖。具體實施方式
為實現(xiàn)本發(fā)明目的，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例，僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明首先提供了一種納米蠟乳液，包括下述重量百分比的組分聚乙烯蠟 10. 00 40. 00%、褐煤賭5. 00 40. 00%、聚環(huán)氧乙燒0. 40 3. 00%、助溶劑0. 05 1. 00%、離子乳化劑1. 00 8. 00%、非離子乳化劑1. 00 10. 00%、擴(kuò)散劑0. 01 1. 00%、 穩(wěn)定劑0. 004 0. 20%, pH調(diào)節(jié)劑0. 0001 0. 100%、去離子水30. 00 70. OOV0o上述組分中，通過選用不同熔點的聚乙烯蠟、褐煤蠟、聚環(huán)氧乙烷相聚合，且利用助溶劑的分散和助溶功能，提高了高熔點蠟與低熔點蠟的相容性，在強(qiáng)力分散的作用下，將蠟的油滴細(xì)化同時使均一性有所提高，同時利用擴(kuò)散劑和穩(wěn)定劑的作用，可在蠟乳液制備時將水相與油相良好的分散和均質(zhì)化，提高了助劑在水性條件下的利用率，使得制備的過渡油包水乳液的粒徑小、分布均勻，PH調(diào)節(jié)劑的加入可進(jìn)一步細(xì)化蠟乳液粒徑，且提高了蠟乳液的儲存穩(wěn)定性。
進(jìn)一步地，上述各組份的重量百分比數(shù)值優(yōu)選范圍為聚乙烯蠟13. 00 38. 00%、褐煤賭7. 00 38. 00%、聚環(huán)氧乙燒0. 50 2. 50%、助溶劑0. 07 0. 90%、離子乳化劑1. 60 6. 00%、非離子乳化劑1. 60 8. 00%、擴(kuò)散劑0. 06 0. 95%、穩(wěn)定劑0.01 0. 18%、pH 調(diào)節(jié)劑 0. 006 0. 080%、去離子水 38. 00 68. OOV0o
或者，上述各組份的重量百分比數(shù)值優(yōu)選范圍為聚乙烯蠟16. 00 34. 00%、 褐煤蠟8. 00 ；35. 00 %、聚環(huán)氧乙烷0. 60 2. 00 %、助溶劑0. 08 0. 80 %、離子乳化劑1.80 5. 00%、非離子乳化劑1. 80 7. 00%、擴(kuò)散劑0. 08 0. 90%、穩(wěn)定劑0. 018 0. 15%、pH 調(diào)節(jié)劑 0. 0009 0. 060%、去離子水 35. 00 65. OOV0o
或者，上述各組份的重量百分比數(shù)值優(yōu)選范圍為聚乙烯蠟19. 00 30. 00%、 褐煤蠟10. 00 30. 00%、聚環(huán)氧乙烷0. 70 1. 80%、助溶劑0. 10 0. 60%、離子乳化劑2. 00 4. 00%、非離子乳化劑2. 00 5. 00%、擴(kuò)散劑0. 10 0. 80%、穩(wěn)定劑0. 02 0. 10%、pH 調(diào)節(jié)劑 0. 001 0. 030%、去離子水 40. 00 60. OOV0o
上述各組分中
所述的聚乙烯蠟其熔點為100 120°C，分子量2000 5000。
所述的褐煤蠟熔點為78 86 °C，酸值為15 45mgK0H/g，皂化值為120 150mgK0H/g,純度在95%以上。
所述的聚環(huán)氧乙烷其結(jié)構(gòu)如下
權(quán)利要求
1.一種納米蠟乳液，其特征在于，包括下述重量百分比的組分聚乙烯賭10. 00 40. 00%、褐煤賭5. 00 40. 00%、聚環(huán)氧乙燒0. 40 3. 00%、助溶劑0. 05 1. 00%、離子乳化劑1. 00 8. 00%、非離子乳化劑1. 00 10. 00%、擴(kuò)散劑 0. 01 1. 00%、穩(wěn)定劑0. 004 0. 20%、pH調(diào)節(jié)劑0. 0001 0. 100%、去離子水30. 00 70. 00%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米蠟乳液，其特征在于，所述的聚乙烯蠟熔點為100 120°C，分子量 2000 5000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米蠟乳液，其特征在于，所述的褐煤蠟熔點為78 86°C， 酸值為15 45mgK0H/g，皂化值為120 150mgK0H/g，純度在95%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米蠟乳液，其特征在于，所述的聚環(huán)氧乙烷其結(jié)構(gòu)如下
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米蠟乳液，其特征在于，所述的助溶劑是乙醇、甘油、丙二醇、聚乙二醇、乙酰胺、對氨基苯甲酸中的一種或者多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米蠟乳液，其特征在于，所述的離子乳化劑選自十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化鈉、 十二烷基二甲基芐基氯化銨、硬質(zhì)酸鈉、月桂酸鉀、十二烷基苯磺酸鈉、十六醇硫酸鈉、甘膽酸鈉、牛膽磺酸鈉、十二烷基油酸鈉中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米蠟乳液，其特征在于，所述的非離子乳化劑是十八烷醇基聚氧乙烯醚、硬脂酸單甘脂、芐基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、苯乙基酚聚氧乙烯醚、油酸聚氧乙烯酯、硬脂酸聚氧乙烯酯、松香酸聚氧乙烯酯、失水山梨醇脂肪酸酯和二聚甘油和脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米蠟乳液，其特征在于，所述的擴(kuò)散劑是亞甲基雙萘磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉、蓖麻油聚氧乙烯醚、苯磺酸鈉鹽甲醛縮合物中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米蠟乳液，其特征在于，所述的穩(wěn)定劑是硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈉、硬脂酸鈣和磷酸三丁酯中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米蠟乳液，其特征在于，所述的PH調(diào)節(jié)劑選自碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀和氨水中的一種或多種。
11.一種如權(quán)利要求1-10任一項所述的納米蠟乳液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)制備油相分散混合物向高壓反應(yīng)釜中依次加入計量的聚乙烯蠟、褐煤蠟、聚環(huán)氧乙烷和助溶劑加熱熔融，攪拌；在低速攪拌下，向反應(yīng)釜中依次加入計量的離子乳化劑和非離子乳化劑使其均一的分散在蠟中，得到油相分散混合物。(2)制備水相分散混合物將稱量好的去離子水、擴(kuò)散劑、穩(wěn)定劑依次加入乳化反應(yīng)釜中，在設(shè)定的溫度和轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行溶解升溫，制備水相分散混合物；(3)制備納米蠟乳液將步驟(1)制備的油相分散混合物在高速乳化的條件下緩慢滴加到水相混合物中，形成油包水乳液；在高速乳化的條件下依次加入PH調(diào)節(jié)劑和剩余的去離子水，形成水包油乳液；在攪拌狀態(tài)下將上述乳液降溫、過濾和包裝，最后得到蠟含量為30-48%的高熔點高固含納米級蠟乳液。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的納米蠟乳液的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中攪拌速度100 200rpm，攪拌時間0. 5 1. 0h，溫度控制在110 120°C。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的納米蠟乳液的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中攪拌速度200 300rpm，攪拌時間0. 5 1. 0h，溫度控制在98 IOO0C0
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的納米蠟乳液的制備方法，其特征在于，所述步驟幻中制備油包水乳液時緩慢將油相滴加到水相中的控制時間為0. 5 1. 0h，采用高速乳化機(jī)分散0. 5 lh，轉(zhuǎn)速1500 2000rpm，然后加入pH調(diào)節(jié)劑，提高乳化速度至2000 3000rpm，乳化0. 5 Ih ；降低轉(zhuǎn)速至1000 1500rpm、水溫保持不低于95°C的條件下緩慢加入剩余的去離子水，形成水包油乳液，乳化0. 5 Ih ；再在攪拌速度為200 300rpm下降溫至室溫，經(jīng)過濾，然后密封包裝即可。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米蠟乳液，包括下述組分聚乙烯蠟、褐煤蠟、聚環(huán)氧乙烷、助溶劑、離子乳化劑、非離子乳化劑、擴(kuò)散劑、穩(wěn)定劑、pH調(diào)節(jié)劑和去離子水。本發(fā)明還提供了上述納米蠟乳液的制備方法，包括以下步驟(1)制備油相分散混合物；(2)制備水相分散混合物；(3)制備納米蠟乳液，最后得到蠟含量為30-48％的高熔點高固含納米級蠟乳液。本發(fā)明制備的蠟乳液，不但解決了高熔點蠟乳化難的問題，還可使其蠟含量高達(dá)30～48％，減少了在乳化蠟使用過程中的添加量，并且降低了加工成本；同時制備的蠟乳液穩(wěn)定性好，受高價金屬離子影響小，粒徑分布窄，平均粒徑為50～120nm，且便于儲存和運輸，可以連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C08L91/06GK102532919SQ20111044520
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者張海清, 李德永, 李紹昌, 羊輝, 韓昌哲 申請人:深圳市樂普泰科技股份有限公司