石蜡改性及特种蜡的制备及研究

    石油蜡时现代工业的重要化工原料，随着与市场需求相呼应的科学技术的发展，石油蜡的调和技术、物理化学改性、生产和分析测试手段的不断完善和提高，使石蜡深加工得到了很快发展。我国是世界上是蜡生产和出口量最多的国家，年产量约占世界石蜡总产量的37%，出口量占世界石蜡总量的47%。

    石蜡乳化是使石蜡分散于水中，借助乳化剂的定向吸附作用，改变其表面张力，并在机械外力作用下成为高分散、均匀、稳定的含石蜡乳液。乳化蜡产品是一种投入少、产出多、附加值高的产品。

    本实验中将聚乙烯蜡加入石蜡中，通过物理改性的实验方法，以提高石蜡的滴熔点，再以聚乙烯石蜡为原料，制备附加值更高的乳化蜡产品。

实验材料及仪器：

    材料：58号石蜡、硬脂酸、分析纯、化学纯。   

    仪器：电子天平、分析天平、增力电动搅拌器、针入度试验器、恒温水浴、离心机、激光粒度测试仪、三口烧瓶、铁架台、温度计、胶头滴管。

乳化工艺流程：

    原料蜡+亲油乳化剂、水+亲水性乳化剂——三口瓶水浴加热+烧杯水浴加热——将水相逐渐滴加到油相中——恒温搅拌乳化——冷却乳化蜡

制备过程：

    1，用电子天平称取一定质量的聚乙烯改性石蜡、亲油性乳化剂，并将它们放入三口瓶中：称取一定量的去离子水和亲水性乳化剂，将其放入烧杯中。

    2，将三口瓶和烧杯同时放入水浴锅中进行水浴加热，并使其温度一致。

    3，启动搅拌器，微搅拌，使蜡全部融化并于乳化剂全面混合，使去离子水和亲水性乳化剂全面混合。

    4，将温度上升到实验温度，提高搅拌速度到实验值，向三口瓶内逐渐滴加亲水性乳化剂溶液。

    5，恒温恒定搅拌速度乳化一段时间，然后冷却，到处乳化蜡产品。

实验结果及讨论：

1，聚乙烯蜡对石蜡的滴熔点的影响

     将聚乙烯蜡和58号石蜡在搅拌力存在的条件下，溶化后进行混合，待冷却后考察聚乙烯蜡对石蜡性质的影响。由实验数据可知：聚乙烯蜡的加入可以明显改善石蜡的滴熔点。当聚乙烯蜡添加量从0-16%时，改性石蜡滴熔点从59.2度上升到88.2度，上升幅度较大，由于聚乙烯蜡价格昂贵，从经济效益方面来讲，聚乙烯蜡只需加入少量即可提高石蜡的滴熔点。

2，乳化方式的选择

    乳化石蜡的制备方法主要有剂在水中法、剂在油中法、转相乳化法等。实验对乳液制备的方法均作尝试，结果显示，转相乳化法制得的石蜡乳液效果最佳。

    每一种乳化剂都具有某一特定的HLB值，在乳化过程中，选择与乳化蜡HLB值相近的乳化剂作为乳化蜡的最佳乳化剂。在聚乙烯改性蜡10g，反应时长为40min，搅拌速度为900r/min，乳化温度为90度的乳化参数下，调节混合乳化剂比例，使HLB值以1的差值从8递增到13。由实验可知，当混合乳化剂的HLB值在10附近时，离心基本没有水层出现，得到的石蜡乳液最稳定，因此，可以确定10即为乳化石蜡的最佳HLB值。

    单一乳化剂的乳化效果不理想，稳定性差，静置或离心都会分层。分散性也不好，原因是单一乳化剂形成的界面膜强度低，不能是物系保持稳定，复配乳化剂可显著提高乳化效果，因为复配乳化剂间具有协同效应，乳化剂疏水基的范德华力和亲水基的极性引力使彼此能形成强的协同作用体，在界面附近形成强界面膜，更强力洗礼乳化剂，防止液滴合一。

乳化剂用量过少，石蜡不能完全乳化，得到的乳液稳定性很差，表层有浮蜡。乳化剂用量过多，会使一部分乳化剂不能参与乳化，使乳液呈现较多的泡沫。需要加入消泡剂进行消泡，从经济效益方面考虑，乳化剂用量并不是越多越好。当乳化剂用量为24%时，所得乳状液稳定，离心不分层，流动性好。

    乳化时间的长短对乳液性能也有很大影响。时间过短时，乳化剂来不及乳化，使部分石蜡未来得及乳化，从而使生成的乳液分层严重。乳化时间过长，又会使部分乳液颗粒在高温下聚集，又形成大颗粒，从而使乳液的颗粒不均匀。

    搅拌器的搅拌方式和搅拌速度也会影响乳化蜡的性质。速度过低不能使蜡与表面活性剂混合均匀，不能将油相较好的乳化；搅拌速度过高，则易带入大量的气泡，消泡困难，影线个乳液质量。并且搅拌速率太高会使乳化蜡破乳，影响其稳定性。在聚乙烯蜡含量10g，乳化剂用量2.4g，乳化时间40min，HLB值为10 的条件下，考察搅拌速度对乳液性质的影响。

    乳化温度对乳液性能也有很大影响，当乳化温度升高时，分子的动能会增加，亲水性基团水化程度降低，易形成WO型乳化液。而当温度降低时，易形成OW型乳化液。在一定条件下，此转化温度就是该体系中乳剂的亲水亲油性达到平衡状态的温度，称为相转化温度。由乳化理论可知，乳化温度处于相转化温度时，乳液相当不稳定，因而，控制乳化温度时制备高稳定性乳化蜡的重要条件。

    由实验可知：温度过低时，石蜡未能完全乳化，分散不均，乳液不稳定。当温度在90度时，乳化结果比较理想，分散性和稳定性都很好。当乳化温度高于90度时，尽管乳化效果比较理想，分散性和稳定性很好，但是从能源利用方面考虑，好能较高，因此最终选取90度作为最佳乳化温度。