一種穩(wěn)定的高固含量水包油乳液的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定的高固含量水包油乳液的制備方法。由于乳液屬于精細(xì)化學(xué) 品，因此本發(fā)明屬于精細(xì)化學(xué)品技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，高固含量乳液正得到越來(lái)越多的應(yīng)用。在涂料行業(yè)中，高固含量乳液涂料 由于不含有機(jī)溶劑、不污染環(huán)境，干燥成膜速度快，且上膠次數(shù)少，正逐步代替溶劑型涂料； 在造紙行業(yè)中，高固含量乳液可作為白水消泡劑使用，且可根據(jù)泡沫程度在線稀釋，降低了 用量和成本的同時(shí)，也提高了紙機(jī)的工作效率；在食品行業(yè)中，高固含量乳液更方便攜帶與 運(yùn)輸，符合現(xiàn)今快節(jié)奏的社會(huì)氛圍，更為重要的是，高固含量乳液還可以減少儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)用，是 未來(lái)乳液的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003] 從理論上分析，一般水包油乳液分散液滴以互不相連的球形分散在非油相中，其 油相的體積分?jǐn)?shù)為30-50%，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)達(dá)到74. 05%，此時(shí)的油相液滴緊密堆積成相互連 接的球形，進(jìn)一步增加油相體積分?jǐn)?shù)，液滴間則會(huì)相互擠壓，形成不規(guī)則多面體，造成粒徑 增大，表面電荷分布不均問(wèn)題，因此油相體積分?jǐn)?shù)超過(guò)74. 05%時(shí)乳液粘度極大，且穩(wěn)定性 較差，因此，普遍認(rèn)為高固含量乳液的油相應(yīng)至少達(dá)到50%，超過(guò)74. 05%的為超高固含量 乳液。
[0004] 就目前而言，大部分高固含量乳液的油相體積分?jǐn)?shù)為60-70%，國(guó)內(nèi)外對(duì)高固含量 乳液的研宄很多，但涉及較多的是以化學(xué)反應(yīng)制備的高固含量聚合物乳液，如乳液聚合、聚 合物分散等，如US5124394介紹了使用聚乙烯噁唑啉作為聚合過(guò)程相轉(zhuǎn)移穩(wěn)定劑，合成了 粒徑分布較寬的高固含量乙酸乙烯-乙烯共聚乳液，CN102892830A通過(guò)首先制備三元共聚 物，再對(duì)其進(jìn)行針對(duì)改性處理，最后以不同濃度非離子表面活性劑進(jìn)行乳化得到聚烯烴、特 別是含有聚異丁烯的乳液，但二者工藝繁瑣，操作要求精度高，因此工業(yè)化難度較大。
[0005] 對(duì)于以物理乳化方法制備的高固含量乳液，乳液的固含量難以達(dá)到65%，即使達(dá) 到65%也存在粘度大、穩(wěn)定性差、工藝應(yīng)用范圍片面等問(wèn)題。CN102702755A通過(guò)添加雙親 納米粒子和高分子穩(wěn)定劑與小分子表面活性劑一起協(xié)同制備了 60-70%的高固含量石蠟乳 液，但其方法僅針對(duì)石蠟乳液，適用范圍較窄；CN102600647B通過(guò)向脂肪醇乳液中引入脂 肪酸酯，以及在乳化工藝后加入陰離子表面活性劑，得到了固含量在25-40%的脂肪醇乳 液，但此工藝在制備固含量大于60%的乳液時(shí)，會(huì)出現(xiàn)油水分離的問(wèn)題；US8080586介紹了 以卡波、烷基糖苷、高級(jí)脂肪醇以及單甘脂的偏甘油酯制備固含量大于90%自乳化產(chǎn)品，但 穩(wěn)定性較差，影響其應(yīng)用價(jià)值；CN1738603A介紹以多羥基化合物基質(zhì)及碳水化合物基質(zhì)對(duì) 極性親脂性物質(zhì)增溶作用為基礎(chǔ)，制備固含量大于50%的透明乳液，但其粘度較大，應(yīng)用范 圍受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明通過(guò)特殊的乳化工藝，在乳化過(guò)程中停止攪拌，靜置形成W/0與少量水或 w/0/w的混合物，再開(kāi)啟攪拌，增加瞬時(shí)單位面積內(nèi)剪切力，促進(jìn)形成ο/w乳液，同時(shí)，采取 親水類乳化劑在靜置期間滴加的方式，既有利于形成0/W乳液，更有助于液滴的充分包裹 和分散而使得乳液更加穩(wěn)定；同時(shí)在后處理階段，通過(guò)加入穩(wěn)定劑來(lái)增加非油相體積，解決 了高固含量乳液粘度大的問(wèn)題，同時(shí)提高了高固含量乳液的穩(wěn)定性。本乳化工藝廣泛適用 于烴類及其含氧衍生物的乳化，應(yīng)用范圍較寬。
[0007] 本發(fā)明的高固含量乳液涉及的組分：
[0008] A.烴類及其含氧衍生物
[0009] 所述烴類及其含氧衍生物包括固體烴類A-I、液體烴類A-II及其含氧衍生物 A-III，可以單獨(dú)使用或混合使用，用量占總用量的45~70%。
[0010] 固體烴類A-I，包括天然蠟和改性石蠟，選自褐煤蠟、加洛巴蠟、蜂蠟、皂蠟、微晶 蠟、橡膠防護(hù)蠟、保險(xiǎn)蠟、氯化石油蠟、硝化石油蠟、磺化石油蠟、防銹蠟。這些烴類物質(zhì)室溫 下為固體。
[0011] 液體烴類A-π為原油中的250-415 °C的餾分進(jìn)行氫化而得到的物質(zhì)，選自煤油、 柴油、機(jī)油、白油、液蠟、烷基苯、凡士林、環(huán)烷油。這些烴類物質(zhì)室溫下為液體。
[0012] 烴類含氧衍生物A-III為高級(jí)脂族化合物包括高級(jí)脂肪醇、高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂 肪酸酯。高級(jí)脂肪醇為C12-30的一元至三元脂肪醇。這些醇包括天然的和合成的脂肪醇。 脂肪醇選自單一碳原子數(shù)的C8醇、ClO醇、C12醇、C14醇、C16醇、C18醇、C20醇、C22醇、 C24醇、C26醇、C28醇、C30醇、C32醇和C34醇；也可使用具有不同碳原子數(shù)的混合脂肪醇， 如 C8-C10 醇、C8-C14 醇、C8-C18 醇、C12-C14 醇、C12-C18 醇、C14-C16 醇、C16-C18 醇。高 級(jí)脂肪酸為C12-22的飽和或不飽和的一元羧酸，選自月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、 花生酸、山崳酸、珠光脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸。高級(jí)脂肪酸酯為一元醇脂肪酸酯和多元 醇脂肪酸酯。選自硬脂酸十四醇酯、硬脂酸異十六醇酯、硬脂酸十八醇酯、十八烷酸十八烷 基酯、硬脂酸二十烷醇酯、癸基十四醇鯨蠟硬脂酸酯、油酸十四醇酯、油酸油醇酯、辛基十二 醇肉豆蔻酸酯、2-辛基十二醇硬脂酸酯、棕櫚酸十六酯、十四醇油酸酯、十二醇油酸酯。 [00 13] B.乳化劑
[0014] 所述乳化劑包括乳化劑B-I及乳化劑B-II。
[0015] 乳化劑B-I，為親油類乳化劑，選自失水山梨醇單硬脂酸酯、失水山梨醇單油酸酯、 失水山梨醇三硬脂酸酯、失水山梨醇三油酸酯、乙二醇硬脂酸酯、乙二醇月桂酸酯、丙二醇 油酸酯、丙二醇硬脂酸酯、甘油單硬脂酸酯、甘油單月桂酸酯、二乙二醇單月桂酸酯、季戊四 醇硬脂酸酯、硬脂酸異辛酯。所述乳化劑B-I用量為總量的0. 1~5%。
[0016] 乳化劑B-II，為親水類乳化劑，選自聚氧乙烯（20)失水山梨醇單硬脂酸酯、聚氧 乙烯（20)失水山梨醇單油酸酯、聚氧乙烯（20)失水山梨醇三硬脂酸酯、聚乙二醇2000、聚 乙二醇4000、硬脂酸聚氧乙烯醚（20)、油酸聚氧乙烯醚（20)、硬脂醇聚氧乙烯醚（20)、聚氧 乙烯（20)蓖麻油、三乙醇胺油酸鈉、聚乙二醇4000單油酸醋、聚乙二醇單月桂酸酯。所述 乳化劑B-II用量為總量0. 1~5%。
[0017] C.水
[0018] 所述水為去離子水，分三次使用，三次使用量為總量的25~40%。
[0019] D.緩沖液
[0020] 所述緩沖液為無(wú)機(jī)弱酸及其鹽的混合物或無(wú)機(jī)弱堿及其鹽的混合物，濃度為 0.0 l~0. lmol/L，選自磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液、鄰苯二甲酸-鹽酸緩沖液、檸檬酸-氫 氧化鈉-鹽酸緩沖液、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液、乙酸-乙酸鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸 二氫鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀緩沖液、磷酸二氫鉀-氫氧化鈉緩沖液、硼酸-硼 砂緩沖液、硼砂-氫氧化鈉緩沖液、碳酸鈉-碳酸氫鈉緩沖液、氨-氯化銨緩沖液。優(yōu)選磷 酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖液、磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀緩沖液、磷酸二氫鉀-氫氧化鈉緩 沖液、硼酸-硼砂緩沖液，所述緩沖液用量為總量的〇. 1~5%。
[0021] E.分散劑
[0022] 所述分散劑為烷基芳基磺酸鹽結(jié)構(gòu)式如下：
[0023]
[0024] 式中R2為碳原子數(shù)6-20的飽和烷基，包括直鏈的和支鏈的，下標(biāo)p為聚合度，取 值為〇或1。烷基芳基磺酸鹽選自庚基苯磺酸鈉、癸基苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十四烷 基苯磺酸鈉、十六烷基苯磺酸鈉、辛基二苯醚二磺酸鈉、癸基二苯醚二磺酸鈉、十四烷基二 苯醚二磺酸鈉、十六烷基二苯醚二磺酸鈉。所述分散劑用量為總量的〇. 1~5%。
[0025] F.穩(wěn)定劑
[0026] 所述穩(wěn)定劑為粘度小于IOOmPa. s的羥基化合物，選自甲醇、乙醇、乙二醇、二乙二 醇、聚乙二醇、丙醇、丙二醇、二丙二醇、聚丙二醇、甘油、二聚甘油、丁二醇、戊二醇、己二醇。 所述穩(wěn)定劑用量為總量的4~25%。
[0027] G.殺菌劑
[0028] 所述殺菌劑選自十二烷基二甲基芐基氯化銨、十二烷基二甲基芐基溴化銨、十四 烷基二甲基芐基氯化銨、聚季銨鹽、氯氣、二氧化氯、二氯異氰尿酸鈉（優(yōu)氯凈）、三氯異氰 尿酸鈉、異噻唑啉酮、苯并異噻唑啉酮。所述殺菌劑用量為總量的〇. 01~〇. 1%。
[0029] H.增稠劑
[0030] 所述增稠劑包括天然的和合成的，選自漢生膠、瓜爾膠、聚乙烯醇、羧甲基纖維素 鈉、羥乙基纖維素、甲基纖維素、聚甲基丙烯酸酯，優(yōu)選丙烯酸類增稠劑。所述增稠劑用量為 總量的〇. 1~5%
[0031] 本發(fā)明的高固含量乳液的制備步驟：
[0032] (1)油相升溫熔化：將烴類及其含氧衍生物、乳化劑B-I加至燒杯中，緩慢升溫至 90-120°C，待全部融化后，保溫10_20min ;
[0033] (2)轉(zhuǎn)相液配制：將去離子水及緩沖液混合作為前處理轉(zhuǎn)相液X，保留1/3質(zhì)量前 處理轉(zhuǎn)相液X作為X-I待用，在剩余前處理轉(zhuǎn)相液X中加入分散劑混合作為轉(zhuǎn)相液Y待用， 二者均加熱至75-KKTC，攪拌速度為50-300r/min，保溫待用；
[0034] (3)前處理：維持油相攪拌速度50-300r/min，以0. l-5mL/s速度緩慢滴加前處理 轉(zhuǎn)相液X-I ;
[0035] (4)乳化：以攪拌速度為350-1500r/min繼續(xù)攪拌，以20-50mL/s快速加入轉(zhuǎn)相 液Y，加液結(jié)束后停止攪拌，靜置l_5min，期間滴加乳化劑B-II，再迅速開(kāi)啟攪拌至原