东北石油大学高等教育自学考试
毕 业 设 计（论 文）
专 业：化学工程
考 号：
姓 名：
题 目：乳化蜡的研究
指导教师：
摘要
乳化蜡是包括石油蜡在内的各种蜡均匀地分散在水中，借助乳化剂的定向吸附作用，在机械外力作用下制成的一种含蜡含水的均匀流体。石蜡是具有直链碳氢结构的长链化合物, 分子中不含亲水基团, 油性极强。石蜡的乳化就是要使其分散于水中, 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度、均匀、稳定的乳液。石蜡乳液的生产已是一个相当成熟的工艺, 可用于造纸、皮革、木材、农业、炸药、医药、陶瓷、化妆品和汽车防护等行业和领域。本论文主要研究以石蜡为原料的乳化现象、乳化效果等。研究乳化过程中的影响因素，乳化时间、乳化剂、搅拌速度等。以及在必要时所进行的石蜡改性研究，所得的乳化蜡的用途进行研究，在蜡的应用方面指导方向。
关键词：石蜡 乳化蜡 乳化 改性
目 录
第一章 概述......................................................... 1
第二章 乳化蜡的类型及制备方法....................................... 2
2.1乳化蜡的类型................................................. 2
2.2 乳化蜡的制备 ................................................ 2
2.3 高稳定性蜡乳液的制备 ........................................ 3
2.4 微乳液制备和低能乳化工艺 .................................... 3
第三章 影响石蜡乳化的因素........................................... 4
3.1 乳化剂的选择及用量 .......................................... 4
3.2 乳化时间 .................................................... 4
3.3 乳化温度 .................................................... 4
3.4 搅拌速度 .................................................... 5
3.5 稳定剂对乳液性能的影响 ...................................... 5
3.6 小结 ........................................................ 5
第四章 乳化蜡的发展及应用前景....................................... 7
4.1 人造板工业 .................................................. 7
4.2 造纸工业 .................................................... 7
4.3 上光剂 ...................................................... 8
4.4 农业 ........................................................ 8
4.5 纺织工业 .................................................... 9
4.6 乳化炸药蜡 .................................................. 9
4.7 陶瓷工业 .................................................... 9
4.8 轻工、橡胶行业 .............................................. 9
4.9 建筑业 ..................................................... 10
4.10 乳化蜡在我国的开发利用前景 ................................ 10
第五章 石蜡的氧化对乳化效果的影响.................................. 11
5.1 石蜡氧化的反应机理......................................... 11
5.2 石蜡氧化的生产方法 ......................................... 12
5.3 石蜡无催化剂氧化改性 ....................................... 12
5.4 石蜡催化氧化改性 ........................................... 12
5.5 国内外石蜡氧化的发展现状................................... 12
5.6 氧化石蜡的性能特点 ......................................... 13
5.7 氧化石蜡的应用............................................. 13
5.8 氧化石蜡的乳化 ............................................. 14
第六章 论文总结.................................................... 15
参考文献........................................................... 16
致 谢 .............................................................18
第一章 绪 论
我国拥有丰富的石蜡基原油, 大庆、南阳、吉林和沈北等原油均属低硫高含蜡原油, 随着炼油能力的增加和石蜡生产工艺的改进, 我国的石蜡生产迅速发展, 质量不断提高, 产量不断扩大, 到1990年, 我国的石蜡供需状况已由供不应求变成供大于求, 此后石蜡出口逐年增长。目前, 中国已是世界最大的石蜡生产国和出口国[1]。
石蜡是一种重要的工业原料, 在轻工、化工、造纸和建筑等行业具有广泛的用途。在大多数情况下, 石蜡最好的使用形式是蜡的乳状液, 即乳化蜡。乳化蜡是一种含蜡、含水的均匀流体, 由包括石油蜡在内的各种蜡经物理改性制成。世界上, 美国于50年代开始研制乳化蜡,60年代已普遍使用;70年代, 日本、德国、英国等发达国家也相继有了乳化蜡产品。根据不同的用途, 国外乳化蜡产品已发展到一百多个品种。随着乳化理论及乳化技术的进一步发展, 高效的复合型乳化剂代替了低效的乳化剂, 连续式生产工艺代替了间歇式生产工艺, 乳化蜡的成本逐步降低, 质量趋于稳定, 使用范围愈来愈广。但在我国, 乳化蜡产品的开发应用工作尚属起步阶段, 虽然近年来研究工作进展迅速, 有些乳化蜡产品技术指标已经赶上或超过同类进口产品, 但各个行业仍旧使用石蜡代替乳化蜡, 这不仅造成了石蜡资源的浪费, 而且也不利于产品质量的提高。如在人造板行业, 以乳化蜡代替石蜡, 则蜡用量可降低50 %,还能提高产品质量。因此, 如何利用我国丰富的石蜡资源, 大力开发应用高附加值的乳化蜡产品, 是一个值得重视的课题[2]。
乳化蜡由于在使用时无需加热熔融或使用溶剂溶解，其成膜均匀、覆盖性好，易于和其他物质的水溶液或乳状液复合使用，具有安全、高效和经济方便等优点。因此乳化蜡的用途十分广泛：如木材加工行业作为木材或纤维板的增强剂同时还可起到润滑和脱模的作用；建筑行业用作钢筋混凝土的固化剂；轻工业和橡胶行业用作助剂；纺织品行业用作柔软剂和上浆剂；医药上用作乳胶制品的助剂；农业上用作果品保鲜、花卉延长开放周期和林木果树保水防冻剂等。在造纸工业上，乳化蜡可作纸浆施胶剂[3]。
第二章 乳化蜡的类型及制备方法
2.1乳化蜡的类型
石蜡的乳化就是借助乳化剂的定向吸附作用，改变其表面张力，并在机械外 力作用下使其分散于水中，形成分散性好、均匀、稳定的乳液的过程[4]。稳定的乳化蜡外观为半透明或白色粘稠状，略带蓝光，PH 值约为7，蜡质量分数约在15%～20%，放置不分层无沉淀，使用时可以任意稀释而不分层[5]。
乳化蜡主要有两种类型，即W/O和O/W型[6,7]。乳液的类型与乳液组成有关，当油相体积分数大于74.02%时，只能形成W/O型乳液；如果油相体积分数小于25.98%，则只能形成O/W型乳液；当油相体积分数在25.98%～74.02%时，则W/O和O/W型乳液均可能生成[8]。在实际应用中，所使用的乳化蜡大多数为O/W型。
目前，国内外所研制的乳化蜡大都是非离子型和阴离子型乳化蜡，阳离子型乳化蜡由于其产品不稳定，易分层，因此，研制成功的阳离子型乳化蜡甚少。而阳离子型乳化蜡由于其乳化液中带有正电荷，而通常在水中的固体表面带负电荷，这就使用阳离子型乳化蜡易于吸附在这固体表面，其成膜更加均匀，覆盖性好。因此，阳离子型乳化蜡在纺织方面可用作纺织品的抗静电剂和柔软剂[9]。当然，随着阳离子型乳化蜡的开发，其应用领域会更加广阔。因此研制阳离子型乳化蜡，一方面可以完善乳化蜡的种类，另一方面用于纺织工业等方面也具有重要意义。
2.2 乳化蜡的制备
乳化蜡的基本原料是石蜡、微晶蜡或石油脂。选用不同的原料、确定不同的原料数量、配以不同的乳化剂, 采用不同的乳化工艺, 就可根据不同的使用要求而调制出不同质量的适用的乳化蜡产品[10]。
蜡是一种内聚力较强的油性有机物质, 不溶于水, 不能皂化。乳化剂分子中存在着亲油基和亲水基两种基团, 乳化剂HLB 值表示乳化剂分子中亲油的和亲水的两个相反基团的大小和力量的平衡。HLB 值越高, 乳化剂亲水性越强,HLB 值越低则亲油性越强, 由亲油性到亲水性的转变点为10。要获得质量稳定的乳化蜡产品, 关键在于乳化剂的选择, 现在高效的复配型乳化剂基本上代替了低效的单一型乳化剂[10,11]。在选择好乳化剂的前提下, 还必须考虑乳化剂的用量、乳化剂的加入方式、乳化温度与时间、搅拌速度、乳化设备等因素的影响。外观、熔点、p H值、稳定性、水溶性是乳化蜡的通用指标。为获得稳定的乳化蜡, 必须考虑亲水亲油平衡值（HLB ）、乳化温度、反应时间、颗粒度等主要的影响因素, 同时
也要考虑乳化剂用量、乳化剂加入方式、冷却速度与搅拌速度、乳化设备、乳化水、气泡等这些相关的影响因素[12,13]。
乳化蜡的制备方法主要有：1）剂在水中法。将乳化剂直接溶于水中，在激烈的搅拌条件下将蜡溶入水中制备O/W型乳化液，若继续加油相则可得W/O型乳化液。2）剂在油中法。将乳化剂溶于蜡中, 然后将水直接加入溶有乳化剂的蜡的混合物中制备W/O型乳液，若继续加水则可得O/W型乳液。3）轮流加液法。即将水和蜡轮流加入乳化剂, 每次只加少量。4）初生皂法。即将脂肪溶于蜡中, 将碱溶于水中，在强烈搅拌下将两溶液混合，在两相接触在界面上即有皂生成。可得到稳定的乳状液。5）转相温度乳化法。即在相转变温度（PIT ）[14]附近进行乳化。石蜡乳液多采用剂在水中法, 这种方法制得的乳液往往质量不稳定, 若采用剂在油中法和初生皂法则会好些。
乳化设备可采用一般的反应器, 经适当改装, 配上合适的搅拌桨, 就可达到较好的乳化效果。如果要使乳化效果更理想, 可采用胶体磨、均质器、高频振荡器与超声波振荡器等设备。国内乳化蜡大部分为水包油O/ W型。乳化蜡的形态有液体状和固体状。目前国内乳化蜡绝大部分为液体状 ,固体状极少[15]。
2.3 高稳定性蜡乳液的制备
通常的蜡乳液由于分散度小, 乳液粒径较大, 在存放的过程中有时会出现蜡重新凝聚而不能使用。如果将之分散成微乳液或细小乳液, 可以提高稳定性, 还能使涂层平滑、细致, 手感更舒适。细小乳状液比普通乳状液颗粒小、稳定性高、分散均匀, 同时又比制备微乳液所需的乳化剂用量低得多。而且采用适当的物理化学方法, 可以自发地(或稍加轻微的搅动) 形成颗粒细小的而均一的乳液。可用乳化剂在水中法、相转变温度法、反向乳化法、D 相乳化法进行制备。
2.4 微乳液制备和低能乳化工艺
粒径小于0.01Lm ～0.1Lm 的体系称为微乳液(Micro Emulsion),外观为乳白透明状。它是热力学稳定体系。国内外利用微乳化技术制备皮革用蜡乳液已见报道。通常要制备O/W型微乳液, 总表面活性剂的量与油相的量的比值要大于1, 这对制备皮革涂饰用的蜡用剂而言是极不利的。但是采微乳液制备技术和低能乳化工艺相结合, 可以扬长避短, 克服这个缺点, 同时低能乳化也是节约生产中能耗的一条有效途径。