CN102190801A - 一种以单一乳化剂制备非离子型氧化聚乙烯蜡乳液的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工领域，具体涉及一种以单一乳化剂制备非离子型氧化聚乙烯蜡乳液的方法。本发明方法是：按一定的质量配比在高压反应釜中加入氧化聚乙烯蜡即AC-629、非离子型乳化剂、乳化助剂、氢氧化钾、焦亚硫酸钠和去离子水后，加盖密封；在高温高压下，一步法将高熔点AC-629蜡乳化成微乳液。乳化的温度为130~150℃、压力为1.5~17.0MPa，非离子型乳化剂的用量为AC-629用量的18~26%；通过改变乳化条件，可将产物的平均粒径控制在35~200nm之间；通过改变AC-629的用量，可将产物的固含量控制在30~45%之间。本发明工艺简单，且仅使用一种非离子型乳化剂，降低了OPE乳液的生产成本，是一种绿色环保的产品。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种以单一乳化剂制备非离子型氧化聚乙烯（OPE）蜡乳液的方法，该OPE蜡乳液可应用于皮革、地板、汽车、家具、造纸、纺织等领域。
背景技术
蜡是一种具有很强内聚力的油性有机物，不溶于水。蜡乳液是通过加入乳化剂降低油水两相的表面张力，使蜡均匀地分散在水中，借助乳化剂的定向吸附作用，在外力的作用下形成乳状液。蜡乳液是蜡产品应用的主要形式之一，具有性能稳定、细腻、成膜均匀、强疏水性、无毒、无腐蚀、便于储存、使用方便等特点，且易与其它水溶性的物质或水性乳液复配使用。因此，蜡乳液的应用范围非常广泛，如汽车或地板上光、水果或蔬菜保鲜、涂料油墨、木材加工防水、皮革涂饰、造纸润滑、纺织、建材防水等。
氧化聚乙烯（OPE）蜡是分子链上含有羟基和羧基的低聚合度聚乙烯，即低相对分子质量聚乙烯，相对分子质量约在1000至4000之间。OPE蜡乳液形成的蜡膜光泽度高，硬度大，手感好，且耐久性优良，可以替代昂贵的动物蜡乳液，广泛应用于皮革、地板、汽车、家具、造纸、纺织等领域，还应用于水果蔬菜的保鲜。OPE蜡乳液在使用时无需加热熔融或使用有机溶剂溶解，其成膜均匀，覆盖性好，具有防水和润滑的共性，又具有诸如油性、粘性、脆性、韧性、熔性和光泽性等方面的特性，并易于与其他物质的水溶液或乳状液复合使用。
中国专利CN200410013234.6公开了以OPE蜡为主要原料制备造纸涂布专用润滑剂的生产工艺，该专利技术需分别制备A组分、B组分和C组分，然后按一定比例将这三组分均质乳化，可获得粘度≤30mpa.s、固含量为25%、且乳液稳定性良好的OPE蜡乳液，但该技术需要用到多种化工原料，如烷基酚聚氧乙烯醚-10、山梨醇酐单油酸酯、硅酮、吗啉、三偏磷酸钠等，且工艺较复杂。
中国专利CN200810028743.4公开了以异构十三碳脂肪醇聚氧乙烯醚与仲醇乙氧基化合物为复配乳化剂，添加少量氢氧化钾、亚硫酸氢钠，在2~3个大气压下制备了OPE蜡乳液，产品的固含量可达35~45%，乳胶粒子的粒径为0.06~0.12mm。
中国专利CN200910021452.7公开了阳-非离子改性OPE蜡乳液的制备方法，该专利技术首先对OPE蜡进行改性，然后以阳-非离子复合乳化剂对其进行乳化，产品的固含量低于30%，且生产工艺较复杂。
中国专利CN200910021455.0公开了一种OPE蜡改性制备阴-非离子乳液的方法，该专利技术首先对OPE蜡进行改性，然后以阴-非离子复合乳化剂对其进行乳化，产品的固含量低于30%，且生产工艺也较复杂。
由此可见，目前国内专利所公开的OPE蜡乳液的制备方法中，均用到两种或两种以上的乳化剂，且工艺较复杂，不利于大规模生产。而在诸如皮革、地板、汽车、家具、造纸、纺织等不同领域的应用中，需要用到具有不同平均粒径的（35~200nm）、或不同性质的（如非、阳、阴离子型）OPE蜡乳液。因此，为满足OPE蜡乳液在不同领域中的应用需求，简化其生产工艺、降低生产成本、生产平均粒径可调的绿色环保产品显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种采用一次加料的方式，以单一乳化剂在高温高压下制备平均粒径可调的非离子型OPE蜡乳液方法，既简化了生产工艺，又降低了生产成本。
本发明包括如下顺序的步骤：
（1）按一定的质量配比在高压反应釜中加入氧化聚乙烯蜡即AC-629、非离子型乳化剂、乳化助剂、氢氧化钾、焦亚硫酸钠和去离子水后，加盖密封；其中，各组分的质量百分含量分别是：去离子水是55~69%，氧化聚乙烯蜡是25~39%，非离子型乳化剂是4.5~6.5%，乳化助剂是0. 5~1.5%，氢氧化钾是0.2~1.0%，焦亚硫酸钠是0.05~0.2%；
（2）通入高压氮气，使釜内压力升至1.0~12.0MPa，然后缓慢升温至130~150℃，温度达到平衡后，釜内的压力为1.5~17.0Mpa，此时的压力与起始压力和高压釜的装满度有关；
（3）釜内的温度和压力达到平衡后，以200~800转/min的速度搅拌0.5~1.5h；
（4）乳化完成后，打开冷却水，保持原有的搅拌速度，使体系的温度快速下降至40~50℃，打开放空阀卸至常压，开盖、出料，即得到目标产品。
更具体地说，所述非离子型乳化剂是聚氧乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯即Tween-80、聚氧乙烯(20)失水山梨醇单硬脂酸酯即Tween-60、聚氧乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯即Tween-40、聚氧乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯即Tween-20、聚氧乙烯(21)硬脂醇醚即Brij721、聚氧乙烯(10)油醇醚即Brij96/97、聚氧乙烯(20)油醇醚即Brij98/99、聚氧乙烯(20)鲸蜡醇醚即Brij58、聚氧乙烯(23)月桂醇醚即Brij35、聚乙二醇 400 单硬脂酸酯即PEG400MS、聚乙二醇 400 单月桂酸酯即PEG400ML、聚乙二醇 400 单油酸酯即PEG400MO、聚乙二醇 600 单油酸酯即PEG600MO、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7、AEO-9、AEO-15和OS-15中的一种。
所述乳化助剂是乙二醇、丙三醇、二甘醇、二甘油、丁二醇、正丁醇、正戊醇、正辛醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400和聚乙二醇600中的一种。
本发明方法制备的OPE蜡乳液，固含量在30~45%之间可调，粒径在35~200nm之间可控，粘度范围是30～260 mPa·S。该OPE蜡乳液采用了高压乳化法一步制备，工艺简单，且仅使用一种非离子型乳化剂，降低了OPE乳液的生产成本，而且没有使用欧盟法规禁止使用的壬基酚聚氧乙烯醚乳化剂，是一种绿色环保的产品。
具体实施方式
本发明采用一种非离子型乳化剂，同时加上少量的乳化助剂、KOH和Na2S2O5，在高温高压下，一步法将高熔点AC-629蜡乳化成微乳液。乳化的温度为130~150℃、压力为1.5~17.0MPa，非离子型乳化剂的用量为AC-629用量的18~26%；通过改变这些乳化条件，可将产物的平均粒径控制在35~200nm之间；通过改变AC-629的用量，可将产物的固含量控制在30~45%之间，乳液的粘度范围是30～260 mPa·S。在制备OPE蜡乳液的过程中，各配料的质量百分含量分别是：去离子水55~69%，氧化聚乙烯蜡25~39%，非离子型乳化剂4.5~6.5%，乳化助剂0. 5~1.5%，氢氧化钾0.2~1.0%，焦亚硫酸钠0.05~0.2%。
下面结合具体实验实例对本发明作进一步详细的描述。
实例1：
本实例中，具体采用的各组分的质量百分含量如下：
| 去离子水 | 69% |
| AC-629 | 25% |
| Brij-721 | 4.5% |
| 乙二醇 | 1.2% |
| KOH | 0.25% |
| Na2S2O5 | 0.05% |
具体操作步骤如下：
1）在500mL的高压反应釜内按上述比例加入各种反应原料，所有反应原料的质量总和350g，紧固釜盖密封；
2）向釜体内通入高压氮气，使其压力升至6.0MPa；缓慢升温至150℃的同时低速搅拌；此时压力为10.5MPa；
3）将温度保持在150±5℃，相应的压力为10.5±0.5MPa，以500转/min的速度搅拌1.0h即可；
4）乳化完成后，打开冷却水，使体系的温度快速下降至50℃（≥10℃/min），打开高压釜的放空阀卸至常压，开盖，出料，即可得到目标产品。
该OPE乳液的固含量为31%，平均粒径35nm，粘度30 mPa·S，外观为泛淡黄色光的半透明乳液。该乳液经转速为3000rpm的离心测试后，没出现分层现象；常温下放置半年后，无沉淀或分层现象。
实例2：
本实例中，具体采用的各组分的质量百分含量如下：
| 去离子水 | 61.4% |
| AC-629 | 31.0% |
| AEO-9 | 6.0% |
| 丙三醇 | 1.0% |
| KOH | 0.5% |
| Na2S2O5 | 0.1% |
具体操作步骤如下：
1）在500mL的高压反应釜内按上述比例加入各种反应原料，所有反应原料的质量总和350g，紧固釜盖密封；
2）向釜体内通入高压氮气，使其压力升至2.0MPa；缓慢升温至140℃的同时低速搅拌；此时压力为4.5MPa；
3）将温度保持在140±5℃，相应的压力为4.5±0.5MPa，以800转/min的速度搅拌1.0h即可；
4）乳化完成后，打开冷却水，使体系的温度快速下降至50℃（≥10℃/min），打开高压釜的放空阀卸至常压，开盖，出料，即可得到目标产品。
该OPE乳液的固含量为39%，平均粒径98nm，粘度122 mPa·S，外观为泛淡黄色光的半透明乳液。该乳液经转速为3000rpm的离心测试后，没出现分层现象；常温下放置半年后，无沉淀或分层现象。
实例3：
本实例中，具体采用的各组分的质量百分含量如下：
| 去离子水 | 55% |
| AC-629 | 37% |
| Tween-60 | 5.5% |
| 二甘醇 | 1.5% |
| KOH | 0.8% |
| Na2S2O5 | 0.2% |
具体操作步骤如下：
1）在500mL的高压反应釜内按上述比例加入各种反应原料，所有反应原料的质量总和350g，紧固釜盖密封；
2）向釜体内通入高压氮气，使其压力升至8.0MPa；缓慢升温至135℃的同时低速搅拌；此时压力为12.5MPa；
3）将温度保持在135±5℃，相应的压力为12.5±0.5MPa，以400转/min的速度搅拌0.5h即可；
4）乳化完成后，打开冷却水，使体系的温度快速下降至50℃（≥10℃/min），打开高压釜的放空阀卸至常压，开盖，出料，即可得到目标产品。
该OPE乳液的固含量为45%，平均粒径198nm，粘度255 mPa·S，外观为泛淡黄色光的半透明乳液。该乳液经转速为3000rpm的离心测试后，没出现分层现象；常温下放置半年后，无沉淀或分层现象。
通过改变乳化条件如乳化压力、非离子型乳化剂和助剂的用量、搅拌速度、乳化时间，可将产品的平均粒径控制在35~200nm之间，而乳液的外观随其平均粒径的变化而呈现的颜色稍有差别；乳液的粘度亦随其固含量的变化而有所变化。总而言之，上述实例仅是本发明的较佳实施例子，而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明的技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容做出些许更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，仍属于本发明技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种以单一乳化剂制备非离子型氧化聚乙烯蜡乳液的方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：
（1）按一定的质量配比在高压反应釜中加入氧化聚乙烯蜡即AC-629、非离子型乳化剂、乳化助剂、氢氧化钾、焦亚硫酸钠和去离子水后，加盖密封；其中，各组分的质量百分含量分别是：去离子水是55～69%，氧化聚乙烯蜡是25～39%，非离子型乳化剂是4.5～6.5%，乳化助剂是0. 5～1.5%，氢氧化钾是0.2～1.0%，焦亚硫酸钠是0.05～0.2%；
（2）通入高压氮气，使釜内压力升至1.0～12.0MPa，然后缓慢升温至130～150℃，温度达到平衡后，釜内的压力为1.5～17.0Mpa；
（3）釜内的温度和压力达到平衡后，以200～800转/min的速度搅拌0.5～1.5h；
（4）乳化完成后，打开冷却水，保持原有的搅拌速度，使体系的温度快速下降至40～50℃，打开放空阀卸至常压，开盖、出料，即得到目标产品。
2.根据权利要求1所述的以单一乳化剂制备非离子型氧化聚乙烯蜡乳液的方法，其特征在于：所述非离子型乳化剂是聚氧乙烯(20)失水山梨醇单油酸酯即Tween-80、聚氧乙烯(20)失水山梨醇单硬脂酸酯即Tween-60、聚氧乙烯(20)失水山梨醇单棕榈酸酯即Tween-40、聚氧乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸酯即Tween-20、聚氧乙烯(21)硬脂醇醚即Brij721、聚氧乙烯(10)油醇醚即Brij96/97、聚氧乙烯(20)油醇醚即Brij98/99、聚氧乙烯(20)鲸蜡醇醚即Brij58、聚氧乙烯(23)月桂醇醚即Brij35、聚乙二醇 400 单硬脂酸酯即PEG400MS、聚乙二醇 400 单月桂酸酯即PEG400ML、聚乙二醇 400 单油酸酯即PEG400MO、聚乙二醇 600 单油酸酯即PEG600MO、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7、AEO-9、AEO-15和OS-15中的一种。
3.根据权利要求1所述的以单一乳化剂制备非离子型氧化聚乙烯蜡乳液的方法，其特征在于：所述乳化助剂是乙二醇、丙三醇、二甘醇、二甘油、丁二醇、正丁醇、正戊醇、正辛醇、聚乙二醇200、聚乙二醇400和聚乙二醇600中的一种。
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