CN109929122A - 一种固体颗粒分散于水中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体颗粒分散于水中的方法，形成的分散液包括高级脂肪醇、脂肪酸酯、烃类物质、分散剂、消泡剂、增稠剂和水等组份。通过球珠的研磨，将分散剂吸附在固体颗粒的表面，从而形成稳定的分散液。这种制备方法不涉及到高温和快速降温过程，极大地降低了生产能耗，可以用于生产防水剂、脱模剂、隔离剂和消泡剂。

Description

一种固体颗粒分散于水中的方法

技术领域

本发明涉及一种固体颗粒分散于水中的方法，可用于制造蜡乳液、固体脂肪醇乳液，属于精细化工制剂技术领域。

背景技术

固体颗粒分散于水中形成的分散液在国民经济中有很多重要的领域，例如根据用途的不同，将不同熔点的蜡分散于水中制成防水剂、隔离剂、脱模剂；再如造纸湿部化学中的泡沫控制剂也是将高级脂肪醇、蜡分散于水中形成的脱气剂。因此，固体颗粒分散于水中的技术是一项重要的技术。

国内外也有很多公司和学者在研究这种分散液的制备方法：专利201810515487.5介绍了蜡乳液添加剂的制备方法，用异构十三醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂在120~130℃搅拌混合2~3h，冷却至室温，即得蜡乳液添加剂；专利201410016131.9介绍了在80~90℃条件下用聚醚多元醇、烷基酚聚氧乙烯醚、多元醇脂肪酸酯和碱金属的脂肪酸盐混合分散剂分散固体石蜡，形成了石蜡乳液。US5744066A介绍的是用烷基酚聚氧乙烯醚分散高级脂肪酸酯和脂肪醇制备造纸脱气剂；专利CN1781574A介绍了合成脂肪醇乳液的制备方法，它用异构伯醇与环氧乙烷形成的聚醚作为高级脂肪醇的乳化分散剂。US5744066介绍用辛基酚聚氧乙烯醚以及硫酸化物作为乳化剂乳化分散高级脂肪醇和脂肪酸酯等的混合物。US5807502介绍用C6~18的1,2-二醇与环氧乙烷加成产物作为乳化脂肪醇的乳化剂。专利CN102300612B和US4225456A介绍的是用烃和酰胺类物质混合熔化、快速冷却的方法制备脱气分散液，这类产品在使用过程中会发生沉积，形成二噁英，影响环境和纸机的正常运行。

这些专利有个共同的工艺特征：即在高温条件下乳化分散，然后再通过快速降温方法得到所需要的乳液，工艺实现需要投入极大的能耗。从理论上说，应该是让熔化成液体的固体颗粒以很快的速度通过熔点温度，这样能形成悬浮于水体中不易聚集的细小微粒，这种分散液储存稳定。但是，实际过程中，由于不同熔点的物质复配在一起，而且每次生产时的降温速度得不到很好的控制，最终的产品在储存过程中很容易变成膏状，影响用户的使用。

本发明通过借助于球珠的研磨作用将分散剂吸附在固体微粒的表面，将制备分散液的温度从目前的高温80~120℃降低成40℃以下，大大降低了能耗，这种方法得到的分散液储存比较稳定，性能优异。

发明内容

本发明改变了以往固体颗粒分散于水中的工艺，通过球珠研磨的方法将分散剂吸附在固体颗粒的表面，解决了快速降温的问题，得到了稳定性较好的分散液。

技术方案

本发明涉及到的一种固体颗粒分散于水中的方法，其特征在于通过球珠的研磨方法将分散剂吸附在固体颗粒的表面，形成稳定的分散液。分散液的成分包括高级脂肪醇、脂肪酸酯、烃类物质、分散剂、消泡剂、增稠剂和水；

A、高级脂肪醇

所述的高级脂肪醇为C12~C30的支链或直链的一元醇，包括合成脂肪醇和天然脂肪醇，如十二碳醇、十四碳醇、十六碳醇、十八碳醇、二十碳醇、二十二碳醇、二十四碳醇、二十六碳醇、二十八碳醇、三十碳醇，这些脂肪醇单独使用或以任意比例混合使用。其中高级脂肪醇的用量占分散液总质量的3~20%。

B、脂肪酸酯

所述的脂肪酸酯是由碳原子数12~22的脂肪酸与碳原子数1~18的脂肪醇反应的单酯或多酯。所述的脂肪酸包括十二碳酸、十四碳酸、十六碳酸、十八碳酸、二十碳酸、二十二碳酸；所述的脂肪醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、己醇、庚醇、新春、癸醇、十二碳醇、十四碳醇、十六碳醇、十八碳醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇、山梨醇、葡萄糖。

所述的脂肪酸酯的用量占分散液总质量的2~10%。

C、烃类物质

所述的烃类物质指的是室温条件下固体或液体的由碳和氢元素组成的一类物质，包括白油、环烷油、液体石蜡、基础油、橡胶防护蜡、石蜡、微晶蜡、蜜蜂蜡、褐煤蜡、巴西蜡、矿地蜡、地蜡、蒙旦蜡、费托蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、小烛树蜡、卡那巴蜡。

所述的烃类物质单独或以任意比例混合使用，用量占分散液总质量的3~15%。

D、分散剂

所述的分散剂属于表面活性剂，包括非离子分散剂和阴离子分散剂。

非离子分散剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、直链脂肪醇聚氧乙烯醚、仲醇聚氧乙烯醚、支链仲醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚乙二醇、聚醚改性聚硅氧烷、聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸类。

阴离子型分散剂包括烷基硫酸盐、磺酸盐、脂肪酸或脂肪酸酯硫酸盐、羧酸皂类、磷酸酯，具体地如十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二苯醚二磺酸钠、十二烷基磷酸钠。

阴离子分散剂和非离子分散剂单独使用或复配使用，优选复配使用。

所述的分散剂的用量占分散液总质量的0.5~3%。

E、消泡剂

所述的消泡剂用于消除产品形成过程中的泡沫，选用有机硅消泡剂，用量为分散液总量的0.1~0.5%。

F、增稠剂

所述的增稠剂用于稳定所形成的分散液。增稠剂包括天然的和合成的，包括汉生胶、瓜尔胶、卡波姆、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、碱溶胀聚丙烯酸酯类、聚丙烯酰胺。增稠剂的用量占分散液总质量的0.5～3%。

G、水

水为分散介质，其用量决定着乳液的固含量，用量占分散液总质量的60～90%。

长期储存时需要加入杀菌剂和防腐剂，如卡松、BIT、山梨酸钾等。

一种固体颗粒分散于水中形成的分散液的制备方法如下：

（1）保持体系温度小于20℃的情况下，将规定用量的高级脂肪醇、脂肪酸酯、烃类物质中的固体颗粒通过强烈剪切设备先分散成直径小于1mm的微粒，得到固体混合物Ⅰ；

（2）将上述得到固体混合物Ⅰ，高级脂肪醇、脂肪酸酯和烃类物质中的液体部分，全部分散剂和部分水加入到球磨设备中，低速搅拌，形成能搅拌起来的固液混合物Ⅱ；

（3）向上述的固液混合物Ⅱ中加入直径为0.6~1.0mm的球珠和消泡剂，保持体系温度不超过40℃提高转速至1000~5000rpm，研磨10~30min；然后再向体系中加入部分水，使得分散液的固含量为40~50%，并加入直径为0.3~0.6mm的球珠，再继续研磨20~100min；

（4）最后向得到的分散液中加入剩余的水，将球珠滤出后用增稠剂调节分散的粘度，即得到本发明的目标分散液。

具体实施方式

实施例1

保持体系温度15℃的情况下，将3份十八醇、3份硬脂酸月桂醇酯、4份70#微晶蜡用高速粉碎机先分散成直径小于1mm的微粒，得到固体混合物Ⅰ；

将5份68#白油、10份上述得到固体混合物Ⅰ、0.3份仲醇聚氧乙烯醚（30）、0.3份十二烷基磷酸钠和10份水加入到球磨设备中，保持转速为200rpm搅拌，形成能搅拌起来的固液混合物Ⅱ；

向上述的固液混合物Ⅱ中加直径为0.6~1.0mm的球珠和0.1份消泡剂，保持体系温度30±2℃提高转速至1000rpm，研磨10min；然后再向体系中加入13.5份水，使得分散液的固含量为40%，并加入直径为0.3~0.6mm的球珠，再继续研磨100min；

最后向得到的分散液中加入剩余的60份水，将球珠滤出后用0.8份丙烯酸酯增稠剂调节分散的粘度为590mPa·s，即得到本发明的目标分散液E1。

实施例2

保持体系温度18℃的情况下，将20份二十二醇、3份硬脂酸季戊四醇酯、3份石蜡用高速粉碎机先分散成直径小于1mm的微粒，得到固体混合物Ⅰ；

将26份上述得到固体混合物Ⅰ、1份支链仲醇聚氧乙烯醚（20）、0.8份平平加O-25、1.2份NNO、和15份水加入到球磨设备中，保持转速为450rpm搅拌，形成能搅拌起来的固液混合物Ⅱ；

向上述的固液混合物Ⅱ中加入直径为0.6~1.0mm的球珠和0.3份消泡剂，保持体系温度20±2℃提高转速至3000rpm，研磨25min；然后再向体系中加入13.7份水，使得分散液的固含量为50%，并加入直径为0.3~0.6mm的球珠，再继续研磨40min；

最后向得到的分散液中加入剩余的41份水，将球珠滤出后用1份卡波姆增稠剂调节分散的粘度为740mPa·s，即得到本发明的目标分散液E2。

实施例3

保持体系温度10℃的情况下，将10份十二醇、9份棕榈酸十八醇酯、3份橡胶防护蜡用高速粉碎机先分散成直径小于1mm的微粒，得到固体混合物Ⅰ；

将6份烷基苯、22份上述得到固体混合物Ⅰ、1.2份辛基酚聚氧乙烯醚（30）、0.8份AES和15份水加入到球磨设备中，保持转速为100rpm搅拌，形成能搅拌起来的固液混合物Ⅱ；

向上述的固液混合物Ⅱ中加入直径为0.6~1.0mm的球珠和0.5份消泡剂，保持体系温度35±2℃提高转速至5000rpm，研磨30min；然后再向体系中加入14.5份水，使得分散液的固含量为50%，并加入直径为0.3~0.6mm的球珠，再继续研磨20min；

最后向得到的分散液中加入剩余的39.8份水，将球珠滤出后用0.2份汉生胶调节分散的粘度为349mPa·s，即得到本发明的目标分散液E3。

实施例4

保持体系温度15℃的情况下，将4份十八醇、3份二十醇、2份月桂酸季戊四醇酯、2份硬脂酸季戊四醇酯、10份褐煤蜡用高速粉碎机先分散成直径小于1mm的微粒，得到固体混合物Ⅰ；

将3份基础白油、3份烷基苯、21份上述得到固体混合物Ⅰ、1.5份聚氧乙烯醚聚氧丙烯醚共聚物、0.8份十二烷基二苯醚二磺酸钠和14份水加入到球磨设备中，保持转速为450rpm搅拌，形成能搅拌起来的固液混合物Ⅱ；

向上述的固液混合物Ⅱ中加入直径为0.6~1.0mm的球珠和0.3份消泡剂，保持体系温度28±2℃提高转速至2000rpm，研磨25min；然后再向体系中加入15份水，使得分散液的固含量为50%，并加入直径为0.3~0.6mm的球珠，再继续研磨75min；

最后向得到的分散液中加入剩余的41份水，将球珠滤出后用0.4份羟乙基纤维素调节分散的粘度为530mPa·s，即得到本发明的目标分散液E4。

实施例5

保持体系温度18℃的情况下，将3份Nafol 20+、10份乙二醇双硬脂酸酯、13份聚乙烯蜡用高速粉碎机先分散成直径小于1mm的微粒，得到固体混合物Ⅰ；

将2份液体石蜡、26份上述得到固体混合物Ⅰ、1份正辛醇聚氧乙烯醚（20）、1份十二烷基苯磺酸钠和16份水加入到球磨设备中，保持转速为500rpm搅拌，形成能搅拌起来的固液混合物Ⅱ；

向上述的固液混合物Ⅱ中加入直径为0.6~1.0mm的球珠和0.3份消泡剂，保持体系温度20±2℃提高转速至3600rpm，研磨30min；然后再向体系中加入26.3份水，使得分散液的固含量为45%，并加入直径为0.3~0.6mm的球珠，再继续研磨60min；

最后向得到的分散液中加入剩余的2.7份水，将球珠滤出后用0.5份丙烯酸增稠剂调节分散的粘度为674mPa·s，即得到本发明的目标分散液E5。

实施例6

保持体系温度15℃的情况下，将2份Nafol 20+、2份十八醇、5份正二十二醇、2份硬脂酸季戊四醇酯、4份60#微晶蜡、5份橡胶防护蜡、5份费托蜡用高速粉碎机先分散成直径小于1mm的微粒，得到固体混合物Ⅰ；

将25份上述得到固体混合物Ⅰ、1份正辛醇聚氧乙烯醚（20）、2份NNO和14份水加入到球磨设备中，保持转速为500rpm搅拌，形成能搅拌起来的固液混合物Ⅱ；

向上述的固液混合物Ⅱ中加入直径为0.6~1.0mm的球珠和0.5份消泡剂，保持体系温度20±2℃提高转速至3600rpm，研磨30min；然后再向体系中加入13.5份水，使得分散液的固含量为50%，并加入直径为0.3~0.6mm的球珠，再继续研磨60min；

最后向得到的分散液中加入剩余的41份水，将球珠滤出后用3份聚乙烯醇0588调节分散的粘度为469mPa·s，即得到本发明的目标分散液E6。

对比例1

根据CN102600647A中制备方法制备脂肪醇乳液CE1，调节乳液的粘度为550mPa·s。

对比例2

按照US5744066例3的方法制备，得到的乳液CE2，调节乳液的粘度为670mPa·s。

分散液稳定性测试比较

将制备的固体分散液分成三份分别放置在5℃、25℃、40℃下1个月后恢复到常温测试乳液的粘度，结果见下表：

从上表可以看出：（1）利用本发明方法制备的固体颗粒于水中的分散液的粘度都比较稳定，这说明微颗粒表面都吸附了分散剂；（2）而对比例中通过快速降温方法制备的乳液的稳定性不好，粘度普遍变大。CE1一般可以接受，CE2的粘度太大，影响使用；（3）本发明方法不需要高温和快速降温工序，能大大降低能耗。

Claims (10)

1.一种固体颗粒分散于水中的方法，其特征在于，得到的分散液包含以下组份：

A、高级脂肪醇，所述的高级脂肪醇为C12~C30的支链或直链的一元醇，用量占分散液总质量的3~20%；

B、脂肪酸酯，所述的脂肪酸酯是由碳原子数12~22的脂肪酸与碳原子数1~18的脂肪醇反应的单酯或多酯；用量占分散液总质量的2~10%；

C、烃类物质，所述的烃类物质指的是室温条件下固体或液体的由碳和氢元素组成的一类物质，用量占分散液总质量的3~15%；

D、分散剂，所述的分散剂包括非离子有机分散剂和阴离子有机分散剂，它们单独使用或复配使用，用量占分散液总质量的0.5~3%；

E、消泡剂，所述的消泡剂选用有机硅消泡剂，用量为分散液总量的0.1~0.5%；

F、增稠剂，所述的增稠剂包括天然的和合成的，用量为分散液总质量的0.5～3%；

G、水，所述的水的用量决定着分散液的固含量，用量为分散液总量的60～90%；

一种固体颗粒分散于水中得到的分散液的制备方法如下：

（1）保持体系温度小于20℃的情况下，将规定用量的高级脂肪醇、脂肪酸酯、烃类物质中的固体颗粒通过强烈剪切设备先分散成直径小于1mm的微粒，得到固体混合物Ⅰ；

（2）将上述得到固体混合物Ⅰ，高级脂肪醇、脂肪酸酯和烃类物质中的液体部分，全部分散剂和部分水加入到球磨设备中，低速搅拌，形成能搅拌起来的固液混合物Ⅱ；

（3）向上述的固液混合物Ⅱ中加入直径为0.6~1.0mm的球珠和消泡剂，保持体系温度不超过40℃提高转速至1000~5000rpm，研磨10~30min；然后再向体系中加入部分水，使得分散液的固含量为40~50%，并加入直径为0.3~0.6mm的球珠，再继续研磨20~100min；

（4）最后向得到的分散液中加入剩余的水，将球珠滤出后用增稠剂调节分散的粘度，即得到本发明的目标分散液。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的高级脂肪醇包括合成脂肪醇和天然脂肪醇，这些脂肪醇单独使用或以任意比例混合使用。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脂肪酸酯中的脂肪酸包括十二碳酸、十四碳酸、十六碳酸、十八碳酸、二十碳酸、二十二碳酸。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脂肪酸酯中的脂肪醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、己醇、庚醇、新春、癸醇、十二碳醇、十四碳醇、十六碳醇、十八碳醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、季戊四醇、山梨醇、葡萄糖。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的烃类物质单独或以任意比例混合使用。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的烃类物质包括白油、环烷油、液体石蜡、基础油、橡胶防护蜡、石蜡、微晶蜡、蜜蜂蜡、褐煤蜡、巴西蜡、矿地蜡、地蜡、蒙旦蜡、费托蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、小烛树蜡、卡那巴蜡。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的非离子有机分散剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、直链脂肪醇聚氧乙烯醚、仲醇聚氧乙烯醚、支链仲醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚乙二醇、聚醚改性聚硅氧烷、聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸类。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的阴离子有机分散剂包括烷基硫酸盐、磺酸盐、脂肪酸或脂肪酸酯硫酸盐、羧酸皂类、磷酸酯类。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选非离子有机分散剂和阴离子有机分散剂复配使用。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的增稠剂选自汉生胶、瓜尔胶、卡波姆、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、甲基纤维素、碱溶胀聚丙烯酸酯类、聚丙烯酰胺。