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TS—80乳化剂的研究一、 前言 茶皂素(Tea Sajponin)是由山茶科植物种子中提取出来的一类醣甙化合物，是一种性能优异的自然外貌活性剂。凭证文献报道，它具有乳化、疏散、湿润等方面的效果。早在1924年Holmes等人就凭证他们的研究提出，茶皂素是一种水包油型的乳化剂。因此它是制造水油乳化剂，尤其是水包油型（O/W）乳剂的极好质料，在轻纺、化工等部分有着普遍的用途。茶皂素的研究与使用事情近年来已有很大的希望。在有关部分重视和支持下，茶皂素的工业产品试制乐成，并由浙江东方茶业科技有限公司常山分公司投入规�；�。 提取茶皂素的资源在我国相当富厚，它的使用可为国家节约大宗的油脂资源，尤其是食用油脂。有不少工业用的外貌活性剂是以油脂为基实质料制成的，以我人造板工业用的石腊乳化剂油酸铵为例，其主要成份就是油酸。油酸是从植物油脂中提取出来的一种不饱和脂肪酸 ，在一样平常植物油脂中含量，低的在30%左右，多则亦只有50%，也就是说，生产1吨油酸至少需要消耗2~3吨的植物油脂。凭证现在纤维板生产的古板施胶工艺，生产每吨纤维板的油酸用量为2.5公斤，以次盘算，一个年产量为4000吨的纤维板厂，每年需用油酸达10吨，相当于要消耗20~30吨的植物油脂，这是一个十分可观的数字。现实上在各厂使用的油酸并不是纯粹的油酸，而是一种混淆脂肪酸，除了油酸以外还含有大宗的饱和脂肪酸和一些不皂化物，以是不少纤维板厂只管油酸用量增添，仍然达不到应有的效果。 使用油酸——氨水作为石蜡乳化剂的要领，是一种老式的古板要领。据现在纤维板生产部分反应，其中问题不少。一方面油源难题，其次用油酸铵制成的石蜡乳化液，安排历程中都会爆发差别水平的析水征象，别的温度在40℃以上破乳难题，在气温较高的夏日，一样平常制品板的吸水率较高，影响产品质量。在工艺操作上，由于油酸铵制备历程中氨气的挥发，污染情形也影响工人康健，这些都是它的缺乏之处。以是近年来有不少纤维板厂想法刷新施胶工艺，以求降低本钱、提高质量以及镌汰情形污染。例如改用油酸铵为油酸钠；用胰子粉等作乳化剂取代油酸铵，但其效果均不睬想。 为此，中国农科院茶叶研究所开展了茶皂素石蜡乳化剂的研究，并与浙江东方茶业科技有限公司常山分公司协作，举行了生产试制和应用实验，效果优异。从放样生产的256吨纤维板抽样检查效果来看，比用原工艺产品有所提高，乳化剂质量稳固，消除了氨臭的污染，受到操作工人的接待。兹将有关情形整理如下： 二、 质料与要领 1、皂素乳化剂：商品名称为“TS—80乳化剂”，由东茶科技常山分公司生产。 2、混淆脂肪酸：由茶叶研究所实验室从油茶油制备，内含油酸70%，亚油酸12%，饱和脂肪酸18%。 3、油酸：临安纤维厂提供的工业油酸。 4、胰子粉：杭州万里化工厂生产的民用胰子粉，有用因素为烷基苯磺酸钠。 5、氨水：小样实验用化学纯氢氧化铵（含氨25~28%）；大样用临安化肥厂生产的农用氨水，含氨量不详。 6、木料纤维：由临安纤维板厂提供的，天目山区所产的黄交藤及马尾松枝梢，质料较差，属生产纤维板的下等质料。 7、切片：鼓风式切片机。 8、粗磨：压力18kg/cm2，浆料温度160-170 ℃。 9、精磨：压力16-18kg/cm2，浆料温度20-30 ℃。 10、施胶：熔点58-60℃的工业用洋蜡；硫酸铝含量为40-50%工业用硫酸铝。 11、破乳率测定：接纳中国农科院茶叶研究所刷新的破乳率测定要领——二甲苯萃取法。 12、纤维板制品质量判断测定项目：吸水率、容积重、静曲强度等均按纤维板工业统一的部颁标准要领举行。 13、乳化剂质量判断项目如下： 乳化效果：接纳乳状液显微照相纪录。 析水度、外貌结皮度等，均按纤维板工业统一要领举行测定。 三、 效果与讨论 植物纤维是一种亲水性的质料，它在压制成型以后，纤维与纤维之间具有较多的孔隙，一经吸水吸湿�；嵋鹣宋灞湫�，影响应用规模和使用的寿命。 为了提高纤维板的防水性能，就必需把一种疏水性子料匀称地加入到纤维浆料中去，这是纤维板生产历程中必不可少的一个工序，称为“施胶”。现在纤维板生产使用的防水质料主要是石蜡，由于它的防水性能好，货源富厚而被普遍接纳。可是石蜡是一种性子极不生动的碳氢化合物，它既不溶于水，也不皂化，因此使用时必需加入乳化剂，使其疏散成细小的颗粒，制成稳固的水包油（O/W）型乳液，在纤维板成型前匀称加入到浆料内，再经沉淀剂破乳，使石蜡与木纤维粘合在一起。故施胶效果除了与纤维自己的性子、浆料温度、pH值崎岖等多方面的因素有关外，其中主要由防水剂的乳化与破乳两个历程的优劣决议。而乳化与破乳则决议于乳化剂自己的性子。 生产上对石蜡乳化液的要求有两点，一是乳液稳固性好，即制备好的乳液安排历程中，上层结皮度与下层析水度要��；二是沉淀剂混淆势垩归要快，这样才华充分验展施胶的效果。试验就乳化和破乳二个方面临茶皂素石蜡乳化剂举行了研究，并与生产上使用过的几种乳化剂作较量。 1. TS—80乳化剂与常用乳化剂对石蜡乳化效果的较量 接纳实验室小样法，对油酸铵、油酸钠、混淆脂肪酸、胰子粉与茶皂素五种乳化剂举行较量，除TS—80乳化剂以外，其余四种配方均按有关资料先容，详细配方及制备要领见表1。 表1 石蜡乳化剂制备的配方及操作条件
五种乳化液，从外表视察，除TS—80石蜡乳化剂与油酸铵——石蜡乳化液以外，其余三种较量容易分层，特殊最后两组更易析水。而茶皂素——石蜡乳化液与油酸铵——石蜡乳化液相比，前者的稳固性更好。为寻找其缘故原由，举行了乳化液结构较量，图1即为微粒结构的显微照相纪录，放大倍数为10×24。 从微粒视察批注，这五种乳化剂所形成的乳化液基本为O/W型，然而所形成的微粒无论在形状或粒子巨细方面都显然差别，各有其特点。其中TS—80乳化液的微粒最小，形如芝麻，粒子巨细和漫衍都很是匀称；油酸铵所形成的颗粒显着大于TS—80乳液的颗粒，微粒呈非球形的密堆乳状液，粒子粗细不等，可是乳液呈均相；油酸钠类似于油酸铵，但易析水；混淆脂肪酸铵所形成的乳液，从切片上即反应出是不均相的 ，无论颗粒巨细、形状都无一定的纪律；胰子粉—石蜡乳液为不匀称液珠（即球形）的密堆状乳液，液珠巨细相差悬殊。从上述的显微结构不难看出，为什么差别的乳化液会泛起差别的粉层、析水征象。 凭证Stokes的乳状液液珠沉降速率理论剖析 2gr2（d1－d2）
9η 式中：u——液珠沉降速率 g——重力常数 r——液珠的半径 d1——液珠（即疏散相的油相）的密度 d2——液珠（即一连相的水相）的密度 η—为液体的粘度 在疏散相和一连相均为相同质料时，分层速率主要与粒子半径有关。在O/W型乳状液中，油的密度d1一样平常小于水的密度d2，故体现为油珠上升。TS—80石蜡乳化液的液体半径最小，这可能是它稳固性好的一个主要缘故原由。因此从乳化角度思量，TS—80乳化剂优于其它四种乳化剂。 2. TS—80石蜡乳化剂的破乳效果 乳化试验说明，TS—80乳化剂对石蜡乳化效果优异。然而应用于纤维板生产，还要求它与沉淀剂相遇时，破乳要快，才利于施胶效果的施展。 古板工艺种选用的沉淀剂为硫酸铝，由于六个配位的铝化物，它除有调理酸碱作用之外，又能按配位关系，使纤维素、石蜡及树脂等物质，附着于Al+++ 的周围。因此试验仍接纳现在通用的硫酸铝。并以油酸铵—石蜡乳化液做比照，举行TS—80石蜡乳化液的破乳速率与破乳率的测定。 一个疏散相的聚沉是由两个历程形成的。第一阶段称之为“絮凝”，即疏散相的液珠群集成小“团”，但各液珠皆仍保存，因此经常是可逆的。这些“团”进一步合成一个大“团”，导致第二阶段“聚结”历程的爆发，此历程是不可逆的。液珠数目减小，最后乳状液完全破损，即通常称之为“破乳”。从外表来看，在“絮凝”阶段虽已最先破乳，但整个系统仍呈均相，在第二阶段中，大宗颗粒浮于外貌，乳液逐渐透明。因此破乳速率的测定要领，只要纪录乳液加入沉淀后两个历程所泛起的时间。 破乳测定要领按纤维板工业统一要领举行。即1ml10%的石蜡乳化液，置于盛有100ml水的250ml烧杯中，加入0.4ml5%沉淀剂，记时测定。从试验中发明，破乳的效果除了与乳化剂自己的性子有关以外，与沉淀剂的浓度、水质及温度等等多种因子有关（详见表2、3、4及图2）。 表2 在蒸馏水中差别硫酸铝浓度对破乳速率的影响 (温度条件：恒温45℃)
表3 自来水中差别硫酸铝浓度的破乳速率 (温度条件：恒温45℃)
表4 温度对破乳速率的影响 (硫酸铝浓度为5%)
从上述种种条件较量效果，概略可以看出以下几个方面： 第一：当温度达45℃时，TS—80石蜡乳化液破乳速率快于油酸铵—石蜡乳化液。在这样的条件下，油酸铵—石蜡乳化液在蒸馏水中，纵然AL2（SO4）3浓度提高至15%，也不爆发聚结征象，在自来水中也只有少少量块状析出。 第二：统一种乳化液的破乳也因水质、沉淀剂浓度而异。在自来水中快于蒸馏水中，提高沉淀剂浓度有加速破乳的趋势。 第三：破乳与温度有亲近关系。TS—80石蜡乳化液的破乳受温度影响较小，而油酸铵石蜡乳化液受温度影响就较大，特殊当温度在40℃以上时只能爆发絮凝而无聚结，基础不可破乳，两种乳化液相比，前者的破乳显着优于后者。 第四：乳化剂的酸碱度对浆料的酸碱度影响不大。TS—80乳化剂为中性，油酸铵乳化剂为弱碱性，然而稀释成5%的石蜡乳化液放入浆料后，它们的浆料pH都在5.4—5.8。实验以为对浆料酸碱度起主要作用的沉淀剂的加入量，硫酸铝应用浓度越高，浆料的酸度越大。在没有纤维素的水中，破乳后的pH值规模为3.8—4.4，若有纤维素保存，pH值可提高至4.5—5.0。这些情形说明纤维素自己对酸碱度的改变具有一定的缓冲作用。 TS—80石蜡乳化液不但破乳效果优异，并且破乳后的石蜡微粒极易为纤维素所吸附。从表5所列的浆料破乳速率可以看出，在浆料内的破乳瞬间即可完成。 表5 石腊乳化剂在浆料中的破乳速率 （水质：自来水，温度条件：45℃，纤维浓度：1%）
上述破乳速率只是破乳效果的一个方面,还不可体现量的关系。破乳是否完全，最终决议于破乳率，为此举行了破乳率的测定。 试验首先按纤维板工业统一要领举行，在试验中发明此法重复误差太大，无可比性，由于纱布孔隙太大，特殊灯垩归只泛起絮凝而无聚结时，颗粒细小，过滤时微粒所有通过孔隙，无法测定破乳率，后改用滤纸过滤，然后随之爆发的问题是破乳后的滤饼重量，反而高于原来石腊乳化液的石腊加入量，缘故原由是滤饼中吸附了沉淀剂。为此，试验重新设计了一套用二甲苯萃取石蜡的破乳率测定法，阻止了一切其它物质（包括乳化时的乳化剂，破乳后的沉淀剂）滋扰，其要领的主要原理是使用二甲苯只消融石蜡而不消融其它物质，测出1ml乳化液中石蜡含量与破乳后的溶液中未破乳的石蜡绝对含量，从而盘算出破乳率（详细的操作要领另文专题总结）。 按此法举行破乳率的测定，虽然操作繁复一些，可是滋扰少，可比性强。表6枚举了接纳该法测定的效果。 表6 破乳率的较量
从测定效果批注，在相同的操作条件下，TS—80石蜡乳化液的破乳率高于油酸铵石蜡乳化液。似乎有这种趋势，TS—80石蜡乳液破乳与沉淀剂浓度关系大些；而油酸铵的石蜡乳液受温度影响更大些。现在生产上所用的AL2SO3浓度一样平常在8~10%，对TS—80石蜡乳液的破乳是完全合适的。通过多次温度试验，两种乳化液的破乳率在30℃左右较量相宜，温度再提高对油酸铵乳化液破乳率影响较大，甚至基础不可破乳，这在现实生产上是个无法战胜的矛盾。 3.TS—80乳化剂的质量判断 前面就TS—80乳化剂的乳化能力、破乳速率、破乳率等方面作了详细的叙述，同时与常用的乳化剂作了较量。可是，国家对种种乳化剂的质量都有一个统一的指标，以便确定该种乳化剂的品级。 为此，实验参照国家标准，对TS—80乳化剂举行了质量评定，同时与油酸铵石蜡乳化剂作了较量。即先将两种乳化剂制成含石蜡量为10%的乳液，静置24小时后，划分视察乳液的外貌结皮度和下层析水度，所得效果列于表7。 表7 TS—80乳化剂质量级别判断
凭证现行划定的分级标准，外貌结皮度在1mm以下，下层析水度在5%以下，即为一级乳化剂。以表7的效果可以确定，TS—80乳化剂抵达部颁一级乳化剂标准。 四、 生产性使用判断 在实验研究的基础上，由浙江临安纤维板厂举行了生产性使用判断，以确定TS—80乳化剂的使用性能。凭证小样试验确定的配方（见表8）及操作条件放大样： 表8 TS—80乳化石蜡工艺、配方及条件
举行了三次放样试验，共消耗TS—80乳化剂560公斤，产板265吨。并与古板的油酸铵工艺生产的纤维板举行了较量，抽样磨练效果见表9。 表9 纤维板制品质量较量
从表9所列的数据中可以显着看出，在同样质料（黄交藤）的条件下，TS—80乳化剂制成的纤维板各项质量指标都优于油酸铵。特殊是与乳化剂性能直接有关的吸水率一项，用TS—80乳化剂制成的纤维板吸水率平均为19.5%，抵达部颁一等品标准。班组产量抽样检查效果，平均产板的一等品率达91%，切合使用标准。 五、 结语 我国大规模生产纤维板始于六十年月前后，生产历史不长，但生长很快。近年来，除林业系统所属纤维板厂外，在二轻系统和社办企业中又生长了一些新厂，预计现在年产量约40万吨左右。就纤维板质量来说也很不平衡，虽然因素许多，其中纤维板的吸水率偏高是当宿世产中普遍保存的问题。凭证有关报导，一样平常吸水率在25.30%左右，尤其是夏秋季生产的纤维板情形更为突出，主要是由于接纳油酸铵乳化剂所制备的乳化液在高温下不可破乳所致，这就是最近几年来不少纤维板厂着手刷新现行的古板施胶工艺和改用其他乳化剂的主要缘故原由。 由于茶皂素是一种自然外貌活性剂，以是具有合成外貌活性剂无法具备的优点，它的外貌活性不受水质和硬度的影响。 凭证我们历时一年的重复试验和生产判断，可以明确如下几个方面： 1. TS—80乳化剂的乳化力强，疏散性好，其乳液能经恒久存放而不分层。外貌结皮度0.2mm，下层吸水度在1.5%以下，完全抵达部颁标准一级乳化剂的指标。 2. 简化操作工艺，使用利便；消除了古板工艺中氨气的污染，改善了劳动条件，有利于情形�；�。 3. 用TS—80乳化剂制成的乳液容易破乳，尤其是相宜的破乳温度规模较量宽是它的优点。而接纳油酸铵制成的石蜡乳液，其破乳受到温度的限制，在本实验条件规模内，温度达0℃以上时，按现在生产上所用的石蜡用量与配比（17公斤石蜡配成5%石蜡乳液340公斤注入70~100吨纤维浆料中）就难以破乳。以是一样平常纤维板生产到了夏秋季节质量都要差些，突出矛盾就是防水性能差。从这一点来讲，TS—80乳化剂优于油酸铵乳化剂，有利于纤维板的夏秋季生产。 4. 接纳TS—80乳化剂制成的制品板质量稳固，防水性能好，在原质料为黄交藤下等质料的情形下，平均吸水率为19.5%左右，其板材防水性能显著地优于油酸铵乳化剂制成的板材的防水性能，抵达部颁一等品的标准。 5. 接纳TS—80乳化剂还可以为国家节约大宗的食用油脂，仅以临安纤维板厂生产4000吨纤维板盘算，改用TS—80乳化剂后，每年可以节约油酸10吨，相当于20~30吨植物油�；菇谠寂┯冒彼�15吨。若以整个纤维板行业来统计，这是一个非�？晒鄣氖�。 6. 提取茶皂素是资源富厚。若按浙江茶籽年产50万担盘算，约可产现在所用规格的TS—80乳化剂5000吨，可供生产纤维板200万吨左右�？杉试吹母缓�，也就是说货源可靠。 关于纤维板生产来说，制品质量的优劣是多种因素综合影响的效果，而施胶工艺是其中的一个方面。能够影响施胶效果的因子许多，除了与防水剂的制备、用量、施胶装备的性能以及沉淀剂的用量等等有关外，其它工艺条件的影响亦很达，木料质量的影响尤为显著，因此施胶效果的充分验展必需有其它工艺条件相配合。TS—80乳化剂为一种新型的自然外貌活性剂应用于纤维板工业还仅仅是最先，象任何一种新的工业产品一样，还会在实践中进一步生长、提高、使之越发完善。我们恳切地希望有关方面的专家和现实事情者，提着名贵意见，以便刷新。 |
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