本發(fā)明涉及一種粒徑小、分布窄、穩(wěn)定性好的基礎(chǔ)油納米級(jí)乳液及其低能高效的制備方法，屬于乳液的配方及制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

基礎(chǔ)油可用于稀釋、調(diào)和或溶解具有特定功能活性的化合物。基礎(chǔ)油包括礦物基礎(chǔ)油、合成基礎(chǔ)油及生物基礎(chǔ)油三大類。礦物基礎(chǔ)油如煤油、硅油、柴油等，大多由石油裂解加工得到，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。合成基礎(chǔ)油則是對(duì)石化產(chǎn)品進(jìn)行合成加工后獲得的基礎(chǔ)油，例如聚α-烯烴合成油、硅油等，是制備高檔潤滑油的常用基礎(chǔ)油。而生物基礎(chǔ)油從動(dòng)植物中萃取的一類非揮發(fā)性油脂，可潤滑肌膚，能直接用于肌膚潤按摩。在實(shí)際運(yùn)用中，基礎(chǔ)油常被制備成乳液，以提高其使用效率、增強(qiáng)效用、提高流動(dòng)性、增強(qiáng)滲透性、降低刺激性、降低成本。

工業(yè)上機(jī)械加工和金屬表面清洗需要使用大量基礎(chǔ)油，但油類由于易燃，在加工場所使用中存在安全隱患。另外基礎(chǔ)油相對(duì)成本較高，大量使用易對(duì)環(huán)境造成污染。因此人們常常把基礎(chǔ)油制備成水常規(guī)的納米乳液來使用，可以大大降低基礎(chǔ)油的用量，但仍能夠達(dá)到一定的優(yōu)良使用效果。工業(yè)生產(chǎn)中常規(guī)制備乳液的方法是把宏觀油相通過能量輸入細(xì)化為小液滴的至上而下的方法，如高速滴加攪拌法、高壓均質(zhì)法和超聲等。但這些方法逆勢制備，高耗能。且大部分輸入能量被轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式能量擴(kuò)散到了環(huán)境中，用于制造液滴大比表面積的能量利用率很低，因此其耗能相當(dāng)大。另外，所制備的乳液存在粒徑尺寸大、粒徑分布寬、粒徑穩(wěn)定性差、消耗大量表面活性劑等缺點(diǎn)，在使用效果上受到了限制。

工業(yè)上機(jī)械加工和清洗所用常規(guī)乳液會(huì)大量使用到含磷表面活性劑、烷基苯酚聚氧乙烯醚類表面活性劑、二乙醇胺、二乙醇酰胺、直鏈烷基苯、直鏈烷基苯磺酸和一些難降解的鹽類表面活性劑，帶來水質(zhì)富營養(yǎng)化、環(huán)境荷爾蒙增加、對(duì)人畜皮膚和眼睛具有刺激性、致癌等種種環(huán)境危害。世界各國相繼制定相關(guān)法規(guī)進(jìn)行限用或禁用，但在我國仍存在部分大量使用的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)境友好型基礎(chǔ)油納米級(jí)乳液配方及其制備方法，通過該制備方法和配方獲得的納米級(jí)乳液液滴粒徑小、分布窄、穩(wěn)定性高、所需乳化劑少、乳化劑易生物降解對(duì)環(huán)境無公害等優(yōu)異特點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：本發(fā)明所述的環(huán)境友好基礎(chǔ)油納米級(jí)乳液，按體積份數(shù)計(jì)，包括基礎(chǔ)油1份、環(huán)境友好型乳化劑0.1-4份、易溶于水和基礎(chǔ)油的有機(jī)溶劑9份，水10份。

進(jìn)一步的，所述的基礎(chǔ)油包括礦物油、燃油、硅油中任意一種。

進(jìn)一步的，所述的易溶于水和基礎(chǔ)油的有機(jī)溶劑為既能完全溶于水又能完全溶解基礎(chǔ)油的有機(jī)溶劑，優(yōu)選丙酮、四氫呋喃、乙醇、丙醇或丙三醇中任意一種或幾種。

進(jìn)一步的，所述的環(huán)境友好型乳化劑為兩親性化合物，能形成水包油型乳液，其hlb處于8~16。同時(shí)所述環(huán)境友好型乳化劑對(duì)環(huán)境無公害且可生物降解，包括聚醚類、聚酯類、聚酰胺類、多糖類或蛋白質(zhì)類兩親性嵌段共聚物、吐溫、平平加、烷基糖苷、糖脂、脂肽、脂蛋白、脂肪酸、磷脂、甘油酯、甜菜堿型化合物、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯磺酸鹽、單烷基磷酸酯鹽、α-烯基磺酸鹽、醇醚羧酸鹽等中的至少一種。

該納米級(jí)乳液通過將基礎(chǔ)油溶于易溶于水和基礎(chǔ)油的有機(jī)溶劑中形成油相，再將環(huán)境友好型乳化劑溶于水中形成水相，再將所述油相與所述水相通過在微腔體內(nèi)高速射流混合而制得；或再將環(huán)境友好型乳化劑溶于油相中，再將所述油相與水通過在微腔體內(nèi)高速射流混合而制得。

所述的微腔體高速射流混合，其各射流入口的雷諾數(shù)之和大于2200，確保提供混合足夠的能量達(dá)到充分的湍流混合，同時(shí)，混合腔體體積小于0.1ml，確保能量耗散集中、高效轉(zhuǎn)化為液滴的表面能，從而使所制備的液滴粒徑小、分布窄。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明所公開的水乳液，其制備方法具有低能輸入，高能量密度耗散；能量的高效轉(zhuǎn)化為液滴表面能，所需乳化劑少；裝置簡單，成本低廉；易于操作；可連續(xù)化等優(yōu)點(diǎn)。

2.本公開發(fā)明所使用乳化劑為易環(huán)境降解，對(duì)環(huán)境友好、無公害。

3.本發(fā)明所公開的納米水乳液具有粒徑小、分散窄、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，且制備快速、簡單、低能耗。有望滿足在農(nóng)業(yè)、機(jī)械加工、日化等領(lǐng)域?qū)Ω叨巳橐旱拇罅啃枨蟆?/p>

4.本發(fā)明所公開的納米水乳液具有較好的金屬表面清洗效果可取代純煤油，摩擦系數(shù)非常小，可以作為機(jī)械加工的潤滑油水乳液。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1所得納米乳液的粒徑分布圖。

圖2為實(shí)施例2利用動(dòng)態(tài)光散射儀對(duì)乳液液滴大小和兩周內(nèi)的時(shí)間穩(wěn)定性進(jìn)行測試的結(jié)果圖。

圖3為實(shí)施例3利用動(dòng)態(tài)光散射儀對(duì)乳液液滴大小和一周內(nèi)的時(shí)間穩(wěn)定性進(jìn)行測試的結(jié)果圖。

圖4為實(shí)施例4所得納米乳液的粒徑分布圖。

圖5為實(shí)施例5中通過煤油、煤油乳液及水溶液清洗的金屬表面數(shù)碼照片。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的環(huán)境友好基礎(chǔ)油納米級(jí)乳液，按體積份數(shù)計(jì)，包括基礎(chǔ)油1份、環(huán)境友好型乳化劑0.1-4份、易溶于水的有機(jī)溶劑9份，水10份，并可按實(shí)際需要進(jìn)一步用水稀釋至最多1000倍后使用。該納米級(jí)乳液需通過將環(huán)境友好型乳化劑溶于水相或含有基礎(chǔ)油的油相中的至少一相，將油相與水相通過在微腔體內(nèi)高速射流混合而制得。

所述logp為油水分配系數(shù)，其值越大其水溶性越差疏水性越強(qiáng)，本發(fā)明所使用液體logp>0，為疏水較強(qiáng)的油，如礦物油、燃油、硅油。同時(shí)，所述油需要能溶于所使用的有機(jī)溶劑，如丙酮、四氫呋喃、乙醇、丙醇或丙三醇。

所述的易溶于水的有機(jī)溶劑既能完全溶于水，又能完全溶解基礎(chǔ)油，如丙酮、四氫呋喃、乙醇、丙醇或丙三醇。加入該溶劑的目的是1）降低油的粘度，2）將油以分子狀態(tài)分散到有機(jī)溶劑中，在與水混合過程中降低聚集為粗有滴的可能3）混合過程有機(jī)溶劑能完全從油相擴(kuò)散到水相中，降低油水界面張力，使油滴尺寸更穩(wěn)定。

所述hlb為乳化劑分子親水親油平衡值，是表征分子中親水基和親油基之間的大小和力量平衡程度的量。hlb值越大代表親水性越強(qiáng)，hlb在8~16的乳化劑能形成水包油的乳液，包括聚醚類、聚酯類、聚酰胺類、多糖類或蛋白質(zhì)類兩親性嵌段共聚物、吐溫、平平加、烷基糖苷、糖脂、脂肽、脂蛋白、脂肪酸、磷脂、甘油酯、甜菜堿型化合物、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯磺酸鹽、單烷基磷酸酯鹽、α-烯基磺酸鹽、醇醚羧酸鹽等中的至少一種。

所述的微腔體高速射流混合，其特征在于其各射流入口的雷諾數(shù)之和大于2200，確保提供混合足夠的能量達(dá)到充分的湍流混合。同時(shí)，混合腔體體積小于約50ul，確保能量耗散集中、高效轉(zhuǎn)化為液滴的表面能，從而使所制備的液滴粒徑小、分布窄。

實(shí)施例1：

通過微腔體高速射流混合制備10ml礦物油納米乳液(含0.5ml礦物油和60mg兩親性嵌段共聚物mpeg-b-plga作乳化劑)。

取0.5ml礦物油和60mgmpeg-b-plga溶于4.2ml丙酮和0.3mlthf中。將溶有礦物油和mpeg-b-plga的有機(jī)溶液與5ml水進(jìn)行高速射流混合，雷諾數(shù)約7000，腔體體積約30ul，得到礦物油納米乳液。乳化劑mpeg-b-plga按體積約為煤油體積的0.1倍。利用動(dòng)態(tài)光散射儀對(duì)乳液液滴大小和分布進(jìn)行測定，液滴大小分布如圖1所示，平均直徑di=67nm，多分散系數(shù)pdi=0.10，且穩(wěn)定至少一周。

實(shí)施例2：

通過微腔體高速射流混合制備煤油納米乳液，使用mpeg-b-plga作為乳化劑配方。

分別取160mgmpeg-b-plga溶于3.8ml丙酮和0.7mlthf中，并分別加入0.5ml煤油，將溶有煤油和mpeg-b-plga的有機(jī)溶液與5ml水進(jìn)行高速射流混合，雷諾數(shù)約7000，腔體體積約30ul，得到10ml煤油納米乳液。利用動(dòng)態(tài)光散射儀對(duì)乳液液滴大小和兩周內(nèi)的時(shí)間穩(wěn)定性進(jìn)行測試，如圖2所示，可知煤油乳液配方中乳化劑mpeg-b-plga按體積約為煤油體積的0.3倍，即16.0mg/ml，所得乳液粒徑小于200nm且穩(wěn)定至少1-2周。

實(shí)施例3：

通過微腔體高速射流混合制備煤油納米乳液，使用吐溫80作為乳化劑配方優(yōu)化。

分別取0.33、0.25、0.1ml煤油和0.17、0.25、0.4ml吐溫80溶于3.8ml丙酮和0.7mlthf中。將溶有煤油和吐溫80的有機(jī)溶液與5ml水進(jìn)行高速射流混合，雷諾數(shù)約7000，腔體體積約30ul，得到10ml煤油納米乳液。利用動(dòng)態(tài)光散射儀對(duì)乳液液滴大小和一周內(nèi)的時(shí)間穩(wěn)定性進(jìn)行測試，如圖3所示，可知煤油乳液配方中控制吐溫體積大于煤油體積的0.5倍，小于煤油體積的4倍，所得乳液粒徑小于200nm且穩(wěn)定至少一周。

實(shí)施例4：

對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過傳統(tǒng)滴加攪拌的方法獲得10ml具有大粒徑的煤油乳液，使用160mgmpeg-b-plga作為乳化劑。

取0.5ml煤油和160mgmpeg-b-plga溶于3.8ml丙酮和0.7mlthf中并置于小燒杯中，使用磁力攪拌器在~800rpm速度下攪拌，以0.1ml/min滴加速度滴加5ml水到thf溶液中，完成乳液制備。并利用動(dòng)態(tài)光散射對(duì)新制乳液液滴大小進(jìn)行測試。如圖4所示乳液初始粒徑較大為833nm粒徑，分布很寬pdi~1，乳液在數(shù)小時(shí)內(nèi)迅速分層。因此，通過滴加攪拌法制備得到的乳液粒徑大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于例2中通過微腔體高速射流混合法制備的相同配方的乳液，且分布更寬、穩(wěn)定性差很多。說明微腔體高速射流混合法所制備的粒徑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滴加攪拌法所制備的粒徑，寬度也更窄。

實(shí)施例5：

煤油乳液對(duì)金屬表面清洗效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)。分別使用純煤油、微腔體高速射流混合法制備的0.1%乳液（例2，用水稀釋50倍）、滴加攪拌法制備的0.1%乳液（例4，用水稀釋50倍）、0.9%丙酮水溶液、水清洗沾有大量齒輪油污漬的金屬板表面。純煤油與微腔體高速射流混合法制備乳液清洗效果接近，均較好；滴加攪拌法制備的煤油乳液留下較多污漬；丙酮水溶液與水效果最差，留下大部分污漬。說明煤油乳液粒徑越小、分布越窄，對(duì)金屬的清洗效果越好，如圖5。

實(shí)施例6：

礦物油乳液潤滑效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)。采用四球摩擦試驗(yàn)機(jī)對(duì)純機(jī)械油、微腔體高速射流混合法制備的0.5%礦物油乳液（例1稀釋10倍）、滴加攪拌法制備的0.5%乳液及4.5%丙酮水溶液。根據(jù)國標(biāo)gb/t3142，保持條件在轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分、時(shí)間10秒、溫度27±8^oc，測得在38kg的載荷下平均和最大摩擦系數(shù)（見表1），其中礦物油的最小，油膜強(qiáng)度最高，性能最好，微腔體高速射流混合制備的礦物油納米乳液次之，滴加攪拌法制備的礦物油乳液油膜已經(jīng)處于破裂邊緣，摩擦系數(shù)較大，丙酮水溶液難以形成油膜，在此載荷下已經(jīng)破裂，摩擦系數(shù)最大。結(jié)果說明粒徑較小、分布較窄的乳液形成的油膜強(qiáng)度大，摩擦系數(shù)較小。

表1機(jī)械油、機(jī)械油乳液與水溶液的摩擦系數(shù)及乳液粒徑