添加劑對石蠟物理性能影響的研究

宋宇翔，楊藏軍，吳亮，陳文藝

(遼寧石油化工大學化學與化工環境學部，遼寧撫順 113001)

石蠟是由石油精煉制得的一種礦物蠟，主要由正構烷烴組成，在常溫下通常為白色的半透明固體、無臭無味、粘度低、較硬、質脆，沒有延展性［1］。石油蠟是重要的現代工業化工原料，隨著經濟和市場需求相呼應的科學技術的發展，高滴熔點的石蠟需求越來越多。雖然我國石蠟的出口量居世界首位，但特種蠟的研究比較薄弱，生產的蠟產品為科技含量、附加值均不高的初級產品，其主要原因就在于目前還缺乏不同的石蠟加工工藝及其優化條件的選擇［2］。因此，無論從數量還是質量都不能滿足需要［3］。研制石蠟高附加值產品，進行深加工，提高石蠟產品的技術含量能進一步提高石蠟產品市場競爭力。研究石蠟在添加劑的作用下物理性質的變化趨勢是實現石蠟產品創新的重要基礎理論研究。因此，我們通過向石蠟中加入少量的聚乙烯蠟來改善石蠟的物理性能，以此來提高石蠟的使用范圍［4-6］。

聚乙烯蠟具有硬度較大、熔點較高(滴熔點＞97℃)、軟化點比較高等優良性能，與其它種類的蠟及聚烯烴樹脂有良好的相容性，可以在石蠟中添加一定量的聚乙烯蠟，增加蠟制品的硬度，提高軟化點和熔點。同時，聚乙烯蠟熔融黏度低等特點，還可改善石蠟的韌性和黏附性。聚乙烯蠟無腐蝕性、無毒，添加進石蠟產品中也不會危及人的健康，所以，在石蠟中添加適量的聚乙烯蠟以達到改善石蠟物化性質的方案具有可行性。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

58#石蠟、聚乙烯蠟均為工業級。

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器;JJ500型精密電子天平;YQY型氧氣減壓器;針入度試驗器。

1.2 實驗方法

將一定質量的石蠟、聚乙烯蠟放入三口瓶，將三口瓶放入油浴中加熱。當瓶內溫度達到150℃時，在氮氣密封條件下啟動攪拌機開始攪拌，恒溫4 h后，將樣品水冷降溫。當溫度降到滴熔點以上時，取出產品。

2 結果與討論

2.1 改性時間對石蠟滴熔點的影響

在聚乙烯蠟用量(占總蠟的質量分數，下同)14%，加熱溫度150℃，攪拌速度600 r/min條件下，考察改性時間對改性效果的影響，結果見表1。

表1 改性時間對石蠟滴熔點的影響Table 1 The impact of modification time on drop melting point

由表1可知，隨著改性時間的增加，石蠟的滴熔點呈現緩慢上升趨勢，改性時間4 h時達到最大值后略有下降。故確定改性時間為4 h。

2.2 加熱溫度的影響

在最佳改性時間4 h，攪拌速度600 r/min條件下，聚乙烯蠟用量14%，考察了加熱溫度對石蠟改性效果的影響，結果見表2。

表2 加熱溫度對石蠟滴熔點的影響Table 2 The impact of heating temperature on drop melting point

由表2可知，加熱溫度對滴熔點的影響較小，隨著溫度的升高，滴熔點沒有明顯變化。故確定最佳加熱溫度為150℃。

2.3 攪拌速度的影響

在最佳時間4 h，聚乙烯蠟用量14%，最佳加熱溫度為150℃的條件下，考察攪拌速度對改性效果的影響，結果見表3。

表3 攪拌速度對滴熔點的影響Table 3 The impact of stirring speed on drop melting point

由表3可知，隨著攪拌速度的加快，滴熔點逐漸升高。主要原因是使石蠟與聚乙烯蠟混合得更加均勻，最佳攪拌速度為600 r/min。

2.4 聚乙烯蠟添加量的影響

將聚乙烯蠟和58#石蠟在攪拌下，加熱時間4 h，加熱溫度150℃，攪拌速度600 r/min的條件下熔化后進行混合。待冷卻后考察聚乙烯蠟對石蠟滴熔點和針入度的影響，結果見表4和圖1。

表4 聚乙烯蠟加入量對石蠟物理性能的影響Table 4 The impact of polyethylene wax content on the physical properties of paraffin

由表4可知，聚乙烯蠟的加入，可以明顯改善石蠟的滴熔點。當聚乙烯蠟添加量從0～16%時，改性石蠟滴熔點從59.2℃上升到88.2℃，上升幅度較大。同時聚乙烯蠟的加入，也可以改善石蠟的針入度，但在25℃下變化不明顯，在38℃下隨聚乙烯蠟加入量增大，變化較為明顯。

圖1 聚乙烯蠟添加量對石蠟物理性能的影響Fig.1 The impact of polyethylene wax content on the physical properties of paraffin

2.5 石蠟改性方程建立與分析

對表4的數據采用SPSS軟件進行線性回歸，可得出聚乙烯添加量與石蠟滴熔點、石蠟針入度(25℃)和針入度(38℃)回歸的方程。

式中，Y1為石蠟滴熔點;Y2和Y3分別是25，38℃石蠟針入度;X為聚乙烯蠟添加量。

回歸方程的方差分析結果見表5，回歸系數見表6。

表5 石蠟性能回歸方程方差分析結果Table 5 Analysis of variance of the regression equation of the paraffin

由表5可知，石蠟滴熔點回歸方程的顯著性值分別為 3.304E －4，9.468E －8，9.465E －7。其顯著性＜0.05。因此，可認定所建立的回歸方程有效。

表6 石蠟性能回歸方程的回歸系數Table 6 Regression coefficient of regression equation of the paraffin

由表6可知，回歸方程中系數B的顯著性水平分別5.631E － 8，3.304E － 4，5.355E － 11，9.468E－8，2.157E －10，9.464E －7，均小于 0.05，可以認為影響因素X對因變量Y1、Y2、Y3具有顯著影響。

3 結論

(1)考察了改性條件和添加劑加入量對石蠟滴熔點的影響，確定了最佳改性時間為4 h，加熱溫度為150℃，攪拌速度為600 r/min;當聚乙烯蠟添加量從0～16%時，改性石蠟的滴熔點從59.2℃上升到88.2℃;同時，隨著聚乙烯蠟的加入，在溫度較低的25℃情況下針入度變化不明顯;而在溫度較高的38℃情況下，針入度逐漸減小，硬度逐漸增加。在此條件下，可以顯著改善石蠟的使用性能。

(2)研究了聚乙烯蠟加入量對石蠟滴熔點和針入度影響，并采用SPSS軟件進行線性回歸，得出了聚乙烯蠟加入量與石蠟滴熔點、石蠟針入度(25℃)和針入度(38℃)回歸的方程。通過計算回歸式的平方和、殘差、均方、F值等，可看出石蠟滴熔點回歸方程的顯著性值分別為 3.304E －4，9.468E －8，9.465E －7，其顯著性均小于0.05，故所建立的回歸方程有效。

［1］弗羅因德.石蠟產品的性質、生產及應用［M］.《石蠟產品的性質、生產及應用》翻譯組譯.北京:烴加工出版社，1998.

［2］杜郢，苗天楫，具禮會.石蠟組成與使用性能的相關性研究［J］.撫順石油化工研究院學報，1993，9(3):98-105.

［3］張建雨，朱麗實，楊孔盛.石油蠟(6)-石油蠟應用的新進展［J］.煉油設計，1999，29(6):56-61.

［4］由宏君.談談石蠟的綜合利用［J］.廣州化工，2004，32(1):33-35.

［5］Zhang Heng.Production and application of mineral wax and synthetic wax［J］.Gansu Chemical Industry，2002，16(2):27-29.

［6］楊青松，佟毅.兩種添加劑對石蠟針入度性質的研究［J］.石油化工高等學校學報，2004，17(3):30-32.