用于色母分散劑的副產蠟性能研究

2018-04-02 09:32:27徐智慧任合剛

精細石油化工進展 2018年1期

姜　偉，董　平，趙　輝，徐智慧，任合剛

1. 中國石油天然氣股份有限公司大慶化工研究中心；2.中國石油天然氣股份有限公司大慶石化公司實業公司：黑龍江大慶 163714

副產蠟主要生產方法有：1)聚烯烴生產裝置的副產物低分子量聚乙烯蠟；2)Fisher-Tropsh合成蠟；3)熱裂化法聚乙烯蠟；4)Ziegler法聚乙烯蠟。其可應用于鍋爐燃料、耐燃蠟燭、塑料添加劑和線型低密度聚乙烯加工改性劑等，但需求量較小，附加值低。為了拓寬副產蠟的應用領域，提高其附加值，為企業提質增效提供新思路，近年來不少學者[1]進行了副產蠟作為色母分散劑的研究。這主要是因為副產蠟具有較低的相對分子質量、疏松的結構及對顏料具有很高的負載量，故其能成為色母料理想的潤濕劑和分散劑。

煉油廠生產中產生一種糊狀副產物，相對分子質量為500～4 000，屬低分子量蠟，其在70～100 ℃時呈熔融態，產品熔程較寬，具有良好的化學和熱穩定性。目前該副產物主要用作燃料，為了提高其應用價值和拓寬其應用領域，研究該副產物能否作色母分散劑是一個有效的途徑[2]。

1　實驗

1.1　原料

副產蠟，經減壓蒸餾處理，大慶石化公司；線性聚乙烯粉料，大慶石化公司；顏料，深圳市偉昌顏料有限公司。

1.2　色母分散劑制備過程

將經過研磨過的顏料、副產蠟和載體樹脂(線性聚乙烯)按適當比例混合，在密煉機上混煉，混煉溫度控制在165～175 ℃之間，混煉后粉碎，在雙螺桿擠出機上造粒。

1.3　設備及測試儀器

GH-10DC型高速混合機，北京塑料機械廠；SLF-35B型雙螺桿擠出機，成都有機硅研究中心；RC90型扭矩流變儀，德國HAAKE公司；AG-5000A型拉力試驗機，日本Shimadzu公司；6542/010型熔體流動速率儀，意大利Ceast公司。

2　結果與討論

2.1　副產蠟的熱穩定性

低分子量產物的熱穩定性是其能否作為分散劑的重要條件，這是因為在色母粒制造和制品著色時，如果低分子量產物的熱穩定性差，在加工溫度下汽化或分解，將嚴重影響色母粒的加工和制品的著色。表1為副產蠟與聚乙烯蠟的熱穩定性能。在不同溫度下副產蠟的熱失重與低壓聚乙烯蠟的相當，說明煉油廠副產蠟可用作色母分散劑。

表1　副產蠟與聚乙烯蠟的熱穩定性能

2.2　副產蠟的著色強度

著色強度是指某一顏料與基準顏料混合后形成顏色強弱的能力，其除了與顏料的化學組成有關外，亦與顏料粒子的大小、形狀有關。而塑料著色必須滿足：其一是顏料顆粒充分細化，顏料的凝聚體和團聚體破碎，最大程度地減小顏料粒徑；其二是使顏料均勻分布在塑料中。但由于顏料與塑料間不相容，在塑料加工過程需加入潤濕劑處理。然而低分子量蠟由于具有擴孔結構，與塑料相容性極好，且能承載過多顏料顆粒，同時其還具有潤滑作用，因此，成為很好的色母分散劑。圖1為低壓聚乙烯蠟與煉油廠副產蠟的著色強度。隨著顏料粒徑減小，兩種低分子物的著色強度先增加后降低，當顏料顆粒粒徑為200 nm時，低壓聚乙烯蠟和煉油廠副產蠟的著色強度達最高；但煉油廠副產蠟的著色強度低于低壓聚乙烯蠟的，這可能是由于兩種產物本身結構所致。

圖1　著色強度與顏料粒徑的關系

2.3　副產蠟的加工性能

為了驗證副產蠟的加工性能，并與聚乙烯蠟進行了對比，圖2為顏料/聚乙烯的扭矩隨時間變化曲線。將顏料、副產蠟或聚乙烯蠟和聚乙烯加入扭矩流變儀中，顏料被副產蠟或聚乙烯蠟潤濕，經一定時間，接觸角為零，顏料向聚乙烯相滲透，而且聚乙烯蠟更有利于顏料擴散。這是由于副產蠟或聚乙烯蠟呈糊狀，相對分子質量較低，加溫后迅速液化，故塑化時間較短。此外，扭矩也會隨著加工溫度升高而下降，熔體黏度也降低，有利于顏料在載體樹脂中的分散。然而密煉時間與分散劑的加量相關。

圖2　顏料/聚乙烯的扭矩隨時間變化曲線

2.4　副產蠟對產品性能的影響

一般而言，顏料直接加入樹脂中會不同程度地降低其加工流動性，導致制品尺寸不穩，性能較差。然而低聚物作為分散劑加入樹脂中，會促進

顏料高分散，且物料具有高流動性。但由于低聚物熔點低，熔程較寬，加入過多，色母粒熔融流動性大，在加工中起外潤滑作用，削弱剪切作用，導致顏料分布不勻。因此，顏料與低聚物的配比是色母料加工和產品品質的關鍵。考察副產蠟對制品薄膜性能的影響，與聚乙烯蠟比較，結果見圖3。當聚乙烯蠟加量為0.3%～0.4%時，制品薄膜性能較好；而副產蠟加量為0.4時，制品薄膜性能較好。