添加劑對(duì)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(xué)化學(xué)與化工環(huán)境學(xué)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(gòu)烷烴組成，在常溫下通常為白色的半透明固體、無(wú)臭無(wú)味、粘度低、較硬、質(zhì)脆，沒(méi)有延展性［1］。石油蠟是重要的現(xiàn)代工業(yè)化工原料，隨著經(jīng)濟(jì)和市場(chǎng)需求相呼應(yīng)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高滴熔點(diǎn)的石蠟需求越來(lái)越多。雖然我國(guó)石蠟的出口量居世界首位，但特種蠟的研究比較薄弱，生產(chǎn)的蠟產(chǎn)品為科技含量、附加值均不高的初級(jí)產(chǎn)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(yōu)化條件的選擇［2］。因此，無(wú)論從數(shù)量還是質(zhì)量都不能滿足需要［3］。研制石蠟高附加值產(chǎn)品，進(jìn)行深加工，提高石蠟產(chǎn)品的技術(shù)含量能進(jìn)一步提高石蠟產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。研究石蠟在添加劑的作用下物理性質(zhì)的變化趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)石蠟產(chǎn)品創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)理論研究。因此，我們通過(guò)向石蠟中加入少量的聚乙烯蠟來(lái)改善石蠟的物理性能，以此來(lái)提高石蠟的使用范圍［4-6］。

聚乙烯蠟具有硬度較大、熔點(diǎn)較高(滴熔點(diǎn)＞97℃)、軟化點(diǎn)比較高等優(yōu)良性能，與其它種類(lèi)的蠟及聚烯烴樹(shù)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(diǎn)和熔點(diǎn)。同時(shí)，聚乙烯蠟熔融黏度低等特點(diǎn)，還可改善石蠟的韌性和黏附性。聚乙烯蠟無(wú)腐蝕性、無(wú)毒，添加進(jìn)石蠟產(chǎn)品中也不會(huì)危及人的健康，所以，在石蠟中添加適量的聚乙烯蠟以達(dá)到改善石蠟物化性質(zhì)的方案具有可行性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

58#石蠟、聚乙烯蠟均為工業(yè)級(jí)。

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(yàn)器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將一定質(zhì)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(dāng)瓶?jī)?nèi)溫度達(dá)到150℃時(shí)，在氮?dú)饷芊鈼l件下啟動(dòng)攪拌機(jī)開(kāi)始攪拌，恒溫4 h后，將樣品水冷降溫。當(dāng)溫度降到滴熔點(diǎn)以上時(shí)，取出產(chǎn)品。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性時(shí)間對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)的影響

在聚乙烯蠟用量(占總蠟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)14%，加熱溫度150℃，攪拌速度600 r/min條件下，考察改性時(shí)間對(duì)改性效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 改性時(shí)間對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)的影響Table 1 The impact of modification time on drop melting point

由表1可知，隨著改性時(shí)間的增加，石蠟的滴熔點(diǎn)呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，改性時(shí)間4 h時(shí)達(dá)到最大值后略有下降。故確定改性時(shí)間為4 h。

2.2 加熱溫度的影響

在最佳改性時(shí)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(duì)石蠟改性效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 加熱溫度對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)的影響Table 2 The impact of heating temperature on drop melting point

由表2可知，加熱溫度對(duì)滴熔點(diǎn)的影響較小，隨著溫度的升高，滴熔點(diǎn)沒(méi)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(shí)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(duì)改性效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 攪拌速度對(duì)滴熔點(diǎn)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(diǎn)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(shí)間4 h，加熱溫度150℃，攪拌速度600 r/min的條件下熔化后進(jìn)行混合。待冷卻后考察聚乙烯蠟對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響，結(jié)果見(jiàn)表4和圖1。

表4 聚乙烯蠟加入量對(duì)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(diǎn)。當(dāng)聚乙烯蠟添加量從0～16%時(shí)，改性石蠟滴熔點(diǎn)從59.2℃上升到88.2℃，上升幅度較大。同時(shí)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(duì)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(duì)表4的數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行線性回歸，可得出聚乙烯添加量與石蠟滴熔點(diǎn)、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(diǎn);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(jié)果見(jiàn)表5，回歸系數(shù)見(jiàn)表6。

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

由表5可知，石蠟滴熔點(diǎn)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(rèn)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(shù)Table 6 Regression coefficient of regression equation of the paraffin

由表6可知，回歸方程中系數(shù)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(rèn)為影響因素X對(duì)因變量Y1、Y2、Y3具有顯著影響。

3 結(jié)論

(1)考察了改性條件和添加劑加入量對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)的影響，確定了最佳改性時(shí)間為4 h，加熱溫度為150℃，攪拌速度為600 r/min;當(dāng)聚乙烯蠟添加量從0～16%時(shí)，改性石蠟的滴熔點(diǎn)從59.2℃上升到88.2℃;同時(shí)，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(duì)石蠟滴熔點(diǎn)和針入度影響，并采用SPSS軟件進(jìn)行線性回歸，得出了聚乙烯蠟加入量與石蠟滴熔點(diǎn)、石蠟針入度(25℃)和針入度(38℃)回歸的方程。通過(guò)計(jì)算回歸式的平方和、殘差、均方、F值等，可看出石蠟滴熔點(diǎn)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(chǎn)品的性質(zhì)、生產(chǎn)及應(yīng)用［M］.《石蠟產(chǎn)品的性質(zhì)、生產(chǎn)及應(yīng)用》翻譯組譯.北京:烴加工出版社，1998.

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

［3］張建雨，朱麗實(shí)，楊孔盛.石油蠟(6)-石油蠟應(yīng)用的新進(jìn)展［J］.煉油設(shè)計(jì)，1999，29(6):56-61.

［4］由宏君.談?wù)勈灥木C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(duì)石蠟針入度性質(zhì)的研究［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2004，17(3):30-32.