用于色母分散劑的副產(chǎn)蠟性能研究

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(shí)業(yè)公司：黑龍江大慶 163714

副產(chǎn)蠟主要生產(chǎn)方法有：1)聚烯烴生產(chǎn)裝置的副產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)蠟的應(yīng)用領(lǐng)域，提高其附加值，為企業(yè)提質(zhì)增效提供新思路，近年來不少學(xué)者[1]進(jìn)行了副產(chǎn)蠟作為色母分散劑的研究。這主要是因?yàn)楦碑a(chǎn)蠟具有較低的相對分子質(zhì)量、疏松的結(jié)構(gòu)及對顏料具有很高的負(fù)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(chǎn)中產(chǎn)生一種糊狀副產(chǎn)物，相對分子質(zhì)量為500～4 000，屬低分子量蠟，其在70～100 ℃時(shí)呈熔融態(tài)，產(chǎn)品熔程較寬，具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。目前該副產(chǎn)物主要用作燃料，為了提高其應(yīng)用價(jià)值和拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，研究該副產(chǎn)物能否作色母分散劑是一個(gè)有效的途徑[2]。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　原料

副產(chǎn)蠟，經(jīng)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(jīng)過研磨過的顏料、副產(chǎn)蠟和載體樹脂(線性聚乙烯)按適當(dāng)比例混合，在密煉機(jī)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(jī)上造粒。

1.3　設(shè)備及測試儀器

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

2　結(jié)果與討論

2.1　副產(chǎn)蠟的熱穩(wěn)定性

低分子量產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性是其能否作為分散劑的重要條件，這是因?yàn)樵谏噶Ｖ圃旌椭破分珪r(shí)，如果低分子量產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性差，在加工溫度下汽化或分解，將嚴(yán)重影響色母粒的加工和制品的著色。表1為副產(chǎn)蠟與聚乙烯蠟的熱穩(wěn)定性能。在不同溫度下副產(chǎn)蠟的熱失重與低壓聚乙烯蠟的相當(dāng)，說明煉油廠副產(chǎn)蠟可用作色母分散劑。

表1　副產(chǎn)蠟與聚乙烯蠟的熱穩(wěn)定性能

2.2　副產(chǎn)蠟的著色強(qiáng)度

著色強(qiáng)度是指某一顏料與基準(zhǔn)顏料混合后形成顏色強(qiáng)弱的能力，其除了與顏料的化學(xué)組成有關(guān)外，亦與顏料粒子的大小、形狀有關(guān)。而塑料著色必須滿足：其一是顏料顆粒充分細(xì)化，顏料的凝聚體和團(tuán)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(kuò)孔結(jié)構(gòu)，與塑料相容性極好，且能承載過多顏料顆粒，同時(shí)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(chǎn)蠟的著色強(qiáng)度。隨著顏料粒徑減小，兩種低分子物的著色強(qiáng)度先增加后降低，當(dāng)顏料顆粒粒徑為200 nm時(shí)，低壓聚乙烯蠟和煉油廠副產(chǎn)蠟的著色強(qiáng)度達(dá)最高；但煉油廠副產(chǎn)蠟的著色強(qiáng)度低于低壓聚乙烯蠟的，這可能是由于兩種產(chǎn)物本身結(jié)構(gòu)所致。

圖1　著色強(qiáng)度與顏料粒徑的關(guān)系

2.3　副產(chǎn)蠟的加工性能

為了驗(yàn)證副產(chǎn)蠟的加工性能，并與聚乙烯蠟進(jìn)行了對比，圖2為顏料/聚乙烯的扭矩隨時(shí)間變化曲線。將顏料、副產(chǎn)蠟或聚乙烯蠟和聚乙烯加入扭矩流變儀中，顏料被副產(chǎn)蠟或聚乙烯蠟潤濕，經(jīng)一定時(shí)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(kuò)散。這是由于副產(chǎn)蠟或聚乙烯蠟呈糊狀，相對分子質(zhì)量較低，加溫后迅速液化，故塑化時(shí)間較短。此外，扭矩也會(huì)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(shí)間與分散劑的加量相關(guān)。

圖2　顏料/聚乙烯的扭矩隨時(shí)間變化曲線

2.4　副產(chǎn)蠟對產(chǎn)品性能的影響

一般而言，顏料直接加入樹脂中會(huì)不同程度地降低其加工流動(dòng)性，導(dǎo)致制品尺寸不穩(wěn)，性能較差。然而低聚物作為分散劑加入樹脂中，會(huì)促進(jìn)

顏料高分散，且物料具有高流動(dòng)性。但由于低聚物熔點(diǎn)低，熔程較寬，加入過多，色母粒熔融流動(dòng)性大，在加工中起外潤滑作用，削弱剪切作用，導(dǎo)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(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵?？疾旄碑a(chǎn)蠟對制品薄膜性能的影響，與聚乙烯蠟比較，結(jié)果見圖3。當(dāng)聚乙烯蠟加量為0.3%～0.4%時(shí)，制品薄膜性能較好；而副產(chǎn)蠟加量為0.4時(shí)，制品薄膜性能較好。

圖3　副產(chǎn)蠟和聚乙烯蠟加量對薄膜性能的影響

3　結(jié)論

1)煉油廠副產(chǎn)蠟做色母分散劑需經(jīng)凈化處理。

2)煉油廠副產(chǎn)蠟熱穩(wěn)定性與低壓聚乙烯蠟相當(dāng)。

3)以煉油廠副產(chǎn)蠟為分散劑的色母著色薄膜，加量為0.4%時(shí)，薄膜物性較好。

[1]冼彩虹,楊婉瓊,劉婉培,等.多功能分散劑對色母粒性能的影響[J].工程塑料應(yīng)用,2016,44(7):128-132.

[2]喬博,喬輝,程曉靜,等.不同顏料濃度時(shí)添加高熔體流動(dòng)速率PE-LLD的色母粒性能研究[J].中國塑料,2010,24(5):59-62.