低熔点高硬度特种蜡的研究与开发

刘慧珍，陈文艺，刘 莹，姚二伟

(辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁 抚顺 113001)

低熔点高硬度特种蜡的研究与开发

刘慧珍，陈文艺，刘 莹，姚二伟

(辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁 抚顺 113001)

采用聚乙烯蜡和月桂酸作为石蜡改性剂，考察了改性工艺条件和改性剂加入量对石蜡性能的影响。结果表明：最佳工艺条件为改性时间3 h、改性温度130 ℃、搅拌速率600 rmin，聚乙烯蜡添加量(w)为5%，月桂酸的添加量(w)为8%；通过对上述两种添加剂的调合，制备出滴熔点低和硬度适宜的改性石蜡产品；在此基础上，加入一定量的硬脂酸，即在聚乙烯蜡添加量(w)为5%、月桂酸添加量(w)为8%、硬脂酸为0～25%时，可以得到滴熔点更低且硬度也有所提高的改性蜡；并采用SPSS软件进行线性回归，得出聚乙烯蜡、月桂酸和硬脂酸的添加量与石蜡滴熔点、针入度(25 ℃)的关系。

石蜡 改性 月桂酸 聚乙烯蜡 硬脂酸 滴熔点 针入度

石蜡可广泛应用于化学品、医药、食品、交通等行业。我国是世界上石蜡产量最大的国家，但高附加值石蜡产品较少，大多数用途特殊的特种蜡需要进口[1-3]。随着科学技术的发展，普通硬度和熔点的石蜡产品已经不能满足市场的需求。如高温精密铸造蜡要求蜡具有高硬度、高强度、小收缩率，医用病理组织切片则需要硬度高、熔点低的切片石蜡[4]，空调用蓄热材料则需要熔点不超过55 ℃的低温新型蓄热材料等[5]，这些特殊用途的蜡都对硬度和韧性要求比较高。而高硬度蜡质脆，易断裂，韧性较差；低熔点蜡的硬度则较低[6]，为了满足现代市场对高硬度和低熔点特种石蜡的需求，对这种特种蜡的开发就显得越来越重要。本研究以聚乙烯蜡[7-8]、月桂酸和硬脂酸[9]为改性剂，采用单因素实验法[10]，确定最佳工艺条件，制备出硬度高、滴熔点低的改性石蜡产品，以满足现代市场对特种石蜡的需求。

1 实 验

1.1 试 剂

58号石蜡：工业级，抚顺石化公司石油一厂生产；聚乙烯蜡：工业级，抚顺石化公司石油二厂生产；月桂酸：化学纯，国药集团化学试剂有限公司生产；硬脂酸：分析纯，天津市光复精细化工研究所生产。

1.2 实验原理

本实验采用物理改性的方法，采用该方法主要是根据改性剂具有较高的硬度、比石蜡低的滴熔点、光泽度好等优点。

1.3 实验方法

将一定质量的石蜡、聚乙烯蜡、月桂酸和硬脂酸置于三口烧瓶中，将三口烧瓶放入油浴中加热到一定温度，待石蜡、聚乙烯蜡、月桂酸和硬脂酸完全熔化，在氮气密封条件下开启磁力搅拌，经过一定时间的熔融调合后，将样品在常温下冷却降温至石蜡滴熔点以上，测定改性石蜡的滴熔点和针入度。

2 结果与讨论

2.1 改性温度的影响

本研究对石蜡的改性是一种物理变化过程，需要一定的温度使实验样品熔融并混合，因此在聚乙烯蜡和月桂酸添加量(w)分别为5%和8%、改性时间为3 h、搅拌速率为700 rmin的条件下，考察温度对改性石蜡滴熔点和25 ℃针入度的影响，结果见图1。

图1 改性温度对石蜡滴熔点和针入度的影响■—滴熔点； —25 ℃针入度。 图2～图5同

在温度较低时，实验样品不能完全熔融混合均匀，而在温度较高时，月桂酸会有少量的挥发。由图1可知，在130 ℃和140 ℃左右时混合样品的滴熔点最低，但相差不大，而130 ℃时改性石蜡的针入度低于140 ℃的改性石蜡，说明140 ℃的改性石蜡硬度高。本研究的目的是为了获得低熔点高硬度的改性石蜡产品，因此确定最佳改性温度为130 ℃。

2.2 搅拌速率的影响

为了使原料在熔融状态下接触更充分、混合更均匀，故应在一定速率的搅拌下进行。在聚乙烯蜡和月桂酸添加量(w)分别为5%和8%、改性时间为3 h、改性温度为130 ℃的条件下，考察搅拌速率对改性石蜡滴熔点和25 ℃针入度的影响，结果见图2。

图2 搅拌速率对石蜡滴熔点和针入度的影响

2.3 改性时间的影响

在聚乙烯蜡、月桂酸添加量(w)分别为5%和8%、搅拌速率为600 rmin、改性温度为130 ℃的条件下，考察改性时间对改性石蜡滴熔点和25 ℃针入度的影响，结果见图3。

图3 改性时间对石蜡滴熔点和针入度的影响

由图3可以看出，随着改性时间的延长，石蜡的滴熔点呈逐渐下降的趋势，而25 ℃针入度逐渐增大。结合图3和对改性石蜡滴熔点和针入度的要求，可以看出，在改性时间为3 h时，54.27 ℃的滴熔点和12.1(0.1 mm)的针入度比较符合实验要求，故确定合适的改性时间为3 h。

2.4 聚乙烯蜡添加量的影响

聚乙烯蜡具有无毒无腐蚀性、硬度较大、软化点较高、能够与许多蜡制品进行互溶等优点，为改善石蜡的硬度提供了有力的条件。在月桂酸添加量(w)为8%、最佳改性条件下，考察聚乙烯蜡添加量对改性石蜡滴熔点和25 ℃针入度的影响，结果见图4。

图4 聚乙烯蜡添加量对石蜡滴熔点和针入度的影响

由图4可以看出，随着聚乙烯蜡添加量的增加，改性石蜡的滴熔点不断升高，针入度降低，即改性石蜡的硬度逐渐升高，但在聚乙烯蜡添加量(w)为5%时，滴熔点为54.27 ℃，25 ℃针入度为12.4(0.1 mm)，可满足实验要求。故确定聚乙烯蜡的适宜添加量(w)为5%。

对不同聚乙烯蜡添加量对改性石蜡滴熔点和针入度的影响采用SPSS软件进行回归分析，得到的回归方程为：

Y1=1.051X1+48.685

Y2=-0.530X1+15.642

式中：Y1为石蜡滴熔点；Y2为石蜡25 ℃针入度；X1为聚乙烯蜡添加量。回归方程的方差分析结果见表1，回归系数见表2。

表1 石蜡性能回归方程的方差分析结果

从表1可以看出，石蜡滴熔点和25 ℃针入度回归方程的显著性分别为6.756×10-6和0.001，均小于0.05。因此，可认定所建立的回归方程有效。

表2 石蜡性能回归方程的回归系数

从表2可看出，石蜡滴熔点和20 ℃针入度回归方程中系数B的显著性水平分别3.329×10-9、6.756×10-6和1.824×10-6、0.001，均小于0.05，可以认为影响因素X1对因变量Y1、Y2具有显著影响，即聚乙烯蜡添加量对改性石蜡的滴熔点和针入度有显著影响，可以很好地利用该回归方程对石蜡的滴熔点和针入度进行预测。

2.5 月桂酸添加量的影响

月桂酸熔点低，对环境无毒无害，且能与石蜡以任意比例混溶，这些是降低改性石蜡滴熔点的基础依据。在聚乙烯蜡添加量(w)为5%、最佳改性条件下，考察月桂酸添加量对改性石蜡滴熔点和25 ℃针入度的影响，结果见图5。

图5 月桂酸添加量对石蜡滴熔点和针入度的影响

从图5可以看出，随着月桂酸添加量的增加，改性石蜡的滴熔点不断降低，说明月桂酸的加入能很好地降低石蜡的滴熔点，但同时石蜡针入度却有所提高，因此，为了得到合适滴熔点和针入度的改性石蜡，取月桂酸的添加量(w)为8%。

在其它条件一定的情况下，对不同月桂酸添加量对改性石蜡滴熔点和针入度的影响采用SPSS软件进行回归分析，得到的回归方程为：

Y3=-0.417X2+57.796

Y4=-0.530X2+15.642

式中：Y3为石蜡滴熔点，Y4为石蜡25 ℃针入度；X2为聚乙烯蜡添加量。回归方程的方差分析结果见表3，回归系数见表4。

表3 石蜡性能回归方程的方差分析结果

从表3可以看出，石蜡滴熔点和25 ℃针入度回归方程的显著性均为0.001，均小于0.05。因此，可认定所建立的回归方程有效。

表4 石蜡性能回归方程的回归系数

从表4可看出，石蜡滴熔点和25 ℃针入度回归方程中系数B的显著性水平分别9.604×10-4、0.001和7.910×10-7、0.001，均小于0.05，可以认为影响因素X2对因变量Y3、Y4具有显著影响，即月桂酸添加量对改性石蜡的滴熔点和针入度有显著影响，可以很好地利用该回归方程对石蜡的滴熔点和针入度进行预测。

2.6 复合添加剂对改性石蜡物理性质的影响

在石蜡中加入一定量的硬脂酸能够提高改性蜡的硬度，且又能对石蜡的强度和表面质感、光泽度有很好的改善。为了使改性蜡具有更好的经济效益，在上述最佳改性条件下所得到的混合样品中再添加一定量的硬脂酸，研究其添加量对改性石蜡滴熔点和针入度的影响。

表5 硬脂酸添加量对石蜡滴熔点和针入度的影响

注：聚乙烯蜡、月桂酸添加量(w)分别为5%和8%。

由表5数据可知，随着硬脂酸加入量的增加，石蜡的滴熔点和针入度不断降低，表明聚乙烯蜡、月桂酸和硬脂酸三者的复合对降低石蜡滴熔点和提高石蜡硬度比单一添加聚乙烯蜡和月桂酸时效果显著。因此为了得到滴熔点低、硬度更优的改性蜡产品，一定量的硬脂酸的加入能达到很好的效果。

3 结 论

(1) 以聚乙烯蜡和月桂酸为石蜡改性剂，对58号石蜡进行了改性，以改性石蜡的滴熔点和25 ℃针入度为指标，确定最佳的工艺条件为：改性时间3 h、改性温度130 ℃、搅拌速率600 rmin；此时，在聚乙烯蜡添加量(w)为5%、月桂酸添加量(w)为8%条件下得到的改性石蜡滴熔点为54.27 ℃、针入度为12.4(0.1 mm)，此改性蜡色泽较好、柔软度适宜。

(2) 采用SPSS软件对聚乙烯蜡、月桂酸添加量对改性石蜡滴熔点和针入度的影响进行回归分析，得到的回归方程的显著性均小于0.05，故所建立的回归方程有效。

(3) 在聚乙烯蜡添加量(w)为5%、月桂酸添加量(w)为8%、硬脂酸添加量(w)为0～25%时，可以得到滴熔点更低且硬度也有所提高的改性蜡。根据不同需求，通过改变改性条件制备不同硬度和滴熔点的改性石蜡，可在一定程度上扩大石蜡的应用范围。

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DEVELOPMENT OF SPECIAL WAX WITH HIGH HARDNESS AND LOW MELTING POINT

Liu Huizhen， Chen Wenyi， Liu Ying， Yao Erwei

(InstituteofPetrochemical，LiaoningShihuaUniversity，Fushun，Liaoning113001)

The waxes were modified by addition of polyethylene wax and lauric acid with perfect mixing for lowering drop melting point and strengthening hardness of the waxes. The modification conditions and the effect of additives on the properties of the waxes were investigated. The experimental results show that to prepare the ideal special waxes with low drop melting point and high hardness， the best conditions for modification are 130 ℃， 3 h and stirring speed of 600 rmin with addition of lauric acid 8% and polyethylene wax 5%. If polyethylene wax， lauric acid and stearic acid are mixed used as additive (5%：8%：0—25%)， the waxes with even lower drop melting point and stronger hardness can be obtained. Based on the results， a relationship of the amount of polyethylene wax， lauric acid and stearic acid with drop melting point as well as penetration (25 ℃) is presented by using SPSS software and linear regression method.

paraffin； modification； lauric acid； polyethylene wax； stearic acid； drop melting point； penetration

2015-04-14； 修改稿收到日期： 2015-09-10。

刘慧珍，硕士研究生，从事石蜡的改性研究工作。

陈文艺，E-mail：fscwy@126.com。

辽宁省教育厅项目(2006T090)。