用于色母分散剂的副产蜡性能研究

2018-04-02徐智慧任合刚

精细石油化工进展 2018年1期

姜　伟，董　平，赵　辉，徐智慧，任合刚

1. 中国石油天然气股份有限公司大庆化工研究中心；2.中国石油天然气股份有限公司大庆石化公司实业公司：黑龙江大庆 163714

副产蜡主要生产方法有：1)聚烯烃生产装置的副产物低分子量聚乙烯蜡；2)Fisher-Tropsh合成蜡；3)热裂化法聚乙烯蜡；4)Ziegler法聚乙烯蜡。其可应用于锅炉燃料、耐燃蜡烛、塑料添加剂和线型低密度聚乙烯加工改性剂等，但需求量较小，附加值低。为了拓宽副产蜡的应用领域，提高其附加值，为企业提质增效提供新思路，近年来不少学者[1]进行了副产蜡作为色母分散剂的研究。这主要是因为副产蜡具有较低的相对分子质量、疏松的结构及对颜料具有很高的负载量，故其能成为色母料理想的润湿剂和分散剂。

炼油厂生产中产生一种糊状副产物，相对分子质量为500～4 000，属低分子量蜡，其在70～100 ℃时呈熔融态，产品熔程较宽，具有良好的化学和热稳定性。目前该副产物主要用作燃料，为了提高其应用价值和拓宽其应用领域，研究该副产物能否作色母分散剂是一个有效的途径[2]。

1　实验

1.1　原料

副产蜡，经减压蒸馏处理，大庆石化公司；线性聚乙烯粉料，大庆石化公司；颜料，深圳市伟昌颜料有限公司。

1.2　色母分散剂制备过程

将经过研磨过的颜料、副产蜡和载体树脂(线性聚乙烯)按适当比例混合，在密炼机上混炼，混炼温度控制在165～175 ℃之间，混炼后粉碎，在双螺杆挤出机上造粒。

1.3　设备及测试仪器

GH-10DC型高速混合机，北京塑料机械厂；SLF-35B型双螺杆挤出机，成都有机硅研究中心；RC90型扭矩流变仪，德国HAAKE公司；AG-5000A型拉力试验机，日本Shimadzu公司；6542/010型熔体流动速率仪，意大利Ceast公司。

2　结果与讨论

2.1　副产蜡的热稳定性

低分子量产物的热稳定性是其能否作为分散剂的重要条件，这是因为在色母粒制造和制品着色时，如果低分子量产物的热稳定性差，在加工温度下汽化或分解，将严重影响色母粒的加工和制品的着色。表1为副产蜡与聚乙烯蜡的热稳定性能。在不同温度下副产蜡的热失重与低压聚乙烯蜡的相当，说明炼油厂副产蜡可用作色母分散剂。

表1　副产蜡与聚乙烯蜡的热稳定性能

2.2　副产蜡的着色强度

着色强度是指某一颜料与基准颜料混合后形成颜色强弱的能力，其除了与颜料的化学组成有关外，亦与颜料粒子的大小、形状有关。而塑料着色必须满足：其一是颜料颗粒充分细化，颜料的凝聚体和团聚体破碎，最大程度地减小颜料粒径；其二是使颜料均匀分布在塑料中。但由于颜料与塑料间不相容，在塑料加工过程需加入润湿剂处理。然而低分子量蜡由于具有扩孔结构，与塑料相容性极好，且能承载过多颜料颗粒，同时其还具有润滑作用，因此，成为很好的色母分散剂。图1为低压聚乙烯蜡与炼油厂副产蜡的着色强度。随着颜料粒径减小，两种低分子物的着色强度先增加后降低，当颜料颗粒粒径为200 nm时，低压聚乙烯蜡和炼油厂副产蜡的着色强度达最高；但炼油厂副产蜡的着色强度低于低压聚乙烯蜡的，这可能是由于两种产物本身结构所致。

图1　着色强度与颜料粒径的关系

2.3　副产蜡的加工性能

为了验证副产蜡的加工性能，并与聚乙烯蜡进行了对比，图2为颜料/聚乙烯的扭矩随时间变化曲线。将颜料、副产蜡或聚乙烯蜡和聚乙烯加入扭矩流变仪中，颜料被副产蜡或聚乙烯蜡润湿，经一定时间，接触角为零，颜料向聚乙烯相渗透，而且聚乙烯蜡更有利于颜料扩散。这是由于副产蜡或聚乙烯蜡呈糊状，相对分子质量较低，加温后迅速液化，故塑化时间较短。此外，扭矩也会随着加工温度升高而下降，熔体黏度也降低，有利于颜料在载体树脂中的分散。然而密炼时间与分散剂的加量相关。

图2　颜料/聚乙烯的扭矩随时间变化曲线

2.4　副产蜡对产品性能的影响

一般而言，颜料直接加入树脂中会不同程度地降低其加工流动性，导致制品尺寸不稳，性能较差。然而低聚物作为分散剂加入树脂中，会促进

颜料高分散，且物料具有高流动性。但由于低聚物熔点低，熔程较宽，加入过多，色母粒熔融流动性大，在加工中起外润滑作用，削弱剪切作用，导致颜料分布不匀。因此，颜料与低聚物的配比是色母料加工和产品品质的关键。考察副产蜡对制品薄膜性能的影响，与聚乙烯蜡比较，结果见图3。当聚乙烯蜡加量为0.3%～0.4%时，制品薄膜性能较好；而副产蜡加量为0.4时，制品薄膜性能较好。