二元乙丙橡胶可溶性包装膜的油溶性能研究*

2018-06-13邵彦萍刘乐然孙聚华孙文秀祖国臣李金鹰刘振国

弹性体 2018年3期

崔华，邵彦萍，刘乐然，孙聚华，孙文秀，祖国臣，李金鹰，郭杨，刘振国

随着社会生活水平的不断提高，人们对各行业商品的包装材料提出了更高的要求。节能、环保、易加工、轻量化等特点也逐渐成为包装业研究的热点。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚烯烃(POE)类薄膜产品由于原料易得、成本低、加工工艺简单等优势，近年来吸引了包装业越来越多的关注和研究[1-6]。进入20世纪以来，我国的橡胶工业得到飞速发展，乙丙橡胶(EPR)是需求和发展最快的胶种之一。

EPR的包装薄膜一般由低密度聚乙烯(LDPE)、LDPE与乙烯-乙酸乙烯酯聚合物(EVAC)的共混物、EVAC及其它烯烃单体质量分数小于50%的乙烯共聚物和带官能团的非烯烃单体质量分数不大于37%的乙烯共聚物等材料制得[7]，在制作过程中可以加入一定量的防老剂、爽滑剂和防黏剂等。三元乙丙橡胶(EPDM)的包装薄膜常用PE薄膜，在后加工过程中，PE的存在不影响加工及加工产品的性能，一般不需要剥离。而二元乙丙橡胶(EPM)，尤其是J-0010，由于其门尼黏度较低，冷流现象严重，又因其主要用于润滑油产品的黏度指数改进剂，需要良好的溶油性能[8-10]，因此对J-0010包装薄膜提出了更高要求。目前，EPM的包装膜可分为可剥离膜和可溶膜两种。可剥离膜需要具有一定的强度和防粘性，而且还很难重复使用，由于其是不可降解的，因此从环保的角度考虑，企业更倾向于省时、省力、又不影响EPM油溶性能的可溶性包装膜[11-12]。目前中国石油吉林石化公司生产的J-0010产品采用的包装膜为可溶性包装膜，润滑油生产厂家在使用J-0010时无需剥离，可以直接使用，但价格昂贵。中国石油吉林石化公司研究院自主开发了可溶性包装薄膜产品(L膜)，拟替代目前装置在用的可溶性包装膜。本文针对两种薄膜进行了一系列油溶实验研究，为L膜工业应用奠定基础。

1 实验部分

1.1 原料

J-0010膜：河北新乐华宝塑料机械有限公司；L膜：中国石油吉林石化公司研究院自主研制；基础油：150N，台湾台塑工业股份有限公司。

1.2 仪器及设备

数字控温电加热套：98-1-C型，天津市泰斯特仪器有限公司；欧洲之星数显搅拌器：IKAEUKDSTAR 60，德国IKA公司；运动黏度测定仪：DSY-104，大连石油仪器有限公司；剪切安定性测定仪：CECL-14-A，德国BOSCH公司；石油产品倾点凝点测定仪：DBE-203，大连北方仪器仪表厂；光电浊度计：WZT-3A，上海劲佳科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

取一定量的基础油加入至500 mL玻璃三口瓶中，放入电热套中，升温并搅拌，按实验要求称取一定量的包装薄膜，剪成5～8 mm的小方块备用；当基础油温度达80 ℃时，将准备好的薄膜样品加入至三口瓶中。加料结束后，继续升温至120 ℃，搅拌转速调节为130 r/min，稳定控制，直至样品完全溶解。

1.4 性能测试

运动黏度按照GB 265—1998进行测试；稠化能力按照SH/T 0566—93进行测试；倾点按照GB/T 3535—2006进行测试；剪切安定性(SSI)按照ASTM D 3945进行测试。

2 结果与讨论

2.1 J-0010膜及L膜的溶解时间

在基础油中加入不同用量的J-0010膜及L膜，配制成不同的浓度，考察膜的溶解时间，结果见表1。

表1 J-0010膜及L膜的溶解时间

高分子溶油时间的长短取决于产品的组成、产品的均一性、序列结构及分子链段的长度等多种因素。从表1可以看出，实验范围内不同薄膜、不同用量的条件下，两种膜在基础油中的溶解时间均不超过1.0 h，且溶解时间相当，溶解性在实验条件下一致。

2.2 不同温度的存放实验

将不同膜用量的基础油溶液分别在室温(20 ℃)、2 ℃、-10 ℃及-20 ℃条件下进行存放实验，考察存放72 h时，两种膜溶液的外观状态，实验结果见表2。

表2 J-0010膜及L膜溶液72 h存放实验结果

从表2可以看出，在膜用量较高时，相同实验温度下J-0010膜的析出现象较L膜严重，J-0010膜在较低温度下无析出，但是由于低温下溶液黏度较大、流动性差等原因，导致很难观察到析出物，仅能看到浑浊现象；在膜用量较低(0.05%)时，两种膜溶液在不同温度下存放情况一致。润滑油厂家在不剥离膜的情况下，包装薄膜在黏度指数改进剂中所占质量分数为0.05%左右，实验结果显示，该条件下L膜溶液为透明，72 h存放无析出物。从油品透明性考虑，L膜可用于J-0010产品包装薄膜，溶油时不影响黏度指数改进剂的透明性，无析出物，无需剥离。

2.3 膜用量对基础油溶液透明度的影响

对不同膜用量的基础油溶液进行了浊度测试，浊度越大说明透明度越差，浊度的测试结果见图1。

从图1可以看出，在实验范围内，膜的质量分数为0.25%、0.5%及1.0%时，L膜溶液的浊度均小于J-0010膜溶液，说明L膜溶液的透明度优于J-0010膜；而膜的质量分数为0.05%时，两种膜溶液的浊度相当即透明性基本一致。

w(膜)/%图1 J-0010膜及L膜的浊度对比曲线

2.4 膜用量对基础油溶液黏度的影响

黏度是润滑油非常重要的指标，因此进行了不同膜用量的基础油溶液100 ℃下运动黏度的测试，按照GB/T 265—1998中油品运动黏度的测试方法，不同膜用量基础油溶液的黏度曲线见图2。

w(膜)/%图2 J-0010膜及L膜溶液的黏度曲线

从图2可以看出，在相同膜用量的条件下，L膜溶液的黏度均高于J-0010膜，但从曲线的形状可看出，膜用量较低时(质量分数为0.05%)，两种膜溶液的黏度相当，对黏度指数改进剂的影响基本一致。

2.5 J-0010膜及L膜倾点的对比

倾点是影响润滑油低温性能的重要指标，针对不同膜用量的基础油溶液进行了倾点的测试，结果见表3。

表3 J-0010膜及L膜的倾点1)

1) 150 N基础油的倾点为-32 ℃。

目前国内的润滑油产品多数为多级油，需要在较宽的温度范围内使用，因此要求倾点要足够低，以满足各种级别的润滑油。从表3可以看出，基础油150 N的倾点为-32 ℃，当加入J-0010膜及L膜时，倾点均明显降低且两种膜的加入对基础油倾点的影响并没有本质的区别。加入膜引起倾点明显降低，原因是由于膜中一些分子链段的长度与基油中石蜡的分子链段长度一致或接近，所以膜起到降凝剂的作用，因此可溶性L膜的加入有利于降低基础油的倾点。在调和成品油时，L膜的加入是否能降低降凝剂的使用量则需要进一步实验验证。

2.6 稠化能力及SSI对比

依照SH/T 0103—2007，以J-0010膜及L膜作为黏度指数改进剂，对其稠化能力及SSI进行了测试，结果见表4。

表4 J-0010膜及L膜的稠化能力及SSI

稠化能力和SSI是润滑油的重要考察指标，黏度指数改进剂稠化能力越高、SSI值越小越好，这样就会延长润滑油的更换周期。表4的数据显示，L膜的稠化能力虽然略高于J-0010膜，但L膜的SSI值却明显高于J-0010膜，这是由于两种膜作为不同分子结构的黏度指数改进剂，在基础油中分子伸展程度存在差异[13]，而L膜的伸展状态较J-0010膜更易于受到剪切，导致L膜的SSI偏大。虽然L膜作为黏度指数改进剂的SSI偏大，但在实际润滑油中可溶膜在油品中的含量非常低，因此，膜的加入对SSI的影响很小。