环保增塑剂HZS-302的研究

2018-09-06乔生莉

山西化工 2018年4期

乔生莉

(山西国控环球工程有限公司(原山西省化工设计院)，山西太原 030024)

引言

增塑剂HZS-302是由脂肪酸钠盐、脂肪酸锌盐和少量脂肪酸钙盐组成的混合产品，其与倍耐力公司的橡胶增塑剂类似，它是一种橡胶加工的添加剂，橡胶的塑性是指在橡胶中加某些物质，使得橡胶分子间的作用力降低，从而降低橡胶的玻璃化温度，令橡胶可塑性、流动性便于压延、压出等成型操作，同时还能改善硫化胶某些物理机械性能，如降低硬度和定伸应力、赋予较高的弹性。具有热稳定性、润滑性、光稳定化作用；还有偶联增容功能，增进树脂与填充剂相容性[1]。

随着国家环保的要求，汽车逐步向多型类转化，子午线轮胎性能多样性的需求也逐渐增加，增塑剂HZS-302能够增强子午线轮胎热稳定性、抗老化，延长其寿命，减少污染，环保发展，因此，研制此产品是子午线轮胎的发展的需要。

1 实验部分

1.1 原料

1.1.1 棕榈油

棕榈油主要成分：棕榈酸(软脂酸)和油酸的甘油脂，其中含棕榈酸甘油脂为(45±5)%，含油酸甘油脂为40%～45%，熔点49 ℃～52 ℃，主要生产地源自马来西亚。

1.1.2 氢氧化钠

工业品，固体片碱，含量≥98.5%。

1.1.3 氯化锌

工业氯化锌，含量≥96%，检验标准HG/T2323-2012。

1.1.4 氯化钙

工业无水颗粒氯化该，含量≥97%，工业检验标准HG/T2327-2004。

1.2 制品的合成原理

在用碱催化剂作用下棕榈油水解反应生成甘油和羧酸盐，叫皂化反应。皂化后生成的产物中含有甘油和金属羧酸盐，称作均相物质，向溶液中加入无机盐电解质后，皂基发生凝聚而从溶液中析出，水与皂化物分离，这种作用叫盐析。产物为脂肪酸盐的混和物[1]。

1.3 制品的过程

在1 000 mL三口烧瓶上装上温度计、冷凝器、搅拌器,接着加入已熔好的棕榈油,倒入60 ℃左右热水，再加热到80 ℃时，开始慢慢加入溶好的碱溶液，反应温度控制在80 ℃～90 ℃，维持2.5 h。将已溶解好的氯化锌和氯化钙的混合溶液加入三口瓶中，加入时要缓慢加入，以免料溢出，试验温度控制在95 ℃以下时盐析2.5 h。用热水对盐析好的反应溶液进行水洗,水洗检测pH至中性为止,再对水洗好的盐析液进行加热，先在常压下脱水，至温度升到125 ℃再减压脱水，控制温度在125 ℃下，直到不出水为止，然后将物料倒出，即得制品。

1.4 正交试验

1) 据实验结果，把皂化和盐析的反应温度做为不变因素，检验棕榈油指标A(用熔点计)，氢氧化钠用量B(为棕榈油质量分数)，氯化锌用量C(为棕榈油质量分数)，用三因素三位级L9(33)做正交实验，因素位级如表1所示。

表1 因素位级表

进行实验计划和正交实验结果，如表2所示。

表2 正交试验计划和结果

从以上实验结果的最佳条件为：棕榈油熔点为49 ℃～52 ℃，氢氧化钠用量15%，氯化锌16%。

1.5 氧化锌与氧化钙相对用量实验

皂化与盐析反应温度不变，棕榈油熔点为49 ℃～52 ℃(以熔点计)，氢氧化钠用量15%，考查氯化锌与氯化钙相对用量(以棕榈油质量100 g计)试验，如表3所示。

表3 氯化锌与氯化钙相对用量

表3表明，其他条件一定，氧化锌和氯化钙的相对比为15∶1，氯化锌与氯化钙混合物的用量16%(以棕榈油质量100 g计)为最佳条件。

2 实验结论

综合以上实验结果，影响制品的因素有：棕榈油指标、氢氧化钠用量、氯化锌和氯化钙混合物相对比及用量。其最佳实验条件为：棕榈油熔点为49 ℃～52 ℃，氢氧化钠用量15%，氯化锌和氯化钙用量(相对比15∶1)16%。

2.1 棕榈油质量的影响

据皂化反应原理，水解过程的步骤：先是棕榈油的棕榈酸三甘油脂水解成甘油二酯和甘油一酯，接着水解成脂肪酸，再加入氢氧化钠中和生成脂肪酸钠，水解过程中饱和脂肪酸的水解速度比不饱和脂肪酸的水解快，因而棕榈油水解的不饱和脂肪酸含量的高低对水解速度的有直接影响，棕榈油碘值高则不饱和脂肪酸含量将高，而相应棕榈油的熔点低则其碘值就高。若棕榈油达不到完全水解，其制品的熔点就低，物料就会发黏。但若熔点太高，则所得制品的熔点也偏高，制品不能符合要求。因此，棕榈油指标对制品的质量产生直接影响。

2.2 氢氧化钠用量的影响

氢氧化钠是将棕榈油水解所生成的脂肪酸中和，得到脂肪酸的钠盐，这就是皂化反应，因而氢氧化钠的用量对皂化反应的程度有直接影响，若加入的氢氧化钠量不足，皂化就不充分，生成的产品将含有部分棕榈油和脂肪酸，则皂化值低，熔点也会低，但加入的氢氧化钠量太多将会增加原料消耗，水洗次数增多，增加能源消耗,而且制品颜色较深，熔点较高。