费托蜡改性制备特种蜡发展探析

黄 浩，邵光涛，潘晓阳，金 梦，刘素丽

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司，宁夏银川750411）

费托（F-T）合成蜡是通过费托合成技术，以合成气（CO和H2）为原料，一定条件下在费托反应器中进行反应，并通过加氢精制处理后获得的一类产品。费托蜡国外研究较多，南非Sasol公司和荷兰Shell公司开发了一系列费托蜡产品。近年来，国能集团、潞安集团、伊泰集团、兖矿集团的费托合成工业示范装置先后实现了长周期满负荷运转，依托具有自主知识产权的煤基费托合成技术，国内企业在煤基合成油品的开发、生产及深加工等方面开展了许多工作，其中费托蜡由于性能优良，引起人们越来越多的关注[1]。但伴随费托蜡同时大量投入市场，造成产品价格持续走低，为提高经济效益，各大煤制油企业纷纷将目光投向特种蜡市场。特种蜡生产具有以下特点：生产技术含量高，品种多，产量低，附加值高，市场需求多样化，没有哪一家企业能够垄断市场，容易在市场中找到机会。总的来说我国特种蜡产品的产量和品种与国外相比还相差甚远。因此，以费托蜡为中心，通过改性、调和生产高附加值特种蜡，不断向费托蜡系列产品扩展和延伸，走精细化工之路，是我国费托蜡工业未来的发展方向，也是煤制油企业由生产初级产品向高附加值精细化学品跨越的必经之路。

1 费托蜡的特点

费托蜡是由少量甲基支链的直链饱和高碳烷烃所组成，相对分子质量在500～1000，碳数分布在C20～C80，常温下化学性质稳定，几乎不含有硫、氮、芳烃等杂质，在化学组成上可达到食品级要求。与石油蜡相比，它具有熔点高、熔点范围窄、针入度低、含油量低、熔融粘度低、迁移率低、坚硬、耐磨及稳定性高的特点[2]。按滴熔点或凝点划分牌号，国产费托蜡产品主要有60#、70#、85#、95#、100#、105#、110#。国 外 南 非Sasol公司的产品熔点最高可达120℃。费托蜡的价值远高于普通石油蜡，并且在许多高端应用领域已经取代石油蜡。70℃以下熔点的费托蜡分子结构和性质与石蜡相近，可作为部分石蜡的替代品，也可用作石蜡的改性剂，以提高滴点、硬度等；70℃～100℃熔点的费托蜡经过适当异构化后在某些领域可替代微晶蜡进行应用；熔点高于100℃的费托蜡分子量界于石油蜡与塑料之间，原则上已经不能叫做蜡而属于合成材料类物质，基本与石油蜡应用领域关联不大，目前高熔点的费托蜡主要依赖进口，其应用领域更为广泛。基于费托蜡的诸多优点，可广泛应用于橡胶防护、热熔胶、熔模铸造、上光剂、电气、食品、化妆品及农业等领域。

2 费托蜡的应用

2.1 工业领域用蜡

橡胶工业中，费托蜡可作为橡胶的防老剂、增韧剂等。在加工、贮存和使用过程中，橡胶制品容易受到空气中的氧及臭氧的破坏，同时受到光、热、辐射、机械力因素的综合作用，容易引起橡胶制品出现发粘、变硬、龟裂等老化现象。在橡胶制品中加入一定量的防护蜡，可以有效增强橡胶抗氧化性能，抑制老化现象的发生，延长使用寿命。橡胶防护蜡的作用原理是，加入胶料中的橡胶防护蜡能从橡胶内部向表面迁移，在表面“喷霜”形成一层惰性的、结构致密、粘附性强、非结晶的、有韧性的薄膜，蜡膜先与臭氧反应，从而阻碍了臭氧及光、热对橡胶的侵袭[3]。橡胶防护蜡的性质取决于碳数分布和正异构烷烃含量，传统的橡胶防护蜡由普通石蜡和微晶石蜡复配而成，直链烷烃和支链烷烃各占一定比例，少量的支链烷烃能够降低石蜡的规整性，破坏致密的结晶结构，从而形成无定型、阻隔性能良好、柔韧的非晶薄膜。费托蜡主要以正构烷烃为主，其作为橡胶防护蜡的原料时需进行适当的异构化。

在热熔胶工业中，蜡是重要的组成部分。热溶胶作为一种特殊的黏合剂，一般由聚合物、増粘剤、增塑剂、抗氧化剂和填料组成，它在较高温度下熔化成液态，产生流动性，涂布到被黏结物质的表面，当温度降低时，热熔胶蜡冷却固化，将被黏结的物质黏结起来。按照材料不同，热溶胶分为EVA型热熔胶、聚烯烃热熔胶和橡胶型热熔胶（俗称不干胶），广泛应用于包装、纺织、家具封边、书籍装订、汽车以及家用电器的装配等行业。热熔胶在高温下的性质主要由融化温度范围和其中添加的蜡的种类决定，蜡的凝点和结晶度控制着热熔胶的起始凝固温度和固化时间，同时影响热熔胶的塑性和拉伸性能。通过添加适当比例的费托蜡，可以改善热熔胶的软化点、剪切强度、剥离强度，降低熔化温度、改进操作性能，降低成本[4]。

在熔模（精密）铸造工业中，蜡是用得最为普遍的模料。在我国古代称之为失蜡法铸造工艺，该工艺成型后不需要太多切削，细小处理后可直接使用。熔模铸造的工艺流程为：将熔化后的蜡按照设计要求的尺寸、质量压制成蜡模，在其表面涂敷若干层耐火材料，待浆料干燥硬成型壳后，使用高温蒸汽将蜡模熔化流出，最后将熔化的金属液体浇注入型壳中，金属液体在型壳中冷却凝固，脱壳、清理后即成为精确光洁的铸件。熔模铸造用蜡要求熔点在60℃～100℃范围，良好的流动性，软化点不低于35℃～40℃，收缩率小于1%，固态下具有足够的强度和表面硬度，回收方便，复用性好，无公害及来源丰富，价格低廉等[5]。失蜡法铸造工艺适用于各种类型合金零件的铸造，具有铸件尺寸精密度高、形态准确、表面粗糙度低、适用范围广的特点，对于使用其它铸造工艺复杂、不方便加工的物件，也可采取该方法。

在塑料加工工业中，蜡可以作为聚氯乙烯树脂（PVC）的润滑剂。在PVC加工过程中，PVC之间和PVC熔体与加工机械金属表面间会产生摩擦，添加PVC润滑剂主要是为了降低熔体的粘性流动阻力。由于蜡为非极性物质，小分子化合物很难均匀地渗透到PVC树脂分子的各层粒子中，造成蜡润滑剂与PVC相溶性差。根据PVC润滑机理，蜡作为润滑剂主要表现为外部润滑，并且外润滑性很强，在成型加工的中后期也有较好的润滑性，而且无毒[6]。PVC塑化以后，蜡在PVC表面形成一层很薄的膜，减少PVC与加工机械金属表面的黏附性及摩擦力，从而可以防止局部过热而引起的树脂分解，提高了热稳定性和流动性。蜡润滑剂在使用时不宜过量，过量使用会在PVC表面出现“喷霜”现象。作为润滑剂的蜡熔点一般为60℃～95℃，分子链要长，因为长碳链的蜡可以使两个摩擦面远离更远，润滑效果更好。

在纺织工业中，乳化蜡类物质常用于上浆、印花、上光、防水等工艺中。在上浆工艺中，可用作柔软剂和上浆助剂，能够明显提高纤维的柔软性和润滑性，可降低断头率，提高织机效率和织物品质，但所选的蜡要考虑在后处理工序中容易清除掉。在印花工艺中，大量漂白棉织物上按设计的图案不规则地涂上一层蜡，并用还原染料染色，染料只在蜡层覆盖的不厚的地方渗透到纤维中去，纤维干燥后，将蜡除去，可视所用图案的多少和色别的多少反复进行。在上光工艺中，乳化蜡液可使织物具有柔和如丝的高度光泽。在防水工艺中，将蜡质拒水整理剂涂覆在织物上，堵塞织物上的细孔，防止水透过它，就可使织物具有防水性，雨衣和雨伞就是用这种工艺制成的[7]。

在电气工业中，蜡主要用作室温下电气设备的绝缘和防潮。由于电气工业对温度、湿度和电压等条件的要求极为严格，所选不同类型蜡的熔点一般应高于55℃，含油量低、相对电容率高、介电损耗低和电阻值高，除此之外还必须具有良好的挠性、延展性和低的热膨胀系数。电气工业中导线、电缆或不规则形状的金属表面，常常直接涂覆蜡层进行绝缘。电容器、电缆端子和耦合器常用蜡充填在其内部周围的空间[8]。干电池的锌壳可以用蜡或蜡浸渍的纸来密封，这样能有效减少电池的干缩。

2.2 食品、化妆品及农业领域用蜡

在食品加工中，蜡可以用于包装纸的涂层料以保持食物新鲜，可以制造一次性纸杯、方便面盒，在纸张表面涂覆一层高熔点费托蜡，盛放沸水时，不会因为融化而对人体造成伤害。在面包糕饼制作过程中，用蜡作为乳化剂、搅打剂和软化剂十分普遍。蜡还能用作糖果的抗粘剂，巧克力糖的光泽和香味的保持剂，冰淇淋的乳化剂和搅打剂，人造黄油的乳化剂。从食品安全角度，按国家标准限定范围添加一定量的食品专用蜡，不会因为一次摄入大量的食用蜡而对人体造成危害。

费托蜡可以作为果蔬涂膜保鲜剂。由于果蔬含水量高，如果采摘后不作保鲜处理，极易失去水分导致品质降低，甚至由于受病菌、机械损伤的影响而腐烂变质，失去商品价值。不需要吃皮和需要长距离运输的水果以及其他农产品经过打蜡后，堵塞了表皮上的气孔，减少了因水分蒸发引起的萎缩和失重，由于抑制了呼吸速率，减缓了养分损失和后熟衰老，利于保持新鲜度[9]。打蜡后的果蔬外观品质光泽亮丽，一定程度上提高了商品价值。高品质的果蔬蜡具有以下要求：蜡液处理后与果蔬表面结合紧密，易于洗去，无异味，干燥迅速，对人体无毒，价格低。高端的费托蜡经过氧化改性后，溶于水得到乳化蜡，如果用于果蔬保鲜，不仅可以满足长距离运输所需，而且还能起到防虫蛀作用。

费托蜡作为口香糖基材的添加剂，可以调节口香糖的硬度和分散度，增加糖分的溶解度，使其口感和咀嚼性更好，且不易断裂。在制作过程中经过糖衣包裹工序后，口香糖表面较为暗淡，并且容易吸潮，对后期的贮存产生很大影响，经过高熔点、硬度大的费托蜡抛光后不仅可以避免口香糖受潮吸水，又可以改善外观，增强美感[10]。

在化妆品领域，蜡是生产化妆品的最重要的原料之一，可以制造彩妆分散剂、睫毛膏、眼线、唇膏和发蜡等[11]。蜡之所以能够用于化妆品，是因为它能生成排水性的薄膜，起乳化剂或辅助乳化剂的作用，并作为增稠剂以改进乳状液的结构和光滑度。蜡是油溶性的，所以能提高留在皮肤上的薄膜润肤性，并有良好的光泽。应用用于化妆品方面蜡具有以下要求：稳定性好、储存时颜色不变深、无臭无味、无发色体、无致癌的多环芳烃化合物。未精制过的蜡含有一定程度的油、硫、氮和氧，所以化妆品专用蜡的精制非常重要。基于以上要求，费托蜡特别适合作为生产化妆品的原料。

设身处地为游客着想，明确乡村旅游的真正目的与意义。其中首要任务是健全基础设施，保障游客基本的安全与卫生要求。通过采访、问卷的形式了解周边地区游客的需求，从而有针对性地开展活动和提供服务，提高游客满意度和市场美誉度。此外，还应挖掘乡村旅游的潜在市场，如联系周边城市中小学，共同开展农事体验、农业知识科普活动。

在农业领域，使用费托蜡的乳液可以作为花卉植物的抗蒸腾剂，花卉被采摘后，经鲜花保鲜蜡处理，通过阻止花卉植物气孔的开张，有效控制花卉水分散失，可防止其萎蔫损耗，延长花卉寿命[12]。此外，树苗和灌木经鲜花保鲜蜡喷淋后，也能良好地抵御严峻的干旱环境，使其成活率得到显著提高。

在家禽加工业中，费托蜡可以用于家禽的拔毛，即在拔出羽毛以后，先把家禽浸入熔化的蜡中，然后当覆盖的蜡层固化后，用拍击机将蜡除去，这样就将拔毛后留下的羽毛管和小羽毛都埋在蜡中，与蜡同时去掉[13]。

2.3 上光剂领域用蜡

上光剂的主要成分是蜡，涂在皮件、皮鞋、家具、地板、汽车、设备的漆膜表面，主要起去污、上光和保护的作用，有皮鞋油、地板蜡、汽车蜡等品种。上光剂通常需要将几种合适的蜡和其他添加剂按适合的比例调合在一起，才能达到预期的效果。上光剂中低熔点的软蜡吸油性和光亮度较差，不能作为上光剂用蜡的主体原料使用，但它们具有极好的粘附作用，添加一定量能改变柔韧性和铺展效果。高熔点、较高光泽的硬蜡为上光剂用的关键性成分，在上光剂中起光亮作用。高熔点费托蜡硬度高、光亮度好、针入度小，适宜作为上光剂类产品的精制硬性蜡。

皮鞋油是涂擦在皮鞋及皮件表面的皮革上光剂和保护剂，不仅能清洁皮革，使其表面增加光泽，而且还可以保护皮革少受磨损[14]。鞋油的种类有溶 剂型硬膏体、乳化型软膏体和液体型，前两种为传统型产品，液体鞋油由于具有勿擦自亮、携带方便等特点，目前在市面上比较流行。

木质地板因美观自然、易加工、保温性好，受到现在许多家庭装修的青睐，但是木质地板却存在易腐蚀、易虫蛀等缺陷。因此，许多商家推出了地板上光保护剂，按照形态不同，可分为固体地板上光油和液体地板上光油。固体地板上光油是膏剂或无溶剂的上光油，液体上光油可以在干燥后直接形成光亮的表面层。地板上光保护剂主要功能在于防止水、水蒸气和空气渗入地板，保护地板，并减少磨损，在擦拭于地板上后，留下的膜就能产生光泽。

汽车上光蜡主要用作汽车的“美容”。汽车外部表面漆的主要成分是丙烯酸类或聚氨酯类涂料，空气中硫化物，酸雾、酸雨、盐雾碳氢化物、尘埃的污染对面漆影响较大，需要定期的进行清洁、上光和保护。传统的工序是先清洗，再打蜡上光，具有蜡用量多、劳动强度大、上光速度慢，光泽度差的缺点。目前市场需求的是兼具清洗、上光、保护的多功能清洗上光剂，分为溶剂型、含水乳化型、半固体等类型。清洗上光剂的有效成分由研磨剂、直链和支链脂肪烃溶剂、蜡、硅酮、水、表面活性剂、稳定剂等组成[15]。

2.4 纸包装行业用蜡

纸制品包装的阻湿性、阻水性、阻气性一直是行业内关注的重点。纸质包装制品受潮后，强度将会降低，导致包装出现破裂或塌陷，不仅失去包装所具有的保护功能，还会影响包装外观，严重时直接破坏被包装物品质。以费托蜡为原料，添加各类辅助原料和添加剂可以制备纸制品包装防护蜡，主要应用于提高纸制品包装的防潮、防水性能，保护被包装物和加强安全卫生性能。包装材料经过包装防护蜡浸蜡后，其表面可形成一层连续的憎水憎油薄膜，起保护作用，还可以改善包装材料上的印刷效果，提高其光洁度、韧性[16]。与费托蜡相比，水杨酸脂类、烯基琥珀酸苷、阿拉伯木聚糖酶-氢化棕榈仁油等包装原材料价格昂贵，操作复杂，使用不便，甚至极个别的产品有毒、有异味、易燃、污染环境、危害身体。针对纸制品包装箱、纸制品广告牌和食用品包装等特点，费托蜡作为包装用原材料具有价格便宜、使用方便、无毒性、质量优良的优点。

2.5 医药行业用蜡

在牙科治疗过程中，常会用到蜡类物质材料，因为蜡具有可塑性、低熔点、无毒、低硬度、容易成型和铸造，因此，常被用于牙齿嵌体、牙套、假牙等高精度工作中去。

在病理组织学中，为了提高试料组织耐够切薄的强度，常借助蜡类材料进行包埋处理，通过把试料组织渗透到蜡上，然后把组织和石蜡一起进行切薄到1μm～2μm，以供显微镜检查[17]。

2.6 其他领域用蜡

费托蜡可以应用于印刷油墨领域。油墨是由着色剂、连接料及各类助剂组成的均匀稳定的分散体系。着色剂是油墨组成的主体，使印刷品具有丰富多彩的色调，还能使油墨有一定的流变性能。连接料是颜料粒子的载体，使颜料粒子均匀分散，同时起到把着色剂转移到印刷物表面并固定的作用，使油墨具备了流动能力、印刷能力，它也是一种成膜物质，影响着油墨的干燥性和质量品质。助剂的添加改善油墨性能，使其能够满足各种印刷条件。油墨用特种蜡包括聚乙稀蜡、聚四氟乙烯蜡和费托蜡等，蜡在油墨中通常起到耐摩擦助剂的作用，可以改变油墨的工作性质，改善油墨的抗滑动和抗磨损性[18]。蜡的耐摩擦性主要取决于它的颗粒大小和硬度，应用于油墨领域的蜡主要为球形颗粒、具有较低的表面张力的微粉状产品。蜡粒的尺寸尽量要小，保证生产时不会产生不良效果，印刷时不会出现任何问题。蜡印到承印物上后要能够浮在油墨膜层上，这样可以增加耐摩擦性为度，一旦印刷品在外压作用下摩擦生热时，蜡颗粒就会滚动而提高其耐摩擦性。油墨中的蜡的添加一定要适度，用量过多会有可能会影响油墨流动性、转移性和光泽等。

费托蜡可以制备瓶制工艺品密封专用蜡。瓶制工艺品是玻璃瓶内装有花草、水果、透明液体等装饰物而制成的一类工艺品。为了防止瓶制工艺品内液体外漏，通常采用专用密封蜡对瓶制工艺品进行密封，在工艺品制作过程中，要求专用密封蜡粘附性强、表面光滑、无裂纹、在外力作用下不易断裂。鉴于以上要求，瓶制工艺品密封专用蜡必须满足下列指标，熔点低于70℃，使用时不会产生烟雾，蜡能迅速凝结，便于连续化、自动化高速作业，成膜性能好，附着力强，有一定硬度和韧性，价格低[19]。为了降低瓶制工艺品专用蜡的裂纹，改善易碎、硬的缺陷，通常会加入少量的异构烃含量高、针入度大、高韧性和饶性、抗低温性能好的低熔点蜡。

费托蜡可以用作温控阀感温蜡。温控阀是广泛应用于全自动控制设备的温度、流量，它的核心元件是感温蜡式热敏元件，决定了温控阀的控温范围以及控温精确度，蜡作为感温填充介质，熔点范围的选择要适宜。它的原理是利用蜡在相变温度区间分子间距离增大，体积膨胀，将会驱动组件改变冷热流体的流量大小，保证管道出口流体的温度保持在恒定的范围内[20]。温控感温用蜡要求在相变前后严格受温度控制，对温度变化响应迅速，体积变化要大，对阀杆行程控制精确。在应用中影响感温蜡膨胀率的最主要的因素是熔点和熔程，此外，异构烷烃膨胀率一般低于同碳数的正构烷烃，感温蜡要求主要成分以正构烷烃为主。

3 结语

近年来我国煤制油业发展很快，产能在不断迅速扩大，费托蜡市场应用前景广阔，但生产结构还不尽合理，存在着品种少、质量差、价格低的问题，为了避免同质化竞争，走差异化的发展路线，开发不同种类高端化、精细化、高附加值的特种蜡产品是费托蜡生产企业的一种必然选择。为此，应加大费托蜡在精制、改性、成型加工及特种蜡的研发等方面的投入力度，逐步形成完整的产品体系和标准，提高企业生命力和竞争力，促进我国费托蜡行业的发展。