劉慧珍，陳文藝，劉 瑩，姚二偉

(遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

低熔點(diǎn)高硬度特種蠟的研究與開發(fā)

劉慧珍，陳文藝，劉 瑩，姚二偉

(遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001)

采用聚乙烯蠟和月桂酸作為石蠟改性劑，考察了改性工藝條件和改性劑加入量對(duì)石蠟性能的影響。結(jié)果表明：最佳工藝條件為改性時(shí)間3 h、改性溫度130 ℃、攪拌速率600 rmin，聚乙烯蠟添加量(w)為5%，月桂酸的添加量(w)為8%；通過(guò)對(duì)上述兩種添加劑的調(diào)合，制備出滴熔點(diǎn)低和硬度適宜的改性石蠟產(chǎn)品；在此基礎(chǔ)上，加入一定量的硬脂酸，即在聚乙烯蠟添加量(w)為5%、月桂酸添加量(w)為8%、硬脂酸為0～25%時(shí)，可以得到滴熔點(diǎn)更低且硬度也有所提高的改性蠟；并采用SPSS軟件進(jìn)行線性回歸，得出聚乙烯蠟、月桂酸和硬脂酸的添加量與石蠟滴熔點(diǎn)、針入度(25 ℃)的關(guān)系。

石蠟 改性 月桂酸 聚乙烯蠟 硬脂酸 滴熔點(diǎn) 針入度

石蠟可廣泛應(yīng)用于化學(xué)品、醫(yī)藥、食品、交通等行業(yè)。我國(guó)是世界上石蠟產(chǎn)量最大的國(guó)家，但高附加值石蠟產(chǎn)品較少，大多數(shù)用途特殊的特種蠟需要進(jìn)口[1-3]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，普通硬度和熔點(diǎn)的石蠟產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需求。如高溫精密鑄造蠟要求蠟具有高硬度、高強(qiáng)度、小收縮率，醫(yī)用病理組織切片則需要硬度高、熔點(diǎn)低的切片石蠟[4]，空調(diào)用蓄熱材料則需要熔點(diǎn)不超過(guò)55 ℃的低溫新型蓄熱材料等[5]，這些特殊用途的蠟都對(duì)硬度和韌性要求比較高。而高硬度蠟質(zhì)脆，易斷裂，韌性較差；低熔點(diǎn)蠟的硬度則較低[6]，為了滿足現(xiàn)代市場(chǎng)對(duì)高硬度和低熔點(diǎn)特種石蠟的需求，對(duì)這種特種蠟的開發(fā)就顯得越來(lái)越重要。本研究以聚乙烯蠟[7-8]、月桂酸和硬脂酸[9]為改性劑，采用單因素實(shí)驗(yàn)法[10]，確定最佳工藝條件，制備出硬度高、滴熔點(diǎn)低的改性石蠟產(chǎn)品，以滿足現(xiàn)代市場(chǎng)對(duì)特種石蠟的需求。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試 劑

58號(hào)石蠟：工業(yè)級(jí)，撫順石化公司石油一廠生產(chǎn)；聚乙烯蠟：工業(yè)級(jí)，撫順石化公司石油二廠生產(chǎn)；月桂酸：化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；硬脂酸：分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)采用物理改性的方法，采用該方法主要是根據(jù)改性劑具有較高的硬度、比石蠟低的滴熔點(diǎn)、光澤度好等優(yōu)點(diǎn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將一定質(zhì)量的石蠟、聚乙烯蠟、月桂酸和硬脂酸置于三口燒瓶中，將三口燒瓶放入油浴中加熱到一定溫度，待石蠟、聚乙烯蠟、月桂酸和硬脂酸完全熔化，在氮?dú)饷芊鈼l件下開啟磁力攪拌，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的熔融調(diào)合后，將樣品在常溫下冷卻降溫至石蠟滴熔點(diǎn)以上，測(cè)定改性石蠟的滴熔點(diǎn)和針入度。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性溫度的影響

本研究對(duì)石蠟的改性是一種物理變化過(guò)程，需要一定的溫度使實(shí)驗(yàn)樣品熔融并混合，因此在聚乙烯蠟和月桂酸添加量(w)分別為5%和8%、改性時(shí)間為3 h、攪拌速率為700 rmin的條件下，考察溫度對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和25 ℃針入度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 改性溫度對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響■—滴熔點(diǎn)； —25 ℃針入度。 圖2～圖5同

在溫度較低時(shí)，實(shí)驗(yàn)樣品不能完全熔融混合均勻，而在溫度較高時(shí)，月桂酸會(huì)有少量的揮發(fā)。由圖1可知，在130 ℃和140 ℃左右時(shí)混合樣品的滴熔點(diǎn)最低，但相差不大，而130 ℃時(shí)改性石蠟的針入度低于140 ℃的改性石蠟，說(shuō)明140 ℃的改性石蠟硬度高。本研究的目的是為了獲得低熔點(diǎn)高硬度的改性石蠟產(chǎn)品，因此確定最佳改性溫度為130 ℃。

2.2 攪拌速率的影響

為了使原料在熔融狀態(tài)下接觸更充分、混合更均勻，故應(yīng)在一定速率的攪拌下進(jìn)行。在聚乙烯蠟和月桂酸添加量(w)分別為5%和8%、改性時(shí)間為3 h、改性溫度為130 ℃的條件下，考察攪拌速率對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和25 ℃針入度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 攪拌速率對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響

2.3 改性時(shí)間的影響

在聚乙烯蠟、月桂酸添加量(w)分別為5%和8%、攪拌速率為600 rmin、改性溫度為130 ℃的條件下，考察改性時(shí)間對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和25 ℃針入度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 改性時(shí)間對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響

由圖3可以看出，隨著改性時(shí)間的延長(zhǎng)，石蠟的滴熔點(diǎn)呈逐漸下降的趨勢(shì)，而25 ℃針入度逐漸增大。結(jié)合圖3和對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的要求，可以看出，在改性時(shí)間為3 h時(shí)，54.27 ℃的滴熔點(diǎn)和12.1(0.1 mm)的針入度比較符合實(shí)驗(yàn)要求，故確定合適的改性時(shí)間為3 h。

2.4 聚乙烯蠟添加量的影響

聚乙烯蠟具有無(wú)毒無(wú)腐蝕性、硬度較大、軟化點(diǎn)較高、能夠與許多蠟制品進(jìn)行互溶等優(yōu)點(diǎn)，為改善石蠟的硬度提供了有力的條件。在月桂酸添加量(w)為8%、最佳改性條件下，考察聚乙烯蠟添加量對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和25 ℃針入度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 聚乙烯蠟添加量對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響

由圖4可以看出，隨著聚乙烯蠟添加量的增加，改性石蠟的滴熔點(diǎn)不斷升高，針入度降低，即改性石蠟的硬度逐漸升高，但在聚乙烯蠟添加量(w)為5%時(shí)，滴熔點(diǎn)為54.27 ℃，25 ℃針入度為12.4(0.1 mm)，可滿足實(shí)驗(yàn)要求。故確定聚乙烯蠟的適宜添加量(w)為5%。

對(duì)不同聚乙烯蠟添加量對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響采用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，得到的回歸方程為：

Y1=1.051X1+48.685

Y2=-0.530X1+15.642

式中：Y1為石蠟滴熔點(diǎn)；Y2為石蠟25 ℃針入度；X1為聚乙烯蠟添加量?；貧w方程的方差分析結(jié)果見(jiàn)表1，回歸系數(shù)見(jiàn)表2。

表1 石蠟性能回歸方程的方差分析結(jié)果

從表1可以看出，石蠟滴熔點(diǎn)和25 ℃針入度回歸方程的顯著性分別為6.756×10-6和0.001，均小于0.05。因此，可認(rèn)定所建立的回歸方程有效。

表2 石蠟性能回歸方程的回歸系數(shù)

從表2可看出，石蠟滴熔點(diǎn)和20 ℃針入度回歸方程中系數(shù)B的顯著性水平分別3.329×10-9、6.756×10-6和1.824×10-6、0.001，均小于0.05，可以認(rèn)為影響因素X1對(duì)因變量Y1、Y2具有顯著影響，即聚乙烯蠟添加量對(duì)改性石蠟的滴熔點(diǎn)和針入度有顯著影響，可以很好地利用該回歸方程對(duì)石蠟的滴熔點(diǎn)和針入度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.5 月桂酸添加量的影響

月桂酸熔點(diǎn)低，對(duì)環(huán)境無(wú)毒無(wú)害，且能與石蠟以任意比例混溶，這些是降低改性石蠟滴熔點(diǎn)的基礎(chǔ)依據(jù)。在聚乙烯蠟添加量(w)為5%、最佳改性條件下，考察月桂酸添加量對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和25 ℃針入度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 月桂酸添加量對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響

從圖5可以看出，隨著月桂酸添加量的增加，改性石蠟的滴熔點(diǎn)不斷降低，說(shuō)明月桂酸的加入能很好地降低石蠟的滴熔點(diǎn)，但同時(shí)石蠟針入度卻有所提高，因此，為了得到合適滴熔點(diǎn)和針入度的改性石蠟，取月桂酸的添加量(w)為8%。

在其它條件一定的情況下，對(duì)不同月桂酸添加量對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響采用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，得到的回歸方程為：

Y3=-0.417X2+57.796

Y4=-0.530X2+15.642

式中：Y3為石蠟滴熔點(diǎn)，Y4為石蠟25 ℃針入度；X2為聚乙烯蠟添加量?；貧w方程的方差分析結(jié)果見(jiàn)表3，回歸系數(shù)見(jiàn)表4。

表3 石蠟性能回歸方程的方差分析結(jié)果

從表3可以看出，石蠟滴熔點(diǎn)和25 ℃針入度回歸方程的顯著性均為0.001，均小于0.05。因此，可認(rèn)定所建立的回歸方程有效。

表4 石蠟性能回歸方程的回歸系數(shù)

從表4可看出，石蠟滴熔點(diǎn)和25 ℃針入度回歸方程中系數(shù)B的顯著性水平分別9.604×10-4、0.001和7.910×10-7、0.001，均小于0.05，可以認(rèn)為影響因素X2對(duì)因變量Y3、Y4具有顯著影響，即月桂酸添加量對(duì)改性石蠟的滴熔點(diǎn)和針入度有顯著影響，可以很好地利用該回歸方程對(duì)石蠟的滴熔點(diǎn)和針入度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.6 復(fù)合添加劑對(duì)改性石蠟物理性質(zhì)的影響

在石蠟中加入一定量的硬脂酸能夠提高改性蠟的硬度，且又能對(duì)石蠟的強(qiáng)度和表面質(zhì)感、光澤度有很好的改善。為了使改性蠟具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，在上述最佳改性條件下所得到的混合樣品中再添加一定量的硬脂酸，研究其添加量對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響。

表5 硬脂酸添加量對(duì)石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響

注：聚乙烯蠟、月桂酸添加量(w)分別為5%和8%。

由表5數(shù)據(jù)可知，隨著硬脂酸加入量的增加，石蠟的滴熔點(diǎn)和針入度不斷降低，表明聚乙烯蠟、月桂酸和硬脂酸三者的復(fù)合對(duì)降低石蠟滴熔點(diǎn)和提高石蠟硬度比單一添加聚乙烯蠟和月桂酸時(shí)效果顯著。因此為了得到滴熔點(diǎn)低、硬度更優(yōu)的改性蠟產(chǎn)品，一定量的硬脂酸的加入能達(dá)到很好的效果。

3 結(jié) 論

(1) 以聚乙烯蠟和月桂酸為石蠟改性劑，對(duì)58號(hào)石蠟進(jìn)行了改性，以改性石蠟的滴熔點(diǎn)和25 ℃針入度為指標(biāo)，確定最佳的工藝條件為：改性時(shí)間3 h、改性溫度130 ℃、攪拌速率600 rmin；此時(shí)，在聚乙烯蠟添加量(w)為5%、月桂酸添加量(w)為8%條件下得到的改性石蠟滴熔點(diǎn)為54.27 ℃、針入度為12.4(0.1 mm)，此改性蠟色澤較好、柔軟度適宜。

(2) 采用SPSS軟件對(duì)聚乙烯蠟、月桂酸添加量對(duì)改性石蠟滴熔點(diǎn)和針入度的影響進(jìn)行回歸分析，得到的回歸方程的顯著性均小于0.05，故所建立的回歸方程有效。

(3) 在聚乙烯蠟添加量(w)為5%、月桂酸添加量(w)為8%、硬脂酸添加量(w)為0～25%時(shí)，可以得到滴熔點(diǎn)更低且硬度也有所提高的改性蠟。根據(jù)不同需求，通過(guò)改變改性條件制備不同硬度和滴熔點(diǎn)的改性石蠟，可在一定程度上擴(kuò)大石蠟的應(yīng)用范圍。

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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，F(xiàn)ushun，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。

劉慧珍，碩士研究生，從事石蠟的改性研究工作。

陳文藝，E-mail：fscwy@126.com。

遼寧省教育廳項(xiàng)目(2006T090)。