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        用于色母分散劑的副產(chǎn)蠟性能研究

        2018-04-02 09:32:27徐智慧任合剛
        精細(xì)石油化工進(jìn)展 2018年1期
        關(guān)鍵詞:色母粒煉油廠分散劑

        姜 偉,董 平,趙 輝,徐智慧,任合剛

        1. 中國(guó)石油天然氣股份有限公司大慶化工研究中心;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司大慶石化公司實(shí)業(yè)公司:黑龍江大慶 163714

        副產(chǎn)蠟主要生產(chǎn)方法有:1)聚烯烴生產(chǎn)裝置的副產(chǎn)物低分子量聚乙烯蠟;2)Fisher-Tropsh合成蠟;3)熱裂化法聚乙烯蠟;4)Ziegler法聚乙烯蠟。其可應(yīng)用于鍋爐燃料、耐燃蠟燭、塑料添加劑和線型低密度聚乙烯加工改性劑等,但需求量較小,附加值低。為了拓寬副產(chǎn)蠟的應(yīng)用領(lǐng)域,提高其附加值,為企業(yè)提質(zhì)增效提供新思路,近年來不少學(xué)者[1]進(jìn)行了副產(chǎn)蠟作為色母分散劑的研究。這主要是因?yàn)楦碑a(chǎn)蠟具有較低的相對(duì)分子質(zhì)量、疏松的結(jié)構(gòu)及對(duì)顏料具有很高的負(fù)載量,故其能成為色母料理想的潤(rùn)濕劑和分散劑。

        煉油廠生產(chǎn)中產(chǎn)生一種糊狀副產(chǎn)物,相對(duì)分子質(zhì)量為500~4 000,屬低分子量蠟,其在70~100 ℃時(shí)呈熔融態(tài),產(chǎn)品熔程較寬,具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。目前該副產(chǎn)物主要用作燃料,為了提高其應(yīng)用價(jià)值和拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域,研究該副產(chǎn)物能否作色母分散劑是一個(gè)有效的途徑[2]。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 原料

        副產(chǎn)蠟,經(jīng)減壓蒸餾處理,大慶石化公司;線性聚乙烯粉料,大慶石化公司;顏料,深圳市偉昌顏料有限公司。

        1.2 色母分散劑制備過程

        將經(jīng)過研磨過的顏料、副產(chǎn)蠟和載體樹脂(線性聚乙烯)按適當(dāng)比例混合,在密煉機(jī)上混煉,混煉溫度控制在165~175 ℃之間,混煉后粉碎,在雙螺桿擠出機(jī)上造粒。

        1.3 設(shè)備及測(cè)試儀器

        GH-10DC型高速混合機(jī),北京塑料機(jī)械廠;SLF-35B型雙螺桿擠出機(jī),成都有機(jī)硅研究中心;RC90型扭矩流變儀,德國(guó)HAAKE公司;AG-5000A型拉力試驗(yàn)機(jī),日本Shimadzu公司;6542/010型熔體流動(dòng)速率儀,意大利Ceast公司。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 副產(chǎn)蠟的熱穩(wěn)定性

        低分子量產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性是其能否作為分散劑的重要條件,這是因?yàn)樵谏噶V圃旌椭破分珪r(shí),如果低分子量產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性差,在加工溫度下汽化或分解,將嚴(yán)重影響色母粒的加工和制品的著色。表1為副產(chǎn)蠟與聚乙烯蠟的熱穩(wěn)定性能。在不同溫度下副產(chǎn)蠟的熱失重與低壓聚乙烯蠟的相當(dāng),說明煉油廠副產(chǎn)蠟可用作色母分散劑。

        表1 副產(chǎn)蠟與聚乙烯蠟的熱穩(wěn)定性能

        2.2 副產(chǎn)蠟的著色強(qiáng)度

        著色強(qiáng)度是指某一顏料與基準(zhǔn)顏料混合后形成顏色強(qiáng)弱的能力,其除了與顏料的化學(xué)組成有關(guān)外,亦與顏料粒子的大小、形狀有關(guān)。而塑料著色必須滿足:其一是顏料顆粒充分細(xì)化,顏料的凝聚體和團(tuán)聚體破碎,最大程度地減小顏料粒徑;其二是使顏料均勻分布在塑料中。但由于顏料與塑料間不相容,在塑料加工過程需加入潤(rùn)濕劑處理。然而低分子量蠟由于具有擴(kuò)孔結(jié)構(gòu),與塑料相容性極好,且能承載過多顏料顆粒,同時(shí)其還具有潤(rùn)滑作用,因此,成為很好的色母分散劑。圖1為低壓聚乙烯蠟與煉油廠副產(chǎn)蠟的著色強(qiáng)度。隨著顏料粒徑減小,兩種低分子物的著色強(qiáng)度先增加后降低,當(dāng)顏料顆粒粒徑為200 nm時(shí),低壓聚乙烯蠟和煉油廠副產(chǎn)蠟的著色強(qiáng)度達(dá)最高;但煉油廠副產(chǎn)蠟的著色強(qiáng)度低于低壓聚乙烯蠟的,這可能是由于兩種產(chǎn)物本身結(jié)構(gòu)所致。

        圖1 著色強(qiáng)度與顏料粒徑的關(guān)系

        2.3 副產(chǎn)蠟的加工性能

        為了驗(yàn)證副產(chǎn)蠟的加工性能,并與聚乙烯蠟進(jìn)行了對(duì)比,圖2為顏料/聚乙烯的扭矩隨時(shí)間變化曲線。將顏料、副產(chǎn)蠟或聚乙烯蠟和聚乙烯加入扭矩流變儀中,顏料被副產(chǎn)蠟或聚乙烯蠟潤(rùn)濕,經(jīng)一定時(shí)間,接觸角為零,顏料向聚乙烯相滲透,而且聚乙烯蠟更有利于顏料擴(kuò)散。這是由于副產(chǎn)蠟或聚乙烯蠟呈糊狀,相對(duì)分子質(zhì)量較低,加溫后迅速液化,故塑化時(shí)間較短。此外,扭矩也會(huì)隨著加工溫度升高而下降,熔體黏度也降低,有利于顏料在載體樹脂中的分散。然而密煉時(shí)間與分散劑的加量相關(guān)。

        圖2 顏料/聚乙烯的扭矩隨時(shí)間變化曲線

        2.4 副產(chǎn)蠟對(duì)產(chǎn)品性能的影響

        一般而言,顏料直接加入樹脂中會(huì)不同程度地降低其加工流動(dòng)性,導(dǎo)致制品尺寸不穩(wěn),性能較差。然而低聚物作為分散劑加入樹脂中,會(huì)促進(jìn)

        顏料高分散,且物料具有高流動(dòng)性。但由于低聚物熔點(diǎn)低,熔程較寬,加入過多,色母粒熔融流動(dòng)性大,在加工中起外潤(rùn)滑作用,削弱剪切作用,導(dǎo)致顏料分布不勻。因此,顏料與低聚物的配比是色母料加工和產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵??疾旄碑a(chǎn)蠟對(duì)制品薄膜性能的影響,與聚乙烯蠟比較,結(jié)果見圖3。當(dāng)聚乙烯蠟加量為0.3%~0.4%時(shí),制品薄膜性能較好;而副產(chǎn)蠟加量為0.4時(shí),制品薄膜性能較好。

        圖3 副產(chǎn)蠟和聚乙烯蠟加量對(duì)薄膜性能的影響

        3 結(jié)論

        1)煉油廠副產(chǎn)蠟做色母分散劑需經(jīng)凈化處理。

        2)煉油廠副產(chǎn)蠟熱穩(wěn)定性與低壓聚乙烯蠟相當(dāng)。

        3)以煉油廠副產(chǎn)蠟為分散劑的色母著色薄膜,加量為0.4%時(shí),薄膜物性較好。

        [1]冼彩虹,楊婉瓊,劉婉培,等.多功能分散劑對(duì)色母粒性能的影響[J].工程塑料應(yīng)用,2016,44(7):128-132.

        [2]喬博,喬輝,程曉靜,等.不同顏料濃度時(shí)添加高熔體流動(dòng)速率PE-LLD的色母粒性能研究[J].中國(guó)塑料,2010,24(5):59-62.

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