喬生莉

(山西國控環(huán)球工程有限公司(原山西省化工設(shè)計(jì)院)，山西 太原 030024)

引 言

增塑劑HZS-302是由脂肪酸鈉鹽、脂肪酸鋅鹽和少量脂肪酸鈣鹽組成的混合產(chǎn)品，其與倍耐力公司的橡膠增塑劑類似，它是一種橡膠加工的添加劑，橡膠的塑性是指在橡膠中加某些物質(zhì)，使得橡膠分子間的作用力降低，從而降低橡膠的玻璃化溫度，令橡膠可塑性、流動(dòng)性便于壓延、壓出等成型操作，同時(shí)還能改善硫化膠某些物理機(jī)械性能，如降低硬度和定伸應(yīng)力、賦予較高的彈性。具有熱穩(wěn)定性、潤滑性、光穩(wěn)定化作用；還有偶聯(lián)增容功能，增進(jìn)樹脂與填充劑相容性[1]。

隨著國家環(huán)保的要求，汽車逐步向多型類轉(zhuǎn)化，子午線輪胎性能多樣性的需求也逐漸增加，增塑劑HZS-302能夠增強(qiáng)子午線輪胎熱穩(wěn)定性、抗老化，延長其壽命，減少污染，環(huán)保發(fā)展，因此，研制此產(chǎn)品是子午線輪胎的發(fā)展的需要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

1.1.1 棕櫚油

棕櫚油主要成分：棕櫚酸(軟脂酸)和油酸的甘油脂，其中含棕櫚酸甘油脂為(45±5)%，含油酸甘油脂為40%～45%，熔點(diǎn)49 ℃～52 ℃，主要生產(chǎn)地源自馬來西亞。

1.1.2 氫氧化鈉

工業(yè)品，固體片堿，含量≥98.5%。

1.1.3 氯化鋅

工業(yè)氯化鋅，含量≥96%，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)HG/T2323-2012。

1.1.4 氯化鈣

工業(yè)無水顆粒氯化該，含量≥97%，工業(yè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)HG/T2327-2004。

1.2 制品的合成原理

在用堿催化劑作用下棕櫚油水解反應(yīng)生成甘油和羧酸鹽，叫皂化反應(yīng)。皂化后生成的產(chǎn)物中含有甘油和金屬羧酸鹽，稱作均相物質(zhì)，向溶液中加入無機(jī)鹽電解質(zhì)后，皂基發(fā)生凝聚而從溶液中析出，水與皂化物分離，這種作用叫鹽析。產(chǎn)物為脂肪酸鹽的混和物[1]。

1.3 制品的過程

在1 000 mL三口燒瓶上裝上溫度計(jì)、冷凝器、攪拌器,接著加入已熔好的棕櫚油,倒入60 ℃左右熱水，再加熱到80 ℃時(shí)，開始慢慢加入溶好的堿溶液，反應(yīng)溫度控制在80 ℃～90 ℃，維持2.5 h。將已溶解好的氯化鋅和氯化鈣的混合溶液加入三口瓶中，加入時(shí)要緩慢加入，以免料溢出，試驗(yàn)溫度控制在95 ℃以下時(shí)鹽析2.5 h。用熱水對鹽析好的反應(yīng)溶液進(jìn)行水洗,水洗檢測pH至中性為止,再對水洗好的鹽析液進(jìn)行加熱，先在常壓下脫水，至溫度升到125 ℃再減壓脫水，控制溫度在125 ℃下，直到不出水為止，然后將物料倒出，即得制品。

1.4 正交試驗(yàn)

1) 據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，把皂化和鹽析的反應(yīng)溫度做為不變因素，檢驗(yàn)棕櫚油指標(biāo)A(用熔點(diǎn)計(jì))，氫氧化鈉用量B(為棕櫚油質(zhì)量分?jǐn)?shù))，氯化鋅用量C(為棕櫚油質(zhì)量分?jǐn)?shù))，用三因素三位級L9(33)做正交實(shí)驗(yàn)，因素位級如表1所示。

表1 因素位級表

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表2所示。

表2 正交試驗(yàn)計(jì)劃和結(jié)果

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最佳條件為：棕櫚油熔點(diǎn)為49 ℃～52 ℃，氫氧化鈉用量15%，氯化鋅16%。

1.5 氧化鋅與氧化鈣相對用量實(shí)驗(yàn)

皂化與鹽析反應(yīng)溫度不變，棕櫚油熔點(diǎn)為49 ℃～52 ℃(以熔點(diǎn)計(jì))，氫氧化鈉用量15%，考查氯化鋅與氯化鈣相對用量(以棕櫚油質(zhì)量100 g計(jì))試驗(yàn)，如表3所示。

表3 氯化鋅與氯化鈣相對用量

表3表明，其他條件一定，氧化鋅和氯化鈣的相對比為15∶1，氯化鋅與氯化鈣混合物的用量16%(以棕櫚油質(zhì)量100 g計(jì))為最佳條件。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，影響制品的因素有：棕櫚油指標(biāo) 、氫氧化鈉用量、氯化鋅和氯化鈣混合物相對比及用量。其最佳實(shí)驗(yàn)條件為：棕櫚油熔點(diǎn)為49 ℃～52 ℃，氫氧化鈉用量15%，氯化鋅和氯化鈣用量(相對比15∶1)16%。

2.1 棕櫚油質(zhì)量的影響

據(jù)皂化反應(yīng)原理，水解過程的步驟：先是棕櫚油的棕櫚酸三甘油脂水解成甘油二酯和甘油一酯，接著水解成脂肪酸，再加入氫氧化鈉中和生成脂肪酸鈉，水解過程中飽和脂肪酸的水解速度比不飽和脂肪酸的水解快，因而棕櫚油水解的不飽和脂肪酸含量的高低對水解速度的有直接影響，棕櫚油碘值高則不飽和脂肪酸含量將高，而相應(yīng)棕櫚油的熔點(diǎn)低則其碘值就高。若棕櫚油達(dá)不到完全水解，其制品的熔點(diǎn)就低，物料就會(huì)發(fā)黏。但若熔點(diǎn)太高，則所得制品的熔點(diǎn)也偏高，制品不能符合要求。因此，棕櫚油指標(biāo)對制品的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

2.2 氫氧化鈉用量的影響

氫氧化鈉是將棕櫚油水解所生成的脂肪酸中和，得到脂肪酸的鈉鹽，這就是皂化反應(yīng)，因而氫氧化鈉的用量對皂化反應(yīng)的程度有直接影響，若加入的氫氧化鈉量不足，皂化就不充分，生成的產(chǎn)品將含有部分棕櫚油和脂肪酸，則皂化值低，熔點(diǎn)也會(huì)低，但加入的氫氧化鈉量太多將會(huì)增加原料消耗，水洗次數(shù)增多，增加能源消耗,而且制品顏色較深，熔點(diǎn)較高。

2.3 氯化鋅和氯化鈣用量的影響及其相對比

皂化反應(yīng)后的物料中含有甘油醇和羧酸的鈉鹽，加入無機(jī)鹽電解質(zhì)后，分離出脂肪酸鈉，這一過程稱鹽析。在本反應(yīng)中加入無機(jī)鹽，使其與皂化產(chǎn)物發(fā)生鹽析，從而生成脂肪酸鈉鹽、鋅鹽和鈣鹽的混合物。

氯化鋅用量對制品的灰分、氧化鋅含量都有直接影響。如果氯化鋅用量過多，制品中含脂肪酸鋅鹽高，相應(yīng)制品的熔點(diǎn)、灰分、氧化鋅都偏高，而且制品顏色深，攪拌較困難。氯化鋅用量少，則制品的灰分、氧化鋅含量降低，不符合指標(biāo)。

氯化鋅和氯化鈣相對比，其它條件不變，氯化鋅和氯化鈣比增大，制品灰分、熔點(diǎn)、氧化鋅都增大，外觀顏色深沒亮度，成本高；氯化鋅和氯化鈣比減小，制品的灰分、熔點(diǎn)、氧化鋅都達(dá)不到要求。

加入適量氯化鈣使制品色澤較穩(wěn)定，提高色澤艷度、與鋅復(fù)配對輪胎具有熱穩(wěn)定性、潤滑性、光穩(wěn)定化作用；還有偶聯(lián)增容功能，增進(jìn)樹脂與填充劑相容性，可適當(dāng)降低生產(chǎn)成本，有利環(huán)境保護(hù),也提高制品綜合性能。

2.4 最佳條件重復(fù)驗(yàn)證

對皂化和鹽析反應(yīng)溫度確定為穩(wěn)定不變因素，選擇熔點(diǎn)在49 ℃～52 ℃范圍棕櫚油，氧化化鈉用量15%，氯化鋅和氯化鈣(相對比15∶1)用量16%，反應(yīng)時(shí)間為2.5 h如上，重復(fù)做10次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示，其指標(biāo)同倍耐力公司同類產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)相符合，倍耐力公司增塑劑經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，如表5所示。

表4 樣品測試結(jié)果

表5 倍耐力公司增塑劑的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

3 結(jié)論

據(jù)以上試驗(yàn)，制備增塑劑HZS-302產(chǎn)品，皂化溫度控制一定，選擇棕櫚油的熔點(diǎn)49 ℃～52 ℃、氫氧化鈉的用量16%、氯化鋅和氯化鈣(相對比15∶1)用量16%，以棕櫚油質(zhì)量為100 g計(jì)。

在此條件下，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，所得制品的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)符合倍耐力公司同類產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。