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        微波加熱條件對(duì)樹(shù)脂膨化改性影響的研究

        2021-08-26 00:59:00史萬(wàn)敬張文學(xué)劉元戎陳曉雪
        中國(guó)氯堿 2021年7期
        關(guān)鍵詞:改性影響

        史萬(wàn)敬,張文學(xué),劉元戎,陳曉雪

        (金川集團(tuán)化工有限責(zé)任公司,甘肅 金昌737100)

        金川集團(tuán)化工有限責(zé)任公司為中國(guó)最大鎳鈷生產(chǎn)加工企業(yè)—金川集團(tuán)股份有限公司所屬。 該公司有 50 萬(wàn)t/aPVC、40 萬(wàn)t/a 燒堿、10 萬(wàn)t/a 硫酸鉀的生產(chǎn)能力, 配套可生產(chǎn) 18 萬(wàn)t/a 鹽酸、8 萬(wàn)t/a 液氯、20 萬(wàn)t/a 片堿。 作為 40 萬(wàn)t/a 燒堿裝置的配套裝置,公司50 萬(wàn)t/a PVC 系統(tǒng)采用工藝成熟、 可靠的水相法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)樹(shù)脂, 且樹(shù)脂產(chǎn)品已獲國(guó)內(nèi)主流市場(chǎng)認(rèn)可,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

        PVC 樹(shù)脂因其分子結(jié)構(gòu)的物性限制,無(wú)法在高溫環(huán)境下單獨(dú)加工使用,需要配合一定量的穩(wěn)定劑、增塑劑、 改性劑等助劑, 以滿(mǎn)足不同用途的加工需求。這就需要PVC 樹(shù)脂顆粒表面具有足夠大的比表面積和足夠多的孔洞,可以吸附更多的油性分子,增強(qiáng)與各類(lèi)助劑的混合均勻度, 發(fā)揮分子加工中的連續(xù)作用力。 而PVC 樹(shù)脂吸油率的高低,將決定樹(shù)脂顆粒對(duì)油性分子的承載力大小, 目前, 公司生產(chǎn)的PVC 樹(shù)脂吸油率在19.0%~20.0%。

        微波加熱是一種利用極性分子和非極性分子間的磁場(chǎng)作用加熱的方法, 當(dāng)有極分子電介質(zhì)和無(wú)極分子電介質(zhì)置于微波電磁場(chǎng)中, 介質(zhì)材料終會(huì)形成偶極子或已有的偶極子重新排列, 隨著高頻交變電磁場(chǎng)以每秒數(shù)億次的速度擺動(dòng), 分子要隨著不斷變化的高頻電場(chǎng)方向重新排列, 就必須克服分子原有熱運(yùn)動(dòng)和分子相互間作用的干擾和阻礙, 產(chǎn)生類(lèi)似于摩擦的作用。 整個(gè)過(guò)程就會(huì)使得電磁場(chǎng)能量逐漸轉(zhuǎn)化為新的熱能,使介質(zhì)溫度出現(xiàn)大幅度的提升,以達(dá)到干燥的目的。 正是因其改變分子間的電磁場(chǎng)作用方向,對(duì)分子結(jié)構(gòu)本身不易產(chǎn)生損傷,在樹(shù)脂干燥的研究方向上,微波加熱的方法比較理想。

        本研究?jī)?nèi)容使用的同批次PVC 樹(shù)脂原始吸油率為19.61%,樹(shù)脂含水率0.2%。

        考慮微波對(duì)PVC 樹(shù)脂顆粒的破壞性損傷(顆粒碳化),采用膨化紙袋配合完成實(shí)驗(yàn)。

        1 樹(shù)脂微波受熱溫度的研究

        將PVC 樹(shù)脂平鋪盛放至容器中,放入微波反應(yīng)設(shè)備(8 kW、間歇式),擬定作用時(shí)長(zhǎng)為 90 s、120 s、180 s, 觀察樹(shù)脂碳化情況并使用測(cè)溫槍測(cè)定溫度。微波對(duì)樹(shù)脂碳化溫度的影響見(jiàn)表1。

        表1 微波對(duì)樹(shù)脂碳化溫度的影響

        從表1 可以看出,隨著時(shí)間的增加,在相同功率的微波作用下,PVC 樹(shù)脂顆粒直接作用, 顆粒表溫達(dá)到最高,并受時(shí)間的增加陸續(xù)出現(xiàn)碳化點(diǎn),使用測(cè)溫槍測(cè)得碳化點(diǎn)溫度在75 ℃即發(fā)生質(zhì)變。 因此,PVC 樹(shù)脂的干燥溫度不宜超過(guò)75 ℃。

        2 微波對(duì)樹(shù)脂吸油的改性影響

        使用小型微波設(shè)備(700 W),分別對(duì)成品PVC樹(shù)脂(含水率0.2%)和不同含水率的樹(shù)脂,進(jìn)行微波作用后,檢測(cè)吸油率的變化。微波加熱對(duì)樹(shù)脂吸油的影響(第一批)見(jiàn)表2。

        從表2 中可以看出,樹(shù)脂中含有一定的水分,可以起到對(duì)樹(shù)脂一定的保護(hù)作用, 給予樹(shù)脂溫和的受熱環(huán)境, 避免高溫對(duì)樹(shù)脂分子團(tuán)的直熱帶來(lái)的不可恢復(fù)的損傷,影響吸油率。另外,樹(shù)脂含水率越高,會(huì)對(duì)微波的做功加熱產(chǎn)生衰減, 導(dǎo)致樹(shù)脂分子團(tuán)發(fā)生改變不大。過(guò)高的微波功率和時(shí)間,都會(huì)加劇樹(shù)脂分子團(tuán)發(fā)生碳化和降解速度。 微波加熱對(duì)樹(shù)脂吸油的影響(第二批)見(jiàn)表3。

        表2 微波加熱對(duì)樹(shù)脂吸油的影響(第一批)

        表3 微波加熱對(duì)樹(shù)脂吸油的影響(第二批)

        從表3 中所得的數(shù)據(jù)同樣可以得出功率、 時(shí)長(zhǎng)的增加與吸油率成反比。

        取關(guān)鍵分析數(shù)據(jù),做比對(duì)性分析圖見(jiàn)圖1。

        從圖1 中可以看出,隨著PVC 樹(shù)脂中原始水分的增加,吸油率是下降的。而相比成品樹(shù)脂原始吸油率19.61%, 經(jīng)微波處理后的樹(shù)脂, 吸油率上升至20.66%,漲幅達(dá)5.4%。

        圖1 不同含水樹(shù)脂微波作用后,樹(shù)脂吸油改性情況

        隨著時(shí)間的延長(zhǎng), 成品樹(shù)脂的吸油率下降至18.59%,主要原因?yàn)楫?dāng)微波將樹(shù)脂顆粒間的水分以電磁場(chǎng)作用受熱揮發(fā)后,對(duì)PVC 顆粒表面的分子結(jié)構(gòu)造成了破壞,致使樹(shù)脂分子表面發(fā)生塌陷,從而影響其吸油率。

        膨化包裝在一定程度上縮減了微波對(duì)PVC 樹(shù)脂顆粒的直接作用力, 并給水分的蒸發(fā)提供了一個(gè)穩(wěn)定、緩和的環(huán)境,避免了微波直射對(duì)樹(shù)脂顆粒的結(jié)構(gòu)影響。

        3 大功率下微波對(duì)樹(shù)脂吸油的影響

        將潮濕的 PVC 樹(shù)脂 (含水 20.1%、 吸油率21.1%)平鋪盛放至微波反應(yīng)設(shè)備(8 kW、間歇式)中,擬定作用時(shí)長(zhǎng)為 90 s、120 s、180 s,經(jīng)微波反應(yīng)后,檢測(cè)樹(shù)脂吸油率,其結(jié)果見(jiàn)表4。

        表4 大功率微波對(duì)樹(shù)脂吸油率的影響

        從表4 中數(shù)據(jù)可以看出,在較大功率的作用下,樹(shù)脂的吸油率大幅下降。

        4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

        (1)通過(guò)微波作用,在合理的范圍內(nèi),對(duì)PVC 樹(shù)脂顆粒的改性,如吸油率具有一定的促進(jìn)作用。 但作用功率、時(shí)長(zhǎng),以及樹(shù)脂中還有的原始水分與作用后的樹(shù)脂吸油率呈反比,微波改性PVC 樹(shù)脂顆粒的吸油率需要的是一個(gè)緩和的水分釋放過(guò)程。

        (2)在較低的功率微波下,有限的時(shí)長(zhǎng)內(nèi),通過(guò)微波作用,可以有效提高樹(shù)脂吸油率的指標(biāo),但需要注意控制水分、作用時(shí)長(zhǎng),避免微波對(duì)樹(shù)脂顆粒的直接作用導(dǎo)致的樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)的破壞、損傷。

        (3)通過(guò)微波實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)已成型的PVC 樹(shù)脂顆粒,在其分子外表面依然存在較高的水分,因此,在下游加工的過(guò)程中,必要的熱混過(guò)程對(duì)于減小樹(shù)脂水分對(duì)加工的影響是有利的。同時(shí)可防止樹(shù)脂中的水分蒸發(fā)在加工過(guò)程中給產(chǎn)品帶來(lái)的起泡影響。

        (4)當(dāng)樹(shù)脂顆粒在80 ℃以上的高溫,或長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境下, 極易發(fā)生PVC 顆粒分子表面的改變、坍塌,影響其分子力學(xué)性能。

        (5)針對(duì)PVC 樹(shù)脂顆?;镜奈镄詶l件,所開(kāi)展的最佳微波改性條件, 還需要在以上研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,做進(jìn)一步方向性研究。

        5 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)微波處理PVC 樹(shù)脂實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了利用微波法來(lái)增強(qiáng)改性PVC 樹(shù)脂的可行性, 并確定了PVC樹(shù)脂的微波改性影響因素和條件, 對(duì)于微波改性的選擇具有指導(dǎo)性意義。

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