孔俊嘉,明皓,2
(1.沈陽科技學院,遼寧 沈陽 110167; 2.沈陽工業(yè)大學,遼寧 沈陽 110870)
在高分子材料加工成型中不可避免地存在摩擦現(xiàn)象。摩擦使高分子材料熔體的流動性降低,影響加工效率,同時會使制品表面變得粗糙,缺乏光澤或形成流紋[1-2]。潤滑劑的加入就是要減少摩擦,改善制品的外觀。脂肪酸雙酰胺類潤滑劑因其具有潤滑性、抗黏接性、抗靜電性、脫模性好等優(yōu)點,能夠增加制品表面的光澤度,同時能促進顏料分散,在高分子材料成型加工中受到廣泛應用[3-4]。乙撐雙硬脂酰胺(EBS)是應用最廣泛、開發(fā)最早的脂肪酸雙酰胺類潤滑劑之一,其具有內外兩種潤滑作用,既能改善高分子材料自身加工特性,又能使制品具有良好的應用性能[5-6]。
在高分子材料助劑的理論研究中,潤滑劑理論研究的進展較為緩慢,到目前為止還沒有形成真正的理論[7-9],僅限借助于化學中的相似相容原理的規(guī)律。在聚烯烴潤滑劑的應用中,潤滑劑極性越大,外潤滑效果越好;潤滑劑極性越小,內潤滑效果越好[10]。潤滑劑分子中含有的極性基團通常包括羥基、羧基、酮基、酯基、醚基及酰胺基等基團[11-12]。如今市場上使用較多的聚烯烴潤滑劑主要包括EBS和TAS-2A 等。其中EBS 帶有酰胺基,本次實驗采用油浴加熱通過冰醋酸和EBS反應取代酰胺基上的氫原子來對EBS 進行改性[13],得到最優(yōu)實驗條件。實驗結果表明,制得的改性EBS 達到了所需要的潤滑要求,具有良好的綜合性能。
冰醋酸,淄博盤古開源化工有限公司;潤滑劑EBS,山東優(yōu)索化工科技有限公司。
熱分析儀,STA449C 型,德國NETZSCH 公司;鼓風干燥箱,DHG-9920A 型,北京中儀匯豐科技有限公司。
改性潤滑劑EBS 主要包括兩個過程:第一步先形成胺鹽,第二步胺鹽分解的同時引入一個弱極性基團。
在四口瓶中通入氮氣,加入潤滑劑EBS,緩慢加熱,待潤滑劑完全熔融后,逐漸加入冰醋酸(適量),在190 ℃下繼續(xù)保溫5 h。自然冷卻后可得淡黃色固體,具有一定脆性,用研缽碾碎即為成品。
反應物的不同配比對潤滑劑熔點的影響如圖1所示。
圖1 反應物的不同配比對潤滑劑熔點的影響
由圖1 可知,產物的熔點隨冰醋酸加入量的增加先上升而后下降。由于冰醋酸具有揮發(fā)性,使得投料比不精準,從而影響反應過程,但如果冰醋酸投入量過多,會使得制品胺值過高,對制品色澤有影響,經過多次試驗證明,EBS 與冰醋酸按質量比1∶0.202 進行反應是較為合適的。
反應物的不同配比對潤滑劑酸值和胺值的影響如圖2 所示。由圖2 可知,隨著冰醋酸加入量的增加產品的酸值上升、胺值下降,由于冰醋酸具有揮發(fā)性,所以加入過量一些,在反應滴加過程中會有揮發(fā)現(xiàn)象,但加入量過多會影響產品的顏色。根據國家標準(GB/T 5530—2005/ISO 660:1996)進行測定,酸值<10 mgKOH·g-1,胺值<5 mgKOH·g-1,符合標準。
圖2 反應物的不同配比對潤滑劑酸值和胺值的影響
反應時間對潤滑劑熔點的影響如圖3 所示。
圖3 反應時間對潤滑劑熔點的影響
由圖3 可知,隨著反應時間的增加產品的熔點升高,當反應超過3 h 后變化趨勢變大而后又變小直到5 h 以后變化趨勢又變大。隨著反應時間的增加轉化率升高,然而反應時間超過5 h 后,繼續(xù)增加反應時間不但沒有效果,還會導致產品顏色越來越深,反應時間過長產物會被氧化,經過多次試驗證實,反應時間為5 h 時最佳。
反應時間對潤滑劑酸值和胺值的影響如圖4 所示。
圖4 反應時間對潤滑劑酸值和胺值的影響
由圖4 可知,潤滑劑的酸值和胺值隨反應時間的增加而下降,反應時間超過5 h,變化趨于緩慢。隨著反應時間的延長,產品的色澤發(fā)生變化,可能被碳化,故確定反應最佳時間為5 h。其他條件不變的情況下,在脫水反應進行中多次取樣測其酸值和胺值,根據國家標準(GB/T 5530—2005/ISO 660:1996)進行測定,酸值<10 mgKOH·g-1,胺值<5 mgKOH·g-1,符合標準。
反應溫度對潤滑劑熔點的影響如圖5 所示。
圖5 反應溫度對潤滑劑熔點的影響
由圖5 可以看出,隨著反應溫度的升高潤滑劑的熔點升高,但達到190 ℃時,熔點變化較為緩慢。如果反應溫度偏低,反應時間過長,會對生產操作效率產生影響,使得反應時間相同的情況下轉化率下降。反應過程中會出現(xiàn)脫水現(xiàn)象,溫度在160 ℃以下,反應會緩慢進行;如果溫度在200 ℃以上,產品會因為發(fā)生氧化反應或焦化現(xiàn)象,導致產品顏色加深呈深棕色,而且溫度越高,產品的顏色也越來越黃,因此190 ℃是最佳反應溫度。
反應溫度對潤滑劑酸值和胺值的影響如圖6 所示。
圖6 反應溫度對潤滑劑酸值和胺值的影響
由圖6 可知,潤滑劑的酸值和胺值隨反應溫度的升高而下降,當溫度升高至190 ℃時,繼續(xù)添加潤滑劑的白度降低,超過190 ℃以上再滴加酸值和胺值變化不大,白度卻降低迅速,所以確定最佳反應溫度為 190 ℃。根據國家標準(GB/T5530—2005/ISO 660:1996)進行測定,酸值<10 mgKOH·g-1,胺值<5 mgKOH·g-1,符合標準。
通過實驗結果表明,改性潤滑劑的最適宜的合成條件為:EBS 與冰醋酸質量比1∶0.202、反應溫度190 ℃、反應時間5 h。根據國家標準(GB/T5530—2005/ISO 660:1996)進行測定,酸值<10 mgKOH·g-1,胺值<5 mgKOH·g-1,符合標準。制得的改性潤滑劑EBS 達到了所需要的潤滑要求,具有良好的綜合性能。