keim-group

聚乙烯蜡的氧化及阳离子乳化工艺

阅读次数:753 - 发布时间:2017/9/28 14:56:47

聚乙烯蜡的氧化及阳离子乳化工艺

张   辉 1, 2 , 董艳勇 2 , 强西怀 1, 2

(1.陕西省轻化助剂重点实验室;  2.陕西科技大学资源与环境学院, 陕西 西安 710021)

摘要:用硬脂酸锌作催化剂, 空气氧化法制备氧化聚乙烯蜡。 结果表明, 在温度 160 ℃~ 170 ℃, 空气流量为 800 L/h, 催 化剂用量为1.0%~ 2.0%的条件下氧化聚乙烯蜡 6 h, 可制得酸值 20.0 mg KOH/ g~ 25.0 mg KOH/ g 蜡的氧化蜡;红外 光谱分析表明氧化后蜡分子中引入了羧基、羰基等官能团。 对氧化蜡用阳非离子复合乳化剂、相转化法进行剪切乳化, 考察乳液稳定性及粒径, 实验表明, 乳化剂 OS-15 和 1631 用量分别为氧化蜡质量的 15%和 5%, 乳化温度为 90 ℃~ 95 ℃, 连续剪切分散 40 min~ 60 min, 可制得均一、稳定的阳离子氧化聚乙烯蜡乳液, 平均粒径为 5.8μm。

关键词:聚乙烯蜡;氧化;氧化聚乙烯蜡;乳化
中图分类号:O632.12   文献标识码:A    文章编号:1000-7555(2011)03-0136-04


聚乙烯蜡是一种高分子蜡(即低聚合度聚乙烯), 相对分子量为 1000 ~ 8000 [ 1] , 是高分子材料中的“小 分子” ,它具有优良的物理化学特性 。聚乙烯蜡无毒、 无味、无腐蚀 ,具有良好的化学稳定性, 可作为氯化聚 乙烯的原料、塑料的改性剂、纺织品的涂布剂以及改善 原油和燃料油粘性的添加剂。目前市场上的乳化蜡产 品应用范围较广 ,阳离子型乳化蜡由于其带正电荷 ,在 水中的固体表面带负电荷 ,可以使得阳离子型乳化蜡 易于吸附在这些固体表面 ,使其成膜更加均匀 ,覆盖性 更好 。但阳离子型乳化蜡由于产品不稳定,易分层 ,成 功的阳离型乳化蜡产品较少 [ 2] 。


本实验通过氧化法对聚乙烯蜡进行改性 ,以改善 蜡的溶解性能、可乳化性 、颜料分散及润滑性等物化特 性,然后对氧化聚乙烯蜡进行阳离子乳化,制备稳定的 阳离子乳化蜡产品。


1  实验部分

1.1  材料和仪器

聚乙烯蜡:工业品,乳山化工厂 ;过氧化苯甲酰 :工 业品 ,湖北大学化工厂;硬脂酸锌:化学纯,西安银河化 工原料公司;环烷酸锰、环烷酸钴:化学纯,西安市怡鑫 化工原料有限责任公司;乳化剂 OS-15 :工业品, 上海 森斐化学品有限公司 ;乳化剂 1631:工业品, 山东长链 化学有限公司。

氧气泵 LZB-6 :余姚工业自动化仪表厂 ;Spectrum 100FT-IR:美国 PE 公司 ;乳化剪切搅拌机 :TRI-300-I 型,上海标本模型厂;表面电位粒径仪:BDL-B 型, 上 海检测技术所上立检测仪器厂 。

1.2  实验方法
1.2.1   聚乙烯蜡氧化 :将聚乙烯蜡及计量催化剂加
入反应釜 ,加热熔化后鼓入计量空气,定时取样检查氧化程度[ 3]。

1.2.2 氧化聚乙烯蜡的改性

将定量氧化聚乙烯蜡 和三乙醇胺投入带搅拌器的三口烧瓶中 , 加入相当于 蜡质量0.5%的酸性催化剂及 2 倍于蜡质量的甲苯 、沸 石,加热回流2 h ,用旋转蒸发仪回收蜡产物中甲苯 ,产 物烘干备用。

1.2.3 氧化聚乙烯蜡的乳化

采用相转变法, 将氧化 聚乙烯蜡和乳化剂加入反应釜 , 熔化后搅拌 。低速搅 拌下缓加 90 ℃热水 ,到油相黏度陡增时, 快速加完热 水,保温搅拌 30 min 后停止加热,搅拌至室温即可 。

1.3 分析测试

 蜡乳液分散性能检测按文献[ 4] 进行,乳化蜡分散 性能分一至五级 ,等级越高分散性能越好 。酸值测定 按照美国 USPAMER WAX 标准方法 [ 5] 。红外光谱分 析采用 KBr 涂膜法 。乳液粒径检测使用 BDL-B 型表 面电位粒径仪测定。

2  结果与讨论

2.1 氧化蜡的红外谱图分析

 IR Spectra of PE and OPE

原料及氧化蜡的红外光谱图见 Fig .1 , 从图中可 知,氧化蜡谱图在 1720 cm -1 附近出现了较强的吸收 峰,表明氧化后引入了羰基, 同时, 在 3000 cm -1 附近 出现 -OH 特征带以及在 1000 cm -1 ~ 1300 cm -1 附近 出现 C -O 特征带 ,说明主要是羧酸类和酯类化合物; 还有 2550 cm -1 ~ 2960 cm -1 、1470 cm -1 、1380 cm -1 、 725 cm -1 ~ 720 cm -1 的原料蜡的 -CH 3 、-CH 2 特征 吸收峰 ,表明在蜡氧化产物中 , 依然有未反应的原料 蜡。


2.2 氧化反应主要影响因素 

2.2.1 催化剂种类和用量

选用硬脂酸锌 、环烷酸 锰、环烷酸钴 、过氧化苯甲酰四种催化剂 , 在相同氧化 条件下,对氧化蜡的酸值和色泽等指标进行考察, 结果 见 Tab .1。

  Effects of the Four Catalysts

由 Tab.1 结果可知,硬脂酸锌催化氧化反应效率 较高 ,为白色粉末,不会加深产品颜色。用硬脂酸锌作 催化剂, 氧化反应 6h 后, 随催化剂用量增加(0 %~ 2%),酸值逐渐增大 ,但到一定用量(大于 2%)后, 酸 值变化不大 。蜡氧化反应中 ,催化剂所参加的基元反 应主要是分子的分解反应 [ 6] ,需要较高的活化能 。随 着催化剂浓度的增加, 原料蜡中的烃分子与催化剂离 子碰撞几率增大 ,产生更多自由基 ,使反应速度和反应 程度加大 ,产品酸值增加 。自由基浓度到饱和后, 增加 催化剂用量(大于 2%)对反应速率影响不大, 杂质量 增加 , 产物颜色加深 。本实验催化剂用量为1.0%~ 2.0%。

2.2.2 反应时间

催化剂用量为聚乙烯蜡质量的 1.5%,空气流量 800 L/h,反应温度 160 ℃的条件下, 初期酸值增加缓慢 ;4 h 后, 酸值增长明显加快;6 h 后,酸值增加幅度变缓, 产物为浅棕黄色;8 h 后 ,产物 颜色加深,出现结块结焦等现象, 是较多副反应所致, 故控制氧化反应时间为 6 h。

2.2.3 氧化温度

催化剂用量为聚乙烯蜡质量的 1.5%,空气流量 800 L/h, 反应时间 6 h 的条件下 ,随 温度升高, 酸值相应增加 。较高温度使自由基产生和 链传递速度加快 ,氧化反应速度加快;但氧化反应为放 热反应,温度过高易引发副反应。超过 180 ℃后, 有结 焦现象 ,颜色加深, 因此控制反应温度为 160 ℃~ 170 ℃。

2.2.4 空气流量

催化剂用量为聚乙烯蜡质量的 1.5%,氧化时间 6 h ,反应温度 160 ℃的条件下 ,随空 气流量增大(小于 1000 L/h), 产物酸值随之增大。空 气流量大 ,氧气与蜡分子间碰撞几率大 ,利于提高反应 传质速率及氧化反应深度 ;空气流量过大,会缩短气体 在反应器中的停留时间, 降低体系温度, 产品损失增 大。本实验控制空气流量为 800 L/h ~ 1000 L/h 。

2.3 阳离子乳化蜡的制备 

直接用阳离子乳化剂乳化的蜡乳液不稳定 ,乳液 颜色乳白 ,粘稠 ,分散性为二至三级 。乳化前对氧化聚 乙烯蜡用有机碱改性 ,再进行乳化 ,结果见 Tab .2。

  Emulsification Effect of Modified OPE

由 Tab .2 可看出,有机碱改性后的氧化聚乙烯蜡 用 1631 和 OS-15(1∶1)复合乳化的效果要比分别单独 用 1631 和 OS-15 乳化的效果好得多, 当 m(1631)∶m (OS-15)=1∶3 时,乳液有一定的透光性 ,泛蓝光 ,说明 有机碱改性对提高乳液产品的稳定性等性能指标有重 要作用。

2.3.1 乳化剂用量对乳化性能影响

乳化剂的用量 不仅影响乳液的形成和稳定性, 还会直接影响所制备 的乳化蜡的使用性能 。实验研究了乳化剂 OS-15 和 1631 的用量对乳化效果的影响, 结果见 Tab .3 和 Tab.4。

  Determination of Proportion of Emulsifiers' Amount

由 Tab.3 可知, OS-15 和 1631 复合使用时 , m (OS-15)∶m(1631)= 3∶1 为宜, 此质量比时, 二者用 量实验结果见 Tab.4。

Determination of Amount of Emulsifiers

由 Tab.4 可知,乳化剂 OS-15 和 1631 复配时,用 量为氧化聚乙烯蜡质量 10%以上时乳化效果较好。 乳化剂用量过少 ,表面活性剂浓度低,难以使蜡乳化或 得不到稳定的乳液;乳化剂用量过多,乳液虽然稳定性 较高 ,但多余的乳化剂在搅拌时易产生泡沫, 影响乳液 质量 。

2.3.2 乳化温度对乳化性能影响

在较优化乳化条 件下 ,考察乳化温度对乳化性能影响,结果见 Tab.5 。 蜡熔融后可降低其分子间内聚力, 在搅拌作用下 能够迅速分散, 蜡与乳化剂可充分 、均匀混合 ,本实验 OPE 的乳化温度控制在 90 ℃~ 95 ℃。

 Effect of Emulsifying Temperature

2.3.3 搅拌速度对乳化性能影响

乳化蜡的乳化性 能还与搅拌速度有直接关系, 搅拌速度低于 100 r/min 时,蜡和乳化剂混合不均匀,乳液不稳定 。搅拌速度为 500 r/min 时, 蜡乳液较稳定, 搅拌速度太高 ,产生泡沫 多,不利于形成牢固的保护膜和分散双电层, 影响乳液 质量 。故搅拌速度应控制在 500 r/min ~ 1000 r/min。

2.3.4 乳液粒径分析

OPE 乳液粒径分析发现, 1631 乳化的乳液粒径为 21.1 μm , OS-15 及 1631 乳化的乳 液粒径为 20.6 μm ;OS-15 乳化的粒径为 9.1 μm ;OS- 15 及 1631 乳化的改性 OPE 粒径为 5.8 μm 。说明用 OS-15 和 1631 复合乳化体系乳化改性 OPE 的乳液粒 径更小,乳化效果更好,其粒径分布见 Fig .2。从Fig .2可见 ,该乳液粒径分布主要在 5 μm ~ 7 μm 之间 ,分布 较窄, 平均粒径为 5.8 μm , 乳液外观为乳白, 较透亮, 分散性为四级。

  Fig.2  Particle Diameter Distribution of Esterified OPE Emulsion

3 结论

 以硬脂酸锌为催化剂 ,空气氧化,由聚乙烯蜡可制 得氧化聚乙烯蜡 。用阳、非离子表面活性剂为乳化剂, 可制得均一、稳定 ,平均粒径为 5.8 μm 的阳离子氧化 聚乙烯蜡乳液。氧化聚乙烯蜡用有机碱改性后 ,阳离 子蜡乳液的稳定性和乳化效果得到提高 。

参考文献: 

[ 1] Bennet H.Industrial wax[ M] .New York:Chemical Publishing Company Inc, 1975:335.

 [ 2] 冯玉海, 沈本贤, 陈新, 等.HD 阳离子乳化蜡的研制[ J] .日用 化学工业, 2002, 4(2):81-83. Feng Y H , Shen B X , Chen X, et al .Development of HD cationic emulsifying wax [ J] .China Surfactant Detergent & Cosmetics, 2002, 4(2):81-83.

 [ 3] Deckers A , Bruderle H, Sessig V .Process for preparing oxidized polyethylene waxes:US , 6060565[ P] .2000-05-09. 

[ 4] 李华阳.聚乙烯蜡化学改性及乳化和双单体非均相接枝改性聚乙 烯的研究[ D] .成都:中国科学院成都有机化学研究所, 2000. 

[ 5] 杨基和, 季敏, 王敬东.特种蜡皂化值及酸值测定方法探讨[ J] . 江苏工业学院学报, 2003, (1):27-29. Yang J H, Ji M , Wang J D.M ensurating the saponification-number and acid-number of special-wax[ J] .Journal of Jiangsu Polytechnic University , 2003, (1):27-29. 

[ 6] Gerd H.Process for the oxidation of polyethylene waxs:US , 6211303B1 [ P] .2001-04-03.

本文聚乙烯蜡的氧化及阳离子乳化工艺内容经过编辑,如无授权,请勿拷贝。 如果您对聚乙烯蜡的氧化及阳离子乳化工艺感兴趣可以联系我们 400-6808-138

最新公布:keim-group 出席Chinacoat 2019

keim-group 出席Chinacoat 2019,今年依然是带来了新的解决方案,以及在现场为客户解答。与往年一样的是,keim-group与战略合作伙伴翁开尔集团共同参展,展台号W1 E13。欢迎您来访。keim-group旗下品牌与产品简介:1、keim-additec:水性蜡乳液产品2、silcona:水性助剂(分散、润湿、流平、消泡、抗刮、防水、慢干)3、ceronas:微粉蜡、功能蜡

上一篇:氧化聚乙烯蜡乳液的组成研究

氧化聚乙烯蜡乳液的组成研究付雪1 ,郜金平 2 ,何柏 1 ,朱蠡庆 1(1. 重庆科技学院 化学化工学院,重庆 401331;2. 中海油(青岛)重质油加工工程技术研究中心有限公司运行部,山东 青岛 266500)摘 要:在常压下制备氧化聚乙烯蜡乳液,研究乳化剂的用量、水蜡质量比以及助乳化剂种类、含量等因素对氧化 聚乙烯蜡乳液粒径的影响。研究助乳化剂碱性添加物和短链异构醇对氧化聚乙烯蜡乳液粒径的

下一篇:氧化聚乙烯蜡乳液的制备及在皮革涂饰中的应用

氧化聚乙烯蜡乳液的制备及在皮革涂饰中的应用强西怀 1, 2 ,董艳勇2 ,张辉 1, 2(1.陕西省轻化工助剂重点实验室, 陕西 西安 710021;2.陕西科技大学 资源与环境学院, 陕西 西安 710021)摘要:采用相转变法对氧化聚乙烯蜡进行乳化制备氧化聚乙烯蜡乳液用于皮革涂饰。 考查了乳化剂种类、用量、乳 化温度及机械搅拌速度等主要因素对乳化效果的影响。 结果表明:使用的乳化剂体系为 OS

佛山市翁开尔贸易有限公司 WebSite 粤ICP备05045526号公安机关备案号44060402000074号 网站地图