1、文 章 编 号 : 100523360( 2002)20620050204聚 乙 烯 蜡 的 性 能 及 应 用张 振 量 1 ,王 禹 1 ,项 素 云 2 ,常 素 芹 2( 11 大 庆 华 科 集 团 公 司 ,黑 龙 江 大 庆 163316;21 大 连 理 工 大 学 ,辽 宁 大 连 116012)摘 要 : 综 述 了 聚 乙 烯 蜡 的 种 类 、 性 能 、 发 展 前 景 及 应 用 ,重 点 介 绍 了 制 备 色 母 粒 所 用 聚 乙 烯 蜡 的 关 键 指 标 ,并 报 道 了 用 聚 乙 烯 蜡 对 蜡 制 品 改 性 的 初 步 结 果 。关 键 词 : 聚
2、 乙 烯 蜡 ;母 粒 ;分 散 剂中 图 分 类 号 : TQ325112 3141255 文 献 标 识 码 : A收 稿 日 期 : 20022072091 聚 乙 烯 蜡 的 发 展 概 况聚 乙 烯 蜡 又 称 为 低 相 对 分 子 质 量 聚 乙 烯 ,根 据 制造 方 法 的 不 同 ,分 为 聚 合 型 聚 乙 烯 蜡 和 裂 解 型 聚 乙 烯蜡 两 种 。 前 者 是 聚 乙 烯 聚 合 时 的 副 产 物 ,后 者 由 聚 乙 烯树 脂 加 热 裂 解 而 成 1 。 目 前 市 场 上 的 裂 解 型 聚 乙 烯 蜡都 是 用 纯 净 的 聚 乙 烯 树 脂 裂 解
3、而 成 的 ,其 成 本 较 高 。 聚合 型 聚 乙 烯 蜡 和 裂 解 型 聚 乙 烯 蜡 在 相 对 分 子 量 分 布 和分 子 结 构 等 方 面 存 在 着 一 定 的 差 异 ,所 以 其 应 用 场 合有 所 不 同 。 相 对 分 子 质 量 分 布 影 响 聚 乙 烯 蜡 的 力 学 性能 ,分 子 结 构 影 响 聚 乙 烯 蜡 的 结 晶 情 况 2 。 目 前 关 于 聚乙 烯 蜡 的 各 项 性 能 指 标 尚 无 统 一 的 规 定 ,只 是 根 据 不同 的 用 途 有 不 同 的 标 准 。我 国 采 用 裂 解 法 生 产 的 低 分 子 聚 乙 烯 蜡 ,
4、湖 北 化工 研 究 设 计 院 生 产 的 聚 乙 烯 蜡 采 用 的 原 料 是 北 京 燕 山石 油 化 工 有 限 公 司 生 产 的 低 密 度 聚 乙 烯 (相 对 分 子 质量 18000 35000) ,其 产 品 性 能 见 表 1。 1 。 目 前 在 我 国聚 乙 烯 蜡 的 产 量 远 远 不 能 满 足 市 场 的 需 要 ,只 能 依 靠大 量 的 进 口 来 补 充 ,其 价 格 为 6000 1300 元 / t。 德 国BASD 公 司 ,伊 士 曼 公 与 和 美 国 ALLIED2SIGNAL 公 司等 都 产 聚 乙 烯 蜡 。表 1 聚 乙 烯 蜡 的
5、 性 能聚 乙 烯 蜡 号 软 化 点 / 相 对 分 子 质 量 熔 点 / 1 104 105 1350 2000 932 106 108 1600 2200 953 109 112 1900 2700 972 聚 乙 烯 蜡 的 性 能 及 应 用聚 乙 烯 蜡 的 颜 色 多 为 白 色 或 淡 黄 色 ,形 状 可 根 据不 同 需 要 制 成 块 状 、 片 状 或 粉 末 状 3 相 对 分 子 质 量 为1000 40001 ,熔 点 为 95 左 右 ,聚 乙 烯 蜡 具 有 无 毒 ,无 腐 蚀 性 ,硬 度 较 大 ,软 化 点 高 ,熔 融 黏 度 低 的 特 点 ,在
6、常 温 下 具 有 良 好 的 抗 湿 性 、 耐 化 学 品 性 、 电 气 性 能 和 耐磨 耐 热 性 能 ,且 润 滑 性 、 分 散 性 、 流 动 性 好 ,可 以 与 涂料 、 油 漆 、 油 墨 等 配 合 使 用 ,能 产 生 消 光 ,分 散 光 和 光 滑的 效 果 ,与 其 它 种 类 的 蜡 极 其 聚 烯 烃 树 脂 有 良 好 的 相容 性 。聚 乙 烯 蜡 的 用 途 十 分 广 泛 ,可 用 于 油 墨 制 造 擦 亮蜡 ,高 档 地 板 漆 ,高 档 轿 车 上 光 蜡 ,橡 胶 脱 模 防 老 化 剂 。纺 织 加 工 用 柔 软 剂 、 润 滑 剂 、
7、聚 氯 乙 烯 制 品 光 亮 润 滑剂 、 脱 模 剂 、 热 容 胶 粘 剂 。 用 于 提 高 纸 张 涂 料 光 泽 度 和持 久 度 、 用 作 电 缆 填 充 剂 、 柴 油 流 动 性 改 性 剂 、 电 缆 色母 料 添 加 剂 、 纸 板 涂 料 、 玻 璃 瓶 涂 料 、 热 熔 黏 合 剂 ,特 种工 艺 蜡 烛 等 等 3 。 质 量 好 的 聚 乙 烯 微 分 蜡 还 可 以 用 于化 妆 品 和 个 人 护 理 品 。 色 母 粒 加 工 生 产 中 用 聚 乙 烯 蜡作 为 分 散 剂 。211 聚 乙 烯 蜡 作 为 色 母 粒 分 散 剂 的 应 用聚 乙 烯
8、 蜡 在 色 母 粒 加 工 中 的 应 用 非 常 普 遍 。 添 加聚 乙 烯 蜡 的 目 的 不 仅 在 于 改 善 色 母 粒 体 系 的 加 工 性能 ,更 重 要 的 是 促 进 色 母 粒 中 颜 料 的 分 散 ,色 母 粒 的 质量 主 要 取 决 于 其 中 颜 料 分 散 状 况 的 好 坏 ,颜 料 的 分 散05 塑 料 科 技PLASTICS SCI. 其 次 是 在外 加 剪 切 力 和 颜 料 粒 子 之 间 的 相 互 冲 击 碰 撞 作 用 下 团聚 体 破 碎 ;最 后 是 新 生 成 的 颜 料 粒 子 被 树 脂 熔 体 润 湿包 覆 ,稳 定 而 不
9、 再 附 聚 。 这 三 个 步 骤 可 简 单 地 表 示 为 :润 滑 - 破 碎 - 稳 定 化 4 。树 脂 熔 体 黏 度 高 ,与 颜 料 表 面 的 相 容 性 差 ,所 以 润湿 较 差 ,很 难 渗 透 进 团 集 体 的 孔 隙 中 ,因 此 不 能 有 效 传递 剪 切 力 ,难 以 较 好 的 破 碎 团 集 体 。 就 是 在 团 集 体 破 碎后 ,树 脂 熔 体 也 不 能 迅 速 润 湿 和 保 护 新 生 表 面 ,相 互 的碰 撞 接 触 又 会 使 粒 子 重 新 聚 集 ,为 解 决 这 一 问 题 ,可 在上 述 体 系 中 加 入 聚 乙 烯 蜡 。
10、加 聚 乙 烯 蜡 的 母 粒 体 系 在 加 工 时 ,聚 乙 烯 蜡 先 与树 脂 熔 融 ,包 覆 在 颜 料 表 面 。 由 于 聚 乙 烯 蜡 黏 度 低 且 与颜 料 相 容 性 好 ,所 以 较 易 润 湿 颜 料 ,并 能 渗 透 到 颜 料 团集 体 内 部 孔 隙 中 ,消 弱 内 聚 力 ,使 颜 料 团 聚 体 在 外 加 剪切 力 的 作 用 下 更 易 打 开 ,新 生 成 粒 子 也 能 够 得 到 迅 速的 润 湿 与 保 护 。 此 外 ,聚 乙 烯 蜡 可 以 起 到 降 低 体 系 黏度 ,提 高 流 动 性 的 作 用 ,所 以 母 粒 生 产 时 添
11、加 聚 乙 烯 蜡能 够 提 高 生 产 效 率 ,增 加 产 量 ,并 能 允 许 更 高 的 颜 料 浓度 。21112 色 母 粒 的 聚 乙 烯 蜡 的 性 能 指 标通 过 对 聚 乙 烯 蜡 在 色 母 粒 中 的 作 用 机 理 的 理 解 以及 实 际 的 加 工 与 应 用 ,色 母 粒 所 用 聚 乙 烯 蜡 应 该 具 备以 下 几 个 指 标 。2111211 较 高 的 热 稳 定 性用 于 色 母 粒 的 聚 乙 烯 蜡 必 须 在 色 母 粒 制 造 和 着 色制 品 成 型 时 ,较 好 的 承 受 加 工 温 度 。 若 其 汽 化 或 分 解 ,将 会 对
12、色 母 粒 或 着 色 制 品 产 生 不 良 影 响 。 聚 烯 烃 色 母粒 及 制 品 的 加 工 温 度 一 般 在 160 280 ,在 此 温 度 范围 内 ,一 般 的 聚 乙 烯 蜡 可 以 承 受 ,而 由 HDPE 聚 合 产 生的 低 分 子 物 及 石 蜡 则 难 以 承 受 。2111212 适 当 的 分 子 量 范 围选 用 分 子 量 分 布 基 本 一 致 的 聚 合 型 高 度 聚 乙 烯 蜡对 颜 料 进 行 分 散 ,通 常 聚 乙 烯 蜡 的 分 子 量 一 般 在 1000 4000。 试 验 采 用 较 难 分 散 的 炭 黑 作 为 颜 料 ,结
13、 果 表明 ,从 1000 4000 随 分 子 量 增 加 ,蜡 对 炭 黑 的 分 散 能力 逐 步 提 高 。2111213 较 窄 的 分 子 量 分 布分 子 量 分 布 对 聚 乙 烯 蜡 的 性 能 有 一 定 影 响 。 采 用分 子 量 基 本 相 近 而 分 子 量 分 布 不 同 的 蜡 作 为 炭 黑 母 粒的 分 散 剂 ,达 到 同 样 着 色 力 时 ,400P 蜡 (MWD = 2174)用 量 为 3 % ,而 F4 蜡 (MWD = 15197) 就 需 要 10 %以 上 。这 说 明 分 子 量 分 布 窄 的 蜡 相 对 分 子 量 分 布 宽 的 分
14、 散 率较 高 ,这 一 点 说 明 在 色 母 粒 中 作 分 散 剂 时 ,聚 合 法 生 的聚 乙 烯 蜡 较 裂 解 法 的 为 好 5 。2111214 较 强 的 分 散 能 力聚 乙 烯 蜡 可 以 提 高 颜 料 的 分 散 程 度 ,而 颜 料 分 散的 好 坏 直 接 决 定 色 母 粒 的 着 色 能 力 。 颜 料 分 散 好 ,母 粒的 着 色 力 就 高 。 因 此 ,可 以 用 着 色 力 来 表 征 聚 乙 烯 蜡 对颜 料 的 分 散 能 力 。选 用 相 同 比 例 的 聚 乙 烯 蜡 A、 B、 C 作 为 分 散 剂 分别 制 得 炭 黑 母 粒 ,用
15、其 着 色 吹 塑 薄 膜 。 薄 膜 黑 度 测 试 结果 表 明 ,相 同 炭 黑 浓 度 时 ,使 用 C 蜡 的 色 母 粒 着 色 力最 高 ,这 说 明 三 者 中 C蜡 对 炭 黑 的 分 散 能 力 最 强 。表 2 为 美 国 AC 公 司 聚 乙 烯 蜡 Alcyn295A 作 为 分散 剂 时 酞 青 蓝 色 母 粒 的 着 色 强 度 数 据 ,可 以 看 出 母 粒中 加 入 此 蜡 ,其 着 色 强 度 大 大 提 高 。表 2 酞 青 蓝 色 母 粒 的 着 色 强 度物 料组 第 一 组 第 二 组 第 三 组 第 四 组A B A B C A B C A B颜
16、 料 (wt %) 25 25 30 30 30 40 40 40 45 50LDPE(wt %) 75 65 70 60 60 60 50 50聚 乙 烯 蜡 10 10 8 10 6Alcyn295 2 4 55 50着 色 强 度 100 118 72 105 120 65 100 120 140 13015张 振 量 ,等 聚 乙 烯 蜡 的 性 能 及 应 用2111215 对 制 品 性 能 无 不 良 影 响色 母 粒 通 常 是 用 于 着 色 薄 膜 ,薄 壁 等 制 品 着 色 的最 佳 方 法 。 为 此 ,必 须 保 证 母 粒 中 的 聚 乙 烯 蜡 对 着 色 制品
17、 的 力 学 性 能 无 不 良 影 响 。 无 蜡 、 含 蜡 015 %、 1 %的LDPE 薄 膜 的 拉 伸 强 度 、 断 裂 伸 长 度 曲 线 基 本 重 合 。 由于 着 色 制 品 中 蜡 的 含 量 一 般 低 于 1 % ,故 色 母 粒 中 采用 此 种 蜡 对 制 品 的 力 学 性 能 无 不 良 影 响 。 表 3 数 据 表明 ,含 有 Aclyn295A 蜡 的 酞 青 蓝 母 粒 ,在 PS、 SAN、 ABS、PP、 PE、 PA、 PC 中 应 用 时 ,对 制 品 的 拉 伸 屈 服 强 度 和 断裂 强 度 等 性 能 基 本 无 影 响 。表 3
18、加 与 不 加 母 粒 (1 %)对 注 塑 制 品 力 学 性 能 的 影 响树 脂力 学 性 能 拉 伸 屈 服 强 度 (MPa) 断 裂 强 度 (MPa)未 加 Aclyn295A 未 加 Aclyn295APS 47 49HIPS 2715 2715 24 2318SAN 77 78ABS 5615 5610PP 37 36 2118 2118LDPE 1414 1414HDPE 2115 2115 22 22PA 46 45 59 57PC 67 67 66 6521113 聚 乙 烯 蜡 的 用 量颜 料 选 用 炭 黑 ,以 母 粒 的 着 色 力 (用 被 着 色 薄 膜
19、的黑 度 来 反 映 )来 表 征 颜 料 分 散 性 的 好 坏 。 试 验 结 果 表 明了 最 佳 用 量 的 范 围 。 原 因 在 于 聚 乙 烯 蜡 对 颜 料 分 散 所起 的 两 种 相 反 作 用 。 聚 乙 烯 蜡 加 入 母 粒 体 系 中 ,一 方 面改 善 了 体 系 与 颜 料 的 相 容 性 ,加 强 了 对 团 聚 体 的 润 湿和 渗 透 ,有 利 于 分 散 ;另 一 方 面 ,降 低 了 体 系 黏 度 ,虽 能提 高 产 量 ,但 也 使 传 递 到 颜 料 团 聚 体 的 剪 切 力 大 为 下降 ,不 利 于 分 散 。 这 两 种 相 反 作 用
20、的 相 互 竞 争 导 致 最 佳用 量 范 围 的 存 在 ,当 少 量 聚 乙 烯 蜡 加 入 体 系 中 ,其 有 利于 分 散 的 作 用 大 于 阻 碍 分 散 的 作 用 ,此 时 表 现 出 较 好的 分 散 效 果 ,随 着 聚 乙 烯 蜡 用 量 的 增 加 ,两 种 作 用 都 在加 强 ,当 了 聚 乙 烯 蜡 的 浓 度 超 过 某 特 定 值 时 ,其 不 利 于分 散 的 作 用 占 上 风 ,此 时 表 现 出 分 散 效 果 的 下 降 ,继 续增 加 聚 乙 烯 蜡 的 用 量 ,两 种 作 用 相 对 此 消 彼 长 ,分 散 效果 出 现 反 复 。 不
21、同 的 蜡 在 不 同 的 体 系 中 的 最 佳 用 量 是不 同 的 。 这 也 与 设 备 、 工 艺 条 件 相 关 。 因 此 ,母 粒 生 产 厂家 应 根 据 实 际 的 生 产 条 件 ,通 过 实 验 找 到 最 佳 用 量 范围 ,以 求 用 最 低 的 成 本 获 得 更 好 的 分 散 效 果 。综 上 所 述 可 见 ,用 于 色 母 粒 的 聚 乙 烯 蜡 应 具 备 以下 几 个 关 键 指 标 : 300 不 分 解 或 极 少 分 解 :分 子 量3000 4000 ;分 子 量 分 布 较 窄 ;不 影 响 被 着 色 制 品 性能 。 在 一 定 加 工
22、条 件 下 ,对 色 母 粒 中 颜 料 的 分 散 而 言 ,聚 乙 烯 蜡 存 在 最 佳 用 量 范 围 。212 聚 乙 烯 蜡 在 改 性 石 蜡 中 的 应 用 6 ,7石 蜡 是 由 C182C36左 右 的 高 分 子 正 构 烷 烃 为 主 (含量 90 % 92 %)并 含 异 构 烷 约 7 % 8 % ,环 烷 烃 1 %2 %的 固 体 烃 混 合 物 。 石 蜡 的 主 要 指 标 是 熔 点 及 含 油量 ,另 外 颜 色 ,外 观 也 是 主 要 商 品 质 量 指 标 。 蜡 烛 用 的石 蜡 的 熔 点 为 50 60 ,含 油 量 不 超 过 2 %的 中
23、 质 蜡 ,并 不 得 含 水 ,因 含 水 过 多 ,则 使 用 中 易 发 生 溢 溢 流 现象 ,含 水 则 在 燃 烧 过 程 中 发 生 爆 音 且 使 火 焰 不 稳 。 蜡 烛的 主 要 成 分 是 石 蜡 ,然 而 ,由 于 石 蜡 的 硬 度 较 低 ,易 脆裂 且 质 地 较 软 ,熔 点 也 较 低 。 由 石 蜡 本 身 的 这 些 性 能 决定 了 其 产 品 的 性 能 :发 现 制 品 较 软 ,在 运 输 或 较 高 的 温度 下 极 容 易 变 形 ,且 收 缩 率 较 大 ,影 响 了 制 品 的 尺 寸 稳定 性 ;为 了 增 加 蜡 制 品 的 硬 度
24、,提 高 软 化 点 和 熔 点 ,考虑 到 可 在 蜡 制 品 的 原 料 蜡 中 加 入 一 定 量 的 聚 乙 烯 蜡 :由 于 聚 乙 烯 蜡 的 颜 色 为 白 色 或 淡 黄 色 ,熔 点 较 高 (熔 点 95 ) ,且 硬 度 较 大 ,软 化 点 高 ;又 因 为 聚 乙 烯 蜡 熔 融黏 度 低 ,可 以 改 善 黏 附 性 和 韧 性 ;而 且 聚 乙 烯 蜡 无 毒 ,无 腐 蚀 性 ,不 会 危 及 人 的 健 康 ,所 以 具 有 可 行 性 。 用 聚乙 烯 蜡 对 石 蜡 进 行 了 改 性 研 究 ,取 得 一 些 结 果 。初 步 试 验 结 果 表 明 :
25、在 石 蜡 原 料 中 加 入 018 %左右 的 聚 乙 烯 蜡 可 以 改 善 蜡 制 品 的 性 能 。 聚 乙 烯 蜡 的 加入 使 产 品 的 结 晶 变 细 ,克 服 了 其 脆 性 ;使 蜡 制 品 的 硬 度增 加 ,收 缩 率 减 小 ;提 高 了 蜡 烛 的 耐 热 性 和 脱 摸 性 。研 究 工 艺 条 件 影 响 的 结 果 表 明 :用 油 浴 法 使 蜡 熔化 得 到 的 蜡 制 品 性 能 较 好 ,冷 却 时 ,结 晶 速 度 较 慢 ,收缩 率 明 显 减 小 ,燃 烧 质 量 好 。 采 用 冷 模 和 热 模 的 试 验 表明 :热 模 的 蜡 制 品
26、质 量 更 好 些 。 这 也 与 蜡 烛 在 冷 却 过 程中 的 结 晶 速 度 有 关 。 本 项 研 究 工 作 对 开 发 工 艺 蜡 制 品具 有 重 要 意 义 ,这 里 报 道 的 是 部 分 结 果 。参 考 文 献 :1 盛 兴 1 聚 乙 烯 蜡 、 聚 氧 化 聚 乙 烯 蜡 生 产 应 用 及 其 粘 均 分子 量 的 测 定 J . 湖 北 化 工 ,1998 ,6 :34 - 35.25 张 振 量 ,等 聚 乙 烯 蜡 的 性 能 及 应 用2 张 旭 之 ,王 松 汉 ,戚 以 政 . 乙 烯 衍 生 物 化 学 M . 北 京 :化 学工 业 出 版 社 ,
27、1995 ,97.3 寿 德 清 ,山 红 红 . 石 油 加 工 概 论 M . 东 营 :石 油 大 学 出 版社 ,1996 ,273 - 279.4 郭 良 玉 ,刘 大 ,吴 立 峰 . 聚 乙 烯 蜡 在 色 母 粒 中 的 应 用 探 讨 J . 塑 料 ,1998 ,27 (3) :33 - 37.5 张 元 衡 等 . 低 分 子 蜡 在 色 母 粒 中 的 应 用 原 理 初 探 J ,高分 子 工 业 ,1997 (2) .6 欧 风 编 著 . 石 油 产 品 应 用 技 术 M . 北 京 :石 油 工 业 出 版社 ,1983 ,739.7 顾 良 荧 编 . 日
28、用 化 工 产 品 及 原 料 制 造 与 应 用 大 全 M . 北京 :化 学 工 业 出 版 社 ,1997 ,308 - 344.Application and Properties of Polyethylene WaxZHANG Zhen2liang1 ,WANG Yu1 ,XIANG Su2yun2 ,CHANG Su2qin2(1. Daqing Huake Group Corp. ,Daqing 163316 ,China ;2. Dalian University of Technology ,Dalian 116012 ,China)Abstract : The type
29、s ,properties , development and application of polyethylene wax were reviewed ,the key index ofpolyethylene wax used for preparing colour masterbatch was mainly introduced ,and the preliminary result of wax products modi2fied with polyethylene wax was reported.Key words : Polyethylene wax ;Masterbat
30、ch ;Dispersing agent简 讯用 塑 料 纤 维 开 发 保 健 用 品日 本 帝 人 公 司 的 研 究 人 员 发 现 ,聚 氯 乙 烯 纤 维 与 人 体 摩 擦 后 会 产 生 大 量 的 负 离 子 。 由 于 负 离 子 具 有 抑 制 人 体细 胞 和 血 液 氧 化 的 作 用 ,因 此 该 公 司 希 望 利 用 这 一 特 性 开 发 保 健 用 品 。据 测 定 ,聚 氯 乙 烯 纤 维 与 人 体 相 互 摩 擦 时 ,会 使 周 围 空 气 中 漂 浮 的 水 分 子 带 上 负 电 ,每 立 方 厘 米 中 的 数 量 可多 达 880 2020 个
31、 ,是 平 常 情 况 下 的 4 10 倍 。 研 究 人 员 认 为 ,产 生 这 种 现 象 的 原 因 可 能 是 聚 氯 乙 烯 中 的 氯 容 易失 去 电 子 ,很 小 的 能 量 就 能 使 空 气 中 的 微 粒 带 电 。(李 玲 玲 )利 用 真 菌 制 造 塑 料一 种 转 基 因 真 菌 可 能 会 被 用 于 制 造 真 正 意 义 上 的 生 物 可 降 塑 料 。 美 国 农 业 部 的 研 究 人 员 已 找 到 了 用 真 菌 更廉 价 地 生 产 更 多 乳 酸 的 方 法 。 乳 酸 是 多 乳 酸 塑 料 的 主 要 成 分 ,多 乳 酸 塑 料 与 用 于 包 装 材 料 的 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 聚酯 相 类 似 ,因 此 利 用 真 菌 制 造 的 塑 料 可 用 于 制 作 奶 罐 和 饮 料 瓶 等 包 装 容 器 。研 究 人 员 首 先 将 一 种 称 为 稻 米 酒 曲 菌 的 真 菌 所 产 生 的 一 种 乳 酸 盐 脱 氢 酶 提 取 出 来 ,然 后 对 合 成 乳 酸 盐 脱 氢酶 的 基 因 进 行 克 隆 ,并 且 利 用 生 物 技 术 改 造 该 真 菌 ,以 大 量 繁 殖 这 种 真 菌 ,用 于 制 造 塑 料 。(李 玲 玲 )35张 振 量 ,等 聚 乙 烯 蜡 的 性 能 及 应 用