費托蠟、聚乙烯蠟和氧化聚乙烯蠟在PVC制品中的應用
一、費托蠟、聚乙烯蠟和氧化聚乙烯蠟的區(qū)別
1.費托蠟是由煤基費托合成工藝產出的,分子量800-1000左右以直鏈為主的烷烴蠟,后期經過精餾分割出熔點為52、60、70、80、95、100、110等產品型號,以滿足不同行業(yè)的應用需求。
2.聚乙烯蠟是低分子量聚乙烯蠟狀物,當前市場上的聚乙烯蠟主要分成三種:
①一種是以霍尼韋爾、巴斯夫、科萊恩等為代表的乙烯單體聚合蠟,俗稱聚合蠟,分為均聚蠟和共聚物蠟。
②一種是采用裂解工藝,把聚乙烯樹脂的分子鏈斷開,產出的低分子量聚乙烯蠟狀物,分為低密度聚乙烯裂解蠟和高密度聚乙烯裂解蠟,另外市場上還有聚丙烯裂解蠟。目前國內還沒有生產乙烯聚合蠟的工廠;主要是生產裂解蠟,國內以豐順東麗、衡水毅美為代表,國外以波蘭、泰國、韓國為代表。
③一種是高密度聚乙烯生產過程中產生的副產物,經過簡單的脫油制成低分子聚乙烯蠟,也就是俗稱的低聚物蠟,特點是:分子量分布范圍寬,批次穩(wěn)定性差(不建議在穩(wěn)定劑中使用),有的里面還含有少量高分子量的聚乙烯樹脂,市場上以中東、泰國、韓國、馬拉西亞、烏茲別克斯坦的為主。
實際上國內還有一種復配的“聚乙烯蠟”,用石蠟、費托蠟、硬化油、高密度聚乙烯樹脂或者聚丙烯樹脂,經過熔化、攪拌、結片而成,本人一般把這一種蠟定義為“假聚乙烯蠟”,如果應用在PVC制品里面,會大大影響產品的質量。
3.氧化聚乙烯蠟是聚乙烯經過氧化工藝而制成的帶有極性的蠟,由于分子鏈中含有了羥基、羧基等極性官能團,與PVC熔體中的各組份相容性提高(相對于聚乙烯蠟和費托蠟來說),同時與金屬的親和力也大大提高,所以相應地提高了PVC熔體的脫模效果或者叫金屬剝離效果。一般分為低密度氧化聚乙烯蠟和高密度氧化聚乙烯蠟;還有一種氧化費托。
二、聚氯乙烯應用前景和市場調查
聚氯乙烯(PVC)是一種具有廣泛用途的通用塑料,尤其是在門窗型材、管道、裝飾板材等建材行業(yè)的應用是其他通用塑料不可比擬的。
據(jù)市場調查統(tǒng)計,2019年全國PVC樹脂消耗量超過了2000萬噸。但是因為PVC分子鏈的缺陷導致了熱穩(wěn)定性差,加工性能差等特點。所以在加工時必須要加入熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、增塑劑等多種助劑,才能保障PVC的順利加工,制作成各種不同的PVC制品。
三、費托蠟、聚乙烯蠟和氧化聚乙烯蠟在PVC制品中的應用
因為PVC的特性,在加工中熔體對螺桿、螺筒、模頭等金屬表面粘附性嚴重,所以需要加入潤滑劑以降低熔體對金屬的粘附,保障PVC加工的順利進行,也就是俗稱的外潤滑劑,廣東工業(yè)大學的吳茂英老師定義為金屬潤滑劑。當然能夠作為PVC外潤滑劑的產品還有很多種,今天只著重講性價比最高和應用最廣泛的費托蠟、聚乙烯蠟和氧化聚乙烯蠟。
1.費托蠟
隨著國內煤化工的蓬勃發(fā)展,短短幾年的時間,中國煤制油產能就超過了世界上其他國家煤制油產能的總和,也使得費托蠟的產能和產量逐年遞增。在短短的幾年內,在PVC加工外潤滑劑方面的應用里,費托蠟已經把石蠟、“假聚乙烯蠟”、低聚物蠟等基本上全部替代,當然也占領了部分進口費托蠟的市場,尤其是在PVC熱穩(wěn)定劑里面,現(xiàn)在已經很少有用到石蠟、進口費托蠟和低聚物蠟的廠家了。但是由于費托蠟在PVC穩(wěn)定劑中(尤其是鈣鋅穩(wěn)定劑)以及PVC制品配方中的大量添加,也帶來了析出、物理性能下降等副作用,所以很多業(yè)內人士都在尋找解決方案,希望調整潤滑劑品種和添加量來解決析出現(xiàn)象嚴重的問題。
費托蠟屬于直鏈烷烴蠟,因為價格低的原因,在PVC穩(wěn)定劑和PVC制品加工中添加量很大;鈣鋅穩(wěn)定劑在滿足了綠色環(huán)保的要求之后,其穩(wěn)定性和鉛鹽穩(wěn)定劑相比有所下降,所以需添加大量的包括潤滑劑在內的其他輔助助劑來彌補穩(wěn)定劑的不足,潤滑劑(以費托蠟為主)量加大后延遲了PVC在擠出機中的塑化,減少了對穩(wěn)定劑的消耗,但也出現(xiàn)了塑化度不足、析出嚴重、物理性能下降等副作用,所以現(xiàn)在大部分鈣鋅穩(wěn)定劑廠家在配方中添加低密度氧化聚乙烯蠟或高密度氧化聚乙烯蠟來提高PVC熔體的塑化度,以減少析出,增加后期脫模性,提高制品的物理性能。
2.聚乙烯蠟
在國產費托蠟還沒投放市場之前,PVC加工中主要是以低聚物蠟、裂解蠟、進口聚乙烯蠟和進口費托蠟配合石蠟使用,尤其是在鉛鹽穩(wěn)定劑中,隨著國產費托蠟的陸續(xù)投放市場,石蠟、進口蠟、低聚物蠟陸續(xù)退出了在PVC制品以及穩(wěn)定劑上的應用,目前性價比合適的只有裂解聚乙烯蠟(比如毅美的L102、L203)。除了少數(shù)的高要求的制品上還在使用進口蠟之外,在穩(wěn)定劑上面已經沒有人再繼續(xù)使用批次質量不穩(wěn)定的低聚物蠟,只有少數(shù)的PVC制品上還在使用低聚物蠟,不過添加量都很少。
3.氧化蠟
在PVC中添加的氧化蠟主要分為三種:
高密度氧化聚乙烯蠟,除了有極性外,特點是粘度高、熔點高,可明顯提高熔體的粘度,在使熔體塑化度提高的同時,金屬剝離性能(脫模性能)也相應提高,尤其適用于PVC硬質發(fā)泡板材、注塑制品、低鈣產品和透明片材等方面。
低密度氧化聚乙烯蠟,相比較高密度氧化聚乙烯蠟粘度偏低,促進塑化度提高的作用不明顯,但是對于提高PVC制品加工的擠出速度和外觀光澤度效果顯著,適用于大部分PVC制品加工應用。
氧化費托蠟,由費托蠟經過氧化工藝制成,國外以沙索的A28、B39、B53為代表,國內以潞安、毅美(OFT115和OFT95)為代表。其中氧化費托蠟特點是性價比高,在PVC中的應用時間不長,還需要繼續(xù)摸索,來發(fā)現(xiàn)更多的優(yōu)點,因為此蠟粘度不高,促進塑化不明顯,但會提高PVC熔體的相容性和金屬的相容性,所以會提高金屬剝離性能(脫模性能),制品的物理性能會相應提高,析出會減少。
四、總結
隨著PVC中大量費托蠟使用后導致的析出問題的出現(xiàn),很多穩(wěn)定劑廠開始在鈣鋅穩(wěn)定劑中添加氧化蠟,不過因為氧化蠟價格提高,穩(wěn)定劑行業(yè)的競爭又很激烈,所以一般的氧化蠟添加量會很少。
根據(jù)多年從事PVC塑料加工行業(yè)的經驗,本人認為在穩(wěn)定劑尤其是鈣鋅穩(wěn)定劑配方中適當添加聚乙烯蠟(裂解蠟:比如集思的蠟)是很好地選擇,使當中的費托蠟、聚乙烯蠟和氧化聚乙烯蠟組合與配方中的硬脂酸鈣產生協(xié)同效果,添加聚乙烯蠟的目的是提高潤滑劑組合的粘度和相容性,因為聚乙烯蠟屬于烯烴蠟粘度是200-1000,而費托蠟只有10左右,而聚乙烯蠟和聚氯乙烯都屬于烯烴類衍生品,根據(jù)相似相溶的原理它們的相容性會提高,再配合上氧化聚乙烯蠟和硬脂酸鈣,使得PVC中內外潤滑總體平衡,在提高熔體塑化度的同時,和金屬的相容性也增加了,所以金屬剝離性能或者說脫模性能也提高了,這樣生產出的制品相對于只添加費托蠟和氧化蠟地析出會相應減少,隨著塑化度地提高,物理性能也會相應提高。
大家最好使用下列搭配的組合:
費托蠟+裂解蠟+硬脂酸鈣+硬脂酸鋅+酯蠟(內潤滑)
上述所述潤滑劑組合起來使用,使得內外潤滑、前中后期潤滑平衡,可以適當降低總體外用潤滑劑添加量,同時也滿足PVC加工中的內外潤滑、金屬剝離性能等要求,也會解決PVC加工中出現(xiàn)的析出嚴重、物理性能下降以及外觀光澤度差等問題,另外因為有協(xié)同效果的出現(xiàn),總體潤滑劑添加量會下降。具體每種潤滑劑的添加量也隨著制品品種、設備條件、加工難易程度和填充量而調整。
