塑料用潤滑劑的工藝參數(shù)影響研究

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摘要：本文以硬脂酸和乙二胺為主要成分，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下制備出脂肪酸酰胺類潤滑劑。其具有內(nèi)外兩種潤滑作用，耐熱性好，能促進(jìn)熔融體流動(dòng)，具有脫膜功能，不但能夠改善高分子材料自身加工特性，而且能夠使制品具有良好的應(yīng)用性能。通過實(shí)驗(yàn)表明，潤滑劑的最佳合成工藝條件為：硬脂酸與乙二胺的比例為1∶0.12，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，反應(yīng)溫度為190℃。其他條件為乙二胺的滴加時(shí)間40分鐘左右，催化劑為磷酸，用量為硬脂酸用量的0.5%，抗氧劑為抗氧劑1010，用量為硬脂酸用量的0.4%。

關(guān)鍵詞：硬脂酸；乙二胺；聚丙烯；潤滑劑

隨著人民生活水平的不斷提高，塑料工業(yè)的日益發(fā)展，人們對(duì)塑料制品性能的要求亦越來越高，塑料加工行業(yè)亦更加愿意使用各種操作方便的功能助劑來達(dá)到降低原材料成本、工藝成本，提高生產(chǎn)效率，賦予塑料制品不同性能的目的，以滿足市場的不同需求[1-2]。潤滑劑在塑料加工中起著重要作用，是塑料加工助劑中的重要類別之一[3]。其功能是在塑料加工過程中，通過降低聚合物熔融體的粘度及防止聚合物粘結(jié)在模具表面，以改善加工性能，達(dá)到提高加工流動(dòng)性、降低螺桿扭矩、提高制品表面光潔度，使加工過程順利進(jìn)行，這對(duì)提高機(jī)械加工效率、增加成品率尤為重要[4]。潤滑劑在熱塑性、熱固性塑料加工中是必不可少的助劑，特別是在聚烯烴制品的成型加工中尤為重要[5]。聚合物成型加工過程中添加潤滑劑，對(duì)減少熔融樹脂顆粒之間的摩擦力，熔融后減少樹脂分子之間的摩擦力，降低熔融體與加工模具之間的粘結(jié)力，以保證加工順利進(jìn)行，提高設(shè)備效率和成品率，增強(qiáng)制品的表面美觀，起到非常好的效果[6]。所以，國內(nèi)外對(duì)潤滑劑的開發(fā)、研制工作很重視，市場也很活躍，不斷有新產(chǎn)品上市，目前更向高效能、耐高溫、多功能復(fù)合型潤滑劑方向發(fā)展[7]。脂肪酸雙酰胺類化合物廣泛用于各種高分子材料和木塑材料中，具有潤滑、脫模、抗粘接、抗靜電和促進(jìn)顏料分散、增加制品表面光澤等多種功能[8]。脂肪酸酰胺類，如硬脂酸酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺，嚴(yán)格地講是作為爽滑劑和防粘劑而使用于聚烯烴類加工中的[9]。本文中所研究的潤滑劑具有內(nèi)外兩種潤滑作用，耐熱性好，能促進(jìn)熔融體流動(dòng)，具有脫膜功能，不但能夠改善高分子材料自身加工特性，而且能夠使制品具有良好的應(yīng)用性能。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料。硬脂酸；乙二胺；磷酸；抗氧劑1010；聚丙烯（PP）。1.2主要儀器設(shè)備。綜合熱分析儀，STA449C；熔融指數(shù)儀：HT-9431；懸臂沖擊機(jī)：XJV-22；拉伸測試儀：RGL-30A；雙螺桿擠出機(jī)：TSE-35A／400-32-1；注射機(jī)：NG120-A。1.3實(shí)驗(yàn)工藝方法首先，硬脂酸在100℃氮?dú)獗Ｗo(hù)下使其全部熔融，滴加磷酸作為催化劑，升溫至130℃；其次，在40分鐘內(nèi)逐步滴加乙二胺，升溫至200℃，保溫2h；最后，冷卻到160℃時(shí)放料，自然冷卻于室溫溫度取出固體，研磨成粉末。

2結(jié)果與討論

2.1硬脂酸與乙二胺配比的確定。由表1可以看出，隨著配比的增加產(chǎn)品的熔點(diǎn)增加，但達(dá)到1∶0.118后時(shí)，產(chǎn)品熔點(diǎn)有所下降，到1∶0.121后變化平緩；硬脂酸與乙二胺的配比對(duì)PP的熔融指數(shù)影響不明顯，但是隨著配比的增加，PP的熔體流動(dòng)速率有下降的趨勢；對(duì)PP抗拉強(qiáng)度沒有明顯的影響，只有小幅度的上升；合成時(shí)當(dāng)乙二胺的加入量增加時(shí)，PP的沖擊強(qiáng)度有明顯的提高，而當(dāng)乙二胺的配比達(dá)到0.121時(shí)，沖擊強(qiáng)度又有下降的趨勢。因此綜合表1可以看出潤滑劑合成時(shí)，硬脂酸與乙二胺的配比在1∶0.121處時(shí)較合適，既不影響PP的流動(dòng)性也能使?jié)櫥瑒┑娜埸c(diǎn)保持在一個(gè)合適的值，乙二胺之所以過量是因?yàn)橐叶肪哂袚]發(fā)性，在滴加階段有部分乙二胺揮發(fā)，但過量較多對(duì)產(chǎn)品的顏色有影響。2.2反應(yīng)時(shí)間的確定。如圖1（a）所示，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加產(chǎn)品的熔點(diǎn)升高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過2.5h后變化趨勢變大，而反應(yīng)時(shí)間越長，產(chǎn)品的顏色也越黃；圖1（a）還顯示了潤滑劑合成時(shí)的反應(yīng)時(shí)間對(duì)PP熔融指數(shù)的影響，在反應(yīng)時(shí)間為1h時(shí)熔體流動(dòng)性最好，隨后流動(dòng)速率有所下降，但下降趨勢不明顯。圖1（b）中，在潤滑劑合成時(shí)的反應(yīng)時(shí)間越長，PP的沖擊強(qiáng)度有下降的趨勢，在2h前下降緩慢；PP的抗拉強(qiáng)度先上升后下降，在反應(yīng)2h時(shí)達(dá)到最大值。因此，綜合圖1可知，潤滑劑的合成時(shí)間應(yīng)該控制在2個(gè)小時(shí)以內(nèi)，使PP的流動(dòng)性達(dá)到最快，而不損失材料的機(jī)械強(qiáng)度，潤滑劑的熔點(diǎn)也控制在一個(gè)合適的水平。2.3反應(yīng)溫度的確定。圖2（a）反應(yīng)溫度對(duì)熔點(diǎn)和熔融指數(shù)的影響圖2（b）反應(yīng)溫度對(duì)沖擊強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的影響由圖2（a）可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高產(chǎn)品的熔點(diǎn)升高，但達(dá)到190℃時(shí)，熔點(diǎn)變化較為緩慢，而保溫溫度越高，產(chǎn)品的顏色也越來越深，因此保溫溫度為190℃時(shí)是最佳反應(yīng)溫度；同時(shí)，隨反應(yīng)溫度的增加，PP的流動(dòng)性也有所增加，但浮動(dòng)不大。圖2（b）中，保溫溫度隨著溫度的升高，沖擊強(qiáng)度有所提升，但沖擊強(qiáng)度都在一個(gè)小范圍內(nèi)變化，影響都不太明顯；由圖2（b）中還可以看出潤滑劑的合成溫度對(duì)PP的抗拉強(qiáng)度有小范圍的影響，在溫度為190℃時(shí)達(dá)到最大值。綜合圖2可以得出，潤滑劑的合成最佳溫度為190℃，這樣既不影響材料的機(jī)械性能和加工性能，也能得到外觀顏色表面光澤度比較好的產(chǎn)品。

3結(jié)論

潤滑劑的最佳合成條件為：硬脂酸與乙二胺的比例為1∶0.12，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，反應(yīng)溫度為190℃。其他條件為乙二胺的滴加時(shí)間40分鐘左右，滴加溫度為100℃，催化劑為磷酸，用量為硬脂酸用量的0.5%，抗氧劑為抗氧劑1010，用量為硬脂酸用量的0.4%。

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作者:孔俊嘉 明皓 單位:1.沈陽科技學(xué)院2.沈陽工業(yè)大學(xué)