[00037639]氧化聚乙烯蠟乳液的研制

氧化聚乙烯蠟（OPE）是分子鏈上含有羥基和羧基的低聚合度聚乙烯，相對分子質量約為1000~4000。OPE乳液形成的蠟膜光澤度高、硬度大、手感好和耐久性優良等特點；同時，高熔點的OPE具有良好的熱穩定性好，對填料、顏料的分散性極佳，并與聚烯烴樹脂等有良好的相容性，可以替代昂貴的動植物乳化蠟，廣泛應用于皮革、光油、油墨、地板和汽車上光、家具、造紙、紡織等領域。
　　美國Michelman公司生產的“Emulsion39235”是一種淡黃色、半透明的非離子型OPE微乳液，該乳液由單一乳化劑制備，乳膠粒子尺寸小于100nm、且粒徑分布窄。德國巴斯夫公司生產的高密度聚乙烯蠟乳液“WE-6”也是一種淺色半透明液體。這兩種產品的原料蠟熔點均達到140℃，屬于高熔點蠟，且與其它水性乳液的相容性好。因此，盡管這兩款產品在國內的售價較高（18~20元/公斤），但銷售狀況良好，廣泛應用于皮革涂飾、水性光油、水性油墨、水性涂料和水性漆等領域。
　　為提高乳化能力和降低乳膠粒子尺寸，國內一般采用兩種或兩種以上的復合乳化劑制備乳化蠟，這導致生產成本的增加，同時在一定程度上影響乳化蠟與其它水性乳液的相容性。單一乳化劑制備的乳化蠟則可解決這一問題，且在實際生產中可降低生產成本、簡化生產工藝[7,8]?；裟犴f爾公司生產的氧化聚乙烯蠟具有高熔點和光澤性好等特點，因此，本作品以該公司生產的OPE為原料，以單一非離子型乳化劑制備了微黃色、半透明的OPE微乳液，其技術參數達到甚至超過Michelman公司生產的“Emulsion39235”。經試用過本作品的陜西某皮革制品公司反映，本作品的應用性能優于該公司現在使用的巴斯夫公司產品“WE- 6”。
　　壬基酚聚氧乙烯醚類非離子型乳化劑因難以降解，目前已在多個領域被禁止使用。因此，本作品在做了大量調研及前期試驗的基礎上，選用異構脂肪醇聚氧乙烯醚為單一乳化劑，再以一種小分子化合物為助乳化劑，在150±5℃和5.0±0.5MPa的條件下，以200rpm的速度攪拌1.0h，然后快速冷卻至50℃以下，卸壓后打開釜蓋，即可獲得OPE微乳液。采用下述方法獲得本作品和“Emulsion 39235”的技術參數：
　　(1) 用Mastorsizer 2000激光粒度儀分析本作品和“Emulsion 39235”的粒度分布和平均粒徑；
　　(2) 用Brookfield DV-ⅠPrime測定本作品和“Emulsion 39235”的粘度，測定時用3# 轉子，轉速100rpm；
　　(3) 向兩支離心試管內分別加入20mL本作品和“Emulsion 39235”，以3000 rpm的速度離心30min，觀察是步否有破乳、分層和沉淀物；
　　(4) 分別稱取一定量的本作品和“Emulsion 39235”，在室溫下自然風干后，轉移至50℃的真空干燥箱，保溫24h，稱重，計算本作品和“Emulsion 39235”的固含量；
　　(5) 采用紫外/可見分光光度計測試本作品和“Emulsion39235”在波長為450~ 650nm范圍內的透光率；
　　（6）耐磨性測試：① 在?？埳贤坎己谏?，干燥后待用；② 在28.5g空白光油中添加1.5g本作品或“Emulsion39235”，攪拌均勻后待用；③ 采用線棒在水墨?？埳贤坎脊庥?，自然干燥30min后轉移至105℃烘箱中干燥1min，取出后待用；④ 采用白色A4紙在干燥的?？埳线M行耐磨測試（徒手來回擦試10次），然后對比本作品與“Emulsion39235”的耐磨性。
　　本作品（氧化聚乙烯蠟乳液）和“Emulsion 39235”的粒度分布曲線如圖1所示，其它性能測試結果如表1所示，見附圖。
　　首先，本作品的粒度分布比“Emulsion39235”稍寬，粒度上限約315nm，而“Emulsion39235”的粒度上限約280nm，但圖1A表明粒度為315nm的乳膠粒子的體積分數僅為0.10vol%，可見粒徑超過300nm的乳膠粒子數量非常少；其次，本作品、“Emulsion39235” 和”WE-6”的平均粒徑分別為84nm、90nm和100nm（表1），與進口產品相比，本作品具有更小的平均粒徑；最后，本作品的粘度小于“Emulsion39235”，這有利于本作品與其它水性乳液的共混使用，本作品和“Emulsion39235”在3000rpm的速度下離心0.5h后均無破乳、分層和沉降現象，說明二者都具有良好的穩定性。
　　本作品與“Emulsion 39235”的在波長為450~650nm范圍內的透光率如圖2(左)所示，二者的外觀照片如圖2（右）所示。顯然，本作品在450~650nm范圍內的透光率均高于“Emulsion 39235”。值得指出的是，波長為600nm時，本作品與“Emulsion 39235”的透光率分別是30.7%和25.1%，更高的可見光透光率可增強水性光油膜的通透率。此外，兩者的外觀非常相似，“Emulsion 39235”稍偏白，而本作品呈現微黃色。
　　用純白A4紙在涂有水性光油的?？埳贤绞謥砘夭猎?0次后，本作品沾上黑色油墨的量明顯少于“Emulsion39235”，證明本作品具有更好的耐磨性。用手觸摸干燥過的?？?，可感覺到本作品具有更好的滑爽性；但兩者光澤性的差別不大。
　　總而言之，本作品采用異構脂肪醇聚氧乙烯醚為單一非離子型乳化劑，霍尼韋爾公司的高熔點OPE為原料，采用加壓高溫乳化法制備了微黃色、半透明的OPE微乳液。本作品的技術參數達到甚至超過美國Michelman公司生產的Emulsion39235；經試用本作品的陜西某皮革制品公司反映，本作品的應用效果優于巴斯夫公司的產品WE-6。因此，本作品具有較為突出的實質性技術特點和顯著進步，已完全具有取代進口產品的潛力。
　　技術特點和優勢：
　　本作品提供一種采用一次加料的方式，在150±5℃和5.0±0.5MPa的條件下，以單一非離子型乳化劑制備乳膠粒子平均粒徑為84nm、半透明的OPE微乳液，既簡化了生產工藝，又降低了生產成本。本作品的技術參數達到甚至超過美國Michelman公司的“Emulsion 39235”，本作品的應用效果優于德國巴斯夫公司的“WE-6”。
　　適應范圍：
　　本作品形成的蠟膜具有光澤度高、硬度大、通透性強、耐磨性優和手感好等特點，且具有防水和潤滑等蠟的共同特性，可替代昂貴的動物或植物乳化蠟，主要應用于皮革涂飾、水性光油、水性油墨和水性涂料等領域，還可在地板和汽車上光、紡織和水果蔬菜保險等領域挖掘其潛在的應用前景。
　　推廣前景的技術性說明及市場分析：
　　“WE-6”和“Emulsion39235”在國內市場已有相當大的銷售量，且價格較高。國內尚無相關或類似產品可取代這兩款進口產品。如本作品能規?；a，繼而推向市場，完全具備取代這兩款進口產品的潛力，主要的客戶群體為皮革涂飾、水性光油、水性油墨和水性涂料等領域的企業，而簡單的生產工藝為本作品的規?；a提供了便利。
　　經濟效益預測：
　　根據本作品（氧化聚乙烯蠟乳液）中各原料的市場價格，制備固含量為35.0wt%的OPE微乳液所需的原料成本約9500~10500元/噸。目前，國內皮革涂飾行業對OPE微乳液的需求量較大，超過8000噸/年；而水性光油、水性油墨和水性涂料等行業的需求量較小，每年的用量在3000噸左右。因此，國內市場對OPE微乳液的年需求量在11000噸以上。目前“WE-6”和“Emulsion39235”的價格約1.8~2.0萬元/噸。如果本作品的年均生產量達到2000噸，每年的毛利潤可超過1500萬元。隨著水性涂料行業的快速發展，國內市場對本作品的需求量日益增加。