一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法及系统
阅读说明：本技术 一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法及系统 (Preparation method and system of high-density oxidized polyethylene wax ) 是由 齐锋国 孙强 齐峰全 于 2021-01-25 设计创作，主要内容包括：一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法及系统,属于氧化聚乙烯蜡制备技术领域。在水性涂料中需要使用高密度氧化聚乙烯蜡。现有水性涂料使用的高密度氧化聚乙烯蜡,部分工艺是将高密度聚乙烯蜡分散到水中后氧化获得,生产过程中会产出大量废水无法有效处理；直接氧化熔融态的高密度聚乙烯,因粘度大,氧气无法有效分散,产品交联和黄变严重,皂化值偏高；使高密度聚乙烯树脂经碾磨粉碎后氧化,因原料被致密化,生产周期过长,产品附加值下降,且氧化均匀度大幅下降。本发明先热裂解一步,后利用高压柱塞泵将高密度聚乙烯蜡喷射为粉末状,在空气中分散,然后再氧化,有效提高高密度氧化聚乙烯蜡的性能与生产效率。并且不需要用水,更环保、安全。(A preparation method and a system of high-density oxidized polyethylene wax belong to the technical field of oxidized polyethylene wax preparation. The use of high density oxidized polyethylene waxes in aqueous coatings is desirable. Part of processes of high-density oxidized polyethylene wax used in the existing water-based paint are obtained by dispersing the high-density polyethylene wax in water and then oxidizing, and a large amount of waste water generated in the production process cannot be effectively treated; the high-density polyethylene in a molten state is directly oxidized, and due to the large viscosity, oxygen cannot be effectively dispersed, the product is seriously crosslinked and yellowed, and the saponification value is higher; the high-density polyethylene resin is oxidized after being milled and crushed, and the production period is overlong, the added value of the product is reduced and the oxidation uniformity is greatly reduced because the raw material is densified. The invention firstly carries out thermal cracking in one step, then utilizes the high-pressure plunger pump to spray the high-density polyethylene wax into powder, disperses the powder in the air, and then oxidizes the powder, thereby effectively improving the performance and the production efficiency of the high-density oxidized polyethylene wax. And does not need water, and is more environment-friendly and safer.)
技术领域
一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法及系统，属于氧化聚乙烯蜡制备技术领域。
背景技术
氧化聚乙烯蜡，又称OPE蜡，具有粘度低、软化点高、硬度好等特殊性能，无毒性，热稳定性好，高温挥发性低，对填料、颜料的分散性极佳， 既有极优的外部润滑性，又有较强的内部润滑作用，还具有偶联作用。氧化聚乙烯蜡乳液的密度越高，熔点越高，膜越硬，粒径更细，质量越好，质感越细腻，效果越好。在水性涂料中需要使用高密度氧化聚乙烯蜡。
现有水性涂料使用的高密度氧化聚乙烯蜡，部分工艺是将高密度聚乙烯蜡分散到水中后氧化获得，生产过程中会产出大量废水无法有效处理；直接氧化熔融态的高密度聚乙烯，因粘度大，氧气无法有效分散，产品交联和黄变严重，无法获得高酸值的氧化蜡；使用高压釜在高温状态下氧化高密度聚乙烯蜡，风险大，安全系数低；高密度聚乙烯树脂经碾磨粉碎后氧化，因原料被致密化，生产周期过长，产品附加值下降，且氧化均匀度大幅下降，未被氧化的生料在做水性涂料时不能被彻底乳化而大大影响涂料产品稳定性，高密度聚乙烯树脂原料熔融指数指标不可控，造成产品质量不稳定，酸值和粘度波动大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种污染小、副产物少、整体工艺温和且氧化均匀的高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）以180~500℃热裂解高密度聚乙烯树脂，得熔融态的高密度聚乙烯蜡；
2）熔融态的高密度聚乙烯蜡经高压喷雾喷成粉末状；
3）步骤2）所得粉末加入降解釜内并加入催化剂加热到90~120℃并通入空气检测酸值为27~33时放料获得高密度氧化聚乙烯蜡。
高压喷雾优选使用高压柱塞泵。
将高密度聚乙烯蜡利用高压柱塞泵等高压喷雾设备分散到空气中而不需要在水中分散，因此不会产生废水，节约用水量并减少污染；在水中分散为避免气化而需要高压环境，本发明则在常压下使用常压釜即可；高压柱塞泵在空气中分散高密度聚乙烯蜡速度快，粒径可通过高压柱塞泵的压力调节、控制，生产过程易控制；分散效率高，生产周期更短；整个分散过程避免了研磨碾碎造成的粉末颗粒被挤压致密化，氧化过程中空气更容易进入颗粒内部，高密度聚乙烯蜡氧化更均匀，产品质量更稳定；两步降解的温度均较低，尤其是实现了空气中氧化后，显著降低了步骤3）氧化所需的温度，在90~120℃范围内减少了副产物的生成量。
优选的，步骤3）所述的催化剂为高密度聚乙烯蜡重量万分之一浓度的有机过氧化物或偶氮二异丁腈，其中有机过氧化物包括过氧化苯甲酰，过氧化月桂酰。优选的催化剂能够有效加快高密度聚乙烯蜡的氧化降解速度。理论上需要的是能产生自由基的化合物，作为加快氧化降解的催化剂，但进一步优选为过氧化苯甲酰，挂氧化苯甲酰能显著降低氧化诱导期，缩短降解时间。
优选的，步骤1）所述的熔融态的高密度聚乙烯蜡在200℃粘度为9000~11000cp。在步骤1）可以通过控制温度或热裂解时间等方式控制裂解的高密度聚乙烯蜡的粘度，优选的粘度范围在步骤2）高压柱塞泵中更容易喷出利于氧化且分布较窄的粒径。
优选的，步骤1）使用高温挤出机热裂解高密度聚乙烯树脂。
优选的，步骤2）所述的高压喷雾输出压力10~20MPa。在此压力范围内喷出的粉末粒径分布窄，大小适中，易于控制。
优选的，步骤2）所述的喷成粉末状后经过筛分机筛分，分别获得粒径70~150μm、150~250μm、250~380μm的粉末。对于过大的颗粒可以直接返回上一步所得的熔融液中，重新熔融再喷出，也可以直接进行下一步，浪费量极小。对喷出的粉末状的高密度聚乙烯蜡进行区别后再氧化能够在步骤3）更有针对性的控制工艺条件，对不同粒径的粉末采用不同的工艺条件能使最终的高密度氧化聚乙烯蜡具有更稳定的氧化状态。
优选的，步骤3）所述的粒径70~150μm的粉末在降解釜（4）内加热到90~120℃并通入空气9~15h；步骤3）所述的粒径150~250μm的粉末在降解釜（4）内加热到90~120℃并通入空气13~21h；步骤3）所述的粒径250~380μm的粉末在降解釜（4）内加热到90~120℃并通入空气18~25h。对不同粒径的高密度聚乙烯蜡采用所述的工艺条件能够获得性能最佳的高密度氧化聚乙烯蜡。并且各粒径对应的反应时间能够控制酸值在所需范围内。
优选的，步骤3）所述的降解釜包括釜体与夹套，夹套内有导热介质，釜体内设有气流分级机。通过控制进风的风量速度与气流分级机的旋转轮转速，能够有效的避免降解釜内的粉末被吹出降解釜。
一种用于上述高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法的系统，其特征在于：包括：挤出机、储罐、高压喷雾塔、旋振筛及降解釜；挤出机出口连接储罐，储罐出口连接高压喷雾塔入口，高压喷雾塔出口连接旋振筛，旋振筛出料口连接降解釜进料口；所述的高压喷雾塔内设有高压柱塞泵。
高密度聚乙烯树脂经过挤出机高温挤出降解成高密度聚乙烯蜡，熔融态的高密度聚乙烯蜡在储罐停留或直接进入高压喷雾塔喷成粉末状，然后经旋振筛筛选粒径分类，最后到达降解釜进行氧化降解成高密度氧化聚乙烯蜡。
优选的，还包括供气系统，供气系统的出气口连接旋振筛的出料口，供气系统包括电加热器、冷凝器及罗茨风机，电加热器与冷凝器并联后设置在罗茨风机与供气系统出气口之间，并且电加热器与冷凝器各自的并联管路上设有开关。
供气系统使用空气携带旋振筛出来的高密度聚乙烯蜡到降解釜内，同时对降解釜提供空气，罗茨风机提供整个供气系统的风压，并能够选择经过电加热器或冷凝器对空气加热或降温，利用供气系统吹出的不同温度的空气配合降解釜的夹套内的导热介质，能够高效的控制降解釜内的温度。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：整个工艺不产生废水，节约用水、保护环境；生产过程对高密度聚乙烯蜡分散效果易于控制并且针对不同的分散效果采用不同的氧化方式使产品质量稳定；未经过研磨挤压，粉末结构疏松，易于氧化，性能更好，生产周期更短；工艺条件均较为温和，安全性高，副产物少。
附图说明
图1为实施例1高密度氧化聚乙烯蜡的制备系统。
其中，1挤出机，2高压喷雾塔，3旋振筛，4降解釜，5储罐，6供气系统，7电加热器，8冷凝器，9罗茨风机。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明做进一步说明，实施例2是本发明的最佳实施例。以下实施例中所用的高密度聚乙烯树脂特征均为熔融指数0.1~3。
实施例1
参照附图1：一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备系统，包括：挤出机1、储罐5、高压喷雾塔2、供气系统6、旋振筛3及降解釜4；挤出机1出口连接储罐5，储罐5出口连接高压喷雾塔2入口，高压喷雾塔2出口连接旋振筛3，旋振筛3出料口连接降解釜4进料口；所述的高压喷雾塔2内设有高压柱塞泵；降解釜4包括釜体与夹套，夹套内有导热介质，釜体内设有气流分级机；供气系统6的出气口连接旋振筛3的出料口，供气系统6包括电加热器7、冷凝器8及罗茨风机9，电加热器7与冷凝器8并联后设置在罗茨风机9与供气系统6出气口之间，并且电加热器7与冷凝器8各自的并联管路上设有开关。
高密度聚乙烯树脂经过挤出机1高温挤出降解成高密度聚乙烯蜡，熔融态的高密度聚乙烯蜡经过储罐5进入高压喷雾塔2经高压柱塞泵喷成粉末状，然后经旋振筛3筛选粒径分类，最后到达降解釜4进行氧化降解成高密度氧化聚乙烯蜡。
一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法，包括以下步骤：
1）用500℃耐高温型挤出机，热裂解高密度聚乙烯树脂，得熔融态的高密度聚乙烯蜡，挤出机1热裂解温度及所得高密度聚乙烯蜡粘度见下表1；
表1 实施例1挤出机热裂解温度及所得高密度聚乙烯蜡粘度
。
2）步骤1）所得熔融态的高密度聚乙烯蜡经储罐5进入高压喷雾塔2，即高压柱塞泵喷成粉末状，高压柱塞泵压力为10MPa；经旋振筛3按照粒径由小到大的顺序依次筛分出高密度聚乙烯蜡粉末进行下一步，其中，粒径大于380μm的颗粒返回至储罐内熔融重新喷洒，各粒径及分布见下表2；
表2实施例1粒径及分布
。
3）步骤2）所得粉末取所需粒径加入降解釜4内并加入粉末重量万分之一浓度的过氧化苯甲酰，加热到90~120℃并通入空气，检测酸值为27~33时放料获得高密度氧化聚乙烯蜡；各粒径氧化降解条件见下表3；
表3 实施例1各粒径氧化降解条件
实施例2
一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法，其他条件与实施例1相同，步骤2）高压柱塞泵压力设为20Mpa各粒径及分布见下表4；
表4 实施例2粒径及分布
。
步骤3）各粒径氧化降解条件见下表5；
表5 实施例2各粒径氧化降解条件
。
实施例3
一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法，其他条件与实施例1相同，步骤1）挤出机1热裂解温度及所得高密度聚乙烯蜡粘度见下表6；
表6 实施例3挤出机热裂解温度及所得高密度聚乙烯蜡粘度
。
步骤2）各粒径及分布见下表7；
表7 实施例3粒径及分布
。
步骤3）各粒径氧化降解条件见下表8；
表8 实施例3各粒径氧化降解条件
。
实施例4
一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法，其他步骤与实施例1相同，步骤2）不经旋振筛3筛分粒径，直接进入降解釜4氧化降解。步骤3）检测酸值为30时放料，用时47h。
实施例5
一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法，其他步骤与实施例1相同，步骤2）各粒径及分布见下表9；
表9实施例5粒径及分布
。
步骤3）各粒径氧化降解条件见下表10；
表10 实施例5各粒径氧化降解条件
。
对比例1
一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法，步骤1）与实施例1相同，步骤2）将步骤1）所得熔融态的高密度聚乙烯蜡通入氧化釜内，氧化釜内为水及浓度为10%的分散剂和浓度为高密度聚乙烯蜡重量5%的过氧化苯甲酰，升温130℃充压1.7MPa并持续通入空气进行氧化，氧化用时50h，制得1吨检测酸值为30得到高密度氧化聚乙烯蜡。
对比例2
一种高密度氧化聚乙烯蜡的制备方法，步骤1）、3）与实施例1相同，步骤2）将步骤1）所得熔融态的高密度聚乙烯蜡冷却凝固后，利用研磨机研磨成粉末状。
性能测试
粘度检测：采用150℃博勒飞粘度计检测粘度。
熔程检测： 使用上海仪电物理光学仪器有限公司生产熔点仪检测。
生产周期检测：消耗完所有高密度聚乙烯树脂用时与所用高密度聚乙烯树脂总量的比。
酸值检测：按GB/T264-1983。
性能检测结果见下表11；
表11 性能检测结果
。
本申请所得高密度氧化聚乙烯蜡粘度低且稳定，波动范围小，是因为本申请根据不同粒径、不同分散情况的高密度聚乙烯蜡采用针对性的氧化降解，对各粒径都能充分氧化，不必考虑小颗粒氧化过度而大颗粒未氧化的问题，成品不存在未氧化的生料；实施例1~5所得成品熔程短，性能稳定，易于后续加工，并且能够根据需要单独使用某种粒径的成品，进一步缩小熔程、粘度等的波动范围，产品及性能均精细化；对比例1~2中需要同时兼顾分散过度（粒径过小）与分散不充分（粒径大）的聚乙烯蜡，因此难以充分氧化，尤其是经过研磨后的对比例2中，颗粒致密化，颗粒内部难以渗入氧气，氧化效果差；实施例1~5皂化值与酸值差距小，这是因为制备过程中产生的副产物少，尤其是脂类物质少，皂化值稳定，产品质量更高；实施例2采用15MPa的高压柱塞泵喷射能够提高生产效率，同时喷出的粉末粒径75~250μm之间的颗粒更多，更有利于后续的氧化降解，所得产品性能更稳定。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：制备丙丁无规共聚聚丙烯的方法