费托蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡在PVC制品中的应用

一、费托蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡的区别

1.费托蜡是由煤基费托合成工艺产出的,分子量800-1000左右以直链为主的烷烃蜡,后期经过精馏分割出熔点为52、60、70、80、95、100、110等产品型号,以满足不同行业的应用需求。

2.聚乙烯蜡是低分子量聚乙烯蜡状物,当前市场上的聚乙烯蜡主要分成三种:

①一种是以霍尼韦尔、巴斯夫、科莱恩等为代表的乙烯单体聚合蜡,俗称聚合蜡,分为均聚蜡和共聚物蜡。

②一种是采用裂解工艺,把聚乙烯树脂的分子链断开,产出的低分子量聚乙烯蜡状物,分为低密度聚乙烯裂解蜡和高密度聚乙烯裂解蜡,另外市场上还有聚丙烯裂解蜡。目前国内还没有生产乙烯聚合蜡的工厂;主要是生产裂解蜡,国内以丰顺东丽、衡水毅美为代表,国外以波兰、泰国、韩国为代表。

③一种是高密度聚乙烯生产过程中产生的副产物,经过简单的脱油制成低分子聚乙烯蜡,也就是俗称的低聚物蜡,特点是:分子量分布范围宽,批次稳定性差(不建议在稳定剂中使用),有的里面还含有少量高分子量的聚乙烯树脂,市场上以中东、泰国、韩国、马拉西亚、乌兹别克斯坦的为主。

实际上国内还有一种复配的“聚乙烯蜡”,用石蜡、费托蜡、硬化油、高密度聚乙烯树脂或者聚丙烯树脂,经过熔化、搅拌、结片而成,本人一般把这一种蜡定义为“假聚乙烯蜡”,如果应用在PVC制品里面,会大大影响产品的质量。

3.氧化聚乙烯蜡是聚乙烯经过氧化工艺而制成的带有极性的蜡,由于分子链中含有了羟基、羧基等极性*能官**团,与PVC熔体中的各组份相容性提高(相对于聚乙烯蜡和费托蜡来说),同时与金属的亲和力也大大提高,所以相应地提高了PVC熔体的脱模效果或者叫金属剥离效果。一般分为低密度氧化聚乙烯蜡和高密度氧化聚乙烯蜡;还有一种氧化费托。

二、聚氯乙烯应用前景和市场调查

聚氯乙烯(PVC)是一种具有广泛用途的通用塑料,尤其是在门窗型材、管道、装饰板材等建材行业的应用是其他通用塑料不可比拟的。

据市场调查统计,2019年全国PVC树脂消耗量超过了2000万吨。但是因为PVC分子链的缺陷导致了热稳定性差,加工性能差等特点。所以在加工时必须要加入热稳定剂、润滑剂、增塑剂等多种助剂,才能保障PVC的顺利加工,制作成各种不同的PVC制品。

三、费托蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡在PVC制品中的应用

因为PVC的特性,在加工中熔体对螺杆、螺筒、模头等金属表面粘附性严重,所以需要加入润滑剂以降低熔体对金属的粘附,保障PVC加工的顺利进行,也就是俗称的外润滑剂,广东工业大学的吴茂英老师定义为金属润滑剂。当然能够作为PVC外润滑剂的产品还有很多种,今天只着重讲性价比最高和应用最广泛的费托蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡。

1.费托蜡

随着国内煤化工的蓬勃发展,短短几年的时间,中国煤制油产能就超过了世界上其他国家煤制油产能的总和,也使得费托蜡的产能和产量逐年递增。在短短的几年内,在PVC加工外润滑剂方面的应用里,费托蜡已经把石蜡、“假聚乙烯蜡”、低聚物蜡等基本上全部替代,当然也占领了部分进口费托蜡的市场,尤其是在PVC热稳定剂里面,现在已经很少有用到石蜡、进口费托蜡和低聚物蜡的厂家了。但是由于费托蜡在PVC稳定剂中(尤其是钙锌稳定剂)以及PVC制品配方中的大量添加,也带来了析出、物理性能下降等副作用,所以很多业内人士都在寻找解决方案,希望调整润滑剂品种和添加量来解决析出现象严重的问题。

费托蜡属于直链烷烃蜡,因为价格低的原因,在PVC稳定剂和PVC制品加工中添加量很大;钙锌稳定剂在满足了绿色环保的要求之后,其稳定性和铅盐稳定剂相比有所下降,所以需添加大量的包括润滑剂在内的其他辅助助剂来弥补稳定剂的不足,润滑剂(以费托蜡为主)量加大后延迟了PVC在挤出机中的塑化,减少了对稳定剂的消耗,但也出现了塑化度不足、析出严重、物理性能下降等副作用,所以现在大部分钙锌稳定剂厂家在配方中添加低密度氧化聚乙烯蜡或高密度氧化聚乙烯蜡来提高PVC熔体的塑化度,以减少析出,增加后期脱模性,提高制品的物理性能。

2.聚乙烯蜡

在国产费托蜡还没投放市场之前,PVC加工中主要是以低聚物蜡、裂解蜡、进口聚乙烯蜡和进口费托蜡配合石蜡使用,尤其是在铅盐稳定剂中,随着国产费托蜡的陆续投放市场,石蜡、进口蜡、低聚物蜡陆续退出了在PVC制品以及稳定剂上的应用,目前性价比合适的只有裂解聚乙烯蜡(比如毅美的L102、L203)。除了少数的高要求的制品上还在使用进口蜡之外,在稳定剂上面已经没有人再继续使用批次质量不稳定的低聚物蜡,只有少数的PVC制品上还在使用低聚物蜡,不过添加量都很少。

3.氧化蜡

在PVC中添加的氧化蜡主要分为三种:

高密度氧化聚乙烯蜡,除了有极性外,特点是粘度高、熔点高,可明显提高熔体的粘度,在使熔体塑化度提高的同时,金属剥离性能(脱模性能)也相应提高,尤其适用于PVC硬质发泡板材、注塑制品、低钙产品和透明片材等方面。

低密度氧化聚乙烯蜡,相比较高密度氧化聚乙烯蜡粘度偏低,促进塑化度提高的作用不明显,但是对于提高PVC制品加工的挤出速度和外观光泽度效果显著,适用于大部分PVC制品加工应用。

氧化费托蜡,由费托蜡经过氧化工艺制成,国外以沙索的A28、B39、B53为代表,国内以潞安、毅美(OFT115和OFT95)为代表。其中氧化费托蜡特点是性价比高,在PVC中的应用时间不长,还需要继续摸索,来发现更多的优点,因为此蜡粘度不高,促进塑化不明显,但会提高PVC熔体的相容性和金属的相容性,所以会提高金属剥离性能(脱模性能),制品的物理性能会相应提高,析出会减少。

四、总结

随着PVC中大量费托蜡使用后导致的析出问题的出现,很多稳定剂厂开始在钙锌稳定剂中添加氧化蜡,不过因为氧化蜡价格提高,稳定剂行业的竞争又很激烈,所以一般的氧化蜡添加量会很少。

根据多年从事PVC塑料加工行业的经验,本人认为在稳定剂尤其是钙锌稳定剂配方中适当添加聚乙烯蜡(裂解蜡:比如集思的蜡)是很好地选择,使当中的费托蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡组合与配方中的硬脂酸钙产生协同效果,添加聚乙烯蜡的目的是提高润滑剂组合的粘度和相容性,因为聚乙烯蜡属于烯烃蜡粘度是200-1000,而费托蜡只有10左右,而聚乙烯蜡和聚氯乙烯都属于烯烃类衍生品,根据相似相溶的原理它们的相容性会提高,再配合上氧化聚乙烯蜡和硬脂酸钙,使得PVC中内外润滑总体平衡,在提高熔体塑化度的同时,和金属的相容性也增加了,所以金属剥离性能或者说脱模性能也提高了,这样生产出的制品相对于只添加费托蜡和氧化蜡地析出会相应减少,随着塑化度地提高,物理性能也会相应提高。

大家最好使用下列搭配的组合:

费托蜡+裂解蜡+硬脂酸钙+硬脂酸锌+酯蜡(内润滑)

上述所述润滑剂组合起来使用,使得内外润滑、前中后期润滑平衡,可以适当降低总体外用润滑剂添加量,同时也满足PVC加工中的内外润滑、金属剥离性能等要求,也会解决PVC加工中出现的析出严重、物理性能下降以及外观光泽度差等问题,另外因为有协同效果的出现,总体润滑剂添加量会下降。具体每种润滑剂的添加量也随着制品品种、设备条件、加工难易程度和填充量而调整。

pvc制品添加聚乙烯蜡,聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡