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    硬脂酸法生產(chǎn)EBS 過程中如何通過有效的工藝過程控制來改善EBS色澤

    2022-03-04 13:03:09

    為大部分熱固性,熱塑性塑料的內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑,是良好的顏料分散劑,可使操作順利進行,提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量。由于在其分子結(jié)構(gòu)中含有二個酰胺基-C-NH-,因而該產(chǎn)品加入塑料后,使塑料制品具有較好的防靜電性,使塑料制品不易“吸塵”著臟。
    作用:內(nèi)外潤滑劑;抗靜電劑;成核透明劑;分散劑;脫模劑;抗結(jié)塊劑;消光劑;脫氣劑開口劑(防粘結(jié));非硅類消泡劑;提高溶脂(MI)

    一、EBS概述及特性
    化學名稱: N,N’- 乙撐雙硬脂酰胺
    英文名稱:Ethylene Bis Stearamide
    生產(chǎn)原料:硬脂酸和乙二胺
    外觀:白色或淺黃色,形態(tài)同固體蠟相似,質(zhì)地硬而堅韌
    分子式:C38H76N2O2
    分子量:593.0222
    密 度:0.901g/cm3
    熔 點:144-146℃
    閃 點:391.745°C
    優(yōu)點:是一種高熔點的合成蠟,兩極鍵保持高度均衡,其固有的結(jié)構(gòu)了發(fā)揮獨特的相容性和溶解性,可作為大部分熱固性,熱塑性塑料的內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑,是良好的顏料分散劑,可使操作順利進行,提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量。由于在其分子結(jié)構(gòu)中含有二個酰胺基-C-NH-,因而該產(chǎn)品加入塑料后,使塑料制品具有較好的防靜電性,使塑料制品不易“吸塵”著臟。
    作用:內(nèi)外潤滑劑;抗靜電劑;成核透明劑;分散劑;脫模劑;抗結(jié)塊劑;消光劑;脫氣劑開口劑(防粘結(jié));非硅類消泡劑;提高溶脂(MI)
    二、 EBS的作用原理
    內(nèi)潤滑劑:由于EBS分子存在極性酰胺基團,因此它對聚合物樹脂具有加工潤滑作用和低溫防粘作用,EBS可以插入聚合物樹脂內(nèi)部,降低樹脂分子間的相互作用。
    外潤滑劑:EBS與樹脂相容性有限,可以由樹脂內(nèi)部牽引到表面,減小了樹脂粒子之間、樹脂熔體與加工設(shè)備之間的相互摩擦,防止其粘附到金屬表面,起到外潤滑作用。
    EBS在塑料加工中用作潤滑脫膜劑,可提高塑料制品的質(zhì)量,改善制品的外觀。
    三、EBS的應(yīng)用領(lǐng)域
    3.1、塑料改性
    在許多熱塑性和熱固性塑料中作為內(nèi)部和外部滑劑,具代表者如 ABS、PS、AS、PVC,亦可應(yīng)用于PE、PP、PVAC、醋酸纖維素(cellulose,Acctate),尼龍(Nylon),酚醛樹脂(pheonolic-Resin)、氨基塑料等,具有良好的光潔度,脫膜性。
    應(yīng)用示例1(僅供參考)
    應(yīng)用實例2(僅供參考)
    應(yīng)用實例3(僅供參考)
    3.2、橡膠
    在合成樹脂及橡膠中加入EBS,有良好的抗粘及抗結(jié)塊效果,EBS應(yīng)用于汽車用地板墊,排水管等橡膠制品起到增加表面光澤的效果。在氟橡膠加工中,可以提高膠粒提捏,加工和硫化性能。
    3.3、顏料、填料分散劑
    EBS還可作為塑料配色用擴散粉,根據(jù)顏料填料的加入量不同,加入量為 0.5~5%.
    3.4、 粉末涂料
    EBS可用作粉末涂料用流動助劑。
    3.5、涂料、油墨
    涂料及油漆制造時,添加EBS能提升鹽霧及防潮效果;在涂料添加本品可改善脫漆劑性能,可提高烘烤瓷漆表面的流平性。在家具拋光劑和印刷油墨中可用為消光劑。
    3.6、化纖
    EBS可以提高聚酯,聚酰胺纖維的耐熱耐候性、流動性,并賦予一定的抗靜電效果。而在抗靜電尼龍纖維的紡絲中作為添加劑,還能減少紗線的斷裂。
    四、 EBS生產(chǎn)工藝
    EBS的合成方法一般可分為4種路線:
    1) 硬脂酸與胺類化合物反應(yīng);
    2) 硬脂酸酯與胺類化合物反應(yīng);
    3) 硬脂酰氯與胺類化合物反應(yīng);
    4) 腈化物的水解。
    硬脂酸法工藝簡單、操作方便,反應(yīng)條件溫和不苛刻,反應(yīng)原料易得且成本低,收率高、三廢少,但在成鹽階段生成的銨鹽中間體極易著色,使產(chǎn)品色值偏高,銨鹽在脫水階段有其他副反應(yīng)發(fā)生,導(dǎo)致產(chǎn)品純度下降,熔程變寬。但只要加強過程控制,生產(chǎn)出產(chǎn)品完全能滿足用戶需要;酰氯法的特點是兩步反應(yīng),簡單易行、條件溫和,但后處理復(fù)雜、三廢多,總收率相對較低,且不適應(yīng)當前保形勢,但色澤好;脂肪酸酯與胺的反應(yīng)能獲得高純度的酰胺,收率高,但脂肪酸的酯化及酰胺化過程中醇的蒸發(fā)工藝復(fù)雜、能耗高,不利于實施清潔生產(chǎn);氰化物分解雖然簡單,但原料氰化物的制備困難。
    由于目前大部分EBS廠家均采用硬脂酸法生產(chǎn)EBS,因此下面著重探討該反應(yīng)工藝。
    H2NCH2CH2NH2+ 2RCOOH →
    RCOO - + H3N(CH2)2NH3+- OOCR
    RCOO- + H3N(CH2)2NH3+- OOCR →
    RCONH(CH2)2NHCOR+ 2H2O
    首先是在熔融狀態(tài)下,硬脂酸與乙二胺反應(yīng),生成中間體銨鹽(100℃左右),該中間體極易著色,在140℃以上分解,得到相應(yīng)的乙酰雙硬脂酰胺。該方法工藝流程短,但反應(yīng)溫度較高,一般在200℃以上,還需選擇適宜的催化劑和抗氧劑,以保證合成過程中物料不被氧化,確保產(chǎn)品色度。
    五、影響EBS產(chǎn)品色澤的因素及防范措施
    從上面硬脂酸法生產(chǎn)EBS的原理分析可以看出,影響EBS色澤的主要因素,因此這里著重討論硬脂酸法生產(chǎn)EBS 過程中如何通過有效的工藝過程控制來改善EBS色澤,進而使產(chǎn)品達到用戶要求。
    5.1、原料硬脂酸質(zhì)量
    原料硬脂酸的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品EBS的色度,一般情況下要求原料硬脂酸色度在30APHA以下,且為同種原料生產(chǎn),并要求融化狀態(tài)下不變色。若硬脂酸融化狀態(tài)下色澤太差,在滴加乙二胺生成胺鹽時產(chǎn)品表面氧化更快,從而導(dǎo)致產(chǎn)品色澤變深。
    5.2、乙二胺質(zhì)量
    乙二胺質(zhì)量也是保證EBS色澤的關(guān)鍵,一般要求乙二胺含量大于99. 8%,色澤小于10APHA,且無渾濁變色現(xiàn)象,好選擇進口乙二胺。
    5.3、反應(yīng)溫度
    反應(yīng)溫度的影響。硬脂酸與乙二胺成鹽過程是個放熱過程,反應(yīng)溫度不需太高。根據(jù)文獻報道,滴加乙二胺的溫度控制在80~100℃為宜,成鹽過程為100℃左右。但是銨鹽分解是個可逆過程,迅速將水移出反應(yīng)系統(tǒng),才能使胺分解過程進行到底,反應(yīng)溫度常常控制在160~200℃( 該溫度主要與催化劑的類型及添加量相關(guān))。不同溫度下銨鹽分解反應(yīng)的結(jié)果不同,隨著反應(yīng)溫度的提高,產(chǎn)物的收率也相應(yīng)提高,當反應(yīng)溫度達到185℃左右時,收率達到最值;與185℃ 分解相比,雖然收率高1.2%,但產(chǎn)品色澤偏深,脫色處理效果不好,若繼續(xù)提高反應(yīng)溫度,則產(chǎn)物的收率又呈降低趨勢,同時產(chǎn)品色澤也成褐色,所以佳反應(yīng)溫度為180℃。當反應(yīng)溫度<180℃時,脫水反應(yīng)不夠完全,使產(chǎn)品得率不夠理想;當反應(yīng)溫度>185℃時,銨鹽脫水更加徹底,但高溫反應(yīng)會產(chǎn)生更多副產(chǎn)物,使產(chǎn)物收率也隨之下降;同時,太高的反應(yīng)溫度會使產(chǎn)品的表面更容易被氧化,導(dǎo)致產(chǎn)品色澤加深。
    5.4、乙二胺的滴加速度和反應(yīng)器的攪拌效果
    控制乙二胺的滴加速度也非常重要,若滴加過快,反應(yīng)器內(nèi)會大量起泡溢出,不僅浪費乙二胺,而且會使產(chǎn)品收率和色澤受到影響。但若太慢,反應(yīng)時間將延長,成鹽階段生成的銨鹽中間體極易著色,也將會直接影響產(chǎn)品的色澤,因此選擇一個適當?shù)牡渭铀俣确浅V匾?br/>此外反應(yīng)器的攪拌效果是否均勻也將影響色澤,因為若攪拌不均勻,反應(yīng)器中物料可能出現(xiàn)局部過熱的現(xiàn)象,因此攪拌器最選用變頻電機,以便根據(jù)反應(yīng)進行的程度予以控制轉(zhuǎn)速。
    5.5、不同抗氧劑的影響
    由于反應(yīng)在較高溫度下進行,容易發(fā)生氧化副反應(yīng),影響產(chǎn)品的收率和色澤。EBS制備的關(guān)鍵是抗氧劑的選擇,抗氧化效果的差異對產(chǎn)品的色澤影響極大,選擇不當則產(chǎn)品發(fā)黃。硼氫化物和磷酸氫鹽等均可作為抗氧劑使用。筆者經(jīng)過多年生產(chǎn)試驗證明亞硫酸氫鈉作為抗氧劑收率高,達到95%,但產(chǎn)品色澤偏深;以硼氫化鈉作抗氧劑,產(chǎn)品顏色變淺,但收率不高;當抗氧化劑用量不變的前提下,采用亞硫酸氫鈉和硼氫化鈉的混合物時,反應(yīng)收率較高( 但需特別注意其添加量的影響),并得到EBS 的色澤較好。
    5.6、氮氣的保護
    為了保證產(chǎn)品色度,反應(yīng)進料前需對反應(yīng)釜抽真空,完畢進行氮氣徹底置換,進料后原料未升到反應(yīng)溫度前,反應(yīng)器中連續(xù)通入氮氣,使整個反應(yīng)在氮氣氛圍中進行( 包括乙二胺),確保產(chǎn)品色度良好;同時氮氣連續(xù)放空,也使反應(yīng)生成的水被連續(xù)不斷地帶走,從而促使反應(yīng)向生成產(chǎn)品方向進行。
    5.7、噴粉冷卻溫度
    目前大部分EBS生產(chǎn)工藝反應(yīng)合格后的物料均進行噴粉包裝。根據(jù)多年經(jīng)驗,若物料經(jīng)噴粉冷卻后在較高溫度下就開始包裝,則EBS即使包裝成型后色澤也會變深。一般情況下產(chǎn)品溫度50℃以下包裝,變色的可能性較小

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