二元乙丙橡膠可溶性包裝膜的油溶性能研究*

崔 華，邵彥萍，劉樂然，孫聚華，孫文秀，祖國臣，李金鷹，郭 楊，劉振國

隨著社會生活水平的不斷提高，人們對各行業(yè)商品的包裝材料提出了更高的要求。節(jié)能、環(huán)保、易加工、輕量化等特點(diǎn)也逐漸成為包裝業(yè)研究的熱點(diǎn)。聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚烯烴(POE)類薄膜產(chǎn)品由于原料易得、成本低、加工工藝簡單等優(yōu)勢，近年來吸引了包裝業(yè)越來越多的關(guān)注和研究[1-6]。進(jìn)入20世紀(jì)以來，我國的橡膠工業(yè)得到飛速發(fā)展，乙丙橡膠(EPR)是需求和發(fā)展最快的膠種之一。

EPR的包裝薄膜一般由低密度聚乙烯(LDPE)、LDPE與乙烯-乙酸乙烯酯聚合物(EVAC)的共混物、EVAC及其它烯烴單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于50%的乙烯共聚物和帶官能團(tuán)的非烯烴單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于37%的乙烯共聚物等材料制得[7]，在制作過程中可以加入一定量的防老劑、爽滑劑和防黏劑等。三元乙丙橡膠(EPDM)的包裝薄膜常用PE薄膜，在后加工過程中，PE的存在不影響加工及加工產(chǎn)品的性能，一般不需要剝離。而二元乙丙橡膠(EPM)，尤其是J-0010，由于其門尼黏度較低，冷流現(xiàn)象嚴(yán)重，又因其主要用于潤滑油產(chǎn)品的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，需要良好的溶油性能[8-10]，因此對J-0010包裝薄膜提出了更高要求。目前，EPM的包裝膜可分為可剝離膜和可溶膜兩種?？蓜冸x膜需要具有一定的強(qiáng)度和防粘性，而且還很難重復(fù)使用，由于其是不可降解的，因此從環(huán)保的角度考慮，企業(yè)更傾向于省時(shí)、省力、又不影響EPM油溶性能的可溶性包裝膜[11-12]。目前中國石油吉林石化公司生產(chǎn)的J-0010產(chǎn)品采用的包裝膜為可溶性包裝膜，潤滑油生產(chǎn)廠家在使用J-0010時(shí)無需剝離，可以直接使用，但價(jià)格昂貴。中國石油吉林石化公司研究院自主開發(fā)了可溶性包裝薄膜產(chǎn)品(L膜)，擬替代目前裝置在用的可溶性包裝膜。本文針對兩種薄膜進(jìn)行了一系列油溶實(shí)驗(yàn)研究，為L膜工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

J-0010膜：河北新樂華寶塑料機(jī)械有限公司；L膜：中國石油吉林石化公司研究院自主研制；基礎(chǔ)油：150N，臺灣臺塑工業(yè)股份有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

數(shù)字控溫電加熱套：98-1-C型，天津市泰斯特儀器有限公司；歐洲之星數(shù)顯攪拌器：IKAEUKDSTAR 60，德國IKA公司；運(yùn)動黏度測定儀：DSY-104，大連石油儀器有限公司；剪切安定性測定儀：CECL-14-A，德國BOSCH公司；石油產(chǎn)品傾點(diǎn)凝點(diǎn)測定儀：DBE-203，大連北方儀器儀表廠；光電濁度計(jì)：WZT-3A，上海勁佳科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

取一定量的基礎(chǔ)油加入至500 mL玻璃三口瓶中，放入電熱套中，升溫并攪拌，按實(shí)驗(yàn)要求稱取一定量的包裝薄膜，剪成5～8 mm的小方塊備用；當(dāng)基礎(chǔ)油溫度達(dá)80 ℃時(shí)，將準(zhǔn)備好的薄膜樣品加入至三口瓶中。加料結(jié)束后，繼續(xù)升溫至120 ℃，攪拌轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為130 r/min，穩(wěn)定控制，直至樣品完全溶解。

1.4 性能測試

運(yùn)動黏度按照GB 265—1998進(jìn)行測試；稠化能力按照SH/T 0566—93進(jìn)行測試；傾點(diǎn)按照GB/T 3535—2006進(jìn)行測試；剪切安定性(SSI)按照ASTM D 3945進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 J-0010膜及L膜的溶解時(shí)間

在基礎(chǔ)油中加入不同用量的J-0010膜及L膜，配制成不同的濃度，考察膜的溶解時(shí)間，結(jié)果見表1。

表1 J-0010膜及L膜的溶解時(shí)間

高分子溶油時(shí)間的長短取決于產(chǎn)品的組成、產(chǎn)品的均一性、序列結(jié)構(gòu)及分子鏈段的長度等多種因素。從表1可以看出，實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)不同薄膜、不同用量的條件下，兩種膜在基礎(chǔ)油中的溶解時(shí)間均不超過1.0 h，且溶解時(shí)間相當(dāng)，溶解性在實(shí)驗(yàn)條件下一致。

2.2 不同溫度的存放實(shí)驗(yàn)

將不同膜用量的基礎(chǔ)油溶液分別在室溫(20 ℃)、2 ℃、-10 ℃及-20 ℃條件下進(jìn)行存放實(shí)驗(yàn)，考察存放72 h時(shí)，兩種膜溶液的外觀狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 J-0010膜及L膜溶液72 h存放實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，在膜用量較高時(shí)，相同實(shí)驗(yàn)溫度下J-0010膜的析出現(xiàn)象較L膜嚴(yán)重，J-0010膜在較低溫度下無析出，但是由于低溫下溶液黏度較大、流動性差等原因，導(dǎo)致很難觀察到析出物，僅能看到渾濁現(xiàn)象；在膜用量較低(0.05%)時(shí)，兩種膜溶液在不同溫度下存放情況一致。潤滑油廠家在不剝離膜的情況下，包裝薄膜在黏度指數(shù)改進(jìn)劑中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%左右，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該條件下L膜溶液為透明，72 h存放無析出物。從油品透明性考慮，L膜可用于J-0010產(chǎn)品包裝薄膜，溶油時(shí)不影響?zhàn)ざ戎笖?shù)改進(jìn)劑的透明性，無析出物，無需剝離。

2.3 膜用量對基礎(chǔ)油溶液透明度的影響

對不同膜用量的基礎(chǔ)油溶液進(jìn)行了濁度測試，濁度越大說明透明度越差，濁度的測試結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，膜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%、0.5%及1.0%時(shí)，L膜溶液的濁度均小于J-0010膜溶液，說明L膜溶液的透明度優(yōu)于J-0010膜；而膜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)，兩種膜溶液的濁度相當(dāng)即透明性基本一致。

w(膜)/%圖1 J-0010膜及L膜的濁度對比曲線

2.4 膜用量對基礎(chǔ)油溶液黏度的影響

黏度是潤滑油非常重要的指標(biāo)，因此進(jìn)行了不同膜用量的基礎(chǔ)油溶液100 ℃下運(yùn)動黏度的測試，按照GB/T 265—1998中油品運(yùn)動黏度的測試方法，不同膜用量基礎(chǔ)油溶液的黏度曲線見圖2。

w(膜)/%圖2 J-0010膜及L膜溶液的黏度曲線

從圖2可以看出，在相同膜用量的條件下，L膜溶液的黏度均高于J-0010膜，但從曲線的形狀可看出，膜用量較低時(shí)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%)，兩種膜溶液的黏度相當(dāng)，對黏度指數(shù)改進(jìn)劑的影響基本一致。

2.5 J-0010膜及L膜傾點(diǎn)的對比

傾點(diǎn)是影響潤滑油低溫性能的重要指標(biāo)，針對不同膜用量的基礎(chǔ)油溶液進(jìn)行了傾點(diǎn)的測試，結(jié)果見表3。

表3 J-0010膜及L膜的傾點(diǎn)1)

1) 150 N基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)為-32 ℃。

目前國內(nèi)的潤滑油產(chǎn)品多數(shù)為多級油，需要在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，因此要求傾點(diǎn)要足夠低，以滿足各種級別的潤滑油。從表3可以看出，基礎(chǔ)油150 N的傾點(diǎn)為-32 ℃，當(dāng)加入J-0010膜及L膜時(shí)，傾點(diǎn)均明顯降低且兩種膜的加入對基礎(chǔ)油傾點(diǎn)的影響并沒有本質(zhì)的區(qū)別。加入膜引起傾點(diǎn)明顯降低，原因是由于膜中一些分子鏈段的長度與基油中石蠟的分子鏈段長度一致或接近，所以膜起到降凝劑的作用，因此可溶性L膜的加入有利于降低基礎(chǔ)油的傾點(diǎn)。在調(diào)和成品油時(shí)，L膜的加入是否能降低降凝劑的使用量則需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2.6 稠化能力及SSI對比

依照SH/T 0103—2007，以J-0010膜及L膜作為黏度指數(shù)改進(jìn)劑，對其稠化能力及SSI進(jìn)行了測試，結(jié)果見表4。

表4 J-0010膜及L膜的稠化能力及SSI

稠化能力和SSI是潤滑油的重要考察指標(biāo)，黏度指數(shù)改進(jìn)劑稠化能力越高、SSI值越小越好，這樣就會延長潤滑油的更換周期。表4的數(shù)據(jù)顯示，L膜的稠化能力雖然略高于J-0010膜，但L膜的SSI值卻明顯高于J-0010膜，這是由于兩種膜作為不同分子結(jié)構(gòu)的黏度指數(shù)改進(jìn)劑，在基礎(chǔ)油中分子伸展程度存在差異[13]，而L膜的伸展?fàn)顟B(tài)較J-0010膜更易于受到剪切，導(dǎo)致L膜的SSI偏大。雖然L膜作為黏度指數(shù)改進(jìn)劑的SSI偏大，但在實(shí)際潤滑油中可溶膜在油品中的含量非常低，因此，膜的加入對SSI的影響很小。

3 結(jié) 論

(1) 不同用量的L膜在基礎(chǔ)油中的溶解時(shí)間均不大于1.0 h，L膜的溶解時(shí)間可以滿足潤滑油廠家的要求。

(2) 在膜用量較高時(shí)，實(shí)驗(yàn)溫度(-20～20 ℃)下，J-0010膜的析出現(xiàn)象比L膜嚴(yán)重；在膜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)，L膜溶液及J-0010膜溶液在不同溫度下的存放現(xiàn)象基本一致，存放72 h無析出物，除-20 ℃下略渾濁外，其它溫度下存放均為透明。

(3) 膜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在實(shí)驗(yàn)范圍(0.25%～1.0%)內(nèi)，L膜溶液的濁度均小于J-0010膜；而膜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)，兩種膜溶液的濁度相當(dāng)。

(4) 在相同膜用量的條件下，L膜溶液的黏度均高于J-0010膜，但在膜用量較低時(shí)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%)，兩種膜溶液的黏度相當(dāng)。

(5) 在基礎(chǔ)油中加入不同用量的J-0010膜及L膜時(shí)，傾點(diǎn)均明顯降低，且兩種膜的加入對基礎(chǔ)油傾點(diǎn)的影響沒有本質(zhì)的區(qū)別。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 張和平.POE樹脂改性CPP薄膜的性能研究[J].包裝工程，2012，33(19)：51-53.

[2] 陳斌康.我國BOPP薄膜及專用料的市場與發(fā)展[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2010，26(5)：23-25.

[3] 徐瑩.PE-LD薄膜產(chǎn)品及原料市場調(diào)研[J].工程塑料應(yīng)用，2015，43(8)：124-128.

[4] 張明，林勤保，單利君，等.石墨烯/低密度聚乙烯復(fù)合包裝膜中兩種抗氧化劑向食品模擬物異辛烷的遷徙研究[J].食品科學(xué)，2017，38(20)：209-214.

[5] 周威，李曉梅，蔣濤.易開啟式聚乙烯包裝材料的研究制備[J].研究與檢測，2008(3)：92-96.

[6] 涂志剛，張莉瓊.BOPP薄膜的高性能化和功能化發(fā)展方向[J].包裝學(xué)報(bào)，2012，4(2)：6-12.

[7] 孫麗君，陸延，李曉銀，等.GB/T 24797.3—2014：橡膠包裝用薄膜[S].北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2014.

[8] 崔華，郭揚(yáng)，孫文秀，等.潤滑油黏度指數(shù)改進(jìn)劑用乙丙共聚物研究進(jìn)展[J].彈性體，2016，26(5)：89-92.

[9] 張心玲，安文杰.粘度指數(shù)改進(jìn)劑的發(fā)展及研究現(xiàn)狀[J].潤滑油與燃料，2010，20(2/3)：1-4.

[10] 李萬英.幾種粘度指數(shù)改進(jìn)劑的性能比較[J].石油商技，2001，19(6)：24-27.

[11] 孫文秀，石捷強(qiáng)，周淑花.二元乙丙橡膠包裝膜拉伸強(qiáng)度的測定研究[J].化學(xué)科技，2016，24(6)：56-59.

[12] 金春玉，趙欣，苑立強(qiáng)，等.乙丙橡膠包裝膜的評價(jià)[J].彈性體，2015，25(5)：69-71.

[13] 張丙伍，顧永健，汪利平，等.黏度指數(shù)改進(jìn)劑對基礎(chǔ)油性能的影響[J].潤滑與密度，2014，39(12)：125-132.