改性潤(rùn)滑劑EBS的制備研究

孔俊嘉，明皓，2

（1.沈陽(yáng)科技學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110167； 2.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng) 110870）

在高分子材料加工成型中不可避免地存在摩擦現(xiàn)象。摩擦使高分子材料熔體的流動(dòng)性降低，影響加工效率，同時(shí)會(huì)使制品表面變得粗糙，缺乏光澤或形成流紋[1-2]。潤(rùn)滑劑的加入就是要減少摩擦，改善制品的外觀(guān)。脂肪酸雙酰胺類(lèi)潤(rùn)滑劑因其具有潤(rùn)滑性、抗黏接性、抗靜電性、脫模性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠增加制品表面的光澤度，同時(shí)能促進(jìn)顏料分散，在高分子材料成型加工中受到廣泛應(yīng)用[3-4]。乙撐雙硬脂酰胺（EBS）是應(yīng)用最廣泛、開(kāi)發(fā)最早的脂肪酸雙酰胺類(lèi)潤(rùn)滑劑之一，其具有內(nèi)外兩種潤(rùn)滑作用，既能改善高分子材料自身加工特性，又能使制品具有良好的應(yīng)用性能[5-6]。

在高分子材料助劑的理論研究中，潤(rùn)滑劑理論研究的進(jìn)展較為緩慢，到目前為止還沒(méi)有形成真正的理論[7-9]，僅限借助于化學(xué)中的相似相容原理的規(guī)律。在聚烯烴潤(rùn)滑劑的應(yīng)用中，潤(rùn)滑劑極性越大，外潤(rùn)滑效果越好；潤(rùn)滑劑極性越小，內(nèi)潤(rùn)滑效果越好[10]。潤(rùn)滑劑分子中含有的極性基團(tuán)通常包括羥基、羧基、酮基、酯基、醚基及酰胺基等基團(tuán)[11-12]。如今市場(chǎng)上使用較多的聚烯烴潤(rùn)滑劑主要包括EBS和TAS-2A 等。其中EBS 帶有酰胺基，本次實(shí)驗(yàn)采用油浴加熱通過(guò)冰醋酸和EBS反應(yīng)取代酰胺基上的氫原子來(lái)對(duì)EBS 進(jìn)行改性[13]，得到最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制得的改性EBS 達(dá)到了所需要的潤(rùn)滑要求，具有良好的綜合性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

冰醋酸，淄博盤(pán)古開(kāi)源化工有限公司；潤(rùn)滑劑EBS，山東優(yōu)索化工科技有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

熱分析儀，STA449C 型，德國(guó)NETZSCH 公司；鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9920A 型，北京中儀匯豐科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)工藝方法

改性潤(rùn)滑劑EBS 主要包括兩個(gè)過(guò)程：第一步先形成胺鹽，第二步胺鹽分解的同時(shí)引入一個(gè)弱極性基團(tuán)。

在四口瓶中通入氮?dú)?，加入?rùn)滑劑EBS，緩慢加熱，待潤(rùn)滑劑完全熔融后，逐漸加入冰醋酸（適量），在190 ℃下繼續(xù)保溫5 h。自然冷卻后可得淡黃色固體，具有一定脆性，用研缽碾碎即為成品。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)物的不同配比對(duì)潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)的影響

反應(yīng)物的不同配比對(duì)潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)的影響如圖1所示。

圖1 反應(yīng)物的不同配比對(duì)潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)的影響

由圖1 可知，產(chǎn)物的熔點(diǎn)隨冰醋酸加入量的增加先上升而后下降。由于冰醋酸具有揮發(fā)性，使得投料比不精準(zhǔn)，從而影響反應(yīng)過(guò)程，但如果冰醋酸投入量過(guò)多，會(huì)使得制品胺值過(guò)高，對(duì)制品色澤有影響，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)證明，EBS 與冰醋酸按質(zhì)量比1∶0.202 進(jìn)行反應(yīng)是較為合適的。

2.2 反應(yīng)物的不同配比對(duì)潤(rùn)滑劑酸值和胺值的影響

反應(yīng)物的不同配比對(duì)潤(rùn)滑劑酸值和胺值的影響如圖2 所示。由圖2 可知，隨著冰醋酸加入量的增加產(chǎn)品的酸值上升、胺值下降，由于冰醋酸具有揮發(fā)性，所以加入過(guò)量一些，在反應(yīng)滴加過(guò)程中會(huì)有揮發(fā)現(xiàn)象，但加入量過(guò)多會(huì)影響產(chǎn)品的顏色。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 5530—2005/ISO 660:1996）進(jìn)行測(cè)定，酸值＜10 mgKOH·g-1，胺值＜5 mgKOH·g-1，符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 反應(yīng)物的不同配比對(duì)潤(rùn)滑劑酸值和胺值的影響

2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)的影響

反應(yīng)時(shí)間對(duì)潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)的影響如圖3 所示。

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)的影響

由圖3 可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加產(chǎn)品的熔點(diǎn)升高，當(dāng)反應(yīng)超過(guò)3 h 后變化趨勢(shì)變大而后又變小直到5 h 以后變化趨勢(shì)又變大。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加轉(zhuǎn)化率升高，然而反應(yīng)時(shí)間超過(guò)5 h 后，繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間不但沒(méi)有效果，還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品顏色越來(lái)越深，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)物會(huì)被氧化，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)證實(shí)，反應(yīng)時(shí)間為5 h 時(shí)最佳。

2.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)潤(rùn)滑劑酸值和胺值的影響

反應(yīng)時(shí)間對(duì)潤(rùn)滑劑酸值和胺值的影響如圖4 所示。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)潤(rùn)滑劑酸值和胺值的影響

由圖4 可知，潤(rùn)滑劑的酸值和胺值隨反應(yīng)時(shí)間的增加而下降，反應(yīng)時(shí)間超過(guò)5 h，變化趨于緩慢。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品的色澤發(fā)生變化，可能被碳化，故確定反應(yīng)最佳時(shí)間為5 h。其他條件不變的情況下，在脫水反應(yīng)進(jìn)行中多次取樣測(cè)其酸值和胺值，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 5530—2005/ISO 660:1996）進(jìn)行測(cè)定，酸值＜10 mgKOH·g-1，胺值＜5 mgKOH·g-1，符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 反應(yīng)溫度對(duì)潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)的影響

反應(yīng)溫度對(duì)潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)的影響如圖5 所示。

圖5 反應(yīng)溫度對(duì)潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)的影響

由圖5 可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高潤(rùn)滑劑的熔點(diǎn)升高，但達(dá)到190 ℃時(shí)，熔點(diǎn)變化較為緩慢。如果反應(yīng)溫度偏低，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)對(duì)生產(chǎn)操作效率產(chǎn)生影響，使得反應(yīng)時(shí)間相同的情況下轉(zhuǎn)化率下降。反應(yīng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，溫度在160 ℃以下，反應(yīng)會(huì)緩慢進(jìn)行；如果溫度在200 ℃以上，產(chǎn)品會(huì)因?yàn)榘l(fā)生氧化反應(yīng)或焦化現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品顏色加深呈深棕色，而且溫度越高，產(chǎn)品的顏色也越來(lái)越黃，因此190 ℃是最佳反應(yīng)溫度。

2.6 反應(yīng)溫度對(duì)潤(rùn)滑劑酸值和胺值的影響

反應(yīng)溫度對(duì)潤(rùn)滑劑酸值和胺值的影響如圖6 所示。

圖6 反應(yīng)溫度對(duì)潤(rùn)滑劑酸值和胺值的影響

由圖6 可知，潤(rùn)滑劑的酸值和胺值隨反應(yīng)溫度的升高而下降，當(dāng)溫度升高至190 ℃時(shí)，繼續(xù)添加潤(rùn)滑劑的白度降低，超過(guò)190 ℃以上再滴加酸值和胺值變化不大，白度卻降低迅速，所以確定最佳反應(yīng)溫度為 190 ℃。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T5530—2005/ISO 660:1996）進(jìn)行測(cè)定，酸值＜10 mgKOH·g-1，胺值＜5 mgKOH·g-1，符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性潤(rùn)滑劑的最適宜的合成條件為：EBS 與冰醋酸質(zhì)量比1∶0.202、反應(yīng)溫度190 ℃、反應(yīng)時(shí)間5 h。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T5530—2005/ISO 660:1996）進(jìn)行測(cè)定，酸值＜10 mgKOH·g-1，胺值＜5 mgKOH·g-1，符合標(biāo)準(zhǔn)。制得的改性潤(rùn)滑劑EBS 達(dá)到了所需要的潤(rùn)滑要求，具有良好的綜合性能。