液體石油樹(shù)脂的研發(fā)與生產(chǎn)

楊 毅

(濮陽(yáng)班德路化學(xué)有限公司 ， 河南 濮陽(yáng) 457000)

熱熔膠壓敏膠是壓敏膠的一種，主要由合成橡膠、樹(shù)脂、橡膠油等混合加熱成熔融狀態(tài)，再涂布于棉紙、布或塑料薄膜等基材上而制成的一種新型膠黏帶，主要用于各類(lèi)封箱、封盒、紙品包裝、飲料瓶標(biāo)簽、封口鋁箔、防水卷材、快遞面單、軟包裝及其它包裝用和環(huán)保紙棧板等，適應(yīng)各類(lèi)材質(zhì)。成本低廉是其最大的優(yōu)點(diǎn)，缺陷是黏性受溫度影響較明顯[1-2]。我國(guó)東北地區(qū)氣溫較低，大多數(shù)熱熔膠均無(wú)法正常使用，黏結(jié)強(qiáng)度較差。目前用于制備耐低溫型熱熔壓敏膠的低溫液體樹(shù)脂主要有美國(guó)克雷威利公司生產(chǎn)的Wingtack 10，我國(guó)至今沒(méi)有廠家生產(chǎn)該類(lèi)樹(shù)脂[3-5]。

本文采用陽(yáng)離子聚合反應(yīng)，其原理主要是在催化劑的作用下，原料中存在的雙鍵打開(kāi)，進(jìn)而產(chǎn)生鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈終止，根據(jù)不同的原料和配比，能夠生成軟化點(diǎn)、相對(duì)分子質(zhì)量等指標(biāo)不同的產(chǎn)品。制備出一種軟化點(diǎn)和相對(duì)分子質(zhì)量都較低的低溫液體樹(shù)脂，作為增黏劑應(yīng)用于HMPSA，其玻璃化溫度更低，耐寒性更佳，打破了國(guó)外低溫石油液體樹(shù)脂對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的壟斷，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)的空白。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 材料和設(shè)備

α-蒎烯，外觀無(wú)色液體，工業(yè)級(jí)，湖北玖豐隆化工有限公司；抽余C5，外觀微黃液體，工業(yè)級(jí)，河南濮陽(yáng)盛鑫化工有限公司；異戊烯，外觀無(wú)色液體，工業(yè)級(jí)，山東淄博聯(lián)碳化學(xué)有限公司；α-甲基苯乙烯，外觀無(wú)色液體，含量≥99%，河南安順達(dá)化工有限公司；三氯化鋁，黃色粉末，含量≥99%，山東淄博淄川區(qū)石牛社會(huì)福利化工廠。低溫循環(huán)器，DLSB-5/10 ℃，上海越眾儀器設(shè)備有限公司；玻璃反應(yīng)釜，NBE22-21，南北儀器有限公司；軟化點(diǎn)測(cè)定儀SYD-2806G型；加德納色度比色儀3000系列；DSC差示掃描量熱儀，WKTS-RC500，江蘇維科特儀器儀表有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

①將異戊烯、抽余C5、α-蒎烯等原料按照一定比例準(zhǔn)確稱(chēng)取，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝髠溆?；②向反?yīng)釜內(nèi)通入氮?dú)?；③開(kāi)啟反應(yīng)釜攪拌及加熱，待反應(yīng)釜內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度后加入適量溶劑；④通過(guò)蠕動(dòng)泵緩慢將混合原料加入反應(yīng)釜，加料時(shí)間控制在60 min，同時(shí)緩慢加入三氯化鋁催化劑；⑤加料結(jié)束后繼續(xù)反應(yīng)一段時(shí)間；⑥反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)水洗、蒸餾、汽提等工藝，獲得成品液體樹(shù)脂。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度對(duì)樹(shù)脂性能的影響

反應(yīng)溫度是影響聚合反應(yīng)的重要因素，溫度的高低直接影響著反應(yīng)的好壞。溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致催化劑活性過(guò)低，原料反應(yīng)不充分；反應(yīng)溫度過(guò)高，原料反應(yīng)劇烈，容易產(chǎn)生爆聚現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)配方為：異戊烯360 g、α-蒎烯72 g、抽余C596 g、α-甲基苯乙烯72 g，進(jìn)料時(shí)間為70 min，保溫時(shí)間為80 min。實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要分為進(jìn)料階段和保溫階段兩步進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 進(jìn)料階段反應(yīng)溫度對(duì)樹(shù)脂性能的影響

由表1可見(jiàn)，在進(jìn)料階段隨著反應(yīng)溫度的提升，樹(shù)脂軟化點(diǎn)、色度、相對(duì)分子質(zhì)量(Mz)等均有明顯提升，可證明隨著反應(yīng)溫度提高反應(yīng)速率加快，對(duì)照目前國(guó)外液體樹(shù)脂常用的最佳相對(duì)分子質(zhì)量(Mz)范圍是600～700，所以確定進(jìn)料階段最佳反應(yīng)溫度為40 ℃。由表2可見(jiàn)，在軟化點(diǎn)、色度、相對(duì)分子質(zhì)量(Mz)等合格的前提下，盡可能提高成品樹(shù)脂收率，當(dāng)反應(yīng)溫度上升至50 ℃后，收率雖然有少量提高，但是相對(duì)分子質(zhì)量(Mz)超出范圍，所以確定保溫階段最佳反應(yīng)溫度為50 ℃。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)樹(shù)脂性能的影響

該組實(shí)驗(yàn)同樣分為進(jìn)料時(shí)間和保溫時(shí)間兩步進(jìn)行，進(jìn)料時(shí)間短，意味著進(jìn)料速率快，聚合反應(yīng)過(guò)程更劇烈。保溫時(shí)間長(zhǎng)短決定了原料反應(yīng)是否充分，影響成品樹(shù)脂收率。實(shí)驗(yàn)配方為：異戊烯360 g、α-蒎烯72 g、抽余C596 g、α-甲基苯乙烯72 g，進(jìn)料溫度為40 ℃，保溫溫度為50 ℃，結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 進(jìn)料時(shí)間對(duì)樹(shù)脂性能的影響

表4 保溫時(shí)間對(duì)樹(shù)脂性能的影響

由表3可見(jiàn)，進(jìn)料時(shí)間短，進(jìn)料速率過(guò)快，易導(dǎo)致反應(yīng)發(fā)生爆聚，反應(yīng)過(guò)程無(wú)法控制，樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量太大；當(dāng)進(jìn)料時(shí)間控制在70 min時(shí)，成品樹(shù)脂軟化點(diǎn)、色度、相對(duì)分子質(zhì)量等均比較理想。由表4可見(jiàn)，保溫時(shí)間短，混合原料不能充分反應(yīng)，樹(shù)脂收率較低，隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，樹(shù)脂收率逐步提高；當(dāng)保溫時(shí)間延長(zhǎng)至80 min時(shí)，樹(shù)脂收率不再增加，說(shuō)明原料已經(jīng)充分反應(yīng)。所以最終確定進(jìn)料時(shí)間為70 min，保溫時(shí)間為80 min。

2.3 原料配比對(duì)樹(shù)脂性能的影響

在進(jìn)料時(shí)間70 min，進(jìn)料階段反應(yīng)溫度40 ℃，進(jìn)料結(jié)束后保溫時(shí)間80 min，保溫時(shí)反應(yīng)溫度50 ℃的條件下，考察原料配比(表中以質(zhì)量計(jì))對(duì)成品樹(shù)脂性能的影響，本實(shí)驗(yàn)采用正交試驗(yàn)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同原料配比對(duì)樹(shù)脂的影響

由表5可見(jiàn)，綜合樹(shù)脂軟化點(diǎn)、色度、收率等性能檢測(cè)，最終確定原料配比為異戊烯360 g、α-蒎烯72 g、抽余C596 g、α-甲基苯乙烯72 g，m(異戊烯)∶m(α-蒎烯)∶m(抽余C5)∶m(α-甲基苯乙烯)=360∶72∶96∶72。

2.4 中試車(chē)間生產(chǎn)及性能檢測(cè)

在上述實(shí)驗(yàn)最佳反應(yīng)條件下，進(jìn)行了96 h中試生產(chǎn)，生產(chǎn)成品樹(shù)脂(L-2510)105 t，其檢測(cè)性能見(jiàn)表6。

表6 L-1520與Wingtack10(克雷威利)性能檢測(cè)對(duì)比

由表6可知，公司研發(fā)樹(shù)脂L-2510與Wingtack10相比玻璃化溫度略高，稍有不足，但是已經(jīng)足夠滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)應(yīng)用需求，取得了較好的成果，并且在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了其他不同的產(chǎn)品。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)液體樹(shù)脂合成工藝進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，綜合考慮樹(shù)脂檢測(cè)性能(軟化點(diǎn)、色度、相對(duì)分子質(zhì)量、收率等)與生產(chǎn)成本，得出以下結(jié)論：該工藝反應(yīng)條件分為兩步實(shí)現(xiàn)，進(jìn)料階段反應(yīng)溫度為40 ℃，進(jìn)料時(shí)間為70 min；保溫階段反應(yīng)溫度為50 ℃、反應(yīng)時(shí)間為80 min，該工藝最佳原料配比為：m(異戊烯)∶m(α-蒎烯)∶m(抽余C5)∶m(α-甲基苯乙烯)=360∶72∶96∶72。