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硬脂酸法生產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Z終產品的質量。由于在其分子結構中含有二個酰胺基-C-NH-,因而該產品加入塑料后,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:內外潤滑劑;抗靜電劑;成核透明劑;分散劑;脫模劑;抗結塊劑;消光劑;脫氣劑開口劑(防粘結);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
生產原料:硬脂酸和乙二胺
外觀:白色或淺黃色,形態同固體蠟相似,質地硬而堅韌
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,其固有的結構了發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Z終產品的質量。由于在其分子結構中含有二個酰胺基-C-NH-,因而該產品加入塑料后,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:內外潤滑劑;抗靜電劑;成核透明劑;分散劑;脫模劑;抗結塊劑;消光劑;脫氣劑開口劑(防粘結);非硅類消泡劑;提高溶脂(MI)
二、 EBS的作用原理
內潤滑劑: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,可以由樹脂內部牽引到表面,減小了樹脂粒子之間、樹脂熔體與加工設備之間的相互摩擦,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量,改善制品的外觀。
三、EBS的應用領域
3.1、塑料改性
在許多熱塑性和熱固性塑料中作為內部和外部滑劑,具代表者如 ABS、PS、AS、PVC,亦可應用于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。
應用示例1(僅供參考)
應用實例2(僅供參考)
應用實例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塊效果,EBS應用于汽車用地板墊,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;
2) 硬脂酸酯與胺類化合物反應;
3) 硬脂酰氯與胺類化合物反應;
4) 腈化物的水解。
硬脂酸法工藝簡單、操作方便,反應條件溫和不苛刻,反應原料易得且成本低,收率高、三廢少,但在成鹽階段生成的銨鹽中間體極易著色,使產品色值偏高,銨鹽在脫水階段有其他副反應發生,導致產品純度下降,熔程變寬。但只要加強過程控制,生產出產品完全能滿足用戶需要;酰氯法的特點是兩步反應,簡單易行、條件溫和,但后處理復雜、三廢多,總收率相對較低,且不適應當前保形勢,但色澤好;脂肪酸酯與胺的反應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工藝復雜、能耗高,不利于實施清潔生產;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EBS,因此下面著重探討該反應工藝。
H2NCH2CH2NH2+ 2RCOOH →
RCOO - + H3N(CH2)2NH3+- OOCR
RCOO- + H3N(CH2)2NH3+- OOCR →
RCONH(CH2)2NHCOR+ 2H2O
首先是在熔融狀態下,硬脂酸與乙二胺反應,生成中間體銨鹽(100℃左右),該中間體極易著色,在140℃以上分解,得到相應的乙酰雙硬脂酰胺。該方法工藝流程短,但反應溫度較高,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,確保產品色度。
五、影響EBS產品色澤的因素及防范措施
從上面硬脂酸法生產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,進而使產品達到用戶要求。
5.1、原料硬脂酸質量
原料硬脂酸的質量直接影響產品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,并要求融化狀態下不變色。若硬脂酸融化狀態下色澤太差,在滴加乙二胺生成胺鹽時產品表面氧化更快,從而導致產品色澤變深。
5.2、乙二胺質量
乙二胺質量也是保證EBS色澤的關鍵,一般要求乙二胺含量大于99. 8%,色澤小于10APHA,且無渾濁變色現象,好選擇進口乙二胺。
5.3、反應溫度
反應溫度的影響。硬脂酸與乙二胺成鹽過程是個放熱過程,反應溫度不需太高。根據文獻報道,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,迅速將水移出反應系統,才能使胺分解過程進行到底,反應溫度常??刂圃?60~200℃( 該溫度主要與催化劑的類型及添加量相關)。不同溫度下銨鹽分解反應的結果不同,隨著反應溫度的提高,產物的收率也相應提高,當反應溫度達到185℃左右時,收率達到Z值;與185℃ 分解相比,雖然收率高1.2%,但產品色澤偏深,脫色處理效果不好,若繼續提高反應溫度,則產物的收率又呈降低趨勢,同時產品色澤也成褐色,所以佳反應溫度為180℃。當反應溫度<180℃時,脫水反應不夠完全,使產品得率不夠理想;當反應溫度>185℃時,銨鹽脫水更加徹底,但高溫反應會產生更多副產物,使產物收率也隨之下降;同時,太高的反應溫度會使產品的表面更容易被氧化,導致產品色澤加深。
5.4、乙二胺的滴加速度和反應器的攪拌效果
控制乙二胺的滴加速度也非常重要,若滴加過快,反應器內會大量起泡溢出,不僅浪費乙二胺,而且會使產品收率和色澤受到影響。但若太慢,反應時間將延長,成鹽階段生成的銨鹽中間體極易著色,也將會直接影響產品的色澤,因此選擇一個適當的滴加速度非常重要。
此外反應器的攪拌效果是否均勻也將影響色澤,因為若攪拌不均勻,反應器中物料可能出現局部過熱的現象,因此攪拌器Z選用變頻電機,以便根據反應進行的程度予以控制轉速。
5.5、不同抗氧劑的影響
由于反應在較高溫度下進行,容易發生氧化副反應,影響產品的收率和色澤。EBS制備的關鍵是抗氧劑的選擇,抗氧化效果的差異對產品的色澤影響極大,選擇不當則產品發黃。硼氫化物和磷酸氫鹽等均可作為抗氧劑使用。筆者經過多年生產試驗證明亞硫酸氫鈉作為抗氧劑收率高,達到95%,但產品色澤偏深;以硼氫化鈉作抗氧劑,產品顏色變淺,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
為了保證產品色度,反應進料前需對反應釜抽真空,完畢進行氮氣徹底置換,進料后原料未升到反應溫度前,反應器中連續通入氮氣,使整個反應在氮氣氛圍中進行( 包括乙二胺),確保產品色度良好;同時氮氣連續放空,也使反應生成的水被連續不斷地帶走,從而促使反應向生成產品方向進行。
5.7、噴粉冷卻溫度
目前大部分EBS生產工藝反應合格后的物料均進行噴粉包裝。根據多年經驗,若物料經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。一般情況下產品溫度50℃以下包裝,變色的可能性較小

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