中国热点化工产品市场分析455

 

聚乙烯蜡超细粉化研究及应用前景探讨

□ 中国石油吉林石化公司研究院 齐姝婧

　　聚乙烯蜡是一种聚烯烃合成蜡，相对分子量为1000～5000左右。常规分子量聚乙烯蜡为白色粉末，无毒，分子量分布集中，其软化点高，熔融粘度低，在塑料行业中的应用非常广泛。根据制造方法的不同，可分为聚合型和裂解型两种。聚合型聚乙烯蜡一般为聚乙烯聚合时的副产物，裂解型聚乙烯可由纯净的聚乙烯树脂或者废旧塑料裂解得到。聚乙烯蜡具有优良的机械性能、电性能，分散性和流动性好，脱模性能好，耐光，化学稳定性良好，是PVC管材、异型材、薄膜、线缆及其它塑料橡胶的加工助剂，可提高塑料加工的生产效率及改善成品的外观，加工性能良好。

 

超细粉化取得突破

　　聚乙烯蜡超细粉是近十年发展起来的一项高新技术。目前超细粉的生产和应用技术已经工业化，并且引起了越来越多行业的重视。聚乙烯蜡的用途十分广泛，特别是经微粉化处理后。目前在我国聚乙烯蜡微粉的产量远远不能满足市场的需要，只能依靠大量的进口来补充，其价格很高，约为6000～13000元/吨。聚乙烯蜡微粉可作为精细化工产品广泛应用于各相关领域，产品附加值大大提高。但由于技术水平的限制，我国目前聚乙烯蜡的生产工艺还不成熟，厂家一般以蜡片或经过简易喷粉装置制得的聚乙烯蜡粉直接售出，产品外观、粒径、熔点、软化点和酸值等指标通常不能同时达到技术要求，从而限制了其应用。要改善产品品质，使其得到更多的应用，尚需在生产工艺技术和生产设备上进行改进，以求能达到国际化水平。

　　聚乙烯蜡超细粉化的生产主要采用传统法和非传统法两种工艺。传统法是用机械力的方法，包括风力、水力，对物料进行破碎、粉碎、粉磨。非传统法包括化学共沉淀法、溶胶一凝胶法、喷雾热分解法、气相法。聚乙烯蜡超细粉生产工艺比较见表1。

　　国内拥有聚乙烯蜡超细粉化技术的主要有北京化工大学和南京扬子石化实业总公司精细化工二厂，而抚顺市通源科技开发研究所微粉化的聚乙烯蜡装置是引进美国气流分散纳米微粉化技术，其生产工艺简单、成本低、粒径大小可以控制。北京化工大学开发的微粉化聚乙烯蜡生产技术同样具有工艺简单、成本低、产品粒径大小可以控制等优点。生产出的微粉化聚乙烯蜡平均粒径在4～40微米，外观呈白色粉末状，主要用于涂料和印刷油墨中。

　　近几年，一种全新的聚乙烯蜡超细粉化技术——超临界溶液快速膨胀技术法 (RESS)脱颖而出。该技术是由两个互为相反的步骤构成，即先将溶质溶解在超临界流体中，然后使超临界流体在非常短的时间内，经过特制的喷嘴喷出至低压或常压环境中进行减压膨胀，形成以音速传递的机械搅动，使溶质在瞬间形成大量晶核，并在短时间内形成晶体的生长，从而形成大量粒径及形态均一的亚微米以至纳米级微细颗粒(可小于1μm)。由于压力的传递几乎在瞬间完成，形成的颗粒无溶剂残留、粒径小而均匀，且可通过温度和压力的控制来调控粒度尺寸的分布，有效解决了传统方法制备微细颗粒所不能解决的问题。其特点是产品的纯度高、几何形状均一、尺寸分布范围窄；制造工艺简单、操作温度较低、适用材料范围广等。

　　聚乙烯蜡微粉不仅本身已经发展成为一类新型的功能材料，而且为新的功能材料的复合与开发展现了广阔的应用前景，在国民经济各领域中有着广泛的应用。而超临界快速膨胀技术作为一种制备微细颗粒的技术，由于其操作简单、流程短、无后续污染、可控制粒度尺寸分布等诸多优点，必将有更为广阔的前景。随着理论和应用研究的不断深入，RESS 必将走上工业化道路，最终实现设计粒子的目的。

　　另外，浙江大学也进行了聚乙烯蜡超细微乳液的制备及其性能研究。他们以聚乙烯蜡6100为原料，采用直接高温高压法制备聚乙烯蜡微乳液。系统研究了乳化剂HLB值、乳化剂用量、乳化时间、乳化温度、PH、搅拌速度等因素对聚乙烯蜡乳液性能的影响，并分别采用场发射透射电子显微镜 (FE-TEM) 和激光动态光散射仪(DLS)等研究了乳液微粒形态、粒径及其分布。

               表1   两种聚乙烯蜡超细粉生产工艺比较

生产工艺                传统型                         非传统型

                机械粉碎       气流粉碎喷雾干燥和雾化造粒冷冻喷雾粉化

成品粒度/μm     100.0           1.0            10.0             1.0

物料选择     熔点高的物料 热敏性较低的物料    范围大         范围大

设备             单一          复杂            简单             复杂

操作灵活性        小            较小            较大              大

公用工程消耗       大            较大             小              较小

 

应用前景广阔

　　将聚乙烯蜡超细粉搀入油墨和涂料中，能使它们的性能得到很大提高，用途也更为广泛，主要表现在以下几个方面。

　　（1）由于分散的聚乙烯蜡超细粉的粒度细和具有迁移至涂膜表层的能力， 因此具有良好的消光性。

　　（2）能减小涂料的摩擦系数，使物体撞击涂料表层时，滑动倾向大于划伤倾向，有良好的抗划伤性和抗刻痕性。

　　（3）聚乙烯蜡超细粉搀入量达1.5%～2%(总固体量)时，涂膜的抗磨性提高1～5倍。

　　（4）能防止由于产品累积重叠而粘连结块，自由地通过组装线而不与导轨粘连。

　　聚乙烯蜡未来需求将十分可观，聚乙烯蜡超细粉产品主要用于涂料和印刷油墨中，如用在高光泽涂料、一般涂料、罐头涂料、包装涂料、木材着色、清漆、UV固化漆、印花涂料和印刷油墨中，使漆膜具有抗划伤、耐磨、抗粘连、耐抛光、滑爽、磨擦系数低等优良性能。它还可以防止铝浆等金属颜料、平光粉、荧光颜料和消光剂等材料的沉淀结块，提高涂料质量、改善漆膜光泽。该产品还具有良好的消光性能，如与二氧化硅并用其消光效果更佳。随着人们环境保护意识的增强，水性涂料和印刷油墨将有长足发展，因此该产品市场前景很好。

　　目前，国内聚乙烯蜡的消费市场主要集中在上海、江苏、浙江、福建、东北、两广、山东等地。潜在市场主要在河南、湖北、四川等中西部地区。国内市场经常品种不全、供货不足，只能依靠进口或代用品来满足生产要求。国内聚乙烯蜡市场缺口还很大，主要靠从韩国、泰国、马来西亚等国进口来弥补国内市场空缺。

　　蜡产品已成为国家重点发展产品，同时中国石化集团公司也将其列为产品结构调整的高附加值产品之一，这些都为发展聚乙烯蜡提供了广阔的市场空间。

　　近几年，由于国外适合于生产微晶蜡的资源逐渐趋于缺乏，已有部分国家采用合成材料 (如聚乙烯蜡和乙烯一醋酸乙烯共聚物EVA等) 与石蜡调合来生产微晶蜡的代用品。美国调合蜡的产值已占全部石油蜡产品产值的33％左右。专家预测，21世纪的前期将是石蜡基原油走俏的年代，美国、中东等地所产的原油是贫蜡原油，因而北美、欧洲原有的石蜡及润滑油装置纷纷停工，润滑油生产改用加氢异构脱蜡工艺 (Sunoco Inc．、ExxonMobil、Shell等)，世界微晶蜡将出现地区性的减产和短缺。根据美国 Refined Products of Crompton Corporation 预测，今后几年，美国微晶蜡的产量可能不但没有增加，反而极有可能会减少。所以我国的聚乙烯蜡产品如能在质量、包装等方面进一步改善，出口量将会大大增加。

 

　　在涂料中的应用 在聚乙烯微粉蜡中加入乳化剂制成乳液后，加入丙烯酸树脂中，可大大提高它的亲水性，起到防滑、防粘连、耐污渍的作用。

　　目前，亚太地区已经成为全球最大的涂料消费市场，在2013年以近45%的产量位居首位，其中中国占亚洲地区近一半以上的消费。近几年在节能减排政策趋紧、消费者环保观念加强等因素的推动下，水性漆成为国内涂料企业的战略发展重点，我国涂料行业今后将在水性涂料研发上加大投入力度。

 

　　在道路油漆中的应用 聚乙烯微粉蜡可以适当地控制涂膜的光泽，赋予其庄重感，它与硝基纤维素相容性不好、硬度大、熔点高，因此要将其做成甲苯分散体后再加入道路油漆中，在使用中光线迁移到涂膜表面再到聚乙烯蜡粉粒，通过粉粒的折射、扩散等作用，使投射在涂膜表面的光线向同一个方向的反射减弱，达到消光效果。不同粒度和品种的聚乙烯蜡，其消光效果也不相同，从完全保持光泽到深度消光，可以根据需要调配其用量，从而达到理想的效果。

 

　　在塑料染色中的应用 聚乙烯微粉蜡可以作为塑料染色的颜料分散剂。在塑料染色时，颜料分散的好坏程度，对染色制品的质量影响很大，因此，要将颜料用混炼机混炼，预先均一地分散在分散剂中，以作为着色剂混入塑料中染色。聚乙烯微粉蜡作为分散剂具有与塑料相容性和耐热性好，与颜料混炼性好且容易粉碎，不影响颜料的颜色，不影响终端制品的颜色等性能。另外，蜡微粉增强了对颜料团聚体的湿润和分散，使颜料着色强度提高。聚乙烯蜡的加入可以使颜料粒子表面带上电荷，基于同性相斥原理，粒子间就不会互相吸引或聚集，进而达到颜料的安定作用。

 

　　在印刷油墨中的应用 聚乙烯蜡可以添加在PE、PP薄膜及防潮玻璃纸中，用于水果糖、牛奶、果汁、护肤品 、药瓶、洗涤剂和食品的包装材料，作为油墨耐磨耗剂具有令人满意的效果。它主要是基于轴承效应和漂浮效应。轴承效应在于聚乙烯蜡本身的粒径大小与油墨涂层膜厚相近或稍大，因此显露在外，使得蜡的耐刮、防擦伤性能可以显现。漂浮效应是指由于聚乙烯蜡粉末的粒子形态，蜡在成膜过程中漂移至涂膜表面均匀地分散开来，使得涂膜最上层有蜡的保护，显现蜡耐刮和防擦伤的特点。

　　据美国SRI最新研究报告显示，未来5年全球印刷油墨市场的年均增长速度预计为0.7%。其中北美地区消耗量占全球总消耗量的32%、西欧占25%、亚洲（不包括中国）占21%、中国占10%、中东欧占6%、中南美占5%、中东和非洲占1%。

　　SRIC表示，尽管随着原材料成本的下降，但竞争仍然非常激烈。而欧洲地区的印刷油墨生产商还将面临更为严格的环保法规所带来的压力，包括控制溶剂的排放和废弃物的处理等。SRIC同时指出，未来5年，中国将成为全球印刷油墨市场需求增速最快的国家，年均增速将达到6%。

 

结 语

　　聚乙烯微粉蜡是一种聚烯烃合成蜡，其软化点高，而熔融粘度却很低，分散性好，与其它蜡、聚烯烃树脂等都具有良好的相容性；同时还具有常温下抗湿性、耐化学药品性及电性能优良等特性。预计未来几年，聚乙烯微粉蜡在涂料、油墨、地板蜡、汽车蜡及上光蜡等制品的应用中还将会有很大的发展空间。目前微粉化技术已成为研究热点，通过高分子微粉的制备、应用及深度开发，必将开拓其更多的新性能、新应用，拓展功能高分子及智能材料的新领域。