石油樹脂裝置抗氧劑選擇與加注工藝
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摘要：簡(jiǎn)述石油樹脂抗氧劑加入的重要性，探討石油樹脂抗氧劑常用類型、選擇原則及常用的固相抗氧劑和液相抗氧劑的加注工藝，最后對(duì)抗氧劑選擇原則和加注工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要?dú)w納。
關(guān)鍵詞：石油樹脂；抗氧劑；樹脂老化；加熱氧化
石油樹脂是以乙烯裂解的副產(chǎn)物為原料，經(jīng)過聚合得到的固體或液體、低分子的聚合物，廣泛用于膠黏劑、油漆、油墨、涂料和橡膠等領(lǐng)域。石油樹脂成分比較復(fù)雜，內(nèi)含不飽和鍵、羧基、羥基等基團(tuán)，當(dāng)進(jìn)行熱熔或光照時(shí)，石油樹脂通常會(huì)發(fā)生氧化降解。由于石油樹脂的氧化降解會(huì)導(dǎo)致物理性能受損和顏色加深，因而需要通過加入適量的抗氧劑進(jìn)行有效抑制樹脂氧化降解，減緩色相加深，提高樹脂加工穩(wěn)定性、耐熱穩(wěn)定性、耐光和耐候性。因此工業(yè)生產(chǎn)中需要在石油樹脂中添加抗氧劑[1-2]。
1石油樹脂用抗氧劑的選擇
抗氧劑能夠在石油樹脂生產(chǎn)、運(yùn)輸、加工使用等環(huán)節(jié)中延緩樹脂老化，減緩氧化降解速度，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。特別是在加工和使用過程中，受到光或熱的作用時(shí)，如果未加入適當(dāng)?shù)目寡鮿瑫?huì)使氧化降解反應(yīng)更容易進(jìn)行，逐漸導(dǎo)致樹脂顏色加深、軟化點(diǎn)和黏度降低，以致最后失去使用價(jià)值[3-5]。抗氧劑作為石油樹脂不可缺少的重要助劑，一般選則標(biāo)準(zhǔn)如下：①相對(duì)分子質(zhì)量高、揮發(fā)性小，熱穩(wěn)定性高，高溫老化狀態(tài)對(duì)自由基捕獲能力強(qiáng)；②使用溫度在180~230℃之間；③密度在0.85~1.20g•m-³（液體狀態(tài)下密度）；④加注量為0.1%~0.6%（相對(duì)石油樹脂總質(zhì)量）；⑤樹脂加熱200℃，4h老化試驗(yàn)后，色號(hào)與初始色號(hào)比，下降＜5#（加德納色度）。目前應(yīng)用于石油樹脂的抗氧劑主要有兩大類：一類是以1010受阻酚類固體抗氧劑為主，與磷酸酯類、硫醚類和受阻胺類光穩(wěn)定劑復(fù)配的固體抗氧劑。一類是以經(jīng)過反應(yīng)改性得到的液體抗氧劑，如JY9311、ST-1620K、ST-1135和907等。對(duì)于受阻酚類抗氧劑，從穩(wěn)定機(jī)理來看，加入量如果過多會(huì)有更多的抗氧劑轉(zhuǎn)會(huì)為相應(yīng)的醌類化合物，而醌類化合物具有著色性，容易導(dǎo)致產(chǎn)品泛黃，因此該類抗氧劑注入量不宜過多[6-8]。
2加注工藝
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，易出現(xiàn)抗氧劑管線堵塞或泄漏，使抗氧劑無法加入到樹脂中去，導(dǎo)致裝置被迫停車進(jìn)行清理或查漏。為了滿足裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行和降低物耗的要求，減少因抗氧劑系統(tǒng)出現(xiàn)問題造成裝置停車的發(fā)生，對(duì)于抗氧劑的加注工藝，務(wù)求設(shè)計(jì)合理，流程簡(jiǎn)短，伴熱全面。
2.1固體抗氧劑的加注工藝
以抗氧劑1010為例進(jìn)行說明，抗氧劑1010物性：白色流動(dòng)性粉末，無臭，無毒，不腐蝕，不污染；熔點(diǎn)/凝固點(diǎn)110~125℃，密度1150kg•m-3，閃點(diǎn)297℃，易溶于苯、丙酮、氯仿，微溶于甲醇，微溶于水。為了確?？寡鮿┳⑷氲绞蜆渲惺沁B續(xù)穩(wěn)定的，且在樹脂液中能夠得到充分的混合，最大程度發(fā)揮抗氧劑的特性，工業(yè)應(yīng)用中對(duì)固相抗氧劑主要有以下3種加注方式。
2.1.1固體抗氧劑直接熔化將固體抗氧劑加入到熔解罐中，熔解罐設(shè)夾套或盤管，夾套或盤管內(nèi)通入中溫導(dǎo)熱油或1.0MPa過熱蒸汽，待固體抗氧劑熔融為液態(tài)后，由泵注入到抗氧劑計(jì)量罐中，然后經(jīng)過計(jì)量泵注入到石油樹脂液體罐中，抗氧劑在熔融樹脂罐中，經(jīng)過攪拌混合均勻后，進(jìn)行造粒包裝，具體加注流程如圖1所示。
2.1.2采用熔融樹脂液溶解固體抗氧劑從減壓塔釜泵出口引出一股樹脂液至抗氧劑溶解罐，溶解罐頂設(shè)攪拌器，罐體設(shè)夾套或盤管，夾套或盤管內(nèi)通入中溫導(dǎo)熱油或1.0MPa過熱蒸汽，經(jīng)攪拌溶解為液態(tài)后，由泵注入到抗氧劑計(jì)量罐中，然后經(jīng)過計(jì)量泵注入到石油樹脂液體罐中，抗氧劑在熔融樹脂罐中，經(jīng)過攪拌混合均勻后，進(jìn)行造粒包裝，具體加注流程如圖2所示。
2.1.3采用混苯溶解固體抗氧劑將混苯與固體抗氧劑加入到溶解罐中，溶解罐頂設(shè)攪拌器，罐體設(shè)夾套或盤管，盤管內(nèi)通入0.45MPa蒸汽或熱水，經(jīng)攪拌溶解為液態(tài)后，由泵注入到抗氧劑計(jì)量罐中，然后經(jīng)過計(jì)量泵注入到汽提單元進(jìn)料位置，具體加注流程如圖3所示。3種注入方式比較：流程1，加注工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，但熔解時(shí)間較長(zhǎng)，需根據(jù)熔解時(shí)間及樹脂裝置抗氧劑的加注量，合理設(shè)置熔解罐大?。涣鞒?，引入了汽提后的樹脂液，相對(duì)降低了熔解時(shí)間，不足之處增加了一段同樣易凝的樹脂液注入管道；流程3，引入了混苯用來溶解固體抗氧劑，降低了溶解溫度、節(jié)省了能量，混苯可從汽提單元作為溶劑閃蒸出來。具體選用哪種加注流程，工程建設(shè)方可根據(jù)不同的項(xiàng)目條件進(jìn)行綜合選擇確定，但無論哪種流程，在配管中均須注意管道布置要盡量短、少拐彎，保溫伴熱一定要全面到位。
2.2液體抗氧劑的加注
以抗氧劑JY-9311為例進(jìn)行說明，抗氧劑JY-9311物性：無色或氮黃色液體，無臭，無毒，不腐蝕，不污染；沸點(diǎn)≥200℃，閃點(diǎn)≥150℃，密度為950kg•m-3。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，液體抗氧劑的注入工藝，相對(duì)與固體抗氧劑省去了溶解過程，故工藝流程相對(duì)短，能耗相對(duì)低。液體抗氧劑的儲(chǔ)罐、工藝管線和機(jī)泵不需要溫度較高的導(dǎo)熱油或蒸汽進(jìn)行伴熱，只需通過低壓蒸汽或熱水將溫度維持在80℃左右即可。將桶裝的液體抗氧劑直接通過氣動(dòng)隔膜泵注入到抗氧劑儲(chǔ)罐中，然后根據(jù)實(shí)際用量，直接用泵注入到熔融樹脂罐中，具體加注流程如圖4所示。從工藝設(shè)計(jì)和加注方式來看，液體抗氧劑的工藝流程和能耗較固體抗氧劑流程更短，能耗更低。從抗氧劑的作用效果來看，選用不同廠家、不同類型的抗氧劑的使用成本、加注量、加注方式會(huì)有所不同。所以，石油樹脂裝置需要根據(jù)使用成本、作用效果、加注量等綜合考慮選擇不同類型的抗氧劑，從而確定不同的加注工藝。
3結(jié)論
為保證石油樹脂的耐老化性、產(chǎn)品質(zhì)量，選擇合適的抗氧劑和加注工藝至關(guān)重要，對(duì)抗氧劑的選擇要求如下。1）相對(duì)分子質(zhì)量高、揮發(fā)性小，熱穩(wěn)定性高（230℃不降解，不失活）。2）用量越少越好，樹脂高溫加熱，顏色變化越淺越好。3）抗氧劑加注要連續(xù)、穩(wěn)定，避免因抗氧劑系統(tǒng)出現(xiàn)非計(jì)劃停車，確保裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。4）抗氧劑與石油樹脂要混合均勻。5）為減少生產(chǎn)石油樹脂過程中產(chǎn)生的積碳，降低樹脂黑點(diǎn)料的產(chǎn)生，工藝流程越短越好，伴熱一定做到位。
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作者：樊圓圓 趙洪福 趙卿波 單位：新疆寰球工程公司