CN103952181B

CN103952181B - 一种亲水性褐煤蜡改性物的制备方法及其制备装置

Info

Publication number: CN103952181B
Application number: CN201410144727.7A
Authority: CN
Inventors: 刘长胜; 罗国林
Original assignee: QUJIN ZHONGYI FINECHEMICAL CO Ltd
Current assignee: QUJIN ZHONGYI FINECHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2014-04-12
Filing date: 2014-04-12
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2034-04-12
Also published as: CN103952181A

Abstract

本发明公开了一种亲水性褐煤蜡改性物的制备方法及其制备装置。所述制备方法是将褐煤蜡原料和催化剂熔化混合后输入混合装置中；同时，用惰性气体将环氧乙烷和/或环氧丙烷压入混合装置中，使褐煤蜡原料、碱性催化剂和环氧乙烷和/或环氧丙烷充分混合，得混合料；将混合料输入反应室中反应，得反应混合物；将反应混合物气液分离，使分离后的亲水性褐煤蜡改性物脱除挥发分，冷却成型得到亲水性褐煤蜡改性物产品。所述制备装置包括熔融釜、输送泵、储罐、混合室、反应室、分离器、中间蜡槽、成型机。本发明利用褐煤蜡在催化剂作用下与环氧乙烷和/或环氧丙烷氧基化反应，使疏水性强的褐煤蜡原料转化为亲水的非离子活性物质，增强褐煤蜡的亲水性。

Description

一种亲水性褐煤蜡改性物的制备方法及其制备装置

技术领域

本发明属于煤化工-褐煤蜡技术领域，具体涉及一种工艺简单、成本低，且能有效提高褐煤蜡亲水和乳化性能的制备方法及其制备装置。

背景技术

褐煤蜡一般是指从含蜡质的煤（主要是褐煤或某些泥炭）中用有机溶剂萃取得到的一种含有纯蜡、树脂和地沥青的天然硬蜡，亦称蒙旦蜡。褐煤蜡由于物理化学性能优越，无致癌物质，且价格比一般的天然动植物（虫白蜡-中国川蜡、棕榈蜡-巴西卡那巴蜡、小烛树蜡、鲸蜡等）硬性蜡便宜，货源充裕，被广泛用作价格昂贵的天然动物蜡和植物蜡的代用品及补充品。

褐煤蜡用有机溶剂可分成三个组分：纯蜡、树脂（丙酮可溶物）、地沥青（异丙醇不溶物）。纯蜡主要是由蜡酸与蜡醇所构成的蜡酯，以及部分游离蜡酸，少部分蜡醇、蜡酮、脂肪烃等组成。褐煤蜡氧化脱色得到的S蜡（高碳脂肪酸）化学组成：饱和高碳脂肪酸含量80-90%，其主要成分为C₂₆、C₂₈、C₃₀的高碳脂肪酸（其中饱和一元酸占总酸量的80%，饱和二元酸占总酸量的20%），还有15%左右的蜡酯。褐煤蜡是溶于有机溶剂的硬性油料，它不溶于水，而在其应用中往往要把它溶于水或制成乳化液。褐煤蜡的乳化液作为现代加工技术的添加剂、助剂，得到越来越广泛的应用，例如物品美容行业的乳化制品，如鞋油、夹克油、自亮型蜡乳液、汽车上光蜡、家具蜡、乳胶漆等，皮革行业的加脂剂，化妆品的膏、霜制品，混凝土内部密封剂，混凝土构件脱模剂，金属加工润滑剂，乳化沥青添加剂等等。

由于褐煤蜡不溶于水，极大的阻碍了其应用范围。现有技术一般采用司班80、吐温80、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠作为乳化剂，经适当温度和时间来乳化褐煤蜡获取褐煤蜡乳化液。但是，乳化剂采用司班80、吐温80、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠连用时乳液成粘稠状，静置一段时间后呈冻状；当使用司班80、吐温80、十二烷基苯磺酸钠时出现凝胶现象，流动性差；仅使用十二烷基苯磺酸钠当乳化剂占总量1.50%时，出现分层现象；当乳化剂占总量2.00%时，凝胶效果不好。由此可见，乳化剂种类多时乳化过程复杂，各乳化剂之间量的配比关系难以掌握，而单个乳化剂使用时乳化效果难以达到让人满意的程度。而且，乳化得到的乳化液一般只能得到单一的水包油或油包水型乳化液，难以根据需要调整乳化液的HLB值（Hydrophile-LipophileBalanceNumber，亲水疏水平衡值，也称水油度），且乳化液呈液态，保持、运输、使用均没有固体方便，从而使制得的褐煤蜡乳化液应用面较窄。

发明内容

本发明的第一目的在于提供工艺简单、成本低且能有效提高亲水和乳化性能的亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，第二目的在于提供一种实现第一目的的制备装置。

本发明的第一目的是这样实现的：包括混料、反应、分离，具体包括：

A、混料：将褐煤蜡原料和碱性催化剂按质量比1000:1～1000:5加入熔融釜中在90～100℃下熔化混合，混合后输入混合装置中；同时，用惰性气体将占褐煤蜡原料质量10～40%的环氧乙烷和/或环氧丙烷从储罐压入混合装置中，使褐煤蜡原料、碱性催化剂和环氧乙烷和/或环氧丙烷充分混合，得到混合料；

B、反应：将混合料输入反应室，在90～100℃条件下进行2～4h化学反应，得到反应混合物；

C、分离：将反应混合物气液分离，使惰性气体与亲水性褐煤蜡改性物分离，分离后的亲水性褐煤蜡改性物在100～120℃的中间蜡槽中进一步脱除挥发分，冷却成型得到亲水性褐煤蜡改性物产品。

本发明的第二目的是这样实现的：包括熔融釜、输送泵、储罐、混合室、反应室、分离器、中间蜡槽、成型机，所述熔融釜设置有投料口和出料口，所述出料口经输送泵与混合室连通，所述储罐设置有输气口和出口，所述输气口与惰性气体输入口连接，所述出口与混合室连通，所述混合室的出口与反应室的入口连通，所述反应室的出口与分离器连通实现气液分离，所述分离器的出液口经中间蜡槽与成型机连通。

本发明利用褐煤蜡与环氧乙烷（C₂H₄O）和/或环氧丙烷（C₃H₆O）经碱性催化剂作用进行氧基化反应，主要与蜡酸反应（包括树脂当中的树脂酸），其次是蜡醇，增加褐煤蜡亲水基团，可使疏水性很强的褐煤蜡原料转化为亲水的非离子活性物质，从而增强褐煤蜡的亲水性。由于褐煤蜡的亲水性主要取决于氧基加合数，本发明通过调整所通入的环氧乙烷和/或环氧丙烷的量，可以根据不同用户需要来调整其加合数，制成HLB值不同的褐煤蜡产品，如油包水型、水包油型、蜡基乳化剂等，形成加合数（亲水性）不同的系列产品，从而满足不同需要。本发明工艺简单、无有害物排放；制备得到的亲水性褐煤蜡改性物呈固态，便于储藏、运输和使用；亲水性褐煤蜡改性物的生产中所添加的化学原料及添加剂成本低于褐煤蜡，整体成本在褐煤蜡基础上没有增加，从而能够提高褐煤蜡产品的附加值，有利于褐煤蜡市场的拓宽和竞争。

本发明中环氧乙烷与褐煤蜡的反应方程如下：

RCOOH+nC₂H₄O→RCOO(C₂H₄O)nH（主反应）

RCH₂OH+nC₂H₄O→RCH₂O(C₂H₄O)nH（次反应）

本发明制得的褐煤蜡所含亲水基团与憎水基团处于有利的比例，很容易把它制成极细分散的稳定乳化液，应用于涂料时，使蜡和涂料所成膜的光泽度好、强度高。当乳化液水分蒸发后，留下似胶膜的蜡层，其耐热性、耐候性、耐光性、耐氧化性强，与基础物粘结牢固，并且有很好的揩擦光亮度。此外，这种蜡膜具有很好的憎水作用，可防止处理过的表面渗入水。还可以作为皮革行业的加脂剂（加油剂），渗透性、润滑性极佳。

附图说明

图1为本发明的制备方法典型工艺流程示意图；

图中：S100-混料，S200-反应，S300-分离；

图2为本发明的制备装置原理图；

图中：1-熔融釜，11-投料口，12-出料口，2-输送泵，3-储罐，31-输气口，32-出口，4-混合室，5-反应室，51-循环出口，52-循环入口，53-循环泵，54-换热器，6-分离器，7-中间蜡槽，8-成型机，9-流量计。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，包括混料、反应、分离，具体包括：

所述混料步骤中的充分混合和/或反应步骤中的化学反应，是在机械搅拌、吹气搅拌、雾化混合条件下进行。

所述反应步骤中反应室内的混合料用循环装置经换热器加热后再输入反应室中进行反应。

所述反应步骤中的混合料是从反应室上部压入形成雾化。

所述混料步骤中的褐煤蜡原料和碱性催化剂熔化混合后压入混合装置中形成雾化。

所述碱性催化剂为甲醇钠、氢氧化钠、碳酸钠、甲醇钾、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或任意两种及其多种组合。

所述褐煤蜡原料为粗褐煤蜡、脱脂蜡、轻微氧化蜡或S蜡。在褐煤蜡颜色不影响的前提下，粗褐煤蜡、脱脂蜡、轻微氧化蜡（棕蜡）等可作为制备原料；当产品用于浅色制品时，制备原料可采用浅色精制蜡当中的S蜡（高碳脂肪酸）。

如图2所示，本发明的制备装置包括熔融釜1、输送泵2、储罐3、混合室4、反应室5、分离器6、中间蜡槽7、成型机8，所述熔融釜1设置有投料口11和出料口12，所述出料口12经输送泵2与混合室4连通，所述储罐3设置有输气口31和出口32，所述输气口31与惰性气体输入口连接，所述出口32与混合室4连通，所述混合室4的出口与反应室5的入口连通，所述反应室5的出口与分离器6连通实现气液分离，所述分离器6的出液口经中间蜡槽7与成型机8连通。

所述储罐3的出口32经流量计9与混合室4上部连通。

所述输送泵2与设置于混合室4上部内的出料雾化喷头连通。

所述反应室5下部设置有循环出口51和上部设置有循环入口52，所述循环出口51经循环泵53和换热器54与循环入口52连通。

所述循环入口52在反应室5内端设置有雾化喷头。

所述分离器6上部设置有放散口。

本发明工作原理及工作过程：

如图2所示，褐煤蜡原料和碱性催化剂（如甲醇钠）按比例从投料口11加入熔融釜1中，在此熔化混合，然后经输送泵2，打入混合室4中进行雾化。同时，从输气口31输入氮气，把环氧乙烷和/或环氧丙烷从储罐3经流量计9压入混合室4中。褐煤蜡原料、催化剂、环氧乙烷和/或环氧丙烷在混合室4中充分混合后，进入反应室5，在90～100℃条件下进行2～4h的化学反应，得到反应混合物。为了使反应完全和控制反应温度，反应室5中的混合物经下部设置的循环出口51由循环泵53，经换热器54与循环入口52，再进入混合室5进行雾化，得以充分反应。反应完后的产物，经分离器6使氮气与亲水性褐煤蜡蜡改性物分离，氮气排放。分离后的亲水性褐煤蜡蜡改性物置于中间蜡槽7，进一步脱除挥发分后，由成型机8冷却成型，即为产品-亲水性褐煤蜡蜡改性物。

实施例1

取500kg粗褐煤蜡和2.5kg甲醇钠从投料口11加入熔融釜1中在90℃条件下熔化混合，然后经输送泵2，打入混合室4中进行雾化；同时，从输气口31输入氮气，把100kg环氧乙烷从储罐3经流量计9压入混合室4中，使褐煤蜡原料、催化剂和环氧乙烷在混合室4中充分混合。

将混合后的混合料输入反应室5，在95℃条件下进行3h化学反应；在反应过程中，反应室5中的混合物经下部设置的循环出口51由循环泵53，经换热器54与循环入口52，再进入混合室5进行雾化，从而便于控制反应温度，使得反应更加充分。

化学反应完后的产物，经分离器6使氮气与亲水性褐煤蜡蜡改性物分离，氮气向外排放，分离后的亲水性褐煤蜡蜡改性物置于110℃的中间蜡槽7，进一步脱除挥发分后，由成型机8冷却成型，即得到亲水性褐煤蜡蜡改性物。

实施例2

如图2所示，取500kg的S蜡和0.50kg氢氧化钠从投料口11加入熔融釜1中在100℃条件下熔化并机械搅拌混合，然后经输送泵2，输入混合室4中；同时，从输气口31输入氮气，把200kg环氧丙烷从储罐3经流量计9压入混合室4中，使褐煤蜡原料、催化剂和环氧丙烷在混合室4中经机械搅拌充分混合。

将混合后的混合料输入反应室5，在96℃条件下进行3.5h化学反应；在反应过程中，反应室5中的混合物经下部设置的循环出口51由循环泵53，经换热器54与循环入口52，再进入混合室5进行雾化，从而便于控制反应温度，使得反应更加充分。

化学反应完后的产物，经分离器6使氮气与亲水性褐煤蜡蜡改性物分离，氮气向外排放，分离后的亲水性褐煤蜡蜡改性物置于100℃的中间蜡槽7，进一步脱除挥发分后，由成型机8冷却成型，即得到亲水性褐煤蜡蜡改性物。

实施例3

取500kg的脱脂蜡和1.75kg碳酸钠从投料口11加入熔融釜1中在95℃条件下熔化并机械搅拌混合，然后经输送泵2，输入混合室4中；同时，用氦气分别把环氧乙烷25kg和环氧丙烷25kg从储罐3及3’经流量计9压入混合室4中，使褐煤蜡原料、催化剂、环氧乙烷和环氧丙烷在混合室4中经底部氮气吹气混合。

将混合后的混合料输入反应室5，在90℃和机械搅拌的条件下进行4h化学反应。

化学反应完后的产物，经分离器6使氦气、氮气与亲水性褐煤蜡蜡改性物分离，氮气向外排放，分离后的亲水性褐煤蜡蜡改性物置于120℃的中间蜡槽7，进一步脱除挥发分后，由成型机8冷却成型，即得到亲水性褐煤蜡蜡改性物。

实施例4

取500kg的轻微氧化蜡和0.75kg碳酸钠及0.15kg甲醇钠从投料口11加入熔融釜1中在93℃条件下熔化并机械搅拌混合，然后经输送泵2，打入混合室4中进行雾化；同时，用氮气分别把环氧乙烷100kg和环氧丙烷50kg从储罐3及3’经流量计9压入混合室4中，使褐煤蜡原料、催化剂、环氧乙烷和环氧丙烷在混合室4充分混合。

将混合后的混合料输入反应室5，在98℃条件下进行2h化学反应；在反应过程中，反应室5中的混合物经下部设置的循环出口51由循环泵53，经换热器54与循环入口52，再进入混合室5进行雾化，从而便于控制反应温度，使得反应更加充分。

化学反应完后的产物，经分离器6使氮气与亲水性褐煤蜡蜡改性物分离，氮气向外排放，分离后的亲水性褐煤蜡蜡改性物置于105℃的中间蜡槽7，进一步脱除挥发分后，由成型机8冷却成型，即得到亲水性褐煤蜡蜡改性物。

Claims

1.一种亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，其特征在于包括混料、反应、分离，具体包括：

A、混料：将褐煤蜡原料和碱性催化剂按质量比1000:1~1000:5加入熔融釜中在90~100℃下熔化混合，混合后输入混合装置中；同时，用惰性气体将占褐煤蜡原料质量10~40%的环氧乙烷从储罐压入混合装置中，使褐煤蜡原料、碱性催化剂和环氧乙烷充分混合，得到混合料；

B、反应：将混合料输入反应室，在90~100℃条件下进行2~4h化学反应，得到反应混合物；

C、分离：将反应混合物气液分离，使惰性气体与亲水性褐煤蜡改性物分离，分离后的亲水性褐煤蜡改性物在100~120℃的中间蜡槽中进一步脱除挥发分，冷却成型得到亲水性褐煤蜡改性物产品。

2.一种亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，其特征在于包括混料、反应、分离，具体包括：

A、混料：将褐煤蜡原料和碱性催化剂按质量比1000:1~1000:5加入熔融釜中在90~100℃下熔化混合，混合后输入混合装置中；同时，用惰性气体将占褐煤蜡原料质量10~40%的环氧乙烷和环氧丙烷从储罐压入混合装置中，使褐煤蜡原料、碱性催化剂和环氧乙烷和环氧丙烷充分混合，得到混合料；

3.一种亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，其特征在于包括混料、反应、分离，具体包括：

A、混料：将褐煤蜡原料和碱性催化剂按质量比1000:1~1000:5加入熔融釜中在90~100℃下熔化混合，混合后输入混合装置中；同时，用惰性气体将占褐煤蜡原料质量10~40%的环氧丙烷从储罐压入混合装置中，使褐煤蜡原料、碱性催化剂和环氧丙烷充分混合，得到混合料；

4.根据权利要求1、2或3所述的亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，其特征在于所述混料步骤中的充分混合和/或反应步骤中的化学反应，是在机械搅拌、吹气搅拌、雾化混合条件下进行。

5.根据权利要求1、2或3所述的亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，其特征在于所述反应步骤中反应室内的混合料用循环装置经换热器加热后再输入反应室中进行反应。

6.根据权利要求1、2或3所述的亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，其特征在于所述反应步骤中的混合料是从反应室上部压入形成雾化。

7.根据权利要求1、2或3所述的亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，其特征在于所述混料步骤中的褐煤蜡原料和碱性催化剂熔化混合后压入混合装置中形成雾化。

8.根据权利要求1、2或3所述的亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，其特征在于所述碱性催化剂为甲醇钠、氢氧化钠、碳酸钠、甲醇钾、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或任意两种及其多种组合。

9.根据权利要求1、2或3所述的亲水性褐煤蜡改性物的制备方法，其特征在于所述褐煤蜡原料为粗褐煤蜡、脱脂蜡、轻微氧化蜡或S蜡。

10.一种实现权利要求1、2或3所述亲水性褐煤蜡改性物的制备方法的制备装置，其特征在于包括熔融釜（1）、输送泵（2）、储罐（3）、混合室（4）、反应室（5）、分离器（6）、中间蜡槽（7）、成型机（8），所述熔融釜（1）设置有投料口（11）和出料口（12），所述出料口（12）经输送泵（2）与混合室（4）连通，所述储罐（3）设置有输气口（31）和出口（32），所述输气口（31）与惰性气体输入口连接，所述出口（32）与混合室（4）连通，所述混合室（4）的出口与反应室（5）的入口连通，所述反应室（5）的出口与分离器（6）连通实现气液分离，所述分离器（6）的出液口经中间蜡槽（7）与成型机（8）连通。

11.根据权利要求10所述的制备装置，其特征在于所述储罐（3）的出口（32）经流量计（9）与混合室（4）上部连通；所述输送泵（2）与设置于混合室（4）上部内的出料雾化喷头连通。

12.根据权利要求10所述的制备装置，其特征在于所述反应室（5）下部设置有循环出口（51）和上部设置有循环入口（52），所述循环出口（51）经循环泵（53）和换热器（54）与循环入口（52）连通；所述循环入口（52）在反应室（5）内端设置有雾化喷头。