石蜡的耐热性能及其机理研究

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第1章
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言
第1章 前 言
1.1 立项依据及项目来源
1.1.1 立项依据
在世界著名的网络搜索引擎 GOOGLE 中输入中文 “蜡”， 搜索结果有 233000 条，输入英文“WAX" ，搜索结果多达 4390000 个，涉及到生产生活的各个领域 。 可见蜡已经和日常生产生活分不开了。蜡是重要的工业原料，广泛应用于食品、 医药、日用化学、皮革、纺织等工业和农业方面。由于工业技术的发展，蜡在 机械、电子和国防工业中的需求，也日益增加。在工业上和商业上，蜡被认为 是一种带有不同程度的光泽、光滑性和可塑性的易熔油性固体。通常我们常见 的蜡产品基本上都来自石油蜡 [1]。 中国是石蜡基原油储量和产量最多的国家，石蜡资源极其丰富，含蜡量高， 含硫量低，是生产优质石蜡和微晶蜡的理想原料。我国原油 90%以上为石蜡基 原油，特别是大庆、南阳、沈北等原油都是低硫、低杂质、高蜡原油，其中沈 北原油的 400～450℃及 450～500℃馏分的蜡含量分别高达 70.7%和 72.3%，接 近于其它原油减压馏分油经溶剂脱蜡后蜡膏的蜡含量，是世界罕见的高含蜡原 油[2-3]。随着我国石油工业的发展，石蜡生产也相应增长，而且已成为石蜡的出 口国之一。我国是世界上生产和出口石蜡的主要国家，以 2000 年为例，全球成 品蜡 ( 不包括粗蜡、蜡膏等 )产量为 3600kt，中国成品蜡产量为 1300kt，占全球 的 36.1%；全球所有石蜡总产量为 4760kt，中国为 1600kt，占全球的 33.6% 。 国际间石蜡的年贸易量为 900kt，中国石蜡出口为 600kt，占全球石蜡年贸易量 的 70%左右。目前，中国石蜡是中国的石油化工产品能在国际贸易中具有主导 地位的优势产品之一，也是中国石化、中国石油两大集团的重要利润增长点之 一[4]。 中国石油出口石蜡主要以全精练蜡和半精炼蜡为主，出口石蜡有散蜡、块 蜡、粒蜡和纸制托盘大包装四种形式，销售区域遍及全球 [5]。然而，由于我国 的石蜡工业还比较年轻，在产品品种和质量方面与世界发达国家相比仍有很大 差距 [6]。除石油蜡外，其它宝贵的天然蜡资源还没有得到足够的重视和充分利 用，如合成蜡以及通过蜡的调配、改性以促进工业产品和包装材料质量的工作。 DEGUSSA 公司是世界上合成蜡的重要供应商之一， 和 BASF, ALLIED-SIGNAL, CLARIANT 占据大部分的合成蜡市场，国内更有待进一步研究和发展 [7]。世界
摘
要
为了深入了解石蜡的耐热性质，为石蜡应用提供科学依据，采用数字熔点 仪、材料万能试验机等，在 58#石蜡的熔点到燃点温度范围内，对石蜡及其不 同温度（58-340℃）加热产物的耐酸碱性、熔点、密度及抗压强度等物理化学 性能进行了系统测试，并采用红外吸收光谱和 X 射线衍射分析对其机理进行了 分析，结果表明：石蜡及其不同温度加热产物，从熔点到燃点范围内都具有较 好的耐酸碱性，熔点也基本保持不变，其原因与分子键没有发生变化有关；58150℃范围内，由于分子键和晶体结构都没有发生变化，其抗压强度和密度均基 本保持不变，说明石蜡能在此温度范围内保持稳定；150-340℃范围内，抗压强 度和密度均呈逐渐降低趋势，尤其是在 150-250℃的降低幅度最大，其 主要原 因与其晶体结构发生调整有关。 关键词 ：石蜡；耐热性能；抗压强度；红外吸收光谱分析；X 射线衍射分析
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成都理工大学硕士学位论文
Heat resistance of paraffin and its mechanism
Introduction of the author: SHU Zhengwei ， male ， was born in march 1981, whose tutor was Professor WANG Ling. He graduated from Chengdu University of Technology in Mineral materials science major and was granted the Master Degree in June，2010.
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第1章
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言
其熔点增高，粘附性和柔韧性增加 ，广泛用于防潮、防水的包装纸、纸板、某 些纺织品的表面涂层和蜡烛生产 [9-13]。 石蜡应用一个重要特点是，往往需要先加热熔化后才能加以利用，其使用 温度范围通常是在熔点与燃点之间。但是，前人的研究主要集中在石蜡的常温 性质以及添加剂对其物理化学性能的影响等。那么，当加热温度在石蜡的熔点 到燃点范围变化时，其组成结构及主要物理化学性能有什么特点，将发生什么 样的变化呢？为此，本论文以 58# 全精炼石蜡为研究对象，比较系统研究了从 熔点到燃点温度范围（58～ 340℃）内石蜡的耐酸碱性、熔点、密度以及抗压强 度等主要物理化学性能变化情况，并采用红外吸收光谱（IR）及 X 射线衍射分 析（ XRD ）分析加热产物的组成与结构，以探讨其变化机理，这对于深入了解 石蜡耐热性质及其应用具有重要的理论和实际价值 [14]。
图 1-1 石蜡的分子结构图(正二十四烷 C24H50)
石蜡具有防水性能，表面接触光滑，低毒性，无异常的气味和颜色。它具 有良好的燃烧和介电性能。主要质量指标为熔点和含油量，前者表示耐温能力， 后者表示纯度。每类石蜡又按熔点，一般每隔 2℃，分成不同的品种，如 52， 54，56，58 等牌号。根据加工精制程度不同，可分为全精炼石蜡、半精炼石蜡 和粗石蜡 3 种。其中以前二者用途较广，主要用作食品及其他商品（如蜡纸、 蜡笔、蜡烛、复写纸）的组分及包装材料，烘烤容器的涂敷料、化妆品原料， 用于水果保鲜、提高橡胶抗老化性和增加柔韧性、电器元件绝缘、精密铸造等 方面，也可用于氧化生成合成脂肪酸。石蜡有许多工业应用 , 它被用来制做蜡 烛，纸张涂料，保护胶的食品和饮料，玻璃清洗的准备工作，热熔地毯支持， 生物降解地膜，润滑剂，酸瓶塞子，电气绝缘，热熔胶等。 粗石蜡由于含油量 较多，主要用于制造火柴、纤维板、篷帆布等。石蜡中加入聚烯烃添加剂后，
成都理工大学 硕士学位论文 石蜡的耐热性能及其机理研究 姓名：舒正伟 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：汪灵 20100601摘要ຫໍສະໝຸດ 石蜡的耐热性能及其机理研究
作者简介：舒正伟，男，1981 年 3 月生，师从成都理工大学博士生导师汪 灵教授，2010 年 06 月毕业于成都理工大学矿物材料学专业，获得工学硕士学 位。
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成都理工大学硕士学位论文
主要石蜡生产国家除生产各种牌号的全精炼、半精炼及食品级石蜡外，还有各 种牌号的微晶蜡和多达数百种的专用蜡。如美国专用蜡产量占石蜡总量的 30%; 日本精蜡公司年生产专用蜡 5 万吨，近 300 个品种，占该公司石蜡总产量的 20%[8]。 目前我国石蜡产品仍以全精炼蜡、 半精炼蜡等初级产品为主， 品种较少 。 高技术含量的特种蜡、调配蜡等专用石蜡产品开发滞后，既不能满足相关行业 的需求，也影响经济效益的提高。 石蜡是矿物蜡的一种，也是石油蜡的一种；它是从原油蒸馏所得的润滑油 馏分经溶剂精制、溶剂脱蜡或经蜡冷冻结晶、压榨脱蜡制得蜡膏，再经溶剂脱 油、精制而得的片状或针状结晶。又称晶形蜡，碳原子数约为 18～ 30 的烃类 混合物，主要组分为直链烷烃（约为 80％～ 95％） ，还有少量带个别支链的烷 烃和带长侧链的单环环烷烃（两者合计含量 20％以下） 。石蜡是从石油精炼制 得的一种脂肪烃类，其特点是直接或分支碳链，石蜡分子结构图如图 1-1，通用 公式 CnH2n+2 ，并含有正构烷烃，n 在烃链中的碳原子数（17～36） 。石 蜡 结 晶层 组成的分子具有平面锯齿形构象，分子长度和熔点只取决于的 n。石蜡是白色， 半透明，无味，无臭的固体组成的混合物，固体碳氢化合物的相对分子质量比 较高，蒸馏范围 350～500℃ ，密度 0.86～0.94g/cm 3，分子量为 240 至 450。
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独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教
育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
ABSTRACT
In order to further understand the heat resistance of paraffin and provide a scientific basis for the application of paraffin, the acid-alkali resistance, melting point, density and compressive strength of fully refined 58# paraffin and its different temperatures heating products in the temperature range of the melting point to ignition point (58-340℃) are systematically measured using the instruments such as the digital melting point apparatus and hydraulic universal material testing machine. And the mechanism is also discussed by infrared spectrometry and X-ray diffraction analysis. The results of our experiment showed that paraffin and its different temperature heating products are of good acid-alkali resistance and their melting point remain unchanged because their molecular linkage is unchanged in the temperature range of the melting point to ignition point. Their compressive strength and density are almost unchanged in the range 58-150℃ due to both molecular linkage and the crystal structure having unchanged. These results indicate that the paraffin is of good heat resistance in the range 58-150℃ . The compressive strength and density tend to decrease gradually in the range 150-340 ℃, especially in 150-250℃ , which is due to mainly that the adjustment of crystal structure has taken place in the temperature range. Key word: paraffin; heat resistance; compressive strength; infrared absorption spectrometry; X-ray diffraction analysis