一种制备高硬度费托油墨用蜡的方法与流程

1.本发明属于化工技术领域，具体涉及一种提高费托油墨用蜡硬度的方法。

背景技术：

2.费托合成蜡主要由相对分子质量在500-1000的直链、饱和的高碳烷烃组成。其组成相对简单，正构直链烷烃含量可达90％以上，其余基本为支链烷烃，基本不含环状烃和芳烃，与异构烷烃和环烷烃相比，正构烷烃硬度高，且费托蜡中主要是c-c、c-h结构，表面张力(极性)小，粘度低，能够提高油墨的流动性，增强对印刷表面的浸润度，同时费托蜡化学性质稳定，无腐蚀性、无污染和味道，因而费托合成蜡是生产环保油墨用蜡的理想的原料。
3.蜡基连结料是热转印油墨中的主要原料，在油墨中起着重要作用。首先是蜡具有在热作用下软化而冷却时固着的物理特性，这样就赋予了热转印油墨热溶—冷固的热转印特征；其次是能与树脂连结料和其它化学溶剂相互混合，在热转印油墨涂布在塑基或纸基表面上后，蜡能够浮在油墨层的表面，要求低含油、高硬度，起到防蹭脏防刮擦的作用。在打印过程中，由于受到热量和打印压力的作用，蜡膜溶化，油墨即可向承印材料表面实现图文转移。
4.费托蜡碳数分布范围较宽，其中的轻质组分及异构烃含量是影响费托蜡硬度的主要因素。
5.本领域中，将不同碳链烷烃混合物(固体石蜡和/或费托蜡)与长链脂肪族乙醇共混而成，以及石蜡与费托蜡按一定的比例在特定的条件下混合而成，来实现共混物的熔化物具有相对低的粘度并良好的流动能力。
6.以上通过不同性质的物料混合制备的热转印蜡，粘度改善，但在一些应用场合不能实现油墨蜡高硬度的性能要求。
7.本公司已申请的热转印蜡的分步结晶处理工艺，要实现热转印蜡低含油高硬度的目标，目标产品收率较低。

技术实现要素：

8.本发明通过将费托合成蜡或者费托合成蜡经加氢精制、分离工序切割成不同熔点的蜡，然后将原料蜡经过高温并低温分离，去除窄馏蜡中的轻质组分及油脂类组分，实现高硬度费托油墨用蜡的生产。相比普通发汗方式去除轻组分及油脂类物质，本发明生产周期短，产品收率高；相较溶剂脱油去除油脂类物质，本发明溶剂用量少，且能更进一步集中碳数分布宽度，产品性能好。
9.具体而言，本发明通过如下所述的技术方案解决了现有技术中的缺陷。
10.1.一种制备高硬度费托油墨用蜡的方法，其包括以下步骤：
11.以费托合成蜡作为原料蜡或者将费托合成蜡加氢精制后得到费托精制蜡并分离为不同熔点的窄馏分蜡作为原料蜡；
12.将所述原料蜡经过高温分离和低温分离以去除轻质组分及油脂类组分，得到高硬
度费托油墨用蜡。
13.2.项目1所述的方法，其中所述高温分离是对原料蜡进行分步结晶操作，优选将原料蜡与轻质溶剂混合后分步结晶处理，得到蜡产品和蜡下油。
14.3.项目2所述的方法，其中所述低温分离是将所述蜡产品再与轻质溶剂混合进行低温结晶得到结晶物，并对结晶物脱油，并通过蒸发与轻质溶剂分离，从而得到高硬度费托油墨用蜡。
15.4.项目1所述的方法，其中将所述费托精制蜡分离为不同熔点的窄馏分蜡通过薄膜蒸发、短程蒸发及减压精馏方式进行。
16.5.项目3所述的方法，其中所述脱油包括通过抽滤排出溶剂及含油组分。
17.6.项目2或3所述的方法，其还包括回收高温分离或低温分离后的轻质溶剂。
18.7.项目2所述的方法，其中所述高温分离在原料蜡熔点以下1-20℃进行。
19.8.项目3所述的方法，其中所述低温分离在原料蜡熔点以下30～70℃进行。
20.9.项目2或3所述的方法，其中所述高温分离或低温分离中所用的轻质溶剂可以相同或不同，并且各自选自由以下组成的组：系列正构烷烃单体或其混合物、异构烷烃单体或其混合物、含氧类溶剂，包括酮类溶剂、醇类溶剂、芳烃类溶剂及醚类溶剂，或以上各类溶剂混合物。
21.10.通过项目1-9任一项所述的方法制备的高硬度费托油墨用蜡。
22.本发明利用溶剂对费托蜡油脂类组分较好的溶解性，以及在升温发汗中溶剂可以携带轻质组分的有效排出，因而采用费托精制蜡或者粗分离的窄馏分蜡经溶剂高温分步结晶去除轻组分，低温过滤去除油类组分，实现费托蜡低含油高硬度的性能，使其在油墨应用领域中有突出的性能。
23.现有技术中一方面通过对费托蜡窄馏分蜡发汗实现降低碳数分布宽度及含油量，但发汗工艺生产周期长，产品收率低。另一方面通过费托窄馏分蜡溶剂脱油来降低含油量，但是不能提高碳数集中度，影响最终产品硬度。
24.本发明将费托精制蜡或窄馏分蜡通过高温分离与低温分离相结合的方式，有效降低产品碳数分布的宽度，同时降低异构烃含量及其他油脂类物质，实现产品低含油及高硬度，最终使产物的性能满足油墨用蜡的技术要求。
25.另外，本发明的方法具有工艺操作简单，对装置要求低且产品灵活性高等优点。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明。
27.本文所用的术语“费托精制蜡”是指将费托合成蜡经加氢精制，有效去除其中的烯烃、含氧化合物等物质后制备的蜡。
28.本文所用的术语“油墨用蜡”是作为蜡基连结料是热转印油墨中的主要原料蜡，其在热转印油墨涂布在塑基或纸基表面上后，蜡能够浮在油墨层的表面，起到防蹭脏的作用。在打印过程中，由于受到热量和打印压力的作用，蜡膜溶化，油墨即可向承印材料表面实现图文转移。
29.费托合成蜡首先经加氢精制，饱和少量的烯烃、还原费托合成蜡中少量的含氧有
机物，这些物质影响费托蜡本身产品品质(包括颜、含油及针入度)，同时在后续加工中容易变质。
30.费托精制蜡再粗分离为不同熔点的窄馏分，分离方式可以为薄膜蒸发、短程蒸发及减压精馏等方式。分离后得到的窄馏分蜡，含有3-5％的油脂类组分(所谓蜡中的含油量是将1g蜡样溶解于15ml丁酮中，温度降至
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31.9℃时，所溶解部分占蜡的质量分数)，同时窄馏分蜡中的轻质组分也影响费托蜡的硬度。
31.费托精制蜡或窄馏分蜡经过高温并低温分离，去除窄馏蜡中的轻质组分及油脂类组分，实现高硬度费托油墨用蜡的生产。其中高温分离方式是分步结晶操作，窄馏分蜡在充分结晶的情况下，缓慢升温，其中含有的轻质组分作为汗液排出，优选的将窄馏分蜡与轻质溶剂(相较于窄馏分蜡熔点低)混合后分步结晶处理。“分步结晶”工艺是把熔化的混合物加入结晶器,首先进行结晶过程,即控制冷媒的温度按一定的曲线进行降温,使混合物中的高熔点组分首先结晶析出,达到一定的结晶率后停止冷媒循环, 放出未结晶部分(母液)，启动热媒循环系统,并按一定的升温曲线进行发汗操作,使晶层中低熔点晶粒熔化成汗液,最后把晶体全部熔化得到结晶产品。一方面混合料降低了发汗原料熔点，从而降低发汗终止温度，另一方面轻质溶剂作为诱导剂，可以促进轻质组分高效排出，并同汗液一同收集，蒸馏再回收。
32.高温分离后的蜡产品再与轻质溶剂混合进行低温分离，低温分离方式为结晶脱油，蜡与溶剂充分互溶的情况下低温结晶，抽滤排出溶剂及含油组分(其中油脂类物质溶解在溶剂中一同排出)，降低油组分含量，最终通过蒸发与轻质溶剂分离，得到的产品用于油墨领域具有低含油高硬度性能。高温分离与低温分离中选用的轻质溶剂可以是同一种类，也可以是不同种类。
33.轻质溶剂可以是系列正构烷烃单体或其混合物、异构烷烃单体或其混合物、含氧类溶剂(包括酮类溶剂、醇类溶剂、芳烃类溶剂及醚类溶剂) 或以上各类溶剂混合物等。
34.具体操作过程：
35.原料蜡与溶剂熔融充分混合后，在结晶装置中，降温至指定温度，部分蜡结晶，部分母液未结晶(收集未结晶母液，为提高目标产品收率，可以对这部分母液二次结晶回收目标组分)，对结晶部分蜡升温发汗，升温至熔点以下1-20℃(高温分离)，轻质组分作为汗液排出，优选的在高温分离中混入轻质溶剂，降低发汗原料熔点后升温分离轻质组分，轻质溶剂随着汗液排出，蒸馏再回收溶剂。
36.高温分离后的蜡上产品再与溶剂熔融混合低温分离，降温至熔点以下 30～70℃，充分搅拌结晶后，抽滤脱油，滤层再经熔融蒸发回收溶剂后，蜡上产品即为低含油高硬度的油墨蜡产品。
37.实施例
38.本领域中所用的材料、试剂和设备均为通过商业途径购得，试剂的纯度为化学纯。本文所用的百分比为重量百分比。
39.实施例1
40.以费托精制蜡短程分离出熔点为67℃的馏分蜡为原料，与正庚烷混合 (蜡剂比1:0.2)，混合物熔点为52℃，在列管结晶器中降温至48℃，部分蜡结晶，收集残留母液，对结晶蜡以一定速率升温至52℃，恒温，待汗液不出时，升温融化接收蜡上产品，蜡上产品熔融后
与正庚烷(蜡剂比1:3) 混合，以一定速率降温至0℃，抽滤，滤层再经二次结晶脱油，收集滤层，并熔融蒸发正庚烷后，即为最终产品。在下表1中显示了原料蜡、原料蜡仅通过高温分步结晶分离的方式得到的产物、原料蜡仅通过低温分离的方式得到的产物、原料蜡经高温和低温分离(本发明内容)组合的方式得到的产物的熔点、含油％、针入度(1/10)mm、产品收率。
41.仅通过高温分步结晶处理工艺的操作条件：以上67℃的馏分蜡为原料，在列管结晶器中降温至62℃，部分蜡结晶，收集残留母液，对结晶蜡以一定速率升温至66℃，恒温，待汗液不出时，升温融化接收即为产品。
42.仅通过低温分离处理工艺的操作条件：以上67℃的馏分蜡为原料，与正庚烷(蜡剂比1:3)混合，以一定速率降温至0℃，抽滤，收集滤层，并熔融蒸发正庚烷后，即为产品。
[0043][0044]
实施例2
[0045]
市面购买的90#费托合成蜡为原料，与甲基异丁基酮mibk混合(蜡剂比1:0.5)，混合物熔点为71℃，在列管结晶器中降温至67℃，部分蜡结晶，收集残留母液，对结晶蜡以一定速率升温至72℃，恒温，待汗液不出时，升温融化接收蜡上产品，蜡上产品熔融后与mibk(蜡剂比1:3)混合，以一定速率降温至20℃，抽滤，滤层再经二次结晶脱油，收集滤层，并熔融蒸发mibk后，即为最终产品。在下表2中显示了原料蜡、原料蜡仅通过高温分步结晶分离的方式得到的产物、原料蜡仅通过低温分离分离的方式得到的产物、原料蜡经高温和低温分离(本发明内容)组合的方式得到的产物的熔点、含油％、针入度(1/10)mm、产品收率。
[0046]
仅通过高温分步结晶处理方式的操作条件：以上90℃费托合成蜡为原料，在列管结晶器中降温至75℃，部分蜡结晶，收集残留母液，对结晶蜡以一定速率升温至85℃，恒温，待汗液不出时，升温融化接收即为产品。
[0047]
仅通过低温分离处理方式的操作条件：以上90℃费托合成蜡为原料，与mibk(蜡剂比1:3)混合，以一定速率降温至20℃，抽滤，收集滤层，并熔融蒸发正庚烷后，即为产品。
[0048][0049]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种制备高硬度费托油墨用蜡的方法，其包括以下步骤：以费托合成蜡作为原料蜡或者将费托合成蜡加氢精制后得到费托精制蜡并分离为不同熔点的窄馏分蜡作为原料蜡；将所述原料蜡经过高温分离和低温分离以去除轻质组分及油脂类组分，得到高硬度费托油墨用蜡。2.权利要求1所述的方法，其中所述高温分离是对原料蜡进行分步结晶操作，优选将原料蜡与轻质溶剂混合后分步结晶处理，得到蜡产品和蜡下油。3.权利要求1所述的方法，其中所述低温分离是将所述蜡产品再与轻质溶剂混合进行低温结晶得到结晶物，并对结晶物脱油，并通过蒸发与轻质溶剂分离，从而得到高硬度费托油墨用蜡。4.权利要求1所述的方法，其中将所述费托精制蜡分离为不同熔点的窄馏分蜡通过薄膜蒸发、短程蒸发及减压精馏方式进行。5.权利要求3所述的方法，其中所述脱油包括通过抽滤排出溶剂及含油组分。6.权利要求2或3所述的方法，其还包括回收高温分离或低温分离后的轻质溶剂。7.权利要求2所述的方法，其中所述高温分离在原料蜡熔点以下1-20℃进行。8.权利要求3所述的方法，其中所述低温分离在原料蜡熔点以下30～70℃进行。9.权利要求2或3所述的方法，其中所述高温分离或低温分离中所用的轻质溶剂可以相同或不同，并且各自选自由以下组成的组：系列正构烷烃单体或其混合物、异构烷烃单体或其混合物、含氧类溶剂，包括酮类溶剂、醇类溶剂、芳烃类溶剂及醚类溶剂，或以上各类溶剂混合物。10.通过权利要求1-9任一项所述的方法制备的高硬度费托油墨用蜡。

技术总结

本发明公开了一种制备高硬度费托油墨用蜡的方法，其包括以下步骤：任选地以费托合成蜡作为原料蜡，经加氢精制后得到费托精制蜡；将费托精制蜡分离为不同熔点的窄馏分蜡；将所述窄馏分蜡经过高温分离和低温分离组合的方式以去除轻质组分及油脂类组分，得到高硬度费托油墨用蜡。托油墨用蜡。

技术研发人员：

苗恒 钱震 李俊诚 郭良兰 菅青娥 韩飞 袁玮 秦艳 菅文应

受保护的技术使用者：

内蒙古伊泰煤基新材料研究院有限公司

技术研发日：

2020.12.31

技术公布日：

2022/7/1