一種脂肪酸堿土金屬鹽及其制備方法
【專利摘要】本發明公開一種脂肪酸堿土金屬鹽，所述脂肪酸堿土金屬鹽具有如下式結構：CH3(CH2)nCOO-M-OOC(CH2)nCH3，其中M為Mg2+、Ca2+、Ba2+,n＝6～18，常溫下為白色粉末。其制備方法為：由熔融的脂肪酸與鈣或鎂或鋇堿土金屬的氧化物或氫氧化物粉末在一定的溫度及催化劑作用下進行成鹽反應，然后經過冷卻軋片、破碎制得粉狀產物。本發明實現了熔融法工藝生產脂肪酸堿土金屬鹽的產業化，比傳統工藝節約生產成本，降低能耗，縮短生產周期，對環境污染較小，做到真正的節能減排。
【專利說明】一種脂肪酸堿土金屬鹽及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種廣泛用于涂料、橡膠、塑料、粉末冶金、紙張、建筑材料、制藥行業等，作家具漆涂層打磨劑、橡塑熱穩定劑和潤滑劑、粉末冶金脫模劑、紙張涂布潤滑劑、建材疏水劑和藥片賦形劑等領域的脂肪酸堿土金屬鹽及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前市面上生產脂肪酸金屬鹽的制備工藝大概分四種，復分解法(又稱水法兩步法)、水法一步法、熔融法、半熔融法或直接法；而能生產脂肪酸堿土金屬鹽的只有其中三種工藝方法:復分解法(又稱水法兩步法)、水法一步法、半熔融法或直接法。復分解法俗稱水洗法或濕法，整個反應在水相中進行，首先將熔融的脂肪酸和堿水進行皂化反應，然后再與堿土金屬離子進行置換反應，所得體系經脫水、水洗、干燥制得成品。水法一步法是在水法兩步法工藝基礎上進行改進，反應不需要進行皂化與置換反應，而是以水作介質的前提下將熔融的脂肪酸直接與堿土金屬氧化物或氫氧化物粉末反應再經脫水干燥制得成品；半熔融法或直接法是熔融的脂肪酸與堿土金屬氧化物或氫氧化物粉末在所生成的脂肪酸堿土金屬鹽的融點以下的溫度下反應直接制得固體成品。目前還未發現能將熔融法工藝實現脂肪酸堿土金屬鹽產業化生產的技術問世。
[0003]復分解法工藝在生產進需要使用大量的水對產成品進行洗滌以便除去堿土金屬及酸根離子的殘留，過程中產生的廢水對環境污染較大，且生產工序繁瑣復雜，正逐漸被淘汰。水法一步法雖然對復分解工藝進行完善與改進，但生產仍需要用大量水(產成品與用水比例大概在1:5~8左右)，對產品的烘干所需電能和水的消耗都很大，生產成本較高。半熔融法或直接法要在低溫下進行成鹽反應，實施起來有很大難度，反應溫度低，堿土金屬反應活性也就隨之降低；且固態或者半熔融態的脂肪酸與粉末狀堿土金屬氧化物或氫氧化物進行接觸，要想反應徹底，必須有盡可能多的接觸面積(粉末細度要越細越好)；且同時固態物質對反應裝置攪拌動力要求足夠強勁，動力消耗很大，諸多因素影響下半熔融法或直接法工藝在實踐中很難實現，成型產品也很少見。
[0004]所以尋求一種工藝簡單、可操作性強、利于產業化、高效的制備脂肪酸堿土金屬鹽的工業方法，是目前工業界的需求
【發明內容】
[0005]為了克服現有生產技術的不足，解決傳統工藝高能耗、重污染、高成本的問題，本發明將熔融法工藝進行改進與完善，解決了長期以來該工藝只能生產可熔融脂肪酸鋅鹽的問題，順利實現脂肪酸堿土金屬鹽產業化生產。
[0006]如何解決堿土金屬氧化物或氫氧化物與脂肪酸反應劇烈，生成的產物粘度大，反應后期分散困難以及顏色變化等，是本課題研究的重點。
[0007] 為解決上述技術問題所采用的技術方案:一種脂肪酸堿土金屬鹽，其特征在于:所述脂肪酸堿土金屬鹽具有如下式結構:CH3 (CH2)nCOO-M-OOC (CH2)nCH3,其中M為Mg2+、Ca2+、Ba2+, η = 6~18,常溫下為白色粉末。
[0008]所述脂肪酸堿土金屬鹽的制備方法為:由熔融的脂肪酸與鈣或鎂或鋇堿土金屬的氧化物或氫氧化物粉末在一定的溫度及催化劑作用下進行成鹽反應，然后經過冷卻軋片、破碎制得粉狀產物。
[0009]所述脂肪酸為C8~C2tl的飽和脂肪酸。如果碳數小于8，脂肪酸與堿土金屬的氧化物或氫氧化物，尤其是與氫氧化物反應速度太快，導致制備過程很難順利進行；如果碳數大于20，則由于反應活性太低，而需要加入過多的催化劑催化反應，延長反應時間的同時最終會影響產品的純度、色澤。
[0010]所述堿土金屬的氧化物或氫氧化物粉末的粒徑分布為I~50微米。如果粒徑小于I微米，在熔融的脂肪酸中分散時，容易產生團聚物，不利于分散；如果粒徑大于50微米，相應接觸面積明顯減小，使固-液相反應難以徹底進行，只能使堿土金屬的氧化物或氫氧化物的加入量明顯大于當量比，才能使游離酸的值降到合格的范圍內，這樣最終會影響到產品的質量。
[0011]分次地往熔融的脂肪酸中加入堿土金屬的氧化物或氫氧化物粉末，一般為3~5次(視參與反應的物料總投入量而定)，且要緩慢加入。堿土金屬氧化物或氫氧化物與脂肪酸反應劇烈，如果一次加入或加入快速過快，會導致反應形成團狀凝聚，粘度驟增，不易分散，反應很難順利進行；而加入次數過多(5次以上)，反應時間延長，產品會因氧化而變色，
影響產品質量。
[0012]成鹽反應的溫度控制在135~145°C，反應溫度不能太高也不能過低。因為溫度過高時，產品會因高溫氧化而變色；如果溫度過低，反應活性降低，反應速度減緩，粘度也會增大，不利于反應的進行。
[0013]用作催化劑稀釋的水為過濾工業用水，其加入量為脂肪酸質量的I~3%。如果水加入量大于3%，會使反應更加劇烈，反應很難控制，而且會增加在產物中殘留；如果水加入量小于1%，反應速度減緩，延長反應周期。
[0014]所述催化劑可以是酸性催化劑，如有機一元酸或有機二元酸，也可以是氧化劑，如雙氧水。有機一元酸可以是甲酸、乙酸、丙酸、對甲苯磺酸中的一種或多種；有機二元酸可以是乙二酸、丙二酸、丁二酸，鄰苯二甲酸、對苯二甲酸中的一種或多種。若考慮反應的催化效果，可以選用有機二元酸和對甲苯磺酸；若考慮最終產成品的純度，選用雙氧水為宜；綜合評估反應活性及環保性，選取用雙氧水或乙酸或兩者搭配使用比較合理。催化劑用量為脂肪酸質量的0.5~1%。如果催化劑用量小于0.5%,反應活性太低,反應速度緩慢,延長反應周期；如果催化劑用量大于1%，則由于反應速度太快，會使反應更加劇烈，反應很難控制。
[0015]成鹽反應要求抽真空I~1.5小時。抽真空是為了排除反應產生及過程中加入水，降低產品水分；同時也防止敞口反應造成產品氧化而影響產品色澤。
[0016]軋片設備能夠通水冷卻，加快反應產物由熔融狀態向固態過渡，避免時間延長導致產品氧化變色，同時縮短生產周期。
[0017]粉體如果要做到行業標準要求的粒徑，可配置高速碰撞式的機械粉碎，也可以選用氣流粉碎機；產品粒徑范圍可調，25~100微米均可(根據客戶實際要求而定)。
[0018]與現有技術相比，本發明具有如下優點:[0019](I)實現了熔融法工藝生產脂肪酸堿土金屬鹽的產業化，比傳統工藝節約生產成本，降低能耗，縮短生產周期，對環境污染較小，做到真正的節能減排。
[0020](2)該工藝適于多種脂肪酸與堿土金屬氧化物或氫氧化物粉末的成鹽反應，易于加工，適合連續化、規模化地生產。
[0021](3)該工藝制備產品純度高，含水率低，適用范圍廣；加工靈活，即可以制成片狀，也可以加工成超細粉體，滿足不同客戶的需求。
【具體實施方式】
[0022]為了更好地理解本發明，下面結合具體實施例來對本發明作進一步說明，但本發明所要求保護的范圍并不局限于實施例所記載的范圍。
[0023]實施例1硬脂酸鈣的制備方法
[0024]將800kg硬脂酸(酸值210)加熱至140°C，分四次加入總量為120kg的氫氧化鈣(^96%)分散反應，并配合分四次加入總量為24kg的冰醋酸水溶液(含冰醋酸4kg)催化反應，抽真空1.5個小時。然后冷卻軋片成固體片狀，經過高速碰撞式的粉碎機粉碎制得硬脂酸鈣產品。其質量指標為丐含量6.9% ;加熱減量≤1.0% ;熔點> 1400C ;游離酸≤0.5%。細度≤75 μ m0
[0025]實施例2硬脂酸鈣的制備方法
[0026]將800kg硬脂酸(酸值210)加熱至140°C，分四次加入總量為91kg的氧化鈣(^95%)分散反應，并配合分四次加入總量為24kg的冰醋酸水溶液(含冰醋酸4kg)催化反應，抽真空1.5個小時。然后冷卻軋片成固體片狀，經過高速碰撞式的粉碎機粉碎制得硬脂酸鈣產品。其質量指標為:1丐含量7.0% ;加熱減量≤1.0% ;熔點> 1450C ;游離酸≤0.7%。細度≤75 μ m0
[0027]實施例3硬脂酸鎂的制備方法
[0028]將900kg硬脂酸(酸值210)加熱至135°C，分三次加入總量為76kg的氧化鎂(^ 96.0% ),分散反應，并配合分三次加入總量為30kg的雙氧水溶液(含雙氧水7kg)催化反應，抽真空I個小時。然后冷卻軋片成固體，經過氣流粉碎機粉碎制得硬脂酸鎂產品。其質量指標為:鎂含量4.8% ;加熱減量≤1.5% ;熔點≤1200C ;游離酸≤2.0% ;細度< 75 μ m0
[0029]實施例4硬脂酸鎂的制備方法
[0030]將900kg硬脂酸(酸值210)加熱至135°C，加入105kg氫氧化鎂(≤96.0%)(分三次緩慢加入)，并配合分三次加入總量為30kg的雙氧水溶液(含雙氧水7kg)催化反應，抽真空I個小時。然后冷卻軋片成固體，經過氣流粉碎機粉碎制得硬脂酸鎂產品。其質量指標為:鎂含量4.8% ;加熱減量≤1.5% ;熔點≤1200C ;游離酸≤1.5% ;細度≤75 μ m。[0031 ] 實施例5硬脂酸鋇的制備方法
[0032]將800kg硬脂酸(酸值210)加熱至140°C，分四次加入總量為238.6kg氧化鋇(^96.0%)分散反應，并配合分四次加入總量為24kg的冰醋酸水溶液(含冰醋酸4kg)催化反應，抽真空I個小時。然后冷卻軋片成固體片狀，經過氣流粉碎機粉碎制得硬脂酸鋇產品。其質量指標為:鋇含量20% ;加熱減量≤0.5% ;熔點≤2100C ;游離酸≤0.5%。
[0033]備注:以上實施案例中所使用的硬脂酸(酸值210)為含有60%的十六碳酸和40%的十八碳酸的混合酸。
[0034]附表:HG/T3667-2000硬脂酸鋅的的行業標準、藥典2005版中硬脂酸鎂、HG/T2424-1993硬脂酸鈣的行業標準和HG/T2338-1992硬脂酸鋇的行業標準的質量指標:
[0035]表1硬脂酸鎂
[0036]
【權利要求】
1.一種脂肪酸堿土金屬鹽，其特征在于:所述脂肪酸堿土金屬鹽具有如下式結構:CH3 (CH2)nCOO-M-OOC (CH2)nCH3，其中 M 為 Mg2+、Ca2+、Ba2+，η = 6 ~18，常溫下為白色粉末。
2.根據權利要求1所述的脂肪酸堿土金屬鹽的制備方法，所述制備工藝為:由熔融的脂肪酸與鈣或鎂或鋇堿土金屬的氧化物或氫氧化物粉末在一定的溫度及催化劑作用下進行成鹽反應，然后經過冷卻軋片、破碎制得粉狀產物。
3.根據權利要求2所述的脂肪酸堿土金屬鹽的制備方法，所述制備工藝包括如下步驟: (1)將脂肪酸加熱熔融，并升溫至130~135°C； (2)向步驟(1)得到的體系緩慢分次加入鈣或鎂或鋇堿土金屬的氧化物或氫氧化物粉末；每加完一次堿土金屬的氧化物或氫氧化物粉末就隨即加入一次經水稀釋的催化劑催化反應; (3)將步驟⑵得到的體系在135~145°C下抽真空反應I~1.5小時，然后冷卻、軋片、粉碎制得脂肪酸堿土金屬鹽產物。
4.根據權利要求2所述的脂肪酸堿土金屬鹽的制備方法，其特征在于:所述脂肪酸為C8~C2tl的飽和脂肪 酸。
5.根據權利要求2所述的脂肪酸堿土金屬鹽的制備方法，其特征在于:所述催化劑為雙氧水或有機一元酸或有機二元酸。
6.根據權利要求5所述的脂肪酸堿土金屬鹽的制備方法，其特征在于:所述有機一元酸是甲酸、乙酸、丙酸及對甲苯磺酸中的一種或多種。
7.根據權利要求5所述的脂肪酸堿土金屬鹽的制備方法，其特征在于:所述有機二元酸是乙二酸、丙二酸、丁二酸，鄰苯二甲酸及對苯二甲酸中的一種或多種。
8.根據權利要求2所述的脂肪酸堿土金屬鹽的制備方法，其特征在于:所述堿土金屬的氧化物或氫氧化物粉末的粒徑分布為I~50微米。
9.根據權利要求2所述的脂肪酸堿土金屬鹽的制備方法，其特征在于:所述水為過濾工業用水。
【文檔編號】C07C53/126GK104003864SQ201410253458
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月9日 優先權日:2014年6月9日
【發明者】李緒邦, 葛小艷 申請人:廣東信誠達科技有限公司