Способ получения стеарата кальция-цинка
METHOD OF PRODUCING CALCIUM-ZINC STEARATE

Способ получения стеарата кальция-цинка
Изобретение относится к нефтехимическому синтезу, в частности, к способу производства кальций - цинкового стабилизатора для производства жестких и пластифицированных композиций поливинилхлорида (ПВХ) и может быть использовано в качестве термостабилизатора для производства жестких и пластифицированных ПВХ-композиций: профили, трубы, обои, шланги, тара, искусственная кожа, линолеум, а также изделий из них, например, при литье под давлением, непрозрачной и полупрозрачной изоляции проводов.
Известен способ получения стеарата кальция-цинка путем взаимодействия оксида цинка и оксида кальция со стеариновой кислотой, при температуре 200-240°С. Процесс ведут следующим образом: к кислоте, нагретой до температуры 200-240°С, порциями, во избежание сильного вспенивания, вводят оксид кальция и оксид цинка в виде паст в обезвоженном льняном масле для предупреждения их агрегатирования, и процесс осуществляют до получения гомогенной реакционной массы, см. Сорокин М.Ф. и др. Химия и технология пленкообразующих веществ. - М.: Химия, 1981, с. 399-400.
Недостатком данного способа является высокая температура процесса и, как следствие, загрязненность стеарата кальция-цинка продуктами термической деструкции, что ухудшает качество целевого продукта.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения стеарата кальция-цинка путем последовательного раздельного осаждения стеарата кальция и стеарата цинка в соответствующих реакторах. Стеарат кальция получают путем взаимодействия стеариновой кислоты и гидроокиси кальция при нагревании и интенсивном перемешивании в водной среде при температуре 60-65°С в течение 110-120 минут, проводят термообработку для агрегатирования частиц при постоянном перемешивании суспензии, при этом температуру поднимают до 80-85°С и выдерживают при заданной температуре в течение 10-15 минут до рН 8,5-9,0 маточного раствора основного вещества и кислотного числа, с последующим закачиванием в аппарат для смешивания стеарата кальция и стеарата цинка. Стеарата цинка получают путем смешения воды, концентрированной соляной кислоты при рН раствора 2,8-3,5, окиси цинка и твердой стеариновой кислоты, температуру реакционной массы поднимают до 96-98°С, проводят циркуляцию суспензии с возможностью растворения осевшей окиси цинка в течение 110-120 минут при температуре 96-98°С, переводят суспензию стеарата цинка в состояние стабильной эмульсии до рН маточного раствора 4,5-5,0, кислотного числа 5,0 мг КОН/г и содержание основного вещества 10-11 мас. %, затем заливают химочищенной водой, перемешивают и перекачивают в аппарат для смешивания стеарата кальция и стеарата цинка. Затем производят слив суспензии стеарата кальция и стеарата цинка, смешивают их в течение 20-30 минут до получения основных веществ стеарата кальция в пределах 3,5-5 мас. % и стеарата цинка в пределах 2,5-3,5 мас. %, см. RU Патент №2672262, МПК С07С 51/41 (2006.01); C08K 5/11 (2006.01); C08K 5/09 (2006.01), 2018.
Недостатком данного способа является сложность технологического процесса, периодичность и длительность получения стеарата кальция-цинка.
Технической проблемой является упрощение технологического процесса, устранение периодичности получения стеарата кальция-цинка.
Техническая проблема решается способом получения стеарата кальция-цинка путем взаимодействия стеариновой кислоты, гидроксида кальция и оксида цинка при интенсивном перемешивании в твердой фазе, согласно изобретению, гидроксид кальция и оксид цинка берут при массовом соотношении, равном 3:1, реакционную смесь подвергают воздействию многократных ударных нагрузок вращающимися многоярусными лопастями струйной мельницы в псевдосжиженном слое при температуре ниже температуры плавления стеариновой кислоты, затем реакционную смесь направляют в осциллирующий экструзионный смеситель, в котором осуществляют деформационное перемешивание при температуре реакционной массы выше температуры плавления стеариновой кислоты, но ниже температуры плавления стеарата кальция-цинка.
Решение технической задачи позволяет упростить технологический процесс, получить стеарат кальция-цинка со стабильными качественными показателями непрерывным способом.
Способ получения стеарата кальция-цинка осуществляют при интенсивном перемешивании следующим образом:
Стеариновую кислоту, гидроксид кальция и оксид цинка в твердом состоянии через дозаторы подают в лабораторную струйную мельницу марки LNJ-12A Lab (общие характеристики см. https://docplayer.ru/68635318-Katalog-laboratornogo-oborudovaniya.html, с. 035), в которой реакционную смесь подвергают воздействию многократных ударных нагрузок вращающимися многоярусными лопастями струйной мельницы в псевдосжиженном слое.
Время пребывания реакционной массы в струйной мельнице составляет 24-26 секунд. Стенки струйной мельницы имеют систему охлаждения для поддержания температуры внутри мельницы ниже температуры плавления стеариновой кислоты, которая составляет 69-72°С.
После обработки в струйной мельнице порошкообразную реакционную массу через программируемую по времени заслонку отводят в бункер, из которого направляют в осциллирующий экструзионный смеситель SJW-45 Xinda (см. http:www.xindacorp.com/products/co-kneader/product-fimilies/?n=28), где осуществляют деформационное перемешивание реакционной массы в межвитковом пространстве вращающегося шнека при одновременном осциллирующем перемещении ее вдоль оси цилиндра, при температуре реакционной массы выше температуры плавления стеариновой кислоты, но ниже температуры плавления стеарата кальция-цинка.
Порошкообразный продукт выгружают через профилирующую фильеру осциллирующего экструзионного смесителя.
Процесс получения стеарата кальция-цинка непрерывный, получают его в виде мелкодисперсного порошка.
Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
Стеариновую кислоту марки Т-18 ГОСТ 6484-96, гидроксид кальция ГОСТ 9262-77 и оксид цинка ГОСТ 10262-73 при массовом соотношении гидроксида кальция к оксиду цинка, равном 3:1, в твердой фазе непрерывно подают в лабораторную струйную мельницу LNJ-12А Lab.
Мельница LNJ-12A Lab оснащена валом с приводом вращения. На валу установлены многоярусные лопасти. Устанавливаемая скорость вращения лопастей 1480 об/мин.
При вращении лопастей исходные компоненты захватываются потоком и при движении внутри мельницы в псевдосжиженном слое подвергаются многократным ударным нагрузкам. При механическом воздействии на реакционную массу и химическом взаимодействии компонентов реакционной массы выделяется тепло, которое отводят через стенки для регулирования температуры реакционной массы - ниже температуры плавления стеариновой кислоты, в данном примере температура составляет 45°С. Время пребывания реакционной массы в мельнице составляет 24 секунды. Из струйной мельницы порошкообразную реакционную массу через программируемую по времени (через 24 секунды) заслонку отводят в бункер. Из бункера порошкообразную реакционную массу подают в осциллирующий экструзионный смеситель SJW-45 (Co-Kneader Xinda), в котором осуществляют деформационное перемешивание в межвитковом пространстве вращающегося шнека, при скорости вращения шнека (n), равной 30 об/мин, при одновременном осциллирующем перемещении ее вдоль оси цилиндра, при температуре реакционной массы выше температуры плавления стеариновой кислоты, но ниже температуры плавления стеарата кальция-цинка, которая составляет 95°С. В осциллирующем смесителе поддерживают температуру, равную 113°С.
После интенсивного осциллирующего деформационного перемешивания при температуре реакционной массы выше температуры плавления стеариновой кислоты, но ниже температуры плавления стеарата кальция-цинка, завершают процесс химического взаимодействия компонентов, который осуществляют по механизму межфазного взаимодействия в течение нескольких минут.
Пример 2 аналогичный примеру 1. Варьируют условия пребывания реакционной массы в струйной мельнице и осциллирующем экструзионном смесителе.
Пример 3 аналогичный примеру 1. Массовое соотношение гидроксида кальция к оксиду цинка устанавливается как 1:1.
Пример 4 аналогичный примеру 3. Варьируют условия пребывания реакционной массы в струйной мельнице и осциллирующем экструзионном смесителе.
Пример 5 аналогичный примеру 1. Температура реакционной массы в осциллирующем экструзионном смесителе (ОЭС SJW-45) превышает температуру плавления стеарата кальция-цинка. Стеарат кальция-цинка получен низкого качества в виде комка расплава стеариновой кислоты.
Пример 6 аналогичный примеру 1.
Температура реакционной массы в струйной мельнице превышает температуру плавления стеариновой кислоты, получены комки смеси исходных компонентов.
Пример 7 аналогичный примеру 1. Обработку реакционной массы ведут только в струйной мельнице, в псевдосжиженном слое. Время завершения процесса составляет 2400 сек (40 минут). Стеарат кальция-цинка получают невысокого качества, к тому же качество полученного стеарата кальция-цинка колеблется от партии к партии.
Пример 8 аналогичный примеру 1. Обработку реакционной массы ведут только в осциллирующем экструзионном смесителе (ОЭС SJW-45), отсутствует воздействие на реакционную массу многократных ударных нагрузок вращающимися многоярусными лопастями струйной мельницы.
Несмотря на деформационное перемешивание реакционной массы в межвитковом пространстве вращающегося шнека при одновременном осциллирующем перемещении ее вдоль оси цилиндра, полученный стеарат кальция-цинка не соответствуют стандарту качества по ТУ 2432-010-10269039-2012 (см. http://niichimpolymer.ru/production/vig_kc24.htm).
Режимные условия получения стеарата кальция-цинка по примерам 1-8 приведены в таблице 1.
Свойства полученного стеарата кальция-цинка по примерам 1-8 приведены в таблице 2.
Данные по примерам конкретного выполнения, приведенные в таблицах 1 и 2, показывают, что использование совокупности всех признаков формулы изобретения позволяет осуществлять способ получения стеарата кальция-цинка со стабильными качественными показателями непрерывным способом. Стеарат кальция-цинка, полученный по заявленному способу, представляет мелкодисперсный стабильно качественный продукт, соответствующий стандарту качества по ТУ 2432-010-10269039-2012: кислотное число составляет не более 3 мг КОН/г, температура плавления 95°С, массовая доля кальция в пределах 3,5-5,0%, массовая доля цинка не более 2,0-3,5%.