Способ получения металлсодержащей модифицирующей добавки для металлпорошковой или полимерной композиции или смазочного масла на основе металлического мыла

 

Использование: в производстве солей жирных кислот, в частности в получении металлсодержащей металлической добавки для металлпорошковой или полимерной композиции или смазочного масла на основе металлического мыла, Сущность изобретения: продукт - металлическое мыло, содержащее ионы бария или кальция, или цинка, или меди с температурой плавления 120-150°С. Реагент 1: низкокачественный животный жир. Реагент2:3-5%-ный водный раствор едкого натра. Условия реакции: нагревание при 90-98°С с последующим добавлением к полученному гидролизату воды в количестве в 1.5-2 раза большим, чем объем гидролизата, 8 затем водорастворимой соли такого металла, как барий, или кальций , или цинк, или медь или их смесь.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ пнтк- ТAkHQEr„;

-Wc п :;1TC

Ф O

О

О

О

Комитст Рсксийской Фсдсрации

Но патентам и товарным знакам (21) 501381G/04 (22) 28.10.91 (46) 07.09.93, Бюл. М.- 33-36 (76) Ьогуславскии А.Н., Заварова Т.Б., Графкин Б.Н .. Лагутина С.М„Шипилов М.И.. Зверев П,В, (56) Авторское свидегельстло СССР

М 295422, кл, С 11 0 13/ОО, 1973.

Патент Польши М 125289, кл, С 11 О 13/06, 1984, Патент США M 4427572, кл, НКИ 252—

369, 1984. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩЕЙ МОДИФИЦИРУ1ОЩЕЙ ДОБАВКИ ДЛЯ МЕТАЛЛОПОРОШКОВОЙ

ИЛИ ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ ИЛИ

СМАЗОЧНОГО МАСЛА HA ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО МИЛА

Изобретение относится к получению металлического мыла, которое применяется в качестве модифицирующей добавки для металлпорошковой или полимерной композиции, а именно в качестве высокоэффективного термостабилизатора или смазки в производство полиаинилхлоридных материалов в порошковой металлургии, противоизносной присадки в смазочных маслах и др

Известен способ получения модифицирующих добавок на основе смешанных металлических мыл путем интенсивного смешения непрерывных параллельных потоков раствора натриевой соли жирных кислот, например, лауриновой, стеариновой или синтетических жирных кислот С17 — Cpo u

„„Я0 „„2000322 C (si>s С 11 0 13/02, С 07 С 51/41, С 08 К 5/09 (57) Использование: в производстве солей жирных кислот, в частности в получении металлсодержащей металлической добавки для металлпорошковой или полимерной композиции или смазочного масла на основе металлического мыла, Сущность изобретения: продукт — металлическое мыло, содержащее ионы бария или кальция, или цинка, или меди с температурой плавления

120-150 С. Реагент 1; низкокачественный животный жир. Реагент 2: 3-5 -ный водный раствор едкого натра. Условия реакции: нагревание при 90-98 С с последующим добавлением к полученному гидролиэату воды в количестве в 1,5-2 раза большим, чем объем гидролизата, а затем водорастворимой соли такого металла, как барий, или кальций, или цинк. или медь или их смесь. солевого раствора металлов второй группы периодической системы элементов в заданном соотношении. Все это смешивают при

35-75"С и полученную суспензию подвергают термообработке при 70-100 С, охлаждают до 35-55 С, фильтруют, промывают и сушат, К недостаткам известного способа получения металлических мыл следует отнести высокую стоимость получаемых целевых продуктов, связанную с необходимостью использования в качестве сырья дорогостоящих кислот, а также значительное количество сточных вод, что определяется низкой концентрацией (26 r на литр) используемой для омыления щ лочи, Кроме того, при получении смешанных мыл. например, цинк2000322 кальциевых или цинк-бариевых по известному способу, образующиеся сточные воды содержат значительные количества токсичного иона цинка (до 0.3 г на литр) при ПДК равном 0,04 г на литр.

Известен способ получения модифицирующей добавки на основе натриевого мыла из жировых отходов путем обработки их 2 (>ным раствором серной кислоты, отбелки свежепритотовленным раствором гипохлорита натрия, отстаивания и разделения на слои. Затем к жировому слою одновременно добавляют раствор едкого натра и раствор хлористого цинка, проводят омыление с последующей отбелкой раствором гипохлорита натрия, выделяют полученное мыло отсаливанием обы ным способом. Hàè6oлее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения кальциевого мыла, которое может служить добавкой к метэллг1ороуковой композиции, заключающийся в омылении животного жира, содержащего жировые кислоты Св-С .;, предварительно экстрагироаанного гексаном, в среде кипящего аце она (50-бО С) порошкообразной гидроокисью кальция. Образовавшиеся мелкие зерна порошка мыла промывают кипящим ацетоном в течение 30 мин и фильтруют.

Недостатком известного способа является необходимость использования пожаро- и взрывоопасного органического растворителя, а также сравнительно низкое качество целевого продукта, которое определÿå ся составом входящих в него кислот.

Цель изобретения заключается в упрощении процесса и повышении качества целевого продукта.

Поставленная цель достигается за счет того, что низкокачественный животный жир подвергают омылению с помощью 3-5 -нового водного раствора едкого натра при

90-98 С, после чего к образовавшемуся гидролиэгту добавляют воду в количестве, равном или в 1,5-2 раза большим, чем объем гидролизата, а затем водорастворимую соль такого металла как барий, или кальций, или цинк и медь, или их смесь, после чего проводят отфильтровывание продукта.

Обычно с целью снижения содержания в сточных водах цинка при получении смешанных мыл необходимо вести взаимодействие полученного раствора гидролизата с водорастворимыми солями поливалентных металлов при последовательном введении их в реакцию, хотя возможно и их одновременное введение в процесс.

В качестве низкочастотных животных жиров используют технический жир третье5

55 го сорта, отходы после рафинирования в производстве маргарина, а также жиры жиромассы (канализационные жиры), предварительно расплавленные и отделенные от механических примесей. Кислотный состав этих жиров колеблется в широких пределах и может быть представлен в виде табл. 1.

Кроме того, в состав этих жиров входят также продукты окисления, фосфатиды, цереброзиды, стерины, каротиноиды, госсипол и др. вещества.

Изменение условий синтеза металлических мыл влияет на техпроцесс следующим образом. Повышение температуры выше

98 С приводит к обильному пенообразованию и выбросу реакционной массы из реакционного сосуда. снижение ее ниже 90 С к неоправданному затягиванию процесса гидролиза. Увеличение концентрации едкого натра выше 5 мас. приводит к образованию плохорастворимых комков гидролизата, что усложняет последующую стадию получения металлического мыла.

Снижение концентрации едкого натра ниже

3 мас. приводит к неоправданному увеличению объема сточных вод, а также к затягиванию процесса гидролиза.

Необходимость разбавления гидролизата перед выделением металлического мыла водой объясняется высокой вязкостью образующегося гидролизата.

Изобретение является промышленно применимым, так как технология предлагаемого процесса крайне проста, использует стандартное оборудование и дешевое и доступное сырье, а получаемые при этом продукты могут найти широкое применение в различных отраслях народного хозяйства (в производстве композиций на основе ПВХ, смазок, в порошковой металлургии, в качестве противоизносных присадок к смазочным маслам и т,д,).

Пример 1. 100 г канализационного жира коричневого цвета, имеющего следующие характеристики: число омыления — 180 мг KOH/2, иодное число — 48 г А/100 г, кислотность — 31.0 мг КОН/г загружают в круглодонную колбу, снабженную мешалкой и термометром, добавляют 13,5 г едкого натра в виде 5 -ного водного раствора (270 г раствора) и гидролизуют в течение 4,5 ч при температуре 90 — 98 С. К полученному гидролиэату (350 мл) добавляют 500 мл воды (при этом температура падает до 55 С) и затем последовательно вводят в разбавленный гидролизат 12 г хлористого цинка, взятого в виде 10 -ного водного раствора (120 г раствора) и 23,0 г хлористого кальция, также взятого в виде 10 -ного водного раствора (230 г раствора). Образовавшуюся

2000322 суспензию фильтруют, осадок на фильтре трижды промывают теплой (50 С) водой и сушат при 70 С, Получают 113,1 г светло-серого порошка с т.пл. 120-150 С с влажностью 1.8ь. содержащего 3.15 мас. ионов цинка и 5,87, мас. ионов кальция.

Пример 2. 100 г жира, отход после рафинирования в производстве маргарина, имеющего следующие характеристики: цвет — коричневый, число омыления — 194 мг

KOH/г, иодное число — 20,0 г J2/100 r u кислотность — 29,5 мг КОН/г помещают в круглодонную колбу, снабженную мешалкой и термометром, нагревают до 90 С, добавляют 14,0 г едкого натра в виде 3 (,-ного водного раствора (467 г раствора) и гидролизуют в течение 5 ч при 90-98 С. Получают

550 мл гидролизата, который разбавляют

550 мл воды. При этом температура раствора снижается до 50 С. К полученному раствору добавляют последовательно 11 г хлористого цинка в виде 10%-ного водного раствора (110 г раствора) и 25,5 г хлористого кальция также в виде 10 -ного водного раствора (250 г раствора). Полученную суспензию фильтруют, осадок на фильтре трижды промывают теплой (50 С) водой и сушат при

70 С. Получают 114,1 г светло-серого порошка т.п. 120 — 150 С с влажностью 1,1, содержащего 3,5 мас,%, ионов цинка и 4,5 мас. ионов кальция.

Пример 3. 100 г канализационного жира коричневого цвета со следующими характеристиками: число омыления — 120 мг

КОН/г, иодное число — 8,0 г J2/100 г и кислотность 32,0 мг КОН/г помещают в круглодонную колбу. снабженную мешалкой и термометром, нагревают до 90 С, добавляют 13,5 г едкого натра в виде 4 -ного водного раствора (376 г раствора) и гидролизуют при 90 — 98 С в течение 5 ч.

Получают 410 мл гидролизата, который разбавляют 500 мл воды (температура при этом падает до 50 С) и последовательно обрабатывают 12 г хлористого цинка, взятого в виде 50%-ного водного раствора (24 г раствора) и 45 г хлористого бария взятого в виде 10%-ного водного раствора (450 г раствора). Полученную суспензию фильтруют, осадок на фильтре трижды промывают теплой (50 С) водой и сушат при 70 С. Концентрация ионов цинка в основном фильтрате равна 4 мг на литр, что ниже ПДК. После сушки получают 115,0 г светло-серого порошка с т.пл. 120-150"С с влажностью 0,8%, содержащего 3.3 мас.ф> ионов цинка и 4,0 мас. ионов бария.

Пример 4. 100 г технического жира

3-го сорта коричневого цвета, имеющего следующие характеристики: кислотность—

25.7 мг КОН!г, иодное число — 50 г Jy/100 r и число омыления — 190 мг KOH/ã. загружают в круглодонную колбу, снабженную мешалкой и термометром, нагревают до 90 С, 5 добавляют 14.0 r едкого натра. взятого в виде 5) -ного водного раствора (280 г раствора) и гидролиэуют 4,5 ч при 90 — 98 С.

Получают 375 мл гидролизата, который разбавляют 500 мл воды (температура при этом

10 снижается до 55 С). К разбавленному гидролизату добавляют 20 г медного купороса в виде 107;-ного водного раствора (200 г раствора). Полученную суспенэию фильтруют, промывают осадок на фильтре теплой (50 С)

15 водой и сушат на воздухе. Получают 100 r зеленого парафинообразного продукта, который растворяют в 5 л индустриального масла И-20А. Содержание ионов меди в готово л продукте 3,4 мас. 6.

20 Пример 5. 100 r технического жира

3-ro сорта коричневого цвета, имеющего следующие характеристики: кислотность—

26,5 мг КОН/г, иодное число — 62 г J2/100 г и число омыления — 195 г КОН/г, помещают

25 в круглодонную колбу, снабженную мешалкой и термо летром, нагревают до 90 С, добавляют 14,0 r едкого натра, взятого в виде

4 -ного водного раствора (350 г раствора) и гидролизуют при 90 — 98 С в течение 5 ч. Пол30 учают 460 мл гидролизата, который разбавляют 500 мл воды (температура при этом снижается до 50 С), К разбавленному гидролиэату добэвляют 30 г хлористого кальция, взятого в виде 10 -ного водного раствора

35 (300 г раствора). Образовавшуюся суспенэию фильтруют, осадок на фильтре трижды промывают теплой (65 С) водой и сушат при

70 С. Получают 103 r светло-серого порошка с т,пл. 120 — 140 С с влажностью 0.8, 40 содержащего 6,8 мас. ионов кальция.

Смешанные цинк-кальциевые и цинкбариевые соли (мыла) были испытаны в качестве термостабилиэаторов в ПВХ композициях, и качество полученных пле45 нок сравнивалось с пленками, полученными с использованием в качестве термостабилизаторов смеси цинковых и кальциевых солей N-фенилсульфонил-6-аминогексановой кислоты, Результаты испытаний приведены

50 в табл. 2.

Испытания медного мыла в качестве противоизносной присадки к смазочным маслам проводились на установке BPC-01

55 (разработка ТИАШ) на парах сталь 45- чугун

СЧ-21-40 и сталь 45 — чугун ВЧ-52- .2. Чистота поверхности — 1,25. Режим испытаний; контактное давление — 83 кГс/с, скорость скольжения — 0,4 м/с: среда испытаний: воздух+ масляный туман. Результаты

2000322

Таблица 1 испытаний противоизносных присадок к смазочным маслам приведены в табл. 3.

То есть применение СИ-мыла в качестве присадки, добавляемой в количестве всего

0,1 мас. к базовому маслу снижает износ трущихся деталей в 13-17 раз, Са-мыло было испытано в качестве связующего и смазки в технологии порошковой металлургии. Полученные результаты сравнивались с данными, получаемыми при использовании в этой технологии стеарата цинка или стеарата кальция (стандартный состав).

Для изготовления изделий применялся железный порошок. Количество добавляемой соли (кальциевого мыла или стеарата цинка)—

1 мас,ч. на 100 мас.ч. порошка железа. Газовая среда при спекании иэделий — водород.

Температура спекания — 1150 С.

Отмечено, что прессование деталей с применением Са-мыла (пример 5) проходит несколько легче, чем в случае применения стеарата цинка или Са, что указывает на лучшие смазывающие свойства Са-мыла.

Изменения размеров иэделий при спекании в случае применения Са-мыла не отмечалось. Механические свойства полученных изделий приведены в табл. 4.

Как следует иэ приведенных в табл. 4 данных, применение Са-мыла, полученного по примеру 5, в композиции для получения иэделий методом порошковой металлургии, по крайней мере не снижает качества получаемых при этом деталей, но при этом облегчается процесс прессования.

Иэ приведенных в табл. 2 — 4 результатов испытаний металлических мыл, полученных заявляемым способом, легко видеть что во всех случаях применение металлического мыла в различных композициях приводит к улучшению потребительских свойств этих композиций, т,е. высокой эффективности.

Улучшение потребительских свойств этих композиций, т.е. высокой эффективности.

Улучшение потребительских свойств этих композиций может быть, по-видимому, обьяснено сложным химическим составом природных жиров, иэ которых эти мыла получают.

Преимуществом заявляемого способа получения металлического мыла является проведение всего процесса в водной среде при относительно низких температурах. позволяющих упростить, технологию, обеспечить взрыво- и пожарную безопасность.

Следует отметить также, что заявляемый способ позволяет не только получать по простой технологии ценные и применимые в различных областях техники продукты, но и в значительной степени позволяет решить вопрос об утилизации отходов мясоперерабатывающей промышленности.

Формула изобретения

1. Способ получения металлсодержащей модифицирующей добавки для металлопорошковой или полимерной композиции или смазочного масла на основе металлического мыла путем омыления жира щелочью при нагревании с последующим выделением целевого продукта фильтрации, о т л и ча ю шийся тем, что в качестве жира используют низкокачественный животный жир, а в качестве щелочи 3-57,-ный водный раствор едкого натра и процесс проводят при 90-98 С, после чего к образовавшемуся гидролизату добавляют воду в количестве, равном или в 1,5-2 раза большим, чем обьем гидролиэата, а затем водорастворимую соль такого металла, как барий, или кальций, или цинк, или медь их смесь.

2. Способ поп. 1,отличающийся тем, что при добавлении смеси солей к гидролизату каждую соль вводят последовательно.

2000322

Таблица 2

1.0

1.0

70 10

1,0

2.0

2,5

1,0

1,0

1.5

2,0 вой кислоты

3,0

5,0

3.0

0,6

0,5

0,5

136

4,11

181

3,53

3,12

153

3,21

4,33

8.22

Таблица 3

Наименование компонентов

Пластификатор (ДОФ)

Термостабилиэатор: а) кальций-цинковое мыло по примеру 1 б) кальций-цинковое мыло по примеру 2 в) барий-цинковое мыло по примеру 3 г) смешанная кальций-цинковая соль й-фенил-сульфонил-6-аминогексаноЭпоксидированное соевое масло

Олигоэпоксиэфир

Термостабильность при 180 С (мин)

Плейтинг-относительное изменение интенсивности светопропускания, ф

Перерабатываемость, мин

Кол-во в образце (мас. ф,) 120 162 110 155 142 54

2000322

Таблица 4

Стеара

Редактор Г.Берсенева

Закаэ 3065

Ироиэводственно-иэдагепигкии коглбинат "Пзгент", f. Ужгород. ул Гагарина. 101

Желеэ

2.20026

Са-мыл

{п ригле(Желеэ

2,200.26

Стезрат (2 Рлес, Составитель Е.Уткина

Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Мпсква, Ж-35, Раушская наб.. 4/5