Способ получения солей насыщенных карбоновых кислот или их смесей

 

Сущность изобретения: продукт - соли насыщенных карбоновых кислот или их смеси. БФ C₁₂H₂₄O₂-C₁₈H₃₆O₂ , реагент 1: стеариновая, или пальмитиновая, или лауриновая кислота. Реагент 2: окись кальция, или бария, или кадмия, или свинца, или цинка, или смесь окиси кальция и окись цинка, или окиси бария и окиси кадмия, или карбонат натрия или калия. Условия: температура 5 - 50°С одновременное воздействие давления 50 - 100 МПа и сдвиговых деформаций 100 - 1000%. 2 табл.

Изобретение относится к способу получения солей карбоновых кислот или их смесей, которые могут быть использованы в качестве термостабилизаторов для полимеров на основе винилхлорида (ВХ).

Наиболее широко используемыми термостабилизаторами полимеров ВХ являются соли карбоновых кислот [1].

Основным промышленным способом получения солей карбоновых кислот - термостабилизаторов является обменное взаимодействие при повышенной температуре водного раствора соли металла со стеаратом натрия. Процесс ведут в водном растворе в реакторе с мешалкой в течение 1-2 ч. Затем продукт подвергают центрифугированию, фильтрованию и сушке при повышенной температуре. Недостатками указанного способа являются сложность аппаратурного оформления, образование при фильтровании большого количества сточных вод, периодичность процесса, необходимость в дополнительных операциях для выделения конечного продукта таких, как центрифугирование, фильтрование, сушка [2].

Известен способ получения металлических солей органических кислот в аппарате истирающего и срезывающего действия (типа миксера) при температуре ниже температуры плавления органической кислоты и получаемой соли [3]. Недостатками способа являются необходимость введения в реакционную смесь до 8 мас. % воды, необходимость сушки готового продукта, продолжительность процесса синтеза - 15 мин и периодичность его.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения щелочных солей насыщенных карбоновых кислот или их смесей, заключающийся во взаимодействии масла или жира со щелочью металла (в виде концентрированного раствора или твердой щелочи) при 100^оС в условиях высоких сдвиговых усилий, под давлением порядка 30 МПа, при этом, поскольку при получении солей щелочных металлов указанным способом однократного воздействия сдвиговых усилий недостаточно для получения целевого продукта с высоким выходом, поэтому из-за невысокой конверсии процесса (до 90%) приходится реакционную смесь возвращать в реакционную камеру для повторного воздействия сдвиговых усилий [4].

Недостатком известного способа является то, что в нем могут быть использованы только высокорастворимые соли щелочных металлов (КОН, LiOH, NaОН), при этом исключается возможность получения важнейших термостабилизаторов полимеров на основе таких карбоксилатов как, например, Ва, Са, Сd, Pb, Zn из-за низкой реакционноспособности этих гидроокисей и окисей, сравнительно низкий выход целевого продукта, необходимость ведения процесса при высоких температурах при повторном возврате реакционной массы в реакционную камеру.

Цель изобретения заключается в повышении выхода целевого продукта, в упрощении процесса, а также в расширении ассортимента целевых продуктов.

Поставленная цель достигается по предлагаемому способу получения солей насыщенных карбоновых кислот или их смесей путем взаимодействия насыщенной карбоновой кислоты - пальмитиновой, или стеариновой, или лауриновой с омыляющим агентом - окисью кальция, или бария, или кадмия, или свинца, или цинка, или смеси окиси кальция и окиси цинка, или смеси окиси бария и окиси кадмия, или карбонатом натрия или калия, при этом процесс ведут при одновременном воздействии давления 50-100 МПа, и сдвиговых деформаций, 100-1000% , при температуре 5-50^оС.

Отличительными признаками процесса является то, что в качестве кислородсодержащего органического соединения используют пальмитиновую, или стеариновую, или лауриновую кислоту, а в качестве омыляющего агента - окись кальция, или бария, или кадмия, или свинца, или цинка, или смесь окиси бария и окиси кадмия, или карбонаты натрия или калия и то, что процесс ведут при одновременном воздействии давления 50-100 МПа и сдвиговых деформаций 100-1000% при температуре 5-50^оС, что позволяет повысить выход целевого продукта, упростить процесс и расширить ассортимент целевых продуктов.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1 (по изобретению). Способ осуществляют в мельнице тонкого помола, представляющей собой известное устройство, в котором экструдер используют в качестве шнекового питателя.

Смесь 56 г (1 моль) окисла кальция (х.ч.) и 570 г (2 моль) стеариновой кислоты (х. ч.) загружают в экструдер с диаметром шнека мелющего ротора 30 мм и подают в мельницу тонкого помола под давлением 75 МПа, где смесь при 25^оС подвергают сдвиговой деформации 500%. Процесс непрерывный, занимает от загрузки реагентов до получения целевого продукта 3-5 мин. Выход стеарата кальция 602 г (99,0%).

П р и м е р ы 2-16 (по изобретению). Способ осуществляют в устройстве, как описано в примере 1, при условиях, количестве и соотношениях реагентов, указанных в табл. 1.

П р и м е р 17 (контрольный). Смесь 56 г (1 моль) СаО (х.ч.) и 570 г (2 моль) стеариновой кислоты (х.ч.) загружают в экструдер диаметром шнека 20 мм и подают под давлением 75 МПа. Выход стеарата кальция 277 г (45,6%).

П р и м е р 18 (контрольный). Смесь 56 г л (1 моль) окисла кальция (х. ч.) и 570 г (2 моль) стеариновой кислоты (х.ч.) загружают в экструдер с диаметром шнека мелющего ротора 20 мм и подают в мельницу тонкого помола под давлением 45 МПа, где смесь при 50^оС подвергают сдвиговой деформации 100%. Выход стеарата кальция 387 г (63,7%).

П р и м е р 19 (контрольный). Способ осуществляют в устройстве, как описано в примере 1. В качестве окисла берут окись бария, реакцию ведут при условиях, количестве и соотношениях реагентов, указанных в табл. 1.

П р и м е р 20 (контрольный). Способ осуществляют в устройстве, как описано в примере 1. В качестве окисла берут окись кадмия, реакцию ведут при условиях, количестве и соотношениях реагентов, указанных в табл. 1.

П р и м е р 21 (контрольный). Способ осуществляют в устройстве, как в примере 1, при условиях, количестве и соотношениях реагентов, указанных в табл. 1.

Во всех примерах используют реактивы марки (х.ч.).

В примерах 9 и 10 применяют лауриновую кислоту, в примерах 11 и 12 - пальмитиновую, в остальных случаях - стеариновую.

Определение выхода солей карбоновых кислот проводят аналитическим методом по остаточному содержанию в реакционной смеси карбоновой кислоты в соответствии с ТУ 6-09-4104-87, а также ИК-спектрометрическим методом на приборе "Bruker" 2FS-88.

Стабилизирующую эффективность полученных солей насыщенных монокарбоновых кислот оценивают по времени термостабильности полимеров винилхлорида по стандартной методике (ГОСТ - 14041-68).

Данные о показателе "время термостабильности" полимеров ВХ представлены в табл. 2.

Как следует из результатов эксперимента (табл. 1), использование давления свыше 100 МПа и сдвиговой деформации свыше 1000% вызывает неоправданный рост энергозатрат без увеличения выхода целевого продукта, что нецелесообразно. Осуществление процесса при давлении ниже 50 МПа и сдвиговой деформации ниже 100% приводит к снижению выхода продукта.

Выбор температурного интервала диктуется необходимостью сохранения фазового состояния системы. В данном случае - это интервал от 5 до 50^оС. Создание более низких температур требует специальных приемов охлаждения и, следовательно, увеличения затрат на охлаждение. Использование температуры выше 50^оС ведет к снижению выхода продукта.

Предлагаемый способ получения солей насыщенных монокарбоновых кислот - термостабилизаторов полимеров ВХ имеет следующие преимущества в сравнении с прототипом: - более высокий выход целевого продукта 96,1-99,1% против 90% для прототипа; - упрощение процесса, поскольку по прототипу вследствие недостаточно высокого выхода приходится реакционную смесь возвращать повторно в реакционную камеру; - возможность вести процесс при более низких температурах 5-50^оС против 100^оС по прототипу.

По своим стабилизирующим действиям (показатель "время термостабильности") соли насыщенных монокарбоновых кислот, полученные предлагаемым способом, соответствуют промышленным стабилизаторам, полученным по прототипу. Время термостабильности полимеров ВХ в присутствии солей карбоновых кислот (2 мас.ч./100 мас.ч. полимера) приведено в табл. 2.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛЕЙ НАСЫЩЕННЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ИЛИ ИХ СМЕСЕЙ взаимодействием кислородсодержащего органического соединения с омыляющим агентом при сдвиговых усилиях под давлением, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта и расширения его ассортимента, а также упрощения процесса, в качестве кислородсодержащего органического соединения используют пальмитиновую, или стеариновую, или лауриновую кислоту, а в качестве омыляющего агента - окись кальция, или бария, или кадмия, или свинца, или цинка, или смесь окиси кальция и окиси цинка, или смесь окиси бария и окиси кадмия, или карбонаты натрия или калия и ведут процесс при одновременном воздействии давления 50 - 100 МПа, сдвиговых деформаций 100 - 1000% и температуре 5 - 50^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3