Способ получения кобальтовых солей многоатомных карбоновых кислот

 

Изобретение относится к области синтеза адгезионных материалов, в частности технологии производства кобальтовых солей многоатомных карбоновых кислот, находящих широкое применение в шинной, резинотехнической, лакокрасочной и других отраслях промышленности. Получение кобальтовых солей многоатомных карбоновых кислот включает взаимодействие между водными растворами натриевой соли смеси многоатомных карбоновых кислот и кобальтовой солью минеральной кислоты с последующей фильтрацией и промывкой осадка, в котором после фильтрации первичного осадка в фильтрат вводят осадитель, выбранный из группы Н₂С₂O₄, Na₂C₂O₄, Na₂CO₃, NaOH в количестве 110-120% от стехиометрически необходимого. Полученный объединенный осадок подвергают термообработке при температуре 180-220^oС в течение 0,3-0,5 ч. Способ обеспечивает повышение экономичности технологического процесса при одновременной стабилизации основных характеристик получаемого продукта. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области синтеза адгезионных материалов, в частности технологии производства кобальтовых солей многоатомных карбоновых (жирных, нафтеновых и пр.) кислот, находящих широкое применение в шинной, резинотехнической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.

Известны различные способы промышленного производства соединений подобного типа (см. , например, И.Д.Резник и др. Кобальт. М., 1995, т. 2, с. 444; заявка России 9510832, заявл. 17.05.95, МКИ⁶ С 09 F 1/04). Однако описанные способы не являются достаточно технологичными и в ряде случаев не обеспечивают стабильности таких характеристик продукта, как температурный диапазон размягчения, требуемое содержание кобальта, остаточное содержание летучих веществ, совместимость с растворителем и т.п. Указанные характеристики играют важную роль, например, при использовании материала в качестве промотора адгезии.

Известен способ получения кобальтовых солей многоатомных карбоновых кислот (см. патент ЕПВ 0148782, опубл. 23.09.87, МКИ С 07 С 53/126), согласно которому тонкодисперсный оксид (гидроксид, гидроксокарбонат) кобальта в течение длительного периода вводят в разогретую до температуры 180-280^oС смесь многоатомных карбоновых кислот, осуществляя следующую химическую реакцию: где R_i - углеводородная цепь различной конфигурации с количеством атомов более семи.

К основным недостаткам метода следует отнести (взрыво-) пожароопасность процесса, обусловленную летучестью карбоновых кислот, а также частичный пиролиз продуктов реакции.

Известен также способ, являющийся наиболее близким -прототипом (см. И.С. Охрименко и др. Химия и технология пленкообразующих веществ. М., 1978, стр. 312-317), в соответствии с которым в водном растворе осуществляют обменную реакцию между натриевыми солями нафтеновых кислот и, например, нитратом кобальта.

Карбоксилат кобальта выпадает при этом в осадок, который в дальнейшем отделяют от маточного раствора, промывают и обезвоживают.

Однако, как показывает опыт, состав получаемого осадка существенно зависит от условий проведения реакции. В ряде случаев помимо средних (нормальных) солей образуются кислые - с пониженным содержанием кобальта и, в конечном счете, иными физико-химическими характеристиками. С другой стороны, повышение рН среды сдвигает равновесие влево, обуславливая затрудненную фильтрацию и промывку осадка, а также технологические потери компонентов, что в свою очередь повышает стоимость конечного продукта.

Обеспечение требуемой стабильности свойств получаемого продукта осложняется тем обстоятельством, что его коммерчески оправданный выпуск возможен лишь при использовании в качестве исходного компонента карбоксилата натрия технической квалификации. Так, одна из наиболее экономически приемлемых - натриевая соль, выпускаемая по ГОСТ 30266-95, является одновременно производной олеиновой (35-40 мас.%), линолевой (15-20 мас.%), линоленовой (2-5 мас. %), стеариновой (10-12 мас. %), пальмитиновой (4-6 мас.%) и эруковой (5-20 мас. %) карбоновых кислот. Аналогичные вариации состава типичны для фракции нафтеновых кислот, синтетических жирных кислот, а также зарубежных аналогов, выпускаемых под торговой маркой VERSATIC (С₈-C₁₀), CEKANOIC (C₁₀-C₁₂), Tefacid RG (C₁₄-C₂₀) и т.д.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности процесса, а также стабилизация основных характеристик получаемого продукта.

Указанная задача решается тем, что в способе, включающем взаимодействие между водными растворами натриевой соли смеси карбоновых кислот и кобальтовой солью минеральной кислоты с последующей фильтрацией и промывкой осадка, после фильтрации первичного осадка в фильтрат вводится осадитель в количестве 110-120% от стехиометрически необходимого для осаждения остаточного кобальта, а полученный объединенный осадок выдерживают при температуре 180-220^oС в течение 0,3-0,5 часа. В качестве осадителя предложены вещества из группы: Н₂С₂O₄, Na₂C₂O₄ Nа₂СО₃, NaOH.

Отличием предлагаемого способа является введение после фильтрации осадителя в фильтрат, объединение осадков и совместная термообработка их при режимах, описанных выше. На основе многочисленных экспериментальных данных было найдено, что именно при указанных выше условиях можно получить стабильный конечный продукт с высоким выходом и повысить экономичность процесса. На основе многочисленных опытно-экспериментальных данных показано также, что выход за пределы указанных режимов не приводит к решению поставленной задачи.

Способ осуществляют следующим образом.

Натриевую соль смеси карбоновых кислот растворяют в артезианской воде при перемешивании, а затем вводят эквивалентное кислотному числу количество раствора нитрата кобальта. Образующийся при этом осадок карбоксилатов кобальта отфильтровывают и промывают. Далее в кобальтосодержащий фильтрат вводят осадитель в количестве 110-120% от стехиометрически необходимого, исходя из содержания кобальта в фильтрате, и отфильтровывают вторичный осадок. Затем осадки объединяют и осуществляют нагрев объединенного осадка до температуры 180-220^oС и выдерживают при этой температуре в течение 0,3-0,5 часа. В качестве осадителя используют один из следующих реагентов: Н₂С₂O₄, Na₂C₂O₄ Na₂CO₃ или NаОН.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления предлагаемого способа в сравнении с прототипом, из которых видны основные преимущества заявляемого изобретения, а также обоснование условий проведения процесса.

Пример 1: (по прототипу) 73,44 кг натриевой соли смеси карбоновых кислот, соответствующей ГОСТ 30266-95, растворили в 750 литрах артезианской воды и затем при перемешивании ввели стехиометрически необходимое количество раствора кобальта в виде нитрата (марки х.ч.) для обеспечения его содержания в конечном продукте 9,5 мас. %. Всего было залито 178 литров раствора с концентрацией кобальта 40 г/л.

Полученный осадок отфильтровали, промыли, высушили и взвесили, после чего подвергли анализу.

Химический анализ показал, что содержание кобальта не превышает 8,9 мас. %, а его вес составляет 74,5 кг. Относительно низкая температура размягчения (~ 90^oС), определяемая по ГОСТ 11506-73, косвенно свидетельствует о присутствии в продукте жирных легкоплавких кислот.

Содержание кобальта в фильтрате (маточном растворе) составило 0,6 г/л, т. е. наиболее дорогостоящий компонент использован на 95,7% (безвозвратные потери ~ 450 г).

Пример 2: Осаждение с введением щелочного осадителя непосредственно в гетерогенную систему (пульпу).

Методика процесса соответствовала примеру 1. Но дополнительно в полученную пульпу, исходя из остаточного содержания кобальта, введено 8,7 г-экв. NaOH в виде 40%-ного раствора, что составило 110% стехиометрически необходимого.

Полученный после обезвоживания продукт содержал 9,6 мас.% кобальта, однако его химический выход составил 93% от расчетного (~ 70 кг), что, по-видимому, связано с обратным омылением органической фазы. Следует отметить затрудненную фильтрацию и промывку полученного осадка, поскольку эти операции более технологичны применительно к кислым солям (см. прототип, стр. 314).

Пример 3: Синтез в соответствии с предлагаемым изобретением.

Полученную после смешения раствора пульпу (по методике примера 1) подвергали фильтрации. В кобальтосодержащий фильтрат ввели 8,7 г-экв. едкого натра в виде 40%-ного раствора и отфильтровали вторичный осадок.

Объединенный осадок нагрели при перемешивании до 200^oС и выдержали в течение 0,3 часа, что оказалось достаточно для визуально наблюдаемого окончания реакции. Продолжительность этого термического процесса неоправданно увеличивается при температуре ниже 180^oС, а при температуре более 220^oС наблюдается пиролиз.

Содержание кобальта в полученном продукте совпало с расчетным - 9,5 мас. %, а его хим. выход составил 99,8% (74,9 кг).

Аналогичные результаты получены при использовании Н₂С₂O₄, Na₂C₂О₄, Na₂CO₃.

Из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ обеспечивает высокий химический выход конечного продукта, при этом наблюдается стабилизация его температурного интервала размягчения 110±5^oС и минимизируется остаточное содержание летучих веществ. Таким образом, заявленный способ позволяет решить поставленную задачу повышения экономичности технологического процесса и стабилизации требуемых характеристик получаемого продукта.

Испытания материала в качестве промотора адгезии резины к металлокорду показали, что его эффективность не ниже зарубежных аналогов, стоимость которых на внутреннем российском рынке значительно выше предлагаемого промотора.

Формула изобретения

1. Способ получения кобальтовых солей многоатомных карбоновых кислот, включающий взаимодействие между водными растворами натриевой соли смеси многоатомных карбоновых кислот и кобальтовой солью минеральной кислоты, фильтрацию, промывку и обезвоживание осадка, отличающийся тем, что после фильтрации первичного осадка в фильтрат вводят осадитель в количестве 110-120% от стехиометрически необходимого, а полученный объединенный осадок подвергают термообработке при температуре 180-220^oС в течение 0,3-0,5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве осадителя выбирают вещества из группы Н₂С₂O₄, Na₂C₂O₄, Na₂CO₃, NaOH.