Способ получения свинца стеариновокислого двухосновного - стабилизатора поливинилхлорида

Изобретение относится к области химической технологии получения термостабилизаторов экструзивной переработки ПВХ смол - солей органических карбоновых кислот и двухвалентного свинца и направлено на устранение известных недостатков, присущих ранее разработанным способам получения данного класса соединений. Способ получения свинца стеариновокислого двухосновного - стабилизатора поливинилхлорида включает в себя смешение в водной среде окиси свинца, стеариновой кислоты и катализатора с последующим нагревом и перемешиванием полученной суспензии, выдержкой, дальнейшим нагревом до 92-95°C с последующей фильтрацией и сушкой полученного продукта, в процессе синтеза свинца стеариновокислого двухосновного исходные компоненты нагревают до 55-60°C, выдерживают при этой температуре в течение 30-40 мин, а в качестве катализатора процесса синтеза свинца стеариновокислого двухосновного используют хлорид аммония. Технический результат изобретения позволит исключить из технологии, взятой за прототип, ряд операций: подготовки сырья, введения едкого натра, взаимодействия исходных компонентов с едким натром, циркуляции реакционной смеси, промежуточной выдержки при температуре 45°С и 90-98°С, контроля кислотности и сводится к упрощению технологического процесса, снижению себестоимости, повышению экологической безопасности и охране окружающей среды.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к способам получения термостабилизаторов поливинилхлоридных смол (ПВХ) в процессе их экструзивной переработки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен ряд способов получения термостабилизаторов ПВХ на основе карбоновых солей свинца как нейтрального состава (стеарат, фталат, свинца), так и основных солей этого металла (двухосновной стеарат, фталат свинца).

1. Классическим способом получения свинцовых солей карбоновых кислот до недавнего времени является способ, разработанный НИИ Полимерных Материалов (НИИПМ) согласно ТУ НИИПМ П-242-61, ТУ НИИПМ П-350-63. Метод основан на реакции обмена в водной среде между растворимыми солями свинца и предварительно приготовленными водными растворами натриевых (реже калиевых) солей соответствующих карбоновых кислот. В результате этой реакции карбоновые соли свинца выпадают в осадок, а в растворе остаются растворимые продукты обменной реакции - соли щелочных металлов.

Осадок отделяется декантацией от раствора, промывается несколько раз деминерализованной водой, фильтруется и сушится в сушилках «кипящего» слоя.

Основными недостатками этого способа являются:

1.1. Многостадийность производственного процесса.

1.2. Использование в качестве источника свинца дорогих растворимых солей этого металла.

1.3. Необходимость перевода органических кислот в водорастворимое состояние путем их взаимодействия с щелочными основаниями.

1.4. Необходимость отмывки целевого продукта от растворимых примесей и общего требования снижения электропроводности готового продукта.

1.5. Образование больших объемов промывных вод, подлежащих собственной утилизации из-за наличии в их составе остаточных количеств растворенных солей свинца.

2. Известен способ получения карбоновых солей жирных кислот тяжелых металлов путем воздействия водного раствора соли соответствующего металла в виде приготовленного и подогретого до температуры 60-98°С раствора с раствором щелочных солей карбоновых кислот, предварительно полученных путем щелочного гидролиза соответствующего растительного масла, жира или их смесей при температуре 60-100°С в присутствии начальной добавки стеарата (олеата) натрия в количестве 0,5-1,0% от массы гидролизуемого масла или жира с последующим разделением полученной композиции солей и водной фазы путем фильтрования, центрифугирования или экстрагирования органическим растворителем (Заявка: 2003129153/04, 29.09.2003, Курский государственный технический университет (КГТУ).

Недостатками этого способа получения карбоновых солей являются:

2.1. Предварительное приготовление и подогрев водных растворов солей тяжелых металлов.

2.2. Сложная технология приготовления водорастворимых соединений карбоновых кислот, получаемых из растительного или животного сырья.

2.3. Необходимость введения в приготовляемые растворы жирных кислот стеаратов (олеатов) щелочных металлов.

2.4. Сложность разделения полученной композиции на целевой продукт и побочные компоненты, применение экстракции органическими растворителями, требования проведения реакции гидролиза масложирового продукта в токе инертного газа.

3. Известен способ получения термостабилизаторов хлорсодержащих углеводородов, основанный на взаимодействии стеариновой кислоты и оксидов или гидроксидов кальция, цинка, бария, магния или свинца в виде индивидуальных или смешанных солей стеариновой кислоты, в твердой фазе при интенсивном перемешивании в присутствии едкого натра или едкого калия 0,05-0,15% от массы стеариновой кислоты, пропиленкарбоната, ди-метилформамида, гексаметапола, сульфолана или диметилсульфоксида в количестве 0,005-0,05% от массы стеариновой кислоты при температуре 40-95°С в двухшнековом реакторе, что позволяет создать непрерывный способ получения термостабилизаторов хлорсодержащих полимеров. Катализаторы процесса - едкий натр или едкий калий, пропиленкарбонат, диметилформамид, гексаметапол, сульфолан, диметилсульфоксид способствуют значительному увеличению активности поверхности субстрата и получение продуктов в виде однородного высокодисперсного порошка (Патент РФ 2391360 С2, опубликован 21.04.2008)

К недостаткам данного способа получения карбоновых солей свинца следует отнести:

3.1. Необходимость введения в состав реакционной массы сложного состава катализаторов, основанных на неорганических и органических компонентов.

3.2. Сложность регулировки состава получающегося продукта из-за значительного количества компонентов катализатора.

3.3. Невозможность получения точного соотношения компонентов термостабилизаторов при механическом перемешивании исходных материалов.

3.4. Присутствие в готовом продукте непрореагировавших щелочей, что отрицательно сказывается на качество готовой продукции

4. Наиболее близким способом к заявленному является способ получения свинца стеариновокислого двухосновного - стабилизатора поливинилхлорида, включающего подготовку сырья, взаимодействие едкого натра, окиси свинца и стеариновой кислоты в нагретом состоянии при интенсивном перемешивании, при этом процесс ведут в твердой фазе, с последующими осаждением и синтезом свинца стеариновокислого двухосновного, термической обработкой суспензии последнего, циркуляцией суспензии, фильтрацией, сушкой, фасовкой и упаковкой готового продукта. В процессе синтеза термостабилизатора загружают едкий натр, готовят водную суспензию свинцового глета, загружают твердую стеариновую кислоту, реакционную массу подогревают до температуры 45°С, выдерживают при данной температуре 15-20 минут, затем в течение 25-35 минут поднимают температуру до 60-65°С и выдерживают в течение 40-60 минут до получения однородной массы, причем циркуляцию суспензии проводят в течение всего цикла проведения синтеза. После окончания синтеза свинца стеариновокислого двухосновного суспензию подвергают термической обработке для агрегатирования частиц путем подогрева до температуры 90-98°С, выдержки в течение 10-15 минут при непрерывном перемешивании до достижения кислотного числа продукта не более 1 мг КОН/г (Патент РФ 2 506 253 С1, опубликован 10.02.2014).

К недостаткам данного способа получения термостабилизаторов следует отнести следующее:

4.1. Многостадийность процесса.

4.2. Требование стадии подготовки сырья.

4.3. Ведение процесса синтеза в твердой фазе.

4.4. Использование в процессе едкого компонента - гидроокиси натрия.

4.5. Необходимость применения циркуляции при проведении процесса, что приводит к удорожанию и соответственно к усложнению технологической схемы.

4.6. Многоступенчатая система подогрева и выдержки реагирующих компонентов в процессе синтеза.

4.7. Необходимость контроля на присутствие щелочей в готовом продукте.

4.8. Образование больших количеств промывных вод, требующих специальной очистки перед их утилизацией.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью, которая может быть достигнута предлагаемым изобретением, является разработка простого одностадийного способа получения свинца стеариновокислого двухосновного - стабилизатора поливинилхлорида, характеризующегося упрощением технологического процесса, снижением себестоимости, повышением экологической безопасности и защитой окружающей среды.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к способу получения свинца стеариновокислого двухосновного - стабилизатора поливинилхлорида, включающему в себя смешение в водной среде расчетных количеств окиси свинца, хлорида аммония, карбоновой кислоты или смеси различных карбоновых кислот с последующим нагревом до 55-60°С, перемешиванием полученной суспензии, выдержкой при этой температуре в течение 30-40 минут, дальнейшим нагревом до 92-95°С с последующей фильтрацией, сушкой полученного продукта, дополнительно, в качестве катализатора синтеза используется хлорид аммония.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Процесс синтеза проводится в сосуде, оснащенном механической мешалкой и системой подогрева. При включенной мешалке в сосуд заливается необходимое количество воды, (которая в дальнейшем находится постоянно в системе и используется многократно), загружается рассчитанное количество окиси свинца (свинцового глета), карбоновой кислоты (стеариновой, фталевой, терефталевой и т.д.) в зависимости от требуемого химического состава термостабилизаторов и от 0,7 до 1,5% от загружаемой массы окиси свинца катализатора - хлористого аммония. Реакция синтеза термостабилизатора начинается практически сразу после загрузки всех компонентов.

После начала реакции постепенно повышают температуру до 55-65°С и выдерживают при этой температуре смесь в течение 25-30 минут для гарантированного завершения всех протекающих процессов синтеза.

Затем реакционную массу нагревают до 92-95°С для протекания процессов агломерации частиц полученного термостабилизатора и завершения процессов гидролиза низкомолекулярных соединений свинца и карбоновых кислот. При достижении заданной температуры завершают процесс термообработки, нагрев прекращают, водную суспензию направляют на фильтрацию с последующей сушкой и фасовкой полученного продукта.

Отфильтрованную воду вновь направляют в голову процесса для получения следующего количество термостабилизатора.

Предложенный способ получения свинцовых термостабилизаторов методом прямого синтеза окиси свинца и карбоновых кислот в присутствии катализатора хлористого аммония отличается от прототипа следующим:

1. Простотой и универсальностью одностадийного способа получения термостабилизаторов экструзивной переработки ПВХ на основе солей свинца и карбоновых кислот, позволяющей получать широкую гамму готовой продукции.

2. Отсутствием промежуточных стадий при предварительном смешении исходных компонентов.

3. Исключением из процесса синтеза едких компонентов - щелочей.

4. Исключением из технологического процесса операций отмывки готовой продукции от следов щелочи и прочих легкорастворимых побочных продуктов реакции.

5. Исключением финишного контроля на присутствие остаточной щелочности в готовом продукте.

6. Легкостью протекания процесса.

7. Исключением технологической операции - непрерывной циркуляции в процессе синтеза.

8. Отсутствие промежуточных стадий выдержки продуктов реакции при определенной температуре.

9. Низкими энергетическими затратами на проведение синтеза.

10. Снижением экологической нагрузки на окружающую среду путем исключения сбросов или очистки балластных вод, содержащих соединения свинца.

Способ получения свинца стеариновокислого двухосновного - стабилизатора поливинилхлорида, включающий в себя смешение в водной среде окиси свинца, стеариновой кислоты и катализатора с последующим нагревом и перемешиванием полученной суспензии, выдержкой, дальнейшим нагревом до 92-95°C с последующей фильтрацией и сушкой полученного продукта, отличающийся тем, что в процессе синтеза свинца стеариновокислого двухосновного исходные компоненты нагревают до 55-60°C, выдерживают при этой температуре в течение 30-40 мин, а в качестве катализатора процесса синтеза свинца стеариновокислого двухосновного используют хлорид аммония.