硬脂酸合成工艺.pdf

皂化法合成硬脂酸稀土新工艺 吴茂英 广东工业大学化工系 广州510090 本文介绍一种在水介质中由硬脂酸与新生成的氢氧化稀土进行皂化反应合成硬脂酸稀土的新工艺 通过两阶段反 应工艺方式并选择适当的碱分配比例 最佳碱分配比例 质量分数 为 第一阶段80 第二阶段20 可有效地消除游 离酸的不利影响 制得色泽好 纯度高的硬脂酸稀土产品 其主要质量指标与传统的复分解法产品完全等同 反应的最佳 工艺条件为 氯化稀土和烧碱溶液浓度 质量分数 分别为45 和50 反应物料浓度 产物质量分数 为25 反应温度 65 第一阶段反应时间为15m in 第二阶段反应加碱时间和续反应时间分别为15m in和10m in 此法与传统的复分解法 相比 可大大提高生产效率和降低能耗 水耗 关键词 塑料助剂 硬脂酸稀土 皂化法 工业上合成金属硬脂酸盐主要采用复分解法工 艺 1 3 该工艺分两步进行 C17H35COOH N aOH C17H35COON a H2O 3C 17H35COON a MA n C17H35COO nM 3N aCl MA n代表水溶性金属盐 复分解法的反应在水介 质中进行 反应条件温和 具有产品色泽好的优点 但 是 由于钠皂胶化能大 溶解度小 溶液粘稠 易与硬脂 酸结合生成酸性皂 也易被盐析 要获得纯的金属硬脂 酸盐产品 反应必须在相当稀释的条件下以缓慢的速 度进行 因此 复分解法工艺存在容器设备大 生产效 率低 能耗水耗高等缺点 笔者为此对金属硬脂酸盐的 合成工艺进行了系统的研究 摸索出一种新的工艺方 法 其反应原理为 MA n nN aOH M OH n nN aCl M OH n nC17H35COOH C17H35COO nM nH2O 由于新工艺的主要反应为金属氢氧化物与硬脂酸的皂 化反应 因此可称之为 皂化法工艺 新工艺避开了复 分解法工艺存在的各种问题 可有效地克服其工艺缺 点 硬脂酸稀土是最近出现的新型无毒 无异味 透明 和耐硫污PVC热稳定剂 4 5 本文就它的皂化法合成 工艺作一介绍 1 实验 1 1 原料 氯化稀土 RECl3 工业品 TREO 质量分数 45 广州珠江冶炼厂产 硬脂酸 工业品 一级 重庆长江化工厂产 N aOH 工业品 纯度 质量分数 95 广州化 工厂产 1 2 工艺操作 1 2 1 皂化法 分别将氯化稀土和烧碱溶解 配成质量分数为 45 和50 的溶液 澄清 备用 在100L带搅拌的反应器中加水30L 开动搅拌 投入45 氯化稀土溶液6 92kg 12 44mol 50 烧 碱溶液2 39kg 29 85mol 硬脂酸10 00kg 37 31 mol 加热升温至65 保温 反应15m in 然后在 15m in内徐徐加入50 烧碱溶液0 60kg 7 46mol 继续反应10m in 反应完毕 生成物移入洗涤罐用水洗 涤 然后用离心机分离脱水 滤饼经干燥 粉碎即得硬 脂酸稀土产品 1 2 2 产品分析测定 1 稀土含量 用硝酸分解 二甲酚橙为指示剂 EDTA滴定分析 2 游离酸含量 用乙醇浸取 酚酞为指示剂 N aOH滴定分析 3 氯含量 用硝酸分解 A gCl比浊法测定 4 熔点 用显微熔点仪测定 5 密度 按照GB4472 84比重瓶法测定 2 结果与讨论 2 1 工艺方式 首先将化学计量比的硬脂酸 氯化稀土溶液 部分 化学计量比烧碱溶液和适量水混合搅拌加热进行第一 阶段反应 再缓慢加入余量烧碱溶液进行第二阶段反 应 烧碱在第一 二阶段反应的分配比例与产物组成的 关系见表1 由表1可见 随第一阶段反应碱分配比例的减小 产物稀土含量提高而游离酸含量降低 当第一阶段反 应碱分配比例减小到80 以下时 产物稀土含量接近 理论值 游离酸含量则降低到最低值 可能因为产物有 09 塑 料 工 业1997年 轻微水解 游离酸含量不能再降低 第一阶段反应碱 分配比例小于65 时产物游离酸含量反而提高 这是 因为这时第一阶段反应产物发生熔结因而进一步反应 难以 顺利进行的缘故 由上述实验结果看 通过两阶 段反应工艺方式并选择适当的碱分配比例 可有效地 消除游离碱的不利影响 用皂化法制得纯度高的硬脂 酸稀土产品 考虑到提高第一阶段反应的碱分配比例 有利于缩短反应周期 由实验结果可以确定 最佳的碱 分配比例为 第一阶段反应80 第二阶段反应20 左右 表1 碱分配比例与产物组成的关系 Tab 1 A lkali distribution ratio vs product composition 实验号 碱分配比例 质量分数 X 产物 第一阶段第二阶段稀土游离酸 1901014 423 53 2851514 911 45 3802015 210 71 4752515 220 72 5653515 220 70 6604015 211 87 7505015 187 63 2 2 工艺条件 1 反应物硬脂酸 氯化稀土和烧碱按化学计量比 投料 2 考虑到氯化稀土和烧碱的反应是一个快速定 量过程 反应物浓度对反应的进行无明显影响 为提高 储液容器效率 氯化稀土和烧碱可配成饱和溶液使用 3 在上述已确定的工艺条件基础上 选用正交表 L16 4 5 安排反应温度 因素A 第一阶段反应时间 因素B 第二阶段反应加碱时间 因素C 和续反应 时间 因素D 的正交实验 反应在反应物料足够稀释 从而在搅拌下能充分自由流动的条件下进行 实验结 果见表2和表3 表3中 ij为i水平j次指标之和 X v ij为i水平j 次指标的平均值 R j为极差 由极差分析可见 在实验 选取的范围内 各因素对产物游离酸含量 由于其它组 成指标的变化与游离酸含量的变化平行相关 不须一 一加以分析 的影响程度为 第二阶段反应加碱时间 第一阶段反应时间 第二阶段续反应时间 反应温 度 考虑到降低反应温度和缩短反应时间有利于降低 能耗和提高生产效率 由实验结果可以确定 最佳的反 应温度 第一阶段反应时间 第二阶段反应加碱时间和 续反应时间分别为65 15m in 15m in和10m in 表2 正交实验方案和结果 Tab 2 O rthogonal test plan and result 实验号 A B m in C m in D m in 游离酸 1555553 79 2551010101 37 3551515150 74 455202020071 565510151 79 665105202 03 765152051 24 8652015100 75 975515201 27 10751020150 93 1175155101 77 1275201051 65 1385520101 38 1485101551 5401 1685205151 59 表3 正交实验结果分析 Tab 3 A nalysis of the result of orthogonal test 因素ABCD X1j 6 618 239 198 22 X2j 5 815 875 825 27 X3j 5 624 764 305 06 X4j 5 534 714 265 02 X v 1j1 652 062 302 06 X v 2j1 451 471 401 32 X v 3j1 411 191 081 27 X v 4j1 381 181 071 26 Rj0 270 881 230 80 4 在上述已确定的最佳工艺条件下试验反应物 料浓度对反应的影响 实验结果见表4 表4 反应物料浓度的影响 Tab 4 Effect of reactant content X 反应物 3530252015 X 产物 4 471 150 720 710 72 实验结果表明 当反应物料浓度小于25 时 产 物游离酸含量基本上不随其改变而变化 但当反应物 料浓度大于25 后 由于物料流动性变差 反应物难 以有效扩散接触 产物游离酸含量随反应物料浓度的 提高而增大 考虑到提高反 应物料浓度有利于提高生 产效率 由实验结果可以确定 最佳的反应物料浓度为 19 第一期塑 料 工 业 25 左右 2 3 与复分解法工艺比较 分别用皂化法和复分解法工艺在最佳工艺条件下 制得产品 其主要质量指标比较见表5 表5 产品质量比较 Tab 5 Comparison between product quality 指标名称皂化法复分解法 外观白色粉末白色粉末 X 稀土 15 2115 21 X 游离酸 0 720 72 X 氯 0 1 0 1 熔点 112 114112 114 密度 g cm 31 121 12 由表5可见 皂化法产品与复分解法产品的质量 完全等同 皂化法和复分解法工艺的主要工艺参数比较如表 6所示 表6 工艺参数比较 Tab 6 Comparison between technical parameters 参数名称皂化法复分解法 X 原料液 氯化稀土4515 烧碱505 X 反应物料 2510 反应温度 6585 反应周期 m in4090 滤饼湿含量 X 2748 5 分析表6的数据可以看出 用皂化法工艺代替复 分解法工艺可大大提高生产效率 原料液浓度提高 反 应物料浓度提高 反应周期缩短 滤饼湿含量降低 降 低能耗 反应物料浓度提高 反应温度降低 反应周期 缩短 滤饼湿含量降低 和水耗 反应物料浓度提高 3 结论 11 首先将化学计量比的硬脂酸 氯化稀土溶液 80 化学计量比的烧碱溶液和适量水搅拌加热进行第 一阶段反应 然后徐徐加入余下20 化学计量比的烧 碱溶液进行第二阶段反应 在适当 工艺条件下可合成 得到色泽好 纯度高的硬脂酸稀土产品 2 最佳工艺条件 氯化稀土和烧碱溶液浓度 质量 分数 分别为45 和50 反应物料 产物 浓度 质量 分数 为25 反应温度65 第一阶段反应时间为 15m in 第二阶段反应加碱时间和续反应时间分别为 15m in和10m in 3 用新工艺代替复分解法工艺可大大提高生产效 率和降低能耗 水耗 参 考 文 献 1 山西省化工研究所编 塑料橡胶加工助剂 北京 化学工业 出版社 1983 288 2 王福海 硬脂酸及脂肪酸衍生物生产工艺 北京 轻工业出 版社 1991 231 3 日用化学工业 1991 6 33 4 第一稀元素化学工业株式会社 日本公开特许公报 昭46 40421 1971 5 上海冶金耀声化工厂 中国专利 CN 871021 1988 本文于1996 02 13收到 A New Technology for the Synthesis of Rare earth Stearate by Sapon if ication M ethod W u M aoying Dept of Chem ical Eng Guangdong U niversity of Technology Abstract A new technology for the synthesis of rare2earth stearate by saponification of stearic acid w ith freshly formed rare2earth hydroxide in water medium is described in this paper The unfavourable effect of free acid could be elim inated efficiently by two2step reaction and proper alkali distribution ratio the optimum alkali dis2 tribution ratio was 80 for the first step and 20 for the second step The rare2earth stearate prepared by this method had bright colour and luster and high purity The key quality index of the product was the same as that of product by double decomposition method The optimum technical conditions for the reaction were as follow s contents of chlorinated rare2earth and caustic soda solution 45 and 50 respectively content of reactant product percentage 25 reaction temperature 65 reaction time first step 15 m in alkli loading time and continous reactio