Способ получения стеарата кальция

Способ получения стеарата кальция

Реферат

Изобретение относится к нефтехимическому синтезу, конкретно к способу получения стеарата кальция, применяемого в, качестве стабилизатора для поливинилхлорида, а также при производстве лаков, поверхностно-активных составов, используемых как флотационные реагенты.

Известен способ получения стеарата кальция путем обменного разложения стеарата натрия с хлоридом кальция (Горбунов Б.Г. Химия и технология стабилизаторов полимерных материалов. Химия, 1981, с. 350).

2 C₁₇H₃₅COONa+CaCl₂=(C₁₇H₃₅COO)₂Ca+2 NaCl

Недостатком способа является необходимость продолжительной отмывки стеарата кальция от хлористого натрия, что приводит к образованию большого количества промывных вод.

Известен способ получения стеарата кальция путем взаимодействия стеариновой кислоты с гидроксидом кальция при температуре 40-50°С в среде водно-ацетоновой смеси, взятой в 4-6-кратном избытке по отношению к массе стеариновой кислоты [пат. РФ 2156758, Бюл. №27, 2000 г.].

Недостатком способа является длительность процесса синтеза стеарата кальция. Синтез стеарата кальция происходит в гетерогенной фазе, кроме того, температура 40-50°С не достаточна для протекания реакции в гетерогенной фазе.

Реакционную смесь интенсивно перемешивают в течение 1 ч при 40°С, но реакция образования стеарата кальция из органической кислоты и известкового молока в гетерогенной среде продолжительна.

Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является способ получения стеарата кальция взаимодействием стеариновой кислоты с гидроксидом кальция (ГК) в 2-6-кратном избытке по отношению к массе стеариновой кислоты водно-спиртовой смеси, взятой для растворения стеариновой кислоты при температуре 70-75°С и объемном соотношении спирт:H₂O=1,5-0,5:0,5-1,5. ГК используют в виде 18-25%-ной концентрации [Пат. РФ 2124495. Бюл. №1, 1999].

Недостатком способа является длительность растворения стеариновой кислоты в большом избытке (максимально 6-кратный избыток растворителей по отношению к массе стеариновой кислоты) водно-спиртового раствора и отмывка готового продукта от избытка известкового молока (мольное соотношение стеариновой кислоты и известкового молока равно 2:1,3-1,5).

Задача изобретения - разработка эффективного способа получения стеарата кальция.

Технический результат при осуществлении заявленного изобретения выражается в усовершенствовании способа получения стеарата кальция и повышении производительности установки.

Вышеуказанный технический результат получения стеарата кальция из стеариновой кислоты и гидроксида кальция достигается особенностью способа, который заключается в том, что процесс проводят с использованием водного раствора гидроксида кальция в присутствии поверхностно-активного вещества в водной среде или водно-спирто-ацетоновой среде при объемном соотношении вода:спирт:ацетон = 1-2:1-1,6:1 сначала при перемешивании при температуре 20-90°С в течение 0,5-2 ч с последующим выдерживанием при 95-100°С в течение 0,5-0,8 ч, причем при осуществлении процесса в водно-спирто-ацетоновой среде перемешивание смеси стеариновой кислоты, воды, спирта и ацетона осуществляют при комнатной температуре или температуре 25-40°С в присутствии ПАВ, затем температуру смеси поднимают до 80-85°С, после чего дозируют 28-35% водный раствор гидроксида кальция, смесь перемешивают при температуре 80-90°С и выдерживают при 95-100°С; а при осуществлении процесса в водной среде перемешивание осуществляют при температуре 80-90°С в присутствии ПАВ и выдерживание осуществляют при 95-100°С.

Реакционную смесь нагревают при интенсивном перемешивании и температуре 80-90°С в течение 2 ч, выдерживают при 95-100°С в течение 0,5-1 ч. Мольное соотношение стеариновой кислоты (Ст. к.) и гидроксида кальция (ГК) при проведении синтеза в среде водно-спирто-ацетона 2:1. Весовое соотношение вода:спирт:ацетон = 40:30:30. Сущность изобретение заключается в том, что взаимодействие Ст. к. и ГК в присутствии ПАВ в гетерогенной среде приводит к ускорению образования стеарата кальция с одной стороны, а с другой стороны - это происходит за счет некоторого повышения температуры, в результате чего растворимость исходных соединений также повышается. В качестве ПАВ используют сульфонол, сульфатол (ионногенные ПАВ), НП-1, НП-2 или НП-3, а также неонол и ОП-10 (неионно-генные ПАВ) в количестве 0,1-1,0% от количества Ст. к. и ГК.

Сульфонол и сульфатолы представляют собой алкилбензолсульфонаты (Na-соль); НП-3, когда алкилирование бензола проводят α-олефинами; НП-1 и НП-2, когда алкилирование бензола проводят олигомерами (главным образом тетрамерами) пропилена.

Применение ПАВ при синтезе стеарата кальция вытекает из того, что стеариновая кислота нерастворима в воде, она плохо растворяется в органических растворителях, процесс растворения длителен, а при добавлении к раствору Ст. к. в растворителе водного раствора ГК (известковое молоко) происходит сильное помутнение реакционной смеси, т.к. процесс в гетерогенной среде. Разумеется растворив Ст. к. в растворителях в какой-то степени облегчается образование стеарата кальция, но не полностью процесс происходит гладко до конца.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. В реактор, снабженный перемешивающим устройством, холодильником, термометром и устройством для подачи сырья, загружают 28,4 г (0,1 моль) стеариновой кислоты, 30,0 мл обессоленной воды, 40 мл изопропилового спирта (ИПС), 30,0 мл ацетона (3-кратный избыток растворителя). (Объемное соотношение вода:спирт:ацетон = 30:40:30), 0,0028 г (0,1% от массы Ст. к.) сульфонола. Смесь перемешивают при комнатной температуре 0,5 ч, затем постепенно температуру реакционной смеси поднимает до 80°С и при этой температуре дозируют 3,7 г (0,05 моль) водной суспензии гидроксида кальция 28%-ной концентрации (мольное соотношение Ст. к.:ГК=2:1). Смесь перемешивают при температуре 80°С в течение 0,5 ч и выдерживают при 95°С в течение 0,5-0,6 ч с одновременным отгоном ацетона, изопропилового спирта и небольшого количества воды. Эта легкокипящая фракция может быть использована в последующих синтезах при приготовлении смеси растворителей. Затем определяют кислотное число. Кислотное число - 1,8 мг КОН/г. Реакционную массу отфильтровывают, высушивают при температуре 100-105°С. Получают 30,05 г (99,2%) стеарата кальция.

Пример 2. В условиях примера 1 в реактор загружают 56,8 г (0,2 моль) стеариновой кислоты, 80 мл смеси растворителей в объемном соотношении вода:этиловый спирт:ацетон = 30:25:25 (1,3-кратный избыток растворителя), 0,11 г (0,2% от массы стеариновой кислоты) сульфатола. Смесь перемешивают при 25-30°С 0,5 ч, затем температуру смеси поднимают до 80°С, дозируют 7,4 г (0,1 моль) гидроксида кальция в виде 30%-ной водной суспензии (мольное соотношение Ст. к.:ГК=2:1). Смесь перемешивают при температуре 80-85°С в течение 0,6 ч, выдерживают при 95°С в течение 0,6 ч с одновременным отгоном ацетона и спирта и небольшого количества воды. Кислотное число - 1,9 мг КОН/г. Реакционную смесь охлаждают, продукт отфильтровывают, промывают с небольшим количеством обессоленной воды, сушат при 100°С. Получают 60,05 г (99,1%) продукта, кислотное число - 1,75 мг КОН/г.

Пример 3. В условиях примера 1 в реактор загружают 56,8 г (0,2 моль) стеариновой кислоты, 115 мл смеси растворителей в объемном соотношении вода:ИПС:ацетон = 50:40:25 (2-кратный избыток растворителя), 0,28 г (0,5% от массы Ст. к.) неонола. Смесь перемешивают при температуре 30-40°С в течение 0,5 ч, при 80-85°С в течение 0,5 ч, затем дозируют 8,14 г (0,1 моль) гидроксида кальция в виде 35%-ной суспензии (мольное соотношение Ст. к.:ГК=2:1,1). Реакционную смесь перемешивают при 90°С в течение 0,5 ч, выдерживают при 95°С в течение 0,5 ч с одновременным отгоном растворителей. Смесь суспензии стеарата кальция и воды фильтруют в вакууме, после фильтрации осадок Ст. к. промывают обессоленной водой, сушат при 105°С. Получают 60,17 г (99,3%) продукта, кислотное число - 1,56 мг КОН/г.

Пример 4. В условиях примера 1 в реактор загружают 56,8 г (0,2 моль) стеариновой кислоты, 7,4 г (0,1 моль) гидроксида кальция в виде 30%-ного раствора (мольного соотношение Ст. к.:ГК=2:1), 0,568 г (1,0% от массы Ст. к.) ПАВ ОП-10 и 75 мл обессоленной воды. Реакционную смесь перемешивают при температуре 80-85°С в течение 2 ч. Смесь выдерживают при 95-98°С в течение 0,5 ч. Содержимое реактора охлаждают, продукт отфильтровывают, промывают обессоленной водой, сушат при 105°С. Получают 60,2 г (99,4%) стеарата кальция, кислотное число - 1,2 мг КОН/г.

Пример 5. В условиях примера 1 и 4 в реактор загружают 56,8 г (0,2 моль) стеариновой кислоты, 7,4 г (0,1 моль) гидроксида кальция, 0,45 г (0,8% от массы Ст. к.) ОП-10, 100 мл обессоленной воды. Мольное соотношение Ст. к.:ГК=2:1. Смесь нагревают при 80-85°С в течение 2 ч, затем выдерживают при 98-100°С в течение 0,6 ч. Получают 60,11 г (99,2%) продукта. Кислотное число - 1,0 мг КОН/г.

Пример 6. В условиях примера 1 и 4 в реактор загружают 56,8 г (0,2 моль) стеариновой кислоты, 7,4 г (0,1 моль) гидроксида кальция, 90 мл обессоленной воды, 0,284 г (0,5% от массы стеариновой кислоты) неонола. Мольное соотношение Ст. к.:ГК=2:1. Смесь нагревают при 80-85°С в течение 1,5 ч, выдерживают при 95-98°С в течение 0,8 ч. Продукт отфильтровывают, промывают обессоленной водой, сушат при 100°С. Получают 60,29 г (99,5%) продукта. Кислотное число - 1,4 мг КОН/г.

Пример 7. В условиях примера 1 и 4 в реактор загружают 56,8 г (0,2 моль) стеариновой кислоты, 8,14 г (0,11 моль) гидроксида кальция, 0,056 г (0,5% от массы Ст. к.) сульфатола, 80 мл обессоленной воды. Смесь нагревают при 80-85°С в течение 1,5 ч, выдерживают при 98-100°С 0,5 ч. Продукт отфильтровывают, промывают обессоленной водой, сушат при 100°С.

Получают 59,99 г (99,0%) продукта. Кислотное число - 1,9 мг КОН/г.

Пример 8. В условиях примера 1 и 4 в реактор загружают 56,8 г (0,2 моль) стеариновой кислоты, 10,36 г (0,14 моль) гидроксида кальция (мольное соотношение Ст. к.: ГК=2:1,4), 0,568 г (1,0% от массы стеариновой кислоты) неонола, 90 мл обессоленной воды. Смесь нагревают при 80-90°С в течение 2 ч, выдерживают при 90°С 0,6 ч, продукт отфильтровывают, промывают обессоленной водой несколько раз (так как промывные воды не прозрачные), сушат при 100-105°С. Избыток Са(ОН)₂ плохо отмывается.

Получают 59,50 г (98,2%) продукта. Кислотное число - 0,1 мг КОН/г, т. пл. 180-182°С. (Литературные: 179°С). Возможно в стеарате кальция присутствует небольшое количество Са(ОН)₂, у которого т. разл. 530°С.

Пример 9. В условиях примера 1 и 4 в реактор загружают 56,8 г (0,2 моль) стеариновой кислоты, 8,88 г (0,12 моль) гидроксида кальция, 80 мл обессоленной воды (мольное соотношение Ст. к.:ГК=2:1,2), 0,0568 г (0,1% от массы Ст. к.) сульфонола. Смесь перемешивают при 60-70°С в течение 3 ч, выдерживают при 70-75°С в течение 1,5 ч. Продукт отфильтровывают, промывают водой несколько раз до получения относительно прозрачных промывных вод, сушат при 105-110°С.

Получают 59,08 г (97,5%) продукта. Кислотное число - 0,12 мг КОН/г, т. пл. 182-183°С.

Примеры 1-7 при выдерживании параметров процесса достигается высокий выход (99,0-99,5%) и т. пл. соответствует своему истинному значению.

Примеры 8, 9 при некотором отклонении параметров процесса наблюдается некоторое снижение выхода продукта 97,5-98,2% и повышение его т. пл.

Способ получения стеарата кальция взаимодействием стеариновой кислоты и гидроксида кальция при нагревании и интенсивном перемешивании, отличающийся тем, что процесс проводят с использованием водного раствора гидроксида кальция в присутствии поверхностно-активного вещества в водной среде или водно-спирто-ацетоновой среде при объемном соотношении вода:спирт:ацетон = 1-2:1-1,6:1 сначала при перемешивании при температуре 20-90°С в течение 0,5-2 ч с последующим выдерживанием при 95-100°С в течение 0,5-0,8 ч, причем при осуществлении процесса в водно-спирто-ацетоновой среде перемешивание смеси стеариновой кислоты, воды, спирта и ацетона осуществляют при комнатной температуре или температуре 25-40°С в присутствии ПАВ, затем температуру смеси поднимают до 80-85°С, после чего дозируют 28-35% водный раствор гидроксида кальция, смесь перемешивают при температуре 80-90°С и выдерживают при 95-100°С; а при осуществлении процесса в водной среде перемешивание осуществляют при температуре 80-90°С в присутствии ПАВ и выдерживание осуществляют при 95-100°С.