《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》是中山市華明泰化工材料科技有限公司於2011年4月22日申請的專利，該專利的申請號為2011101012638，公布號為CN102219667A，授權公布日為2011年10月19日，發明人是李緒邦、郭向榮、王海。
《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》公開了一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法，該高級脂肪酸金屬鹽具有如下結構：CH3（CH2）nCOO-M-OOC（CH2）nCH3，其中M為Zn、Mg、Ca、Ba中的一種，n＝10～18；由熔融的高級脂肪酸與鋅、鈣、鎂、鋇的氧化物或氫氧化物粉末預混分散、密封，在催化劑及壓力作用下進行成鹽反應，該工藝可不經過粉碎直接製得粉狀的高級脂肪酸金屬鹽產物。該發明製備過程相對簡單，可操作性強，生產周期短，節省能源且產品純度較高。
2016年12月7日，《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法
- 公布號：CN102219667A
- 授權日：2011年10月19日
- 申請號：2011101012638
- 申請日：2011年4月22日
- 申請人：中山市華明泰化工材料科技有限公司
- 地址：廣東省中山市民眾鎮沙仔工業園
- 發明人：李緒邦、郭向榮、王海
- Int.Cl.：C07C53/126(2006.01)I、C07C51/41(2006.01)I
- 代理機構：中山市科創專利代理有限公司
- 代理人：謝自安
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2011年4月，脂肪酸金屬鹽的製備方法有四種，傳統複分解法、複分解一步法、熔融法、半熔融法。
傳統複分解法的整個反應在水相中進行，俗稱水洗法或濕法。首先向熔融的脂肪羧酸中加入NaOH水溶液反應生成脂肪酸鈉（溶於水），然後再用無機金屬離子置換鈉離子，經離心乾燥製得成品。
複分解一步法是在傳統複分解法工藝基礎上進行改進，反應不需要進行置換而在水作介質的前提下，熔融的脂肪酸直接與金屬氧化物或氫氧化物反應再經脫水乾燥製得成品。
熔融法是熔融的脂肪酸與金屬氧化物或氫氧化物在所生成的脂肪酸金屬鹽的融點以上的溫度下，呈熔融狀態進行反應得到液態產品，然後冷卻得到固體成品；半熔融法是熔融的脂肪羧酸與金屬氧化物或氫氧化物在所生成的脂肪酸金屬鹽的融點以下的溫度下反應直接製得固體成品。
複分解法生產過程中產生大量的含鹽廢水，對環境污染較大，且產品含雜質較多，正逐漸被淘汰。複分解一步法雖然對傳統工藝進行完善與改進，但生產過程中對產品的烘乾所需電能和水資源的消耗都很大，對資源本身是一種浪費，生產工序繁瑣複雜，生產成本較高。
熔融法是生產多價脂肪酸金屬鹽的良好方法，但對於活性較高的鈣、鎂金屬氧化物或氫氧化物來講，反應產物在熔點以上的粘度非常大，不利於工業化生產，質量也得不到保證；半熔融法和熔融法存在同樣的問題，反應後期很難完全徹底反應，特別是氧化鋅低溫下基本不與脂肪羧酸發生反應，此兩種工藝在實際操作中缺乏可行性。
所以尋求一種工藝簡單，可操作性強、利於產業化的、高效的製備高級脂肪酸金屬鹽的工業方法，是2011年4月前工業界的需求。
發明內容
專利目的
《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》的目的是為了克服2011年4月前技術中的不足之處，提供一種高級脂肪酸金屬鹽；
該發明的另一個目的是為了提供一種工藝相對簡單、既能夠順利實現產業化又方便操作、節能減排的高級脂肪酸金屬鹽的製備方法。
技術方案
一種高級脂肪酸金屬鹽，其特徵在於具有以下化學式組成：
CH3（CH2）nCOO-M-OOC（CH2）nCH3
其中M為Zn、Mg、Ca或Ba中的一種；n＝10～18。
如上所述的一種高級脂肪酸金屬鹽，其特徵在於所述的M為鋅、鈣、鎂或鋇的氧化物中的一種。
如上所述的一種高級脂肪酸金屬鹽，其特徵在於所述的M為鋅、鈣、鎂或鋇的氫氧化物中的一種。
《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》中鋅、鈣、鎂或鋇的氧化物，或者鋅、鈣、鎂或鋇氫氧化物的粒徑分布為2～50微米。如果粒徑小於2微米，在熔融的脂肪羧中分散時，容易產生團聚物，不利於分散，現時攜帶大量的空氣，影響壓力大小；如果粒徑大於50微米，相應接觸面積明顯減小，使固-液相反應難以徹底進行，只能使金屬氧化物或氫氧化物的加入量明顯大於等當量比，才能使游離酸的值降到合格的範圍內，這樣最終會影響到產品的質量。
《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》一種製備如上所述的高級脂肪酸金屬鹽的方法，其特徵在於包括如下步驟：
A、將高級脂肪酸加熱熔融，在60～80℃加入Zn、Mg、Ca或Ba中的一種粉末，分散均勻；
B、向步驟A中得到的體系加入水和催化劑，在溫度低於120℃、壓力小於0.3兆帕下密封反應0.5～1小時，然後排除壓力，經攪拌冷卻即製得粉狀的高級脂肪酸金屬鹽產物。
如上所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的高級脂肪酸為C12～C20的飽和脂肪酸。如果碳數小於12，脂肪酸與金屬氧化物或氫氧化物，尤其是與金屬氫氧化物反應速度太快，產生壓力過大，導致製備過程無法順利進行；如果碳數大於20，則由於反應活性太低，而需要加入過多的催化劑，最終影響產品的純度、色澤。
如上所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的水為過濾純淨水或工業用自來水。
如上所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的催化劑為有機一元酸，有機二元酸或雙氧水中的一種。
如上所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的有機一元酸為甲酸、乙酸、丙酸、對甲苯磺酸中的一種。
如上所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的有機二元酸為乙二酸、丙二酸、丁二酸，鄰苯二甲酸、對苯二甲酸中的一種。
《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》中若考慮反應的催化效果，可以選用有機二元酸和對甲苯磺酸；若考慮最終產成品的純度，選用雙氧水為宜；綜合評估反應活性及環保性，選取用雙氧水或乙酸比較合適。催化劑用量為高級脂肪酸和金屬氧化物或氫氧化物質量和的1～2％。如果催化劑用量小於1％，反應活性太低，反應速度緩慢，導致製備過程無法順利進行；如果催化劑用量大於2％，則由於反應速度太快，反應難以控制，而且加入過多的催化劑最終影響產品的純度。
《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》中的反應最終溫度控制在120℃以下，以110～115℃為宜，反應溫度不能太高也不能過低。因為溫度過高時，整個反應體系穩定性變差，產品會因高溫氧化而變色；如果溫度過低，反應活性降低，反應速度減緩，很難徹底進行，對於反應本身沒有什麼意義而且反應周期變長。
該方案中的反應會產生一定的壓力，壓力控制在0.3兆帕以下，以0.2～0.25兆帕為最佳，不能太高也不能過低。壓力過高時，反應更加徹底但很難控制，而且存在一定的安全風險；如果壓力過低，反應活性降低，反應速度減緩，不能徹底反應。該方案中反應時間控制在0.5～1個小時。
該方案中使用的水為過濾純淨水或工業用自來水，其加入量為高級脂肪酸和金屬氧化物或氫氧化物質量和的2～5％。如果水用量大於5％，會使反應過程中產生的壓力過高，反應很難控制，而且存在一定的安全風險；如果如果水用量小於2％，反應產生壓力過低，反應速度減緩，不能徹底反應。
該方案中使用的反應設備要求能夠密封而且能承受0.6兆帕以上的壓力，加熱方式以蒸氣加熱為好，能夠通水冷卻。粉體如果要做到行業標準要求的粒徑，可配置高速碰撞式的機械粉碎，也可以選用氣流粉碎機；產品粒徑範圍可調，25～75微米均可。在粉碎過程中，產品也可以進一步脫除水分。
有益效果
（1）一種全新的脂肪酸金屬鹽製備工藝，比傳統工藝適用範圍廣，適於多種脂肪酸與金屬氧化物或氫氧化物粉末的成鹽反應。
（2）該工藝製備的產品可不經過粉碎直接製得粉狀產物，用於塑膠加工行業；也可根據客戶要求加工成超細粉體，靈活性強。
（3）該高級脂肪酸金屬鹽製備過程中能耗比傳統工藝有大幅降低，對環境污染較小，做到真正的節能減排。
（4）該高級脂肪酸金屬鹽製備工藝反應徹底，產品純度高，含水率低，易於加工，適合連續化、規模化地生產。
技術領域
《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》涉及一種高級脂肪酸金屬鹽，《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》還涉及一種採用熱壓法製備該高級脂肪酸金屬鹽的方法。
權利要求
1.一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於包括如下步驟：
A、將高級脂肪酸加熱熔融，在60～80℃加入Zn、Mg、Ca或Ba中的一種粉末，分散均勻；
B、向步驟A中得到的體系加入水和催化劑，在溫度低於120℃、壓力小於0.3兆帕下密封反應0.5～1小時，然後排除壓力，經攪拌冷卻即製得粉狀的高級脂肪酸金屬鹽產物；
所述的高級脂肪酸金屬鹽產物的化學式為CH3（CH2）nCOO-M-OOC（CH2）nCH3其中M為Zn、Mg、Ca或Ba中的一種；n＝10～18；
2.根據權利要求1所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的高級脂肪酸為C12～C20的飽和脂肪酸。
3.根據權利要求1所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的水為過濾純淨水或工業用自來水。
4.根據權利要求1所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的催化劑為有機一元酸，有機二元酸或雙氧水中的一種。
5.根據權利要求4所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的有機一元酸為甲酸、乙酸、丙酸、對甲苯磺酸中的一種。
6.根據權利要求4所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的有機二元酸為乙二酸、丙二酸、丁二酸，鄰苯二甲酸、對苯二甲酸中的一種。
7.根據權利要求1或4所述的一種高級脂肪酸金屬鹽的製備方法，其特徵在於所述的催化劑用量為高級脂肪酸和Zn、Mg、Ca或Ba中的一種粉末的質量和的1～2%。
實施方式
實施例1硬脂酸鋅的製備
將900千克硬脂酸（酸值210）加熱熔融至65℃，加入135千克氧化鋅（≥99.7％）、30千克水和13千克30％的雙氧水，密封、混合、攪拌反應，密封1～2分鐘後就會產生壓力；控制升溫速度，20分鐘後溫度達到90℃即可停止升溫，此時反應溫度會持續上升，當壓力達到0.25兆帕時開始排壓。壓力排完後通冷卻水冷卻，整個反應過程不停攪拌，即可製得粉狀硬脂酸鋅產品。其質量指標為：鋅含量10.8％；加熱減量≤0.8％；熔點≥120℃；游離酸≤0.8％。
實施例2硬脂酸鋅的製備
將900千克硬脂酸（酸值210）加熱熔融至75℃，加入115千克氫氧化鋅（≥99.7％）、28千克水和10千克30％的雙氧水，密封、混合、攪拌反應，密封1～2分鐘後就會產生壓力；控制升溫速度，20分鐘後溫度達到90℃即可停止升溫，此時反應溫度會持續上升，當壓力達到0.20兆帕時開始排壓。壓力排完後通冷卻水冷卻，整個反應過程不停攪拌，即可製得粉狀硬脂酸鋅產品。其質量指標為：鋅含量10.4％；加熱減量≤0.8％；熔點≥120℃；游離酸≤0.8％。
實施例3硬脂酸鎂的製備
將900千克硬脂酸（酸值210）加熱熔融至60℃，加入101.6千克氫氧化鎂（≥96.0％）、35千克水和15千克30％的雙氧水，密封、混合、分散反應，密封1～2分鐘後就會產生壓力；控制升溫速度，20分鐘後溫度達到90℃即可停止升溫，此時反應溫度會持續上升，當壓力達到0.22兆帕時開始排壓。壓力排完後通冷卻水冷卻，整個反應過程不停攪拌，即可製得粉狀硬脂酸鎂產品。其質量指標為：鎂含量6.6％；加熱減量≤1.5％；熔點≥120℃；游離酸≤2.0％。
實施例4硬脂酸鎂的製備
將900千克硬脂酸（酸值210）加熱熔融至80℃，加入110千克氧化鎂（≥96.0％）、40千克水和18千克30％的雙氧水，密封、混合、分散反應，密封1～2分鐘後就會產生壓力；控制升溫速度，20分鐘後溫度達到90℃即可停止升溫，此時反應溫度會持續上升，當壓力達到0.22兆帕時開始排壓。壓力排完後通冷卻水冷卻，整個反應過程不停攪拌，即可製得粉狀硬脂酸鎂產品。其質量指標為：鎂含量7.4％；加熱減量≤1.5％；熔點≥120℃；游離酸≤2.0％。
實施例5硬脂酸鈣的製備
將800千克硬脂酸（酸值210）加熱熔融至60℃，加入118.6千克氫氧化鈣（≥96.0％）、30千克水和15千克30％的雙氧水，密封、混合、分散反應，密封1～2分鐘後就會產生壓力；控制升溫速度，20分鐘後溫度達到90℃即可停止升溫，此時反應溫度會持續上升，當壓力達到0.25兆帕時開始排壓。壓力排完後通冷卻水冷卻，整個反應過程不停攪拌，即可製得粉狀硬脂酸鎂產品。其質量指標為：鈣含量6.8％；加熱減量≤2.0％；熔點≥140℃；游離酸≤0.5％。
實施例6硬脂酸鈣的製備
將800千克的硬脂酸（酸值210）加熱熔融至75℃，加入123.6千克氧化鈣（≥96.0％）、35千克水和20千克30％的雙氧水，密封、混合、分散反應，密封1～2分鐘後就會產生壓力；控制升溫速度，20分鐘後溫度達到90℃即可停止升溫，此時反應溫度會持續上升，當壓力達到0.25兆帕時開始排壓。壓力排完後通冷卻水冷卻，整個反應過程不停攪拌，即可製得粉狀硬脂酸鎂產品。其質量指標為：鈣含量7.1％；加熱減量≤2.0％；熔點≥140℃；游離酸≤0.5％。
實施例7硬脂酸鋇的製備
將800千克的硬脂酸（酸值210）加熱熔融至60℃，加入238.6千克氧化鋇（≥96.0％）、30千克水和15千克30％的雙氧水，密封、混合、分散反應，密封1～2分鐘後就會產生壓力；控制升溫速度，20分鐘後溫度達到90℃即可停止升溫，此時反應溫度會持續上升，當壓力達到0.25兆帕時開始排壓。壓力排完後通冷卻水冷卻，整個反應過程不停攪拌，即可製得粉狀硬脂酸鎂產品。其質量指標為：鋇含量20％；加熱減量≤0.5％；熔點≥210℃；游離酸≤0.5％。
實施例8硬脂酸鋇的製備
將800千克硬脂酸（酸值210）加熱熔融至80℃，加入224.5千克氫氧化鋇（≥96.0％）、26千克水和16千克30％的雙氧水，密封、混合、分散反應，密封1～2分鐘後就會產生壓力；控制升溫速度，20分鐘後溫度達到90℃即可停止升溫，此時反應溫度會持續上升，當壓力達到0.25兆帕時開始排壓。壓力排完後通冷卻水冷卻，整個反應過程不停攪拌，即可製得粉狀硬脂酸鎂產品。其質量指標為：鋇含量19.7％；加熱減量≤0.5％；熔點≥210℃；游離酸≤0.5％。
其中實施例1-8中所使用的硬脂酸（酸值210）為含有60％的十六碳酸和40％的十八碳酸的混合酸。
附表：
表1：HG/T3667-2000硬脂酸鋅的的行業標準；
表2：藥典2005版中硬脂酸鎂；
表3：HG/T2424-1993硬脂酸鈣的行業標準；
表4：HG/T2338-1992硬脂酸鋇的行業標準的質量指標。
項目 | 指標 | ||
優等品 | 一等品 | 合格品 | |
外觀 | 白色微細粉末 | ||
鋅含量％ | 10.3~11.3 | 10.3~11.3 | 10.0~11.5 |
游離脂肪酸（以硬脂酸計）％≤ | 0.8 | 1.0 | 1.5 |
加熱減量%≤ | 0.8 | 1.0 | 1.5 |
熔點℃ | 125±5 | 125±5 | 125±5 |
粒度（過0.045毫米試驗篩）%≥ | 99.0 | 99.5 | 95.0 |
實施例1中的硬脂酸鋅的鋅含量10.8％；加熱減量≤0.8％；熔點≥120℃；游離酸≤0.8％。
實施例2中的硬脂酸鋅的鋅含量10.4％；加熱減量≤0.8％；熔點≥120℃；游離酸≤0.8％。
可見《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》實施例1和實施例2中的硬脂酸鋅屬於行業標準中的一等品或者優等品。
項目 | 指標 |
外觀 | 白色細微粉末 |
氧化鎂含量，％ | 6.5-7.5 |
加熱減量，％≤ | 5.0 |
硫酸鹽，％≤ | 0.6 |
氯化物，％≤ | 0.15 |
鐵鹽，％≤ | 0.01 |
重金屬，％≤ | 0.0001 |
實施例3中硬脂酸鎂的鎂含量6.6％；加熱減量≤1.5％；熔點≥120℃；游離酸≤2.0％。
實施例4中硬脂酸鎂的鎂含量7.4％；加熱減量≤1.5％；熔點≥120℃；游離酸≤2.0％。
可見實施例3和實施例4中的硬脂酸鎂複合藥典2005版中硬脂酸鎂的指標要求。
項目 | 指標 | ||
優等品 | 一等品 | 合格品 | |
外觀 | 白色微細粉末 | ||
鈣含量％ | 6.5±0.5 | 6.5±0.6 | 6.5±0.7 |
游離脂肪酸％ | ≤0.5 | ||
加熱減量%≤ | 2.0 | 3.0 | |
熔點℃ | 149~155 | ≥140 | ≥125 |
細度/微米 | ≤75 | ||
實施例5中硬脂酸的鈣含量6.8％；加熱減量≤2.0％；熔點≥140℃；游離酸≤0.5％。
實施例6中硬脂酸的鈣含量7.1％；加熱減量≤2.0％；熔點≥140℃；游離酸≤0.5％。
可見《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》實施例5和實施例6中的硬脂酸鈣屬於行業標準中的一等品或者優等品。
項目 | 指標 | ||
優等品 | 一等品 | 合格品 | |
鈣含量％ | 20.0±0.4 | 20.0±0.7 | 20.0±1.5 |
游離脂肪酸％ | 0.5 | 0.8 | 1.0 |
加熱減量%≤ | 0.5 | 0.5 | 1.0 |
熔點℃ | 210 | 205 | 200 |
細度/微米 | 99.5 | 99.5 | 99.5 |
實施例7中的硬脂酸鋇的鋇含量20％；加熱減量≤0.5％；熔點≥210℃；游離酸≤0.5％。
可見《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》實施例7和實施例8中的硬脂酸鋇介於行業標準中的合格品，一等品或者優等品。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種高級脂肪酸金屬鹽及其製備方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
