CN105949049B - 一种硬脂酸镁及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化工技术领域，特别是涉及一种硬脂酸镁及其制备工艺，所述硬脂酸镁的制备工艺包括如下步骤：1)三硬脂酸甘油酯和水在催化剂和抗氧化剂的作用下水解；2)分步加入氧化镁和催化剂，进行缩合、脱水、成盐，合成硬脂酸镁。本发明提供的硬脂酸镁为工业级硬脂酸镁，其原料成本低，生产产率高，色泽好，游离酸含量低，质量稳定，且本发明提供的硬脂酸镁制备过程无含氯、硫酸根离子的废水排放，生产过程安全环保，总生产成本低。本发明提供的硬脂酸镁质量高，在实际应用中与市场同类产品相比更具有实用性和可比性。

Description

一种硬脂酸镁及其制备工艺
技术领域
本发明属于化工技术领域，具体涉及一种硬脂酸镁及其制备工艺。
背景技术
硬脂酸镁属于硬脂酸盐类中的一种，又称十八酸镁，其兼具金属盐和硬脂酸的双重特性。硬脂酸镁广泛应用于制药行业，是重要的医药片剂润滑剂，也可用作化妆品、油漆剂塑料的添加剂，食品级硬脂酸镁可用作食品加工助剂。硬脂酸镁是塑料橡胶优良的润滑分散稳定剂、塑料制品的脱模剂、橡胶制品的耐高温粉膜剂，还可用作PVC热稳定剂，以增加产品的透明或半透明度。此外，硬脂酸镁可在油漆工业中用作催干剂和平光剂；在高分子材料中用作脱模剂、活化剂、稳定剂、润滑剂和软化剂等；在机械工业中可作为高温固体润滑剂。随着社会的进步，硬脂酸镁的应用范围继续扩大，国内对硬脂酸镁的需求量也不断增加，呈逐年上升趋势。
目前，国内生产硬脂酸镁普遍采用复分解法和皂化法合成。中国专利CN104529744 A公开了一种硬脂酸镁制备方法，包括以下步骤：硬脂酸与水加热熔化后，均匀加入碱液皂化生产硬脂酸钠溶液，再加入催化剂过硫酸铵、双氧水促进反应进行，反应产物离心洗涤、干燥、粉碎，制得硬脂酸镁成品。复分解法反应条件温和，制备得到的色泽好、稳定性高，但存在生产效率低、能耗和水耗高等缺点。且复分解法生产硬脂酸镁过程中排放大量的含氯、硫酸根离子的废水，对环境造成很大的污染；同时，由于产物金属皂是在表面活性剂钠皂溶液中生成的，因此沉淀颗粒小、分散度高、表面吸附强，从而导致滤饼湿含量高，干燥能耗大，产物表观密度大，粉尘飞扬严重、包装剂储运费用高等。皂化法合成硬脂酸镁是先让水溶性镁盐溶液与部分氢氧化钠溶液生产氢氧化镁，然后在水介质中硬脂酸和新生成的氢氧化镁发生中和反应合成硬脂酸镁。皂化法提高了生产效率高，降低了制备过程的能耗和水耗，但制备得到的硬脂酸镁游离酸含量高。
国内大部分硬脂酸镁生产厂家所生产的硬脂酸镁存在生产规模小，生产成本高，生产过程环境污染严重，制备得到的硬脂酸镁产品品质不好，存在游离酸含量高等问题，不能满足国内市场对硬脂酸镁的需求，对进口产品的依赖性较大。因此，研究一种总体生产成本低、生产过程安全环保、产品质量高的硬脂酸镁具有较高的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的技术缺陷，提供一种硬脂酸镁及其制备工艺。本发明提供的硬脂酸镁以三硬脂酸甘油酯和氧化镁为主要原料，原料成本低，制备得到的硬脂酸镁产率高，纯度高，色泽好，游离酸含量低，质量稳定。本发明提供的硬脂酸镁的制备工艺生产过程无含氯、硫酸根离子的废水排放，安全环保，水耗小，总生产成本低，在实际应用中与市场同类产品相比更具有实用性和可比性。
本发明的技术方案如下：
一种硬脂酸镁，其制备工艺包括如下步骤：
S1：取三硬脂酸甘油酯，边投料边搅拌，温度保持在80-100℃，待三硬脂酸甘油酯全部熔融后加入催化剂A、抗氧化剂和水，在温度为120-150℃，压力为0.6-0.8MPa的条件下进行水解反应，水解产物静置30-60min，油水分离，油相压滤回收催化剂即得硬脂酸；
S2：将S1中硬脂酸加入硬脂酸镁反应釜中，温度保持在90-105℃，边搅拌边加入氧化镁，投料完成后，物料温度升至110-120℃，加入催化剂B，搅拌反应20-30min；
S3：再次加入氧化镁和催化剂B，在温度为115-125℃的条件下进行反应，停止搅拌，物料泡沫降至平衡点后，补加催化剂B，在温度为120-130℃的条件下反应15-25min；
S4：边搅拌边加入氢氧化钠，恒温反应10-20min；
S5：开启真空泵，调节真空度至-0.09--0.07MPa，脱水，恒温恒压条件下稳定反应50-70min，反应终止，即得硬脂酸镁。
优选地，所述催化剂A为氧化镁和Al2O3-MgO的混合物，按质量比计，氧化镁：Al2O3-MgO为1∶5-10，催化剂A的用量为三硬脂酸甘油酯质量的2％-6％。
优选地，所述Al2O3-MgO中，按摩尔比计，Al2O3∶MgO为1-3∶1。
优选地，所述抗氧化剂为抗氧剂1076、抗氧剂DLTDP和抗氧剂T501的混合物，按质量比计，抗氧剂1076∶抗氧剂DLTDP：抗氧剂T501为0.4-0.6∶0.5-0.8∶1，抗氧化剂的用量为三硬脂酸甘油酯质量的0.3％-0.8％。
优选地，所述步骤S1中，按质量比计，三硬脂酸甘油酯∶水为1∶0.4-0.6。
优选地，所述催化剂B选自过氧化氢、过氧化钠、过氧化钾、过氧化钙、过氧化镁和过氧化锌中的一种或多种。
优选地，所述催化剂B为过氧化氢和过氧化镁的混合物，按质量比计，过氧化氢∶过氧化镁为3-7∶1。
优选地，所述步骤S2中，氧化镁的用量为三硬脂酸甘油酯质量的3％-5％，催化剂B的用量为三硬脂酸甘油酯质量的3％-7％。
优选地，所述步骤S3中，氧化镁的用量为三硬脂酸甘油酯质量的1％-3％，催化剂B的第一次加入量为三硬脂酸甘油酯质量的1％-2％，补加的催化剂B加入量为三硬脂酸甘油酯质量的1％-2％。
优选地，所述步骤S4中，氢氧化钠的用量为三硬脂酸甘油酯质量的0.05％-0.2％。
本发明提供的硬脂酸镁，期制备工艺包括三硬脂酸甘油酯水解和硬脂酸与氧化镁缩合脱水成盐两步反应。三硬脂酸甘油酯水解过程中，氧化镁可通过吸附作用减弱酯键键能，使酯键易于水解，Al2O3-MgO为固体酸碱催化剂，在氧化镁和Al2O3-MgO复合催化剂的催化作用下，三硬脂酸甘油酯水解生成硬脂酸和丙三醇，水解率达96％以上，水解产生的丙三醇溶于水中与硬脂酸分离，有利于提高终产品的纯度；而分离出的丙三醇和水的混合物经分离和浓缩处理可获得丙三醇，有利于提高原料的利用度。抗氧剂1076、抗氧剂DLTDP和抗氧剂T501复合抗氧剂的添加可避免高温反应条件下物料发生氧化，确保终产品色度。硬脂酸与氧化镁缩合脱水成盐过程中，以过氧化氢和过氧化镁的混合物作为复合催化剂在不引入新杂质成分、提高产物纯度的同时可显著提高硬脂酸镁的产率，而在反应体系中加入少量氢氧化钠，部分硬脂酸与氢氧化钠发生反应生成极少量的硬脂酸钠可在反应中起到表面活性剂作用，改善反应后期由于反应体系流动性明显变差以至难以进行有效搅拌，导致反应难以继续进行的情况，使反应充分进行，提高产品收率，同时也显著降低硬脂酸镁中的游离酸含量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明提供的硬脂酸镁，采用三硬脂酸甘油酯和氧化镁作为原料，原料成本低，生产过程水耗和能耗低，硬脂酸镁产率高，总生产成本低；
2)本发明提供的硬脂酸镁生产过程无含氯、硫酸根离子的废水排放，无粉尘飞扬情况，生产过程安全环保；
3)本发明提供的硬脂酸镁，纯度高，色泽好，游离酸含量低，质量高。
具体实施方式
以下通过具体实施方式进一步描述本发明，但本发明不仅仅限于以下实施例。在本发明的范围内或者在不脱离本发明的内容、精神和范围内，对本发明进行适当改进、替换功效相同的组分，对于本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明的范围之内。
实施例1硬脂酸镁的制备
S1：取三硬脂酸甘油酯，边投料边搅拌，温度保持在100℃，待三硬脂酸甘油酯全部熔融后加入催化剂A、抗氧化剂和水，在温度为130℃，压力为0.7MPa的条件下进行水解反应，水解产物静置45min，油水分离，油相压滤回收催化剂即得硬脂酸；
其中，按质量比计，催化剂A中，氧化镁∶Al2O3-MgO为1∶8，其用量为三硬脂酸甘油酯质量的4％，Al2O3-MgO通过沉淀法制备得到，按摩尔比计，Al2O3∶MgO为2∶1；
按质量比计，抗氧化剂中，抗氧剂1076∶抗氧剂DLTDP∶抗氧剂T501为0.5∶0.65∶1，其用量为三硬脂酸甘油酯质量的0.5％；
按质量比计，三硬脂酸甘油酯∶水为1∶0.5；
S2：将S1中硬脂酸加入硬脂酸镁反应釜中，温度保持在100℃，边搅拌边加入三硬脂酸甘油酯质量4％的氧化镁，投料完成后，物料温度升至110℃，加入三硬脂酸甘油酯质量5％的催化剂B，搅拌反应25min；
其中，催化剂B为过氧化氢和过氧化镁的混合物，按质量比计，过氧化氢∶过氧化镁为5∶1；
S3：加入三硬脂酸甘油酯质量1.5％的氧化镁和三硬脂酸甘油酯质量1％的催化剂B，在温度为120℃的条件下进行反应，停止搅拌，物料泡沫降至平衡点后，补加三硬脂酸甘油酯质量1％的催化剂B，在温度为130℃的条件下反应20min；
S4：边搅拌边加入三硬脂酸甘油酯质量0.1％的氢氧化钠，恒温反应10min；
S5：开启真空泵，调节真空度至-0.08MPa，脱水，恒温恒压条件下稳定反应60min，反应终止，取样检测，合格后喷粉，包装入库，即得硬脂酸镁，其产率为95.23％。
实施例2硬脂酸镁的制备
S1：取三硬脂酸甘油酯，边投料边搅拌，温度保持在80℃，待三硬脂酸甘油酯全部熔融后加入催化剂A、抗氧化剂和水，在温度为140℃，压力为0.6MPa的条件下进行水解反应，水解产物静置50min，油水分离，油相压滤回收催化剂即得硬脂酸；
其中，按质量比计，催化剂A中，氧化镁∶Al2O3-MgO为1∶7，其用量为三硬脂酸甘油酯质量的5％，Al2O3-MgO通过沉淀法制备得到，按摩尔比计，Al2O3∶MgO为2。5∶1；
按质量比计，抗氧化剂中，抗氧剂1076∶抗氧剂DLTDP∶抗氧剂T501为0.4∶0.6∶1，其用量为三硬脂酸甘油酯质量的0.6％；
按质量比计，三硬脂酸甘油酯∶水为1∶0.6；
S2：将S1中硬脂酸加入硬脂酸镁反应釜中，温度保持在100℃，边搅拌边加入三硬脂酸甘油酯质量5％的氧化镁，投料完成后，物料温度升至110℃，加入三硬脂酸甘油酯质量5％的催化剂B，搅拌反应20min；
其中，催化剂B为过氧化氢；
S3：加入三硬脂酸甘油酯质量1.6％的氧化镁和三硬脂酸甘油酯质量2％的催化剂B，在温度为115℃的条件下进行反应，停止搅拌，物料泡沫降至平衡点后，补加三硬脂酸甘油酯质量1％的催化剂B，在温度为120℃的条件下反应25min；
S4：边搅拌边加入三硬脂酸甘油酯质量0.15％的氢氧化钠，恒温反应15min；
S5：开启真空泵，调节真空度至-0.09MPa，脱水，恒温恒压条件下稳定反应65min，反应终止，取样检测，合格后喷粉，包装入库，即得硬脂酸镁，其产率为91.18％。
对比例1
S1中，催化剂A为Al2O3-MgO，其用量为三硬脂酸甘油酯质量的4％，Al2O3-MgO通过沉淀法制备得到，按摩尔比计，Al2O3∶MgO为2∶1。
其余步骤同实施例1，硬脂酸镁产率为73.57％。
对比例2
步骤S4中，不添加氢氧化钠，其余步骤同实施例1，硬脂酸镁产率为86.04％。
试验例
测定本发明实施例1-2、对比例1-2制备得到的硬脂酸镁的外观、镁含量、游离酸含量、加减热量和熔点进行测试，测试结果见表1。
1)外观的测定：称取试样30g±5g放在30cm×30cm的白色滤纸上，然后按20cm×20cm的规格把试样摊平，在自然光下目测测试样的颜色和形状。
2)镁含量的测定：称取试样0.3g(精确至0.0001g)，置于250mL锥形瓶中，加入硝酸5mL，水20mL，加上回流冷凝管缓慢加热，保持微沸，直至样品分解后悬浮在溶液上面的油脂呈透明为止，用水冲洗冷凝管壁和瓶塞四周，取下冷凝管继续加热，微沸片刻，使透明分散的油层聚在一起，停止加热，冷却至室温，用氨水溶液中和至pH＝10，加氨-氯化铵缓冲液10mL，及3滴铬黑T指示液，用乙二胺四乙酸二钠标准滴定液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色即为终点。镁的质量百分含量Y1由下式给出：
式中：c--乙二胺四乙酸二钠标准滴定液的实际浓度，mol/L；
V--滴定消耗乙二胺四乙酸二钠标准滴定液的体积，mL；
m--试样的质量，g；
0.02430--与1.00mL乙二胺四乙酸二钠标准滴定液相当的，以g表示的镁的质量。
3)游离酸含量的测定：称取试样2g(精确至0.01g)，置于250mL锥形瓶，加乙醇50mL，振荡10min，过滤，剩余残渣用30mL乙醇分3次洗涤，滤干，收集滤液和洗液，加酚酞指示液5滴，用氢氧化钠标准滴定溶液滴定，滴定至溶液呈微红色，且该红色于30s内不消失时即为终点，同时用同批号的乙醇做空白试验。
游离酸含量的质量百分含量Y2由下式给出：
式中：c--氢氧化钠标准滴定溶液的实际浓度，mol/L；
V--滴定消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；
V1--空白试验消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积，mL；
0.271--与1.00mL氢氧化钠标准滴定溶液相当的，以g表示的工业硬脂酸的质量。
4)加减热量的测定：按GB/T 11409-2008《橡胶防老剂、硫化促进剂试验方法》中3.4之规定进行测定。干燥温度为：(105±2)℃。
5)熔点的测定：按GB/T 617-2006《化学试剂熔点范围测定通用方法》之规定进行测定。测定结果以终熔点为准。
表1硬脂酸镁指标检测结果
由表1试验结果可知，本发明实施例合成的硬脂酸镁游离酸含量低，熔点高，质量显著优于对比例制备的硬脂酸镁，同时，由以上结果可知，本发明实施例1为本发明最佳实施例。本发明提供的硬脂酸镁制备产率高，色泽好，游离酸含量低，质量稳定，且其制备过程无含氯、硫酸根离子的废水排放，生产过程安全环保，总生产成本低，在实际应用中与市场同类产品相比更具有实用性和可比性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种硬脂酸镁的制备方法，包括如下步骤：
S1：取三硬脂酸甘油酯，边投料边搅拌，温度保持在80-100℃，待三硬脂酸甘油酯全部熔融后加入催化剂A、抗氧化剂和水，在温度为120-150℃，压力为0.6-0.8MPa的条件下进行水解反应，水解产物静置30-60min，油水分离，油相压滤回收催化剂即得硬脂酸；
S2：将S1中硬脂酸加入硬脂酸镁反应釜中，温度保持在90-105℃，边搅拌边加入氧化镁，投料完成后，物料温度升至110-120℃，加入催化剂B，搅拌反应20-30min；
S3：再次加入氧化镁和催化剂B，在温度为115-125℃的条件下进行反应，停止搅拌，物料泡沫降至平衡点后，补加催化剂B，在温度为120-130℃的条件下反应15-25min；
S4：边搅拌边加入氢氧化钠，恒温反应10-20min；
S5：开启真空泵，调节真空度至-0.09--0.07MPa，脱水，恒温恒压条件下稳定反应50-70min，反应终止，即得硬脂酸镁，
所述催化剂A为氧化镁和Al2O3-MgO的混合物，其中，按质量比计，催化剂A中，氧化镁∶Al2O3-MgO为1∶8；
所述催化剂B为过氧化氢和过氧化镁的混合物，按质量比计，过氧化氢∶过氧化镁为 5∶1；。
2.根据权利要求1所述的硬脂酸镁的制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧剂1076、抗氧剂DLTDP和抗氧剂T501的混合物，按质量比计，抗氧剂1076∶抗氧剂DLTDP：抗氧剂T501为0.4-0.6∶0.5-0.8∶1，抗氧化剂的用量为三硬脂酸甘油酯质量的0.3％-0.8％。
3.根据权利要求1所述的硬脂酸镁的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，按质量比计，三硬脂酸甘油酯∶水为1∶0.4-0.6。
4.根据权利要求1所述的硬脂酸镁的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，氧化镁的用量为三硬脂酸甘油酯质量的3％-5％，催化剂B的用量为三硬脂酸甘油酯质量的3％-7％。
5.根据权利要求1所述的硬脂酸镁的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，氧化镁的用量为三硬脂酸甘油酯质量的1％-3％，催化剂B的第一次加入量为三硬脂酸甘油酯质量的1％-2％，补加的催化剂B加入量为三硬脂酸甘油酯质量的1％-2％。
6.根据权利要求1所述的硬脂酸镁的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，氢氧化钠的用量为三硬脂酸甘油酯质量的0.05％-0.2％。
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