CN107938427A - 一种新型水性硬脂酸锌乳液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型水性硬脂酸锌乳液，其特征在于：各个组分质量百分比如下：去离子水：50.0‑60.0%，硬脂酸：27.0‑45.5%，锌化合物：4.0‑9.0%，乳化剂：1.0‑2.0%，分散剂：0.5‑1.0%，消泡剂：0.5‑1.5%。本发明中原料分两步加入，硬脂酸、去离子水和乳化剂先搅拌混合，得到充分分散均匀的硬脂酸乳液，增加硬脂酸与后续反应物的接触面积，在反应中才能充分的发生反应。乳化剂使熔融的硬脂酸均匀的分散在水介质中，增大比表面积，促使后续反应。

Description

一种新型水性硬脂酸锌乳液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型水性硬脂酸锌乳液及其制备方法，属于化工添加剂领域。

背景技术

水性硬脂酸锌是一种将硬脂酸锌均匀稳定分散于水介质中的乳液，产品外观为白色乳液，无毒、无污染、无危险特性，易分散于水中、具有超细度、分散相溶性好的特点。水性硬脂酸锌避免了粉尘污染，符合环保要求，应用范围广泛。水性涂料：用于高品质水性涂料，透明性好、消泡快、稳定性好、防沉性佳、干燥快、易分散、易磨性、提高涂层表面的疏水性，改善漆膜手感等方面有突出的表现。水性油墨：有较好的经济性，可作平光剂，填充剂、稳定剂、防沉剂和防水剂。纺织产品：可作为打光剂，提高表面的疏水性。化妆产品：可作为润滑剂，提高表面的爽滑性。造纸工业：可作为防水剂，用于特种纸、热敏纸等表面防水性涂层。打磨砂纸：可作为助磨剂，提高表面的打磨性、抗磨性防和防水性。橡胶产品：可作为脱模剂，隔离剂，硫化活性剂，软化剂使用。金属冷挤压：可作为润滑剂，具有良好的挤压性、延伸性、附着性、润滑性。

现有技术中水性硬脂酸锌的制备方法：

水性硬脂酸锌为水不溶性金属锌皂盐，以粒子状态在水性助剂的作用下均匀稳定的分散在水性体系中的一种润滑剂。分散性好、经济实用、环保高效，一直作为涂料、橡胶、塑料、金属冷挤压行业的重要助剂之一。

目前，水性硬脂酸锌普遍使用制备方法分为三种。

一、在反应釜中加入定量水，再添加配比的超细硬脂酸锌粉末和助剂，搅拌混合乳化。此工艺必须先提前将硬脂酸锌机械粉碎成超细粉末，鉴于普通机械设备很难将硬脂酸锌超细粉碎，而且粒径不均匀，分布区域很大。同时机械粉碎能耗大，成本高。长期高强度粉碎工序中金属机械材质的会大量磨损，造成产品污染，更会产生粉尘。此生产工艺成本高，环境不友好，产品粒径大，质量不可靠，缺陷明显。

二、在反应釜中加入定量水，再添加配比的硬脂酸锌粉末和助剂，搅拌混合乳化，最后通过研磨机细化。此工艺同样需要将硬脂酸锌机械粉碎成粉末，机械粉碎能耗大，成本高。粉碎工序中金属机械材质的磨损会污染产品，更会产生粉尘，此生产工艺落后，此生产工艺成本高，环境不友好，质量不可靠。随着科技的发展和国家政策导向，已经不能满足先进行业的需求。

三、在反应釜中，将配比的氧化锌乳液加入到熔融的硬脂酸乳液中，在助剂的体系中反应生成硬脂酸锌乳液，不需要机械研磨细化。在低温下合成硬脂酸锌，靠乳化剂等助剂进行微粒化分散，此工艺简单先进、能耗低，但此工艺不通过特殊设备，全靠助剂体系，无法保证硬脂酸锌的完全反应，可能会残留部分的硬脂酸和氧化锌成分。不经过机械碾磨，也无法保证水性硬脂酸锌的均匀性微粒化，会影响到产品的使用效果。而且自身反应微粒化所得到的粒径单一，不能满足不同领域所需要的规格，有局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种新型水性硬脂酸锌的制备方法，以解决现在技术中生产的水性硬脂酸锌产工艺成本高，环境不友好，产品粒径大，质量不可靠，粒径单一，不能满足不同领域所需要的规格，有局限性等问题。

本发明的技术方案：一种新型水性硬脂酸锌乳液，各个组分质量百分比如下：去离子水：50.0-60.0%，硬脂酸：27.0-45.5%，锌化合物：4.0-9.0%，乳化剂：1.0-2.0%，分散剂：0.5-1.0%，消泡剂：0.5-1.5%。

所述的乳化剂为具有非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂双重效果的乳化剂；如：十六烷基二甲基溴化铵，所述的分散剂为亲水性分散剂；所述的消泡剂为改性有机硅类消泡剂。

所述的锌化合物为氧化锌、氢氧化锌或碳酸锌。

一种新型水性硬脂酸锌乳液的制备方法，先配置2种分散液；分散液1：在高剪切反应釜中加入硬脂酸、去离子水和乳化剂，搅拌加热到50-80℃进行预分散30-60分钟；分散液2：将锌化合物、去离子水、乳化剂和分散剂加入到搪玻璃反应釜中进行搅拌混合；将分散液2加入到分散液1中，在高剪切力反应装置中高剪切搅拌充分反应1-2小时；停止加热，快速冷却到室温，加入消泡剂，最后进行研磨细化，即得到产品。

所述的分散液1中去离子水添加量为硬脂酸的1-1.5倍，乳化剂为总乳化剂量的50-60%。

所述的高剪切力反应装置， 包括反应容器和其外衬的夹套，反应容器内部安装有两根∑型搅拌桨，∑型搅拌桨和反应容器外部的电机通过减速器与连轴器连接。

所述的夹套侧面设置蒸汽和冷却水进口和蒸汽和冷却水出口。

所述的两根∑型搅拌桨反向剪切旋转。

所述的∑型搅拌桨为∑型高剪切差速搅拌桨，变频调速。

所述的反应容器上方设置测温口；反应容器为耐腐蚀、耐压反应容器。

本发明的有益效果：本申请人经过多年的研究，开发设计了一种新型水性硬脂酸锌的制备方法，将硬脂酸、水和乳化剂的混合物在自主发明的高剪切反应釜中加热至硬脂酸熔点以上进行预分散。将精确配比的锌化合物、水和余下的助剂进行混合分散，加入到硬脂酸分散液中。硬脂酸在助剂体系中乳化分散，比表面积增大，与锌化合物接触反应得到硬脂酸锌，硬脂酸锌粒子在乳化体系中分散，自行进行初步微粒化。申请人自主发明的高剪切反应釜具有差速反向Σ型高剪切搅拌，通过设备外部力量的介入，物料之间充分进行剪切摩擦分散，促进反应、乳化、分散、微粒化一体的完全进行。最后进行研磨设备控制细化程度，即可得到不同规格的目标产物。

与现有技术相比，本发明的设计方案提出的特点和显著的进步主要体现在如下几个方面：

1、本发明一体化生产硬脂酸锌作为原料，无废水产物。硬脂酸锌不需要进行机械粉碎或二次加热熔融，无粉尘污染，成本低，工艺合理。

2、本发明中原料分两步加入，硬脂酸、去离子水和乳化剂先搅拌混合，得到充分分散均匀的硬脂酸乳液，增加硬脂酸与后续反应物的接触面积，在反应中才能充分的发生反应。乳化剂使熔融的硬脂酸均匀的分散在水介质中，增大比表面积，促使后续反应。所述的乳化剂为阴离子表面活性剂，它由一个极性阴离子和一个非离子组成，它与二价和三价金属离子和氨等有极好的相溶性和低浓度时良好的表面活性，具有阴离子和非离子表面活性剂双重功效，使它作为一种理想的表面活性剂应用各个领域。

3、本发明制备的水性硬脂酸锌乳液使用自主发明高剪切反应釜，硬脂酸锌在加热剧烈反应过程中，有较大的粘性，高剪切反应釜使用差速Σ型反向高剪切搅拌桨，具有强烈的剪切力，克服了传统反应釜单向搅拌力度不够的不足。同时通过高剪切反应釜具有的差速反向Σ型高剪切搅拌，对反应物进行相当于切和揉的作用，使生成的硬脂酸锌和乳化剂、分散剂等进行嵌合作用，促进了水性硬脂酸锌乳液的反应、乳化、分散、微粒化一体的完全进行，确保了最终产品的稳定可靠不分层。

4、本发明制备的水性硬脂酸锌乳液，乳化、分散一体，初度微粒化后，结合研磨设备控制细化程度，可制得不同规格产品，可适合不同领域的使用。比如沙皮纸适用较粗粒径的型号，可增加打磨性，而水性涂料适用小粒径的型号，可增加表面光洁度，改善漆膜手感。

5、本发明制备的水性硬脂酸锌乳液，固含量高，粘度低，效率高，长期稳定不分层。

6、本发明制备的水性硬脂酸锌乳液，无毒无味，绿色环保，具有良好的机械、化学稳定性，润滑效果优异。

附图说明

图1为本发明新型水性硬脂酸锌乳液工艺流程图；

图2为高剪切反应装置正向结构示意图；

图3为高剪切反应装置俯向结构示意图。

具体实施方式

一种新型水性硬脂酸锌乳液，该产品有硬脂酸、锌化合物、乳化剂、分散剂、消泡剂和去离子水加工形成，各个组分百分比如下：

去离子水：50.0-60.0%；

硬脂酸：27.0-45.5%；

锌化合物：4.0-9.0%；

乳化剂：1.0-2.0%；

分散剂：0.5-1.0%；

消泡剂：0.5-1.5%。

实施例1：

制备分散液1：在高剪切反应釜中加入硬脂酸300kg，去离子水450kg，乳化剂十六烷基二甲基溴化铵4kg，搅拌加热到60℃进行预分散10分钟。制备分散液2：将氧化锌45.5kg，去离子水250kg，乳化剂2kg，分散剂5.2kg，加入到搪玻璃反应釜中，进行搅拌混合得到氧化锌分散液。将分散液2加入到分散液1中，在温度60-80℃下高剪切搅拌充分反应2小时。停止加热，快速冷却到室温，加入消泡剂5.5kg，最后进行研磨细化2小时，即得到目标产品。所得产品粘度37.5mPa.S，固含量32.3%，平均粒径4.1μm。产品均匀稳定，不分层，可用于金属冷挤压，替代磷化-皂化工艺，优异环保。

实施例2：

制备分散液1：在高剪切反应釜中加入硬脂酸350kg，去离子水500kg，乳化剂8kg，搅拌加热到60℃进行预分散10分钟。制备分散液2：将氢氧化锌68kg，去离子水100kg，乳化剂4kg，分散剂5.5kg，加入到搪玻璃反应釜中，进行搅拌混合得到氢氧化锌分散液。将分散液2加入到分散液1中，在温度60-80℃下高剪切搅拌充分反应2小时。停止加热，快速冷却到室温，加入消泡剂5.5kg，最后进行研磨细化3小时，即得到目标产品。所得产品粘度52.4mPa.S，固含量37.8%，平均粒径3.5μm。产品均匀稳定，不分层，可用于热敏纸、特种纸表面涂层，提高适印性，降低热敏纸的摩擦系数。

实施例3：

制备分散液1：在高剪切反应釜中加入硬脂酸380kg，去离子水500kg，乳化剂12kg，搅拌加热到60℃进行预分散10分钟。制备分散液2：将碳酸锌82kg，去离子水100kg，乳化剂6kg，分散剂6.5kg，加入到搪玻璃反应釜中，进行搅拌混合得到碳酸锌分散液。将分散液2加入到分散液1中，在温度60-80℃下高剪切搅拌，充分反应2小时。停止加热，快速冷却到室温，加入消泡剂6.0kg，最后进行研磨细化3小时，即得到目标产品。所得产品粘度72mPa.S，固含量40.5%，平均粒径1.5μm。产品均匀稳定，不分层，可用于水性涂料，改善涂料的疏水性能，改善涂膜手感。

所述的高剪切反应釜，它包括反应容器4、入料口6和夹套8，电机1与减速器2连接，减速器2与连轴器3连接，连轴器3与反应容器4内安装的搅拌桨9连接，反应容器4上方设置加料口6，气体进出管道口7和测温口5。反应容器4外设置夹套8，反应容器4下方设置出料口10。夹套8侧面设置蒸汽和冷却水进口11和蒸汽和冷却水出口12。搅拌桨9为2个，采用Σ型高剪切差速搅拌桨，可变频调速。物料在差速搅拌器提供的剪切作用下充分接触反应。夹套8侧面设置蒸汽和冷却水进口11和蒸汽和冷却水出口12，可通过蒸汽或冷却水进行加温或冷却。反应容器4设置测温口5可以方便测得反应容器4的反应温度。反应容器4为耐腐蚀、耐压反应容器。

通过本申请的一种新型水性硬脂酸锌乳液及其制备方法，简化了操作步骤，避免了前期的硬脂酸锌高能耗合成和后期粉末粉碎，降低了能耗和成本，避免了环境污染，更提高了效率。实现生产工艺一体化，组合后可实现自动化生产，可适合不同领域的使用，符合国家绿色环保先进产业的政策导向，对保护我国环境资源具有深远的社会意义。生产的水性硬脂酸锌乳液质量稳定可靠，固含量高，粘度低，乳液均匀，润滑效果优异。不仅可以满足国内市场需求，还能拓展国际市场，具有显著的社会和经济效益。

Claims (10)

1.一种新型水性硬脂酸锌乳液，其特征在于：各个组分质量百分比如下：去离子水：50.0-60.0%，硬脂酸：27.0-45.5%，锌化合物：4.0-9.0%，乳化剂：1.0-2.0%，分散剂：0.5-1.0%，消泡剂：0.5-1.5%。

2.根据权利要求1所述的一种新型水性硬脂酸锌乳液及其制备方法，其特征在于：所述的分散剂为亲水性分散剂；所述的消泡剂为改性有机硅类消泡剂。

3.根据权利要求1所述的一种新型水性硬脂酸锌乳液及其制备方法，其特征在于：所述的锌化合物为氧化锌、氢氧化锌或碳酸锌。

4.如权利要求1所述的一种新型水性硬脂酸锌乳液的制备方法，其特征在于：先配置2种分散液；分散液1：在高剪切反应釜中加入硬脂酸、去离子水和乳化剂，搅拌加热到50-80℃进行预分散30-60分钟；分散液2：将锌化合物、去离子水、乳化剂和分散剂加入到搪玻璃反应釜中进行搅拌混合；将分散液2加入到分散液1中，在高剪切力反应装置中高剪切搅拌充分反应1-2小时；停止加热，快速冷却到室温，加入消泡剂，最后进行研磨细化，即得到产品。

5.根据权利要求4所述的一种新型水性硬脂酸锌乳液的制备方法，其特征在于：所述的分散液1中去离子水添加量为硬脂酸的1-1.5倍，乳化剂为总乳化剂量的50-60%。

6.根据权利要求4所述的一种新型水性硬脂酸锌乳液的制备方法，其特征在于：所述的高剪切力反应装置， 包括反应容器（4）和其外衬的夹套（8），反应容器（4）内部安装有两根∑型搅拌桨（9），∑型搅拌桨（9）和反应容器（4）外部的电机（1）通过减速器（2）与连轴器（3）连接。

7.根据权利要求6所述的一种新型水性硬脂酸锌乳液的制备方法，其特征在于：夹套（8）侧面设置蒸汽和冷却水进口（11）和蒸汽和冷却水出口（12）。

8.根据权利要求6所述的一种新型水性硬脂酸锌乳液的制备方法，其特征在于：两根∑型搅拌桨（9）反向剪切旋转。

9.根据权利要求6所述的一种新型水性硬脂酸锌乳液的制备方法，其特征在于：所述的∑型搅拌桨（9）为∑型高剪切差速搅拌桨，变频调速。

10.根据权利要求6所述的一种新型水性硬脂酸锌乳液的制备方法，其特征在于：反应容器（4）上方设置测温口（5）；反应容器（4）为耐腐蚀、耐压反应容器。