DD241900A1

DD241900A1 - Verfahren zur herstellung von wasserunloeslichen metallsalzen

Info

Publication number: DD241900A1
Application number: DD22581980A
Authority: DD
Inventors: Jochen Rost; Horst Huss; Gerd Freund; Klaus Wittig; Heinz Duda; Horst Kretzschmar
Original assignee: Leipzig Chemieanlagen
Priority date: 1980-12-08
Filing date: 1980-12-08
Publication date: 1987-01-07

Abstract

Die Erfindung ermoeglicht die kontinuierliche oder diskontinuierliche Herstellung von hochdispersen wasserunsloeslichen Metallsalzen hoeherer Fettsaeuren mit niedrigen Elektrolytgehalt, guter Filtrierbarkeit und gleichbleibender Qualitaet bei hoher Raum-Zeit-Ausbeute ohne Zwangsanfall elektrolythaltiger Abwasser. Prinzip der Erfindung ist es, in einer Ruehrkaskade eine waessrige Suspension der Metalloxide oder Metallhydroxide vorzulegen und die Dosierung der mit einem Dispergiermittel versehenen hoehermolekularen Fettsaeure in den einzelnen Stufen der Kaskade in Abhaengigkeit von Gehalt an freier Fettsaeure in der Reaktionsmischung vorzunehmen. Durch teilweise Produktrueckfuehrung wird die erforderliche Verweilzeit gewaehrleistet. Dieses Verfahren ist fuer alle technisch interessanten wasserunloeslichen Metallsalze hoehermolekularer Fettsaeuren anwendbar und bringt gegenueber dem Verfahren der doppelten Umsetzung bedeutend weniger Abprodukte und einen niedrigen Chemikalienverbrauch.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von wasserunlöslichen hochdispersen Metallsalzen höhermolekularer Fettsäuren durch Umsetzung von Metalloxiden oder -hydroxiden mit Fettsäuren in wässriger Phase.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Herstellung von wasserunlöslichen Metallsalzen höhermolekularer Fettsäuren sind verschiedene Verfahren bekannt. So kann die Darstellung durch Umsetzung von Alkaliseifenlösungen in Gegenwart überschüssigen Alkalis mit den entsprechenden Metallsalzlösungen erfolgen (Doppelte Umsetzung). Man kann die wasserunlöslichen Metallsalze auch durch Zusammenschmelzen von Metalloxiden oder-hydroxiden mit den entsprechenden Fettsäuren herstellen. Weiterhin lassen sich Metallsalze höhermolekularer Fettsäuren durch direkte Umsetzung von Metalloxiden mit den entsprechenden Fettsäuren in wäßriger Phase gewinnen. Allerdings erfolgt diese Umsetzung nur bei katalytischen Zusätzen von geringen Mengen Stickstoffbasen (DE-PS 860210), aliphatischer Monocarbonsäuren mit weniger als 4 C-Atomen (DE-AS 1156812) oder Alkalibzw. Ammoniumsalzen niedrigmolekularer Carbonsäuren (DD-PS 43311).

Die Nachteile des Verfahrens der doppelten Umsetzung bestehen darin, daß aus dem Umsetzungsprodukt erhebliche Mengen Elektrolyte ausgewaschen werden müssen. Dieser Waschprozeß ist nicht nur arbeitsintensiv, sondern belastet den Brauchwasser- und Abwasserhaushalt. Hinzu kommt der Chemikalienverbrauch zur Herstellung der Alkalisalze der Fettsäuren sowie der entsprechenden Metallsalze.

Das Schmelzverfahren liefert elektrolytfreie Produkte. Es kann aber nur angewendet werden, wenn der Feinheit des Materials keine große Bedeutung zukommt, da selbst durch einen intensiven Mahlprozeß mit hohem Energieaufwand die niedrige Schüttdichte des aus wäßriger Phase gefällten Produktes nicht erreicht wird.

Die bisher beschriebenen Verfahren zur direkten Umsetzung von höhermolekularen Fettsäuren mit den entsprechenden Metalloxiden oder -hydroxiden haben zwar den Vorteil, daß keine Elektrolyte im Umsetzungsprodukt enthalten sind, können aber auf anderen Gebieten nicht befriedigen. So eignen sich diese Verfahren auf Grund ihrer gegenüber der doppelten Umsetzung niedrigen Umsetzungsgeschwindigkeit nicht zur kontinuierlichen Produktion. Die Chargenproduktion führt bei ihnen zu kaum vermeidbaren Qualitätsschwankungen, da die Endpunkterkennung der Feststoff-Feststoff-Umsetzung schwierig ist.

Die Raum-Zeit-Ausbeute ist vergleichsweise niedrig. Einige der beschriebenen Verfahren eignen sich nur zur Umsetzung höhermolekularer Fettsäuren mit bestimmten Metalloxiden oder -hydroxiden. So eignet sich das in der DD-PS 43311 beschriebene Verfahren für die Umsetzung von Bleioxid, aber nicht zur Umsetzung von Calziumoxid bzw. Calziumhydroxid mit höhermolekularen Fettsäuren.

Die technische Erprobung ergab, daß bei Calziumstearat die Suspension sehr unterschiedliche Filtriereigenschaften aufwies und die Qualtität des Calziumstearates nicht den Anforderungen genügt.

Ziel der Erfindung ist es, die Produktion von wasserunlöslichen hochdispersen Metallsalzen höherer Fettsäuren bei gleichbleibender Qualität und hoher Raum-Zeit-Ausbeute in einem kontinuierlichen Verfahren zu ermöglichen, ohne daß dabei Elektrolyte als Abprodukte anfallen. Das Verfahren soll möglichst für die Herstellung aller technisch benötigten wasserunlöslichen Metallsalze höhermolekularer Fettsäuren geeignet sein.

-2- 241900 Darstellung des Wesens der Erfindung

Es bestand die Aufgabe, solche Prozeßbedingungen zu finden, die im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Verfahren der direkten Umsetzung von höhermolekularen Fettsäuren mit Metalloxiden oder -hydroxiden in wäßriger Phase eine höhere Raum-Zeit-Ausbeute bei gleicher oder besserer Qualität ermöglichen und dadurch eine kontinuierliche Produktion gestatten. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Umsetzung von Metalloxiden oder -hydroxiden mit den höhermoiekularen Fettsäuren kontinuierlich in einer Rührkaskade mit teilweiser Produktrückführung erfolgt. Es wird eine Dispersion des Metalloxides bzw. Metallhydroxides in wäßriger Phase vorgelegt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Zudosierung der hochmolekularen Fettsäuren in mindestens zwei Stufen der Rührkaskade.

Durch pH-Wert bzw. Leitfähigkeitsmessung wird der Gehalt an nichtumgesetzter Fettsäure ständig auf einen bestimmten Sollwert geregelt, der in der ersten Stufe, 0,05-0,15 Mol/l betragen soll und in den weiteren Stufen abnimmt. Zur Regelung der Prozeßtemperatur auf 5 bis 30⁰C über den Schmelzpunkt der betreffenden Fettsäure wird die Reaktionsmischung gekühlt, bevorzugt über einen externen Kühlkreislauf mit eingebautem Wärmetauscher. Während der Hauptproduktstrom in die' · Rührmaschinezurückgeführt wird, gelangt über einen Überlauf ein Teil des Produktes in den nächsten Rührbehälter der Kaskade. Die Durchsatzmenge und die Zahl der Rührbehälter werden in Abhängigkeit von der für das spezielle Metalloxid oder -hydroxid und die entsprechende Fettsäure experimentell bestimmten Verweilzeit festgelegt. Der geschmolzenen Fettsäure wird vor der Dosierung 0,01-5% eines oberflächenaktiven Stoffes (Dispergator) zugesetzt. Dadurch wird die zudosierte Fettsäure sehr schnell und gut dispergiert.

Bei Metalloxiden oder -hydroxiden mit einem breiten Korngrößenspektrum hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen geringen Teil des Reaktionsgemisches aus der zweiten und aller weiteren Stufen der Kaskade am Boden abzuziehen und in die vorhergehende Stufe zurückzufordern. Nicht vollständig umgesetztes Metalloxid oder -hydroxid reichert sich auf Grund seiner Dichte bevorzugt am Boden der Rührmaschine an. Durch die Rückführung wird die Verweilzeit für dieses unvollständig umgesetzte Metalloxid oder-hydroxid erhöht.

Auf Grund der gleichbleibenden Qualität der Suspension läßt sich die der Kaskade nachgeschaltete Filtration technologisch optimal gestalten, so daß der Wassergehalt des der Trocknung zugeführten Filterkuchens nur geringe Schwankungen aufweist. Auf Grund des niedrigen Elektrolytgehaltes ist eine Waschung des Filterkuchens nicht notwendig.

Es ist auch möglich, dieses Verfahren diskontinuierlich durchzuführen. Dazu wird die wäßrige Suspension des Metalloxides bzw. -hydroxides zusammen mit einem Drittel des vorhergehenden Ansatzes vorgelegt und die Fettsäure über die gesamte Reaktionszeit so dosiert, daß eine Konzentration an freier Fettsäure von max. 0,15 Mol/l zu Beginn bis auf unter 0,05 Mol/l am Ende eingehalten wird. Vom fertigen Ansatz werden die oberen zwei Drittel zur Weiterverarbeitung abgelassen und das untere Drittel mit einem möglichen Anteil an nicht vollständig umgesetztem Produkt für den nächsten Ansatz verwandt.

Ausführungsbeispiele

Nachfolgend soll die Erfindung an zwei Beispielen erläutert werden.

Es zeigen Figur 1 das Prinzip einer kontinuierlich arbeitenden zweistufigen Rührkaskade mit Produktrückführung Figur 2 das Prinzip des diskontinuierlichen Verfahrens in einer Rührmaschine

Beispiel 1, siehe dazu Figur 1

Zur kontinuierlichen Herstellung von Calziumstearat werden in die Rührmaschine 1 der Kaskade über Leitung 2 kontinuierlich 400 Teile einer wäßrigen Suspension, welche 13,2 Teile Calziumhydroxid und 1 Teil techn. Essigsäure enthält, zugegeben. Die Temperatur der zugeführten Suspension beträgt 65 bis 7O⁰C. Über Leitung 3 wird geschmolzene Stearinsäure mit 70⁰C, die auf 100 Teile 1 Teil Dispergator, z. B. Alkylphenol äthoxyliert, enthält, in Abhängigkeit vom Gehalt an freier Stearinsäure in die Reaktionsmischung eindosiert.

Der Gehalt an freier Stearinsäure soll ungefähr 0,06 Mol/l betragen. Über Leitung 4 wird mittels Pumpe 5 die Reaktionsmischung am Boden der Rührmaschine 1 abgezogen und über den Wärmetauscher 6 der Rührmaschine 1 mittels Leitung 7 wieder zugeführt. Im Wärmetauscher 6 wird die Reaktionswärme mittels über Leitung 8 zugeführten Kühlwassers abgeführt und eine optimale Reaktionstemperatur von 65 bis 7O⁰C gewährleistet. Ein Teil der Reaktionsmischung gelangt über den Überlauf 9 in die Rührmaschine 10.

in Rührmaschine 10 erfolgt die vollständige Umsetzung zum Endprodukt. Dazu wird über Leitung 11 in Abhängigkeit vom Gehalt an freier Stearinsäure kontinuierlich nochmals Stearinsäure zudosiert. Der Gehalt an freier Stearinsäure soll in der Rührmaschine 10 0,03 Mol/l betragen. Eine Produktkühlung ist in der Rührmaschine 10 nicht erforderlich, da die Hauptreaktion in Rührmaschine 1 erfolgt. Von den benötigten 95 Teilen Stearinsäure werden deshalb auch 80 Teile in Rührmaschine 1 und 15 Teile in Rührmaschine 10 dosiert.

Aus Rührmaschine 10 werden über Leitung 12 mittels Pumpe 13 50TeMe der Reaktionsmischung am Boden abgezogen und der Rührmaschine 1 zugeführt. Unvollständig umgesetztes Calziumhydroxid setzt sich auf Grund seiner größeren Dichte schneller ab und wird deshalb auch bevorzugt in die 1. Stufe der Kaskade zurückgeführt.

Das Fertigprodukt läuft als Überlauf aus der Rührmaschine 10 über Leitung 14 ab und gelangt in die bekannten Prozeßstufen Filtration und Trocknung. Das so hergestellte Calziumstearat zeichnet sich durch einen sehr niedrigen Elektrolytgehalt aus, so daß die Waschung bei der Filtration entfällt.

Beispiel 2, siehe dazu Figur 2

Zur diskontinuierlichen Herstellung von Zinkmyristat werden in der Rührmaschine 1 300 Teile des vorhergehenden Ansatzes vorgelegt und über Leitung 2 14 Teile Zinkoxid und 0,5 Teile technische Essigsäure in 500 Teilen Wasser mit einer Temperatur von 75 bis 80°C zugegeben. Im Verlauf einer Stunde werden über Leitung 3 78 Teile Myristinsäure, der vorher 1 Teil Dispergator zugemischt wurde, mit einer Temperatur von 75 bis 80⁰C so zugegeben, daß die Konzentration an freier Myristinsäure 0,06 Mol/l zu Beginn und weniger als 0,03 Mol/l am Ende beträgt. Die Reaktionswärme wird mit über Leitung 8 zugeführtem Kühlwasser durch den Kühlmantel 15 abgeführt und damit die Reaktionstemperatur von 75 bis 80⁰C eingehalten. Über Leitung 15 werden nach einer Stunde rund 600 Teile der Reaktionsmischung zur weiteren Aufarbeitung abgezogen, der verbleibende Rest wird für einen neuen Ansatz genutzt.

Das so hergestellte Zinkmyristat zeichnet sich durch gleichbleibende Qualität und gute Filtrierbarkeit sowie niedrigen Elektrolytgehalt aus.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Herstellung von wasserunlöslichen Metallsalzen höhermolekularer Fettsäuren in wäßriger Phase, gekennzeichnet dadurch, daß eine wäßrige Suspension der entsprechenden Metalloxide oder Metallhydroxide in einer Rührkaskade (1,10) kontinuierlich vorgelegt und die mit 0,01-5% eines Dispergiermittels versehene höhermolekulare Fettsäure mit mehr als 11 C-Atomen in flüssiger Form in den einzelnen Stufen der Rührkaskade in Abhängigkeit vom gemessenen Gehalt an freier Fettsäure in der Reaktionsmischung zudosiert wird, wobei der Gehalt an freier Fettsäure je nach Metalloxid oder-hydroxid in der ersten Stufe zwischen 0,05 und 0,15 Mol/l betragen soll und die Konzentration von Stufe zu Stufe reduziert wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Reaktionstemperatur in der ersten Rührmaschine (1) durch externe Kühlung 5 bis 3O⁰C über dem Schmelzpunkt der betreffenden Fettsäure gehalten wird.
3. Verfahren nach Puntk 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des Reaktionsgemisches aus der zweiten und aller weiteren Stufen kontinuierlich am Boden abgezogen und mittels Pumpe (13) in die jeweils vorgeschaltete Stufe zurückgefördert wird.
4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß dieses Verfahren diskontinuierlich in einer Rührmaschine (1) durchgeführt wird, wobei die Konzentration derfreien Fettsäure in Abhängigkeit von der Reaktionszeit von max. 0,15 Mol/l am Beginn auf kleiner 0,05 Mol/l am Ende eingestellt wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen