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一文带您读懂硬脂酸盐
来源: | 作者:shafeng | 发布时间: 2018-02-27 | 15924 次浏览 | 分享到:

硬脂酸金属盐是用在很多制品中的一类具有多种功能的添加剂,可以为聚合物产品带来许多的益处。我们可以将这些益处主要分为三个方面:

  • 聚烯烃中的酸中和剂 对聚烯烃颜色的稳定及防腐蚀有直接的贡献;

  • 润滑作用/加工助剂 提高了聚烯烃、聚酰胺、苯乙烯类及橡胶在挤出成型(薄膜、纤维、仿形等)和压制成型时的可加工性;

  • 脱模性 对于热塑性塑料, 橡胶以及热固性制品,如聚氨酯泡沫及不饱和聚酯。

一、 硬脂酸盐的简介

在分子水平上, 硬脂酸金属盐有一个电荷高度分散的无机核,和两条线性的烃链。

图 1分子水平上的硬脂酸金属盐

硬脂酸盐组分不同,作用不同。当硬脂酸金属盐用作中和剂时,它的金属组分贡献于与酸及残余酸性催化剂的反应;硬脂酸固有的脂肪特性, 包括润滑性及斥水性,在硬脂酸金属盐也都保留了下来。因此,硬脂酸盐拥有金属与硬脂酸的综合性能。

表 1硬脂酸盐不同部位的作用

硬脂酸盐的部分

益处

(金属部分)

无机的中心

与酸具有反应性

稳定效果

熔点

毒性低

溶解度高

熔融粘度

组分的稳定性 (Ca/Zn)

(脂肪烃部分)

根据金属离子的不同

,有 1-3 烃链

润滑性

脱模性

滑动性能

斥水性

热稳定性

良好的有机性能



二、 常见的硬脂酸盐

1. 硬脂酸钙

硬脂酸钙:125℃左右出现软化,145℃左右开始融化直至完全 变成流体。硬脂酸钙,被公认具有生理安全性, 硬脂酸钙不溶于大多数的溶剂。在加热时,它们会微溶于芳香化合物,氯代烃或者植物油、矿物油或石蜡中。作聚氯乙烯的热稳定剂和多种塑料加工的润滑剂,脱模剂等。在硬质制品中,与盐基性铅盐、铅皂配合可提高凝胶化速度。


2. 硬脂酸锌

熔点120℃左右,融程较小,融化后为粘度小的液体,状态分为白色浑浊液体和清澈透明液体。 产品分类可分为固性硬脂酸锌和水性硬脂酸锌。它们主要的应用领域时塑料和橡胶工业,由于具有很好的相容性而被用作脱模剂和润滑剂


3. 硬脂酸镁

90℃左右开始软化,在95℃~97℃开始融化至105℃ 左右完全融化。主要用作润滑剂、抗粘剂、助流剂。特别适宜油类、浸膏类药物的制粒,制成的颗粒具有很好的流动性和可压性。在直接压片中用作助流剂。还可作为助滤剂、澄清剂和滴泡剂,以及液体制剂的助悬剂、增稠剂。



三、 硬脂酸的合成工艺

1. 盐与盐的反应(复分解法)

图 2 盐与盐的反应

脂肪酸首先在水中以超过它熔点的温度被加热,其中水的用量在脂肪酸用量的20倍以上;然后与等摩尔的强碱溶液发生皂化反应(如氢氧化钠溶液, 氢氧化钾溶液,氨水等)。生成的碱性皂溶解在水中。

随后,所要制取的不溶于水的金属皂化物是通过加入一种金属盐溶液(例如,氯化钙溶液,硫酸铝溶液)而制得的。反应遵循下面的方程式。


2. 酸与碱或酸与氧化物的反应(直接法)

图 3酸与碱与氧化物的反应

与碱反应

与金属氧化物反应

硬脂酸与金属氧化物,金属氢氧化物或者炭酸盐的反应是在大量的水中进行,反应温度逐步升高。 因此,反应不会有副产物。



四、 硬质酸盐的应用

  • 聚烯烃中的酸中和剂 对聚烯烃颜色的稳定及防腐蚀有直接的贡献;

  • 润滑作用/加工助剂 提高了聚烯烃、聚酰胺、苯乙烯类及橡胶在挤出成型(薄膜、纤维、仿形等)和压制成型时的可加工性;

  • 脱模性 对于热塑性塑料, 橡胶以及热固性制品,如聚氨酯泡沫及不饱和聚酯。

图 4硬脂酸的作用


1. 聚烯烃中的酸中和剂

通常来说, 酸捕捉剂是可溶解的或易分散的碱类化合物,它们要能够和酸催化剂残余物发生反应。有机材料如硬脂酸金属盐则能满足这些要求,通常它们被加入到聚烯烃中来中和由 Ziegler-Natta 催化剂带来的酸催化剂残留物。在聚乙烯(PE)中, 使用最广的硬脂酸金属盐是硬脂酸钙(CaSt)和硬脂酸锌, 而在聚丙烯(PP)中, 硬脂酸钙则是使用最广的。

图 5硬脂酸钙作为酸捕捉剂

在聚烯烃中加入硬脂酸金属盐后,经过几次复合挤出后颜色的保持能力得到了很大的提高;加入的是硬脂酸盐时,体系获得了优异的颜色保持能力。

图 6硬脂酸金属盐对 HDPE 颜色稳定性的影响


2. 润滑/加工助剂

在复合挤出中加入硬脂酸金属盐对熔体稳定性会有所改善。体积熔融指数的相对下降可以归因于大分子自由基的重组,大分子自由基的重组导致了支链和凝胶的形成。

图 7复合挤出过程中加了硬脂酸金属盐后 HDPE 的熔融指数

如:硬脂酸盐的润滑作用在挤出以及压延成型中发挥着重要的作用。在吹塑薄膜,尤其是在 LLDPE 薄膜中,润滑作用能够阻止熔体破裂。

图 8硬脂酸金属盐的润滑作用模腔熔体流动剖面图


3. 脱模剂

在热塑性塑料, 橡胶以及热固性制品,如聚氨酯泡沫及不饱和聚酯中加入硬脂酸盐能有效的增加制品的脱模性。

如: 聚氨酯反应注射模塑工艺(RIM)中使用硬脂酸盐作为脱模剂,用作内用脱模剂,在RIM 工艺中大大提高了工艺的经济性。

反应机理:从力学角度分析,当两组分混合并注射到模腔中以后,硬脂酸盐将会沉淀成一种胶状物,并随着固化的进行而迁移到部件的表面,从而在模腔界面处形成了一层高脱模性的薄膜。