TWI673261B - 鐵皂、其製備方法及含有該鐵皂的熱塑性樹脂組合物 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種鐵皂,其游離脂肪酸的含量A(%)為0.01 £ A £ 8.0,水溶性鹽的含量B(%)為0.01 £ B £ 0.5,以下(1)式中表示的粒徑描述值C為0.1 £ C £ 5.0,鐵皂為碳原子數為12~22的直鏈飽和脂肪酸與鐵的鹽。 粒徑描述值C = (D90 - D10)/D50…. (1)式,其中,1.0 £ D50 £ 40.0; D10:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的10%累積粒徑(μm); D50:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的50%累積粒徑(μm); D90:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的90%累積粒徑(μm)。
Description
本發明涉及鐵皂、其製備方法及含有該鐵皂的熱塑性樹脂組合物,具體而言,涉及對熱塑性樹脂具有高的相容性及分散性,並可適宜地用作光解催化劑、或者無機粉末等的分散劑的鐵皂,可高效生成鐵皂的製備方法,以及含有該鐵皂的熱塑性樹脂組合物。
金屬皂廣泛應用於樹脂加工領域、電子印刷領域、粉末冶金領域、化妝品領域、塗料領域、黏合劑(cement)領域等多種領域。作為目前盛行的具代表性的金屬皂的製備方法,可列舉使脂肪酸與無機金屬氧化物或無機金屬氫氧化物反應的方法(直接法),或者在水體系中使脂肪酸的鹼金屬鹽或銨鹽的溶液與無機金屬鹽類反應的方法(複分解法)等。
在金屬皂中,鐵皂作為光解催化劑、或者無機粉末等的分散劑而用於樹脂加工領域、粉末冶金領域。通常,鐵皂在工業上利用在水體系中使脂肪酸的鹼金屬鹽或銨鹽的溶液與無機鐵鹽反應的複分解法、或者使脂肪酸與鐵醇鹽反應的交換法進行製備。特別是在樹脂加工領域和粉末冶金領域中需要高分散性,從這個角度考慮,適宜使用利用複分解法得到的鐵皂。
例如,在專利文獻1的“本發明要解決的技術問題”部分記載了,由於複分解法不能將硬脂酸完全轉化為硬脂酸鐵,產物中殘留了7-10%未反應的硬脂酸鈉。另外,存在如下問題:鐵(III)皂由於結構不穩定而在複分解反應中發生水解,生成游離脂肪酸。當生成脂肪酸鹽或游離脂肪酸時,產生鐵(III)皂的純度降低的問題。
因此,專利文獻1中公開了一種脂肪酸鐵鹽類的製備方法,該製備方法為藉由使脂肪酸與鹼金屬氫氧化物進行皂化反應後、使所得到的脂肪酸鹼金屬鹽與酸性鐵鹽反應的複分解反應製備脂肪酸鐵鹽類的製備方法,其特徵在於,以減少未反應脂肪酸的方式,多次交替地向反應體系中添加相對於脂肪酸大量過剩的鹼金屬氫氧化物和酸性鐵鹽,在90℃的溫度下多次交替地進行皂化反應和複分解反應,並公開了獲得了在色調良好、粉末微細的同時純度高的脂肪酸鐵鹽類。
然而,在本製備方法中,由於添加了相對於脂肪酸大量過剩的鹼金屬氫氧化物和酸性鐵鹽,在所得到的脂肪酸鐵鹽中,生成了過量的水溶性鹽。具體而言,在反應體系中,殘留有相對於脂肪酸過量添加的氫氧化鈉、氯化鐵、複分解反應中生成的氯化鈉,未反應的氫氧化鈉和氯化鐵進一步反應,生成鹼性鐵鹽。對於這些未反應的原料和副產物,例如存在在被分散於熱塑性樹脂中時,由於聚集性高而成為分散不良的重要因素的問題,還存在無法實現鐵皂的高純度的問題。
另一方面,專利文獻2中公開了一種三酸皂型的長鏈脂肪酸鐵的製備方法,其特徵在於,在非活性氣體氣氛下,使三烷氧基鐵和長鏈脂肪酸在非質子極性溶劑的存在下藉由交換法進行反應。
然而,在本製備方法中,使用了大量的四氫呋喃、二噁烷、***等非質子極性溶劑進行反應。此外,出於提高三酸皂型的長鏈脂肪酸鐵的純度的目的,每1莫爾份三烷氧基鐵中添加大量過剩的3-300莫爾份、較佳為6-100莫爾份的長鏈脂肪酸進行反應,因此在脂肪酸鐵鹽中殘留了大量游離脂肪酸,為了清洗掉大量的游離脂肪酸,使用了大量的非質子極性溶劑。因此存在如下問題,由於使用了大量非質子極性溶劑,對環境造成很大的負擔。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:特開平6-271499號公報
專利文獻2:特開昭62-120339號公報
發明所欲解決之問題
本發明的目的在於提供對熱塑性樹脂具有高的相容性和分散性,並可適宜地用作光解催化劑、或者無機粉末等的分散劑的鐵皂,可高效生成該鐵皂的製備方法,以及含有該鐵皂的熱塑性樹脂組合物。
解決技術之技術手段
本發明的發明人為了實現上述目的進行了深入的研究,結果發現,游離脂肪酸的含量、水溶性鹽的含量、粒徑描述值(summary value for grain size)分別被限定在預定範圍內的鐵皂為相對於熱塑性樹脂具有高的相容性和分散性,並可適宜地用作光解催化劑、或者無機粉末等的分散劑的鐵皂,同時發現了,藉由調整直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液與三價鐵鹽水溶液反應時的pH,能夠得到上述鐵皂。
即,本發明為一種鐵皂,其游離脂肪酸的含量A(%)為0.01 £ A £ 8.0,水溶性鹽的含量B(%)為0.01 £ B £ 0.5,以下(1)式中表示的粒徑描述值C為0.1 £ C £ 5.0,鐵皂為碳原子數為12~22的直鏈飽和脂肪酸與鐵的鹽。
粒徑描述值C = (D90 - D10)/D50…,(1)式,其中,1.0 £ D50 £ 40.0; D10:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的10%累積粒徑(μm); D50:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的50%累積粒徑(μm); D90:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的90%累積粒徑(μm)。
另外,本發明為一種鐵皂的製備方法,其具有以下步驟:
在待製備鐵皂的晶化開始溫度以下的溫度下,使碳原子數為12~22的直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液與pH為0.1~5.5的三價鐵鹽水溶液反應,配製鐵皂漿料的步驟;
將所配製的鐵皂漿料的pH調節為0.1~6.0的步驟。
進一步,本發明為一種熱塑性樹脂組合物,相對於100質量份熱塑性樹脂中含有0.01~10質量份本發明的鐵皂。
本發明的熱塑性樹脂組合物進一步相對於100質量份的鐵皂還可以含有0.1~100質量份脂肪酸鈣皂。
此外,對於脂肪酸鈣皂,所述的(1)式中粒徑描述值C為C £ 2.0時,以下(2)式所示聚集度E(%)為E £ 20也可。
聚集度E = [(殘留於篩孔為350μm的篩上的脂肪酸金屬鹽顆粒的質量)/2]×100×(1/1)+[(殘留於篩孔為250μm的篩上的脂肪酸金屬鹽顆粒的質量)/2]×100×(3/5)+[(殘留於篩孔為150μm的篩上的脂肪酸金屬鹽顆粒的質量)/2]×100×(1/5)] ...(2)式
對照先前技術之功效
本發明的鐵皂對熱塑性樹脂具有高的相容性及分散性,並可適宜地用作光解催化劑、或者無機粉末等的分散劑。
另外,本發明的鐵皂的製備方法能夠以高產率生成本發明的鐵皂。
進一步,本發明的熱塑性樹脂組合物由於含有高分散性的本發明的鐵皂,因此在光解時能夠整體均勻的分解。
下面對本發明的實施方式進行說明。
首先,對本發明的鐵皂進行說明,再依次對能夠以高產率生成該鐵皂的本發明的鐵皂的製備方法、含有該鐵皂的本發明的熱塑性樹脂組合物進行說明。
[鐵皂]
本發明的鐵皂中,游離脂肪酸的含量A(%)為0.01 £ A £ 8.0,較佳為0.01 £ A £ 6.0,更佳為0.01 £ A £ 4.0。若含量A過多,則鐵皂在分散於熱塑性樹脂中時,可能會在樹脂中滲出等使分散性降低。此外,存在鐵皂中的鐵含量顯著降低,樹脂的光解性能下降,難以光解的可能。
另外,游離脂肪酸的含量A(%)的測定可以藉由利用鹼溶液的滴定來進行。
本發明的鐵皂中,水溶性鹽的含量B(%)為0.01 £ B £ 0.5,較佳為0.01 £ B £ 0.3,更佳為0.01 £ B £ 0.2。若含量B過多,則例如在添加到熱塑性樹脂中時,可能會由於水溶性鹽的吸濕性等使分散性降低。
另外,水溶性鹽的含量B可以由試樣在水中煮沸時的質量差求得。
對於本發明的鐵皂,以下(1)式中表示的粒徑描述值C為0.1 £ C £ 5.0,較佳為0.1 £ C £ 4.0,更佳為0.1 £ C £ 3.0。若粒徑描述值C過大,則例如在將鐵皂添加到熱塑性樹脂中時,由於粒徑分佈廣,可能會喪失均勻分散性。此外,若粒徑描述值C過小,則由於產量變差,生產性降低,可能會導致成本上的不利。
如上所述,粗大顆粒少、具有特定粒徑分佈的鐵皂在添加到熱塑性樹脂中進行熔融混煉時的分散性變高,作為光解催化劑易於獲得高效。
此外,粒徑描述值C可以由藉由Microtrac鐳射衍射法測得的粒徑算出。
粒徑描述值C = (D90 - D10)/D50... (1)式, 其中,1.0 £ D50 £ 40.0; D10:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的10%累積粒徑(μm); D50:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的50%累積粒徑(μm); D90:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的90%累積粒徑(μm)。
另外,粒徑描述值C的調節可以藉由分別適當的調節脂肪酸鹼金屬鹽的濃度、脂肪酸鹼金屬鹽水溶液與三價鐵鹽水溶液反應時的溫度、將三價鐵鹽水溶液滴加到脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中時的滴加速度來進行。此外,對於粒徑分佈廣、即粒徑描述值C的值大的,在後處理中,可以藉由用100孔、200孔、330孔等的篩進行分級來調節。
[鐵皂的製備方法]
本發明的鐵皂的製備方法具有:使直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液與三價鐵鹽水溶液混合進行反應,配製鐵皂漿料的步驟;以及將所配製的鐵皂漿料的pH調節為預定範圍的步驟。
作為用於配製直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液的脂肪酸鹽,可列舉碳原子數為12~22的直鏈飽和脂肪酸的鹼金屬鹽。作為這種脂肪酸鹽的例子,例如可列舉以月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生酸、山嵛酸等為代表的單脂肪酸的鈉、鉀等的鹼金屬鹽,或者以牛脂脂肪酸、豬油脂肪酸、大豆油脂肪酸、椰子油脂肪酸、棕櫚油脂肪酸等為代表的來源於動植物的直鏈飽和脂肪酸的鈉、鉀等的鹼金屬鹽。這些脂肪酸鹽可以單獨使用,也可以兩種以上組合使用。
在使用碳原子數不足12的直鏈飽和脂肪酸的鹼金屬鹽的情況下,由於所得到的鐵皂相對於水的溶解度變高,產率可能會顯著降低。此外,在添加於熱塑性樹脂中進行加熱、熔融混煉的情況下,可能會降低相容性而使分散性降低。另一方面,在使用比22個碳原子數更長的直鏈飽和脂肪酸的鹼金屬鹽的情況下,由於相對於水的溶解度顯著降低,需要極度降低其水溶液濃度,生產效率可能會降低。
直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中的直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽的含量例如為0.1~20質量%。若含量過少,則可能會使所得到的鐵皂量相對於反應液量顯著減少,生產效率降低。此外,若含量過多,則反應中或反應後的鐵皂分散液的濃度過高,反應變得難以進行,可能會使鐵(III)皂的純度降低。較有效的製備鐵(III)皂的純度高的鐵皂時,水溶液中的上述脂肪酸的鹼金屬鹽的較佳含量為1~15質量%,更佳的含量為3~15質量%。
作為用於配製三價鐵鹽水溶液的鐵鹽的例子,例如可列舉氯化鐵(III)、硫酸鐵(III)。這些化合物可以單獨使用,也可以兩種以上組合使用。
進一步,對預訂濃度的鐵鹽水溶液進行調節時,添加預訂量的鹽酸、硫酸等無機酸,將pH調節為0.1~5.5,較佳為0.1~5.0,更佳為0.5~4.0。
三價鐵鹽水溶液中的鐵鹽的含量例如為0.1~40質量%。若含量過少,則可能會使所得到的鐵皂量相對於反應液量顯著減少,生產效率降低。此外,若含量過多,則所得到的鐵皂顆粒之間的聚集易於進行,可能會難以獲得均勻的鐵皂漿料。在抑制所得到的鐵皂顆粒之間的聚集、穩定地製備均勻的鐵皂漿料的情況下,鐵鹽水溶液中的鐵鹽的較佳含量為0.5~30質量%,更佳的含量為1.0~30質量%。
直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液與三價鐵鹽水溶液的反應最好是在以直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽相對於鐵鹽的當量比(直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽/鐵鹽)為0.5~3.0的範圍內的方式對其進行調節的同時進行,如此則容易將鐵皂漿料的pH調節為0.1~6.0。
在本發明中,需要使直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液與三價鐵鹽水溶液在待製備鐵皂的晶化開始溫度以下的溫度下混合、進行反應。
此處,晶化開始溫度是指鐵皂的晶體結構開始變化的溫度,例如,在硬脂酸鐵(III)的熱示差掃描(DSC)的吸熱圖中,吸熱開始前的基線的延長線與吸熱開始後的梯度曲線的拐點切線的交點為晶化開始溫度。
硬脂酸鐵(III)的晶化起始溫度為84℃。另外,山嵛鐵(III)為85℃、棕櫚酸鐵(III)為83℃、肉豆蔻酸鐵(III)為81℃、月桂酸鐵(III)為79℃。此外,例如,硬脂酸和棕櫚酸以65:35的質量比混合而成的混合脂肪酸所形成的鐵(III)皂為83℃。
直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液與三價鐵鹽水溶液的反應較佳在使直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液完全溶解的溫度以上進行反應。具體而言,較佳在比待製備鐵皂的晶化開始溫度還低30℃的溫度以上進行反應。例如,在製備硬脂酸鐵(III)時,較佳在54℃以上進行反應。
另外,熱示差掃描(DSC)的測定用10mg試樣在氮氣流下(60ml/分鐘)、從0℃以2℃/分鐘的升溫溫度升溫至150℃來進行。
兩種水溶液混合時的實際反應溫度根據所得到的鐵皂的脂肪酸鏈而有所不同,例如,在製備硬脂酸鐵(III)時,較佳為60~79℃,更佳為65~75℃。若反應溫度過低,則由於硬脂酸鹼金屬鹽水溶液中的硬脂酸鹼金屬鹽在水中的溶解度低,雖然可以得到目標物質硬脂酸鐵(III),但最終獲得的鐵皂量可能會相對於反應溶液量較低,生產效率降低。若反應溫度過高,則複分解反應中生成的鐵皂漿料顆粒之間發生聚集和融合,不僅難以獲得微細顆粒的鐵皂,大量脂肪酸鹼金屬鹽進行聚集及融合後,可能會殘留於鐵皂內部。
藉由上述方法可以獲得鐵皂漿料。鐵皂漿料直接或藉由離心脫水機、壓濾機、真空旋轉過濾機等分離溶劑,根據需要,在進行洗滌、除去副產物無機鹽後,藉由旋轉乾燥機、氣流乾燥設備、通風乾燥機、噴霧乾燥機、流化床乾燥設備等進行乾燥。對於乾燥方法,連續式或分批式的、或者常壓或真空下的均可。
可進一步根據需要,對乾燥的鐵皂進行粉碎。粉碎方法沒有特別的限定,例如可以利用針磨機、噴射式粉碎機、霧化器等。對粉碎後的鐵皂顆粒進行分級。即,使用利用振動來進行篩分的多級篩分裝置等來進行分級,調節粒徑分佈。如此可以得到游離脂肪酸和水溶性鹽的各自含量少、粒徑描述值在預定範圍內、容易熔融分散於熱塑性樹脂中的鐵皂顆粒。
本發明中得到的鐵皂漿料的pH被調節為0.1~6.0,較佳為0.1~4.0。若鐵皂漿料的pH過高,則難以形成在1莫爾鐵上結合了3莫爾脂肪酸的鐵皂(III),部分可能會發生水解,生成在1莫爾鐵上結合了2莫爾脂肪酸的鐵皂(二酸皂)。此外,若鐵皂漿料的pH過低,則所得到的鐵皂可能會變得容易分解,使游離脂肪酸的量變多。
另外,得到鐵皂漿料後,較佳在將反應溫度及鐵皂漿料的pH保持在上述範圍的狀態下,進行10分鐘~2小時的熟化。
[熱塑性樹脂組合物]
本發明的鐵皂較佳被包含於熱塑性樹脂中,以分解熱塑性樹脂為目的使用。
本發明的熱屬性樹脂組合物含有熱塑性樹脂和本發明的鐵皂。作為熱塑性樹脂,非極性樹脂和極性樹脂均可,可列舉聚氨酯、聚苯乙烯、聚烯烴,作為聚烯烴,例如可列舉聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯。此外,也可以列舉乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/乙烯醇共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯等。本發明的熱塑性樹脂組合物可以在加熱條件下向這些熱塑性樹脂中熔融混合鐵皂而得到。
本發明的熱塑性樹脂組合物的鐵皂含量相對於100質量份熱塑性樹脂較佳為0.01~10質量份,更佳為0.1~8質量份。鐵皂的含量過少時,難以獲取鐵皂的特性,含量過多時,熱塑性樹脂易於發生顯著地劣化。
作為使鐵皂高度分散於熱塑性樹脂中的分散助劑,可適當使用脂肪酸鈣皂,較佳為藉由複分解法得到的脂肪酸鈣皂。具體而言,可列舉月桂酸鈣、肉豆蔻酸鈣、棕櫚酸鈣、硬脂酸鈣、山嵛酸鈣,較佳為硬脂酸鈣。以下也將由複分解法得到的脂肪酸鈣皂稱為複分解脂肪酸鈣皂。
複分解脂肪酸鈣皂在鐵皂中的添加量相對於100質量份鐵皂較佳為0.01~100質量份,更佳為0.1~100質量份。複分解脂肪酸鈣皂的添加量過少時,難以獲得提高鐵皂的分散性的特性。此外,添加量過多時,難以獲得熱塑性樹脂中的鐵皂的作為光解催化劑、或者無機粉末等的分散劑的功能。
作為複分解脂肪酸鈣皂,上述(1)式的粒徑描述值C為C £ 2.0,在80℃的環境下放置了10分鐘的複分解脂肪酸鈣皂(脂肪酸金屬鹽顆粒)中,用粉末測試儀測得的以下(2)式的聚集度E(%)較佳為E £ 20。
滿足這些值的複分解脂肪酸鈣皂在鐵皂中的分散及被覆性變高,可進一步有助於顯著提高鐵皂添加到熱塑性樹脂後的分散性。
聚集度E = [(殘留於篩孔為350μm的篩上的脂肪酸金屬鹽顆粒的質量)/2]×100×(1/1)+[(殘留於篩孔為250μm的篩上的脂肪酸金屬鹽顆粒的質量)/2]×100×(3/5)+[(殘留於篩孔為150μm的篩上的脂肪酸金屬鹽顆粒的質量)/2]×100×(1/5)] ...(2)式
實施例
以下列舉實施例及比較例對本發明進一步具體地進行說明。
另外,在下述實施例及比較例中,漿料(分散液)的pH、游離脂肪酸的含量A(%)、水溶性鹽的含量B(%)、粒徑描述值C按以下方式進行測定。他們的結果一同示於表一中。
1)漿料(分散液)的pH
在200ml燒杯中稱量20g鐵皂漿料,在以使其均勻的方式進行攪拌的同時測定pH。
2)游離脂肪酸的含量A(%)
在燒杯中稱量5g鐵皂,添加50g***-乙醇混合溶劑(1:1),攪拌30秒後靜置30分鐘。然後,使用5B的濾紙進行過濾,用N/10的氫氧化鉀滴定液對濾液進行滴定,按照下式計算出游離脂肪酸的量。對脂肪酸空白對照也進行同樣的操作。
游離脂肪酸的含量= (VA-VB)×f×M/W/100
其中, VA:在試樣中的滴定量(ml)、 VB:在空白對照中的滴定量(ml)、 f:N/10的氫氧化鉀滴定液的係數、 M:所使用的脂肪酸的分子量、 W:鐵皂的試樣量(g)。
3)水溶性鹽的含量B(%)
在三角燒瓶中稱量2g鐵皂,添加50g水後,裝上空氣冷卻管在水浴槽上振盪混合,在此狀態下進行1小時的煮沸。然後,使用濾紙過濾到100ml的燒瓶中。向三角燒瓶內的殘留物中添加10ml水,重複進行3次過濾操作。在水浴槽上使100ml燒杯中的水蒸發後,在105±2℃的恒溫乾燥機中乾燥1小時,在乾燥器中冷卻後,稱量重量。
水溶性鹽的含量B(%)= [殘渣(g)/試樣採集量(g)]×100
4)粒徑描述值C
粒徑(D10、D50、D90)
用粒徑分佈測定裝置(設備名“Microtrac MT-3000”,日機裝(株)制)進行了測定(原理:鐳射衍射散射法)。
以待測定粉末的組的全體體積為100%求取累積曲線時,求出累積曲線為10%、50%、90%的點的粒徑分別作為10%粒徑(D10)、50%粒徑(D50)、90%粒徑(D 90)(μm)。
粒徑描述值C = (D90 - D10)/D50...(1)式,其中,1.0 £ D50 £ 40.0; D10:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的10%累積粒徑(μm); D50:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的50%累積粒徑(μm); D90:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的90%累積粒徑(μm)。
(實施例1)
向5L分液燒瓶中加入250g硬脂酸(中和值203mgKOH/g)、2700g水,升溫至60℃。接著,添加75.4g 48質量%的氫氧化鈉水溶液,在相同溫度(60℃)下攪拌1小時,得到脂肪酸鹼金屬鹽溶液。
然後,在保持為60℃的狀態下,將506.4g以添加適當量硫酸(試劑)而使pH調節為0.63的25%硫酸鐵(III)水溶液[Fe2
(SO4
)3
水溶液]用40分鐘滴加到脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中,使鐵皂漿料的pH為1.4。
滴加完成後,保持在60℃下攪拌10分鐘使其熟化。向所得到的硬脂酸鐵皂的水分散漿料中添加1500g水,冷卻至50℃以下。然後,藉由抽吸過濾裝置進行過濾,用1000g水洗滌兩次,在微米乾燥機(Micron dryer)中對所得到的濾餅進行乾燥及粉碎,得到粉末狀的硬脂酸鐵皂顆粒。
(實施例2)
向5L分液燒瓶中加入250g硬脂酸(中和值203mg KOH/g)、2700g水,升溫至65℃。接著,添加75.4g 48質量%的氫氧化鈉水溶液,在相同溫度(65℃)下攪拌1小時,得到脂肪酸鹼金屬鹽溶液。
然後,在保持為65℃的狀態下,將506.4g以添加適當量硫酸(試劑)而使pH調節為1.7的25%硫酸鐵(III)水溶液[Fe2
(SO4
)3
水溶液]用40分鐘滴加到脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中,使鐵皂漿料的pH為2.0。
滴加完成後,保持在65℃下攪拌10分鐘使其熟化。向所得到的硬脂酸鐵皂的水分散漿料中添加1500g水,冷卻至50℃以下。然後,藉由抽吸過濾裝置進行過濾,用1000g水洗滌兩次,在微米乾燥機中對所得到的濾餅進行乾燥及粉碎,得到粉末狀的硬脂酸鐵皂顆粒。
(實施例3)
向5L分液燒瓶中加入250g棕櫚酸(中和值219mg KOH/g)、2700g水,升溫至65℃。接著,添加81.3g、48質量%的氫氧化鈉水溶液,在相同溫度(65℃)下攪拌1小時,得到脂肪酸鹼金屬鹽溶液。
然後,在保持為65℃的狀態下,將546.3g以添加適當量硫酸(試劑)而使pH調節為2.2的25%硫酸鐵(III)水溶液[Fe2
(SO4
)3
水溶液]用60分鐘滴加到脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中,使鐵皂漿料的pH為2.4。
滴加完成後,保持在65℃下攪拌20分鐘使其熟化。向所得到的棕櫚酸鐵皂的水分散漿料中添加1500g水,冷卻至50℃以下。然後,藉由抽吸過濾裝置進行過濾,用1000g水洗滌兩次,在微米乾燥機中對所得到的濾餅進行乾燥及粉碎,得到粉末狀的棕櫚酸鐵皂顆粒。
(實施例4)
向3L分液燒瓶中加入250g硬脂酸(中和值208mg KOH/g)、2700g水,升溫至65℃。接著,添加77.2g、48質量%的氫氧化鈉水溶液,在相同溫度(65℃)下攪拌1小時,得到脂肪酸鹼金屬鹽溶液。
然後,在保持為65℃的狀態下,將210.4g以添加適當量鹽酸(試劑)而使pH調節為3.6的25%氯化鐵(III)水溶液[FeCl3
水溶液]用40分鐘滴加到脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中,使鐵皂漿料的pH為3.8。
滴加完成後,保持在65℃下攪拌20分鐘使其熟化。向所得到的硬脂酸鐵皂的水分散漿料中添加1500g水,冷卻至50℃以下。然後,藉由抽吸過濾裝置進行過濾,用1000g水洗滌兩次,在微米乾燥機中對所得到的濾餅進行乾燥及粉碎,得到粉末狀的硬脂酸鐵皂顆粒。
(實施例5)
向3L分液燒瓶中加入250g硬脂酸(中和值203mg KOH/g)、2700g水,升溫至70℃。接著,添加75.3g、48質量%的氫氧化鈉水溶液,在相同溫度(70℃)下攪拌1小時,得到脂肪酸鹼金屬鹽溶液。
然後,在保持為70℃的狀態下,將205.4g以添加適當量鹽酸(試劑)而使pH調節為2.5的25%氯化鐵(III)水溶液[FeCl3
水溶液]用60分鐘滴加到脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中,使鐵皂漿料的pH為2.9。
滴加完成後,保持在70℃下攪拌20分鐘使其熟化。向所得到的硬脂酸鐵皂的水分散漿料中添加1500g水,冷卻至50℃以下。然後,藉由抽吸過濾裝置進行過濾,用1000g水洗滌兩次,在微米乾燥機中對所得到的濾餅進行乾燥及粉碎,得到粉末狀的硬脂酸鐵皂顆粒。
(比較例1)
使用了KISHIDA化學(株)製作的硬脂酸鐵(III)試劑。
(比較例2)
向5L分液燒瓶中加入250g硬脂酸(中和值203mg KOH/g)、2700g水,升溫至85℃。接著,添加77.2g、48質量%的氫氧化鈉水溶液,在相同溫度(85℃)下攪拌1小時,得到脂肪酸鹼金屬鹽溶液。
然後,在保持為85℃的狀態下,將506.4g以添加適當量硫酸(試劑)而使pH調節為1.8的25%硫酸鐵(III)水溶液[Fe2
(SO4
)3
水溶液]用40分鐘滴加到脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中,使鐵皂漿料的pH為2.7。
滴加完成後,保持在85℃下攪拌20分鐘使其熟化。向所得到的硬脂酸鐵皂的塊狀物中添加1500g水,冷卻至50℃以下。然後,藉由抽吸過濾裝置進行過濾,用1000g水洗滌兩次,對所得到的塊狀物進行棚板式乾燥,用攪拌機粉碎,得到顆粒狀的硬脂酸鐵皂顆粒。
(比較例3)
向3L分液燒瓶中加入250g硬脂酸(中和值203mg KOH/g)、2700g水,升溫至90℃。接著,添加77.2g、48質量%的氫氧化鈉水溶液,在相同溫度(90℃)下攪拌1小時,得到脂肪酸鹼金屬鹽溶液。
然後,在保持為90℃的狀態下,將506.4g以添加適當量硫酸(試劑)而使pH調節為2.3的25%硫酸鐵(III)水溶液[Fe2
(SO4
)3
水溶液]用40分鐘滴加到脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中,使鐵皂漿料的pH為1.6。
滴加完成後,保持在90℃下攪拌20分鐘使其熟化。向所得到的硬脂酸鐵皂的塊狀物中添加1500g水,冷卻至50℃以下。然後,藉由抽吸過濾裝置進行過濾,用1000g水洗滌兩次,對所得到的塊狀物進行棚板式乾燥,用攪拌機粉碎,得到顆粒狀的硬脂酸鐵皂顆粒。
(比較例4)
向3L分液燒瓶中加入250g硬脂酸(中和值208mg KOH/g)、2700g水,升溫至70℃。接著,添加77.2g、48質量%的氫氧化鈉水溶液,在相同溫度(70℃)下攪拌1小時,得到脂肪酸鹼金屬鹽溶液。
然後,在保持為70℃的狀態下,將506.4g以添加適當量硫酸(試劑)而使pH調節為5.3的25%硫酸鐵(III)水溶液[Fe2
(SO4
)3
水溶液]用40分鐘滴加到脂肪酸鹼金屬鹽水溶液中,使鐵皂漿料的pH為6.4。
滴加完成後,保持在70℃下攪拌20分鐘使其熟化。向所得到的硬脂酸鐵皂的水分散漿料中添加1500g水,冷卻至50℃以下。然後,藉由抽吸過濾裝置進行過濾,用1000g水洗滌兩次,在微米乾燥機中對所得到的濾餅進行乾燥及粉碎,得到粉末狀的硬脂酸鐵皂顆粒。
(比較例5)
按照專利文獻1的實施例1進行硬脂酸鐵的合成。
向2L燒杯中的500g氫氧化鈉(試劑,特級)的水溶液中添加75g硬脂酸(NV = 204;中和值),加熱攪拌至90℃,使硬脂酸皂化,得到透明橡膠狀的硬質酸鈉。
接著,在此反應混合物中緩慢添加222ml、0.4M的氯化鐵(III)水溶液,進行複分解反應。得到懸濁狀態的紅色產物後,過濾去除反應液中所含有的水分,完成了初級合成反應。
然後,將156ml、0.4M的氫氧化鈉水溶液和344ml純化水添加到反應液中,加熱攪拌至90℃,使殘留於產物中的硬脂酸皂化。然後,進一步添加55ml、0.4M的氯化鐵(III)水溶液,生成懸濁狀態的硬脂酸鐵鹽後,添加93.6ml、0.4M的氫氧化鈉水溶液,與殘留的硬脂酸進行皂化反應後,添加33ml、0.4M的氯化鐵(III)水溶液,進行複分解反應。然後,進一步添加50ml、0.4M的氫氧化鈉水溶液,進行皂化反應後,添加18ml、0.4M的氯化鐵(III)水溶液,得到目標產物硬脂酸鐵(III)。然後,藉由抽吸過濾裝置進行過濾,用1000g水洗滌兩次,在微米乾燥機中對所得到的濾餅進行乾燥及粉碎,得到粉末狀的硬脂酸鐵皂顆粒。
[表一]
接著,分別使用3.2g在上述實施例、比較例中評價得到的表一中表示的10種鐵皂(III)顆粒,在180℃的溫度下利用雙軸混煉機(Labo Plastomill)與60.0g不含添加劑的低密度聚乙烯((株)Prime Polymer制,MIRASON 16P)進行5分鐘混煉後,藉由熱壓成形為1mm厚的片材。
(實施例6)
向3.2g實施例1中得到的硬脂酸鐵皂(III)中添加0.32g由複分解法得到的、粒徑描述值C為1.8、聚集度E為12.5%的硬脂酸鈣,使用所得到的組合物,以與上述相同的方式成形為1mm厚的片材。
對所得到的片材進行以下評價。
[白色度和鮮明度的綜合等級]
對於所得到的片材,用日本電色工業(株)製造的顏色測量儀Z-100DP測定白色度(WI)和亮度(L),判定為5個等級。
另外,測定是任意地選擇5處進行。此處,1級為鮮明度和白色度最高的情況,5級為鮮明度和白色度最低的情況。等級判定的結果如下表2所示。
[MFR值]
對於所得到的片材,使用Eye Super SUV-W161型加速老化試驗機(岩崎電氣(株)制)進行照射試驗。紫外線照射強度為150mW/ cm2
、照射60小時。試驗後,對片材進行細切,根據JIS K7210-1995規定的方法,在負荷21.18N、溫度190℃的條件下5次測定其熔體質量流動速率(MFR,單位:g/10分鐘)值。
[表2]
在實施例1~5中,藉由在本發明預定的溫度及pH條件下使脂肪酸鹼金屬鹽水溶液與鐵鹽水溶液反應,得到具有本發明預定的游離脂肪酸的含量A、水溶性鹽的含量B及粒徑描述值C的鐵皂顆粒。此外,將實施例1~5的鐵皂顆粒添加到作為熱塑性樹脂的低密度聚乙烯中後,綜合等級良好,獲得了伴隨著聚乙烯分解加速的流動性提高(MFR值)。
進一步,在實施例6中,藉由與複分解法的硬脂酸鈣組合,鐵皂顆粒的分散性進一步提高,觀察到更高的流動性提高。
另一方面,比較例1的硬脂酸鐵(III)試劑(KISHIDA化學(株)制)由於游離脂肪酸的含量A多,添加到聚乙烯中後綜合等級變差,無法獲得伴隨著聚乙烯分解加速的流動性提高(MFR值)的效果。
比較例2、比較例3的硬脂酸鐵(III)試製品6、7由於是在比晶化開始溫度更高的溫度下進行的複分解反應,所得到的鐵皂在生成漿料時發生聚集、融合,穩定性變差,使未反應脂肪酸進入,游離脂肪酸顯著增加。此外,由於形成顆粒狀的鐵皂,粒徑也變得粗大,分散性顯著惡化,MFR方面也沒有獲得高流動性,數值的分散度也變大。
比較例4的硬脂酸鐵(III)試製品8由於游離脂肪酸的含量A多,添加到聚乙烯中後綜合等級變差,無法獲得伴隨著聚乙烯分解加速的流動性提高(MFR值)效果。
比較例5的硬脂酸鐵(III)試製品9由於水溶性鹽的含量B(%)多,添加到聚乙烯中後綜合等級變差,無法獲得伴隨著聚乙烯分解加速的流動性提高(MFR值)效果。
無
無
Claims (5)
- 一種鐵皂,其游離脂肪酸的含量A(%)為0.01 £ A £ 8.0,水溶性鹽的含量B(%)為0.01 £ B £ 0.5,以下(1)式中表示的粒徑描述值C為0.1 £ C £ 5.0,該鐵皂為碳原子數為12~22的直鏈飽和脂肪酸與鐵的鹽; 其中,粒徑描述值C = (D90 - D10)/D50...(1)式; 其中,1.0 £ D50 £ 40.0, D10:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的10%累積粒徑(μm), D50:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的50%累積粒徑(μm), D90:脂肪酸金屬鹽顆粒基於體積的90%累積粒徑(μm)。
- 一種如申請專利範圍第1項所述之鐵皂的製備方法,其具有以下步驟: 在待製備鐵皂的晶化開始溫度以下的溫度下,使碳原子數為12~22的直鏈飽和脂肪酸鹼金屬鹽水溶液與pH為0.1~5.5的三價鐵鹽水溶液反應,配製鐵皂漿料的步驟; 將所配製的該鐵皂漿料的pH調節為0.1~6.0的步驟。
- 一種熱塑性樹脂組合物,相對於100質量份熱塑性樹脂中含有0.01~10質量份如申請專利範圍第1項所述之鐵皂。
- 如申請專利範圍第3項所述之熱塑性樹脂組合物,其中,相對於100質量份該鐵皂中進一步含有0.1~100質量份脂肪酸鈣皂。
- 如申請專利範圍第4項所述之熱塑性樹脂組合物,其中,該脂肪酸鈣皂中該(1)式的粒徑描述值C為C £ 2.0,以下(2)式所示聚集度E(%)為E £ 20, 聚集度E = [(殘留於篩孔為350μm的篩上的脂肪酸金屬鹽顆粒的質量)/2]×100×(1/1)+[(殘留於篩孔為250μm的篩上的脂肪酸金屬鹽顆粒的質量)/2]×100×(3/5)+[(殘留於篩孔為150μm的篩上的脂肪酸金屬鹽顆粒的質量)/2]×100×(1/5)] ...(2)式。
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