4.4.3 Синтез кальциевой соли стеариновой кислоты в смеси вода-тетрагидрофуран

Была проведена серия опытов по получению КССК в одну стадию по реакции взаимодействия стеариновой кислоты с гидроксидом кальция в среде ПР.

Исследования по получению КССК проводили при различном массовом содержании ТГФ в смеси с водой. Контроль процесса осуществляли по изменению кислотного числа реакционной массы. Характер изменения кислотного числа при 50 – 55 ºС представлен на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Изменение кислотного числа от времени реакции в зависимости от содержания ТГФ в дисперсионной среде (% мас.): 1 – 20; 2 - 40; 3 – 50; 4 – 60; 5 – 80

Из кинетических кривых видно, что реакции при содержании ТГФ в дисперсионной среде от 40 до 60 % масс. протекают практически одинаково в течение 140 – 150 мин. При содержании ТГФ до 40 % мас. и выше 60 % мас. реакции шли в течение 160 – 180 мин.

Характер изменения кислотного числа при 20 - 25 ºС представлен на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Изменение кислотного числа от времени при содержании ТГФ 60 % мас. в дисперсионной среде

Из кинетической кривой видно, что реакция при 20 – 25 ^°С шла в течение 220 мин. Кроме того, получался продукт в виде крупных гранул с диаметром частиц 1260 – 1412 нм. Однако, при проведении реакции выше 60 ^°С скорость взаимодействия увеличивалась, но получался продукт в виде комков.

При 50 – 55 ºС и 20 – 25 ºС получали порошки белого цвета с кислотным числом 0,3 – 0,6 мг КОН/г и содержанием летучих веществ не более 2,9 %.

Было замечено, что не зависимо от содержания ТГФ в дисперсионной среде стеариновая кислота полностью растворялась, что позволило снизить энергетическую составляющую работы за счет уменьшения времени и температуры растворения последней. Растворение стеариновой кислоты происходило в течение 2 - 5 минут при 20 - 30 ^○С.

В ходе исследования готовых продуктов было выявлено, что при различных соотношениях растворителей получался продукт различной дисперсности. Размеры частиц КССК определяли с помощью сканирующего зондового микроскопа MultiMode V. В таблице 4.2 представлены размеры частиц КССК при различном соотношении ПР.

Таблица 4.2 – Дисперсность КССК

Соотношение вода-ТГФ, %мас.	Температура синтеза, ○С	Средний размер частиц пробы 1, нм	Средний размер частиц пробы 2, нм
80:20	50 - 55	549	824
60:40	50 - 55	263	353
50:50	50 - 55	237	196
40:60	50 - 55	62	167
20:80	50 - 55	359	667
40:60	20 - 25	1260	1412

Из таблицы видно, что размеры частиц зависят от соотношения растворителей в дисперсионной среде и температуры синтеза.

Уникальностью синтеза явилось то, что при соотношении растворителей вода:ТГФ = 40:60 % мас. получался продукт в виде мелкодисперсного порошка с наноразмерными частицами.

4.4.4 Физико-химические свойства наноразмерной кальциевой соли стеариновой кислоты

В результате кинетических исследований были выявлены оптимальные условия синтеза КССК высокой дисперсности: температура 50 – 55 °С, соотношение вода – ТГФ = 40 - 60 % мас. и изучены ее свойства.

В таблице 4.3 приведено сравнение показателей качества наноразмерной КССК с промышленной по ТУ 6-09-17-317.

Таблица 4.3 - Физико-химические свойства КССК

Наименование показателя	Опытная КССК	КССК по ТУ 6-09-17-317
Внешний вид	Порошок белого цвета	Порошок белого цвета
Кислотное число, мг КОН/г	0,34	0,5
Массовая доля влаги и летучих веществ, %	2,9	3
Диаметр частиц, нм	56 - 178	2000 - 4000
Температура плавления, °С	122	130 - 150
Насыпная плотность, г/см3	0,2844	-

Анализируя данные в таблице можно сделать вывод о том, что продукт взаимодействия стеариновой кислоты с гидроксидом кальция имеет иные свойства по сравнению с веществом в макросостоянии.

Образец наностеарата кальция, полученный при найденных условиях синтеза прошли успешные лабораторные испытания в НТЦ ЗАО «Каустик» в качестве термостабилизаторов в рецептурах поливинилхлоридных композиций и НТЦ ОАО «Нижнекамскнефтехим» в качестве антиагломератора на заводе получения бутилкаучука. Испытания показали, что термостабилизирующее и антиагломерирующее действие опытных образцов не уступает действию промышленных стеаратов.