Производство и применение стеаратов цинка

Стеарат цинка или цинковое мыло, представляет собой цинковую соль стеариновой кислоты с химической формулой (C₁₇H₃₅COO)₂Zn. Существует в виде белого мелкодисперсного порошка, обладает характерным запахом. Вещество нерастворимо в полярных органических жидкостях, таких как спирт и эфир, но растворимо в ароматических углеводородах (например, в бензоле) при нагревании. Основные области использования: пластмассовая и резиновая промышленности в качестве смазочного и диспергирующего агента. Соединение также выступает в роли «активатора» для ускорения вулканизации каучука. Выпускается в различных формах:

гранулы
порошок
хлопья

Наиболее используемой является порошкообразная форма.

цинк.png

Структурная формула

Производство

Существует два способа получения стеарата цинка:

взаимодействие стеариновой кислоты с оксидом Zn
обменное разложение стеарата натрия с хлоридом Zn

Впервые цинковое мыло по первому способу было получено в 1934 г. при взаимодействии раствора стеариновой кислоты с избытком оксида Zn:

2C₁₇H₃₅COOH	+ ZnO	→ (C₁₇H₃₅COO)₂Zn	+ H₂O
Стеариновая кислота	Оксид цинка	Стеарат цинка	Вода

В том же году вещество было получено в виде тонкодисперсного порошка тем же способом, но с использованием растворителя (бутанола, толуола, бутилацетата).

Для увеличения выхода продукта реакция обычно проводится при температуре 120-150°С без растворителя. В расплав стеариновой кислоты при 85-100°С и перемешивании вводят стехиометрическое количество оксида цинка, нагревают до 120-150 °С и выдерживают до прекращения выделения воды.

Чтобы получить высокодисперсный стеарат цинка, применяют оксид Zn, диспергированный в расплавленном стеарате цинка. Смесь оксида и стеарата перемешивают при 120°С до получения взвеси и постепенно добавляют расплавленный стеарин при 125-130°С. Реакция длится 30 мин. Полученный прозрачный расплав распыляют при охлаждении до получения тонкого порошка, а часть образующегося стеарата цинка возвращают в цикл.

По второму способу цинковую соль стеариновой кислоты в промышленности получают реакцией обменного разложения стеарата натрия с хлоридом Zn:

2С₁₇H₃₅COONa	+ ZnCl₂	→ (C₁₇H₃₅COO)₂Zn	+ 2NaCl
Стеарат натрия	Хлорид цинка	Стеарат цинка	Хлорид натрия

Чтобы получить водную дисперсию стеарата цинка, смешивают раствор хлорида цинка с избытком стеарата натрия.

Вместо хлорида, можно применять другие соли (например, сульфат). К раствору ZnSO₄*H₂O добавляют NaOH и стеариновую кислоту, расплавленную при 65-70°С, затем подают воду для исключения эмульгирования, раствор Zn(OH)₂ и отфильтровывают образовавшийся цинковый стеарат.

Безопасность

Соединение пожароопасно в условиях сушки, цинковый стеарат в смеси с пылью взрывоопасен. Стеарат цинка мало токсичен, разрешён для стабилизации изделий из поливинилхлорида, контактирующих с пищевыми продуктами, не содержащими жиров, и для ПВХ-труб в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения с ограничением дозировок.

Свойства и применение

Физические характеристики:

Температура плавления	120-130°С
Плотность	1.1 г/см³
Молекулярная масса	632,33
Температура вспышки	277°С
Температура самовоспламенения	420°С

Основные химические характеристики:

Стабилен в условиях высоких температур
Водостойкий

Стеарат цинка — белый аморфный порошок, плавится при температуре 120-130 °С. Не растворяется в воде. Растворяется в следующих жидкостях:

бензол
метанол
этанол
толуол
эфиры
четырёххлористый углерод
кетоны

Имеет сверхтонкую структуру и хорошо совместим с дистрибутивами. Обладает также термостойкостью, устойчивостью к пожелтению, быстро высыхает и хорошо подвергается шлифовке.

Основные области использования стеарата цинка:

Вулканизация резины
Получение полимеров и пластмассы
Фармацевтическая промышленность
Изготовление косметических средств
Металлургия
Лакокрасочная промышленность
Получение бетонов
Смазочные материалы для экструдеров

Области применения

Среди всех металлических мыл стеарат цинка является самым эффективным средством для удаления плесени. Не содержит солей электролитов и обладает гидрофобным эффектом. Используется в качестве вторичного стабилизатора для ПВХ и полимерной технологической добавки для эксплуатации полимера при высоких температурах. Он используется в качестве поглотителя кислоты при переработке полимеров:

полиэтилена
полиуретанов
полистирола

Расплав цинкового мыла имеет более низкую вязкость по сравнению с остальными стеаратами. Он быстро растекается по металлической поверхности и обеспечивает эффективное отделение от них изготавливаемых изделий, поэтому вещество используется в качестве антиадгезива для производства многих видов изделий:

резины
полиуретана
систем обработки полиэстера
в порошковой металлургии

В лакокрасочной промышленности тонкодисперсный цинковый стеарат используется для получения суспензии пигмента и для повышения стабильности дисперсий красок. В лаках он используется в качестве шлифовального средства, которое делает деревянные поверхности гладкими.

Строительная промышленность использует цинковое мыло в качестве гидрофобизатора для штукатурок.

В косметике он используется как смазка и загуститель для улучшения текстуры.

Будучи липофильным, он действует как межфазный катализатор омыления жиров.

Соединение для стабилизации ПВХ в чистом виде применяется редко, так как индивидуально обладает низкой эффективностью, но вещество находит широкое применение в комбинации с

карбоксилатами кальция
карбоксилатами магния
эпоксидированным соевым маслом

При получении синтетических каучуков может применяться также как антиагломератор (предотвращает слипание частиц) в процессе водной дегазации.

В производстве полимеров

Цинковая соль стеариновой кислоты используется в полимерной промышленности в качестве термостабилизатора и смазки. Так, стабилизаторы ПВХ контролируют термическое разложение соединений поливинилхлорида (ПВХ), который в дальнейшем применяют для упаковки пищевых и фармацевтических продуктов. Также вещество применяется при изготовлении кристаллического полистирола или других прозрачных полимеров и в качестве разделительного агента в полиуретане.

Смазочные материалы для экструдеров

Для повышения производительности процесса при экструзионном производстве и ламинировании пластмасс и металлов добавляют стеарат цинка 0.3-1.0% от общего количества смеси. Он действует как твердая добавка, а также как смазка. Соединение остается стабильным при высоких температурах и придаёт продукту однородность и позволяет экономить потребление энергии и сырья при в промышленном синтезе.

Получение резины

Стеарат цинка действует как антиадгезионное средство и особенно полезен для уменьшения адгезии. Он также может работать как антиадгезив для пресс-форм, присыпка для резины и смазка, которая предотвращает прилипание резины к пресс-форме.

Цинковый стеарат является «активатором» вулканизации, так как Zn благотворно влияет на реакцию серы с полиолефином.

Стеарат цинка облегчает диспергирование, поскольку он хорошо растворяется в неполярной части полиолефинов.

Он действует как антацид с полиолефинами, тем самым способствуя стабильности цвета и предотвращая коррозию.

Фармацевтическая промышленность

Цинковая соль стеариновой кислоты, при соответствии с ГОСТом, применяется в фармацевтической промышленности в процессах изготовления таблеток и капсул в качестве смазки. Иногда он может входить в состав:

вяжущих растворов
мягких антисептиков
стоматологического цемента

Получение бетона

Эффективным является использование стеарата цинка в строительной отрасли, так как он действует как гидроизоляционный агент для улучшения гидрофобности бетона и цемента.

Обработка металлов

Цинковое мыло является отличным смазочным материалом. Это качественная смазочная добавка для обработки

металлов
проволоки
нержавеющей стали
алюминия и его сплавов

На этапе прессования смазочные материалы улучшают характеристики текучести и сжимаемости, в то время как связующие имеют противоположный эффект. Различное количество добавки влияет на пористость и конечные свойства материала.

Преимущество этого соединения перед другими смазками состоит в том, что оно обеспечивает сплав с Zn, что полезно в некоторых процессах.

Косметическая промышленность

Стеарат цинка можно использовать в качестве адгезивного агента для создания герметиков и противоскользящих клеев, для изготовления косметических средств. Он используется в качестве смазки, а также в качестве загустителя и для скрепления жидкой и маслянистой частей косметического средства, улучшает окончательный вид продукта. Он не затвердевает, очень хорошо течет и придает смеси ощущение шелковистости. Обычно стеарат цинка входит в состав:

теней для век
туши для ресниц
помад
пудры

Также он может выступать в качестве косметического красителя.

ЛКМ

Цинковая соль стеариновой кислоты — один из самых распространённых материалов для покрытий, обладающий множеством полезных функций. В чистом виде он прозрачен, из-за чего используется при получении лакокрасочных материалов. В получении красок и лаков соединение используется в качестве матирующего и шлифующего агента, делая покрытия гладкими и приятными на ощупь, а также для предотвращения размягчения пленки, вызванного повышением температуры во время механической полировки. В качестве шлифовального агента это вещество улучшает способность к формованию покрытий из дерева. При изготовлении напольных и настенных покрытий в сочетании с другими добавками цинковое мыло используется в качестве клея. Хорошо диспергирует пигмент, действует как герметик для дефектов поверхности и как загуститель. Защищает краску от влаги благодаря своей гидроизоляционной способности.

Другие области использования

Соединение также можно использовать в качестве пищевой добавки в виде очень небольшого процентного содержания (менее 1%).

Также цинковый стеарат иногда используется в качестве пеногасителя, абразивного материала, как гидроизоляционный агент для

бумаги
ткани
бетона
асбеста

Возврат к списку