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盡管除了月桂酸鹽和山萮酸鹽之外,金屬硬脂酸鹽是惟一可用的金屬皂類,但通常,金屬硬脂酸鹽和金屬皂類這兩個術(shù)語可以互換使用。
在PE中,最常用的金屬硬脂酸鹽是CaSt和ZnSt,而在PP中,只有CaSt最常用。只有在某些級別的含有有機澄清劑PP中,硬脂酸鈉才被用作除酸劑,但它對于改善產(chǎn)品透明度的作用不大。在聚甲醛中,CaSt可以用作共穩(wěn)定劑,并可以中和甲醛氧化時產(chǎn)生的甲酸。
從分子角度來講,金屬硬脂酸鹽具有一個電荷強烈分離的無機中心,兩條線型烴鏈。當將硬脂酸鹽用作中和劑時,金屬取代基和酸或酸性催化劑殘余物發(fā)生反應。
同時,硬脂酸鹽還具有硬脂酸的脂肪特性,即具有潤滑性和斥水性。因此,硬脂酸鹽可賦予樹脂一定的潤滑性。此外,硬脂酸鹽還可以從聚合物內(nèi)部遷移到表面,使材料易于脫模,從而具有滑爽性。
在擠出和壓延過程中使用硬脂酸鹽利用的就是其潤滑性。在褐色薄膜中,尤其是LL-DPF薄膜,硬脂酸鹽還可以阻止熔體破裂。當硬脂酸鹽被同時用作中和劑和潤滑劑時,所需的添加量比只用作中和劑時多幾倍。但當硬脂酸鹽的添加量過高時,則有可能會在模具、模唇或冷卻輥上結(jié)垢。但這通常不會帶來多大間題,除非表面的清潔度要求極高。
在那些模塑部件采用漆層加以保護的應用領(lǐng)域,例如在汽車制造業(yè)中的應用,必須對金屬硬脂酸鹽的內(nèi)在潤滑性的大小進行嚴格檢測。而且,所用除酸劑的類型和添加量很重要,并且受到客戶要求和流水操作(例如印刷和涂漆)等條件的限制。
除了用作除酸劑和脫模劑之外,硬脂酸醋也可用于顏料、填料和增強劑的分散添加劑。例如,當加入CaSt作為炭黑和碳酸鈣分散添加劑時,PE的混合質(zhì)量可以得到顯著提高。當用于增強聚合物時,金屬硬脂酸鹽也起到潤滑的作用,并且可以使最終部件的表面更加光潔。
通常采用兩種方法制備金屬硬脂酸鹽:其一是沉淀法 如反應式(4.4)和反應式(4.5)所示的兩步反應制備CaSt;另一種則是直接熔融法,如反應式(4. 6) 所示的ZnSt的制備。
在沉淀法中,大量的水(大約是所用硬脂酸鹽量的5~10倍)被用作反應介質(zhì)兼溶劑。硬脂酸和水的比例會對硬脂酸鹽的顆粒尺寸以及顆粒表面積產(chǎn)生影響。稀釋度越高,生成的穎粒越小,其比表面積也就越大。在反應時,首先將水預熱到典型的加工溫度,約在45~80℃之間,該溫度取決于硬脂酸鹽的類型。當沉淀生成之后,必須將體系中的水通過機械或在熱的作用下除去。在干燥前,必須將生成的水溶性無機鹽副產(chǎn)物通過水洗除去。如上所示,硬脂酸鹽的沉淀法是一種能量密集的加工方法。
沉淀硬脂酸鹽的許多化學參數(shù)都可以和熔融級別的相媲美,但其薄片狀的粒子外形和高的比表面積則是沉淀產(chǎn)品的內(nèi)在特性。對于規(guī)則的粉末級硬脂酸鋅,沉淀級的平均表面積約為11. 0m2·g-1,熔融級的則為1. 6m2·g-1,這和加工方法及條件有關(guān)。但這兩種級別的產(chǎn)品,在45μm網(wǎng)篩的通過率都高達99% 。
熔融級別的粉末狀金屬硬脂酸鹽的生產(chǎn)需要采用研磨加工刁‘可以生產(chǎn)出更規(guī)則的粉狀顆粒。這些顆粒傾向于更緊密的堆積,因此和沉淀級的硬脂酸鹽相比,更有利于運輸和傳送。而且熔融級的硬脂酸鹽不存在像沉淀級別在生產(chǎn)中所形成的鹽的殘余物。在沉淀級的硬脂酸鹽中,即使這些水溶性的殘余物被洗出,仍會有約0.2%的氯化物或硫化物殘留在金屬硬脂酸鹽成品中。