Лимитирующие факторы при получении прооксидантов с использованием смеси жирных кислот, выделенных из соапстока

Соли жирных кислот металлов (кобальта (II), марганца (II), цинка, кальция, бария, циркония, меди (II), кадмия, магния, олова, лития) широко используются в различных отраслях промышленного производства в качестве лубрикантов, микроудобрений, элементов композиционных ПАВ, диспергаторов, антисептиков, ускорителей и катализаторов отверждения модифицированных олигоэфиров (алкидов), ненасыщенных эфирных, эпоксидных, уретановых олигомеров. В качестве исходных компонентов для синтеза солей используются нафтеновые, ненасыщенные жирные кислоты растительных масел, канифоль, жирные кислоты талового масла, синтетические жирные кислоты [1].

Стеараты металлов переменной валентности применяются как эффективные прооксиданты даже в малых количествах. Основные способы синтеза, свойства и области применения многофункциональных и целевых добавок на основе стеаратов металлов переменной валентности представлены в источниках [2-4].

В настоящее время существуют два способа получения карбоксилатов металлов на основе жирных кислот, в частности, стеариновой кислоты.

Основным промышленным способом [5] является двухстадийный способ, основанный на реакции кислоты с получением стеарата калия с последующим его взаимодействием с водными растворами солей металлов.

Разработан способ [6] получения соответствующих карбоксилатов стеариновой кислоты с солями кальция, бария, кадмия и цинка в среде вода- изопропиловый спирт, при их строгом лимитированном соотношении - вода: органический растворитель (80 ÷ 20) : (50 ÷ 50) % (мас.) При температуре 50 ÷ 70 °С выход стеарата кальция или бария достигал 99,6%.

В источнике [7] паказано, что при получении карбоксилатов железа в качестве жирнокислотного компонента используют смеси жирных кислот с кислотным числом 100÷120 мг КОН/г, выделенных из соапстока светлых растительных масел.

Известно [8], что в современных процессах нашли широкое применение ультразвуковых (УЗ) -технологии при диспергировании материалов, получении устойчивых эмульсий, экстрагировании, перемешивании, выщелачивании и многом другом, что возможно реализовать и активно поддерживать в стадии «развитой кавитации». Это обеспечивает максимальное энергетическое воздействие на окружающую жидкость. Создание УЗ-колебаний различной интенсивности для водных сред это 5 ÷ 15 Вт/см2, а в вязких средах возможно более 15 ÷ 50 Вт/см2.

Инновационные технологии [9] с применением УЗ-колебаний высокой мощности затрагивают перспективные направления в различных областях промышленности. Все это обусловлено значительным распространением и расширением областей применения УЗ-технологий в создании новых УЗ- реакторов.

Технологические основы получения и переработки добавок прооксидантов на основе стеаратов железа в высокоскоростном оборудовании с учетом физико-механический показателей представлены в источнике [10].

Цели работы

Повышение эффективности синтеза карбоксилатов металлов переменной валентности для создания многофункциональных добавок с использованием отходов масложировой промышленности.

Изучение влияния температурного фактора и ультразвукового воздействия при синтезе карбоксилатов металлов переменной валентности с использованием смеси жирных кислот, выделенных из соапстока.

Объекты и методы исследования

Качественные и количественные характеристики смеси жирных кислот Евдаков-ского масложирокомбината с использованием, которых были синтезированы карбоксилаты металлов переменной валентности представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Качественные и количественные характеристики смеси жирных кислот Евдаковского масложирокомбината

Table1.

Quality and quantity characteristics of a fatty acids mixture of the Yevdakovo oil- and fat plant

Наименование жирной кислоты	Химическая Формула	Содержание в смеси жирных кислот в,% масс.
Каприловая	С 8 Н 16 О 2	2,41
Каприновая	С 10 Н 20 О 2	0,57
Лауриновая	С 12 Н 24 О 2	3,64
Миристиновая	С 14 Н 28 О 2	6,33
Пентадекановая	С 15 Н 30 О 2	1,88
Пальмитиновая	С 16 Н 32 О 2	5,95
Пальмитинолеиновая	С 16 Н 30 О 2	0,52
Маргариновая	С 17 Н 34 О 2	1,16
Стеариновая	С 18 Н 36 О 2	42,33
Элаидиновая	С 18 Н 34 О 2	1,06
Олеиновая	С 18 Н 34 О 2	15,72
Линолевая	С 18 Н 32 О 2	3,63
Линоленовая	С 18 Н 30 О 2	10,63
Бегеновая	С 22 Н 44 О 2	0,46
Трикозановая	С 23 Н 46 О 2	3,71

Синтез карбоксилатов металлов переменной валентности проводили в ультразвуковом поле высокой энергии при помощи генератора УЗГ13-0,1/22.

Выход целевого продукта определяли по КЧ в соответствии ГОСТа 31933-2012.

Результатыи обсуждение

Синтез прооксиданта проводили взаимодействием карбоксилатов натрия с солями металлов переменной валентности при различной температуре в водно-спиртовом растворе по обменной реакции:

2R-CH 2 C00Na + MeS0 4 ■ nH₂O 40-70 ° C (R-CH₂COO)₂Me + Na₂SO₄ + (n + 2)H₂O

Гетерогенная система представляла собой смесь жирных кислот в водно-спиртовой раствор с использованием пропанола-2. Очевидно, что в случае перехода на промышленное производство регенерации пропанола-2 более экономически выгоден, так как кипение водного азеотропа соответствует 80 °С, кроме того и сам пропанол-2 кипит значительно ниже нормального спирта. В этой связи температурные режимы при синтезе карбоксилатов металлов переменной валентности не превышали 60 °С, а время прохождения суммарной реакции завершалось через 40 ÷ 60 мин.

Увеличение температуры синтеза свыше 60 °С с одновременным ультразвуковом воздействии снижало выход продуктов и влияло на качественный состав карбоксилатов металлов переменной валентности.

Выход прооксиданта в зависимости от продолжительности взаимодействия смеси жирных кислот с со-

Из таблицы 2 видно, что повышение температуры на 10 °С способствует выходу карбоксилатов железа с 69,3 до 72,3% (мас.), что соответствует повышению более 2,0%, т. е. находится в пределах ошибки, что обусловлено высокой вязкостью системы.

Из таблицы 3 видно, что совместное термическое и ультразвуковое воздействие способствуют увеличению показателя выхода карбоксилатов меди, что соответствует его повышению на 8–10% (мас.).

При этом выход карбоксилатов меди достигает более 84% (мас.), т. е. можно утверждать, что активность меди способствует увеличению выхода продукта и увеличению скорости обменной реакции.

Высокую активность при синтезе прооксиданта – карбоксилатов металлов переменной валентности проявляют соединения кобальта, что отражено в таблице 4.

Таблица 2.

лями железа при различной температуре и ультразвуковом воздействии

Table2.

Prooxidant yield depending on the duration of interaction of fatty acids mixture with iron salts at different temperatures and ultrasound exposure

Продолжительность взаимодействия, мин	Выходпрооксиданта,% (мас.)
	С УЗ-воздействием при температуре		Без УЗ-воздействия при температуре
	40о С	50о С	40о С	50о С
3	29,74	33,14	36,46	39,84
6	35,92	36,21	39,34	43,17
10	47,95	44,53	44,22	48,92
20	60,14	59,31	57,24	56,99
30	65,41	65,82	62,26	62,72
40	69,32	72,29	68,42	69,51

Таблица 3.

Выход прооксиданта в зависимости от продолжительности взаимодействия смеси жирных кислот с солями меди при различной температуре и ультразвуковом воздействии

Table3.

Prooxidant yield depending on the duration of interaction of fatty acids mixture with copper salts at different temperatures and ultrasound exposure

Продолжительность взаимодействия, мин	Выходпрооксиданта,% (мас.)
	Без УЗ-воздействия при температуре		С УЗ-воздействием при температуре
	40о С	50о С	40о С	50о С
3	34,33	46,35	43,96	31,74
6	39,79	50,05	54,76	43,65
10	47,89	54,97	60,94	62,74
20	60,97	67,87	69,76	68,51
30	67,53	71,10	74,98	79,21
40	77,82	79,42	81,16	84,39

Таблица 4.

Выход прооксиданта в зависимости от продолжительности взаимодействия смеси жирных кислот с солью кобальта при различной температуре и ультразвуковом воздействии

Table4.

Prooxidant yield depending on the duration of interaction of fatty acids mixture with cobalt salts at different temperatures and ultrasound exposure

Продолжительностьвзаимодействия, мин	Выходпрооксиданта,% (мас.)
	Без УЗ-воздействия при температуре		С УЗ-воздействием при температуре
	40 °С	50 °С	40 °С	50 °С
	Выход,% (мас.)	Выход,% (мас.)	Выход,% (мас.)	Выход,% (мас.)
3	38,76	40,0	40,70	39,30
6	42,19	41,7	44,30	51,42
10	43,27	50,0	51,40	60,03
20	58,41	57,0	54,78	67,51
30	63,21	67,0	67,50	72,03
40	73,49	75,1	77,21	84,4

Процесс образования карбоксилатов металлов при добавлении к раствору мыла в водно-спиртовой среде водно-спиртового раствора соответствующих солей проходил с высокой скоростью для гетерогенной систем, т. е. обменные реакции между солями сильных щелочей и карбоновых кислот протекали за короткий период времени.

Следует отметить, что ультразвуковое воздействие позволяет получать прооксидант необходимой дисперсности, что крайне важно при получении многофункциональных и целевых добавок. Использование ультразвукового поле высокой интенсивности при синтезе карбоксилатов металлов переменной валентности предпочтительно в менее вязкой среде, из-за лучшего распространения УЗ-воздействия.

Заключение

При проведении синтеза карбоксилатов металлов переменной валентности была выявлена