金属皂

金属皂是由碱金属以外的金属氧化物或盐类与脂肪酸作用而生成的盐类的通称, 有时还包括环烷酸和树脂酸或合成酸的金属盐类。金属皂是一类很重要的工业原料, 可用作热稳定剂、润滑剂、脱模剂、干燥剂、防腐剂、研磨剂、沉淀剂、防水剂、柔软剂、增稠剂、阻燃剂、消泡剂…… , 广泛地应用于塑料、涂料、纺织、建筑、日用化学、橡胶、食品、石油、金属加工等行业。

金属皂是由碱金属以外的金属氧化物或盐类与脂肪酸(如硬脂酸)作用而生成的盐类，也称为金属脂肪酸盐。这类化合物具有较强的表面活性、润滑性和稳定性，是塑料加工中常用的添加剂之一。

金属皂在塑料行业的主要工作原理

1、热稳定剂：

原理：金属皂能够捕捉塑料加工和使用过程中产生的自由基，从而防止塑料分子链的断裂和降解，提高塑料的热稳定性。

应用：常用于PVC等热敏性塑料的加工中，延长塑料的使用寿命。

2、润滑剂：

原理：金属皂能够在塑料熔体表面形成一层润滑膜，减少塑料与加工设备之间的摩擦，降低能耗，提高生产效率。

应用：广泛应用于注塑、挤出等塑料加工过程中。

3、脱模剂：

原理：金属皂能够降低塑料与模具之间的粘附力，使塑件更容易从模具中脱出，减少模具磨损和塑件缺陷。

应用：在注塑成型等工艺中尤为重要。

4、增塑剂协同作用：

原理：金属皂可以与增塑剂共同作用，改善塑料的柔韧性、加工性和耐候性。

应用：在软质PVC等塑料的加工中，金属皂常与增塑剂配合使用。

5、催化作用：

原理：部分金属皂(如环烷酸钴、锰等)在塑料加工过程中可作为催化剂，促进交联、固化等化学反应的进行。

应用：在热固性塑料的加工中，如酚醛树脂、环氧树脂等，金属皂的催化作用尤为重要。

6、其他功能：

金属皂还可作为颜料分散剂、防霉剂、阻燃剂等，在塑料加工中发挥多种作用。

一、金属皂的特点

1、多样性：

金属皂由多种金属(如钙、镁、锌、铅、铝、锰、铁、钴、镍、钼、钡、镉等)与脂肪酸(如硬脂酸)反应而成，种类繁多，性能各异。

2、稳定性：

金属皂作为热稳定剂，能够有效防止塑料在热和机械剪切等作用下引起的降解，提高塑料的热稳定性和使用寿命。

3、润滑性：

金属皂在塑料加工过程中能够形成润滑膜，减少塑料与加工设备之间的摩擦，降低能耗，提高生产效率。

4、功能性：

除了热稳定剂和润滑剂外，金属皂还具有脱模、增塑、催化等多种功能，能够满足塑料加工过程中的多种需求。

5、不溶性：

金属皂一般不溶于水，多数不溶于乙醇，但有些能溶于松节油或溶剂汽油，有些能分散在其他有机溶剂或干性油中，这有助于其在塑料加工过程中的稳定性和均匀性。

二、金属皂的用途

1、热稳定剂：

金属皂是塑料加工中常用的热稳定剂，能够防止塑料在加工和使用过程中因热降解而失去性能。特别适用于PVC等热敏性塑料的加工中。

2、润滑剂：

金属皂在塑料加工过程中起到润滑作用，减少塑料与加工设备之间的摩擦，降低能耗，提高生产效率。同时，还能改善塑料的流动性和加工性能。

3、脱模剂：

金属皂可用作脱模剂，降低塑料与模具之间的粘附力，使塑件更容易从模具中脱出，减少模具磨损和塑件缺陷。

4、增塑剂协同作用：

金属皂与增塑剂共同作用，能够改善塑料的柔韧性、加工性和耐候性。特别是在软质PVC等塑料的加工中，金属皂的加入能够提高塑料的综合性能。

5、催化作用：

部分金属皂(如环烷酸钴、锰等)在塑料加工过程中可作为催化剂，促进交联、固化等化学反应的进行。这对于热固性塑料的加工尤为重要。

6、其他用途：

金属皂还可用于配制润滑脂、防水剂、防腐剂、化妆品和药物等产品。在纺织、建筑、日用化学等领域也有广泛应用。

三、应用实例

1、PVC加工：在PVC的加工过程中，金属皂作为热稳定剂和润滑剂，能够显著提高PVC的热稳定性和加工性能，延长PVC制品的使用寿命。

2、涂料工业：金属皂在涂料工业中主要用作油基涂料、酚醛涂料和醇酸涂料的催干剂，能够加速涂料的干燥过程，提高涂料的硬度和光泽度。

3、橡胶工业：金属皂在橡胶工业中可用作硫化活性剂、软化剂和分散剂等，改善橡胶的加工性能和物理机械性能。

一、储存环境要求

1、温度控制：

金属皂应存放在温度适中的环境中，避免极端高温或低温。高温可能导致金属皂软化、熔化或加速氧化，而低温则可能影响其流动性和分散性。

具体温度范围应根据金属皂的种类和特性来确定，但一般来说，室温(约20°C至25°C)是较为理想的储存温度。

2、湿度控制：

金属皂应存放在干燥的环境中，避免受潮。湿度过高可能导致金属皂吸湿结块，影响其使用效果。

储存区域应具备良好的通风条件，以降低湿度并防止霉菌生长。

3、光照控制：

金属皂应避免阳光直射和强烈光线照射。光照可能引发金属皂的光化学反应，导致其性能下降或变质。

二、包装与密封

1、包装材料：

金属皂应采用密封性良好的包装材料进行包装，如铝箔袋、聚乙烯袋或玻璃瓶等。这些包装材料能够有效隔绝空气和水分，保持金属皂的干燥和稳定。

2、密封性：

包装应密封严密，防止空气和水分进入。对于已经开封的金属皂，应及时重新密封保存，以减少其与外界环境的接触。

三、储存注意事项

1、分类储存：

不同种类和规格的金属皂应分类储存，避免混淆和交叉污染。

2、定期检查：

定期对储存的金属皂进行检查，确保其包装完好、无泄漏和变质现象。如发现问题应及时处理。

3、远离火源和热源：

金属皂属于易燃物质，储存时应远离火源和热源，以防发生火灾或爆炸事故。

4、避免与金属接触：

某些金属(如铁、铜等)可能对金属皂产生催化作用，加速其氧化或分解。因此，在储存过程中应避免金属皂与这些金属直接接触。

四、特殊储存要求

对于某些特殊类型的金属皂(如含有易挥发成分的金属皂)，可能需要采取更严格的储存措施，如低温储存、充氮保护等，以确保其性能的稳定性和安全性。

金属皂主要生产工艺

1、沉淀法

原理：以钠皂水溶液与金属盐反应生成金属皂沉淀来制取产品。

步骤：首先制备钠皂水溶液，然后将其与金属盐溶液混合，通过复分解反应生成金属皂沉淀。沉淀经过过滤、洗涤、干燥等步骤后得到成品。

特点：工艺简单，适合大规模生产;但产品纯度可能受到原料纯度和反应条件的影响。

2、熔化法

原理：金属氧化物、氢氧化物或碳酸盐等在高温下与脂肪酸反应，生成金属皂。

步骤：将金属氧化物、氢氧化物或碳酸盐与脂肪酸混合均匀，然后在150～200℃的高温下加热熔融，反应生成金属皂。熔融物经过冷却、固化、粉碎等步骤后得到成品。

特点：反应速度快，产品纯度高;但能耗较高，且对设备要求较高。

3、脂肪酸直接反应法

原理：脂肪酸、金属粉末及催化剂在不锈钢封闭容器中进行反应，生成脂肪酸金属皂，并放出氢气。

步骤：将脂肪酸、金属粉末和催化剂混合均匀，置于不锈钢封闭容器中，在高温和搅拌条件下进行反应。反应结束后，放出氢气，并经过过滤、洗涤、干燥等步骤得到成品。

特点：反应过程可控，产品性能稳定;但反应速度较慢，且需要封闭式不锈钢反应器，催化剂价格昂贵，工业上一般不采用。

特殊形式金属皂的制备

1、颗粒状金属皂

制备方法：将粉状金属皂与石油系油类、增塑剂、润滑剂、表面活性剂等混合均匀，升温至一定温度(如100℃)，高速搅拌一定时间(如3～10分钟)，使金属皂颗粒化。

特点：便于运输、操作和使用;同时减少了粉状产品带来的缺点(如易飞扬、吸湿等)。

2、金属皂水分散体

制备方法：由于金属皂大多为硬脂酸金属盐且为固体粉状且不溶于水，因此一般将这类固体金属皂用水和表面活性剂进行乳化处理得到水分散体。

特点：适用于需要液态产品的场合(如建筑材料、纸张、木材等防水剂);使用方便且效果良好。

一、金属皂的选用与储存

1、选用原则

根据塑料产品的具体需求和金属皂的性能特点进行选择。不同种类的金属皂在稳定性、润滑性、干燥性等方面存在差异，需根据实际需求进行匹配。

选择质量可靠、纯度高的金属皂产品，以确保其在使用过程中不会引入杂质或影响产品质量。

2、储存环境

储存环境应干燥、通风、避光，以防止金属皂受潮、氧化或变质。

温度应控制在适宜范围内，避免极端高温或低温对金属皂造成影响。

储存区域应远离火源和热源，以防止火灾或爆炸事故的发生。

3、包装与密封

金属皂应采用密封性良好的包装材料进行包装，以防止空气和水分进入。

包装材料应具有化学稳定性，不会与金属皂发生反应。

已开封的金属皂应及时重新密封保存，以减少其与外界环境的接触。

二、金属皂的使用注意事项

1、配比与用量

在使用金属皂时，应严格按照配方要求进行配比和用量控制。过量使用可能会导致塑料产品性能下降或成本增加。

不同种类的金属皂在配比时可能存在相互作用，需进行充分的试验和验证以确保配方的稳定性和有效性。

2、混合与分散

金属皂在塑料中的分散性对其性能有重要影响。在使用前应充分混合均匀，以确保其在塑料中均匀分布。

对于难以分散的金属皂，可采用适当的分散剂或分散工艺进行处理。

3、加工温度

金属皂在高温下可能会分解或挥发，因此在使用过程中应控制加工温度以避免其性能下降。

不同种类的金属皂对温度的敏感性不同，需根据具体情况进行温度控制。

4、与其他添加剂的兼容性

金属皂在使用过程中可能需要与其他添加剂(如增塑剂、稳定剂等)共同使用。在使用前应了解这些添加剂之间的兼容性，并进行充分的试验和验证以确保其不会相互干扰或影响产品质量。

三、安全与健康注意事项

1、防护措施

在使用金属皂时，应穿戴适当的个人防护装备(如防护眼镜、防护服、手套等)以防止其接触皮肤和眼睛。

如不慎接触皮肤或眼睛，应立即用大量清水冲洗并就医。

2、毒性与危害

部分金属皂可能具有毒性或刺激性，应避免长时间吸入其粉尘或蒸汽。

储存和使用过程中应注意通风换气，以降低空气中金属皂的浓度。

3、环保要求

在处理废弃的金属皂和含有金属皂的塑料产品时，应遵守当地的环保法规和要求。

尽可能采用环保的生产工艺和材料，减少对环境的影响。

一、常见故障

1、分散不均

现象：金属皂在塑料中分散不均匀，形成团聚体或斑点。

原因：可能是由于混合不充分、金属皂与塑料相容性差或加工温度不当等原因导致。

2、性能下降

现象：金属皂在使用过程中性能下降，如润滑性、干燥性等减弱。

原因：可能是由于金属皂质量问题、储存条件不当或与其他添加剂发生不良反应等原因导致。

3、变色或污染

现象：塑料产品出现变色或污染现象。

原因：可能是由于金属皂中的杂质、分解产物或与其他添加剂的相互作用导致。

4、影响加工性能

现象：金属皂的使用导致塑料加工性能下降，如流动性变差、熔体粘度增加等。

原因：可能是由于金属皂用量不当、加工温度控制不准确或与其他添加剂的配比不合理等原因导致。

二、排除方法

1、分散不均的排除

改进混合工艺：确保混合设备充分运行，增加混合时间和强度，使金属皂在塑料中均匀分散。

调整配方：选择相容性更好的金属皂或添加分散剂，以提高金属皂在塑料中的分散性。

控制加工温度：根据金属皂和塑料的特性，调整加工温度，使金属皂能够充分溶解并均匀分散在塑料中。

2、性能下降的排除

检查金属皂质量：确保采购的金属皂质量可靠，纯度高，无杂质。

改善储存条件：按照金属皂的储存要求，存放在干燥、通风、避光的环境中，避免受潮、氧化或变质。

优化配方：避免金属皂与其他添加剂发生不良反应，通过试验和验证确定最佳的配方组合。

3、变色或污染的排除

净化原料：确保塑料原料的纯净度，避免引入杂质。

检查金属皂：分析金属皂中的杂质和分解产物，选择质量更好的金属皂产品。

控制加工过程：避免加工过程中产生的高温、高压等条件导致金属皂分解或与其他添加剂发生反应。

4、影响加工性能的排除

调整用量：根据塑料产品的需求和金属皂的性能特点，合理控制金属皂的用量。

优化加工参数：调整加工温度、压力、速度等参数，使塑料加工过程更加稳定。

改进配方：通过试验和验证，调整金属皂与其他添加剂的配比，以改善塑料的加工性能。