一文帶您讀懂硬脂酸鹽
硬脂酸金屬鹽是用在很多制品中的一類具有多種功能的添加劑，可以為聚合物產品帶來許多的益處。我們可以將這些益處主要分為三個方面：
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聚烯烴中的酸中和劑 對聚烯烴顏色的穩定及防腐蝕有直接的貢獻；
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潤滑作用/加工助劑 提高了聚烯烴、聚酰胺、苯乙烯類及橡膠在擠出成型（薄膜、纖維、仿形等）和壓制成型時的可加工性；
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脫模性 對于熱塑性塑料, 橡膠以及熱固性制品，如聚氨酯泡沫及不飽和聚酯。
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一、 硬脂酸鹽的簡介
在分子水平上， 硬脂酸金屬鹽有一個電荷高度分散的無機核，和兩條線性的烴鏈。
圖 1分子水平上的硬脂酸金屬鹽
硬脂酸鹽組分不同，作用不同。當硬脂酸金屬鹽用作中和劑時，它的金屬組分貢獻于與酸及殘余酸性催化劑的反應；硬脂酸固有的脂肪特性, 包括潤滑性及斥水性，在硬脂酸金屬鹽也都保留了下來。因此，硬脂酸鹽擁有金屬與硬脂酸的綜合性能。
表 1硬脂酸鹽不同部位的作用
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硬脂酸鹽的部分 |
益處 |
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(金屬部分) 無機的中心 與酸具有反應性 |
穩定效果 熔點 毒性低 溶解度高 熔融粘度 組分的穩定性 (Ca/Zn) |
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(脂肪烴部分) 根據金屬離子的不同 ，有 1-3 烴鏈 |
潤滑性 脫模性 滑動性能 斥水性 熱穩定性 良好的有機性能 |
二、 常見的硬脂酸鹽
1. 硬脂酸鈣
硬脂酸鈣：125℃左右出現軟化，145℃左右開始融化直至完全 變成流體。硬脂酸鈣,被公認具有生理安全性, 硬脂酸鈣不溶于大多數的溶劑。在加熱時，它們會微溶于芳香化合物，氯代烴或者植物油、礦物油或石蠟中。作聚氯乙烯的熱穩定劑和多種塑料加工的潤滑劑，脫模劑等。在硬質制品中，與鹽基性鉛鹽、鉛皂配合可提高凝膠化速度。
2. 硬脂酸鋅
熔點120℃左右，融程較小，融化后為粘度小的液體，狀態分為白色渾濁液體和清澈透明液體。 產品分類可分為固性硬脂酸鋅和水性硬脂酸鋅。它們主要的應用領域時塑料和橡膠工業，由于具有很好的相容性而被用作脫模劑和潤滑劑
3. 硬脂酸鎂
90℃左右開始軟化，在95℃~97℃開始融化至105℃ 左右完全融化。主要用作潤滑劑、抗粘劑、助流劑。特別適宜油類、浸膏類藥物的制粒，制成的顆粒具有很好的流動性和可壓性。在直接壓片中用作助流劑。還可作為助濾劑、澄清劑和滴泡劑，以及液體制劑的助懸劑、增稠劑。
三、 硬脂酸的合成工藝
1. 鹽與鹽的反應(復分解法）
圖 2 鹽與鹽的反應
脂肪酸首先在水中以超過它熔點的溫度被加熱，其中水的用量在脂肪酸用量的20倍以上；然后與等摩爾的強堿溶液發生皂化反應(如氫氧化鈉溶液, 氫氧化鉀溶液，氨水等)。生成的堿性皂溶解在水中。
隨后,所要制取的不溶于水的金屬皂化物是通過加入一種金屬鹽溶液(例如，氯化鈣溶液，硫酸鋁溶液)而制得的。反應遵循下面的方程式。
2. 酸與堿或酸與氧化物的反應(直接法)
圖 3酸與堿與氧化物的反應
與堿反應
與金屬氧化物反應
硬脂酸與金屬氧化物，金屬氫氧化物或者炭酸鹽的反應是在大量的水中進行，反應溫度逐步升高。 因此，反應不會有副產物。
四、 硬質酸鹽的應用
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聚烯烴中的酸中和劑 對聚烯烴顏色的穩定及防腐蝕有直接的貢獻；
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潤滑作用/加工助劑 提高了聚烯烴、聚酰胺、苯乙烯類及橡膠在擠出成型（薄膜、纖維、仿形等）和壓制成型時的可加工性；
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脫模性 對于熱塑性塑料, 橡膠以及熱固性制品，如聚氨酯泡沫及不飽和聚酯。
圖 4硬脂酸的作用
1. 聚烯烴中的酸中和劑
通常來說, 酸捕捉劑是可溶解的或易分散的堿類化合物，它們要能夠和酸催化劑殘余物發生反應。有機材料如硬脂酸金屬鹽則能滿足這些要求，通常它們被加入到聚烯烴中來中和由 Ziegler-Natta 催化劑帶來的酸催化劑殘留物。在聚乙烯（PE）中, 使用最廣的硬脂酸金屬鹽是硬脂酸鈣(CaSt)和硬脂酸鋅, 而在聚丙烯（PP）中, 硬脂酸鈣則是使用最廣的。
圖 5硬脂酸鈣作為酸捕捉劑
在聚烯烴中加入硬脂酸金屬鹽后，經過幾次復合擠出后顏色的保持能力得到了很大的提高;加入的是硬脂酸鹽時，體系獲得了優異的顏色保持能力。
圖 6硬脂酸金屬鹽對 HDPE 顏色穩定性的影響
2. 潤滑/加工助劑
在復合擠出中加入硬脂酸金屬鹽對熔體穩定性會有所改善。體積熔融指數的相對下降可以歸因于大分子自由基的重組，大分子自由基的重組導致了支鏈和凝膠的形成。
圖 7復合擠出過程中加了硬脂酸金屬鹽后 HDPE 的熔融指數
如：硬脂酸鹽的潤滑作用在擠出以及壓延成型中發揮著重要的作用。在吹塑薄膜，尤其是在 LLDPE 薄膜中，潤滑作用能夠阻止熔體破裂。
圖 8硬脂酸金屬鹽的潤滑作用模腔熔體流動剖面圖
3. 脫模劑
在熱塑性塑料, 橡膠以及熱固性制品，如聚氨酯泡沫及不飽和聚酯中加入硬脂酸鹽能有效的增加制品的脫模性。
如: 聚氨酯反應注射模塑工藝（RIM）中使用硬脂酸鹽作為脫模劑，用作內用脫模劑，在RIM 工藝中大大提高了工藝的經濟性。
反應機理：從力學角度分析,當兩組分混合并注射到模腔中以后,硬脂酸鹽將會沉淀成一種膠狀物，并隨著固化的進行而遷移到部件的表面，從而在模腔界面處形成了一層高脫模性的薄膜。
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