一種具有長碳鏈二元酸復酯型結(jié)構(gòu)的潤滑油基礎(chǔ)油及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具長碳鏈二元酸復酯結(jié)構(gòu)的潤滑油基礎(chǔ)油及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]酯類基礎(chǔ)油作為一種性能優(yōu)良的合成油，以其低傾點、高閃點、高粘度指數(shù)、極好的生物降解性，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、車輛、重型機械、壓縮機、極地條件等各個領(lǐng)域。與其他合成油相比，酯類油因其分子結(jié)構(gòu)易于把握，可以比較容易地進行分子改造，通過增減其分子量和支鏈數(shù)，衍生出大量用途各異的新品種。
[0003]目前，大功率、高性能、特殊用途成為機械發(fā)展的明顯趨勢，從而也對潤滑油提出了越來越苛刻的要求，如耐高溫、超低溫、使用壽命長等。同時，隨著全球性的環(huán)保法律法規(guī)的推動，生物降解性好的潤滑油已成為大勢所趨。在這種形勢下，耐高溫性差、不耐低溫、降解率低、使用壽命短的礦物類潤滑油將逐漸被性能優(yōu)良的合成潤滑油所取代。酯類油的需求每年都以極大的幅度增加。
[0004]多元醇酯的優(yōu)點在于其較高的閃點，較好的耐高溫性；而雙酯的優(yōu)點在于其更低的傾點，良好的耐低溫性。長碳鏈二元酸復酯作為兩者結(jié)合的產(chǎn)物，閃點可達300°C以上，傾點可達-50°C以下，良好的兼容了兩者的優(yōu)點。
[0005]作為一種新型結(jié)構(gòu)的酯類基礎(chǔ)油，長碳鏈二元酸復酯因現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)物分離困難、產(chǎn)品純度低、后處理時間過長、產(chǎn)品收率低等問題，導致能耗嚴重，生產(chǎn)成本過高，尚未有工業(yè)化生產(chǎn)的實例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有長碳鏈二元酸復酯型結(jié)構(gòu)的潤滑油基礎(chǔ)油，所述基礎(chǔ)油具有式(I)的化學通式:
[0007](R2COO) ^R1-OOC-R-COO-R3- (00CR2) n 式(I)
[0008]其中:
[0009]R為C9?C12的直鏈亞烷基；
[0010]R1, R3為相同或不同的C1?C6的飽和烴基；
[0011]R2為C3?C18的燒基
[0012]η為I?6的整數(shù)。
[0013]優(yōu)選地，所述基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)為長碳鏈二元酸兩端連接兩個端羥基多元醇酯。
[0014]更優(yōu)選地，所述端羥基多元醇酯的醇基為新戊二醇、丙三醇、丁三醇、己三醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、季戊四醇、雙季戊四醇。
[0015]更優(yōu)選地，所述端羥基多元醇酯的酸基為丙酸、異丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸、己酸、異己酸、庚酸、異庚酸、辛酸、異辛酸、壬酸、異壬酸、癸酸、異癸酸、i^一酸、異i^一酸、十二酸、異十二酸、十三酸、異十三酸、油酸、硬脂酸、異硬脂酸。
[0016]更優(yōu)選地，所述長鏈二元酸為i^一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸。
[0017]本發(fā)明的另一目的在于提供一種制備所述具有長碳鏈二元酸復酯結(jié)構(gòu)的潤滑油基礎(chǔ)油的方法，所述方法按下列步驟進行:將所述長碳鏈二元酸和端羥基多元醇酯按1:2?1:2.5的摩爾比加入反應(yīng)裝置中，按所述長碳鏈二元酸重量的10%?0.5%加入催化齊U，按液體體積的50%?200%加入甲苯或二甲苯，升溫至120?160°C，反應(yīng)2?5h，得長碳鏈二元酸復酯粗品。
[0018]優(yōu)選地，所述催化劑為硫酸、對甲苯磺酸、固體超強酸、雜多酸、離子液體、氯化亞錫。
[0019]優(yōu)選地，所述制備方法還包括純化步驟:
[0020]a、將所述長碳鏈二元酸復酯粗品中加入溶劑和堿水攪拌，靜置，除去水層，并用去離子水反復洗滌至中性；
[0021]b、將所述洗滌后的粗品放入分子蒸餾裝置中進行脫溶劑提純，第一級蒸餾條件為100?150°C、500pa ;第二級蒸餾條件為180?200°C、50pa ;第三級蒸餾條件為210?250°C、0.5pa ;所述重蒸餾組分為長碳鏈二元酸復酯。
[0022]所述基礎(chǔ)油制備方法為:由端羥基多元醇酯與長碳鏈二元酸反應(yīng)，生成啞鈴型結(jié)構(gòu)復酯，該復酯經(jīng)特殊配制的溶劑進行精制洗滌，并采用分子蒸餾裝置進行提純，最終得到理想的復酯型基礎(chǔ)油。解決了現(xiàn)有制備技術(shù)中產(chǎn)物分離困難、洗滌過程中乳化現(xiàn)象嚴重、產(chǎn)品收率低、生產(chǎn)時間長的問題。該制備方法采用了特殊配制的溶劑進行破乳和萃取，解決了乳化層不易消除的問題，粗酯精制時間由原先的1h以上縮短到2h以內(nèi)；采用最新的分子蒸餾技術(shù)，有效去除了產(chǎn)品中殘留的酸、醇、溶劑和水分，解決了傳統(tǒng)工藝中微量醇殘留的問題，極大提高了產(chǎn)品純度。
[0023]更優(yōu)選地，步驟a中的所述溶劑用量為復酯粗品體積的20%?100%。
[0024]更優(yōu)選地，步驟a中的所述溶劑為環(huán)烷烴、一元醇和無機鹽的混合物；所述環(huán)烷烴與一元醇的體積比為1:1?1:10，所述無機鹽與液體部分的重量:體積比為1:100?1:10。
[0025]進一步優(yōu)選地，所述環(huán)烷烴為環(huán)戊烷、環(huán)己烷、環(huán)庚烷、環(huán)辛烷；
[0026]所述一元醇為I?4個碳的正構(gòu)或異構(gòu)醇，包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、異丁醇；
[0027]所述無機鹽為氯化鈉、氯化鉀。
[0028]更優(yōu)選地，步驟a中的所述無機鹽的陽離子與所述配制堿水的堿的陽離子相同。
[0029]本發(fā)明的再一目的在于提供所述的長碳鏈二元酸復酯結(jié)構(gòu)潤滑油基礎(chǔ)油在制備航空發(fā)動機潤滑油、空氣壓縮機潤滑油、汽輪機油、汽車發(fā)動機潤滑油、重負荷齒輪油或超低溫發(fā)動機油中的應(yīng)用。
[0030]通過本發(fā)明所述方法獲得的復酯型潤滑油基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)為長碳鏈二元酸兩端連接兩個端羥基多元醇酯。這種酯類兼具了多元醇酯的高閃點和雙酯的低傾點，通過本發(fā)明所述方法獲得的復酯類基礎(chǔ)油具有凝點低、粘度指數(shù)高、閃點高、生物降解性好等優(yōu)點，40°C運動粘度100?1000mm2/S，適合作為中高粘度的潤滑油基礎(chǔ)油。主要用于航空發(fā)動機潤滑油、空氣壓縮機潤滑油、汽輪機油、汽車發(fā)動機潤滑油、重負荷齒輪油或超低溫發(fā)動機油。通過本發(fā)明所述方法制備復酯型潤滑油基礎(chǔ)油具有生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)周期短等優(yōu)點，非常適合規(guī)?；a(chǎn)。本發(fā)明的復酯化合物由端羥基多元醇酯與長碳鏈二元酸反應(yīng)制得。該復酯經(jīng)特殊配置的溶劑進行精制洗滌，并采用分子蒸餾裝置進行提純，最終得到理想的復酯型基礎(chǔ)油?？傮w反應(yīng)時間為5?10h，后處理時間為I?2h，反應(yīng)溫度為120?170°C，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)條件溫和，生產(chǎn)周期短。
[0031]本發(fā)明的復酯型化合物，其凝點不高于-10°C，閃點不低于220°C，通常40°C時運動粘度為100?1000mm2/S，粘度指數(shù)不低于150，不同產(chǎn)品之間互溶性好，作為潤滑油基礎(chǔ)油能夠滿足絕大部分高溫或低溫條件下的使用要求。
【具體實施方式】
[0032]為能進一步了解本發(fā)明的特征及其他目的，現(xiàn)結(jié)合所附較佳實施例詳細說明如下，實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，并非限定本發(fā)明。
[0033]本發(fā)明實施例中所用試劑均為市售分析純。
[0034]實施例1:
[0035]在配有攪拌器、溫控儀、氮氣導管、冷凝管的四口燒瓶中，加入三羥甲基丙烷二辛酯85g，十二碳二元酸46g，對甲苯磺酸lg，甲苯150ml，升溫至135°C，反應(yīng)3.5h，測得此時轉(zhuǎn)化率最大，為95.2%，停止反應(yīng)。
[0036]將環(huán)己烷、異丙醇、氯化鈉按1:5:0.1 (體積:體積:重量)混合，量取100ml，加入到裝有產(chǎn)物粗品的燒杯中，同時加入濃度為5%的氫氧化鈉溶液60ml。攪拌1min后，靜置30min,除去水層。用去離子水反復洗滌4?5次，至液體呈中性。
[0037]將洗滌后的粗品放入分子蒸餾裝置中進行脫溶劑提純，第一級蒸餾條件為120°C、500pa ;第二級蒸餾條件為180°C、50pa ;第三級蒸餾條件為210°C、0.5pa ;所得重組分用氣相色譜檢測純度為99.2%，飽和蒸汽壓法測定分子量971，即為目標產(chǎn)物復酯。經(jīng)檢測，該復酯最終收率91%，酸值0.05mgK0H/g,傾點_33°C，閃點284°C，粘度指數(shù)176，40°C運動粘度253mm2/s。
[0038]實施例2:
[0039]在配有攪拌器、溫控儀、氮氣導管、冷凝管的四口燒瓶中，加入三羥甲基丙烷二異辛酯85g，十二碳二元酸46g，對甲苯磺酸lg，甲苯150ml，升溫至135°C，反應(yīng)4h，測得此時轉(zhuǎn)化率最大，為95.7%，停止反應(yīng)。
[0040]將環(huán)己烷、乙醇、氯化鉀按1:10:0.2 (體積:體積:重量)混合，量取100ml，加入到裝有產(chǎn)物粗品的燒杯中，同時加入濃度為5%的氫氧化鉀溶液60ml。攪拌1min后，靜置30min,除去水層。用去離子水反復洗滌4?5次，至液體呈中性。
[0041]將洗滌后的粗品放入分子蒸餾裝置中進行脫溶劑提純，第一級蒸餾條件為120°C、500pa ;第二級蒸餾條件為180°C、50pa ;第三級蒸餾條件為210°C、0.5pa ;所得重組分用氣相色譜檢測純度為99.1%，飽和蒸汽壓法測定分子量971，即為目標產(chǎn)物復酯。
[0042]經(jīng)檢測，該復酯最終收率90.8%，酸值0.03mgK0H/g,傾點_50°C，閃點291°C，粘度指數(shù)181，40°C運動粘度242mm2/s。
[0043]實施例3:
[0044]在配有攪拌器、溫控儀、氮氣導管、冷凝管的四口燒瓶中，加入三羥甲基丙烷二異辛酯85g，i^一碳二元酸43.2g，對甲苯磺酸lg，甲苯100ml，升溫至130°C，反應(yīng)3.5h，測得此時轉(zhuǎn)化率最大，為96.2%，停止反應(yīng)。
[0045]將環(huán)己烷、異丙醇、氯化鈉按1:5:0.1 (體積:體積:重量)混合，量取100ml，加入到裝有產(chǎn)物粗品的燒杯中，同時加入濃度為5%的氫氧化鈉溶液60ml。攪拌1min后，靜置30min,除去水層。用去離子水反復洗滌4?5次，至液體呈中性。
[0046]將洗滌后的粗品放入分子蒸餾裝置中進行