CN105294898B - 聚季戊四醇丙烯酸酯及其制备方法和用该酯制备微量润滑油 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种聚季戊四醇丙烯酸酯，其特征在于，由以下摩尔比的组分制备而成：季戊四醇:丙烯酸:脂肪酸＝1:0.5‑1.5:1‑3。本发明提供的微量润滑油，由以下组分的重量百分比组成：聚季戊四醇丙烯酸酯10～60％；合成酯40～90％；脂肪醇磷酸酯0～5％；醇胺硼酸酯0～5％。将本发明的一种微量润滑油配合微量润滑装置使用，使用量可以减少至原来的5％以下，达到良好的润滑、冷却效果，节能减排、环境保护效果显著。

Description

聚季戊四醇丙烯酸酯及其制备方法和用该酯制备微量润滑油

技术领域

本发明属于润滑技术领域，具体涉及一种聚季戊四醇丙烯酸酯及其制备方法和用该酯制备微量润滑油。

背景技术

传统的金属切削加工采用矿物油或植物油或切削液进行大量冲淋式润滑和冷却，润滑剂的使用量大，不仅浪费资源，造成加工场所和环境的巨大污染，同时还会严重影响操作工人的身体健康。在提倡节能减排、环境保护、绿色生产的今天，急需一种新的金属切削加工工艺。微量润滑技术是近几年发展起来的金属绿色加工新技术，就是在金属切削加工过程中使用微量润滑系统将极压抗磨性、润滑性好的微量润滑油喷洒于加工刀具和加工表面进行润滑、冷却，解决传统加工时切削油、液使用量大、浪费泄漏量大等问题。

但是很多微量润滑油往往需要添加大量的含硫、含氯等对环境有较大压力的添加剂来增加产品的极压抗磨性，延长刀具使用寿命。如公开号为CN101376861的中国专利公开的一种微量润滑系统铝合金润滑剂及其制备方法和用途，采用：基础油40份、硫代磷酸酯5-15份、氯化石蜡5-15份、硫化异丁烯5-15份、硼酸钾5-15份、乙醇或乙二醇5-10份、防锈剂5份,上述的基础油采用矿物油或植物油。还有就是由于追求使用的润滑油使用量微少，组成原料往往不能降解，也会加重环境的负担。

研发和生产一种可以全部或部分替代含硫、含氯极压抗磨剂，并可生物降解的微量润滑油是绿色加工的一个方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚季戊四醇丙烯酸酯。

本发明提供的一种聚季戊四醇丙烯酸酯，其特征在于，由以下摩尔比的组分制备而成：

季戊四醇 1；

丙烯酸 0.5-1.5；

脂肪酸 1-3。

上述脂肪酸为碳原子数为8-24的饱和或不饱和脂肪酸中的一种或几种的混合物；优选自异辛酸、正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、油酸、硬脂酸中的一种或几种混合物。

本发明还提供了上述聚季戊四醇丙烯酸酯的制备方法：

步骤一：将季戊四醇、丙烯酸和脂肪酸加入聚合釜内，加入催化剂，充入保护气(如：氮气)转换出聚合釜内空气进行反应，反应后减压排出水分，即为季戊四醇丙烯酸酯。

上述催化剂选自质子酸、相转移催化剂、阴/阳离子交换树脂；优选为质量百分比浓度为10-85％的磷酸。在本发明中，当选择磷酸作为催化剂还有一个好处，磷酸和季戊四醇发生酯化反应生成的磷酸酯，是一种极好的极压抗磨剂，因此，当反应结束后，不需对催化剂进行分离，使用于微量润滑油中可提升极压抗磨性能。

上述反应温度为：160～200℃。

上述反应时间为：6～8小时。

上述催化剂有效质量百分比为上述反应物总重量的0.5～1％。

步骤二、往聚合釜内加入引发剂搅拌，保持反应温度160～180℃，聚合反应4～8小时以后，将聚合釜内的聚合物排出，在100℃以上的温度过滤去除杂质等，即为聚季戊四醇丙烯酸酯。

上述引发剂为：过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种。

上述引发剂的使用量为：引发剂使用量为丙烯酸单体的重量的0.5～1％。

一种微量润滑油，由以下组分的重量百分比组成：

上述合成酯包括：多元醇酯、单酯、双酯中的一种或几种的混合物。

上述多元醇酯是由多元醇与一元脂肪酸进行酯化反应人工合成所得的合成酯中的一种或几种的混合物，优选自：三异辛酸甘油酯、三羟甲基丙烷三异辛酸酯、季戊四醇四异辛酸酯，三月桂酸甘油酯、三羟甲基丙烷三月桂酸酯、季戊四醇四月桂酸酯、三油酸甘油酯、三羟甲基丙烷三油酸酯、季戊四醇四油酸酯、三棕榈酸甘油酯、三羟甲基丙烷三棕榈酸酯、季戊四醇四棕榈酸酯中的一种或几种的混合物。

上述单酯是指一元醇和一元脂肪酸制备的酯中的一种或几种的混合物，可选由天然油脂衍生的直链脂肪酸和一元低碳醇酯化反应得到的酯中的一种或几种的混合物，优选：油酸甲酯、月桂酸甲酯、月桂酸乙酯、硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯、油酸丁酯中的一种或几种的混合物。

上述的双酯为二元醇和一元酸或二元酸和一元醇酯化反应生成的产物中的一种或几种的混合物，包括：己二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、已二酸二癸酯、壬二酸二异癸酯、癸二酸二异癸酯、丁二酸二异辛酯、丁二酸二异癸酯、乙二醇二月桂酸酯、丙二醇二油酸酯等中的一种或几种的混合物。双酯具有良好的润滑性，运动粘度低，低温性能好，生物降解性能优良。

上述的脂肪醇磷酸酯是饱和或不饱和脂肪醇和磷酸或五氧化二磷反应生成的脂肪醇酯中的一种或几种的混合物，优选：三月桂醇磷酸酯、亚磷酸三月桂醇酯、异构十三醇磷酸酯、油醇磷酸酯、三异辛醇磷酸酯中的一种或几种的混合物。

上述醇胺硼酸酯是由醇胺和硼酸进行酯化反应生成的产物中的一种或几种的混合物，优选一乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、异丙醇胺硼酸酯中的一种或几种的混合物。

一种微量润滑油的制备方法：按重量百分比称取上述的聚季戊四醇丙烯酸酯，合成酯，脂肪醇磷酸酯，醇胺硼酸酯分别加入搅拌器中在40～60℃的温度下搅拌约0.5-1.5小时，取样观察完全透明时即可。

本发明的有益效果：

采用本发明提供的方法制备的聚季戊四醇丙烯酸酯，具有很好极压抗磨性和润滑性和生物可降解性；合成酯是良好的润滑性和生物可降解性良好的基础油；脂肪醇磷酸酯，具有良好的润滑性和极压抗磨性，并且生物降解性好；醇胺硼酸酯润滑性能良好，防锈性能佳；将本发明的一种微量润滑油配合微量润滑装置使用，使用量可以减少至原来的5％以下，达到良好的润滑、冷却效果，节能减排、环境保护效果显著。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明：

实施例1：

步骤一：将136.15kg(1000mol)季戊四醇、72.06kg(1000mol)丙烯酸和564.94kg(2000mol)油酸加入聚合釜内，加入12kg浓度为50％的磷酸，充入氮气转换出聚合釜内空气，在180℃温度下反应7小时，反应后减压排出水分，即为季戊四醇丙烯酸油酸酯。

步骤二、往聚合釜内加入0.5kg引发剂过氧化二苯甲酰搅拌，保持反应温度170℃，聚合反应6小时以后，将聚合釜内的聚合物排出，在100℃以上的温度过滤去除等杂质，即为聚季戊四醇丙烯酸油酸酯。

称取上述制备的30kg聚季戊四醇丙烯酸油酸酯，68kg油酸丁酯、1kg异构十三醇磷酸酯、1kg三乙醇胺硼酸酯分别加入搅拌器中在50℃的温度下搅拌约1小时，取样观察完全透明时即为一种微量润滑油。

上述方法制备的微量润滑油，经试验理化指标如下：

项目	基本数据	实验方法
			外观	黄色透明	目测
	39	GB/T265
			倾点℃	-14	GB/T3535
开口闪点℃	197	GB/T3536
				913	GB/T1884
盐雾实验0级.h	360	GB/T2361
			铜片腐蚀级	1a	GB/T5096

上述微量润滑油应用于齿轮滚齿加工，滚齿机型号：YK3132；加工齿轮直径100mm，2.0模数；滚刀：TiN涂层，直径75mm，长度70mm。原来用46#机械油进行循环润滑冷却，现在改为KS-2107B微量润滑装置(3喷嘴，所用喷嘴为本公司生产节能喷嘴)和上述微量润滑油，结果如下表：

将上述制备微量润滑油进行生物可降解实验：

1.实验方法：GB/T 21856-2008化学品快速降解性二氧化碳产生试验。

2.实验材料：

2.1油液：上述实施例1制备的微量润滑油。

2.2接种物：取自不同地方地表0-10cm处土壤，土样经混匀、除杂后，用去离子水浸泡搅拌取上清液。

3.实验结果：

计算28天生物降解率为：86.33％。

实施例2：

步骤一：将136.15kg(1000mol)季戊四醇、36.03kg(500mol)丙烯酸和144.2kg(1000mol)异辛酸、172.26kg(1000mol)正癸酸、228.37kg(1000mol)肉豆蔻酸加入聚合釜内，加入36kg浓度为10％的磷酸，充入氮气转换出聚合釜内空气进行反应，在200℃温度下反应6小时，反应后减压排出水分，即为季戊四醇丙烯酸酯。

步骤二、往聚合釜内加入0.4kg引发剂过氧化月桂酰搅拌，保持反应温度160℃，聚合反应8小时以后，将聚合釜内的聚合物排出，在100℃以上的温度过滤去除等杂质，即为聚季戊四醇丙烯酸酯。

称取上述制备的60kg聚季戊四醇丙烯酸酯，10kg三油酸甘油酯、10kg油酸甲酯、10kg己二酸二辛酯、10kg乙二醇二月桂酸酯分别加入搅拌器中在60℃的温度下搅拌约1小时，取样观察完全透明时即为一种微量润滑油。

实施例3：

步骤一：将136.15kg(1000mol)季戊四醇、108.09kg(1500mol)丙烯酸和200.32kg(1000mol)月桂酸加入聚合釜内，加入5kg浓度为85％的磷酸，充入氮气转换出聚合釜内空气进行反应，在160℃温度下反应8小时，反应后减压排出水分，即为季戊四醇丙烯酸月桂酸酯。

步骤二、往聚合釜内加入1kg引发剂过氧化苯甲酸叔丁酯搅拌，保持反应温度160℃，聚合反应8小时以后，将聚合釜内的聚合物排出，在100℃以上的温度过滤去除等杂质，即为聚季戊四醇丙烯酸月桂酸酯。

称取上述制备的10kg聚季戊四醇丙烯酸月桂酸酯，80kg三羟甲基丙烷三油酸酯、5kg三月桂醇磷酸酯、5kg一乙醇胺硼酸酯分别加入搅拌器中在60℃的温度下搅拌约1小时，取样观察完全透明时即为一种微量润滑油。

实施例4：

步骤一：将136.15kg(1000mol)季戊四醇、57.65kg(800mol)丙烯酸和564.12kg(2200mol)棕榈酸加入聚合釜内，加入18kg浓度为30％的磷酸，充入氮气转换出聚合釜内空气进行反应，在170℃温度下反应7小时，反应后减压排出水分，即为季戊四醇丙烯酸棕榈酸酯。

步骤二、往聚合釜内加入0.5kg引发剂过氧化二碳酸二环己酯搅拌，保持反应温度165℃，聚合反应7小时以后，将聚合釜内的聚合物排出，在100℃以上的温度过滤去除等杂质，即为聚季戊四醇丙烯酸棕榈酸酯。

称取上述制备的40kg聚季戊四醇丙烯酸棕榈酸酯，30kg油酸乙酯、25kg癸二酸二辛酯、3kg油醇磷酸酯、2kg二乙醇胺硼酸酯分别加入搅拌器中在50℃的温度下搅拌约1小时，取样观察完全透明时即为一种微量润滑油。

实施例5：

步骤一：将136.15kg(1000mol)季戊四醇、86.47kg(1200mol)丙烯酸和426.72kg(1500mol)硬脂酸加入聚合釜内，加入10kg浓度为40％的磷酸，充入氮气转换出聚合釜内空气进行反应，在190℃温度下反应6.5小时，反应后减压排出水分，即为季戊四醇丙烯酸硬脂酸酯。

步骤二、往聚合釜内加入0.5kg引发剂过氧化二碳酸二乙基己酯搅拌，保持反应温度175℃，聚合反应5小时以后，将聚合釜内的聚合物排出，在100℃以上的温度过滤去除等杂质，即为聚季戊四醇丙烯酸硬脂酸酯。

称取上述制备的50kg聚季戊四醇丙烯酸硬脂酸酯，30kg已二酸二癸酯、15kg季戊四醇四油酸酯、2kg三异辛醇磷酸酯、3kg异丙醇胺硼酸酯分别加入搅拌器中在50℃的温度下搅拌约1小时，取样观察完全透明时即为一种微量润滑油。

上述实施例2-5获得的微量润滑油其理化性能与实施例1中的产品相似。

Claims (14)

1.一种微量润滑油，其特征在于，由以下组分的重量百分比组成：

所述聚季戊四醇丙烯酸酯，其特征在于，由以下摩尔比的组分制备而成：

季戊四醇 1；

丙烯酸 0.5-1.5；

脂肪酸 1-3；

所述聚季戊四醇丙烯酸酯的制备方法：

步骤一：将季戊四醇、丙烯酸和脂肪酸加入聚合釜内，加入催化剂，充入保护气转换出聚合釜内空气，于160～200℃的反应温度下反应6～8小时，反应后减压排出水分，即为季戊四醇丙烯酸酯；

步骤二、往聚合釜内加入引发剂搅拌，保持反应温度160～180℃，聚合反应4～8小时以后，将聚合釜内的聚合物排出，在100℃以上的温度下，热过滤去除杂质，即为聚季戊四醇丙烯酸酯；

所述催化剂为质量百分比浓度为10-85％的磷酸。

2.如权利要求1所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述脂肪酸为碳原子数为8-24的饱和或不饱和脂肪酸中的一种或几种的混合物。

3.如权利要求2所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述脂肪酸选自异辛酸、正癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、油酸、硬脂酸中的一种或几种的混合物。

4.如权利要求1所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述催化剂有效质量百分比用量为步骤一中反应物总重量的0.5～1％。

5.如权利要求1所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述引发剂选自过氧化二苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化二碳酸二乙基己酯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种；

所述引发剂的使用量为丙烯酸单体重量的0.5～1％。

6.如权利要求1所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述合成酯选自多元醇酯、单酯、双酯中的一种或几种的混合物；

其中，所述多元醇酯选自由多元醇与一元脂肪酸进行酯化反应人工合成所得的合成酯中的一种或几种的混合物。

7.如权利要求6所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述多元醇酯选自三异辛酸甘油酯、三羟甲基丙烷三异辛酸酯、季戊四醇四异辛酸酯，三月桂酸甘油酯、三羟甲基丙烷三月桂酸酯、季戊四醇四月桂酸酯、三油酸甘油酯、三羟甲基丙烷三油酸酯、季戊四醇四油酸酯、三棕榈酸甘油酯、三羟甲基丙烷三棕榈酸酯、季戊四醇四棕榈酸酯中的一种或几种的混合物。

8.如权利要求6所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述单酯选自油酸甲酯、月桂酸甲酯、月桂酸乙酯、硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯、棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯、油酸丁酯中的一种或几种的混合物。

9.如权利要求6所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述双酯选自己二酸二辛酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、已二酸二癸酯、壬二酸二异癸酯、癸二酸二异癸酯、丁二酸二异辛酯、丁二酸二异癸酯、乙二醇二月桂酸酯、丙二醇二油酸酯中的一种或几种的混合物。

10.如权利要求1所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述脂肪醇磷酸酯选自由饱和或不饱和脂肪醇和磷酸或五氧化二磷反应生成的脂肪醇酯中的一种或几种的混合物。

11.如权利要求1所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述脂肪醇磷酸酯选自三月桂醇磷酸酯、亚磷酸三月桂醇酯、异构十三醇磷酸酯、油醇磷酸酯、三异辛醇磷酸酯中的一种或几种的混合物。

12.如权利要求1所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述醇胺硼酸酯选自由醇胺和硼酸进行酯化反应生成的产物中的一种或几种的混合物。

13.如权利要求1所述的一种微量润滑油，其特征在于：

所述醇胺硼酸酯选一乙醇胺硼酸酯、二乙醇胺硼酸酯、三乙醇胺硼酸酯、异丙醇胺硼酸酯中的一种或几种的混合物。

14.如权利要求1-13任一所述的一种微量润滑油的制备方法，其特征在于：将聚季戊四醇丙烯酸酯、合成酯、脂肪醇磷酸酯、醇胺硼酸酯分别加入搅拌器中，在40～60℃的温度下搅拌0.5-1.5小时，取样观察完全透明时即可。