CN108129252B - 环烷基萘及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了环烷基萘,其结构式为式(I)或式(Ⅱ),
Figure 505226DEST_PATH_IMAGE001
其中R的结构如式(Ⅲ)所示,n为1~4,m为8~12。

Description

环烷基萘及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及环烷基萘及其制备方法和应用。本发明所述环烷基萘可用于空间机械苛刻条件(高速、高低温、高真空等)下的液体润滑。
背景技术
非降凝剂用的烷基萘属于APⅣ类基础油, 用于调制各种合成润滑油,广泛应用于各类摩擦部件中。烷基萘分子结构独特,具有许多性能优势:烷基萘分子结构中富电子的萘环可以吸收氧从而中断氧化链的传递,阻止烃的继续氧化,防止氧化的发生,使其具有良好的氧化安定性;烷基萘由于原子间的键强度,使其具有高的氧化安定性;烷基萘分子中不含有能水解的官能团,因此具有优异的水解安定性;烷基萘有富电子的萘核结构,具有较强的极性,对极性添加剂具有较高的溶解性和分散性,与非极性的烃类油和极性基础油都有良好的溶解性能和稳定性能,这种性质使得烷基萘极易与其他基础油调合使用,产生显著的增效作用(杨士钊等,高性能烷基萘基础油,合成润滑材料,2012,39(1):24-26)。但常规的合成方法很难得到高粘度的烷基萘,尤其是100℃时粘度大于20厘拖的产品(US4238343,4912277,5254274,6127324)。近年来ExxonMobil Chemical 公司合成部研制并逐步推出了新型Ⅴ类基础油烷基萘,是由源于乙烯齐聚的聚α-烯烃与萘在特定的催化剂作用下合成的。
发明内容
本发明的目的在于提供环烷基萘及其制备方法和应用。
环烷基萘,其结构式为式(I)或式(Ⅱ),
Figure 137524DEST_PATH_IMAGE001
其中R的结构如式(Ⅲ)所示,n为1~4,m为8~12。
Figure 867714DEST_PATH_IMAGE002
本发明所述环烷基萘的合成方法可以用下面的化学反应方程式来表示:
Figure RE-696269DEST_PATH_IMAGE003
反应式中,R1为C8~C12的烷基。
本发明以固载化三氯化铝为催化剂,催化萘、环烯烃和α-烯烃反应,得到环烷基萘润滑剂。
如上所述环烷基萘的制备方法,其特征在于α-烯烃和固载化三氯化铝在20~50℃反应0.2~3.0h后,再与环烯烃在20~50℃反应0.2~3.0h,继而与萘和环己烷在80~150℃反应0.2~3.0h。反应结束后分离出生成物既得到目标产物;所述α-烯烃为1-癸烯、1-十二烯或1-十四烯,环烯烃为环戊烯或环己烯。
所述α-烯烃与萘的摩尔比为2~18: 1;所述环烯烃与萘的摩尔比为2: 1;所述固载化三氯化铝与萘的摩尔比为1:1.29~12.9;所述环己烷与萘的摩尔比为2~10:1。
如上所述环烷基萘作为润滑油或润滑脂的基础油的应用。
在实验室中,我们具体的制备过程是:在接有机械搅拌、内插式温度计和回流冷凝管的三颈烧瓶中,加入α-烯烃和固载化三氯化铝,充分搅拌,控制反应温度20~50℃;反应0.2~3.0h后,加入环烯烃,控制反应温度20~50℃;反应0.2~3.0h后,加入萘和环己烷,控制反应温度80~150℃,反应0.2~3.0h。反应结束后,冷却,分离、洗涤、干燥,减压蒸馏后得到目标产物。
由于萘在烷基化时会产生分子量不同和烷基异构体的复杂混合物,这些物质的分子量由连在萘环上的烷基数量决定。这些组分可以分为单烷基萘(MAN),双烷基萘(DAN)和多烷基萘(PAN)三类,每一类组分的含量可以根据润滑油物理性质的具体要求,通过蒸馏或是混合来调整。比如,双烷基萘在高温下具有较低的挥发性,而多烷基萘在更高的温度或是近似真空下具有极低的挥发性。
环烯烃和α-烯烃在固载化三氯化铝催化下反应时,如果反应温度过高,歧化产物会增多,因此,反应需要在较低温度下进行。微量歧化产物对目标产品的使用性能不产生影响,不必除去;减压蒸馏蒸除其中低沸点的短链烷基萘以及α-烯烃裂解产生的小分子烯烃即可。
本发明的新颖之处在于:化合物结构中同时存在萘环、五元环或六元环和聚α-烯烃链节,兼具烷基萘、烷基环烷烃和聚α-烯烃化合物的性质。环烷和烷基萘具有良好的热稳定性,而聚α-烯烃具有良好的低温性能,通过化学合成的方法将三者结合起来,则化合物在具有很高粘度的同时,有很宽的液相温度范围、优异的高低温性能、良好的粘温性能和低挥发性,可以用于润滑油或润滑脂的基础油。
本发明合成方法操作过程简单,可控性强,反应时间短,收率高。本发明所涉及的合成环烷基萘的合成方法,其最终产物在室温(25℃)下呈淡黄色或黄色的油状液体。
本发明的优点在于:制备的化合物具有很宽的液相温度范围、优异的高低温性能、良好的粘温性能和低挥发性。
本发明化合物作为基础油调制的润滑油或润滑脂,可用于空间机械苛刻条件下的润滑。
具体实施方式
本发明可通过如下实施例进一步说明,以下实施例仅用于说明本发明的具体实施方案,而不是用于限制本方法的应用。
实施例1
在装有内插式温度计、机械搅拌和回流冷凝管的三口瓶中加入84.2g(0.6mol)1-癸烯,0.022mol固载化三氯化铝,加热至25 ℃ ,维持搅拌1小时;加入13.6g(0.2mol)环戊烯,加热至30 ℃ ,维持搅拌0.5小时;加入12.8g(0.10mol)萘,39 g(0.46mol)环己烷。加热至85 ℃ ,维持搅拌2.5 小时。反应结束后过滤出去催化剂,加入1%氢氧化钠水溶液洗涤,再加水洗涤至PH 中性,无水硫酸镁干燥除去水之后,减压蒸馏除去其中低沸点的短链烷基萘以及小分子烯烃,剩余物即为目标产物,性能列于表1。
实施例2
在装有内插式温度计、机械搅拌和回流冷凝管的三口瓶中加入84.2g(0.6mol)1-癸烯,0.022mol固载化三氯化铝,加热至30 ℃ ,维持搅拌2小时;加入16.4g(0.2mol)环己烯,加热至40 ℃ ,维持搅拌1小时;加入12.8g(0.10mol)萘,49 g(0.58mol)环己烷。加热至100 ℃ ,维持搅拌2.5 小时。反应结束后过滤出去催化剂,加入1%氢氧化钠水溶液洗涤,再加水洗涤至PH 中性,无水硫酸镁干燥除去水之后,减压蒸馏除去其中低沸点的短链烷基萘以及小分子烯烃,剩余物即为目标产物,性能列于表1。
实施例3
用1-十二烯替代1-癸烯,其余同实施例1。
实施例4
用1-十四烯替代1-癸烯,其余同实施例1。
对比例
在装有内插式温度计、机械搅拌和回流冷凝管的三口瓶中加入84.2g(0.6mol)1-癸烯,0.022mol固载化三氯化铝。加热至25 ℃ ,维持搅拌1小时;加入12.8g(0.10mol)萘,39 g(0.46mol)环己烷。加热至85 ℃ ,维持搅拌2.5 小时。反应结束后过滤出去催化剂,加入1%氢氧化钠水溶液洗涤,再加水洗涤至PH 中性,无水硫酸镁干燥除去水之后,减压蒸馏除去其中低沸点的短链烷基萘以及小分子烯烃,剩余物即为目标产物,性能列于表1。
表1 各实施例和对比例烷基萘的性能
Figure 980343DEST_PATH_IMAGE004
通过对比,可以看出引入五元环结构以后所得到的取代萘具有很高的粘度,该方法可以提高烷基萘粘度,粘度指数也有所提高,表明本发明的取代萘润滑剂具有更佳的粘温性能。

Claims (4)

1.环烷基萘,其结构式为式(I)或式(Ⅱ),
Figure FDA0002545515550000011
其中R的结构如式(Ⅲ)所示,n为1~4,m为8~12,
Figure FDA0002545515550000012
2.如权利要求1所述环烷基萘的制备方法,其特征在于α-烯烃和固载化三氯化铝在20~50℃反应0.2~3.0h后,再与环烯烃在20~50℃反应0.2~3.0h,继而与萘和环己烷在80~150℃反应0.2~3.0h,反应结束后分离出生成物既得到目标产物;所述α-烯烃为1-癸烯、1-十二烯或1-十四烯,环烯烃为环戊烯或环己烯。
3.如权利要求2所述的制备方法,其特征在于所述α-烯烃与萘的摩尔比为(2~18):1;所述环烯烃与萘的摩尔比为2:1;所述固载化三氯化铝与萘的摩尔比为1:(1.29~12.9);所述环己烷与萘的摩尔比为(2~10):1。
4.如权利要求1所述环烷基萘作为润滑油或润滑脂的基础油的应用。
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