CN109053441A - 一种大承载能力季戊四醇油酸混合酯及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大承载能力季戊四醇油酸混合酯，其在结构中保持三个长碳链的油酸基团，同时引入一个小分子量且含两个羧基的丁二酸单酯。其合成方法包括如下步骤：第一步加入油酸和季戊四醇；第二步再加入丁二酸单酯，其中油酸：季戊四醇：丁二酸单酯的摩尔比为3：1：1.1~1.2；第三步反应完全后冷却，水洗，脱去带水剂，得到浅黄色油状透明液体季戊四醇三油酸丁二酸单酯混合酯。本发明通过两步酯化反应合成季戊四醇油酸混合酯，产品仅含少量的不需分离的其它酯类物质，产品的生物降解性高，粘度比季戊四醇四油酸酯的低，粘度指数高，且承载能力更大；同时本发明中原材料价廉易得、性能稳定，操作简单，工业上容易实现。

Description

一种大承载能力季戊四醇油酸混合酯及其合成方法

技术领域

本发明涉及精细有机化工领域，具体是一种较大承载能力季戊四醇油酸混合酯及其合成方法。

背景技术

季戊四醇四油酸酯具有优异的润滑性能，抗燃性能好，挥发低，生物降解率大于90%。高品质的可以用作合成酯型抗燃液压油的基础油、航空发动机润滑油的基础油。

文献《化学研究与应用》28卷第7期P965-969《季戊四醇四油酸酯的合成与抗磨性能分析》中用甲苯作带水剂，季戊四醇和油酸在对甲苯磺酸催化下反应合成了季戊四醇四油酸酯，采用层析柱对其进行提纯，试验结果表明，季戊四醇四油酸酯能大幅改善柴油的抗磨性能。文献《中国油脂》38卷第3期P47-50《椰子油脂肪酸季戊四醇酯的合成》中，以椰子油脂肪酸和季戊四醇为原料，对甲苯磺酸为催化剂，甲苯为带水剂，通过回流分水酯化法合成椰子油脂肪酸季戊四醇酯。用等体积饱和碳酸氢钠溶液洗涤，油层再用蒸馏水洗涤，油层通过旋转蒸发，得到淡黄色透明油状液体，产物酸值0.63mgKOH/g。王伟松在ZL02111553.2中，以油酸和季戊四醇通过缩合脱水得到季戊四醇四油酸酯，采用20~100Pa高真空度脱去残酸。文献《润滑与密封》36卷第2期P1-3《季戊四醇油酸丙烯酸混合酯的合成及性能研究》中通过两步法合成季戊四醇油酸丙烯酸混合酯聚合物。第一步：季戊四醇、油酸、丙烯酸一锅反应得到混合酯；第二步：引发剂偶氮异丁腈存在下，丙烯酸双键聚合。第一步中采用饱和碳酸氢钠溶液洗涤、水洗方式脱酸。但该文献中引入的丙烯酸为不稳定结构，相当于末端烯烃，末端烯烃容易聚合，导致油品在使用过程中粘度上升，最终甚至出现沉淀。

现有技术表明季戊四醇四油酸酯是性能良好的基础油，其合成方法已有文献报道。对季戊四醇四油酸酯结构进行改造，得到低粘度、较大承载能力的季戊四醇油酸混合酯的工作未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有大承载能力的季戊四醇油酸混合酯及其合成方法。

本发明采用的技术方案是：一种较大承载能力的季戊四醇油酸混合酯，其特征在于：主要成份为季戊四醇三油酸丁二酸单酯混合酯，其在结构中保持三个长碳链的油酸基团，同时引入一个小分子量且含两个羧基的丁二酸单酯。

本发明季戊四醇油酸混合酯的合成方法，其特征在于包括如下步骤：第一步按油酸与季戊四醇摩尔比为3加入油酸和季戊四醇，在加入催化剂、带水剂的条件下进行反应；第二步再加入丁二酸单酯，将未反应完全的羟基全部封闭，其中油酸：季戊四醇：丁二酸单酯的摩尔比为3：1：1.1~1.2；第三步反应完全后冷却至室温，水洗，有机层真空脱去带水剂，得到浅黄色油状透明液体季戊四醇三油酸丁二酸单酯混合酯。

本发明所述丁二酸单酯指的是丁二酸单甲酯、丁二酸单乙酯中的一种或两种的混合物。

本发明所述催化剂为对甲苯磺酸，用量为油酸质量分数的5‰；所述带水剂为石油醚。

本发明第一步的加热温度为110-140℃，优选为130-135℃，反应时间为2.0-6.0小时，优选为3.0h；第二步反应温度为110-140℃，优选为130-135℃，反应时间为1.0-3.0小时，优选为2.0h。

本发明采用两步酯化反应合成季戊四醇三油酸丁二酸单酯混合酯。具体如下：

第一步：按油酸与季戊四醇摩尔比为3的物料比，加入油酸和季戊四醇，主要生成季戊四醇三油酸酯，内含少量季戊四醇四油酸酯和季戊四醇二油酸酯：

第二步：再加入丁二酸单酯，将季戊四醇三油酸酯分子中残留的羟基封闭，生成季戊四醇三油酸丁二酸单酯混合酯：

。

酯类油的承载能力取决于油膜牢固程度和油膜的厚度。长碳链的油酸脂肪基团提供油膜，极性的酯基团提供与金属的吸附力，单位质量的酯基越多，吸附力越大，形成的油膜越牢固，承载能力越大。季戊四醇四油酸酯分子量1194，4个酯基，平均质量298中有一个酯基。本发明所得产物季戊四醇三油酸酯丁二酸单甲酯混合酯分子量1042，5个酯基，平均质量208中有一个酯基。可见单位质量中极性基团增加，酯分子在金属表面的吸附力将大大增加。

本发明的创新之处在于，在分子结构中引入分子量较小、性能稳定且含两个酯基的丁二酸结构，增加单位质量中酯基数量，增大了分子在金属表面的吸附力，从而增强酯类油的承载能力。

采用本方法得到产品主要成分为季戊四醇三油酸丁二酸单酯混合酯，另含少量的季戊四醇四油酸酯，少量季戊四醇二油酸二丁二酸单酯混合酯，混合物不需分离。同时产品的生物降解性不会受到影响，粘度比季戊四醇四油酸酯的低，粘度指数基本不变，但承载能力更大。

本发明通过两步酯化反应合成季戊四醇油酸混合酯，主要成份为季戊四醇三油酸丁二酸单酯混合酯，产品中仅含少量的不需分离的其它酯类物质，产品的生物降解性不会受到影响，粘度比季戊四醇四油酸酯的低，粘度指数基本不变，且承载能力更大；同时本发明中原材料价廉易得、性能稳定，操作简单，工业上容易实现。

具体实施方式

下面根据具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例1：

在反应器中先后加入68.1g (0.5mol)季戊四醇，423.8g(1.5mol)的油酸，加入催化剂，带水剂，控制油浴加热温度130-135℃，氮气保护下，搅拌回流，分水3.0~4.0小时，稍冷，再加72.6g丁二酸单甲酯(0.55mol)，升温至130-135℃，搅拌反应2小时。反应完全后冷却至室温，水洗，有机层真空脱去带水剂，得到浅黄色油状透明液体，酸值0.07mgKOH/g，收率99%。

实施例2：

在反应器中先后加入68.1g (0.5mol)季戊四醇，423.8g(1.5mol)的油酸，加入催化剂，带水剂，控制油浴加热温度130-135℃，氮气保护下，搅拌回流，分水3.0~4.0小时，稍冷，再加80.4g丁二酸单乙酯(0.55mol)，升温至130-135℃，搅拌反应2小时。反应完全后冷却至室温，水洗，有机层真空脱去带水剂，得到浅黄色油状透明液体，酸值0.08mgKOH/g，收率99%。

实施例3：

在反应器中先后加入68.1g (0.5mol)季戊四醇，423.8g(1.5mol)的油酸，，加入催化剂，带水剂，控制油浴加热温度130-135℃，氮气保护下，搅拌回流，分水3.0~4.0小时，稍冷，再加36.3g丁二酸单甲酯(0.275mol)、40.2g丁二酸单乙酯(0.275mol)，升温至130-135℃，搅拌反应2小时。反应完全后冷却至室温，水洗，有机层真空脱去带水剂，得到浅黄色油状透明液体，酸值0.06mgKOH/g，收率99%。

本发明所述的实施例不仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种较大承载能力的季戊四醇油酸混合酯，其特征在于：主要成份为季戊四醇三油酸丁二酸单酯混合酯，其在结构中保持三个长碳链的油酸基团，同时引入一个小分子量且含两个羧基的丁二酸单酯。

2.如权利要求1所述季戊四醇油酸混合酯的合成方法，其特征在于包括如下步骤：第一步加入油酸和季戊四醇，在加入催化剂、带水剂的条件下进行反应；第二步再加入丁二酸单酯，将未反应完全的羟基全部封闭，其中油酸：季戊四醇：丁二酸单酯的摩尔比为3：1：1.1~1.2；第三步反应完全后冷却至室温，水洗，有机层真空脱去带水剂，得到浅黄色油状透明液体季戊四醇三油酸丁二酸单酯混合酯。

3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于：所述丁二酸单酯指的是丁二酸单甲酯、丁二酸单乙酯中的一种或两种的混合物。

4.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于：所述催化剂为对甲苯磺酸，用量为油酸质量分数的5‰；所述带水剂为石油醚。

5.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于：第一步的加热温度为110-140℃，反应时间为2.0-6.0小时；第二步反应温度为110-140℃，反应时间为1.0-3.0小时。

6.根据权利要求5所述的合成方法，其特征在于：第一步加热温度为130-135℃，反应时间为3.0h；第二步反应温度为130-135℃，反应时间为2.0h。