CN110964595B - 一种生物基极压润滑剂及其制备方法 - Google Patents

一种生物基极压润滑剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种生物基极压润滑剂及其制备方法,第一步，脂肪酸、含末端双键化合物、季铵盐催化剂和对苯二酚混合反应，得含末端双键脂肪酸；第二步，将上步所得含末端双键脂肪酸与大蒜油在含引发剂的惰性有机溶剂中，聚合反应；然后减压蒸除惰性有机溶剂，即得脂肪酸基极压润滑添加剂；第三步，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂溶于植物油中，即得生物基极压润滑剂。

Description

一种生物基极压润滑剂及其制备方法
技术领域
本发明属于润滑油领域，具体涉及一种生物基极压润滑剂及其制备方法。
背景技术
润滑油是机械运转中不可或缺的组成部分，起到减少摩擦磨损、保护机械、冷却、清洁、密封、延长使用寿命的作用。润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成。基础油是润滑油的主要成分，决定着润滑油的基本性质，添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足，赋予某些新的性能，是润滑油的重要组成部分。润滑油基础油主要分矿物基础油、合成基础油以及生物基础油三大类。矿物基础油的生物降解性差,某些还具有生态毒性，具有环境污染。生物基础油具有优异的生物降解性、可再生性及无毒或低毒性，原料来源广泛、生产成本较低，既可用于边界润滑，又可用于流体动力润滑，能够应用于大多数润滑工况。与矿物基础油相比，生物基础油具有更好的润滑性能、黏温性能、闪点和更低的蒸发损失。随着社会的进步与发展，人类对环境保护的关注日益加强，环境友好润滑材料的研究势在必行。
因此润滑剂的可生物降解性和环境友好性取决于基础油和添加剂。大多数基础油为矿物油，添加剂为化学性质强的化合物，容易造成水或土壤污染，具有生态毒性。极压添加剂作为重要的润滑油添加剂之一，是在高温高压的边界润滑条件下能与金属表面形成高熔点化学反应膜的添加剂，在油性剂失效条件下能起润滑作用，分为有机硫化物，有机磷化物，氯化物和有机金属盐几大类。这些极压添加剂与环境不相容，对人类和环境有较大的危害。因此，将可再生、生物降解性和具有环境友好性的生物质资源用于润滑油具有重要的意义。
利用来源丰富、可再生的植物油脂及其脂肪酸、大蒜油的特殊结构特征，制备绿色环保生物基极压润滑剂，有利于提升生物质资源传统产品性能和价值，拓展生物质资源产业链的研究方向，保护人类的生存环境。因此研究绿色环保生物基极压润滑剂具有重要的价值。
发明内容
解决的技术问题：为了解决传统润滑剂存在原料匮乏、环境污染、生物降解性差等问题，本发明提供了一种生物基极压润滑剂及其制备方法，兼有环保、极压和润滑等多重效果。
技术方案：一种生物基极压润滑剂的制备方法，按比例，由以下步骤制得:第一步，于100～150℃，1mol脂肪酸、1mol含末端双键化合物、季铵盐催化剂和对苯二酚混合反应1～3h，其中季铵盐催化剂占脂肪酸与含末端双键单体总质量的0.05％～2％，对苯二酚作为阻聚剂占脂肪酸与含末端双键单体总质量的0.01％～1％，得含末端双键脂肪酸；第二步，将上步所得含末端双键脂肪酸与大蒜油在含引发剂的惰性有机溶剂中，于90～120℃聚合反应2～5h；然后减压蒸除惰性有机溶剂，即得脂肪酸基极压润滑添加剂；所述引发剂占大蒜油与含末端双键脂肪酸总质量的0.05％～2％；第三步，于25℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂按质量比0.5％～5％溶于植物油中，即得生物基极压润滑剂。
优选的，第一步中所述脂肪酸为蓖麻油酸、壬酸、葵酸、油酸、棕榈酸、月桂酸或二聚酸。
优选的，第一步中所述含末端双键化合物为甲基丙烯酸缩水甘油酯或N,N-二烯丙基丙烯酰胺。
优选的，第一步中所述季铵盐催化剂为苄基三乙基氯化铵。
优选的，第二步中所述引发剂为过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈或过氧化环己酮。
优选的，第二步中所述惰性有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、甲苯和苯中的至少一种。
优选的，第三步中所述植物油为菜籽油、蓖麻油、大豆油、棕榈油或棉籽油。
上述制备方法制得的生物基极压润滑剂。
有益效果：1、应用本发明的方法制得的生物基极压润滑剂，其原料为可再生的木本油脂及其脂肪酸和大蒜油，提升生物质资源传统产品性能和价值，拓展生物质资源产业链的研究方向。2、应用本发明方法制得的生物基极压润滑剂，其分子结构中具有脂肪链段和具有生物降解性的极压化合物，兼有润滑性、环保和极压性等多重效果。3、生物基极压润滑剂具有反应条件温和、工艺简单的特点。4、实施例中生物基极压润滑剂的极压和抗磨性较纯植物油基础油有所提高(见图2和表1)。
附图说明
图1为生物基极压润滑剂制备方法的红外光谱谱图。
图2为菜籽油和生物基极压润滑剂的摩擦系数和极压值示意图；其中a为菜籽油和生物基极压润滑剂的摩擦系数示意图，b为菜籽油和生物基极压润滑剂的极压值示意图。
表1
项目 极压值(P<sub>B</sub>/N) 摩擦系数
菜籽油 684 0.07
实施例1 756 0.06
实施例2 722 0.067
实施例3 705 0.073
实施例4 743 0.062
实施例5 761 0.059
实施例6 750 0.065
实施例7 753 0.064
具体实施方式
实施例1
(一)含末端双键脂肪酸的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入蓖麻油酸1mol、甲基丙烯酸缩水甘油酯1mol，及占蓖麻油酸与甲基丙烯酸缩水甘油酯总质量1.0％的苄基三乙基氯化铵为催化剂，1.0％的对苯二酚为阻聚剂，升温至125℃，反应2h，得含末端双键脂肪酸。
(二)脂肪酸基极压润滑添加剂的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入步骤(一)所得含末端双键脂肪酸1g和大蒜油4g，及占含末端双键脂肪酸与大蒜油总质量1.0％的过氧化二苯甲酰为引发剂，在N,N-二甲基甲酰胺中120℃反应2h；然后减压到-0.1～-0.09MPa，蒸除溶剂N,N-二甲基甲酰胺，即得脂肪酸基极压润滑添加剂。
(三)生物基极压润滑剂的制备
25℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂按质量比2.0％溶于菜籽油中，即得稳定的生物基极压润滑剂。
本实施例制备的脂肪酸基极压润滑添加剂，其红外光谱如图1所示：谱图中含末端双键脂肪酸(RA-GMA)曲线中1630cm-1处为末端双键特征峰；在大蒜油(GO)曲线中，3080和3009cm-1处为末端双键的C-H反对称和对称伸缩振动峰，918cm-1和987cm-1为-CH＝CH2特征峰，在1630cm-1处出现了不饱和双键吸收峰；在脂肪酸极压润滑添加剂(RA-GMA-GO)曲线中，1630cm-1、3080cm-1、918cm-1和987cm-1等有关末端双键的特征峰消失，说明RA-GMA与GO发生了自由基聚合反应，证明脂肪酸极压润滑添加剂合成成功。以下实施例制备的产物具有与实施例1的红外光谱类似，不再具体描述。本实施例制备的生物基极压润滑剂的最大无卡咬载荷(极压值，PB)达到756N，比纯菜籽油基础油(684N)提高10.5％；摩擦系数为0.06，比纯菜籽油基础油(0.07)降低16.7％。
实施例2
(一)含末端双键脂肪酸的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入棕榈酸1mol、N,N-二烯丙基丙烯酰胺1mol，及占棕榈酸与N,N-二烯丙基丙烯酰胺总质量2.0％的苄基三乙基氯化铵为催化剂，0.05％的对苯二酚为阻聚剂，升温至150℃，反应3h，得含末端双键脂肪酸。
(二)脂肪酸基极压润滑添加剂的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入步骤(一)所得含末端双键脂肪酸1g和大蒜油4g，及占含末端双键脂肪酸与大蒜油总质量2.0％的偶氮二异丁腈为引发剂，在甲苯中80℃反应5h；然后减压到-0.1～-0.09MPa，蒸除溶剂甲苯，即得脂肪酸基极压润滑添加剂。
(三)生物基极压润滑剂的制备
25℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加0.5wt.％溶于大豆油中，即得稳定的生物基极压润滑剂。
实施例3
(一)含末端双键脂肪酸的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入壬酸1mol、甲基丙烯酸缩水甘油酯1mol，及占壬酸与N,N-二烯丙基丙烯酰胺总质量0.05％的苄基三乙基氯化铵为催化剂，0.05％的对苯二酚为阻聚剂，升温至140℃，反应1h，得含末端双键脂肪酸。
(二)脂肪酸基极压润滑添加剂的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入步骤(一)所得含末端双键脂肪酸1g和大蒜油4g，及占含末端双键脂肪酸与大蒜油总质量0.05％的过氧化环己酮为引发剂，在苯中100℃反应4h；然后减压到-0.1～-0.09MPa，蒸除溶剂苯，即得脂肪酸基极压润滑添加剂。
(三)生物基极压润滑剂的制备
25℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂1.0wt.％溶于蓖麻油中，即得稳定的生物基极压润滑剂。
实施例4
(一)含末端双键脂肪酸的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入月桂酸1mol、甲基丙烯酸缩水甘油酯1mol，及占月桂酸与甲基丙烯酸缩水甘油酯总质量1.0％的苄基三乙基氯化铵为催化剂，0.01％的对苯二酚为阻聚剂，升温至100℃，反应2h，得含末端双键脂肪酸。
(二)脂肪酸基极压润滑添加剂的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入步骤(一)所得含末端双键脂肪酸1g和大蒜油4g，及占含末端双键脂肪酸与大蒜油总质量1.0％的偶氮二异丁腈为引发剂，在N,N-二甲基甲酰胺中90℃反应2h；然后减压到-0.1～-0.09MPa，蒸除溶剂N,N-二甲基甲酰胺，即得脂肪酸基极压润滑添加剂。
(三)生物基极压润滑剂的制备
25℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂3.0wt.％溶于棉籽油中，即得稳定的生物基极压润滑剂。
实施例5
(一)含末端双键脂肪酸的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入二聚酸1mol、N,N-二烯丙基丙烯酰胺1mol，及占二聚酸与N,N-二烯丙基丙烯酰胺总质量2.0％的苄基三乙基氯化铵为催化剂，1.0％的对苯二酚为阻聚剂，升温至120℃，反应3h，得含末端双键脂肪酸。
(二)脂肪酸基极压润滑添加剂的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入步骤(一)所得含末端双键脂肪酸1g和大蒜油4g，及占含末端双键脂肪酸与大蒜油总质量0.05％的偶氮二异丁腈为引发剂，在N,N-二甲基甲酰胺中110℃反应4h；然后减压到-0.1～-0.09MPa，蒸除溶剂N,N-二甲基甲酰胺，即得脂肪酸基极压润滑添加剂。
(三)生物基极压润滑剂的制备
25℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂5.0wt.％溶于棕榈油中，即得稳定的生物基极压润滑剂。
实施例6
(一)含末端双键脂肪酸的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入葵酸1mol、甲基丙烯酸缩水甘油酯1mol，及占葵酸与甲基丙烯酸缩水甘油酯总质量0.05％的苄基三乙基氯化铵为催化剂，0.05％的对苯二酚为阻聚剂，升温至130℃，反应1h，得含末端双键脂肪酸。
(二)脂肪酸基极压润滑添加剂的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入步骤(一)所得含末端双键脂肪酸1g和大蒜油4g，及占含末端双键脂肪酸与大蒜油总质量0.05％的过氧化二苯甲酰为引发剂，在甲苯中120℃反应3h；然后减压到-0.1～-0.09MPa，蒸除溶剂甲苯，即得脂肪酸基极压润滑添加剂。
(三)生物基极压润滑剂的制备
25℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂4.0wt.％溶于菜籽油中，即得稳定的生物基极压润滑剂。
实施例7
(一)含末端双键脂肪酸的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入油酸1mol、N,N-二烯丙基丙烯酰胺1mol，及占油酸与N,N-二烯丙基丙烯酰胺总质量1.0％的苄基三乙基氯化铵为催化剂，1.0％的对苯二酚为阻聚剂，升温至140℃，反应3h，得含末端双键脂肪酸。
(二)脂肪酸基极压润滑添加剂的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入步骤(一)所得含末端双键脂肪酸1g和大蒜油4g，及占含末端双键脂肪酸与大蒜油总质量1.0％的过氧化环己酮为引发剂，在苯中120℃反应2h；然后减压到-0.1～-0.09MPa，蒸除溶剂苯，即得脂肪酸基极压润滑添加剂。
(三)生物基极压润滑剂的制备
25℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂1.0wt.％溶于大豆油中，即得稳定的生物基极压润滑剂。
实施例8
(一)含末端双键脂肪酸的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入油酸1mol、甲基丙烯酸缩水甘油酯1mol，及占油酸与甲基丙烯酸缩水甘油酯总质量0.05％的苄基三乙基氯化铵为催化剂，0.03％的对苯二酚为阻聚剂，升温至120℃，反应2h，得含末端双键脂肪酸。
(二)脂肪酸基极压润滑添加剂的制备
在装有加热套、搅拌装置、温度计的500mL三口烧瓶中，加入步骤(一)所得含末端双键脂肪酸1g和大蒜油4g，及占含末端双键脂肪酸与大蒜油总质量0.5％的过氧化二苯甲酰为引发剂，在N,N-二甲基甲酰胺中100℃反应3h；然后减压到-0.1～-0.09MPa，蒸除溶剂N,N-二甲基甲酰胺，即得脂肪酸基极压润滑添加剂。
(三)生物基极压润滑剂的制备
25℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂2.0wt.％溶于棉籽油中，即得稳定的生物基极压润滑剂。

Claims (2)

1.一种生物基极压润滑剂的制备方法，其特征在于按比例，由以下步骤制得:（一）含末端双键脂肪酸的制备:在装有加热套、搅拌装置、温度计的500 mL三口烧瓶中，加入二聚酸1mol、N,N-二烯丙基丙烯酰胺1 mol，及占二聚酸与N,N-二烯丙基丙烯酰胺总质量2.0 % 的苄基三乙基氯化铵为催化剂，1.0 % 的对苯二酚为阻聚剂，升温至120 ℃，反应3 h，得含末端双键脂肪酸；（二）脂肪酸基极压润滑添加剂的制备：在装有加热套、搅拌装置、温度计的500 mL三口烧瓶中，加入步骤(一)所得含末端双键脂肪酸1 g和大蒜油4 g，及占含末端双键脂肪酸与大蒜油总质量0.05 % 的偶氮二异丁腈为引发剂，在N, N-二甲基甲酰胺中110℃反应4 h；然后减压到 -0.1～-0.09 MPa，蒸除溶剂N, N-二甲基甲酰胺，即得脂肪酸基极压润滑添加剂；（三）生物基极压润滑剂的制备：25 ℃，将第二步所得脂肪酸基极压润滑添加剂5.0 wt.%溶于棕榈油中，即得稳定的生物基极压润滑剂。
2.权利要求1所述制备方法制得的生物基极压润滑剂。
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