CN111205905A - 一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂及其制备方法。该多酚型抗氧剂为三(3,5‑二烷基‑4‑羟基苯基)‑烷基酸间苯三酚酯类抗氧剂，其制备条件温和，以间苯三酚、3,5‑二烷基‑4‑羟基苯基‑烷基酰氯为原料，使用二氯甲烷和吡啶的混合溶剂，三乙胺为催化剂，在温和条件下可制备出高收率的三(3,5‑二烷基‑4‑羟基苯基)‑烷基酸间苯三酚酯。以间苯三酚为桥联结构形成的酚酯型抗氧剂具有优异的热稳定性，同时酚酯结构在极性酯类基础油中具有良好的溶解性，可以有效改善酯类润滑油的抗氧化性能。

Description

一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂及其制备方法
技术领域
本发明属于润滑油添加剂技术领域，涉及一种增加润滑油质量的抗氧剂，具体涉及一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂及其制备方法。
背景技术
润滑油的抗氧化性能是影响其使用寿命的关键因素之一，主要取决于润滑基础油的氧化安定性能以及抗氧剂的抗氧功效。酯类基础油作为一种重要的第五类润滑基础油，具有良好的氧化安定性能、润滑性能、粘温性能及低温流动性能，由于酯类基础油分子结构中含有酯基极性基团，因而对于添加剂具有良好的溶解性能。
专利CN 101805145 B采用浓硫酸为催化剂，以均三甲苯与3,5-二烷基-4-羟基苄甲醚反应制备了一种多受阻酚抗氧剂，结构式如下：
Figure BDA0002378990720000011
该制备方法产生的废酸量较大，不利于大规模工业生产。另外，由于该结构中苯环与苯环之间仅通过亚甲基连接，苯环间较短的碳链结构难以保证该种抗氧剂在酯类润滑油中的溶解性。
专利CN 107245040B以对苯二胺为桥联结构制备了含酰胺结构的双酚抗氧剂，其结构如下：
Figure BDA0002378990720000012
专利CN 102432870 B也公开了一种含酰胺结构的多酚型抗氧剂，由于酰胺基团属于强极性官能团，使得含酰胺结构的多酚型抗氧剂在酯类油体系中溶解性较差。
雷玲等人(“四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯生产中酯交换反应工艺条件的优化”，化学工业与工程技术，2003，24(6):18-20)报道了一种多酚型抗氧剂四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊四醇酯抗氧剂的制备工艺，但以季戊四醇为桥联结构一定程度上限制了多酚型抗氧剂的热稳定性能。
发明内容
本发明目的在于，提供一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂及其制备方法，解决现有技术中抗氧剂的抗氧效果和相容性不好的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于，化学式如下：
Figure BDA0002378990720000021
其中R1为空间位阻基团，R2为烷基碳链。
优选的，所述R1为烷基位阻基团。
优选的，所述R1为丙基、丁基、戊基和己基中的任意一种。
优选的，所述R1为空间结构对称的异丙基、叔丁基、正戊烷基或新戊烷基。
优选的，所述R2位C-C烷基碳链。
一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于：由3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸和间苯三酚通过酯化反应得到。
一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于：所述的酯类润滑油用多酚型抗氧剂为三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯或二[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]对苯二酚酯。
一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将间苯三酚或对苯二酚溶于二氯甲烷和吡啶的混合溶剂中，再加入三乙胺，得到溶液A；
步骤2、将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯溶于二氯甲烷，得到溶液B；
步骤3、控制步骤1所得溶液A的温度为常温，将步骤2所得的溶液B逐滴加入步骤1所得溶液A中，控制滴加时间和反应时间，反应结束后分离反应产物，即得三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯或二[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]对苯二酚酯。
进一步地，所述间苯三酚与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯的摩尔比为1:3－1:5；
所述对苯二酚与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯的摩尔比为1:2－1:4；
间苯三酚或对苯二酚与三乙胺的摩尔比为1:4－1:8；
二氯甲烷和吡啶混合溶剂的体积比为8:1－16:1。
进一步地，所述步骤1和步骤3中溶液A温度维持在20－40℃，步骤3中溶液B的滴加时间为0.5－1.5h，滴加完毕后，控制继续反应的时间为1－2h。
进一步地，所述3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯采用3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯制备，具体方法如下：
步骤1、将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与碱液反应制取3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸；
步骤2、将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸与氯化亚砜在惰性气体氛围下反应得到3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯。
本发明的有益效果：
本发明采用二氯甲烷和吡啶的混合溶剂，以间苯三酚和3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯为原料，制备了一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯，制备条件温和且收率很高。以间苯三酚为桥联结构形成的酚酯抗氧剂具有优异的热稳定性，另外，在该抗氧剂的结构中，苯环与苯环之间以烷基链和酯基结构连接可以保证其在极性酯类油中的溶解性，能够有效改善酯类润滑油的抗氧化性能。
附图说明
图1为本发明实施例中3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯的制备路线图；
图2为本发明实施例中3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸及3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯的红外光谱图；
图3为本发明实施例中三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的结构式；
图4为本发明实施例中三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的红外光谱图；
图5为本发明实施例中三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的一级质谱；
图6为本发明实施例中三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的二级质谱；
图7为本发明实施例中三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的三级质谱图；
图8为三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的热失重曲线；
图9为含1.0wt％抗氧剂的己二酸二异辛酯油样的热流曲线图。
具体实施方式
本发明提供的一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂，结构式如下：
Figure BDA0002378990720000041
其中R1为空间位阻基团，具体为丙基、丁基、戊基和己基中的任意一种。更优的可以为空间结构对称的异丙基、叔丁基、正戊烷基或新戊烷基。本发明利用苯酚的羟基和其邻位的空间位阻基团来达到提高抗氧能力的作用，特别是，当位阻基团为对称结构的时候，抗氧能力最好。本发明的R2为烷基碳链，R2不宜过长，也不宜过短，一般为2-个碳链，如果过长则使得多酚型抗氧剂结构不具有对称性，但是为了便于反应R2至少为两个碳。下面以R1为叔丁基，R2为两个碳链说明本发明的合成过程，需要指出的是当R1和R2为其他基团时，合成路径和工艺相似，具体细小差距，本领域普通技术人员根据本发明给出的反应条件和过程可以轻而易举制备。
本发明合成方式可以采用两种工艺路线，第一种就是采用酯化缩合反应直接制备，比如通过3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸和间苯三酚通过酯化反应得到三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯，但是直接酯化反应效率不高，经济效益不好，因此本发明还提供了一种便于工业产业化的低成本合成路径。具体步骤如下：
步骤1、将间苯三酚或对苯二酚溶于二氯甲烷和吡啶的混合溶剂中，再加入三乙胺，得到溶液A；
步骤2、将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯溶于二氯甲烷，得到溶液B；
步骤3、控制步骤1所得溶液A的温度为常温，将步骤2所得的溶液B逐滴加入步骤1所得溶液A中，控制滴加时间和反应时间，反应结束后分离反应产物，即得三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯或二[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]对苯二酚酯。
该工艺路线采用的原料3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯为自制，其制备路线如图1所示，以下给出具体案例：
步骤(1)将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯(11.70g)溶于20mL甲醇，再加入8mL浓度为0.3g/mL的NaOH溶液，将其加热至65℃，待反应4h后冷却至室温，在搅拌条件下逐滴加入12.3％的盐酸溶液，将反应液pH值调节为1～3。大量不溶物析出，过滤并水洗至中性，收集滤饼，干燥，获得3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸。薄层色谱检测显示，3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯全部转化为3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸。
步骤(2)将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸(5.57g)溶于70mL甲苯，逐滴加入5.71g氯化亚砜，在氮气气氛保护下，将反应液加热至100℃，回流反应2h后冷却。通过减压蒸馏除去甲苯溶剂和多余的氯化亚砜，得到黄色固体3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯。
3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸及3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯的红外光谱图如图2所示。3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯的酯羰基的伸缩振动峰位于1719cm-1，3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的羰基伸缩振动峰位于1706cm-1，3300～2500cm-1的宽峰为羧酸的羟基缔合峰，两种物质的红外谱图表明，3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯发生了水解反应，并转化为3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸。相比于3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸的红外谱图，3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯的红外谱图中无3300～2500cm-1的宽峰，且羰基的吸收峰的波数为1800cm-1，此峰归属为3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯的羰基伸缩振动峰，二者红外光谱的差异表明3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸转化成了3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯。
实施例1：
图3为本实施例多酚型抗氧剂三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的结构式。在三口烧瓶内将0.19g间苯三酚(1.5mmol)溶于5mL二氯甲烷与0.5mL吡啶的混合溶剂中，再加入0.68g三乙胺(6.75mmol)。将1.60g3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯(5.4mmol)溶于6mL二氯甲烷，利用恒压分液漏斗将其逐滴加入上述的三口烧瓶，并控制反应体系温度为20℃，滴加时间为1h，滴加完毕后继续反应2h，再加入15mL水淬灭，分液，蒸馏除去溶剂，粗产物经柱层析淋洗，洗脱液为体积比为4:1的石油醚/乙酸乙酯溶剂，得到淡黄色的目标产物三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯1.19g，收率为87.4％。
图4是三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的红外光谱图，1767cm-1的红外峰归属于其羰基的伸缩振动峰。图5-图7分别是三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的一级质谱、二级质谱及三级质谱图。质荷比m/z为930的峰是三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯抗氧剂母离子的[M+Na]+峰，质荷比m/z为669的峰是该抗氧剂的[M+Na]+二级质谱峰，质荷比m/z为409的峰是该抗氧剂的[M+Na]+三级质谱峰。
图8是三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的热失重曲线，测试条件为氮气氛围，升温速率为10℃/min。从图中可以看出，三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的热分解温度为350℃，大幅高于3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯，具有优异的热稳定性。
在己二酸二异辛酯基础油中添加1.0wt％三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯抗氧剂或1.0wt％3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯抗氧剂。运用高压差示扫描量热法测试油样的氧化诱导时间，氧气压力为3.5MPa，流量为100mL/min，温度为200℃。在200℃、3.5MPa条件下，己二酸二异辛酯基础油会迅速氧化，其氧化诱导期为0。图9是含1.0％抗氧剂的己二酸二异辛酯油样热流曲线图，结果显示，含1.0％3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯油样的氧化诱导时间为6.9min，含1.0wt％三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯油样的氧化诱导时间为16.3min。三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯的氧化诱导时间是3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯的2.4倍，可以大幅改善酯类油的抗氧化性能。
实施例2：
在三口烧瓶内将0.19g间苯三酚(1.5mmol)溶于6mL二氯甲烷与0.4mL吡啶的混合溶剂中，再加入0.91g三乙胺(9.0mmol)。将2.00g3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯(6.75mmol)溶于8mL二氯甲烷，利用恒压分液漏斗将其逐滴加入上述的三口烧瓶，并控制反应体系温度为30℃，滴加时间为1.5h，滴加完毕后继续反应1h，再加入15mL水淬灭，分液，蒸馏除去溶剂，粗产物经柱层析淋洗，洗脱液为体积比为4:1的石油醚/乙酸乙酯溶剂，得到淡黄色的目标产物三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯1.33g，收率为97.7％。

Claims (12)

1.一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于，化学式如下：
Figure FDA0002378990710000011
其中R1为空间位阻基团，R2为烷基碳链。
2.如权利要求1所述酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于：所述R1为烷基位阻基团。
3.如权利要求2所述酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于：所述R1为丙基、丁基、戊基和己基中的任意一种。
4.如权利要求3所述酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于：所述R1为空间结构对称的异丙基、叔丁基、正戊烷基或新戊烷基。
5.如权利要求1-4任意一项所述酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于：所述R2位C-C烷基碳链。
6.一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于：由3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸和间苯三酚通过酯化反应得到。
7.一种酯类润滑油用多酚型抗氧剂，其特征在于：所述的酯类润滑油用多酚型抗氧剂为三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯或二[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]对苯二酚酯。
8.一种权利要求7所述酯类润滑油用多酚型抗氧剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将间苯三酚或对苯二酚溶于二氯甲烷和吡啶的混合溶剂中，再加入三乙胺，得到溶液A；
步骤2、将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯溶于二氯甲烷，得到溶液B；
步骤3、控制步骤1所得溶液A的温度为常温，将步骤2所得的溶液B逐滴加入步骤1所得溶液A中，控制滴加时间和反应时间，反应结束后分离反应产物，即得三[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]间苯三酚酯或二[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]对苯二酚酯。
9.如权利要求8所述酯类润滑油用多酚型抗氧剂制备方法，其特征在于：所述间苯三酚与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯的摩尔比为1:3－1:5；
所述对苯二酚与3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯的摩尔比为1:2－1:4；
间苯三酚或对苯二酚与三乙胺的摩尔比为1:4－1:8；
二氯甲烷和吡啶混合溶剂的体积比为8:1－16:1。
10.如权利要求8所述酯类润滑油用多酚型抗氧剂制备方法，其特征在于：所述步骤1和步骤3中溶液A温度维持在20－40℃，步骤3中溶液B的滴加时间为0.5－1.5h，滴加完毕后，控制继续反应的时间为1－2h。
11.如权利要求8所述酯类润滑油用多酚型抗氧剂制备方法，其特征在于：所述3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯采用3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯制备，具体方法如下：
步骤1、将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯与碱液反应制取3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸；
步骤2、将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸与氯化亚砜在惰性气体氛围下反应得到3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氯。
12.如权利要求11所述酯类润滑油用多酚型抗氧剂制备方法，其特征在于：所述步骤1中，3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸制取步骤如下：
将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸甲酯溶于甲醇中，再加入NaOH溶液，将其加热至60-70℃，待反应3-5h后冷却至室温，在搅拌条件下逐滴加入盐酸溶液，将反应液pH值调节为1～3，大量不溶物析出，过滤并水洗至中性，收集滤饼，干燥，获得3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸。
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