CN108570342A - 可降解压缩机机油组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可降解空气压缩机机油组合物，包括复合酯合成油、改性植物油、生物降解促进剂、抗氧剂、抗乳化剂、防锈剂、极压抗磨剂，所述生物降解促进剂为脂肪酰基氨基酸。与现有技术相比，本发明提供的可降解空气压缩机油组合物采用复合酯合成油和改性植物油作为润滑油基础油，相比于矿物基础油，具有优异的氧化安定性、热安定性以及优异的清净分散性、低积碳和油泥形成倾向。改性植物油呈现出接近100％的生物降解性且具有较好的润滑性能及稳定性，生物降解促进剂以脂肪酸和氨基酸为原料合成，属于生物体构成部分，易于生物降解，生物降解促进剂中含有微生物所需要的养分，有助于提高基础油的生物降解性能，制备工艺简单，环境友好。

Description

可降解压缩机机油组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业用压缩机油技术领域，特别涉及一种可降解压缩机机油组合物及其制备方法。
背景技术
随着现代化工业的迅速发展，我国对于润滑油的需求量十分巨大，润滑油的主要成分就是基础油和各种添加剂。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。矿物基础油应用广泛，用量很大(约95％以上)，但是它们难以降解，几乎长期留在环境中。每年全球消耗润滑油为3600～4000万吨，其中1000万吨左右的润滑油由于泄漏、飞溅、油气蒸发、包装用品的残留、不当地抛弃等原因直接进入人类居住的生态环境，严重污染土壤和水资源，破坏生态环境。
添加剂是润滑油的精髓，可赋予润滑油新的特殊性能，或加强其原来具有的某种性能，满足更高的要求。生物降解型润滑油添加剂是一类环境友好型的润滑油添加剂，它不仅拥有清净，分散，抗氧，抗腐蚀，抗磨，防锈，降凝，消泡，摩擦改进，粘度改进等功能中的一种或多种，还可以利用微生物通过生物降解的方式将基础油重新分解为小分子单体或元素，解决了物质堆积，环境污染等问题的困扰，提高润滑油的生物降解性能，具有很大的市场前景和经济价值。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供可降解压缩机机油组合物及其制备方法，以解决提高润滑油生物降解性能以及保持高抗剪切稳定性、热氧化安定性、抗结焦、清净分散性、沉积物控制能力好、降低金属表面的摩擦系数的问题。
本发明采用的技术方案如下：一种可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于包括以下质量份数的原料：复合酯合成油50-80份、改性植物油30-50份、生物降解促进剂3-12份、抗氧剂2-9份、抗乳化剂0.1-1份、防锈剂0.5-2份、极压抗磨剂0.1-5份；
所述生物降解促进剂为脂肪酰基氨基酸。
优选的，所述原料的质量份数为：复合酯合成油55份、改性植物油38份、生物降解促进剂4份、抗氧剂5份、抗乳化剂0.2份、防锈剂0.8份、金属钝化剂1.5份、极压抗磨剂0.5份；
优选的，所述复合酯合成油采用以下方法制得：在氮气保护下，将摩尔比为1:(0.2-1)的十三烷二酸和三羟甲基丙烷投入反应釜，然后加入稀土固体酸，将反应温度升至110-180℃，控制反应压力为150-1400KPa，反应1-5h，得到粗产物；将粗产物中加入碳酸钠进行中和后，过滤除去滤渣，将滤液进行减压蒸馏除去过量的十三烷二酸，得到所述复合酯合成油。
优选的，所述稀土固体酸为质量比为1：(0.8-1.5)的MoO3/ZrO2和稀土Nd的混合物。
优选的，所述改性植物油采用以下方法制得：将体积比为(1-3)：1的蓖麻油和棉籽油投入反应釜中充分混合，得到油状初混物；将反应温度升至100～140℃，边搅拌边添加相当于油状初混物总质量1-5％的壳聚糖混合物，搅拌速度控制为200-500r/min，反应0.5-2h，得到所述改性植物油。
优选的，所述壳聚糖混合物为质量比为1：(2-4)的壳聚糖与苯磺酸钠。
优选的，所述生物降解促进剂采用以上方法制得：将脂肪酸投入反应釜中，边搅拌边滴加二氯亚砜，滴加完成后，将反应温度升至50-80℃，控制搅拌速度300～600r/min，恒温反应3-6h后，减压蒸馏得到脂肪酸酰氯；常温下，将氨基酸加入质量分数为5-8％wt的氢氧化钠溶液中，搅拌溶解后，将反应温度升至30-50℃，然后边搅拌边滴加脂肪酸酰氯，维持pH值为5-8，滴加完成后，将反应温度升至60-80℃，继续搅拌反应3-6h后，待充分反应后，将反应物分别用去离子水和石油醚清洗后干燥，得到所述生物降解促进剂。
优选的，所述脂肪酸为肉豆蔻酸、棕榈酸或辛酸；所述氨基酸与氢氧化钠溶液的质量比为1：(3-10)。
优选的，抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚衍生物、烷基化二苯胺或N-苯基-α-萘胺中的一种或两种以上的混合物；抗乳化剂为聚醚类高分子化合物；所述防锈剂为石油磺酸钠、十二烯基丁二酸酯或磷酸壬基胺盐混合物；所述金属钝化剂为苯***衍生物或噻二唑衍生物；所述极压抗磨剂为磷酸酯类化合物或亚磷酸酯类化合物。
一种可降解空气压缩机机油组合物的制备方法，关键在于按以下步骤进行：
步骤一、分别制备复合酯合成油、改性植物油和生物降解促进剂；
步骤二、将复合酯合成油、改性植物油投入搅拌釜中，将搅拌釜加热至60-90℃，搅拌1-3h得到混合均匀的基础油；
步骤三、将步骤二中得到的基础油中依次加入步骤一中得到的生物降解促进剂，抗氧剂、抗乳化剂、防锈剂、金属钝化剂和极压抗磨剂，将体系温度降至40-60℃，反应1-2h，制得成品。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的可降解空气压缩机油组合物采用复合酯合成油和改性植物油作为润滑油基础油，相比于矿物基础油，具有优异的氧化安定性、热安定性以及优异的清净分散性、低积碳和油泥形成倾向。复合酯合成油相对分子量高，油品高温粘度高，生物降解性及润滑性好；改性植物油不发生将碳增加至表面循环***的问题，具有至少70％或以上的生物降解性且呈现出接近100％的生物降解性，具有较好的润滑性能及稳定性，有利于环保；生物降解促进剂以脂肪酸和氨基酸为原料合成，具有低刺激性，低毒性、柔和性等优点，并且其原料可再生，属于生物体构成部分，易于生物降解，生物降解促进剂中含有微生物所需要的养分和作为表面活性剂能起到增溶的作用，有助于提高基础油的生物降解性能。制备工艺简单，不腐蚀设备，不产生三废，环境友好，压缩机油中各组分之间相容性好，具有优良的抗氧化性、抗乳化性、防腐抗锈性、优异的低积炭和水解稳定性。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附表和具体实施方式对本发明作详细说明。
一、一种可降解空气压缩机机油组合物
实施例1：可降解空气压缩机机油组合物中各原料的配制比例
将可降解空气压缩机机油组合物中各原料分别按表1所述质量份数进行混合，得到3组不同混合比例的可降解空气压缩机机油组合物I～III。
表1不同混合比例(质量份数)的可降解空气压缩机机油组合物
实施例2：可降解空气压缩机机油组合物的制备方法
步骤一、制备复合酯合成油：在氮气保护下，将摩尔比为1:0.2的十三烷二酸和三羟甲基丙烷投入反应釜，然后加入稀土固体酸，所述稀土固体酸为质量比为1：0.8的MoO3/ZrO2和稀土Nd的混合物，将反应温度升至110-180℃，控制反应压力为150-1400KPa，反应1-5h，得到粗产物；将粗产物中加入碳酸钠进行中和后，过滤除去滤渣，将滤液进行减压蒸馏除去过量的十三烷二酸，得到所述复合酯合成油；
制备改性植物油和生物降解促进剂：将体积比为1：1的蓖麻油和棉籽油投入反应釜中充分混合，得到油状初混物；将反应温度升至100～140℃，边搅拌边添加相当于油状初混物总质量1％的壳聚糖混合物，所述壳聚糖混合物为质量比为1：2的壳聚糖与苯磺酸钠，搅拌速度控制为200-500r/min，反应0.5-2h，得到所述改性植物油；
制备生物降解促进剂：将肉豆蔻酸投入反应釜中，边搅拌边滴加二氯亚砜，滴加完成后，将反应温度升至50-80℃，控制搅拌速度300～600r/min，恒温反应3-6h后，减压蒸馏得到肉豆蔻酸酰氯；常温下，将氨基酸加入质量分数为5-8％wt的氢氧化钠溶液中，所述氨基酸与氢氧化钠溶液的质量比为1：3，搅拌溶解后，将反应温度升至30-50℃，然后边搅拌边滴加肉豆蔻酸酰氯，维持pH值为5-8，滴加完成后，将反应温度升至60-80℃，继续搅拌反应3-6h后，待充分反应后，将反应物分别用去离子水和石油醚清洗后干燥，得到所述生物降解促进剂。
步骤二、将50份复合酯合成油、30份改性植物油投入搅拌釜中，将搅拌釜加热至60-90℃，搅拌1-3h得到混合均匀的基础油；
步骤三、将步骤二中得到的基础油中依次加入步骤一中得到的生物降解促进剂3份，2,6-二叔丁基对甲酚衍生物2份、聚醚类高分子化合物0.1份、石油磺酸钠0.5份和磷酸酯类化合物0.1份，将体系温度降至40-60℃，反应1-2h，制得组合物I。
实施例3：可降解空气压缩机机油组合物的制备方法
步骤一、制备复合酯合成油：在氮气保护下，将摩尔比为1:1的十三烷二酸和三羟甲基丙烷投入反应釜，然后加入稀土固体酸，所述稀土固体酸为质量比为1：1.5的MoO3/ZrO2和稀土Nd的混合物，将反应温度升至110-180℃，控制反应压力为150-1400KPa，反应1-5h，得到粗产物；将粗产物中加入碳酸钠进行中和后，过滤除去滤渣，将滤液进行减压蒸馏除去过量的十三烷二酸，得到所述复合酯合成油；
制备改性植物油和生物降解促进剂：将体积比为3：1的蓖麻油和棉籽油投入反应釜中充分混合，得到油状初混物；将反应温度升至100～140℃，边搅拌边添加相当于油状初混物总质量5％的壳聚糖混合物，所述壳聚糖混合物为质量比为1：4的壳聚糖与苯磺酸钠，搅拌速度控制为200-500r/min，反应0.5-2h，得到所述改性植物油；
制备生物降解促进剂：将辛酸投入反应釜中，边搅拌边滴加二氯亚砜，滴加完成后，将反应温度升至50-80℃，控制搅拌速度300～600r/min，恒温反应3-6h后，减压蒸馏得到辛酸酰氯；常温下，将氨基酸加入质量分数为5-8％wt的氢氧化钠溶液中，所述氨基酸与氢氧化钠溶液的质量比为1：10，搅拌溶解后，将反应温度升至30-50℃，然后边搅拌边滴加辛酸酰氯，维持pH值为5-8，滴加完成后，将反应温度升至60-80℃，继续搅拌反应3-6h后，待充分反应后，将反应物分别用去离子水和石油醚清洗后干燥，得到所述生物降解促进剂。
步骤二、将80份复合酯合成油、50份改性植物油投入搅拌釜中，将搅拌釜加热至60-90℃，搅拌1-3h得到混合均匀的基础油；
步骤三、将步骤二中得到的基础油中依次加入步骤一中得到的生物降解促进剂12份，烷基化二苯胺9份、聚醚类高分子化合物1份、十二烯基丁二酸酯2份和磷酸酯类化合物5份，将体系温度降至40-60℃，反应1-2h，制得组合物II。
实施例4：可降解空气压缩机机油组合物的制备方法
步骤一、制备复合酯合成油：在氮气保护下，将摩尔比为1:0.8的十三烷二酸和三羟甲基丙烷投入反应釜，然后加入稀土固体酸，所述稀土固体酸为质量比为1：1.2的MoO3/ZrO2和稀土Nd的混合物，将反应温度升至110-180℃，控制反应压力为150-1400KPa，反应1-5h，得到粗产物；将粗产物中加入碳酸钠进行中和后，过滤除去滤渣，将滤液进行减压蒸馏除去过量的十三烷二酸，得到所述复合酯合成油；
制备改性植物油和生物降解促进剂：将体积比为2：1的蓖麻油和棉籽油投入反应釜中充分混合，得到油状初混物；将反应温度升至100～140℃，边搅拌边添加相当于油状初混物总质量5％的壳聚糖混合物，所述壳聚糖混合物为质量比为1：2.5的壳聚糖与苯磺酸钠，搅拌速度控制为200-500r/min，反应0.5-2h，得到所述改性植物油；
制备生物降解促进剂：将棕榈酸酸投入反应釜中，边搅拌边滴加二氯亚砜，滴加完成后，将反应温度升至50-80℃，控制搅拌速度300～600r/min，恒温反应3-6h后，减压蒸馏得到棕榈酸酰氯；常温下，将氨基酸加入质量分数为5-8％wt的氢氧化钠溶液中，所述氨基酸与氢氧化钠溶液的质量比为1：3，搅拌溶解后，将反应温度升至30-50℃，然后边搅拌边滴加棕榈酸酰氯，维持pH值为5-8，滴加完成后，将反应温度升至60-80℃，继续搅拌反应3-6h后，待充分反应后，将反应物分别用去离子水和石油醚清洗后干燥，得到所述生物降解促进剂。
步骤二、将55份复合酯合成油、38份改性植物油投入搅拌釜中，将搅拌釜加热至60-90℃，搅拌1-3h得到混合均匀的基础油；
步骤三、将步骤二中得到的基础油中依次加入步骤一中得到的生物降解促进剂4份，N-苯基-α-萘胺5份、聚醚类高分子化合物0.2份、磷酸壬基胺盐0.8份和亚磷酸酯类化合物0.5份，将体系温度降至40-60℃，反应1-2h，制得组合物III。
实施例5对比实施例
设备和操作同实施例4，不同的是将生物降解促进剂的用量设为0，其他原料及其用量不变，得到复合空气压缩机机油组合物IV。
实施例6对比实施例
设备和操作同实施例4，不同的是将矿物基础油代替复合酯合成油和改性植物油，其他原料及其用量不变，得到复合空气压缩机机油组合物V。
二、分别将上述各实施例制备得到的可降解空气压缩机机油组合物进行性能测试比较：
(1)常规性能测试
表2可降解空气压缩机机油组合物的性能测试结果对比
从上表的数据可见，本发明的可降解空气压缩机机油组合物具有优良的粘温性能、氧化安定性能和高低温性能。组合物V与组合物I-III相比，最大咬负荷PB有明显的降低，表明组合物I-III具有的更加优异的极压性能，抗磨性能更佳，并且组合物III的磨斑直径要远远小于组合物V，说明组合物III的润滑效果也更好。
(2)生物降解性能测定
将润滑油受测物置于有氧实验环境下，在微生物的作用下，润滑油逐步分解成二氧化碳和水。通过生物降解指数BDI(定义为：受测物产生的二氧化碳量与参比物(油酸)产生的二氧化碳的比值百分数)来评价生物降解性能。
表3可降解空气压缩机机油组合物的生物降解性能测试结果对比
从上表的数据可以看出，组合物I-III相对于组合物IV和组合物V，具有很强的生物降解能力，排放至环境中不会造成污染，基本会分解，而组合物IV则具备一定的生物降解能力，但是不能完全分解，而组合物V则很难生物降解。表明用复合酯合成油和改性植物油作为润滑油基础油，并配合生物降解促进剂会呈现出接近100％的生物降解性。
本发明的可降解空气压缩机机油组合物具有优异的生物降解能力，可以诱导微生物体内的生物降解酶组分的生成，促进微生物生长和增加活性，从而加强了润滑油的生物降解性能；具有优异的抗磨减摩及润滑性能，使发动机振动减小，运行平稳，噪音降低；具有卓越的高温和热氧化安定性能，低积碳倾向和低挥发性，显著延长压缩机换油周期；具有良好的防腐防锈性能，防止压缩机各部件的磨损和锈蚀，减少过滤器和油气分离器的更换，减少机械零件如活塞环、轴承及密封件的更换次数，从而降低维修材料费用和人工费用开支。
最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于包括以下质量份数的原料：复合酯合成油50-80份、改性植物油30-50份、生物降解促进剂3-12份、抗氧剂2-9份、抗乳化剂0.1-1份、防锈剂0.5-2份、极压抗磨剂0.1-5份；
所述生物降解促进剂为脂肪酰基氨基酸。
2.根据权利要求1所述的可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于所述原料的质量份数为：复合酯合成油55份、改性植物油38份、生物降解促进剂4份、抗氧剂5份、抗乳化剂0.2份、防锈剂0.8份、极压抗磨剂0.5份。
3.根据权利要求1或2所述可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于所述复合酯合成油采用以下方法制得：在氮气保护下，将摩尔比为1:(0.2-1)的十三烷二酸和三羟甲基丙烷投入反应釜，然后加入稀土固体酸，将反应温度升至110-180℃，控制反应压力为150-1400KPa，反应1-5h，得到粗产物；将粗产物中加入碳酸钠进行中和后，过滤除去滤渣，将滤液进行减压蒸馏除去过量的十三烷二酸，得到所述复合酯合成油。
4.根据权利要求3所述的可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于：所述稀土固体酸为质量比为1：(0.8-1.5)的MoO3/ZrO2和稀土Nd的混合物。
5.根据权利要求1、2或4所述的可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于所述改性植物油采用以下方法制得：将体积比为(1-3)：1的蓖麻油和棉籽油投入反应釜中充分混合，得到油状初混物；将反应温度升至100～140℃，边搅拌边添加相当于油状初混物总质量1-5％的壳聚糖混合物，搅拌速度控制为200-500r/min，反应0.5-2h，得到所述改性植物油。
6.根据权利要求5所述的可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于：所述壳聚糖混合物为质量比为1：(2-4)的壳聚糖与苯磺酸钠。
7.根据权利要求1、4或6任一项所述的可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于所述生物降解促进剂采用以上方法制得：将脂肪酸投入反应釜中，边搅拌边滴加二氯亚砜，滴加完成后，将反应温度升至50-80℃，控制搅拌速度300～600r/min，恒温反应3-6h后，减压蒸馏得到脂肪酸酰氯；常温下，将氨基酸加入质量分数为5-8％wt的氢氧化钠溶液中，搅拌溶解后，将反应温度升至30-50℃，然后边搅拌边滴加脂肪酸酰氯，维持pH值为5-8，滴加完成后，将反应温度升至60-80℃，继续搅拌反应3-6h后，待充分反应后，将反应物分别用去离子水和石油醚清洗后干燥，得到所述生物降解促进剂。
8.根据权利要7所述的可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于：所述脂肪酸为肉豆蔻酸、棕榈酸或辛酸；所述氨基酸与氢氧化钠溶液的质量比为1：(3-10)。
9.根据权利要求1、2或8所述的可降解空气压缩机机油组合物，其特征在于：抗氧化剂为2,6-二叔丁基对甲酚衍生物、烷基化二苯胺或N-苯基-α-萘胺中的一种或两种以上的混合物；抗乳化剂为聚醚类高分子化合物；所述防锈剂为石油磺酸钠、十二烯基丁二酸酯或磷酸壬基胺盐混合物；所述极压抗磨剂为磷酸酯类化合物或亚磷酸酯类化合物。
10.根据权利要求1-9任一项所述的可降解空气压缩机机油组合物的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一、分别制备复合酯合成油、改性植物油和生物降解促进剂；
步骤二、将复合酯合成油、改性植物油投入搅拌釜中，将搅拌釜加热至60-90℃，搅拌1-3h得到混合均匀的基础油；
步骤三、将步骤二中得到的基础油中依次加入步骤一中得到的生物降解促进剂，抗氧剂、抗乳化剂、防锈剂和极压抗磨剂，将体系温度降至40-60℃，反应1-2h，制得成品。
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