CN111004662A - 一种生物基润滑油基础油及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于润滑油领域，具体涉及一种生物基润滑油基础油及其制备方法。本发明的生物基润滑油基础油是含不饱和双键的大豆油与自合成带有自由羟基的含氟硅油通过加成醚化制得，在40℃下的动态粘度为250～350mm2/s。本发明的生物基润滑油基础油具有高的热稳定性，优秀的抗氧化性能，另外发现其不但高低温性能优越，而且对金属材料有很好的吸附性，优良的润滑性，较强的抗磨和减摩性能，有效提高使用零件寿命及延长油品使用寿命；本发明制备工艺简单，易于操作，反应条件温和，成品使用方便，产品质量可靠，润滑性能好，节能性强，使用寿命长，应用环境友好。
Description
技术领域
本发明属于润滑油领域，具体涉及一种生物基润滑油基础油及其制备方法。
背景技术
磨损是目前机械零件失效的三大原因(磨损、腐蚀和断裂)之一。根据数据统计，目前在全世界工业部门使用的能源中，最终大概有三分之一以各种形式消耗在磨损上，然而在失效的机械零件中，接近有80％的比重是由于各种形式的磨损造成的，目前在我国每年因摩擦、磨损造成的损失高达数万亿元，这是一个惊人的数字。润滑是减少摩擦抗御磨损的最有效的途径之一，润滑是用润滑剂减少摩擦表面间的摩擦力或其他表面破坏形式的作用。将润滑油加入到在发生相对运动的各种摩擦副的接触面之间，润滑油起到降低摩擦、减少磨损、冷却降温、防止腐烛、传递动力、减振、绝缘、清洗、密封等作用，降低摩擦带来的能量消耗和环境污染，延长机械设备的使用寿命，因此润滑油被称为机械运转的血液，，因此，在机械运动中，润滑具有非常重要的意义。良好的润滑油要求：泄露量少、较长的使用时限、可循环利用或易于降解、环境友好型等。
润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成，基础油的质量是润滑油的根本。随着科技的日益发展，以天然可再生原料制备高性能、可生物降解的环境友好型的生物润滑油已越来越受到青睐。这主要取决于植物油具有易生物降解、对环境友好等特性，并且具有低挥发性、较高倾点以及良好的润滑性能，因此，植物油是制备环境友好型润滑油基础油的重要潜在原料。然而，由于植物油中含有大量的不饱和键，它们很容易被氧化，导致植物油具有较差的热稳定性和氧化稳定性，因此改进产品质量、提高产品档次是提高和改善植物油基润滑油产业的迫切需要。
发明内容
为了克服现有植物油较差的热稳定性和氧化性的缺点，本发明提供一种生物基润滑油基础油及其制备方法，该润滑油基础油具有高的热稳定性，优秀的抗氧化性能，另外发现其不但高低温性能优越，而且对金属材料有很好的吸附性，优良的润滑性，较强的抗磨和减摩性能，有效提高使用零件寿命及延长油品使用寿命。
一种生物基润滑油基础油，其结构式如下：
其中R1结构为
进一步，一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将1份3,5-二甲基-1,6庚二烯-4-醇，重量为相对于反应体系质量的0.5wt％的阻聚剂、10-3份催化剂溶解于40-50份无水甲苯中，将1.1-1.2份双((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)二甲基硅氧烷基)甲基硅烷溶解在20份无水甲苯中，后加入到恒压滴液漏斗中，控制滴速，搅拌，90-120℃反应3-5h后，减压蒸馏除去溶剂，加入30份二氯甲烷、用饱和碳酸氢钠水溶液和去离子水分别水洗3次，分去水相，取有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到产物I，反应方程式如下所示：
其中R结构为
(2)在氮气保护下，用步骤(1)制得的产物I与含不饱和双键的大豆油，按一定的摩尔配比、在酸性催化剂作用下，使产物I分子中的自由羟基与大豆油中的不饱和双键在反应温度为90～120℃，反应时间为4～8h条件下进行加成醚化反应，使产物I分子与大豆油分子通过醚键的形成而制得，反应方程式如下所示：
其中R1结构为
进一步，上述步骤(1)所述的阻聚剂为2,6-二叔丁基对甲基苯酚、对甲氧基苯酚、对苯二酚、对羟基苯甲醚中的一种或几种。
进一步，上述步骤(1)所述的催化剂为氯铂酸、卡宾烷、二氧化铂、三氯化铝中的一种或几种。
进一步，上述步骤(2)所述的大豆油不饱和双键含量以碘值表示的范围为110～145gI2/100g。
进一步，上述步骤(2)所述的产物I与大豆油的摩尔配比为：产物I：大豆油中不饱和双键为1.05～1.3:1。
进一步，上述步骤(2)所述的催化剂为硫酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、磷钨酸中的一种或几种，催化剂的用量为反应物料重量的0.5～2％。
进一步，上述步骤(2)制得的生物基润滑油基础油在40℃下的动态粘度为250～350mm2/s。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明生物基润滑油基础油选用生物降解性能好、毒性低、污染小及来源丰富的大豆油作为原料，与含氟硅油通过醚化反应消除分子链上的不饱和双键，大大提高基础油的热稳定性和抗氧化性能，具有优异的高低温性能，分子链结构上引入大量的含氟硅油基团，可以调节大豆油基础油的黏度，使其更易吸附金属表面，形成润滑保护膜。
(2)本发明生物基润滑油基础油分子链结构中含有大量的氟原子，氟原子较强的电负性和较小的原子体积结构，能够赋予基础油在一定的压力下不容易发生塑性变形，提高其润滑效果和使用寿命。
(3)本发明生物基润滑油基础油分子链结构中含有含氟硅油结构，这使得基础油具有较强的极性，在摩擦过程中，有机氟分解且分解产物与摩擦副表面发生复杂的化学反应，形成稳定的抗磨减摩防保护膜，在高载荷下，有更低的摩擦系数，保护膜承载能力高，这大大起到了抗磨和减摩作用。
(4)本发明生物基润滑油基础油不会对摩擦零件材料产生腐蚀和选择性现象，制备工艺简单，易于操作，反应条件温和，成品使用方便，产品质量可靠，润滑性能好，节能性强，使用寿命长，应用环境友好。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将1份3,5-二甲基-1,6庚二烯-4-醇，重量为相对于反应体系质量的0.5wt％的阻聚剂2,6-二叔丁基对甲基苯酚、10-3份催化剂氯铂酸溶解于45份无水甲苯中，将1.1份双((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)二甲基硅氧烷基)甲基硅烷溶解在20份无水甲苯中，后加入到恒压滴液漏斗中，控制滴速，搅拌，100℃反应4h后，减压蒸馏除去溶剂，加入30份二氯甲烷、用饱和碳酸氢钠水溶液和去离子水分别水洗3次，分去水相，取有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到产物I；
(2)在氮气保护下，用步骤(1)制得的产物I与含不饱和双键的大豆油，大豆油中不饱和双键含量以碘值表示的范围为125gI2/100g，按产物I：大豆油中不饱和双键为1.15:1，在用量为反应物料重量的1％硫酸催化剂作用下，使产物I分子中的自由羟基与大豆油中的不饱和双键在反应温度为100℃，反应时间为5h条件下进行加成醚化反应，使产物I分子与大豆油分子通过醚键的形成而制得，制得的生物基润滑油基础油在40℃下的动态粘度为300mm2/s。
实施例2
一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将1份3,5-二甲基-1,6庚二烯-4-醇，重量为相对于反应体系质量的0.5wt％的阻聚剂对甲氧基苯酚、10-3份催化剂卡宾烷溶解于40份无水甲苯中，将1.15份双((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)二甲基硅氧烷基)甲基硅烷溶解在20份无水甲苯中，后加入到恒压滴液漏斗中，控制滴速，搅拌，90℃反应5h后，减压蒸馏除去溶剂，加入30份二氯甲烷、用饱和碳酸氢钠水溶液和去离子水分别水洗3次，分去水相，取有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到产物I；
(2)在氮气保护下，用步骤(1)制得的产物I与含不饱和双键的大豆油，大豆油中不饱和双键含量以碘值表示的范围为110gI2/100g，按产物I：大豆油中不饱和双键为1.05:1，在用量为反应物料重量的0.5％对甲苯磺酸催化剂作用下，使产物I分子中的自由羟基与大豆油中的不饱和双键在反应温度为110℃，反应时间为6h条件下进行加成醚化反应，使产物I分子与大豆油分子通过醚键的形成而制得，制得的生物基润滑油基础油在40℃下的动态粘度为280mm2/s。
实施例3
一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将1份3,5-二甲基-1,6庚二烯-4-醇，重量为相对于反应体系质量的0.5wt％的阻聚剂对苯二酚、10-3份催化剂二氧化铂溶解于42份无水甲苯中，将1.18份双((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)二甲基硅氧烷基)甲基硅烷溶解在20份无水甲苯中，后加入到恒压滴液漏斗中，控制滴速，搅拌，95℃反应4.5h后，减压蒸馏除去溶剂，加入30份二氯甲烷、用饱和碳酸氢钠水溶液和去离子水分别水洗3次，分去水相，取有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到产物I；
(2)在氮气保护下，用步骤(1)制得的产物I与含不饱和双键的大豆油，大豆油中不饱和双键含量以碘值表示的范围为120gI2/100g，按产物I：大豆油中不饱和双键为1.1:1，在用量为反应物料重量的1.5％甲磺酸催化剂作用下，使产物I分子中的自由羟基与大豆油中的不饱和双键在反应温度为90℃，反应时间为8h条件下进行加成醚化反应，使产物I分子与大豆油分子通过醚键的形成而制得，制得的生物基润滑油基础油在40℃下的动态粘度为250mm2/s。
实施例4
一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将1份3,5-二甲基-1,6庚二烯-4-醇，重量为相对于反应体系质量的0.5wt％的阻聚剂对羟基苯甲醚、10-3份催化剂三氯化铝溶解于48份无水甲苯中，将1.2份双((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)二甲基硅氧烷基)甲基硅烷溶解在20份无水甲苯中，后加入到恒压滴液漏斗中，控制滴速，搅拌，120℃反应3h后，减压蒸馏除去溶剂，加入30份二氯甲烷、用饱和碳酸氢钠水溶液和去离子水分别水洗3次，分去水相，取有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到产物I；
(2)在氮气保护下，用步骤(1)制得的产物I与含不饱和双键的大豆油，大豆油中不饱和双键含量以碘值表示的范围为130gI2/100g，按产物I：大豆油中不饱和双键为1.2:1，在用量为反应物料重量的2％磷钨酸催化剂作用下，使产物I分子中的自由羟基与大豆油中的不饱和双键在反应温度为120℃，反应时间为4h条件下进行加成醚化反应，使产物I分子与大豆油分子通过醚键的形成而制得，制得的生物基润滑油基础油在40℃下的动态粘度为320mm2/s。
实施例5
一种生物基润滑油基础油的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将1份3,5-二甲基-1,6庚二烯-4-醇，重量为相对于反应体系质量的0.5wt％的阻聚剂，阻聚剂对羟基苯甲醚和对苯二酚的质量比为1:1、三氯化铝和氯铂酸质量比为1:1的催化剂10-3份溶解于50份无水甲苯中，将1.12份双((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)二甲基硅氧烷基)甲基硅烷溶解在20份无水甲苯中，后加入到恒压滴液漏斗中，控制滴速，搅拌，110℃反应3.5h后，减压蒸馏除去溶剂，加入30份二氯甲烷、用饱和碳酸氢钠水溶液和去离子水分别水洗3次，分去水相，取有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到产物I；
(2)在氮气保护下，用步骤(1)制得的产物I与含不饱和双键的大豆油，大豆油中不饱和双键含量以碘值表示的范围为145gI2/100g，按产物I：大豆油中不饱和双键为1.3:1，在用量为反应物料重量的1.5％磷钨酸和甲磺酸质量比为1:1组成的催化剂作用下，使产物I分子中的自由羟基与大豆油中的不饱和双键在反应温度为105℃，反应时间为7h条件下进行加成醚化反应，使产物I分子与大豆油分子通过醚键的形成而制得，制得的生物基润滑油基础油在40℃下的动态粘度为350mm2/s。
对比例1选用未改性的大豆油作为基础油；
对比例2与实施例1进行比较，将双三甲基硅氧基甲基硅烷代替双((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)二甲基硅氧烷基)甲基硅烷参与反应，具体包括如下步骤：
(1)将1份3,5-二甲基-1,6庚二烯-4-醇，重量为相对于反应体系质量的0.5wt％的阻聚剂2,6-二叔丁基对甲基苯酚、10-3份催化剂氯铂酸溶解于45份无水甲苯中，将1.1份双三甲基硅氧基甲基硅烷溶解在20份无水甲苯中，后加入到恒压滴液漏斗中，控制滴速，搅拌，100℃反应4h后，减压蒸馏除去溶剂，加入30份二氯甲烷、用饱和碳酸氢钠水溶液和去离子水分别水洗3次，分去水相，取有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到产物I；
(2)在氮气保护下，用步骤(1)制得的产物I与含不饱和双键的大豆油，大豆油中不饱和双键含量以碘值表示的范围为125gI2/100g，按产物I：大豆油中不饱和双键为1.15:1，在用量为反应物料重量的1％硫酸催化剂作用下，使产物I分子中的自由羟基与大豆油中的不饱和双键在反应温度为100℃，反应时间为5h条件下进行加成醚化反应，使产物I分子与大豆油分子通过醚键的形成而制得，制得的生物基润滑油基础油在40℃下的动态粘度为220mm2/s。
对比例3与实施例1进行比较，将产物I与含不饱和双键的大豆油进行混合，具体包括如下步骤：
(1)将1份3,5-二甲基-1,6庚二烯-4-醇，重量为相对于反应体系质量的0.5wt％的阻聚剂2,6-二叔丁基对甲基苯酚、10-3份催化剂氯铂酸溶解于45份无水甲苯中，将1.1份双((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)二甲基硅氧烷基)甲基硅烷溶解在20份无水甲苯中，后加入到恒压滴液漏斗中，控制滴速，搅拌，100℃反应4h后，减压蒸馏除去溶剂，加入30份二氯甲烷、用饱和碳酸氢钠水溶液和去离子水分别水洗3次，分去水相，取有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到产物I；
(2)在氮气保护下，用步骤(1)制得的产物I与含不饱和双键的大豆油，大豆油中不饱和双键含量以碘值表示的范围为125gI2/100g，在40℃下机械搅拌混合均匀，制得的生物基润滑油基础油在40℃下的动态粘度为150mm2/s。
将实施例1至5所得样品与对比例1，对比例2，对比例3所得样品进行性能测试。结果如表1所示，采用四球摩擦磨损试验机来评价抗磨性能，所用钢球材质为GCr15，直径为12.7mm，转速为1500r/min，时间为30min，室温，测量试球的磨斑直径(WSD)。参照国标GB/T12583-1998测定最大无卡咬负荷PB值来评价其极压承载性能。
表1
由上表可知，本发明的润滑油具有良好的耐磨能力和生物降价率，而且能显著增强润滑油的承载能力。
以上述依据本发明的实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种生物基润滑油基础油，其特征在于，结构式如下：
其中R1结构为
2.一种根据权利要求1所述的生物基润滑油基础油的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将1份3,5-二甲基-1,6庚二烯-4-醇，重量为相对于反应体系质量的0.5wt％的阻聚剂、10-3份催化剂溶解于40-50份无水甲苯中，将1.1-1.2份双((十三氟-1,1,2,2-四氢辛基)二甲基硅氧烷基)甲基硅烷溶解在20份无水甲苯中，后加入到恒压滴液漏斗中，控制滴速，搅拌，90-120℃反应3-5h后，减压蒸馏除去溶剂，加入30份二氯甲烷、用饱和碳酸氢钠水溶液和去离子水分别水洗3次，分去水相，取有机层，减压蒸馏除去溶剂，得到产物I，
(2)在氮气保护下，用步骤(1)制得的产物I与含不饱和双键的大豆油，按一定的摩尔配比、在酸性催化剂作用下，使产物I分子中的自由羟基与大豆油中的不饱和双键在反应温度为90～120℃，反应时间为4～8h条件下进行加成醚化反应，使产物I分子与大豆油分子通过醚键的形成而制得。
3.根据权利要求1所述的一种生物基润滑油基础油的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的阻聚剂为2,6-二叔丁基对甲基苯酚、对甲氧基苯酚、对苯二酚、对羟基苯甲醚中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种生物基润滑油基础油的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的催化剂为氯铂酸、卡宾烷、二氧化铂、三氯化铝中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种生物基润滑油基础油的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的大豆油不饱和双键含量以碘值表示的范围为110～145gI2/100g。
6.根据权利要求1所述的一种生物基润滑油基础油的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的产物I与大豆油的摩尔配比为：产物I：大豆油中不饱和双键为1.05～1.3:1。
7.根据权利要求1所述的一种生物基润滑油基础油的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的催化剂为硫酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、磷钨酸中的一种或几种，催化剂的用量为反应物料重量的0.5～2％。
8.根据权利要求1所述的一种生物基润滑油基础油的制备方法，其特征在于，步骤(2)制得的生物基润滑油基础油在40℃下的动态粘度为250～350mm2/s。
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