油酸季戊四醇酯的合成及性能研究

1、油酸季戊四醇酯的合成及性能研究第29卷第3期2007年o5月武汉工程大学j.wuhaninst.tech.vo1.29no.3may2007文章编号:10044736(2007)03000404油酸季戊四醇酯的合成及性能研究陈启明,郭嘉,陈金芳,安雅婷(武k:r-,lr.大学化工与制药学院,湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074)摘要;以油酸甲酯和季戊四醇为原料,通过酯交换法合成油酸季戊四醇酯,通过正交试验优化了实验条件,获得了最佳实验条件:催化剂为二丁基氧化锡,酯醇摩尔配比4.1:1,反应温度20o230,反应时间5h.生成的多元醇酯为黄色透明液体,产率可达78.34

2、.用四球试验机测试了承载能力和抗磨减摩性能,实验结果:承载能力为930n,优于对比样菜籽油和液体石蜡;平均磨斑直径0.580.61mm,优于对比样菜籽油.热重分析表明试样具有良好的热稳定性能,热稳定性大大超过对比样油酸甲酯和液体石蜡.关键词:油酸酯;酯交换;季戊四醇多元酯;热重分析摩擦性能中图分类号:tq225.242;o623.426.2文献标识码:a0引言植物油,矿物油是润滑油中常用的基础油,植物油具有生物降解性好,可再生的特点,但植物油氧化安定性比矿物油相差较多,这是其作为润滑剂基础油的最大缺点.多元醇酯不仅具有较好的生物降解性能,而且具有良好的氧化安定性,热稳定性,优良的粘温特性和良好

3、的润滑性能i1,在化纤油剂,航空发动机润滑油,金属高温加工油等领域具有广阔的应用前景.油酸季戊四醇酯可用酯化法和酯交换法合成,酯交换法具有对设备腐蚀性较小的特点.本研究以油酸甲酯和季戊四醇为原料,采用酯交换法合成了油酸季戊四醇酯,通过正交试验优化了实验条件,并对承载能力,抗磨减摩性能和热稳定性能进行了测试.1实验部分1.1原料和仪器季戊四醇,cp,上海试剂一厂;油酸甲酯,浙江新昌制药厂;二丁基氧化锡(dbt0),usageelbelgiumnewjersey.impact420型傅立叶红外光谱仪,美国nicolet公司;mrs一10a型屏显式四球摩擦实验机,最大实验力1okn,济南思达测试技术

4、有限公司;wrt一1型热重分析仪,北京光学仪器厂.1.2酯交换法合成油酸季戊四醇酯将油酸甲酯与季戊四醇以一定比例加入到干燥的装有分水器和回流冷凝管的三口烧瓶中,加入一定量(季戊四醇质量的0.8)的dbt0催化剂,升温到140230.c,反应57h,制得油酸季戊四醇多元酯.由分水器中收集的甲醇质量计算产品收率.采取正交试验法对反应条件进行优化.1.3结构表征及性能测定1.3.1季戊四醇多元酯的结构表征用impact420型傅立叶红外光谱仪(kbr盐片)对产品进行红外光谱分析,并与样品图谱进行比较.1.3.2摩擦磨损试验采用mrs一10a型屏显式四球试验机对产品进行摩擦磨损试验,试验条件:转速14

5、50r/min,室温24,长磨时间30min,载荷392n;明环牌钢球,武汉钢球厂,直径12.7mm,等级g18,钢球硬度5961hrc.分别测定承载能力尸b和磨斑直径(wsd).润滑剂的承载能力和抗磨减摩性能评价参考gb/t31421982润滑剂承载能力测定法(四球法).a.最大无卡咬负荷尸b,国际上通称临界负荷pk值,单位为n.每加一级载荷,观察一次钢球磨损斑点直径,当磨斑直径发生突变时的前一级载荷就是最大无卡咬负荷,其值越大,表明润滑油的抗磨性能越好.b.磨斑直径(wsd),单位为mm.在所加载荷为329n的条件下运转30min,然后测量钢球的磨斑直径,并求其平均值作为本次实验条件下的磨

6、斑直径.磨斑直径越小,表明润滑油的抗磨性能越好.将油酸季戊四醇酯,菜籽油以及液体石蜡在相同条件下做摩擦磨损试验并进行比较.1.3.3热失重试验采用wrt一1型热重分析收稿日期:2007一ol一16作者简介:陈启明(1957一),女,湖北武汉人,副教授.研究方向:精细化工.第3期陈启明,等:油酸季戊四醇酯的合成及性能研究仪进行热失重实验研究:将试样放入悬挂在铂丝上的坩埚(容积0.06ml)内,将温度由室温升至225(升温速率10?min)后保温130min,记录试样重量随时间的变化.然后不断升高炉温,仪器记录试样重量随温度的变化.将合成后未经分离精制的油酸季戊四醇酯,油酸甲酯以及液体石蜡在相同条

7、件下做热失重试验并进行比较.2结果与讨论2.1季戊四醇多元酯合成条件优化影响酯交换反应产率的主要因素有酯醇摩尔比,反应温度和反应时间,每个因素取3个水平,选用i.(34)表设计试验,l.(3)正交试验的因子水平见表1.表1l.(3)正交试验的因子水平table1factorsandlevelsofl9(3)orthogonaltest用l.(3)正交试验对反应条件进行优化,i.(3)正交试验设计与实验结果见表2.因子与水平关系见图1.表2l.(3)正交试验设计与实验结果table2designandresultsofl9(3)orthongonaltest试验.因子收率z奉明一z一535通过极

8、差分析得出因数对反应产率影响的顺序为温度,时间,摩尔配比.得到的反应优化条件为b.ac.,由于c.和c差别不大,从节能考虑选c为佳,即b.ac,因此,反应优化条件为酯醇摩尔比4.1:1,反应温度200230,时间5h.因予水平图1因子与水平变化图fig.1curvegraphoffactorandindex方差分析结果e.见表3,实验结果表明反应温度为显着性影响因数.按优化条件重复实验得到的产物为亮黄色均匀的油状物,产率可达到78.34.2.2油酸季戊四醇多元酯的结构表征油酸季戊四醇酯产品和样品的红外光谱见图2.样品ftir图由国外公司提供给中国石油大连润滑油研发中心_4.图2中:在1750c

9、mi1附近出现酯羰基的特征吸收,在3515cm附近出现酯羟基的弱吸收峰,2925cm一,2854cm附近的吸收峰分别是一ch.,一ch.中ch键的伸缩振动吸收,1465cm一,1375cm叫左右的吸收峰分别为一ch.,一ch.一中ch键的振动吸收.试样特征位置吸收峰的形状及峰面积和样品相近,因此,实验产品和样品为同类产物.样4000350030002500200015001000500波数/cm.图2产品与样品的红外光谱图fig.2ftirspectraofproductandsample2.3产品的摩擦磨损试验将油酸季戊四醇酯与菜籽油以及液体石蜡在一性生_l果竺风髅f一.的一一r455318

10、47加的加o3oo771m93m岛岛岛r武汉工程大学第29卷相同条件下做摩擦磨损试验,实验结果见表4.表4摩擦磨损实验结果table4resultsoffrictionandweartests从表4中可知:油酸季戊四醇多元酯的最大无卡咬负荷(值)大于菜籽油和液体石蜡,表明季戊四醇多元酯的抗磨性能优于菜籽油和液体石蜡;季戊四醇多元酯的平均磨斑直径比菜籽油小,但比液体石蜡大,这表明季戊四醇多元酯的耐磨性介于液体石蜡和菜籽油之间.此外,季戊四醇多元酯的生物降解性比液体石蜡好,综合考虑环保因素,季戊四醇多元酯做润滑剂基础油要优于菜籽油和液体石蜡.2.4产品的热重实验2.4.1加热时间和失重的关系从室温

11、开始升温至225并保温130min时样品的热失重与时间的变化关系见图3:130min时油酸季戊四醇酯的热失重为2o左右,液体石蜡的热失重为42左右,油酸甲酯的热失重则在95min时就达到100,因此,油酸季戊四醇酯的耐温性较好.由于未精制的油酸季戊四醇酯具有较好的耐温性,成本比价格昂贵的高纯度季戊四醇酯低,可作为成本较低的调配油.实际应用中就有将合成酯与其它油品进行调配以获得性能良好,成本较低的调配油_5.实验结果对简化工艺过程和节约能源提供了一定的依据.图3加热时间和试样热失重的关系fig.3weightlostofthesamplevs.heatingtime2.4.2加热温度和失重的关系

12、不断升高炉温,得到的油酸季戊四醇酯,油酸甲酯和液体石蜡的热失重与温度的变化关系分别见图4,图5和图6.由图4至图6可知:在250时,油酸季戊四醇酯的热失重仅为1.5%2%,油酸甲酯的热失重为85左右,液体石蜡的热失重为7o左右;当温度升至550时,油酸季戊四醇酯的热失重在65左右且至升温至700时也不再发生变化,而当温度升至350时油酸甲酯和液体石蜡的热失重已达100.由此可见油酸季戊四醇酯的热稳定性大大超过油酸甲酯和液体石蜡.100908070粤60504030图4油酸季戊四醇酯热失重曲线fig.4tgcurveofpentaerythritoloblate皿砥111莨皿珊莨图5油酸甲酯热失

13、重曲线fig.5tgcurveofoleate图6液体石蜡热失重曲线fig.6tgcurveofliquidparaffinwax3结语ltt.以二丁基氧化锡为催化剂,油酸甲酯与季戊四醇经酯交换反应生成季戊四醇多元酯,通过正交试验得到反应优化条件:反应温度200230,酯醇摩尔比4.1:1,反应时间5h.生成的多元酯为黄色透明液体,产率可达78.34%.b.油酸季戊四醇多元酯具有一定的耐磨性能以及良好的热稳定性和耐热性.未经分离的产品由于也具有良好的耐热性能,可作为成本较低的调配油使用,因此对降低生产成本节约能源具有一定的意义.第3期陈启明,等:油酸季戊四醇酯的合成及性能研究参考文献12邵发正

14、,孙霞,李新年.环保型润滑剂发展综述j.润滑与密封,2004,(3):125126,131.周存,刘燕军,谭杰.耐高温化纤油剂季戊四醇油酸酯的合成j.合成纤维工业,2005,28(4):2024.is李云雁,胡传荣.试验设计与数据处理m-1.北京:化学工业出版社,2005.4刘功德.高温链条油的研究与应用进展eb/ol.id一10760.20060311.5巩清叶,余来贵.环境友好润滑剂及其添加剂的摩擦学研究现状j.润滑与密封,2000,(5):6568.studyonsynthesisandcapabilityofpentaerythriteesterschenqiming,guojia,c

15、henjinfang,anyating(schoolofchemicalengineeringandpharmacy,wuhaninstituteoftechnology,hubeikeylabofnovelreactorandgreenchemicaltechnology,wuhan430074,china)abstract:pentaerythriteestersweresynthesizedfromrapeseedoilviatransesterification.theorthogonaltestwasdesignedtooptimizeexperimentconditions,and

16、theyieldcanreach78.34whenthemoleratioofesterandpentaerythrjto1is4.1:1,reactiontemperatureis200300,reactiontimeis5hoursanddibutyltinoxideisusedascatalyst.pbandwsdofpentaerythriteestersweretested,andtheresultsshowthatpboftheproductissupertothoseofrapeseedsoilandliquidparaffinwaxaspbis930n.theaveragews

17、dofproductis0.58o.61mmwhichissupertothatofrapeseedoil.thermogravimetryshowstheproducthasgoodthermalstability,andpreponderatesoverthethermalstabilityofthecontrastoleateand1iquidparaffinwax.keywords-oleate;transesterification;pentaerythriteesters;thermogravimetry;frictioncapability本文编辑:传一点(上接第3页)synth

18、esisofnanometersizedmetaloxidesandtheircharactercomparisonyudezhong,ajjun,zoujing(schoolofchemicalengineeringandpharmacy,wuhaninstituteoftechnology,hubeikeylabofnovelchemicalreactorandgreenchemicaltechnology,wuhan430074,china)abstract:thekindsofnanometersizedmetaloxideweresynthesizedwithso1一gelmethodwhilethesurfactantcetyltrimethylammoniumbromide(cta)wasusedasdispersionagent.theproductwascharacteriz