毕业设计（论文）高级脂肪醇碳酸月桂酯的合成研究

1、i高级脂肪醇碳酸月桂酯的合成研究摘 要润滑油的发展与国民经济的发展是密不可分的。随着我国车辆及机械设备的长足发展，润滑油也得到了快速发展。其中作为酯类润滑油，碳酸月桂酯是一种外观清澈的无色油状液体，它是一种性能优良的润滑剂基础油，具有良好的润滑性、不易结焦、积炭少和后处理简单的特点。本实验探讨了碳酸二甲酯与正十二醇（也称作月桂醇）的酯交换反应，考察了不同催化剂、催化剂用量、反应时间、加热温度和反应物配比对产品收率的影响，并采用气相色谱仪对产品进行初步定量分析，并利用粘度计测定了产品的粘度指数。最后得出碳酸月桂酯最佳合成条件：利用三氧化二铁/粘土为作催化剂；其中反应物碳酸二甲酯与月桂醇的摩尔比为

2、 1:3，加热温度 130，反应时间为2h，催化剂用量 5%（占反应物体系的质量分数） 。得到的产物粘度在 100时为2.200mm2/s，在 40时为 8.606 mm2/s，粘温指数为 37.04。关键字关键字：碳酸月桂酯，碳酸二甲酯，月桂醇，酯交换反应iiresearch on synthesis of higher fatty alcohol lauryl carbonate abstractthe development of oil and the development of national economy is inseparable. with the rapid deve

3、lopment of chinas vehicles and machinery, lubricating oil also get a rapid development. as a kind of ester lubricant, didodecyl carbonate is a clear colorless oily liquid,it is a kind of good performance of lubricant oil, which has the characteristics about good lubricity, non-coke, little carbon de

4、posit and simple post-treatment.the experimental explores the transesterification reaction of dimethyl carbonate and dodecanol(also called lauryl alcohol),and researchs the effect to product yield of different catalyst,the catalystuse level, the reaction time, reaction temperature and the ratio of t

5、he reatants, and uses gas chromatography for the quantitative analysis of products, and uses the preliminary to determine the dynamic viscosity of product. finally concluded that the best synthetic condition of didodecyl carbonate: use trioxide iron/clay as catalyst in the the transesterification re

6、action of dimethyl carbonate and dodecanol;the mole ratio of dimethyl carbonate and lauryl alcohol is 1 to 3, heating temperature is 130, reaction time is 2h, catalystuse level is 5% (mass fraction). the dynamic viscosity of product is 2.200mm2/s in temperature of 100,and 8.606 mm2/s in temperature

7、of 40, was viscosity index is 37.04.key words: didodecyl carbonate, dimethyl carbonate, dodecanol ,transesterification i目 录1.前言前言 .11.1 合成润滑油.11.1.1 合成润滑油的发展背景及现状.11.1.2 合成润滑油的使用性能和要求.41.2 酯类合成润滑油.51.2.1 酯类合成润滑油发展现况.51.2.2 酯类合成润滑油的分类及特点.61.3 碳酸二甲酯.61.3.1 碳酸二甲酯及其下游产品.61.3.2 碳酸二甲酯酯交换反应.81.4 本课题研究的目的与意

8、义.92.实验部分实验部分 .112.1 实验原理.112.2 实验原料与试剂.122.3 实验仪器.122.4 实验步骤.132.4.1 催化剂制备.132.4.2 合成反应与产物提纯.14ii2.5 产品分析.152.5.1 气相色谱分析.152.5.2 粘度和粘度指数分析.163.结果与讨论结果与讨论 .193.1 对碳酸月桂酯合成条件的考察.193.1.1 催化剂对反应性能的影响.193.1.2 催化剂用量对反应性能的影响.203.1.3 加热温度对反应性能的影响.223.1.4 反应物配比对反应性能的影响.243.1.5 反应时间对反应性能的影响.263.2 产品分析.283.2.1

9、 外观分析.283.2.2 粘温性质分析.284.结论结论 .29参考文献参考文献 .30谢辞谢辞 .3211.前言1.1 合成润滑油1.1.1 合成润滑油的发展背景及现状合成润滑油的研究开始于十九世纪80年代。1873年俄国化学家a.m.布特列洛夫用硫酸氟化氢和其他催化剂与烯烃作用首次制得了合成润滑油。1930年美国开始大规模生产由乙烯或丙烯用酸性催化剂加压聚合而成的聚烯烃合成润滑油1。德国在第二次世界大战期间为了满足军事上的需要大力发张合成润滑油的研究工作，1937年在莱茵纳建立了第一个生产作为高级润滑油用的液体聚乙烯厂，同时又研究了芳烃烃化和氯化烃缩合等方法制取合成润滑油。此外，在193

10、8-1944年间还先后合成了将近3500种羧酸酯类的化合物，合成并研究了几百种含硅氟氯和磷的有机化合物2。第二次世界大战后，随着科学技术的蓬勃发张和机械本身性能的不断改进，原有的天然润滑油已不能适应于高负荷高转速和宽温度操作范围的需要。超音速喷气飞机高速度高负荷机械原子能电站核反应堆火箭导弹宇宙航行等军事科学和尖端技术的相继出现引起很多新的润滑问题，并对润滑剂也提出更苛刻的要求。因此，近几十年来润滑及科研工作的中心任务在于寻找特种润滑油用的有机合成材料。润滑油的发展与国民经济的发展是密不可分的。随着我国车辆及机械设备的2长足发展，润滑油也得到了快速发展，生产能力至1994年达到305万t/a，

11、居世界第3位3,6。润滑油产量的迅速增长。扭转了我国润滑油供不应求的局面。而且基础油质量也较过去有了较为明星的提高。但是全国润滑油行业的开工率不高(据介绍1997年为74)，国产润滑油多数还是质量不高的加氢精制基础油，难以适应快速发展的经济需求，产品档次低，成本高，多数装置规模偏小，没有形成规模经济7。合成润滑油是相对于矿物型润滑油而言，它是通过化学合成的方法而得到的一类润滑油。合成润滑油的发展同矿物型润滑油(简称矿物油)的发展是密切相关的。首先，在某些苛刻的条件下，矿物油无法满足使用要求，譬如在军事上、航天航空领域上需要高性能的合成油。其次是由于某些国家如德国、法国、日本的石油资源短缺，也促

12、成研究和制造合成润滑油。另外，目前由于环保意识的大大增强和对高性能润滑油的要求也促使我们尽可能使用合成润滑油8。合成润滑油(简称合成油)首先是为了满足非常苛刻的使用要求而开发的。合成油较矿物油在蒸发损失、倾点、粘度指数和对热氧化的安定性方面具有显著的优越性。另外，合成油在压力下的粘弹性也优于矿物油，但是基于价格原因，其使用范围限于性能要求较高的油品。例如各种节能汽油机油，合成基础油平均质量分数已达20，这些合成油主要是聚-烯烃(pao)和酯类。这类油在西欧市场占25，在德国高达45。据报道9，全球1990年合成润滑剂在整个润滑油市场中的份额约为2 ，影响合成润滑剂增长的主要障碍仍然是价格。一些

13、工业发达国家的合成润滑剂在整个润滑剂市场中所占的份额80年代中期就已达2.5-3。3如90年代美国合成润滑油占商品润滑油总量的9，在西欧，1990年合成润油占润滑剂总量的4。近年来虽然西欧润滑油耗量停滞不前，但合成油的年均增幅为l1，其中酯类油的年增幅为8。到1990年世界聚醚总生产能力达293万t/a，消耗量为221万t/a，其中用于润滑油剂的约占8左右。全世界生产的聚丁烯大约有25-30用于润滑油剂，到1990年聚丁烯消耗量约为l0万t。在国内，目前合成润滑油占润滑油总消耗量的1.5。这与发达国家相比还有很大差距。酯类油的生产厂家有重庆一坪化工厂和北京石油化工科学研究院。重庆一坪化工厂年产

14、约千吨左右。其牌号有近20种，主要用于航空、坦克等特种用途。但是产量较低，价格昂贵。到1996年底，我国聚醚生产能力达到26万t/a，但用于聚醚油的消耗量约5000t/a，而且用户、用量变化较少，主要用于刹车油10。唯一的发展之路在于新用途的开发应用上。我国生产聚丁烯的厂家11,13， 有兰州炼油厂、锦州炼油厂、大庆炼油化工总厂。总生产能力为4kt/a，其中绝大部分用于润滑油添加剂的生产。如生产无灰分散剂的原料、粘度指数改进剂等方面。直接用作润滑油的还很少，有少量的用于制备二冲程汽油机油，而且是半合成型的。与矿物油混合使用。因此，生产合成润滑油将有更大的发展前景。最近十年来，合成润滑剂的研究工

15、作取得了巨大的进展：酯类醚类硅酯类氟烃类等合成润滑油的出现为润滑剂的今后发展开创了宽广美好的远景。尽管如此，但在解决高温润滑，特别是高低温宽温度使用范围的润滑问题上，其实际进展远不能满足当前科学技术的迫切需要14。41.1.2 合成润滑油的使用性能和要求近代的高空高速飞行火箭导弹和宇宙航行技术要求能在高温低温高压和高速条件下使用的液压油和润滑油，原子能电站和核反应堆则要求润滑油料具有良好的抗辐射性能，而核子物理的科学领域则迫切需要能在极高真空度下操作的润滑剂。因此，依据实际需要来研究和选用新型润滑剂是当前一项重要的课题。对润滑剂的可种要求可归结为如下几个方面15：1.高低温宽温度范围的使用性能

16、:润滑剂在高温下应具有足够的粘度来承受负荷，而在低温下不能太粘以致妨碍启动。随着操作温度范围的加宽（主要是想高温一端加宽），天然润滑油已无法适应，然而现有的合成润滑油也有一定的局限性。2.热安定性和氧化安定性：要求润滑剂在高温有氧和无氧的情况下有足够的安定性，不易于变质变形，不发生任何过快的损失和有害的变化。3.挥发损失：在高温或高空低气压的操作情况下润滑油的挥发损失不能过大。4.承受负荷的能力：机械工业发展的趋势之一是不断提高其功率/重量比，二是有时还应用高负荷的齿轮传动，因此要求润滑剂具有高度的负荷承受能力。用增加油的粘度来改善这一性能的效果是非常有限的，目的主要是采用加油性添加剂的办法解

17、决。5.抗辐射性：随着原子能和核子能的应用，要求润滑剂具有较好的抗辐射性，5以致它在中子和丙种射线的作用下不发生射解现象，保证摩擦部件的正常润滑条件。对液压油的要求除在热安定性氧化安定性润滑性粘度和粘温性挥发性闪点燃点和自燃点等方面以外，还希望它具有低压缩性低热膨胀系数高比热高传热系数低吸潮性低水溶性低起泡性无毒性良好的电绝缘性以及对密封材料涂料金属等无不良的影响16。天然润滑油目前虽然尚能满足很多润滑上的需要，但毕竟受到苛刻的使用条件所限制；合成润滑油之所以能广泛应用于特种需要上，主要是由于它具有独特的物理性能，如低凝固点低挥发性良好的粘温性等等。合成润滑油的类型很多，而且各有所长，有的比较

18、成熟，有的尚在探索中。1.2 酯类合成润滑油1.2.1 酯类合成润滑油发展现况到目前为止，酯类油的绝大部分用于航空发动机油、航空液压油等航空领域。如在美国，有一大半的多元醇酯用于航空发动机油，其次为工生抗燃液压油。据调查，在我国生产酯类油的只有重庆一坪化工厂和北京石油科学研究院两家，而且产量都很小，但牌号达20余种，其绝大部分都用于航空领域，少量的用于压缩机油、齿轮油等。据报道17 ，国外市场酯类油的价格为(2000-7000)美元/t。不同牌号的酯类油间的价格相差悬殊。因此，开发酯类油产品时，首先应考虑性能和价格上是否达到平衡，用户能否接受。至于酯类油的生产工艺，相对而言比较简6单，与增塑剂

19、的生产工艺基本类似，因此，市场需求量及价格高低是生产厂家决定是否生产酯类油的主要因素。如果酯类油与矿物油混合成半合成油，则可以大幅度提高矿物油的性能指标，而价格提高不是很多，这样用户是可以接受的。在目前可考虑走半合成油的生产路线。1.2.2 酯类合成润滑油的分类及特点酯类润滑油是应用最广的一类化合物，它包括无机酸酯（磷酸酯碳酸酯和硼酸酯）和有机酸酯（羧酸酯和芳香酸酯）2,18。酯类润滑油的特点是凝固点低粘温性好粘度指数高挥发性小抗氧性好以及对添加剂的感受性强。绝大多数的纯酯与脂肪族烃类和矿物油相比，并不是良好的界面润滑剂，但多数酯类的优点是其水解或氧化产物具有可贵的抗磨性和抗腐蚀性，因此经过一

20、定时间的使用，这些酯类就具有高级界面润滑油的性能。此外酯类的高溶解性能使其具有优良的浮游性，但对各种橡胶垫料塑料和油漆涂层也产生膨化作用。最早用的天然油脂虽粘度指数很高，但不适于做润滑剂用19。1.3 碳酸二甲酯1.3.1 碳酸二甲酯及其下游产品碳酸二甲酯(dimethyl carbonate缩写dmc)是一种重要的化工中间体和溶剂，其分子结构中含甲基、甲氧基、羰基等反应基团，具有多种反应性能。用dmc代7替剧毒光气和硫酸二甲酯等化学品进行甲基化、甲氧羰基化和羰基化反应，广泛应用于合成医药、农药、工程塑料聚碳酸酯和香料中间体等几十种精细化学品，具有非常好的市场前景和经济效益。dmc与硫酸二甲酯

21、、光气、一氯甲烷相比毒性很低，反应副产物是可循环利用的甲醇或co2 ，几乎无污染。此外， dmc分子中的含氧量高(3倍于mtbe)以及在油品中良好的溶解性，加入油品可提高辛烷值，降低汽车尾气中co和no的排出量，作为无铅汽油和甲醇汽油添加剂也将大有作为。dmc本身无毒、无色透明、不溶于水，物理性质与水接近，是一种优良的溶剂，可以替代苯类溶剂和醋酸酯溶剂等用于涂料、油漆、黏合剂等行业20。dmc具有多种反应活性，近年来其下游产品的研究开发已取得了突破性进展，已形成一系列以dmc为原料的化工清洁生产新技术。部分dmc下游产品及其用途见表1如下：表表1 dmc下游产品及其用途下游产品及其用途dmc衍

22、生物 用途聚碳酸酯 用于光盘等电子信息材料汽车材料建材包装航空等。传统工艺以光气为原料，以二氯甲烷为溶剂。异氰酸酯系列 生产聚氨酯、农药、医药、粘合剂、涂料、保温材料等。传统工艺以光气为原料。聚碳酸酯二元醇 生产聚氨酯(pu)的工业原料。用pcd生产的pu具有更好的耐热性和耐水解性，成本较低。长链烷基碳酸酯 主要用于合成润滑油的基体材料，具有良好的润滑性、耐磨性、自清洁性、8耐腐蚀性等。苯甲醚 苯甲醚是香料和杀虫剂的原料，传统以硫酸二甲酯为原料。1.3.2 碳酸二甲酯酯交换反应 碳酸二甲酯与脂肪族醇酯交换合成长链烷基碳酸酯，酯与醇作用生成一个新的酯和一个新的醇的反应。反应需要在酸或烷氧负离子的

23、催化作用下进行。这是一个可逆的反应，通常采用将生成物从反应体系中取走的方法使反应向需要的方向进行。酯交换反应主要应用于将一个低沸点醇的酯转为高沸点醇的酯，在反应过程中用蒸馏的方法不断蒸出生成的沸点较低的醇。酯交换反应是醇解反应的一种类型。此外，酯与酸的反应不能称酯交换反应。因为在反应中交换的不是酯基，而是酰基。酯与酯的交换既有酯基的交换，也有酰基的交换，但反应结果往往是几种酯同时存在，很难分离提纯。长链烷基碳酸酯是一种透明的液体或油状物，具有较低的倾点、润滑性、耐磨性、自清洁性、耐腐蚀性与烃类油具有很好的可溶性，较高的热氧化稳定性，可生物降解，具有特殊的用途，是一种很好的润滑油基材。目前对这类

24、合成油的研究相对较少。用脂肪族醇与dmc酯交换合成长链烷基碳酸酯所用催化剂总结起来可分为两大类：路易斯酸和强碱。此外，用酶作催化剂进行酯交换的也有研究21。 碳酸二月桂酯( didodecyl carbonate,简称ddc)是一种透明的液体或油状物,广泛应用于润滑油基础油、纺织、聚合物等行业22 。据文献报道，美国、德国、意9大利等国已进行了高碳醇碳酸酯作为润滑剂的研究，意大利、日本生产了含这种组分的润滑油，如内燃机油、冷冻机油、液压油等23 。目前对碳酸二月桂酯的研究相对较少。碳酸二月桂酯的传统合成方法为光气法，由于存在光气剧毒、副产物有腐蚀性、污染严重、产品中微量氯离子影响产品质量等缺点

25、，光气法已逐渐被淘汰。非光气法合成碳酸酯的清洁生产工艺，成为国内外研究开发的热点。其合成路线主要有氧化羰化法、尿素醇解法、酯交换法等。氧化羰化法24,25用于合成碳酸二甲酯、碳酸二乙酯时，收率较高,但合成长碳链碳酸酯的收率非常低。尿素醇解法26对c4、c5的碳酸酯收率较高，但是尿素容易分解,副产物较多。酯交换法用于以碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯为原料，与甲醇酯交换合成碳酸二甲酯时,收率较高，但合成长碳链碳酸酯的收率很低。以碳酸二甲酯为原料，酯交换法合成长碳链碳酸酯是一条非常理想的工艺路线，该路线以绿色化学品碳酸二甲酯为原料，反应不会产生污染，反应条件较温和，生成的甲醇、未反应的dmc和月桂醇均可回收

26、或循环利用。该工艺路线文献报道很少，国内仅欧阳秋对一种高碳醇进行了研究,发现异十三醇碳酸酯是一种具有开发潜力的润滑油基础油27。至于其他长链烷基碳酸酯还有待研究和开发。1.4 本课题研究的目的与意义(1)以高碳醇（c12-c15）和 dmc 为原料，可以获得分子骨架中带羰基的长链烷基碳酸酯，作为合成润滑油的基本原料，它具备良好的润滑性、耐磨性、自清洁性、耐腐蚀性等，且在宽广的范围内具有与其它基体材料的相溶性以及与密10封材料的适应性。长链（c12-c16）烷基碳酸酯是一种性能良好的合成润滑油的基材，具有很好的润滑性、耐磨性以及耐腐蚀性能等，已经开始用于金属的加工油、压缩机油等。 (2)经济效益

27、：长链（c12-c16）烷基碳酸酯由碳酸二甲酯与高碳醇合成，其属于高附加酯化学品，所以有较好的经济效益。(3)目前的进展：目前对长链烷基碳酸酯这类合成油的研究相对较少，正在小试研究工作阶段。11ooooooo2.实验部分2.1 实验原理dmc 与月桂醇酯交换合成碳酸月桂酯，在催化剂作用下进行两步反应，反应方程式如下：ch3o-c-och3c12h25oh c12h25o-c-och3ch3oh c12h25o-c-och3c12h25oh c12h25o-c-oc12h25ch3oh2 c12h25o-c-och3 c12h25o-c-oc12h25ch3o-c-och3此反应具有较高的选择性

28、和可逆性，催化剂的特性对反应条件的影响很重要。在催化剂作用下，dmc 首先与月桂醇反应生成甲基月桂碳酸酯（mdc）；然后mdc 继续与月桂醇反应生成碳酸二月桂酯（ddc）；mdc 也可自身歧化反应得到碳酸二月桂酯（ddc）。122.2 实验原料与试剂表表 2. 实验试剂实验试剂试剂名称生产商碳酸二甲酯（分析纯）辽河油田大力集团公司正十二醇（分析纯）上海试剂公司三氧化二铁/粘土催化剂自制氢氧化钠/活性炭催化剂自制hpwa/活性炭催化剂自制2.3 实验仪器表表 3. 实验仪器实验仪器仪器名称生产商hws-1恒温油浴大连智能仪器仪表有限公司型号8-1磁力搅拌器深圳市沙头角国华仪器厂gc-7890气象

29、色谱仪辽宁石油化工大学dsl-007石油产品运动粘度测定仪大连世隆电子设备有限公司分析天平auy220 shiadzu电热鼓风干燥箱大连第四仪表厂13台式离心机湖南仪器仪表总厂离心机厂kdm型调温电热套山东省永兴仪器厂马弗炉沈阳市电炉厂铁架台沈阳仪器厂坩埚沈阳仪器厂烧杯沈阳仪器厂钢罐沈阳仪器厂转子沈阳仪器厂冷凝管沈阳仪器厂圆底烧瓶沈阳仪器厂2.4 实验步骤2.4.1 催化剂制备活性炭：取一定量活性炭固体于研钵中破碎，使用40网目的筛过筛。将过筛后的颗粒混合均匀，放到坩埚中，将坩埚放到烘箱中，设定温度为120，干燥时间24h。干燥后即可使用。氢氧化钠/活性炭：首先，配制浓度为0.1m的氢氧化钠乙

30、醇溶液。使用分析天平称取0.2805g的氢氧化钠固体于烧杯中，加入少量乙醇溶液，于温水中搅拌溶解。溶解后倒入容量瓶中，再用无水乙醇溶液定容。摇匀后倒入试剂瓶中备用。然后，14去一定量制备好的活性炭于烧杯中，加入氢氧化钠/乙醇溶液，使其成糊状。于室温下静置12h。最后，将浸泡过的活性炭倒入坩埚中，放进马弗炉中烘干。设置温度550，时间为5h。hpwa/活性炭催化剂: 固体碱催化剂的制备方法有：共沉淀法、浸渍法、离子交换法、机械混合法、微波辐射法、溶胶凝胶法。本实验采用的方法为等体积浸渍法：负载量为5mmol/g(即每克活性炭上负载0.28g催化剂)，焙烧温度为550，焙烧时间3h。三氧化二铁/粘

31、土：取一定量固体三氧化二铁/粘土于研钵中破碎，将破碎后的颗粒混合均匀放到坩埚中，设定温度120，放入烘箱中干燥24h，干燥后即可使用。2.4.2 合成反应与产物提纯合成反应：常压下，向钢罐中加入转子和一定摩尔比的碳酸二甲酯正十二醇催化剂，拧紧钢罐，将其放在在油浴中恒温加热搅拌一定时间后，冷却至室温。实验装置图如图 1。15图图 1. 酯化反应装置图酯化反应装置图产物提纯：随后将钢罐打开，拿出转子，将剩余物质倒入离心试管中在离心机中进行离心，除去残留的催化剂，剩余产物倒入装有温度计和冷凝管的圆底烧瓶中，加入少量沸石，使用加热套进行加热，待将未反应的碳酸二甲酯和反应生成的甲醇完全冷凝出来后，圆底烧

32、瓶中剩余物质即为产物。随即将产物倒出进行初步定量分析。图图 2. 产物提纯装置图产物提纯装置图2.5 产品分析2.5.1 气相色谱分析采用 gc-7890气相色谱仪对产物进行定量分析。检测器为 sq_206 氢火焰16检测器，色谱柱为 se54 毛细管柱。分析条件为氮气作载气，载气压力 0.3mpa，氢气压力 0.05mpa，气化温度 280，检测器温度 280，柱温采取程序升温（起始温度 85，停留 3min，然后以 30/min 的速度升至 250，停留 2min，再以30/min 的速度升至 280，停留 5min） 。2.5.2 粘度和粘度指数分析粘度的测定：依据 gb/t265，首先

33、将粘度计调整成垂直状态，要利用铅直线从两个相互垂直的方向去检查毛细管的垂直情况。将恒温浴调整到规定的温度，把装好试样的粘度计浸在恒温浴内，经恒温如表 1 规定的时间。试验的温度必须保持恒定到0.1。利用毛细管粘度计管身 1 口所套着的橡皮管将试样吸入扩张部分 3，使试样液面稍高于标线 a，并且注意不要让毛细管和扩张部分 3 的液体产生气泡或裂隙。此时观察试样在管身中的流动情况，液面正好到标线 a 时，开动秒表；液面正好流到标线 b 时，停止秒表。试样的液面在扩张部分 3 中流动时，注意恒温浴中正在搅拌的液体要保持恒定温度，而且扩张部分中不应出现气泡。 。 用秒表记录下来的流动时间，应重复测定四

34、次，其中各次流动时间与其算术平均值的差数应符合如下要求：在温度 100-15测定粘度时，这个差数不应超过算术平均值的0.5%。然后，取不少于三次的流动时间所得的算术平均值，作为试样的平均流动时间。在温度 t 时，试样的运动粘度 t（mm2/s）按式 1 计算17tc t (1) 式中：c粘度计常数，mm2/s2 t试样的平均流动时间，s。粘度指数的测定：粘度指数是表示油品粘度随温度变化这个特性的一个约定量值。粘度指数高，表示油品的粘度随温度变化较小。润滑油的粘度随着温度的升高而变小，随着温度的降低而变大，这就是润滑油的粘温特性。因此，对粘度的报告必须指明测定时的温度。根据粘度指数不同将润滑油分

35、为三级： 35-80 为中粘度指数润滑油；80-110 为高粘度指数润滑油；110 以上为特高级粘度指数润滑油。毛细管示意图如图 3。图图 3. .毛细管示意图毛细管示意图18引用标准为gb/t265 石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法。按gb/t265测定试样在40和100时的运动粘度，然后按公式计算该试样的粘度指数。规定中有两种方法，其中一种适用于粘度指数低于100，并包括100的产品。试样的粘度指数vi按式（1）或式（2）计算：式中：l与试样 100时运动粘度相同，粘度指数为 0 的石油产品在 40时的运动粘度，mm2/s。 h与试样 100时运动粘度相同，粘度指数为 0 的石油产品

36、在 100时的运动粘度，mm2/s。 u试样 40时的运动粘度，mm2/s。 dlh，mm2/s。如果试样100的运动粘度在2-70mm2/s范围内，而且其值也恰好是l，d和h值表4所列数值，则可直接由表查得l和d值，否则就采用内插的方法求得l和d值。表表 4. 部分与运动粘度对应的部分与运动粘度对应的 ld 和和 h 值表值表100运动粘度，mm2 /sldlhh2.108.6401.7466.894192.202.309.30910.001.8982.0567.4107.9443.结果与讨论3.1 对碳酸月桂酯合成条件的考察在试验时让其它因素保持不变,而只让因素 a 改变,这样的试验叫做单

37、因素试验。优点：能够较明显的检查出实验效果如何；对实验药品的需要量较少。缺点：每次试验需花费较多时间；两次实验之间存在时间间隔较长，带来较大外来影响顺序误差，前面的观测影响后面观测的结果。本实验分别讨论了不同催化剂、催化剂用量、加热温度、反应物配比以及反应时间五项元素对各产物收率以及总收率的影响。3.1.1 催化剂对反应性能的影响固定碳酸二甲酯与月桂醇两个反应物的摩尔比为1:1、催化剂用量为10%、加热温度为130、反应时间为2h，考虑到固体催化剂较易分离，故分别使用氢氧化钠/活性炭、hpwa/活性炭和三氧化二铁/粘土作催化剂，得到结果表5：表表 5. 催化剂单因素实验催化剂单因素实验催化剂

38、ddc收率/% mdc收率/% 总收率/%20氢氧化钠/活性炭 0.0 0.0 0.0hpwa/活性炭 0.0 0.0 0.0三氧化二铁/粘土 16.7 40.6 57.3 从表3可以看出，氢氧化钠/活性炭及hpwa/活性炭两种固体催化剂对碳酸二甲酯与月桂醇的酯交换反应不起催化作用，这主要是由于不同性质的催化剂只能各自加速特定类型的化学反应过程。在本实验中使用的三种固体催化剂中，只用三氧化二铁/粘土作催化剂时表现出一定的催化活性，甲基月桂基碳酸酯碳酸二月桂酯以及两者的总收率都表较大，故采用三氧化二铁/粘土催化剂来催化碳酸二甲酯与月桂醇的酯交换反应。3.1.2 催化剂用量对反应性能的影响固定碳酸

39、二甲酯与月桂醇两个反应物的摩尔比为1:1、反应时间为2h、加热温度为130、催化剂为三氧化二铁/粘土四项因素，改变催化剂用量一项，得到结果表6： 表表6. 催化剂用量单因素实验催化剂用量单因素实验催化剂用量/% ddc 产率/% mdc 产率/% 总产率/%211 2.93 43.3 46.232.5 5.65 42.9 48.555 14.6 41.8 56.47.5 16.1 41.1 57.210 16.7 40.6 57.3将表 6 中数据绘制成图，如图 4。图图 4 催化剂用量对反应性能的影响催化剂用量对反应性能的影响从图 4 可以看出，一开始随着催化剂用量的增加，双酯收率以及总收率

40、都有明显增加，甲基月桂基碳酸酯的收率虽有下降，但下降的并不多。在催化剂用量22为 5%（占反应物总体系的质量分数）时，表现出良好的催化活性，碳酸二甲酯及酯总收率都较大。随着催化剂用量的继续增加，甲基月桂基碳酸酯碳酸二月桂酯以及两者的总收率变化不大，从图 4 可以看出，催化剂用量超过 5%后，各收率基本保持不变，说明催化剂用量的增加不但不能无限制地促进反应的进行，而且却加大了原料的消耗。所以，催化剂用量为 5%时，反应结果最佳。 3.1.3 加热温度对反应性能的影响确定了催化剂用量为5%时为最佳条件，此时固定反应物配比为1:1，催化剂为三氧化二铁/粘土、催化剂用量为5%和反应时间为2h四项因素，

41、观察了加热温度对单酯收率双酯收率总酯收率的影响，得到结果如表7：表表 7. 加热温度单因素实验加热温度单因素实验加热温度/ ddc 产率/% mdc 产率/% 总产率/%100 11.99 41.3 53.29110 13.65 40.9 54.55120 15.8 40.8 56.6130 16.7 40.6 57.3140 17.4 39.83 57.23将表 7 中数据绘制成图，如图 5。23图图 5 加热温度对反应性能的影响加热温度对反应性能的影响从图 5 可以看出，当反应温度从 100上升到 130时，无论是单酯的收率双酯的收率还是酯总收率随着加热温度的升高都有较明显的增长。但温度再

42、继24续上升是，酯总收率几乎没有变化，到 130后趋于平缓。这主要是由于碳酸二甲酯与月桂醇的酯交换反应为吸热反应，温度较低时不利于反应向正方向移动，因此随着温度的升高碳酸二月桂酯的收率呈上升趋势。随着温度的继续增加，反应趋于平衡，各收率没有明显变化，故反应温度为 130时较为合适。3.1.4 反应物配比对反应性能的影响确定了在催化剂用量为 5%、加热温度为 130时为最佳条件，此时固定反应时间为 2h、加热温度为 130、催化剂为三氧化二铁/粘土及催化剂用量为 5%四项因素，改变反应物配比一项，得到结果如表 8：表表 8. 反应物配比单因素实验反应物配比单因素实验n(dmc):n(c12h25

43、oh) ddc 产率/% mdc 产率/% 总产率/%2:1 10.2 41.2 51.41:1 16.7 40.6 57.31:1.5 25.7 36.6 62.31:2 35.3 34.5 69.81:3 46.04 28.4 74.41:4 46.24 27.46 73.7将表 8 中数据绘制成图，如图 6。25图图 6 反应物配比对反应性能的影响反应物配比对反应性能的影响从图 6 可以看出，反应物的摩尔比对产物收率的影响较大。当碳酸二甲酯与月桂醇的摩尔比大于 1:3 时，双酯收率以及酯的总收率随着月桂醇反应量的不断26增大而有明显的大幅度增长。这是由于随着月桂醇的不断增加，碳酸二甲酯反

44、应的越完全，酯交换反应的转化率越高，两步反应进行的越完全，生成的双酯越多。当碳酸二甲酯与月桂醇的摩尔比继续减小后，酯收率趋于平缓。而从图中也可以看出，甲基月桂基碳酸酯的收率随着月桂醇反应量的增加而减小，这主要是由于酯交换反应首先是经过一步反应生成甲基月桂基碳酸酯，此时单酯的收率较高，但随着月桂醇量的增加，两步反应增多，而且，甲基月桂基碳酸酯也与月桂醇进行歧化反应生成碳酸二月桂酯。所以当碳酸二甲酯与月桂醇的摩尔比为 1:3 时最合适。3.1.5 反应时间对反应性能的影响确定了催化剂用量为 5%、加热温度为 130、碳酸二甲酯与月桂醇的配比为1:3 时为最佳条件，此时固定反应物摩尔比为 1:3催化

45、剂为三氧化二铁/粘土、催化剂用量为 5%、加热温度为 130四项因素，改变反应时间一项，得到结果如表9：表表 9. 反应时间单因素实验反应时间单因素实验反应时间/h ddc 产率/% mdc 产率/% 总产率/%1 37.45 31.21 68.662 46.02 28.4 74.43 47.31 29.11 76.424 47.65 28.9 76.5527将表 9 中数据绘制成图，如图 7。图图 7 反应时间对反应性能的影响反应时间对反应性能的影响从图 7 可以看出，随着反应时间的增加，双酯收率与总收率都随之不断上升，单酯收率不断下降，但当反应时间大于 2h 后，各收率变化并不大。这说明反

46、应刚开始首先进行酯交换反应中的一步反应生成甲基月桂基碳酸酯，随着反应不断28增加，两步反应及歧化反应逐渐增多，当反应达到 2h 时，各酯收率趋于平缓，酯交换反应接近平衡。由此可见，适宜反应时间为 2h。在现代工业上，为了加快反应的进程，提高产率，可将酯交换反应和歧化反应分开进行，这样，既可以大大缩短反应的时间，又可以提高产率。3.2 产品分析3.2.1 外观分析 从外观上看，所得产物是一种无色透明的油状液体，有酯类的香味。从外观上符合长链烷基碳酸酯的性质。3.2.2 粘温性质分析液体的粘度随温度变化的特性称之为粘温特性。粘温特性通常可用粘度指数表示。粘度指数是某一油液粘度随温度变化程度与标准油

47、粘度随温度变化程度进行比较所得的相对数值。润滑油的粘度随着温度的升高而变小，随着温度的降低而变大，这就是润滑油的粘温特性。因此，对粘度的报告必须指明测定时的温度。利用毛细管对产物粘度测定的结果如下：表表 10.10. 不同温度下的产物粘度不同温度下的产物粘度温度/粘度/mm2s11002.20029408.606 粘温指数为 37.04，属于中粘度指数润滑油，粘度指数还有待提高。4.结论1.三氧化二铁/粘土催化剂是一种无害环境和有效的催化剂，且易于分离，用于碳酸二甲酯与月桂醇酯交换反应合成碳酸月桂酯，催化活性较好。2.对影响酯交换反应的各个因素进行考察，得到最优的合成条件为：碳酸二甲酯与月桂醇的摩尔比为 1:3，反应时间为 2h,催化剂用量为 5%，加热温度为130，此时甲基月桂基碳酸酯碳酸二月桂酯以及两者的总收率分别为28.04%46.02%74.4%。3.最佳合成条件下的产物从外观上看是一种无色透明的油状液体，有酯类的香味，粘度指数为 37.04，属于中粘度指数润滑油。30参考文献1 reith. chemische technik,1962,14,no 5-6,309.2 lubrication,1960,15,no 4,45.3 刘发起.国内外润滑油市场探讨与研究j.辽宁化工,1997,26(4):187190.4 张德义.浅谈