季戊四醇油酸酯

【背景及概况】^[1][2][3]

为了降低两个相对运动的接触表面的摩擦和磨损，人们使用了润滑油。良好的润滑油可以提高机械的效率，保持机械长期可靠地工作。润滑油由基础油和添加剂组成，其中基础油占80％-90％以上。润滑油的主要性质都由基础油的性质决定。目前，润滑剂的基础 油可以采用矿物油、动植物油和合成润滑油。目前绝大部分润滑油产品都是以 矿物油为基础油。矿物油由于其不可再生，对环境存在巨大的污染，因而将逐 渐退出舞台。而直接用动植物油作为润滑油基础油则存在热稳定性、氧化稳定 性和水解稳定性差等缺点。于是，人们将目光集中在了合成润滑油上。ASTM将合成润滑油基础油分成合成烃类、有机酯和其它合成润滑油等三类。其中酯类润滑油占有重要的地位和相当大的比重（80％）。酯类合成油是由有机酸与醇在催化剂作用下，酯化脱水而获得的。 根据反应产物的酯基含量，酯类油被分为双酯、多元醇酯和复酯等. 润滑油在使用过程中大约有50％通过挥发、泄漏等方式进人环境，其中液压油在使用过程中的损失高达70％～80％，这些润滑油95％以上来源于石油，而石油基润滑油的生物降解性很差，降解率只有10％～30％；另一方面，若按现在的水平开采世界已经探明的能源，石油仅能维持30～40年，全球石油资源的日益匮乏，导致了石油基润滑油资源性短缺的紧张局面。因而，以来源广泛的可再生资源为原料合成环境可接受型润滑油基础油受到广泛关注，具有很大的市场潜力。

季戊四醇油酸酯属于新戊基多元醇酯类的基础油。季戊四醇油酸酯不仅满足可再生和生物可降解这两方面的要求，还具有石油基润滑油的优越性能：①具有较宽的液体范围，较高的黏度指数，优良的黏度性能和低温性能；②热安定性好，热分解温度在340℃以上；③分子结构中含有较高活性的酯基基团，易于吸附在金属表面形成牢固的润滑油膜，具有较好的摩擦润滑特性。季戊四醇油酸酯是性能优良的润滑油基础油，具有良好的耐高温性、粘温性能好、无毒、可生物降解和润滑性能好等优点，广泛应用于航空和高温金属加工等领域。

【结构】

季戊四醇油酸酯分子式 C₇₇H₁₄₀O8，CAS 号19321-40-5，分子量1193.9307，结构如下：

【制备】^[2][4][5]

方法1：以油酸和季戊四醇为原料，对甲基苯磺酸为酯化催化剂，合成可再生的润滑油基础油季戊四醇油酸酯。在优化条件下，酯化率达到96％以上。反应粗产品用分子蒸馏技术进行分离纯化，红外光谱分析表明产品为纯度很高的季戊四醇油酸酯。季戊四醇油酸酯合成工艺如下：

方法2：以油酸和季戊四醇PE为原料，对甲苯磺酸为催化剂，通过直接酯化的方法合成了季戊四醇油酸酯。反应的优化条件如下：对甲苯磺酸用量2％（油酸的质量分数），油酸/nPE=4.1，反应温度160℃，反应时间1 h，甲苯为带水剂，优化条件下季戊四醇酯化率为98％。用柱层析法提纯产物，硅胶为吸附剂，石油醚为洗脱荆，收率75％。产物结构经IR光谱证实。

方法3：以季戊四醇、油酸为原料合成季戊四醇油酸酯。条件如下：季戊四醇与油酸的物质的量比1：3．9，催化剂为自制催化剂，为反应物总质量的1％，反应温度为200度，反应时间为6小时。所得季戊四醇酯，酸值较低，颜色较浅，可以直接用作机械润滑油。此工艺过程简单，易于操作，具有很好的价值，适合工业化生产。

【应用】^[2][6][7]

季戊四醇油酸酯是优良的油品添加剂，在润滑油中可作抗磨和改善抗水性剂，在塑料加工中可作润滑和脱模剂，在纺织，皮革和涂料等方面均可作添加剂。季戊四醇油酸脂亦可作有机合成中间体，合成化妆品和药物。因此季戊四醇油酸酯是一只用途颇广的有机化工产品。应用举例如下：

一种以季戊四醇油酸酯为基础油的半合成金属切削液，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下：基础油  20%~25%、非离子表面活性剂16%~24%、阴离子表面活性剂 4%~6%、防锈剂8%~12%、助溶剂5%~8%、极压剂 2%~3% 、消泡剂1%~2%、杀菌剂0.5%~1%，余量为水；其中所述的基础油为季戊四醇油酸酯；所述的非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、支链脂肪醇环氧乙烷缩合物或蓖麻油环氧乙烷缩合物；所述的烷基酚聚氧乙烯醚优选为江苏海安石油化工厂的TX‑8；所述的支链脂肪醇环氧乙烷缩合物优选为江苏海安石油化工厂的1308；所述的蓖麻油环氧乙烷缩合物优选为上海天坛助剂有限公司的EL‑40；所述的阴离子表面活性剂为石油磺酸盐；所述的石油磺酸盐优选为碳链长度平均为14～18的直链烷基磺酸钠；上述的非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂按质量比计算，其比例即非离子表面活性剂：阴离子表面活性为4：1；所述的防锈剂为三乙醇胺硼酸酯、妥尔油或三乙醇胺硼酸酯与妥尔油组成的混合物；所述的助溶剂为乙二醇丁醚；所述的极压剂为硫化油酸；所述的消泡剂为二甲基硅油；所述的杀菌剂为苯并三氮唑。

制备方法包括如下步骤：

1）将防锈剂倒入水中，搅拌均匀形成水系； 

2）将极压剂、消泡剂、杀菌剂依次加入基础油中，搅拌均匀形成油系； 

3）将步骤 1）所形成的水系和步骤2）所形成的油系混合并搅拌均匀后，再一边搅拌一边依次加入非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和助溶剂，最终得到均一、澄清的微乳体系即为一种以季戊四醇油酸酯为基础油的半合成金属切削液。

以季戊四醇油酸酯为基础油的半合成金属切削液，由于采用合成酯季戊四醇油酸酯取代矿物油作为金属切削液的基础油，并且由于合成酯季戊四醇油酸酯与矿物油相比，倾点较低，闪点较高，具有更好的粘温特性和润滑性能，热安定性好且具有良好的生物降解性，因此本发明的一种以季戊四醇油酸酯为基础油的半合成金属切削液具有润滑性好，可生物降解，对环境和人类健康无毒无害，从而解决了传统的半合成金属切削液中矿物油对环境造成的不良影响的问题。

【参考文献】

[1] 纪献兵, 赵改青, 王晓波. 硫酸氢钠催化合成季戊四醇油酸酯[J]. 工业催化, 2009, 17(6): 50.

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