新戊基多元醇复酯的合成及其润滑性能研究

Study on Synthesis and Lubricity of Neopentyl Polyol Compound EsterHe Zuhui Liu Yong Cheng Xin W u Hao Yuan Jirong He Xianting(Sichuan SIPO Chemical Co.，Ltd，Mianyang Sichuan 621000，China)Abstract：A polyol compound ester was synthesized by the esterification of neopentyl polyol，oleic acid and dibasic acidusing solid superacid as the catalyst，its rheologieal properties，high temperature performance and tribological propertieswere investigated.The results show that when the addition amount of dibasic acid is 6% of the weight of oleic acid.thesynthesized polyol compound ester is a kind of ester oil with excellent properties，whose viscosity is 68 mm /s，viscosity in-dex is 186，flash point is as high as 320 oC，pour point is less than -38℃ ，emulsion breaking time is less than 20 min，maximum nonseizure load is 780 N。

Keywords：neopentyl polyol；oleic acid；dibasic acid；polyol compound ester；lubricity液压机械广泛应用于钢铁、煤炭、机械和矿山等行业，而作为动力介质的液压油是液压传动技术的关键材料，也是工业润滑油耗量最大的3种重要油品之-。 液压系统中使用最广泛的工作介质是石油基的液压油，而在石油勘探、化工 、民航客机、火电厂、冶金等需要防火的工作环境，液压系统的工作介质必须采用难燃液压油。在工业中使用最多的难燃液压油是水 -乙二醇液和磷酸酯液。前者-般应用于中低压液压系统，且对油箱的涂料和非铁金属的相容性有特殊要求；而磷酸酯液虽可应用高压液压系统，但是对密封材料和油箱涂料等非金属材料的相容性有特殊要求，并且有毒，有刺激性，使用诚受到限制。多元醇聚酯抗燃液压油具有高闪点、高燃点、低挥发性；黏度指数高，良好的黏温性能；极强的油膜强度，良好的润滑特性；与金属和非金属材料适应性好；易生基金项目：四川势技计划项目 (2012NZ0006)。

收稿 日期 ：2012-10-10作者简介：何祖慧 (1974-)，男，硕士，工程师，从事表面活性剂、润滑剂、油田化学品的开发.E-mail：eahhzh###sina.com。

物降解，不污染环境，符合环保要求；使用温度范围宽、能满足苛刻条件下使用要求，必将广泛地用于钢厂及炼焦厂等要求使用抗燃液压油的场 。同时作为-种酯类油，它的润滑性能撒于分子中极性功能团 (酯基在摩擦表面的强吸附作用)和脂肪酸的长碳链对摩擦表面的覆盖，在摩擦表面上形成油膜，使摩擦表面受到保护 ，因而酯类油的润滑性能-般优于同黏度的矿物油。使用不含 B-H的新戊基多元醇酯为原料，可以提高聚酯抗燃液压油的热稳定性，是-种绿色润滑剂 。而在新戊基多元醇酯分子 中插入二元酸可以增加酯基的数量，增强分子在摩擦表面的吸附作用力，使油膜具有更好的抗剪切性能，同时可以通过控制分子量调节黏度、闪点及倾点，从而拓宽绿色润滑剂的应用范围 。

本文作者以新戊基多元醇、油酸和二元酸为原料，在固体酸催化下通过-锅法酯化反应、短程蒸馏脱酸及精制处理合成了黏度为68 mm /s(68号)的复合酯，测定了复合酯的流变学性能、高低温性能以及摩擦学性能♂果表明，该新戊基多元醇复合酯是- 类具有高黏度、低倾点以及高热稳定性的环境友好2013年第4期 何祖慧等：新戊基多元醇复酯的合成及其润滑性能研究 91型润滑剂。

1 实验部分1.1 试剂与仪 器实验所用的三羟甲基丙烷、季戊四醇、新戊二醇试剂为化学纯；油酸、壬二酸、己二酸、癸二酸为四川西普化工股份有限公司生产。

实验所用的主要仪器有磁力搅拌器，电热套，常数毛细管黏度计，WGH-30A型红外光谱仪，MQ 800型四球摩擦试验机 (济南实验仪器厂)，PE7系列热分析仪 (DSC/TGA/DMA，美国 Perkin Elmer公司生产)等。

1.2 多元醇复合酯的合成将-定量的油酸、三羟甲基丙烷 (或季戊四醇、新戊二醇)、适量的二元酸及固体酸催化剂加入由三口烧瓶、分水器及带有热电偶的磁力搅拌电热套组装成的反应装置中，抽真空3次后充人氮气，搅拌条件下加热至指定反应温度反应-定时间，测定初始酸值。随后开始升温，持续反应。通过出水量及酸值相结合的方法确定反应终点。当反应基本完成后，经降温过滤，然后在高真空条件下分子蒸馏脱去过量的酸及单酯，产物经过精制处理后即可得到多元醇复合酯。

1.3 多元醇复合酯性能测试1.3.1 物化性能测定采用 GB/T 265.88法测定合成酯40和 100 oC下的黏度，计算黏度指数；采用 GB/T 3535-2006法测定合成酯的倾点 ；采用 GB/T 3536法测定合成酯的闪点。

采用 GB/T 0308法测定合成酯的空气释放值；采用 GB/T 7305方法测定合成酯的抗乳化性。

1.3.2 热稳 定性 测定采用热重法测定合成酯的热稳定性～装有多元醇复合酯的样品盘自动送入加热炉中，用空气吹扫，控制升温速率为 10C/min，测量温度为室温至800cI时样品的热稳定性。当残留物质量不变时，则认为TGA程序结束。

1.3.3 摩擦磨损性能测试在 MQ 800型四球摩擦试验机上按照 GB/T 3 142。

82方法测定最大无卡咬负荷p 值，并测定钢球的磨斑直径。测定条件：载荷为 392 N，转速为 1 450r/min，长磨时间为30 min2 结果与讨论2.1 二元酸的加入量对产品黏度的影响在反应温度210 oC，反应时间6 h，固体酸催化剂占总物料质量的0.8%，设计物料 比 c0。H]： 。 ] 3.05：1的前提下 ，通过改变二元酸加入量来调整产品的黏度，所得实验结果如图 1所示。

图1 二元酸的加入量与多元醇复合酯黏度的关系Fig 1 Efect of the amount of dibasic acid on viscosityof polyol compound ester可以看出，随着二元酸用量的增加，产物的黏度也在增加，而且增加的幅度也在增大，主要是因为分子的增大 ，分子间的阻碍也在增加 ，导致产品的黏度也增加。当二元酸加入量为油酸质量的6%时，产品的黏度为68 mm /s，达到产品设计的要求。

2.2 多元醇复合酯的流变学性能采用常数毛细管黏度计测定黏度并计算黏度指数，采用 BZN2.Z型双孔半导体冷凝点测定器测定倾点，将所合成的多元醇复合酯与多元醇酯的流变学性能进行比较，具体结果见表1。

表 1 各种合成酯的流变学性能Table 1 Rheologieal properties of various kinds ofsynthetic esters可以看出，合成的2种多元醇复合酯在 100℃下的黏度分别为 12.37和 13.54 mm /s，属于中等黏度油。这表明在酯的分子中插入二元酸后，通过增加酯基的数量，增加了分子量，从而提高了多元醇复合酯的黏度。虽然多元醇复合酯的黏度指数有所降低，但仍保留了良好的低温性能，其比高芥油、季戊四醇油润滑与密封 第 38卷酸酯的低温性能好，与三羟甲基丙烷油酸酯相 比，倾点变化不大，因而合成酯的应用范围被大大拓宽。

2.3 多元醇复合酯的空气释放性能及抗乳化性能将所合成的多元醇复合酯与多元醇酯的空气释放性能及抗乳化性能进行 比较，结果见表 2∩ 以看出，在同样的实验条件下，随着产品黏度的增加，过滤困难，产品的抗乳化性能和空气释放性能都会变差∩能由于空间阻碍，羟基越多，完全酯化的难度增加，-些没有完全酯化的产品具有-定的极性，因此会对产品的抗乳化、抗泡、空气释放性能均有不良的影响。当然，对于设计的黏度为68 inin /s的多元复酯，在这方面的质量还是能达到同等黏度产品的标准。

表2 各种合成酯的空气释放和抗乳化性能Table 2 Air release performances and demulsifcationperformances of various kinds of synthetic esters2.4 多元醇复合酯的高温性能将所合成的多元醇复合酯与多元醇酯的高温性能进行比较，结果见表3∩以看出，与其他多元醇酯- 样，合成的多元醇复合酯也具有较高的闪点和热分解温度，表明合成的多元醇复合酯同样具有良好的热稳定性，能够满足较为苛刻的机械工况要求。

表 3 各种合成酯的高温性能Table 3 High temperature performances of variouskinds of synthetic esters2.5 多元醇复合酯的摩擦学性能将所合成的多元醇复合酯与多元醇酯的摩擦学性能进行比较 ，结果见表 4∩知，多元醇复酯均满足承载能力大于 730 N，磨斑直径小于0.42 mm的要求，表明其具有良好的摩擦学性能。这主要也是由于在新戊基多元醇酯分子中插入二元酸后增加了酯基的数量，增强了分子在摩擦表面的吸附作用力，使油膜具有更好的抗剪切性能，使其具有良好的润滑性能。

表4 各种合成酯的润滑性能Table 4 Tribological characteristics ofvarious kinds of synthetic esters2.6 多元醇复合酯的结构表征采用WGH-30/6型双光束红外分光光度计测定多元醇复合酯中的特征官能团♂果如图2所示。在IR谱图中有如下吸收峰：3 008 cm 处为不饱和双键(C二 c-H)中的 c-H伸缩振动；2 928，2 858cm 处为饱和c-H (-cH 、mCH -)伸缩振动；1 742 em 处为酯羰基 C 0伸缩振动 ；1 458，1167，723 em 处为顺式 RCH二 CHR的吸收峰；在 3516 cm 附近羟基的特征吸收峰变得较小，说明产品中游离羟基的含量非常低 ，与结构中的特征功能团相符，从而证实所得产物为多元醇复合酯。

渡甄 ，cm图2 多元醇复合酯的红外谱图Fig 2 IR of the polyol compound ester3 结论以新戊基多元醇、油酸和为原料，加入占油酸质量6%的二元酸，通过-锅法固体酸催化酯化反应合成了-种黏度为68 mm /s的多元醇复合酯，并测定(下转第 107页)2013年第4期 魏朝良等：高性能铝合金半合成切削液的研制与应用 107表7 使用工况及参数Table 7 The parameters of application机床型号 CK6430及类型 加工中心 加工速度 1 500 r/min加工形式 车削 进给量 100-200 mm/min刀具材质 硬质合金 切深量 0. 2-0.3 mm及类型 T8车刀零部件名称 工艺精度要求 1.3 m零部件材质 3003铝合金 实际加工精度 0.8～1.0 Ixm切削液类型辜善 嚣痞鑫5 结论针对铝合金切削加工的特点，研制的铝合金半合成切削液具有优异的乳化性、防锈性、润滑性、消泡性及抑制铝腐蚀性。应用研究表明，产品具有良好的使用性能，可用于铝及铝合金材料的加工。