脂肪酸组成对多元醇酯性能的影响

古丽米热·吐尔地等

摘要：以新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇和两种脂肪酸（A和B）为原料，对甲苯磺酸为催化剂，采用真空无溶剂条件下直接酯化合成了不同结构的多元醇酯，对其润滑性能进行测试分析，并与市场销售的同类产品做了对比。结果表明由脂肪酸A合成的多元醇脂肪酸酯的倾点远低于其他类型的多元醇酯。在合成多元醇酯时，不仅要考虑所用脂肪酸的油酸和亚油酸含量因素，也要考虑饱和脂肪酸含量的因素，最好选择油酸含量高、饱和脂肪酸含量低的原料。

关键词：多元醇酯；润滑油；倾点；直接酯化法

中图分类号：TE626.3文献标识码：A

Abstract：A series of esters as lubricating base oils were synthesized with neopentyl glycol， trimethylolpropane， pentaerythritol and two different fatty acids （A and B）. The esterification reaction was carried out under solvent free condition using toluene sulfonic acid as catalyst. The lubricant properties of synthesized polyol fatty acid esters were evaluated and compared with similar products available in the market. Results showed that the pour points of polyol esters synthesized from fatty acid A are much lower than that of polyol esters from fatty acid B. It was found that not only the oleic acid and linoleic acid content， but also the saturated fatty acid content would influence the properties of the polyol esters products. Furthermore， fatty acids with high oleic acid content， low saturated fatty acids content are preferred for obtaining polyol ester product with desirable lubricant property.

Key words：polyol ester； lubricating oil； pour point； direct esterification

0引言

多元醇脂肪酸酯（新戊二醇二脂肪酸酯、三羟甲基丙烷三脂肪酸酯和季戊四醇四脂肪酸酯）是一类性能良好的润滑基础油[1-3]，具有黏度高、燃点高、抗氧化性能强等优点，广泛用于工业领域，例如作为液压油、高温链条油以及压缩机油的基础油[4-9]。更多的研究者关注于多元醇的纯度对多元醇酯的影响，而对脂肪酸组成对多元醇性能的影响没有特别关注。本文采用真空无溶剂条件下直接酯化合成多元醇酯的工艺[10-12]，考察原料脂肪酸（A和B）对产物性能的影响，并与市售多元醇酯进行了对比，以此提出了选择脂肪酸原料的建议。

1实验部分

1.1实验材料与仪器

新戊二醇，工业级，韩国LG化学公司；三羟甲基丙烷，工业级，日本三菱化学株式会社；季戊四醇，工业级，湖北宣化集团有限责任公司；对甲苯磺酸，分析纯，上海山浦化工有限公司；脂肪酸A，进口产品；脂肪酸B，本地棉籽油脂肪酸。

循环水式多用真空泵、调温电热套、电子节能控温仪（郑州长城科工贸有限公司）；JSR1104运动黏度测定器、组合式石油产品倾点测定器、石油产品开口闪点和燃点测定器、JSH0102润滑油氧化安定性测定器（湖南津市市石油化工仪器有限公司）。

1.2实验步骤

将多元醇和脂肪酸及催化剂按照一定的投料比置于带有温度计、搅拌器及真空冷凝接收装置的250 mL三口瓶中。在真空条件下开始加热，并且启动搅拌，使物料熔化。控制反应温度、反应压力和反应时间，反应生成的水通过真空抽离反应体系，待反应不再有水生成，停止反应。将冷却后的粗产品用活性白土和碳酸钠吸附过滤除去粗产品中的催化剂，可以得到清亮透明的多元醇酯，对合成产物的性能进行测试分析[12-18]。具体反应条件为：多元醇（新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇）：脂肪酸（摩尔比）分别为1∶2.05、1∶3.05、1∶4.05；催化剂用量1.0%；反应温度，150 ℃；反应时间，6 h；真空度为0.025 MPa。

1.3分析方法

1.3.1酸值和碘值

酸值和碘值是原料和产物的重要物性参数，酸值按照GB/T 7403方法测定，碘值按照GB/T 5532-2008方法测定。

1.3.2润滑性能测试

合成酯的运动黏度按照GB/T 265方法测试；闪点采用GB/T 3536方法测试；倾点按照GB/T 3535方法测试。

1.3.3旋转氧弹法测试合成酯的氧化安定性

按照SH/T 0193-2008方法测试合成酯的氧化安定性。测试条件：充氧压力为620 kPa，温度150 ℃，转速100 r/min。以开始试验到压力下降175 kPa的时间为氧化诱导时间（min）。

2结果与讨论

本文主要讨论多元醇骨架、脂肪酸组成等因素对合成酯性能的影响。

2.1脂肪酸组成

本实验用了两种脂肪酸（A和B）做原料。它们的主要组成如表1所示。

从表1中可以看出，脂肪酸A和脂肪酸B的酸值差别不大，但碘值相差较大。这是因为二者所含亚油酸和油酸的含量不同所造成的。

2.2性能评价

对合成的多元醇脂肪酸酯进行物化性能评价。分析测试结果如表2所示。

从表2中可以看出，除新戊二醇二脂肪酸酯（市售）和季戊四醇脂肪酸酯（市售）外，其余合成酯的酸值都较低，都在0.5 mgKOH/g以下。

在多元醇骨架相同的条件下，不同脂肪酸（A和B）对合成酯润滑油的黏度（40 ℃和100 ℃）影响不大，数据基本保持一致。同时，对黏度指数的影响也基本一致，除三羟甲基丙烷脂肪酸酯（A）和季戊四醇脂肪酸酯（A）的黏度指数表现异常外，其他合成酯与同类型多元醇酯相比较，数据变化略有浮动，幅度不大。与黏度和黏度指数的数据变化类似，在相同多元醇骨架的条件下，不同脂肪酸对闪点的影响不大，闪点基本保持不变。

对比表2中的数据，脂肪酸对润滑油的影响主要表现在对倾点和氧化诱导时间的影响。脂肪酸A和B对倾点的影响较大，而且有一定的规律性，即由脂肪酸A合成的多元醇酯倾点远低于由脂肪酸B合成的产品，这与B脂肪酸中饱和脂肪酸含量比A脂肪酸中饱和脂肪酸含量更高有直接关系。也可以从表中发现，由B脂肪酸合成的多元醇酯的氧化诱导时间更短一点，这与B脂肪酸中亚油酸（C18∶2）含量较高有直接关系。同时，发现脂肪酸组成对三羟甲基丙烷脂肪酸酯和季戊四醇脂肪酸酯倾点的影响大于对新戊二醇脂肪酸酯倾点的影响。

3结论

多元醇与两种脂肪酸（A和B）在真空无溶剂条件下反应得到了六种多元醇脂肪酸酯，并对所合成的酯类产品进行了性能分析，结果表明：

（1）由脂肪酸A合成的三种多元醇酯倾点好于由B脂肪酸合成的三种多元醇酯，也好于对应的知名品牌企业的产品。

（2）由B脂肪酸合成的多元醇酯的氧化诱导时间更短，说明亚油酸含量较高的原料不利于得到氧化安定性好的多元醇酯。

因此，在合成多元醇酯时，要考虑所用脂肪酸的油酸、亚油酸和饱和脂肪酸含量因素。最好选择那些油酸含量高（大于75%），饱和脂肪酸含量低（小于9%）的原料。

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