脂肪酸組成對多元醇酯性能的影響

古麗米熱·吐爾地等

摘要：以新戊二醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇和兩種脂肪酸（A和B）為原料，對甲苯磺酸為催化劑，采用真空無溶劑條件下直接酯化合成了不同結構的多元醇酯，對其潤滑性能進行測試分析，并與市場銷售的同類產品做了對比。結果表明由脂肪酸A合成的多元醇脂肪酸酯的傾點遠低于其他類型的多元醇酯。在合成多元醇酯時，不僅要考慮所用脂肪酸的油酸和亞油酸含量因素，也要考慮飽和脂肪酸含量的因素，最好選擇油酸含量高、飽和脂肪酸含量低的原料。

關鍵詞：多元醇酯；潤滑油；傾點；直接酯化法

中圖分類號：TE626.3文獻標識碼：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、三羥甲基丙烷三脂肪酸酯和季戊四醇四脂肪酸酯）是一類性能良好的潤滑基礎油[1-3]，具有黏度高、燃點高、抗氧化性能強等優點，廣泛用于工業領域，例如作為液壓油、高溫鏈條油以及壓縮機油的基礎油[4-9]。更多的研究者關注于多元醇的純度對多元醇酯的影響，而對脂肪酸組成對多元醇性能的影響沒有特別關注。本文采用真空無溶劑條件下直接酯化合成多元醇酯的工藝[10-12]，考察原料脂肪酸（A和B）對產物性能的影響，并與市售多元醇酯進行了對比，以此提出了選擇脂肪酸原料的建議。

1實驗部分

1.1實驗材料與儀器

新戊二醇，工業級，韓國LG化學公司；三羥甲基丙烷，工業級，日本三菱化學株式會社；季戊四醇，工業級，湖北宣化集團有限責任公司；對甲苯磺酸，分析純，上海山浦化工有限公司；脂肪酸A，進口產品；脂肪酸B，本地棉籽油脂肪酸。

循環水式多用真空泵、調溫電熱套、電子節能控溫儀（鄭州長城科工貿有限公司）；JSR1104運動黏度測定器、組合式石油產品傾點測定器、石油產品開口閃點和燃點測定器、JSH0102潤滑油氧化安定性測定器（湖南津市市石油化工儀器有限公司）。

1.2實驗步驟

將多元醇和脂肪酸及催化劑按照一定的投料比置于帶有溫度計、攪拌器及真空冷凝接收裝置的250 mL三口瓶中。在真空條件下開始加熱，并且啟動攪拌，使物料熔化。控制反應溫度、反應壓力和反應時間，反應生成的水通過真空抽離反應體系，待反應不再有水生成，停止反應。將冷卻后的粗產品用活性白土和碳酸鈉吸附過濾除去粗產品中的催化劑，可以得到清亮透明的多元醇酯，對合成產物的性能進行測試分析[12-18]。具體反應條件為：多元醇（新戊二醇、三羥甲基丙烷、季戊四醇）：脂肪酸（摩爾比）分別為1∶2.05、1∶3.05、1∶4.05；催化劑用量1.0%；反應溫度，150 ℃；反應時間，6 h；真空度為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產物的重要物性參數，酸值按照GB/T 7403方法測定，碘值按照GB/T 5532-2008方法測定。

1.3.2潤滑性能測試

合成酯的運動黏度按照GB/T 265方法測試；閃點采用GB/T 3536方法測試；傾點按照GB/T 3535方法測試。

1.3.3旋轉氧彈法測試合成酯的氧化安定性

按照SH/T 0193-2008方法測試合成酯的氧化安定性。測試條件：充氧壓力為620 kPa，溫度150 ℃，轉速100 r/min。以開始試驗到壓力下降175 kPa的時間為氧化誘導時間（min）。

2結果與討論

本文主要討論多元醇骨架、脂肪酸組成等因素對合成酯性能的影響。

2.1脂肪酸組成

本實驗用了兩種脂肪酸（A和B）做原料。它們的主要組成如表1所示。

從表1中可以看出，脂肪酸A和脂肪酸B的酸值差別不大，但碘值相差較大。這是因為二者所含亞油酸和油酸的含量不同所造成的。

2.2性能評價

對合成的多元醇脂肪酸酯進行物化性能評價。分析測試結果如表2所示。

從表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較低，都在0.5 mgKOH/g以下。

在多元醇骨架相同的條件下，不同脂肪酸（A和B）對合成酯潤滑油的黏度（40 ℃和100 ℃）影響不大，數據基本保持一致。同時，對黏度指數的影響也基本一致，除三羥甲基丙烷脂肪酸酯（A）和季戊四醇脂肪酸酯（A）的黏度指數表現異常外，其他合成酯與同類型多元醇酯相比較，數據變化略有浮動，幅度不大。與黏度和黏度指數的數據變化類似，在相同多元醇骨架的條件下，不同脂肪酸對閃點的影響不大，閃點基本保持不變。

對比表2中的數據，脂肪酸對潤滑油的影響主要表現在對傾點和氧化誘導時間的影響。脂肪酸A和B對傾點的影響較大，而且有一定的規律性，即由脂肪酸A合成的多元醇酯傾點遠低于由脂肪酸B合成的產品，這與B脂肪酸中飽和脂肪酸含量比A脂肪酸中飽和脂肪酸含量更高有直接關系。也可以從表中發現，由B脂肪酸合成的多元醇酯的氧化誘導時間更短一點，這與B脂肪酸中亞油酸（C18∶2）含量較高有直接關系。同時，發現脂肪酸組成對三羥甲基丙烷脂肪酸酯和季戊四醇脂肪酸酯傾點的影響大于對新戊二醇脂肪酸酯傾點的影響。

3結論

多元醇與兩種脂肪酸（A和B）在真空無溶劑條件下反應得到了六種多元醇脂肪酸酯，并對所合成的酯類產品進行了性能分析，結果表明：

（1）由脂肪酸A合成的三種多元醇酯傾點好于由B脂肪酸合成的三種多元醇酯，也好于對應的知名品牌企業的產品。

（2）由B脂肪酸合成的多元醇酯的氧化誘導時間更短，說明亞油酸含量較高的原料不利于得到氧化安定性好的多元醇酯。

因此，在合成多元醇酯時，要考慮所用脂肪酸的油酸、亞油酸和飽和脂肪酸含量因素。最好選擇那些油酸含量高（大于75%），飽和脂肪酸含量低（小于9%）的原料。

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