一種季戊四醇四元酸酯的製備方法與流程
2023-05-01 05:37:11
本發明涉及化工技術領域，更具體地說，是涉及一種季戊四醇四元酸酯的製備方法。
背景技術：
季戊四醇四元酸酯是一種重要的新戊基多元醇酯，由於其酯基數量多且季碳原子的β位上沒有氫原子，可與羥基氧形成六元環共振結構，而具有良好的氧化安定性、熱穩定性、低溫流動性和黏溫性能，廣泛用於航空潤滑油、汽車潤滑劑、空氣壓縮機油和抗燃液壓油等領域。
季戊四醇四元酸酯的合成方法主要有酯化法、醯氯法和酯交換法，其中，酯化法具有工藝簡單、成本低等優點，成為本領域最常用的合成方法。目前，現有技術公開的酯化法為了使酯化反應完全，均採用過量的脂肪酸，同時酯化反應產物中還殘留有催化劑和少量半酯，為保證產品性能要求，需要通過以過濾、減水洗和蒸餾為主要方式精製處理工藝去除體系中的雜質。
但是，上述酯化法不僅工藝複雜，而且經過減水洗過程後，可能因少量鹼的殘留會引起季戊四醇四元酸酯在高溫下分解，影響產品的高溫性能，給產品的綜合性能帶來新的負面影響。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種季戊四醇四元酸酯的製備方法，能夠提高季戊四醇四元酸酯的高溫性能。
本發明提供了一種季戊四醇四元酸酯的製備方法，包括以下步驟：
a)將季戊四醇、脂肪酸與催化劑混合，進行酯化反應，得到季戊四醇四元酸酯粗品；
b)將季戊四醇四元酸酯粗品與固體吸附劑混合，進行精製處理，得到季戊四醇四元酸酯。
優選的，步驟a)中所述脂肪酸選自碳原子數為1～10的飽和脂肪酸中的一種或多種。
優選的，步驟a)中所述催化劑包括草酸亞錫、氧化亞錫和固體酸SO42-/Al2O3中的一種或多種。
優選的，步驟a)中所述季戊四醇、脂肪酸與催化劑的用量比為1mol：(4～5)mol：(2～6)g。
優選的，步驟a)中所述酯化反應的溫度為120℃～220℃，真空度為-0.095MPa～-0.03MPa，反應時間為3h～8h。
優選的，步驟b)中所述季戊四醇四元酸酯粗品的酸值為0.1mgKOH/g～0.5mgKOH/g。
優選的，步驟b)中所述固體吸附劑包括活性白土、氧化鋁、水滑石、4A分子篩、5A分子篩、無機矽膠和活性炭負載型固體鹼中的一種或多種。
優選的，步驟b)中所述季戊四醇四元酸酯粗品與固體吸附劑的質量比為1：(0.5％～5％)。
優選的，步驟b)中所述精製處理的過程具體為：
將季戊四醇四元酸酯粗品和固體吸附劑的混合物攪拌後過濾，得到季戊四醇四元酸酯。
優選的，所述攪拌的溫度為70℃～140℃，時間為0.5h～3h。
本發明提供了本發明提供了一種季戊四醇四元酸酯的製備方法，包括以下步驟：a)將季戊四醇、脂肪酸與催化劑混合，進行酯化反應，得到季戊四醇四元酸酯粗品；b)將季戊四醇四元酸酯粗品與固體吸附劑混合，進行精製處理，得到季戊四醇四元酸酯。與現有技術相比，本發明提供的製備方法能夠有效去除反應體系中的雜質，從而使製備得到的季戊四醇四元酸酯具有良好的高溫性能。實驗結果表明，本發明提供的製備方法得到的季戊四醇四元酸酯雜質元素含量小於1ppm，且氧化性能更好，同樣基礎油，起始氧化溫度提高了10℃以上。
另外，本發明提供的製備方法工藝簡單，無廢液和廢固產生，並且產品外觀得到明顯改善。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明提供了一種季戊四醇四元酸酯的製備方法，包括以下步驟：
a)將季戊四醇、脂肪酸與催化劑混合，進行酯化反應，得到季戊四醇四元酸酯粗品；
b)將季戊四醇四元酸酯粗品與固體吸附劑混合，進行精製處理，得到季戊四醇四元酸酯。
本發明首先將季戊四醇、脂肪酸與催化劑混合。在本發明中，所述脂肪酸優選選自碳原子數為1～10的飽和脂肪酸中的一種或多種，更優選為碳原子數為4～10的飽和脂肪酸中的一種或多種，更更優選為丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸和癸酸中的一種或多種。本發明對所述脂肪酸的來源沒有特殊限制，採用本領域技術人員熟知的市售商品即可。
在本發明中，所述催化劑優選包括草酸亞錫、氧化亞錫和固體酸SO42-/Al2O3中的一種或多種，更優選為草酸亞錫和/或氧化亞錫。本發明對所述催化劑的來源沒有特殊限制，採用本領域技術人員熟知的市售商品即可。
本發明將季戊四醇、脂肪酸與催化劑混合，所述季戊四醇、脂肪酸與催化劑的用量比優選為1mol：(4～5)mol：(2～6)g，更優選為1mol：(4.2～4.8)mol：(3～5.5)g。
完成所述混合過程後，本發明將混合後的季戊四醇、脂肪酸與催化劑進行酯化反應，得到季戊四醇四元酸酯粗品。本發明對所述酯化反應的裝置沒有特殊限制，優選採用本領域技術人員熟知的回流裝置即可。在本發明中，所述酯化反應的溫度優選為120℃～220℃，更優選為180℃～210℃；所述酯化反應的真空度優選為-0.095MPa～-0.03MPa，更優選為-0.07MPa～-0.05MPa；所述酯化反應的反應時間優選為3h～8h，更優選為5h～6h。
本發明在上述反應條件下進行酯化反應，反應深度較高，能夠促使酯化反應的完全，得到的季戊四醇四元酸酯粗品具有較低酸值。在本發明中，所述季戊四醇四元酸酯粗品的酸值優選為0.1mgKOH/g～0.5mgKOH/g。
得到所述季戊四醇四元酸酯粗品後，本發明將季戊四醇四元酸酯粗品與固體吸附劑混合。在本發明中，所述固體吸附劑優選包括活性白土、氧化鋁、水滑石、4A分子篩、5A分子篩、無機矽膠和活性炭負載型固體鹼中的一種或多種，更優選為活性白土、氧化鋁、水滑石、4A分子篩和5A分子篩中的一種或多種。在本發明中，所述固體吸附劑能夠有效去除季戊四醇四元酸酯粗品中的少量雜質，同時能夠進一步減小酸值。本發明對所述固體吸附劑的來源沒有特殊限制，採用本領域技術人員熟知的市售商品即可。
在本發明中，所述季戊四醇四元酸酯粗品與固體吸附劑的質量比優選為為1：(0.5％～5％)，更優選為1：(2％～3％)。
完成所述季戊四醇四元酸酯粗品與固體吸附劑的混合後，本發明將混合後的季戊四醇四元酸酯粗品與固體吸附劑進行精製處理，得到季戊四醇四元酸酯。在本發明中，所述精製處理的過程優選具體為：
將季戊四醇四元酸酯粗品和固體吸附劑的混合物攪拌後過濾，得到季戊四醇四元酸酯。在本發明中，將季戊四醇四元酸酯粗品和固體吸附劑的混合物進行攪拌。本發明對所述攪拌的方式沒有特殊限制，採用本領域技術人員熟知的機械攪拌或人工攪拌的方式均可，目的是是混合物充分接觸，實現固體吸附劑對季戊四醇四元酸酯粗品中的雜質最大程度的吸附。在本發明中，所述攪拌的溫度優選為70℃～140℃，更優選為100℃～120℃；所述攪拌的時間優選為0.5h～3h，更優選為1h～2h。
完成所述攪拌過程後，本發明將上述混合物進行過濾，得到季戊四醇四元酸酯。在本發明中，所述過濾的目的是將季戊四醇四元酸酯與固體吸附劑進行分離。本發明優選將分離後的固體吸附劑進行高溫焙燒。在本發明中，所述高溫焙燒的溫度優選為300℃～550℃，更優選為400℃～500℃。通過對所述固體吸附劑進行高溫焙燒，能夠實現固體吸附劑的循環使用，從而避免製備過程中廢固產生。
本發明提供了本發明提供了一種季戊四醇四元酸酯的製備方法，包括以下步驟：a)將季戊四醇、脂肪酸與催化劑混合，進行酯化反應，得到季戊四醇四元酸酯粗品；b)將季戊四醇四元酸酯粗品與固體吸附劑混合，進行精製處理，得到季戊四醇四元酸酯。與現有技術相比，本發明提供的製備方法能夠有效去除反應體系中的雜質，從而使製備得到的季戊四醇四元酸酯具有良好的高溫性能。實驗結果表明，本發明提供的製備方法得到的季戊四醇四元酸酯雜質元素含量小於1ppm，且氧化性能更好，同樣基礎油，起始氧化溫度提高了10℃以上。
另外，本發明提供的製備方法工藝簡單，無廢液和廢固產生，並且產品外觀得到明顯改善。
為了進一步說明本發明，下面通過以下實施例進行詳細說明。
實施例1
(1)將季戊四醇136g、正戊酸48.96g、正庚酸17.28g、3,3,5-三甲基己酸663.6g和氧化亞錫5.1g混合，在200℃、-0.05MPa真空度下，回流反應5h，再經過真空脫酸，得到660g季戊四醇四元酸酯粗品，採用GB/T7304測試季戊四醇四元酸酯粗品的酸值為0.5mgKOH/g。
(2)將上述季戊四醇四元酸酯粗品與16.5g活性白土混合，在100℃下攪拌1h，過濾活性白土，得到季戊四醇四元酸酯，測試季戊四醇四元酸酯的酸值小於0.1mgKOH/g。
將得到的季戊四醇四元酸酯進行油品的加速氧化試驗，實驗結果表明，實施例1得到的季戊四醇四元酸酯的雜質元素含量小於1ppm，且氧化性能更好，同樣基礎油，起始氧化溫度提高了10℃以上；80℃，7天酸值增加不大於0.5mgKOH/g。
同時，採用GJB563腐蝕和氧化安定性實驗和GB/T 264的油品粘度試驗對實施例1得到的季戊四醇四元酸酯進行測試，結果表明，本發明實施例1提供的季戊四醇四元酸酯的相關性能均指標要求；採用GB/T6540測試實施例1提供的季戊四醇四元酸酯的色度不大於2，產品外觀得到明顯改善。
實施例2
(1)將季戊四醇136g、正戊酸48.96g、正辛酸19.5g、3,3,5-三甲基己酸663.6g和氧化亞錫5.1g混合，在210℃、-0.06MPa真空度下，回流反應6h，再進行真空脫酸，得到662g季戊四醇四元酸酯粗品，測試季戊四醇四元酸酯粗品的酸值為0.5mgKOH/g。
(2)將上述季戊四醇四元酸酯粗品與6.62g的5A分子篩、6.62g的氧化鋁混合，在110℃的真空條件下攪拌2h，過濾固體吸附劑，得到季戊四醇四元酸酯，測試季戊四醇四元酸酯的酸值小於0.1mgKOH/g。
將得到的季戊四醇四元酸酯進行油品的加速氧化試驗，實驗結果表明，實施例2得到的季戊四醇四元酸酯的雜質元素含量小於1ppm，且氧化性能更好，起始氧化溫度為227℃；80℃，7天酸值增加不大於0.5mgKOH/g。
實施例3
(1)將季戊四醇136g、正戊酸61.2g、3,3,5-三甲基己酸663.6g和氧化亞錫5.1g混合，在180℃、-0.07MPa真空度下，回流反應6.5h，真空條件下脫酸，得到652g季戊四醇四元酸酯粗品，測試季戊四醇四元酸酯粗品的酸值為0.5mgKOH/g。
(2)將上述季戊四醇四元酸酯粗品與19.56g水滑石混合，在120℃下攪拌1.5h，過濾水滑石，得到季戊四醇四元酸酯，測試季戊四醇四元酸酯的酸值小於0.1mgKOH/g。
將得到的季戊四醇四元酸酯進行油品的加速氧化試驗，實驗結果表明，實施例3得到的季戊四醇四元酸酯的雜質元素含量小於1ppm，且氧化性能更好，起始氧化溫度為232℃；80℃，7天酸值增加不大於0.5mgKOH/g。
所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。