CN104672085A - 三羟甲基丙烷有机酸酯的合成及在特种油中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三羟甲基丙烷有机酸酯的合成方法，其特征在于，以有机酸和有机醇为原料，并加入适量催化剂，在110℃-130℃条件下常压反应3-5小时，即得三羟甲基丙烷有机酸酯；所述有机酸选自油酸，月桂酸，辛酸，硬脂酸，棕榈酸中的任意一种，所述有机醇为三羟甲基丙烷，所述有机酸和有机醇的摩尔比为1:3；所述催化剂为N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂。本发明通过选择N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂合成三羟甲基丙烷有机酸酯，具有反应温度低，催化剂添加量少，反应时间短，酯化率高等特点，生产的产品酸值小。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体地说是一种三羟甲基丙烷有机酸酯的合成及在特种油中的应用。
背景技术
三羟甲基丙烷有机酸酯(Trimethylolpropane trioleate)简称为TMPTO,它具有合成酯类的优良抗磨性能.具有优良的粘温特性，良好的低温特性，高温稳定性，低挥发性，因而能满足较高的润滑要求，尤其适合在特种油行业中的应用。
三羟甲基丙烷有机酸酯具有润滑性能优、粘度指数高、抗燃性好，生物降解率高、毒性低等特性，是一种绿色润滑油，其作为油性剂在冷轧薄板轧制油、钢管拉拔油、切削油及其它金属加工液中广泛使用，三羟甲基丙烷有机酸酯也可作为纺织皮革助剂的中间体和纺织油剂。
现有三羟甲基丙烷有机酸酯的合成方法主要有直接酯化法与酯交换法，这些方法多使用质子酸、金属氧化物、无机盐催化剂等，合成法不是反应温度高，就是反应时间长，且转化率低，产品质量差、设备腐蚀严重、反应后处理困难、废酸污染严重等。
发明内容
本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种羟甲基丙烷油酸酯的合成及在特种油中的应用。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
三羟甲基丙烷有机酸酯的合成方法，其特点在于，以有机酸和有机醇为原料，并加入适量催化剂，在110℃-130℃条件下常压反应3-5小时，即得三羟甲基丙烷有机酸酯；所述有机酸选自油酸，月桂酸，辛酸，硬脂酸，棕榈酸中的任意一种，所述有机醇为三羟甲基丙烷，所述有机酸和有机醇的摩尔比为1:3；所述催化剂为N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂。
作为优选，所述化剂的添加量为原料质量的0.25％-0.75％。
作为优选，所述有机酸为油酸或硬脂酸，所述催化剂添加量为0.5％，反应温度为130℃，反应时间为4小时。
本发明的另一目的是提供一种三羟甲基丙烷有机酸酯在特种油中的应用。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过选择N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂合成三羟甲基丙烷有机酸酯，具有反应温度低，催化剂添加量少，反应时间短，酯化率高等特点，生产的产品酸值小。
2、本发明所合成的三羟甲基丙烷有机酸酯具有生物降解性，同时具有毒性低和润滑功能。
3、本发明在特种油中用三羟甲基丙烷有机酸酯代替部分润滑剂，可以提高特种油的使用寿命。
具体实施方式
本发明有机酸选择油酸，月桂酸，辛酸，硬脂酸，棕榈酸等，有机醇选择三羟甲基丙烷，催化剂选择N-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，通过正交化试验研究有机醇与有机酸的不同反应摩尔比，催化剂添加量、反应时间、反应温度对酯化程度的影响，如下表(酸值越低，酯化度越高)：
表1、油酸和三羟甲基丙烷的正交化试验
由表1可知，当有机醇和有机酸的反应摩尔比为1:3，催化剂添加量为0.75％，反应温度130℃，在常压下反应3个小时，酸值为0.8mgKOH/g，酯化度最高；当有机醇和有机酸的反应摩尔比为1：3，催化剂添加量为0.50％，反应温度为130℃，在常压下反应4个小时，酸值为1.2mgKOH/g,酯化度次之；当有机醇和有机酸的反应摩尔比为1:3，催化剂添加量为0.750％，反应温度为110℃，在常压下反应5个小时，酸值为2.6mgKOH/g；通过综合经济效 益考虑，最终我们选择有机醇和有机酸的反应摩尔比为1:3，催化剂添加量为0.50％--0.75％，反应温度为130℃，常压下反应3-4个小时。
根据油酸和三羟甲基丙烷的正交试验结果，我们又利用辛酸、硬脂酸、月桂酸和棕榈酸进行了反应，结果如下表：
表2、辛酸和三羟甲基丙烷的反应
表3、月桂酸和三羟甲基丙烷的反应
表4、硬脂酸和三羟甲基丙烷的反应
表5、棕榈酸和三羟甲基丙烷的反应
通过表1-5，可以看出：在同等条件下，硬脂酸和三羟甲基丙烷酯化度最高，但五种有机酸都可以和三羟甲基丙烷进行酯化反应。
实施例1
称取134g三羟甲基丙烷和846g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.45gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为110℃，反应3小时，即得最终产品，酸值为11.2mgKOH/g。
实施例2
称取134g三羟甲基丙烷和846g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.45gN-烷基吡 咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为120℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为10.9mgKOH/g。
实施例3
称取134g三羟甲基丙烷和846g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.45gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为130℃，反应5小时，即得最终产品，酸值为6.0mgKOH/g。
实施例4
称取134g三羟甲基丙烷和846g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入4.9gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为120℃，反应3小时，即得最终产品，酸值为9.2mgKOH/g。
实施例5
称取134g三羟甲基丙烷和846g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入4.9gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为130℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为1.2mgKOH/g。
实施例6
称取134g三羟甲基丙烷和846g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入4.9gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为110℃，反应5小时，即得最终产品，酸值为6.2mgKOH/g。。
实施例7
称取134g三羟甲基丙烷和846g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入7.35gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为130℃，反应3小时，即得最终产品，酸值为0.8mgKOH/g。
实施例8
称取134g三羟甲基丙烷和846g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入7.35gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为120℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为3.1mgKOH/g。。
实施例9
称取134g三羟甲基丙烷和846g油酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入7.35gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为110℃，反应5小时，即得 最终产品，酸值为2.6mgKOH/g。。
实施例10
称取134g三羟甲基丙烷和432g辛酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入2.83gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为130℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为2.2mgKOH/g。
实施例11
称取134g三羟甲基丙烷和600g月桂酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入3.67gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为130℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为2.3mgKOH/g。
实施例12
称取134g三羟甲基丙烷和582g硬脂酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入4.93gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为130℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为1.3mgKOH/g。
实施例13
称取134g三羟甲基丙烷和768g棕榈酸加入平底烧瓶中，搅拌均匀后加入4.51gN-烷基吡咯烷酮基团甲基磷酸离子液体催化剂，搅拌，加热，控制温度为130℃，反应4小时，即得最终产品，酸值为2.3mgKOH/g。
实施例14
称取3g妥尔油加入烧杯中，再加入6g的二乙醇胺、3g的超酰胺和5g三羟甲基丙烷有机酸酯，边加热边搅拌,升温至50度，搅拌均匀后加入15g石油磺酸钠、5g硼酸酯、1g山梨醇酐单油酸酯S-80、40g 22#锭子油，搅拌均匀，最后边搅拌边加入22g水，最后得到黄色透明的切削液，所得切削液PB值为650N，5％铸铁屑/滤纸法防锈性0级，5％pH值9.2。
实施例15
称取2g妥尔油加入烧杯中，再加入6g的二乙醇胺、8g的超酰胺和4g三羟甲基丙烷有机酸酯，边加热边搅拌,升温至50度，搅拌均匀后加入12g重苯基石油磺酸钠、2g乙二醇单丁醚、2g硼酸酯、1g山梨醇酐单油酸酯S-80、20g 22#锭子油，搅拌均匀，最后边搅拌边加入43g水，最后得到黄色透明的切削液，所得切削液PB值为646N，5％铸铁屑/滤纸法防锈性0级，5％pH值9.5。
Claims (4)
1.三羟甲基丙烷有机酸酯的合成方法，其特征在于，以有机酸和有机醇为原料，并加入适量催化剂，在110℃-130℃条件下常压反应3-5小时，即得三羟甲基丙烷有机酸酯；所述有机酸选自油酸，月桂酸，辛酸，硬脂酸，棕榈酸中的任意一种，所述有机醇为三羟甲基丙烷，所述有机酸和有机醇的摩尔比为1:3；所述催化剂为N-烷基吡咯烷酮基团甲基膦酸离子液体催化剂。
2.根据权利要求1所述的三羟甲基丙烷有机酸酯的合成方法，其特征在于，所述化剂的添加量为原料质量的0.25％-0.75％。
3.根据权利要求2所述的三羟甲基丙烷有机酸酯的合成方法，其特征在于，所述有机酸为油酸或硬脂酸，所述催化剂添加量为0.5％，反应温度为130℃，反应时间为4小时。
4.权利要求1-3中任意一项所述的三羟甲基丙烷有机酸酯在特种油中的应用。
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