本發(fā)明涉及一種油霧消煙潤(rùn)滑酯的合成方法及在冷鐓油與擴(kuò)徑油中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：金屬加工潤(rùn)滑劑的工作過(guò)程決定了其油霧產(chǎn)生形式包含了機(jī)械、物理和物理-化學(xué)方式同時(shí)存在。為了有效地潤(rùn)滑、抗油霧消煙，金屬加工潤(rùn)滑劑在使用中要經(jīng)歷泵循環(huán)、噴霧、射流與高速旋轉(zhuǎn)的刀具激烈撞擊和高溫蒸發(fā)等過(guò)程。煙是聚合物材料熱分解或不完全燃燒時(shí)所產(chǎn)生的固體、液體小顆粒懸浮在空氣中形成的一種溶膠。煙對(duì)人體危害很大，除了煙本身的化學(xué)成分對(duì)人造成毒害以外，其主要危害在于煙的產(chǎn)生和移動(dòng)速度很快，通常比火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓枚?；而大量的煙霧使人的直視距離縮短，能見(jiàn)度降低，在火災(zāi)狀況下使人迷失方向無(wú)法逃離和難以救援，嚴(yán)重威脅生命財(cái)產(chǎn)的安全。因此，減少金屬加工潤(rùn)滑劑的發(fā)煙量十分必要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種油霧消煙潤(rùn)滑酯的合成方法及其在冷鐓油與擴(kuò)徑油中的應(yīng)用。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明油霧消煙潤(rùn)滑酯的合成方法，是首先以硼酸和甘油為原料，合成硼酸二甘油酯；然后向硼酸二甘油酯中加入油酸或重烷基苯磺酸，同時(shí)加入離子液體催化劑D-96進(jìn)行反應(yīng)，即獲得油霧消煙潤(rùn)滑酯。具體包括如下步驟：首先將硼酸和甘油按摩爾比1：2加入反應(yīng)器中，以120～140℃反應(yīng)4h，獲得淡黃色的硼酸二甘油酯；然后將硼酸二甘油酯和油酸或重烷基苯磺酸按摩爾比1:1加入反應(yīng)器中，再加入離子液體催化劑D-96，抽真空至真空度在-0.04MPa～-0.06MPa，135℃反應(yīng)3.5h，即獲得油霧消煙潤(rùn)滑酯；所述D-96的加入量占硼酸二甘油酯和油酸或重烷基苯磺酸總質(zhì)量的0.3％～0.7％。本發(fā)明所合成的油霧消煙潤(rùn)滑酯，可以起到抗油霧消煙、抗氧化、抗磨的作用，可用于作為添加劑加入冷鐓油或擴(kuò)徑油中，以提高其潤(rùn)滑抗磨性能，并減少其發(fā)煙量。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：1、本發(fā)明選用的離子液體催化劑D-96來(lái)自合肥綠酯金屬保護(hù)材料有限公司，可市場(chǎng)購(gòu)買，其對(duì)油霧消煙潤(rùn)滑酯的轉(zhuǎn)化率影響很大，油酯轉(zhuǎn)化率達(dá)到97.9％，且能顯著的降低反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需后處理，所得產(chǎn)品酸值小。2、本發(fā)明選用的離子液體催化劑D-96具有較寬的穩(wěn)定溫度范圍，通常在300℃范圍內(nèi)為液體，有利于動(dòng)力學(xué)控制；在高于200℃時(shí)具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；不易燃、可傳熱、可流動(dòng)；具有較弱的配位趨勢(shì)；通過(guò)對(duì)陰、陽(yáng)離子的合理設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)其對(duì)無(wú)機(jī)物、水、有機(jī)物及聚合物的溶解性，并且其酸度可調(diào)至超酸；易于與其它物質(zhì)分離，可以循環(huán)利用。3、將本發(fā)明的油霧消煙潤(rùn)滑酯和含S、P、Cl等元素的添加劑分別加入到基礎(chǔ)油中，能很好的改善其潤(rùn)滑抗磨效果，其中以本發(fā)明的油霧消煙潤(rùn)滑酯抗磨效果最為明顯；且本發(fā)明的油霧消煙潤(rùn)滑酯為油溶性添加劑，將其添加到潤(rùn)滑油中，可以起到抗油霧、消煙、抗磨的作用。具體實(shí)施方式實(shí)施例1為考察不同催化劑對(duì)甲苯磺酸和離子液體催化劑D-96對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響，在原料質(zhì)量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、摩爾比相同的條件下，對(duì)比反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，具體如下：首先將硼酸和甘油按摩爾比1：2加入反應(yīng)器中，以130℃反應(yīng)4h，獲得淡黃色的硼酸二甘油酯；然后將硼酸二甘油酯和油酸按摩爾比1:1加入反應(yīng)器中，再加入催化劑，抽真空，升至設(shè)定溫度反應(yīng)3.5h，即獲得油霧消煙潤(rùn)滑酯。同時(shí)按上述相同反應(yīng)條件，對(duì)比不同離子液體催化劑D-96加入量對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。表1、催化劑的影響序號(hào)催化劑及添加量反應(yīng)溫度反應(yīng)時(shí)間轉(zhuǎn)化率1無(wú)135℃3.5h59.5％2對(duì)甲苯磺酸0.5％135℃3.5h88.2％3對(duì)甲苯磺酸0.5％220℃3.5h98.0％4D-960.5％135℃3.5h97.9％表2、D-96添加量的影響其中轉(zhuǎn)化率是通過(guò)測(cè)定酸值的變化來(lái)計(jì)算的。由表1可以看出，在同樣的溫度和反應(yīng)時(shí)間條件下，有催化劑的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率明顯提高。同時(shí)在同樣的條件下，D-96的催化效率明顯比對(duì)甲苯磺酸高。而且兩種催化劑反應(yīng)后產(chǎn)物顏色不同，對(duì)甲苯磺酸催化后的產(chǎn)物顏色較深顯褐色，主要是高溫使油酸氧化顏色加深；而D-96在低溫135℃下反應(yīng)，溫度較低，反應(yīng)產(chǎn)物顏色較淺，呈棕紅色透明狀。由表2可以看出，隨著催化劑的量的提高轉(zhuǎn)化率也會(huì)相應(yīng)的提高，在0.5％左右時(shí)催化效率達(dá)到最高。實(shí)施例2本實(shí)施例按如下步驟合成油霧消煙潤(rùn)滑酯：稱取62g硼酸與184g甘油加到平底三口燒瓶中，升溫至130℃，反應(yīng)4h，冷凝去除副產(chǎn)物水36g，獲得硼酸二甘油酯210g；向硼酸二甘油酯中加入282g油酸和2.46g催化劑D-96，抽真空至P＝-0.06MP，升溫到135℃，反應(yīng)3.5h，即獲得油霧消煙潤(rùn)滑酯，酸值為0.8mgKOH/g。對(duì)本實(shí)施例所得油霧消煙潤(rùn)滑酯進(jìn)行如下潤(rùn)滑性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)與其他幾種酯類(氯化石蠟s-52、磷酸三異丙基苯酯IPPP、硫化豬油)進(jìn)行對(duì)比：磨損試驗(yàn)：所用四球機(jī)型號(hào)為MS-10J(廈門產(chǎn))，轉(zhuǎn)速為1200r/min，鋼球直徑Φ12.7，材質(zhì)為GCr15軸承鋼，溫度為75℃，壓力40kg，試驗(yàn)時(shí)間為1h；分別將幾種酯類按5％的添加量加入基礎(chǔ)油5#白油中(同時(shí)以不加酯類的基礎(chǔ)油做對(duì)比)進(jìn)行磨損試驗(yàn)，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)定三個(gè)底球的磨痕直徑。長(zhǎng)時(shí)間磨損D值按SH/T0204-94標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定?？鼓バ缘脑u(píng)定在相同的條件下進(jìn)行，以便考察在相同的基礎(chǔ)油潤(rùn)滑狀態(tài)下油霧消煙潤(rùn)滑酯的抗磨性能。幾種酯類的長(zhǎng)時(shí)間磨損D值見(jiàn)表3。表3、四球磨損實(shí)驗(yàn)由表3可以看出，在向基礎(chǔ)油中加入酯類后，其潤(rùn)滑抗磨性都比之前的有所提高，其中以本實(shí)施例的油霧消煙潤(rùn)滑酯的潤(rùn)滑抗磨效果最好。含Cl極壓劑在長(zhǎng)時(shí)間磨損時(shí)對(duì)材質(zhì)產(chǎn)生腐蝕而導(dǎo)致摩擦力加大、潤(rùn)滑性變差；而含硫極壓劑沒(méi)有達(dá)到起作用的適宜溫度，因此沒(méi)有明顯改善基礎(chǔ)油的潤(rùn)滑性。潤(rùn)滑劑承載能力試驗(yàn)：所用四球機(jī)型號(hào)為MS-10J(廈門產(chǎn))，轉(zhuǎn)速為1450r/min，鋼球直徑Φ12.7，材質(zhì)為GCr15軸承鋼，溫度為27±8℃，鎖緊力為70N，試驗(yàn)時(shí)間為10s；分別將幾種酯類按5％的添加量加入基礎(chǔ)油5#白油中(同時(shí)以不加酯類的基礎(chǔ)性做對(duì)比)進(jìn)行潤(rùn)滑劑承載能力試驗(yàn)，用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定GB/T3142-82潤(rùn)滑劑承載能力測(cè)定法(四球法)測(cè)定。結(jié)果見(jiàn)表4。表4、四球潤(rùn)滑劑承載能力實(shí)驗(yàn)由表4可以看出，在向基礎(chǔ)油中加入酯類后，其潤(rùn)滑抗磨性都比之前的有所提高，其中以本實(shí)施例的油霧消煙潤(rùn)滑酯的最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值效果最好。含Cl極壓劑、含硫極壓劑在短時(shí)間摩擦?xí)r對(duì)材質(zhì)沒(méi)有達(dá)到起作用的適宜溫度，因此沒(méi)有明顯改善基礎(chǔ)油的潤(rùn)滑性。含Cl極壓劑、含硫極壓劑在重負(fù)荷摩擦?xí)r開(kāi)始起作用，因而燒結(jié)負(fù)荷PD值較高。對(duì)本實(shí)施例所得油霧消煙潤(rùn)滑酯進(jìn)行抗煙霧實(shí)驗(yàn)，具體是將其按5％的添加量加入基礎(chǔ)油5#白油中，以150℃加熱2小時(shí)，測(cè)重、測(cè)發(fā)煙量，具體結(jié)果見(jiàn)表5。表5、油霧消煙潤(rùn)滑酯抗煙霧實(shí)驗(yàn)實(shí)施例3本實(shí)施例按如下步驟合成油霧消煙潤(rùn)滑酯：稱取62g硼酸與184g甘油加到平底三口燒瓶中，升溫至130℃，反應(yīng)4h，冷凝去除副產(chǎn)物水36g，獲得硼酸二甘油酯210g；向硼酸二甘油酯加入450g重烷基苯磺酸和3.30g催化劑D-96，抽真空至P＝-0.04MP，升溫到135℃，反應(yīng)3.5h，即獲得油霧消煙潤(rùn)滑酯，酸值為0.6mgKOH/g。對(duì)本實(shí)施例所得油霧消煙潤(rùn)滑酯進(jìn)行如下潤(rùn)滑性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)與其他幾種酯類(氯化石蠟s-52、磷酸三異丙基苯酯IPPP、硫化豬油)進(jìn)行對(duì)比：磨損試驗(yàn)：所用四球機(jī)型號(hào)為MS-10J(廈門產(chǎn))，轉(zhuǎn)速為1200r/min，鋼球直徑Φ12.7，材質(zhì)為GCr15軸承鋼，溫度為75℃,壓力40kg，試驗(yàn)時(shí)間為1h；分別將幾種酯類按5％的添加量加入基礎(chǔ)油5#白油中(同時(shí)以不加酯類的基礎(chǔ)性做對(duì)比)進(jìn)行磨損試驗(yàn)，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)定三個(gè)底球的磨痕直徑。長(zhǎng)時(shí)間磨損D值按SH/T0204-94標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定?？鼓バ缘脑u(píng)定在相同的條件下進(jìn)行，以便考察在相同的基礎(chǔ)油潤(rùn)滑狀態(tài)下油霧消煙潤(rùn)滑酯的抗磨性能。幾種酯類的長(zhǎng)時(shí)間磨損D值見(jiàn)表6。表6、四球磨損實(shí)驗(yàn)由表6可以看出，在向基礎(chǔ)油中加入酯類后，其潤(rùn)滑抗磨性都比之前的有所提高，其中以本實(shí)施例的油霧消煙潤(rùn)滑酯的潤(rùn)滑抗磨效果最好。潤(rùn)滑劑承載能力試驗(yàn)：所用四球機(jī)型號(hào)為MS-10J(廈門產(chǎn))，轉(zhuǎn)速為1450r/min，鋼球直徑Φ12.7，材質(zhì)為GCr15軸承鋼，溫度為27±8℃，鎖緊力為70N，試驗(yàn)時(shí)間為10s；分別將幾種酯類按5％的添加量加入基礎(chǔ)油5#白油中(同時(shí)以不加酯類的基礎(chǔ)性做對(duì)比)進(jìn)行潤(rùn)滑劑承載能力試驗(yàn)，用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定GB/T3142-82潤(rùn)滑劑承載能力測(cè)定法(四球法)測(cè)定。結(jié)果見(jiàn)表7。表7、四球潤(rùn)滑劑承載能力實(shí)驗(yàn)由表7可以看出，在向基礎(chǔ)油中加入酯類后，其潤(rùn)滑抗磨性都比之前的有所提高，其中以本實(shí)施例的油霧消煙潤(rùn)滑酯的最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值效果最好。對(duì)本實(shí)施例所得油霧消煙潤(rùn)滑酯進(jìn)行抗煙霧實(shí)驗(yàn)，具體是將其按5％的添加量加入基礎(chǔ)油5#白油中，以150℃加熱2小時(shí)，測(cè)重、測(cè)發(fā)煙量，具體結(jié)果見(jiàn)表8表8、油霧消煙潤(rùn)滑酯抗煙霧實(shí)驗(yàn)對(duì)比實(shí)施例2和實(shí)施例3可知，以重烷基苯磺酸為原料合成的油霧消煙潤(rùn)滑酯，比以油酸為原料效果更優(yōu)。實(shí)施例4本實(shí)施例按如下步驟制備擴(kuò)徑油：稱取40g礦物油(運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)為32mm2/s)加入到調(diào)和釜中，再加入15g油酸丁酯、8g硫化豬油、5gRC2540、6g蓖麻油聚氧乙烯醚EL40、5g聚乙二醇油酸酯PEG600MO、3g失水山梨醇酯肪酸酯S80，升溫到60℃，攪拌30分鐘；再加入10g石油磺酸鋇T701、3g苯并三氮唑、5g實(shí)施例2的油霧消煙潤(rùn)滑酯，繼續(xù)攪拌40分鐘，即獲得擴(kuò)徑油。本實(shí)施例的擴(kuò)徑油產(chǎn)品外觀呈棕紅透明液體，原液運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)60mm2/s，最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值可以達(dá)到1568N，燒結(jié)負(fù)荷PD值3920N，磨斑直徑D60min為0.375mm，摩擦系數(shù)μ為0.065。實(shí)施例5本實(shí)施例按如下步驟制備擴(kuò)徑油：稱取40g礦物油(運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)為32mm2/s)加入到調(diào)和釜中，再加入15g油酸丁酯、8g硫化豬油、5gRC2540、6g蓖麻油聚氧乙烯醚EL40、5g聚乙二醇油酸酯PEG600MO、3g失水山梨醇酯肪酸酯S80，升溫到60℃，攪拌30分鐘；再加入10g石油磺酸鋇T701、3g苯并三氮唑、5g實(shí)施例3的油霧消煙潤(rùn)滑酯，繼續(xù)攪拌40分鐘，即獲得擴(kuò)徑油。本實(shí)施例的擴(kuò)徑油產(chǎn)品外觀呈棕紅透明液體，原液運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)62mm2/s，最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值可以達(dá)到1667N，燒結(jié)負(fù)荷PD值4570N，磨斑直徑D60min為0.475mm，摩擦系數(shù)μ為0.095。實(shí)施例6本實(shí)施例按如下步驟制備冷墩油：首先，稱取43g礦物油(運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)為32mm2/s)加入到調(diào)和釜中，加入10g氯化石蠟S52、6gRC2540，10g硫化豬油、5gIPPP；再加入5g蓖麻油聚氧乙烯醚EL40、3g聚乙二醇油酸酯G600MO、2g失水山梨醇酯肪酸酯S80，升溫到60℃，攪拌30分鐘；再加入8g石油磺酸鈉、2g苯并三氮唑、6g實(shí)施例2的油霧消煙潤(rùn)滑劑，繼續(xù)攪拌40分鐘，即獲得冷墩油。本實(shí)施例的冷墩油產(chǎn)品外觀呈棕紅透明液體，原液運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)80mm2/s，最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值可以達(dá)到1760N，燒結(jié)負(fù)荷PD值4900N,磨斑直徑D60min為0.355mm，摩擦系數(shù)μ為0.060。實(shí)施例7本實(shí)施例按如下步驟制備冷墩油：首先，稱取43g礦物油(運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)為32mm2/s)加入到調(diào)和釜中，加入10g氯化石蠟S52、6gRC2540，10g硫化豬油、5gIPPP；再加入5g蓖麻油聚氧乙烯醚EL40、3g聚乙二醇油酸酯G600MO、2g失水山梨醇酯肪酸酯S80，升溫到60℃，攪拌30分鐘；再加入8g石油磺酸鈉、2g苯并三氮唑、6g實(shí)施例3的油霧消煙潤(rùn)滑劑，繼續(xù)攪拌40分鐘，即獲得冷墩油。本實(shí)施例的冷墩油產(chǎn)品外觀呈棕紅透明液體，原液運(yùn)動(dòng)粘度(40℃)82mm2/s，最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值可以達(dá)到1764N，燒結(jié)負(fù)荷PD值5011N,磨斑直徑D60min為0.455mm，摩擦系數(shù)μ為0.090。本發(fā)明的油霧消煙潤(rùn)滑酯作為油性表面活性劑，其分子分散于潤(rùn)滑油中時(shí)可使機(jī)械運(yùn)動(dòng)中因高溫氧化產(chǎn)生的膠質(zhì)及積炭溶解或分散于潤(rùn)滑油中，從而保證機(jī)械更好的運(yùn)轉(zhuǎn)，起到清洗分散作用。同時(shí)其含有油酸或重烷基苯磺酸酯基團(tuán)，能改進(jìn)摩擦作用。因其所含硼元素和有機(jī)物化合是一個(gè)很好的擠壓抗磨劑，能夠很好的促進(jìn)潤(rùn)滑抗磨效果。本發(fā)明的油霧消煙潤(rùn)滑酯具有無(wú)毒、低腐蝕性、殺菌、阻燃等特性，而且沸點(diǎn)高、不易揮發(fā)、在高溫下具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。作為新型潤(rùn)滑劑可以發(fā)揮硼元素的極壓性、酯基的油性，在金屬加工過(guò)程中發(fā)揮絕佳的協(xié)同作用，同時(shí)在冷鐓油、擴(kuò)徑油油等難加工工藝應(yīng)用上大放光彩。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 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