基于大豆油的多酯衍生物制备与应用研究

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在餐饮行业和居民日常生活中,产生了越来越多的餐饮废油。对餐饮废油不合理的处置会造成环境的严重污染。餐饮废油作为一种可再生利用的资源,可以通过有效的化学改性手段,促使其转化为可生物降解的绿色润滑油基础油。但由于餐饮废油成分复杂,为了研究反应机理,方便找到转化规律,本研究以大豆油为模型化合物模拟餐饮废油结构,通过水解、酯化、环氧化和开环反应四步法首次成功制备出多酯衍生物。多酯衍生物属于酯类油,将其用作抗磨液压油的基础油,考察了其理化性质,并研究了采用不同类型添加剂提升其氧化安定性、抗磨性、防锈性、抗泡性等使用性能,最终通过模糊数学综合评价法开发出HM46抗磨液压油的最佳配方。主要内容如下:研究了大豆油两步法水解制备脂肪酸的优化工艺条件。以提高水解率为目标,设计单因素实验,得到了优化的反应条件:水解温度90℃,第一步水解时间3h,第二步水解时间2h,水解率为98.73%。通过红外光谱表征了脂肪酸的结构。采用气相色谱分析脂肪酸的具体组成,不饱和脂肪酸共占84.3%。采用滴定法测定了脂肪酸的酸值和碘值,分别为150.69mgKOH/g和107gI2/100g。脂肪酸新戊二醇酯的制备及工艺条件优化。由于不含β氢原子的醇制得的酯比含有β氢原子的醇制得的酯热氧化安定性更好,所以选用新戊二醇(NPG)与脂肪酸酯化制备脂肪酸新戊二醇酯(FANE)。通过单因素实验,优化了反应条件:反应温度为120℃,反应时间为3.5h,醇酸质量比为1:4,催化剂用量为2%(占脂肪酸质量的百分比),溶剂用量为40%(占脂肪酸和NPG质量之和的百分比),脂肪酸转化率为99.31%。采用红外光谱表征了产物FANE的结构。测定了FANE的理化性质、热氧化安定性和摩擦学性质,表明FANE具有较好的抗氧化性和抗磨性。脂肪酸新戊二醇酯的环氧化反应。对FANE进行环氧化反应制备环氧脂肪酸新戊二醇酯(EFANE),以降低分子结构中碳碳双键的数量,提高其抗氧化性。探讨了环氧化机理,通过单因素实验得到优化后的反应条件:FANE,双氧水和甲酸以1:0.66:0.14的质量比反应,反应温度60℃,催化剂用量6%(占FANE质量的百分比),转速2000rpm,环氧化率为82.37%。采用红外光谱表征产物,证实了EFANE的存在。多酯衍生物的制备研究。对EFANE进行开环反应制备最终产物多酯衍生物(OFANE),引入乙酸分子,增加支链化程度,以此来降低倾点,提高其低温性能。探讨了开环反应机理,采用红外光谱表征产物,证实了OFANE的存在。测定OFANE的理化性质,酸值1.09mgKOH/g,倾点-21℃,黏度(40℃)357.97mm2/s,黏度指数117,蒸发损失7.6%,氧化诱导期(150℃)22.03min,表明OFANE有较好的低温性能和热氧化安定性。摩擦学性能研究表明,OFANE有优异的抗磨性。抗磨剂二聚酸(DA)的加入,进一步改善了OFANE的摩擦学性能。HM46抗磨液压油的研究开发。为了满足液压油黏度要求,将OFANE和脂肪酸甲酯按比例混合作为基础油,以满足HM46抗磨液压油标准的黏度要求。考察了不同类型添加剂在该基础油中的使用性能及添加剂之间的配伍性。利用模糊数学综合评价法确定最优配方:基础油98.697%,没食子酸丙酯(PG)0.237%,2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)0.158%,二聚酸(DA)0.790%,油酸三乙醇胺酯(TO)0.059%,硫磷丁辛基锌盐(T202)0.059%,以及微量抗泡剂。按照国家标准对其进行性能测试,均能达到标准规定的指标要求。
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