[发明专利]一种超高粘度指数酯类基础油及其制备方法

说明书

本发明提供了一类超高粘度指数酯类基础油的设计及制备方法；所设计并合成的酯类基础油为双酯型新戊基多元醇酯，具有式(I)～(Ⅲ)所示结构；针对桥联型新戊基多元醇酯难以在澄清状态下达到超高粘度及粘度指数的问题，本发明设计了新构型的酯分子，其粘度、粘度指数及倾点均得到明显提升。在分子构型设计方面，本发明以二元羧酸与一元醇反应生成的半酯为部分/全部一元羧酸原料，将双酯、新戊基多元醇酯及复合酯的分子结构灵活组合，合成出双酯型新戊基多元醇酯，兼顾了高效增粘、提高粘度指数及降低倾点；在产品精制方面，本发明以分子蒸馏精制替代传统的碱洗精制，增大了精制深度、提高了产品品质，降低了环境污染，实现了资源的充分利用。

技术领域

本发明涉及合成润滑油技术领域，更具体地说，是涉及一种超高粘度指数酯类基础油及其制备方法。

背景技术

润滑油主要是用于降低设备负荷、提高工作效率、减少设备磨损的油状液体。除润滑作用外，它还具有冷却、防锈、防腐、清洁、密封、缓冲、功率传送及电气绝缘等作用，因而被广泛应用于运输业、工业、农业、军事、医药、航空航天及日常生活等领域。一个国家润滑油行业的发展状况直接反映了其经济发达程度、机械制造水平、设备控制状况、装置工作效率及环境保护意识。近年来，随着国民经济的高速发展与汽车保有量的持续增长，我国润滑油消费总量已位于世界前列。据统计，2017～2019年我国润滑油基础油的表观消费量分别为674、617、648万吨，供需比相应为92％、96％、97％，表明润滑油基础油仍处于供不应求的状态。另一方面，对高性能润滑油需求量的日益增大不断倒逼我国润滑油产业的结构升级，促使润滑油行业从数量增长模式向质量发展模式转变，表明高性能润滑油具有广阔的市场应用前景。润滑油通常由基础油与添加剂调和而成，其中基础油约占润滑油质量的80～99％，对润滑油性能起主导作用，因此高品质基础油是生产高性能润滑油的先决条件。由此可见，对高品质基础油的研究开发及生产具有重要的现实意义。

矿物基础油作为目前占据市场份额最多的基础油，其综合使用性能一般，在自然环境中难以生物降解，且原料不可再生。生物基础油虽然具有润滑性与生物降解性好、原料可再生等优点，但其合成原料中的非理想组分较多，产品氧化安定性、热稳定性及低温流动性较差，目前尚难得到广泛应用。作为一种高端的合成基础油，酯类基础油具有润滑性、粘温性能及低温流动性能出众，热稳定性与氧化安定性较好，蒸发损失小，溶解性好，易生物降解且无毒等优点，可兼顾高性能、多功能性及环保性。此外，酯类基础油的分子构型设计灵活，理化性能调控方便，在合成超高粘度指数基础油时具有显著优势。据统计，2017年我国对酯类基础油的需求量约为3.93万吨，而产量为2.55万吨；预计到2023年，我国对酯类基础油的需求量将超过6万吨。因此，用于生产高性能的环保型超高粘度指数润滑油的酯类基础油具有广阔的市场前景。

在目前报道的酯类基础油中，蔡国星与魏梅莹等人合成了具有“哑铃结构”的酯类基础油，他们先利用新戊基多元醇与二元羧酸进行酯化反应，合成出多羟基寡聚物，再以一元羧酸为封端剂，酯化未反应的羟基。虽然引入二元羧酸可通过“桥联作用”增加酯分子的碳链长度，提高其粘度指数，但该方法存在以下弊端：(1)分子构型设计不合理，该酯类油的粘度指数难以达到170以上；(2)油品中重组分含量较多，长期储存易产生白色沉淀；(3)对甲苯磺酸催化剂会导致产品的硫含量过高，反应副产物较多；(4)以甲苯为携水剂，有损操作人员的身体健康，易造成环境污染并增大能耗；(5)采用碱洗精制法，污水排放量大，产品收率低。美国专利US6774093B2公开了一种以直链脂肪酸、支链脂肪酸及季戊四醇为原料合成聚季戊四醇混合酸酯的方法。该方法借助季戊四醇分子间的醚化反应延长分子的主碳链长度与支链数，精制后的聚季戊四醇混合酸酯的运动粘度(100℃)、粘度指数及倾点分别为19.2mm²·s^-1、97、-32℃。显而易见，该基础油的粘温性能并不理想。虽然复酯具有很高的粘度指数，但其分子结构设计不灵活，β氢原子较多。

综上所述，上述文献报道的酯类基础油及其合成方法均存在一定缺陷，而高性能酯类基础油的绿色合成已呈不可逆转趋势，故应从分子构型设计、绿色催化剂制备、绿色合成及精制工艺四方面加以改善。

发明内容