[发明专利]一种利用乙酰丙酸制备水基润滑油的方法

说明书

本发明公开了一种利用乙酰丙酸制备水基润滑油的方法，先利用固体酸催化乙酰丙酸和多元醇进行直接酯化反应，合成出乙酰丙酸酯类水基润滑油粗产品。再对乙酰丙酸酯粗产品进行分子精馏，最终得到易溶于水、且能够与水形成稳定状态的润滑液。利用本方法生产的乙酰丙酸酯类水基润滑剂，以羟基含量丰富的丙三醇及分子链较长的低聚丙三醇与乙酰丙酸为原料酯化生成的水基润滑油支链数较多且极性较大导致其摩擦附着力较大、氧化稳定性与热力学稳定性增加，同时水溶性良好。以较小的比例与水混合后仍能形成十分稳定且摩擦系数较小的润滑油，大大减少了工业操作中二聚丙三醇乙酰丙酸酯的使用量，从而节省成本，易于清洗，对环境污染小。

技术领域

本发明涉及一种水基润滑油的制备方法及用途，特别是用作合成润滑油制剂中酯类金属加工工作液等。

背景技术

润滑油是用来降低副的摩擦阻力、减缓其磨损的润滑介质。根据API(美孚石油学会)的分类，润滑油基础油共分为五大类，其中酯类合成润滑油属于Ⅴ类。为了提高金属材料加工工艺的效率，改善产品品质，降低摩擦阻力，较少工具磨损等应选用适宜的润滑剂。被称为生物润滑油的合成油由于具有良好的润滑性、生物降解性、粘度-温度特性以及低挥发性，已经得到了广泛关注和研究。

天然的动植物油拥有较好的润滑性能和承载能力，但是抗氧化性较差并且对温度变化较为敏感，所以不适用于用作润滑基础油。矿物油是经石油加工而来，在目前应用的最多也最为广泛，但是由于矿物油在提炼的过程中无法将含有的杂质去除干净，得到的基础油倾点较高，不适合在寒冷环境下使用。同时，矿物油也已逐渐无法满足高速发展的机械工业的要求。使用多元醇酯类润滑油作为基础油具有许多优异的性能：氧化安定性好、黏度指数高、低温条件下工作性能较好、热稳定性高以及抗磨性好等。特别是在一些特殊的领域，如车削、铣削、部分医疗器械、金属工件成型过程中的凸模拉延、冲孔、冲裁、弯曲等工艺中使用的润滑剂不仅要求好的润滑性能，还需要良好的冷却性能，所以使用传统润滑油不能满足要求，水基润滑剂发挥出其独特的优势被广泛应用。水基润滑剂通常是由动植物油脂、矿物油、合成酯类油等油性物质乳化而成,具有良好的润滑性、冷却性、清洗性、安全性,被大量地用于切削液、拉拔液等金属加工液中。除此之外，水基润滑油还具有渗透性好、对环境污染小、增加模具寿命、节省动力能源、易于清洗等优点。

同时，聚多元醇的分子链较长，在水溶液中聚多元醇分散能够形成类似“刷子”结构的膜，这种水一样薄膜的形成可以显著减小两个摩擦副之间的摩擦，所以利用聚多元醇制备出的水基润滑油能够展现出良好的防摩擦性能。

发明内容

本发明是为了制备出能够易溶于水形成较为稳定状态且安全环保的水基润滑油。乙酰丙酸来源于含量丰富、完全可再生的木质纤维素，乙酰丙酸含有的乙酰基官能团赋予了乙酰丙酸良好的水溶性，因此利用乙酰丙酸生产制备出性能良好的酯类水基润滑油具有较大潜力。丙三醇能与水任意比例互溶，其水溶液为中性；聚丙三醇的挥发性及吸湿性小，具有提高乳化稳定性的特点。利用乙酰丙酸、丙三醇及聚丙三醇能够生产制备出易溶于水、无毒害性的酯类水基润滑油。

本发明上述技术问题主要是通过以下技术方案得以解决的：一种利用乙酰丙酸制备水基润滑油的方法，该法先利用固体酸催化乙酰丙酸和多元醇进行直接酯化反应，合成出乙酰丙酸酯类水基润滑油粗产品。再对乙酰丙酸酯粗产品进行分子精馏，最终得到易溶于水、且能够与水形成稳定状态的润滑液。整个工艺操作简单、条件温和、产物性能优异且对环境友好。同时，反应结束后，固体酸与产物便于分离并实现多次循环使用。

一种利用乙酰丙酸制备水基润滑油的方法，以乙酰丙酸和多元醇为原料，其特征包含以下步骤：

a)酯化：以乙酰丙酸和多元醇为原料，两者摩尔比为(4-5):1，Amberlyst15离子交换树脂的用量为底物总质量的2％，反应温度为95-120℃，反应时间为4-12h。在酸的催化条件下，乙酰丙酸分别与二聚丙三醇及丙三醇直接酯化，反应路径如图1图2所示。酯化反应在真空环境下以除去生成的水，最终得到乙酰丙酸酯类水基润滑油粗品。