[发明专利]高粘度复合醇酯

说明书

本发明一般涉及用作润滑剂基本原料的具有低含量多元酸酯的高粘度复合醇酯。本发明尤其涉及通过将多羟基化合物(即，多元醇)与多元酸或多元酸酐、以及有限过量的一元醇，即0-20％过量，更优选0-15％过量醇进行反应而形成的复合醇酯。这些复合醇酯优选可生物降解，具有高粘度、低金属含量、低酸含量、良好的倾点，而且能够产生优异的润滑性和密封膨胀性能。

现今商业用途的润滑剂可根据其预定用途，由混入各种添加剂包装和溶剂的各种天然和合成基本原料制备。这些基本原料通常包括矿物油、深度精制油、聚α-烯烃(PAO)、聚亚烷基二醇硅油(PAG)、磷酸酯、二酯或多元醇酯。在各种各样的应用方面，合成润滑剂相对天然润滑剂可提供有价值的选择。

新多元醇酯通常是由新多元醇和单羧酸形成的。因此，例如，新多元醇如新戊醇、三甲醇乙烷、三羟甲基丙烷、单季戊四醇、工业级季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇等可用羧酸来酯化，这些羧酸包括甲酸、乙酸、丙酸、直至直链或支链的长链羧酸。通常，所用的这些酸为C₅-C₂₂。

用于生成多元醇酯的一种典型方法是，在添加催化剂的存在或不存在下，让新多元醇与羧酸在高温下进行反应。一般采用催化剂如硫酸、对甲苯磺酸、亚磷酸、以及可溶性酯化反应金属催化剂。

虽然以上所概括的用于生成新多元醇酯的方法是熟知的，但该方法可得到具有一些标准性能的各种物质。对于新多元醇与酸(或其混合物)的给定结合方式，其产品具有一组性能，如粘度、粘度指数、分子量、倾点、闪点、热和氧化稳定性、极性、和生物降解性，这些性能是由配方组分形成的组合物所固有的。为了摆脱由结构决定的粘度和其它性能的范围，已有尝试通过在上述单羧酸的基础上，利用第二种酸、多元酸；或用其代替所述单羧酸来提高新多元醇酯的粘度。因此，当与新多元醇反应时，通过采用多元酸如己二酸、癸二酸、壬二酸和/或酸酐如丁二酸酐、顺丁烯二酸酐和邻苯二甲酸酐等，可得到聚合体系中的各组分。通过向混合物中加入多-或二-元酸，可以取得一定程度的交联或低聚作用，由此引起分子尺寸的增长，这样体系的总粘度就得到提高。高粘度油在某些最终用途中是理想的，比如润滑脂、高效机油、某些液压油等。

复合醇酯通常与己二酸酯一起形成，与没有己二酸酯的那些酯相比，这导致密封膨胀性能差，而且粘度相当低(即，小于100厘沲)。还有，本发明人发现，当线型一元醇的量超过全部所用醇的20％时，倾点就特别高，如，-30℃以上。再者，本发明人发现，多元酸与多元醇的比率对于复合醇酯的形成是重要的。即，如果该比率太低，那么复合醇酯就包含非理想量的可降低生物降解性并提高酯中羟基数的重物，其中酯羟基可提高了所得酯的腐蚀性质，而这也是不受欢迎的。但如果该比率太高，那么所得复合醇酯就具有不理想的低粘度和不好的密封膨胀性质。

通过提供具有独特生物降解性和有效润滑性能的润滑剂，本发明的复合醇酯可以满足这种要求。它们还具有优异的稳定性、低温性能(即，低倾点)、低金属催化剂含量、低酸度、高粘度、和高粘度指数。

按照本发明，具有低多元酸含量的复合醇酯是通过在反应步骤中，使用不超过20摩尔％过量的醇而得到的。还有，本发明人发现：通过在高温和大于一个大气压的压力下，用水处理反应器中的粗品，还可得到按照本发明的这些独特的复合醇酯，这样它们可具有低金属催化剂和酸含量。即，本发明人已经惊奇地发现，可以通过高温水解，将大量金属催化剂从复合醇酯反应产物中除去，而不会明显提高所得产物的总酸值。

本发明的复合醇酯还具有以下特性：优异的润滑性、密封膨胀性能、生物降解性、低毒性、改变摩擦、高粘度、热和氧化稳定性、和极性。

复合醇酯包括以下物质混合物的反应产物：由以下通式表示的多羟基化合物：

                          R(OH)_n

其中R为任何脂族或环脂族烃基且n至少为2，烃基包含约2-20个碳原子；多元酸或多元酸的酸酐，条件是多元酸当量与醇(来自多羟基化合物)当量的比率为约1.6∶1-2∶1；和一元醇，条件是一元醇当量与多元酸当量的比率为约0.84∶1-1.2∶1；其中该复合醇酯的倾点小于或等于-20℃，优选-40℃，其在40℃下的粘度为约100-700厘沲，优选100-200，且多元酸酯的浓度小于或等于以复合醇酯重量为基的70％。

当多羟基化合物为选自工业级季戊四醇和单季戊四醇的至少一种化合物时，那么多元酸当量与醇(来自多羟基化合物)当量的比率优选为约1.75∶1-2∶1。