本发明涉及冷冻机油家用制冷技术领域，更具体地说，是涉及一种季戊四醇酯基础油的制备方法。
背景技术：
季戊四醇酯基础油具有优异的润滑性能、粘度指数高、化学稳定性好、与制冷剂具有良好的相容性，是理想的冷冻机油基础油。目前家用制冷领域已基本由r22发展到以r410a和r32为主，2019年r410a和r32在家用空调市场的份额约为80％，其中r32制冷剂是成本最低，用途最广泛的制冷剂之一，被认为是具有最大适用性的下一代环保制冷剂之一。然而目前主流多元醇酯基础油与r32的相容性较差，并且存在酯化工艺待优化、酯化反应时间长等技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种季戊四醇酯基础油及其制备方法，该制备方法优化了酯化工艺，能够缩短酯化反应时间，制备得到的季戊四醇酯基础油在各项性能较好的基础上，与制冷剂具有良好的相容性。
本发明提供了一种季戊四醇酯基础油的制备方法，包括以下步骤：
a)将异辛酸与季戊四醇进行混合，得到混合物；
b)在步骤a)得到的混合物中加入催化剂，进行第一次酯化反应；再补加脂肪酸进行第二次酯化反应，得到季戊四醇粗酯，经精制后得到季戊四醇酯基础油。
优选的，步骤a)中所述异辛酸与季戊四醇的摩尔比为(1.5～3.5)：1。
优选的，步骤a)中所述混合的过程具体为：
在搅拌条件下，将异辛酸与季戊四醇在反应釜中混合后升温至85℃～95℃，保持0.5h～1.5h，得到混合物。
优选的，步骤b)中所述催化剂选自硫系催化剂、金属催化剂和固体酸催化剂中的一种或多种。
优选的，步骤b)中所述催化剂的加入量为所述混合物质量的0.1％～0.5％。
优选的，步骤b)中所述第一次酯化反应的温度为180℃～220℃，时间为2h～3.5h。
优选的，步骤b)中所述补加脂肪酸进行第二次酯化反应的过程具体为：
待所述第一次酯化反应完全后，降温至120℃以下，加入脂肪酸，在180℃～220℃继续酯化反应4h～6h，得到季戊四醇粗酯。
优选的，步骤b)中所述脂肪酸选自正丁酸、异丁酸、异戊酸、正辛酸、异辛酸、正壬酸和异壬酸中的一种或多种。
优选的，步骤b)中所述脂肪酸与步骤a)中的季戊四醇的摩尔比为(1～2.3)：1。
本发明还提供了一种季戊四醇酯基础油，由上述技术方案任一项所述的制备方法制备而成。
本发明提供了一种季戊四醇酯基础油及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：a)将异辛酸与季戊四醇进行混合，得到混合物；b)在步骤a)得到的混合物中加入催化剂，进行第一次酯化反应；再补加脂肪酸进行第二次酯化反应，得到季戊四醇粗酯，经精制后得到季戊四醇酯基础油。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用特定原料，在特定步骤及条件下制备得到季戊四醇酯基础油；该制备方法优化了酯化工艺，能够缩短酯化反应时间，同时制备得到的季戊四醇酯基础油在各项性能较好的基础上，与制冷剂具有良好的相容性。
此外，本发明提供的季戊四醇酯基础油为多元醇酯，具有可生物降解性，可以减少泄露油品对土壤、水体、生物和海洋等生态环境的危害，减轻了对环境的污染，具有较大的环境保护意义。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种季戊四醇酯基础油的制备方法，包括以下步骤：
a)将异辛酸与季戊四醇进行混合，得到混合物；
b)在步骤a)得到的混合物中加入催化剂，进行第一次酯化反应；再补加脂肪酸进行第二次酯化反应，得到季戊四醇粗酯，经精制后得到季戊四醇酯基础油。
本发明首先将异辛酸与季戊四醇进行混合，得到混合物。在本发明中，所述异辛酸与季戊四醇采用本领域技术人员熟知的市售来源的异辛酸与季戊四醇即可。在本发明中，所述异辛酸与季戊四醇的摩尔比优选为(1.5～3.5)：1，更优选为(2～3)：1。
在本发明中，所述混合的过程优选具体为：
在搅拌条件下，将异辛酸与季戊四醇在反应釜中混合后升温至85℃～95℃，保持0.5h～1.5h，得到混合物；
更优选为：
在搅拌条件下，将异辛酸与季戊四醇在反应釜中混合后升温至90℃，保持1h，得到混合物。
在本发明中，所述搅拌的转速优选为50r/min～150r/min，更优选为100r/min。
得到所述混合物后，本发明在得到的混合物中加入催化剂，进行第一次酯化反应；再补加脂肪酸进行第二次酯化反应，得到季戊四醇粗酯，经精制后得到季戊四醇酯基础油。
在本发明中，所述催化剂优选选自硫系催化剂、金属催化剂和固体酸催化剂中的一种或多种，更优选为硫系催化剂。本发明对所述催化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硫系催化剂、金属催化剂和固体酸催化剂的市售商品即可。
在本发明中，所述催化剂的加入量优选为所述混合物质量的0.1％～0.5％，更优选为所述混合物质量的0.15％；由于后续反应过程中补加了脂肪酸进行第二次酯化反应，可在上述催化剂用量范围内补加催化剂，保证反应顺利进行。
在本发明中，所述第一次酯化反应的温度优选为180℃～220℃，更优选为200℃；所述第一次酯化反应的时间优选为2h～3.5h，更优选为3h。
在本发明中，所述补加脂肪酸进行第二次酯化反应的过程优选具体为：
待所述第一次酯化反应完全后，降温至120℃以下，加入脂肪酸，在180℃～220℃继续酯化反应4h～6h，得到季戊四醇粗酯；
更优选为：
待所述第一次酯化反应完全后，降温至120℃以下，加入脂肪酸，在200℃继续酯化反应5h，得到季戊四醇粗酯。
在本发明中，所述第一次酯化反应完全优选通过酯化反应的出水量达到理论出水量确定。
在本发明中，所述脂肪酸优选选自正丁酸、异丁酸、异戊酸、正辛酸、异辛酸、正壬酸和异壬酸中的一种或多种，更优选为异戊酸、异壬酸或异丁酸。本发明对所述脂肪酸的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述直链脂肪酸和支链脂肪酸的市售商品即可。
在本发明中，所述脂肪酸与步骤a)中的季戊四醇的摩尔比优选为(1～2.3)：1，更优选为(1.1～2.2)：1。
本发明对所述精制的过程没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的用于除去酯化反应原料的技术方案即可。
本发明通过对季戊四醇酯基础油的原料配比进行深入研究，对脂肪酸配比进行优化，采用特定原料，在特定步骤及条件下制备得到一种满足理化性能指标要求的季戊四醇酯基础油；该制备方法优化了酯化工艺，能够缩短酯化反应时间，同时制备得到的季戊四醇酯基础油在各项性能较好的基础上，与制冷剂具有良好的相容性。
本发明还提供了一种季戊四醇酯基础油，由上述技术方案任一项所述的制备方法制备而成。本发明提供了一种与制冷剂r32相容性好的季戊四醇酯冷冻机油基础油：季戊四醇与混合脂肪酸进行酯化合成，通过优化脂肪酸配比和工艺设计，获得满足性能要求、与制冷剂r32相容性优异的季戊四醇酯。本发明提供的季戊四醇酯基础油的理化性能评价实验表明，其与制冷剂r32的相容较好，具有优异的综合性能。
本发明提供了一种季戊四醇酯基础油及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：a)将异辛酸与季戊四醇进行混合，得到混合物；b)在步骤a)得到的混合物中加入催化剂，进行第一次酯化反应；再补加脂肪酸进行第二次酯化反应，得到季戊四醇粗酯，经精制后得到季戊四醇酯基础油。与现有技术相比，本发明提供的制备方法采用特定原料，在特定步骤及条件下制备得到季戊四醇酯基础油；该制备方法优化了酯化工艺，能够缩短酯化反应时间，同时制备得到的季戊四醇酯基础油在各项性能较好的基础上，与制冷剂具有良好的相容性。
此外，本发明提供的季戊四醇酯基础油为多元醇酯，具有可生物降解性，可以减少泄露油品对土壤、水体、生物和海洋等生态环境的危害，减轻了对环境的污染，具有较大的环境保护意义。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用原料均为市售。
实施例1
在转速为100r/min的搅拌条件下，将摩尔比为2：1的异辛酸与季戊四醇在反应釜中混合后升温至90℃，保持1h，得到混合物；再加入上述混合物0.15％(wt)的裕成化工有限公公司生产的硫系催化剂，在200℃进行酯化反应，反应时间为3小时；待一步酯化出水量达到理论出水量，即代表一步酯化反应完全；降温至120℃以下，加入异戊酸，其与季戊四醇的摩尔比为2.2：1，在200℃继续酯化反应5小时，得到季戊四醇粗酯，经精制后得到季戊四醇酯基础油。
实施例2
在转速为100r/min的搅拌条件下，将摩尔比为2：1的异辛酸与季戊四醇在反应釜中混合后升温至90℃，保持1h，得到混合物；再加入上述混合物0.15％(wt)的裕成化工有限公公司生产的硫系催化剂，在200℃进行酯化反应，反应时间为3小时；待一步酯化出水量达到理论出水量，即代表一步酯化反应完全；降温至120℃以下，加入异壬酸，其与季戊四醇的摩尔比为2.2：1，在200℃继续酯化反应5小时，得到季戊四醇粗酯，经精制后得到季戊四醇酯基础油。
实施例3
在转速为100r/min的搅拌条件下，将摩尔比为3：1的异辛酸与季戊四醇在反应釜中混合后升温至90℃，保持1h，得到混合物；再加入上述混合物0.15％(wt)的裕成化工有限公公司生产的硫系催化剂，在200℃进行酯化反应，反应时间为3小时；待一步酯化出水量达到理论出水量，即代表一步酯化反应完全；降温至120℃以下，加入异丁酸，其与季戊四醇的摩尔比为1.1：1，在200℃继续酯化反应5小时，得到季戊四醇粗酯，经精制后得到季戊四醇酯基础油。
对实施例1～3提供的制备方法得到季戊四醇酯基础油的各项性能进行检测，结果参见表1所示。
表1实施例1～3提供的制备方法得到季戊四醇酯基础油的各项性能数据
由表1可知，本发明实施例1～3提供的制备方法得到季戊四醇酯基础油运动粘度(40℃)不低于45mm2/s，粘度指数不低于86，且倾点低于-20℃，进行与制冷剂r32的相容性测试，当油分率为5％时，其两相分离分为温度大于0℃。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。