用于润滑剂应用的生物多元醇酯的制备_2

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何组合(例如,己酸、壬酸、2-乙基己酸、庚酸、辛酸、癸酸以及其任何组合,例如壬酸)。
[0047] 在本发明的实施方案中,所述至少一种二羧酸选自乙二酸、丙二酸、琥珀酸、戊二 酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、1,18-十八烷二酸和其任何组合(例如壬二 酸、乙二酸、丙二酸、1,18-十八烷二酸和其任何组合,例如壬二酸)。
[0048] 在本发明的实施方案中,方法中使用的臭氧酸(二羧酸和单羧酸)的双官能/ 单官能比(DMR)可为约0. 01至约0. 5 (例如约0. 015至约0. 3,例如约0. 02至约0. 26, 例如0.03至约0.24)。酯多元醇酯的粘度可与臭氧酸的双官能/单官能比(DMR)成比 例,且酯多元醇酯在40°C下的粘度可以是约IOcSt(K) 6m2 · s 3至约120cSt(10 6m2 · s 3 (例如 20cSt (10 6m2 · s 3 至约 IlOcSt (10 6m2 · s 3,例如 25cSt (10 6m2 · s 3 至约 105cSt (10 6m2 · s 3)。
[0049] 在本发明中使用的脂肪酸可以是多种或混合的脂肪酸的形式。特别地,脂肪酸可 以源自分级的(fractionated)棕榈脂肪酸馏出物(palm fatty acid distillate,PFAD) 和/或棕榈仁脂肪酸馏出物的混合物。
[0050] 在本发明的实施方案中,当反应混合物的未反应羟基提供小于约10mgK0H/g(例 如小于约8mgK0H/g,小于约6mgK0H/g或小于约5mgK0H/g)的羟基值(HV)时,认为酯化反应 完成。
[0051] 还在本发明进一步的实施方案中,所述至少一种单羧酸和/或至少一种二羧酸通 过将至少一种脂肪酸与臭氧反应、接着氧化来制备。例如,所述至少一种脂肪酸通过水解至 少一种甘油三酯而产生,并且所述至少一种甘油三酯包括至少一种植物油和/或至少一种 动物脂肪(例如选自由鱼油、牛油、鸭脂及其混合物组成的组)。
[0052] 还在本发明进一步的实施方案中,所述至少一种植物油选自由大豆、红花、亚麻 籽、玉米、葵花、橄榄、低芥酸菜籽(canola)、芝麻、棉籽、芥子、亚麻# (camelina)、麻风树、 花生、椰子、油菜籽(rapeseed)、乌桕、桐、蓖麻、藻类、小麦胚芽、豆、大麻、棕榈和棕榈仁的 油,棕榈油精,及其混合物(例如棕榈油、棕榈油精、棕榈仁油)组成的组。
[0053] 还在本发明进一步的实施方案中,所述至少一种脂肪酸源自分级的棕榈脂肪酸馏 出物(PFAD)或棕榈仁脂肪酸馏出物(PFKAD)。
[0054] 在本发明进一步的实施方案中,所述方法进一步包括酯多元醇酯的纯化,所述纯 化包括:
[0055] (a)将粗反应产物与含有碱性化合物和去乳化剂的水溶液接触,以产生混合物;
[0056] (b)使混合物经历混合期,包括将混合物搅拌至少3分钟,以形成皂-油悬浮液 (soap-in-oil suspension),任选地,所述混合期在环境温度下进行最多10分钟(例如最 多5分钟);
[0057] (c)将阜-油悬浮液在最适温度下传送至离心机,以破坏阜-油悬浮液,并收集酯 多元醇酯;
[0058] (d)对收集的酯多元醇酯进行蒙脱石粘土吸附剂处理,以除去酯多元醇酯中残余 的任何催化剂,任选地,其中所述酯多元醇酯和粘土保持在最适温度下;和
[0059] (e)收集纯化的酯多元醇酯。
[0060] 在本发明进一步的实施方案中,纯化之后的反应混合物中羧基的摩尔过量提供小 于约lmgK0H/g (例如小于约0· 7mgK0H/g)的酸值(AV)。
[0061] 还在本发明进一步的实施方案中,HCR为约0.94 ;产物纯化之后的AV小于 lmgK0H/g ;DMR为约0. 03 ;至少一种脂肪酸源自棕榈脂肪酸;并且酯多元醇酯在40°C下的 运动粘度约25cSt (10 6m2 · s 3。
[0062] 还在本发明进一步的实施方案中,HCR为约0.95 ;产物纯化之后的AV小于 lmgK0H/g ;DMR为约0. 12 ;至少一种脂肪酸源自棕榈脂肪酸;并且酯多元醇酯在40°C下的 运动粘度为约44cSt (10 6m2 · s 3。
[0063] 还在本发明进一步的实施方案中,HCR为约0. 95 ;AV小于lmgKOH/g ;DMR为 约0.24 ;至少一种脂肪酸源自棕榈脂肪酸;并且酯多元醇酯在40°C下的运动粘度约 105cSt (10 6m2 · s 3。
[0064] 选择性的DMR和HCR比可以影响润滑剂基料的性质。例如,DMR的比值增加导致 分子量增加,从而引起粘度增加和挥发性降低。HCR的比值增加导致分子量降低,从而引起 粘度降低和挥发性增加。
[0065] 也提供一种根据本发明任何方法可获得或获得的酯多元醇酯。也提供一种包含根 据本发明的酯多元醇酯的酯多元醇酯润滑剂基础油。
[0066] 根据另一方面,提供一种酯多元醇酯润滑剂基础油,其包括以下反应产物:
[0067] 至少一种羧酸;和
[0068] 至少一种酯多元醇,
[0069] 其中所述酯多元醇具有至少一个酯基、第一羟基和至少第二羟基,
[0070] 根据本发明任何方面的酯多元醇酯润滑剂基础油的倾点为约-KTC至 约-70°C (如-40°C至约-60°C,例如-48°C至约-57°C )。
[0071] 本发明的酯多元醇酯是独特的,因为它们的倾点比在相同粘度范围内的典型生物 类润滑剂基料的倾点更低。此外,它们可方便经济地用一系列生物类原料通过一步合成而 产生。本发明也提供一种方式以产生IOcSt至200cSt的较宽范围内的40°C下的运动粘度 谱,同时保持明显较低的挥发性,从而间接反映良好的热稳定性。低倾点可以消除或减少对 倾点抑制剂(Pro)的需要,而更宽的粘度曲线将最大限度地减少或消除在润滑剂配方中加 入聚合物粘度调节剂的需要。这些优点将大大拓宽酯多元醇酯的适用性。
[0072] 本发明的酯多元醇酯的结构也与传统的多元醇酯不同,并且这种结构上的独特性 转移为性能优势。结构的特殊性可与它们的分子结构的非对称排列相关,其中在酯化期间 不同比例的二酸和/或一元酸与任何一种伯多元醇反应。所得到的结构多样性阻碍了多元 醇酯链的密堆积,并由此抑制结晶。这是在维持酯多元醇酯的流动性方面的另一个优点,尤 其是当由热带原料,例如含有大量高熔点棕榈酸和硬脂酸的棕榈或椰子制备多元醇时。
【附图说明】
[0073] 并入说明书中并构成本说明书的一部分的【附图说明】本发明的多个方面,并且与上 文给出的发明概述以及下文给出的详述一起用于解释本发明。
[0074] 图1显示用例如三羟甲基丙烷(TMP)的多元醇来酯化例如油酸的脂肪酸,以产生 常规多元醇酯(PE),例如TMP三油酸酯。
[0075] 图2是一个简化框图,示出通过分级的脂肪酸的臭氧分解产生臭氧酸的混合物, 以及用过量伯多元醇将其酯化而形成中间体酯多元醇(EP)的常规方法。图2的简化框图 中的脂肪酸原料可以由植物油、动物脂肪、脂肪酸和/或脂肪酸酯组成,任选地,将其分级 以降低分级的脂肪酸中饱和脂肪酸的含量。分级的脂肪酸经历溶剂型氧化臭氧分解反应, 以产生臭氧酸。然后用过量的伯多元醇例如甘油将臭氧酸酯化,以产生产物酯多元醇。
[0076] 图3显示臭氧酸向酯多元醇酯组成的润滑剂基础油的两步转化。
[0077] 图4示出由不同脂肪酸的氧化臭氧分解所形成的特定的臭氧酸。
[0078] 图5示出多元醇酯TMP三油酸酯、中间体酯多元醇润滑剂基础油前体和酯多元醇 酯润滑剂基础油的结构。
[0079] 图6是说明根据本发明生产酯多元醇酯化合物的一步合成方法的简化框图。
[0080] 图7是说明不使用过量酸的酯多元醇酯两步合成与一步合成相比,反应时间和反 应物浓度差异的图。
【具体实施方式】
[0081 ] 为方便起见,本说明书中提及的参考文献以参考文献清单的形式列出,并添加在 实施例末尾。本文通过引用将此类参考文献的全部内容并入。
[0082] 本发明涉及由臭氧酸形成酯多元醇酯(EPE)的方法。
[0083] 根据本发明任何方面的酯多元醇酯包含以下结构:
[0085] 根据本发明任何方面的化合物的实例提供于图5,并有表示为前体的反应中间体。
[0086] 当在本发明的实施方案和各方面使用时,术语"臭氧酸混合物"是指至少一种二羧 酸和至少一种单羧酸的混合物。
[0087] 当在本发明的实施方案和各方面使用时,"酯多元醇反应混合物"是指至少一种伯 多元醇、至少一种二羧酸和至少一种单羧酸的混合物。其与"反应混合物"可相互替换使用。 [0088] 当在本发明的实施方案和各方面使用时,术语"包括"及其变体可以由术语"由… 组成"及其变体代替,反之亦然。
[0089] 当在本发明的实施方案和各方面使用时,"壬二酸"可意指纯的,即97-100%纯的 壬二酸,或者其可含有最多8%的其它二酸和最多15%的单羧酸。
[0090] 当在本发明的实施方案和各方面使用时,"壬酸"可意指纯的,即97-100%纯的壬 酸,或者其可含有最多16%的其它单羧酸。
[0091] 根据本发明任何方面的伯多元醇可以选自甘油、双甘油、乙二醇、二甘醇、1,2-丙 二醇、双(1,2-丙二醇)、2_甲基-1,3-丙二醇(2-MePG)、三羟甲基丙烷(TMP)、二-三羟甲 基丙烷(Di-TMP)、新戊二醇(NPG)、季戊四醇(PE)、二季戊四醇(diPE)和山梨糖醇。更特别 地,伯多元醇可以是支链多羟基伯多元醇。更特别地,伯多元醇为三羟甲基丙烷(TMP)。
[0092] 在本发明的一个特别的方面,酯多元醇酯的粘度可以与臭氧酸混合物的双官能/ 单官能比(DMR)成比例。
[0093] 在本发明的一个特别的方面,润滑剂基料可以由酯多元醇酯形成;润滑剂基料的 挥发性可与臭氧酸混合物的双官能/单官能比(DMR)成反比。
[0094] 在本发明的一个特别的方面,所述方法可进一步包括增加臭氧酸混合物的双官能 /单官能比(DMR),从而降低润滑剂基料的挥发性。
[0095] 在本发明的一个特别的方面,所述方法进一步包括增加臭氧酸混合物的双官能/ 单官能比(DMR),从而增加润滑剂基料的粘度。
[0096] 在本发明的一个特别的方面,酯多元醇酯的分子量(GPC)与臭氧酸混合物的双官 能/单官能比(DMR)成比例。
[0097] 在本发明的一个特别的方面,一种或多种另外的第二单羧酸可选自由乙酸、丙酸、 丁酸、戊酸、己酸、壬酸、2-乙基己酸、庚酸、辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸、 及其混合物组成的组。更特别地,一种或多种另外的第二单羧酸可选自由己酸、壬酸、2-乙 基己酸、庚酸和辛酸组成的组。
[0098] 根据本发明任何方面的至少一种脂肪酸可以通过水解至少一种甘油三酯产生。特 别地,所述至少一种甘油三酯可以包含至少一种植物油和/或至少一种动物脂肪。更特别 地,所述至少一种植物油选自由大豆、红花、亚麻籽、玉米、葵花、橄榄、低芥酸菜籽、芝麻、棉 籽、芥子、亚麻荠、麻风树、花生、椰子、油菜籽、乌桕、桐、蓖
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