一种以硼烷为催化剂制备生物润滑油的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物润滑油制备领域，尤其涉及生物柴油制备硅基生物润滑油基础油 的方法。
【背景技术】
[0002] 传统的润滑油绝大多数以矿物油作为基础油，而矿物基润滑油在自然环境中可生 物降解能力很差，在环境中积聚并对生态环境造成污染。所以一些发达国家已制定严格的 法律来控制润滑油的排放。因此，一种可替代矿物油的绿色环保润滑油基础油的研宄开发 势在必行。生物柴油，提炼自动植物油，降解性好、可再生性强。最典型的生物柴油是脂肪 酸甲酯，脂肪酸链长且有极性，使其能在金属表面生成高强度的润滑膜，减少部件的摩擦与 损耗；分子间强烈的相互作用力使其具有稳定的粘度和高粘度指数。但是其中含有的不饱 和双键使其非常容易与空气中的氧气发生反应进而发生氧化；水的存在，特别是在水解酶 的作用下，酯基易发生水解；分子间的强作用力使其低温性能较差。为了解决这几个问题， 需要对生物柴油进行化学改性。
[0003] 目前，适用于生物柴油的改性方法主要有选择性加氢和环氧化。文献（石油与 天然气化工，32 (2)，第94-97页，2004)以铜为催化剂，可先将亚油酸与亚麻酸异构为共轭 双键，进一步氢化，而油酸无共轭双键，催化剂对其无活性。文献（Applied Catalysis A : General，233 (1-2)，第1-6页，2002)也以负载铜的催化剂对植物油进行选择性加氢实验， 最终产物中油酸含量高达88%。而生物柴油的双键位于内部，且无共轭，加氢困难。文 献（Journal of American. Chemical. Society，134,第 13716-13729 页，2012)中提到钮类 催化剂能将长链酯内部双键异构化至端位，但合成困难，成本较高。文献（Journal of the American oil Chemists Society，77 (3)，第 243-248 页，2000)用硫酸-甲醇溶液做催化 剂，对油酸甲酯环氧化，也是降低碘值的有效方法，但此工艺会产生大量的含油、含一定浓 度硫酸的工业废水，该废水无法直接进行生化曝气处理，需要先中和酸（产生大量固体废 渣），再生化曝气处理废水。因此需要开发一种新的环境友好型工艺来制备生物润滑油。
【发明内容】
[0004] 本发明选用非金属固体催化剂硼烷，以生物柴油与硅烷为原料制备硅基生物润滑 油。催化剂合成简单并可循环使用，工艺无废水废渣，反应在室温进行，环保节能。
[0005] 本发明提供一种以硼烷为催化剂制备硅基生物润滑油基础油的方法，步骤如下：
[0006] 脂肪酸甲酯的催化硅氢化反应：脂肪酸甲酯和固体催化剂室温下（15°c~40°C ) 混合搅拌，再向其中加入含氢硅油进行催化硅氢化反应，当碘值小于5. 0, GC中反应物峰基 本消失时，停止反应，分离固体催化剂，再减压蒸馏除少量轻组分，最终得到低凝、高闪点的 澄清透明硅氢化生物润滑油基础油产品；
[0007] 本发明所述脂肪酸甲酯进一步优选为油酸甲酯；
[0008] 本发明所述固体催化剂进一步优选为B (C6F5) 3;
[0009] 本发明所述含氢硅油优选为三甲基硅油，三乙基硅油，二乙基甲基硅油，二苯基硅 油，苯硅油；
[0010] 本发明所述的生物柴油与含氢硅油的质量比1 : (〇. 4-0. 68);催化剂与生物柴油 的质量之比为（5. 7~57) *10_4 : 1 ;所述的催化硅氢化反应温度为15~40°C，硅氢化反应 时间为0.02~12h。
[0011] 本发明采用的固体硼催化剂催化硅氢化反应不产生酸性废水，对环境无污染；催 化剂的用量少、催化活性高。工艺设备要求不高、操作简单，产物容易分离。
[0012] 本发明使用硼烷催化生物柴油硅氢化制备的生物润滑油基础油的倾点低，闪点 高，粘温性能好，氧化安定性好，摩擦润滑性能优良。
【附图说明】
[0013] 图1 :本发明生物柴油制备硅基生物润滑油基础油的工艺流程图。
[0014] 图2 :本发明所用原料油酸甲酯的GC图。
[0015] 图3 :本发明实施例1反应5min的GC图。
【具体实施方式】
[0016] 本发明给出的区间值，并非数学概念的精确端值，而试验选择有协当区间，适当偏 离端值并非不可以。下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发 明，但不以任何方式限制本发明。
[0017] 实施例1 :
[0018] 称取0.04588((^5)3、268油酸甲酯（碘值为108.88/10(^)于带有冷凝管的烧瓶 中，搅拌均匀，再向其中加入13g三乙基硅烷，在室温下进行催化硅氢化反应，反应过程中 每隔30min从瓶中取样，GC检测其组成分布并进行碘值的测定，当碘值小于5. 0时停止反 应，即为反应终点。当反应达到终点时，停止反应，分离固体催化剂，将产品减压蒸馏脱轻组 分，最终得到澄清透明的硅氢化生物润滑油基础油产物，硅氢化反应的产率为93. 5%。
[0019] 实施例2 :
[0020] 称取〇· 〇45g B(C6F5)3、26g油酸甲酯（碘值为108. 8g/100g)于带有冷凝管的烧瓶 中，搅拌均匀，再向其中加入8. 5g三甲基硅烷，在室温下进行催化硅氢化反应，反应过程中 每隔30min从瓶中取样，GC检测其组成分布并进行碘值的测定，当碘值小于5. 0时停止反 应，即为反应终点。当反应达到终点时，停止反应，分离固体催化剂，将产品减压蒸馏脱轻组 分，最终得到澄清透明的硅氢化生物润滑油基础油产物，硅氢化反应的产率为96. 3%。
[0021] 实施例3:
[0022] 称取0.04588((^5)3、268油酸甲酯（碘值为108.88/10(^)于带有冷凝管的烧瓶 中，搅拌均匀，再向其中加入11. 7g二乙基甲基硅烷，在室温下进行催化硅氢化反应，反应 过程中每隔30min从瓶中取样，GC检测其组成分布并进行碘值的测定，当碘值小于5. 0时停 止反应，即为反应终点。当反应达到终点时，停止反应，分离固体催化剂，将产品减压蒸馏脱 轻组分，最终得到澄清透明的硅氢化生物润滑油基础油产物，硅氢化反应的产率为80. 9%。
[0023] 实施例4 :
[0024] 称取0· 045g B(C6F5)3、26g油酸甲酯（碘值为108. 8g/100g)于带有冷凝管的烧瓶 中，搅拌均匀，再向其中加入21. Og二苯基硅烷，在室温下进行催化硅氢化反应，反应过程 中每隔30min从瓶中取样，GC检测其组成分布并进行碘值的测定，当碘值小于5. 0时停止 反应，即为反应终点。当反应达到终点时，停止反应，分离固体催化剂，将产品减压蒸馏脱轻 组分，最终得到澄清透明的硅氢化生物润滑油基础油产物，硅氢化反应的产率为90. 6%。
[0025] 实施例5 :
[0026] 称取0· 045g B(C6F5)3、26g油酸甲酯（碘值为108. 8g/100g)于带有冷凝管的烧瓶 中，搅拌均匀，再向其中加入12. 4g苯硅烷，在室温下进行催化硅氢化反应，反应过程中每 隔30min从瓶中取样，GC检测其组成分布并进行碘值的测定，当碘值小于5. 0时停止反应， 即为反应终点。当反应达到终点时，停止反应，分离固体催化剂，将产品减压蒸馏脱轻组分， 最终得到澄清透明的硅氢化生物润滑油基础油产物，硅氢化反应的产率为87. 2%。
[0027] 催化剂的制备：称20gC6F5Br于反应瓶中，体系抽换氮气三次，氮气气氛下注 入220ml正己烷，置于零下80°C，慢慢加入32. 04ml正丁基锂，搅拌40分钟，快速加入 2711118(：13，搅拌1〇1^11，1小时内升至室温。浓缩、过滤后升华得无色晶状固体，产率80.8%。
[0028] 各例中最终产物基础油的理化性能如表一所示。
[0029] 表1本发明生物柴油制备硅基生物润滑油基础油理化性能
【主权项】
1. 一种以硼烷为催化剂制备生物润滑油的方法，其制备方法包含以下步骤： 硼烷加入反应器中，加入一定量生物柴油，搅拌均匀；再加入含氢硅烷，通过GC分析与 碘值的测定来确定反应进程。碘值小于5,结束反应，将固体催化剂分离后减压蒸馏脱轻组 分，最终得到澄清透明的硅氢化产物-硅基生物润滑油基础油。
2. 根据权利要求1所述的硅基生物润滑油基础油的制备方法，其特征在于：所述的固 体催化剂为硼烷。
3. 根据权利要求1所述的生物柴油制备硅基生物润滑油基础油的制备方法，其特征在 于：所述的生物柴油与含氢硅烷的质量比1 : (0.12~0.68);催化剂与生物柴油的质量之 比为（5. 7~57)*1(T4 : 1 ;所述的催化硅氢化反应温度为室温，硅氢化反应时间由产物组 成分布及反应物碘值确定（碘值小于5,结束反应）。
【专利摘要】本发明涉及一种以硼烷为催化剂制备生物润滑油的方法，所述制备方法步骤如下：脂肪酸甲酯(生物柴油)和固体催化剂混合搅拌并加热至反应温度，再向其中加入含氢硅油进行硅氢化反应，当碘值小于5.0时停止反应，分离出固体催化剂，将反应混合物减压蒸馏脱轻组分，最终得到澄清透明的硅基生物润滑油基础油。本生产工艺催化剂活性高可以循环使用、不腐蚀设备、生产工艺无废水产生，节能环保。
【IPC分类】C10N20-02, C10M177-00, C10M109-02
【公开号】CN104877731
【申请号】CN201510181177
【发明人】那银娜, 张 林, 李敏, 何其伟
【申请人】常州科乐催化剂有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月17日