本發(fā)明涉及格爾伯特醇環(huán)戊烷羧酸酯潤(rùn)滑劑及其制備方法,該化合物可用于空間機(jī)械苛刻條件下的潤(rùn)滑。
背景技術(shù):
多烷基化環(huán)戊烷(MACs)具有低的揮發(fā)性、高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,在空間機(jī)械的潤(rùn)滑上有很大的應(yīng)用潛力,并已取得了空間應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。(D. J. Carre, C. G. Kalogeras, S. V. Didziulis, R. Bauer. Recent experience with synthetic hydrocarbon lubricants for spacecraft applications. Aerospace Corp., Report TR (5935)-3, June 1995;W. R. Jones, Jr., A. K. Poslowski. Evaluation of several space lubricants using a vacuum four-ball tribometer. NASA TM-1998-208654, October 1998.)。
多烷基化環(huán)戊烷的核心五元環(huán)使這類化合物具有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。但是,由于此類化合物屬于非極性化合物,對(duì)基底的吸附力較弱,摩擦過程中邊界潤(rùn)滑膜容易被破壞,因此其極壓性能相對(duì)比較弱。如果在取代環(huán)戊烷的側(cè)鏈中引入極性基團(tuán),則可以增強(qiáng)其與基底的吸附力,提高摩擦學(xué)性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供格爾伯特醇環(huán)戊烷羧酸酯潤(rùn)滑劑及其制備方法。
格爾伯特醇環(huán)戊烷羧酸酯潤(rùn)滑劑,其結(jié)構(gòu)式如式()所示,化學(xué)名稱為格爾伯特醇環(huán)戊烷甲酸酯,
,
其中R代表C2-C8的烷基。
所述格爾伯特醇環(huán)戊烷羧酸酯潤(rùn)滑劑的合成方法可以用下面的化學(xué)反應(yīng)方程式來表示:
,
其中,Cat.代表酸性離子液體,R代表C2-C8的烷基。
本發(fā)明以酸性離子液體為催化劑,催化格爾伯特醇與環(huán)戊烷甲酸反應(yīng),得到格爾伯特醇環(huán)戊烷甲酸酯。
上述格爾伯特醇環(huán)戊烷羧酸酯潤(rùn)滑劑的制備方法,其特征在于以環(huán)戊烷甲酸和格爾伯特醇為原料,以酸性離子液體為催化劑,甲苯為溶劑,在回流的條件下反應(yīng)至體系中不再有水分出,即得目標(biāo)產(chǎn)物;所述酸性離子液體為[ HSO3-pmim ] HSO4 或[HSO3-pmim ]H2 PO4,pmim代表丙基甲基咪唑;所述格爾伯特醇的碳數(shù)為C8-C20。
所述格爾伯特醇的碳數(shù)為C10-C20。
所述格爾伯特醇與環(huán)戊烷甲酸的摩爾比為1-6:1。
所述格爾伯特醇與環(huán)戊烷甲酸的摩爾比為1-3:1。
所述格爾伯特醇與酸性離子液體的質(zhì)量比為10-100:1。
所述格爾伯特醇與酸性離子液體的質(zhì)量比為16-35:1。
所述格爾伯特醇與甲苯的質(zhì)量比為0.5-1:1。
在上述方法中,酸性離子液體[ HSO3-pmim ] HSO4 或[HSO3-pmim ]H2 PO4,pmim代表丙基甲基咪唑,按文獻(xiàn)報(bào)道(雍靚等,酸功能化離子液體催化合成檸檬酸三丁酯,分子催化,Vol. 22,No. 2,105-110,2008)的方法合成。其結(jié)構(gòu)式為:
,
。
在實(shí)驗(yàn)室中,我們具體的制備過程是:在接有分水器、內(nèi)插式溫度計(jì)和回流冷凝管的三頸燒瓶中,加入格爾伯特醇、酸性離子液體、環(huán)戊烷甲酸和甲苯,充分?jǐn)嚢?,快速升溫至反?yīng)溫度,反應(yīng)至體系中不再有水分出,冷卻,分離、洗滌、干燥,減壓蒸餾后得到高純度的產(chǎn)品。
本發(fā)明的新穎之處在于:合成格爾伯特醇環(huán)戊烷甲酸酯,化合物結(jié)構(gòu)中同時(shí)存在五元環(huán)和長(zhǎng)支鏈酯基,兼具環(huán)烷烴和酯類化合物的性質(zhì),在保持較寬液程的同時(shí)具有更高的沸點(diǎn),揮發(fā)性極低。
本發(fā)明合成方法操作過程簡(jiǎn)單,可控性強(qiáng),反應(yīng)時(shí)間短,收率高。本發(fā)明所涉及的合成格爾伯特醇環(huán)戊烷甲酸酯的合成方法,其最終產(chǎn)物在室溫(25℃)下呈淡黃色或黃色的油狀液體,具有很寬的液相溫度范圍、優(yōu)異的高低溫性能、良好的粘溫性能、揮發(fā)性能和摩擦學(xué)性能,可以作為潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油,適用于多種摩擦副的潤(rùn)滑,如鋼/鋼、陶瓷/鋼等,可用于空間機(jī)械苛刻條件(高速、高低溫、高真空等)下的液體潤(rùn)滑。
本發(fā)明所述潤(rùn)滑劑的摩擦學(xué)性能采用模擬真空條件摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)條件:真空度10-4Pa;載荷3N;轉(zhuǎn)速300 rpm;時(shí)間,1h。實(shí)驗(yàn)上試球?yàn)?Cr18鋼球或Si3N4球,下試盤為半徑24mm的9Cr18鋼盤。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
在裝有內(nèi)插式溫度計(jì)、電磁攪拌、分水器和回流冷凝管的三口瓶中加入1mol(130.0g)2-乙基己醇、8.0g [ HSO3-pmim ] HSO4、0.5mol(57.0g)環(huán)戊烷甲酸和 232.0g甲苯,升溫,回流反應(yīng)至體系中不再有水分出。冷卻后轉(zhuǎn)移至分液漏斗,靜置,分出下層離子液體,有機(jī)層用水洗滌三次,無水硫酸鎂干燥,過濾,減壓蒸除未反應(yīng)的原料,得到2-乙基己醇環(huán)戊烷甲酸酯,收率65%(wt%)。
實(shí)施例2
合成2-丁基辛醇環(huán)戊烷甲酸酯。以2-丁基辛醇代替2-乙基己醇,[HSO3-pmim ]H2 PO4替代[ HSO3-pmim ] HSO4為催化劑。1mol(158.3g)2-丁基辛醇、8.5g [HSO3-pmim ]H2 PO4、0. 45mol(51.3g)環(huán)戊烷甲酸和 240.0 g甲苯,其余同實(shí)施例1。收率60%(wt%)。
實(shí)施例3
合成2-己基癸醇環(huán)戊烷甲酸酯。以2-己基癸醇代替2-乙基己醇,[HSO3-pmim ]H2 PO4替代[ HSO3-pmim ] HSO4為催化劑。1mol(242.5g)2-己基癸醇、9.5g [HSO3-pmim ]H2 PO4、0.45mol(51.3g)環(huán)戊烷甲酸和 252.0 g甲苯,其余同實(shí)施例1。收率55%(wt%)。
實(shí)施例4
合成2-辛基十二醇環(huán)戊烷甲酸酯。以2-辛基十二醇代替2-乙基己醇。1mol (298.5g)2-辛基十二醇、10.5g [ HSO3-pmim ] HSO4、0.4mol(45.6g)環(huán)戊烷甲酸和 300.0 g甲苯,其余同實(shí)施例1。收率55%(wt%)。
實(shí)施例5
合成2-癸基十四醇環(huán)戊烷甲酸酯。以2-癸基十四醇代替2-乙基己醇。1mol (354.7g)2-癸基十四醇、12.5g [ HSO3-pmim ] HSO4、0.4mol(45.6g)環(huán)戊烷甲酸和 360.0 g甲苯,其余同實(shí)施例1。收率55%(wt%)。
表1和表2分別列出實(shí)施例所得潤(rùn)滑劑的性能和不同摩擦副在本發(fā)明潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑下的平均摩擦系數(shù)。
表1 本發(fā)明潤(rùn)滑劑的性能
表2 真空環(huán)境中不同摩擦副在本發(fā)明潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑下的平均摩擦系數(shù)
表2中的結(jié)果表明,本發(fā)明所述潤(rùn)滑劑具有良好的真空摩擦學(xué)性能。