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环氧生物柴油来源广泛,可再生、可生物降解,润滑性能优良,是一种很好的化工中间体。环氧生物柴油分子结构中含有活泼的环氧乙烷基团,很容易发生开环反应,且开环后的产物有效的提高了低温性能和氧化安定性,这为制备综合性能好的环境友好型润滑油基础油提供了有利途径。本文针对环氧生物柴油在实际应用上的缺陷,采用异构化改性的方法来提高其使用性能。 本论文以环氧生物柴油和异辛醇为原料,固体酸SO42-/TiO2和D001树脂为催化剂,异构醚化改性合成润滑油基础油。用于该反应的SO42-/TiO2固体超强酸是采用沉淀-浸渍法制备而成。反应结束后将催化剂进行简单的处理,得出催化剂的重复利用性较好,重复利用5次后仍具备较高的催化活性。 以环氧生物柴油的转化率和产物的40℃运动粘度为指标,考察醇油摩尔比、反应温度、反应时间及催化剂用量等因素对环氧生物柴油和异辛醇开环反应的影响。在单因素实验的基础上,通过正交实验确定异辛醇开环环氧生物柴油合成润滑油基础油的最佳反应工艺条件。以SO42-/TiO2为催化剂时,开环反应的最佳工艺条件为:醇油摩尔比4:1,反应温度90℃,反应时间15 h,催化剂用量为3 wt%。在最佳工艺条件下进行重复性实验,得出开环产物的平均转化率为98.36%,产物的40℃运动粘度为38.47 mm2/s,酸值为1.58 mgKOH/g,倾点为-10℃;以D001树脂为催化剂时,开环反应的最佳工艺条件为:醇油摩尔比4:1,反应温度90℃,反应时间18h,催化剂用量为7 wt%。在最佳工艺条件下进行重复性实验,得出开环产物的平均转化率为98.33%,40℃运动粘度为38.32 mm2/s,酸值为1.52 mgKOH/g,倾点为-10℃。还探讨了SO42-/TiO2固体酸催化剂在开环反应中的动力学,得出环氧生物柴油和异辛醇开环反应为一级反应,反应的表观活化能为51.03 kJ·mol-1。 通过对环氧生物柴油和开环产物的结构进行红外光谱(FT-IR)和氢谱(1H NMR)分析得出:在FT-IR中,产物在823.4~844.6cm-1处环氧键振动吸收峰消失,在3453 cm-1处出现宽而强的醇羟基吸收峰,在1025~1200 cm-1和1085~1175 cm-1处出现强的酯族醇和脂族醚的C-O吸收峰;在1H NMR中,产物在2.8~3.2 ppm处峰强度中看出环氧基团在减少,在3.95~4.01 ppm处产物出现了新峰,即分支侧链-CH-O-CH2-CH(C2H5)(CH2)3CH3上的 CH2质子,由此可知环氧生物柴油与异辛醇发生了开环反应且生成了目标产物。 本文还将合成的润滑油基础油的理化性能与生物柴油、环氧生物柴油和 VG32#矿物油进行了比较,得出改性合成的润滑油基础油的酸值较大,开环较完全,低温性能、运动粘度、闪点、剪切稳定性和水解稳定性都优于生物柴油、环氧生物柴油和 VG32#矿物油;合成的润滑油基础油黏温指数较高,可以与黏温性能较好的润滑油调和使用;改性合成的基础油的氧化安定性得到了很好的改善,氧化诱导期从12 min提高到了22 min;由摩擦学性能分析可知,改性合成的润滑油基础油的PB值大于环氧生物柴油和VG32#矿物油,磨斑直径(WSD)小于环氧生物柴油和VG32#矿物油,说明改性后的润滑油基础油具有较好的极压抗磨性能;通过磨斑表面形貌和能谱仪(EDS)对改性合成的润滑油基础油的摩擦机理进行简单分析,得出改性合成的润滑油基础油分子中引入了羟基等极性基团,在摩擦过程中能够在钢球摩擦副表面形成一层氧化保护膜,起到了很好的抗磨作用和对钢球表面的保护作用,从而使钢球表面的磨痕变浅。