生物降解润滑油的制备及改性研究

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作为润滑剂,严格来说,它根据亲油性与亲水性来分为润滑油和切削液,在航空、汽车、材料加工等领域应用广泛。传统的润滑剂(矿物油),其分解产物成分较为复杂,易对环境产生较大危害。与此同时,整个石油行业的不断高速发展,人们对其需求量逐渐加大,为保护生态环境、缓解石油能源压力,研制和开发环保(可生物降解)型润滑油已成为必要。植物油润滑性能优良、可资源再生,易生物降解,是良好的环境友好润滑材料,本实验采用菜籽油作为原料,通过皂化、酸化后进一步与甘油发生酯化反应,合成脂肪酸甘油酯,探讨了影响酯化反应酯化率的几个因素,确定适宜的工艺条件。在此基础上通过菜籽油与合成的产物掺杂,研究其基本理化性质、氧化安定性、生物降解性。同时以脂肪酸甘油酯为基础油,加入表面活性剂,防锈剂,电解碱水混合复配成水基切削液,研究切削液的防锈性能。  1.通过单因素实验,对菜籽油合成单脂肪酸甘油酯的工艺研究,按照脂肪酸与甘油直接酯化的方法来合成单脂肪酸甘油酯。固定酸醇摩尔比1:1.5,分别讨论了反应时间、反应温度、催化剂用量、催化剂类型以及催化剂的重复使用对酯化反应的酯化率的影响。得出了较适合的工艺参数为:在通入 N2保护下进行,反应温度为200℃,反应时间2h,SnO2/SO42-作催化剂,催化剂用量1.6g,酯化率达到84.7%。采用 TLC(薄层色谱)和 IR(红外光谱)对合成的产物进行定性分析,通过紫外分光光度计测得产物最大吸收波长为300nm,在该条件下利用HPLC(高效液相色谱)对产物进行定量分析,其中脂肪酸1-单甘油酯的含量为52.98%,2-单甘油酯的含量为7.28%。  2.通过对菜籽油及合成脂肪酸单甘酯基础油的基本理化性能的分析,得到合成产物的40℃的运动粘度为15.05mm2/s,100℃的运动粘度为3.16mm2/s,在合成的产物中通过添加不同的菜籽油含量,测定其粘度、粘度指数、倾点等理化参数的变化。实验表明,菜籽油的加入在一定程度上提高了脂肪酸单甘油酯的粘度。由于二者本身的倾点相差为7.51℃,原菜籽油的倾点-18.73℃,在二者混合后,随着菜籽油的加入量增大,倾点增幅较小,当加入50%的菜籽油时,混合物的倾点由-26.24℃变为-20.47℃。也即是按照质量比1:1,混合油的倾点与原菜籽油接近。通过加入T612(聚乙烯正丁基醚)和T602(聚甲基丙烯酸酯)两种粘度指数改性剂,使得混合基础油的粘度指数和粘度有得一定的提高,基于T612加入量在4%以上,有沉淀产生,且粘度及粘度指数提高较为缓慢,确定选择 T602作为本实验的粘度指数改进剂,在加入量3%时,40℃粘度从24.75mm2/s提高到36.96mm2/s。  3.通过抗氧化实验,得出了混合基础油的氧化安定性一定程度上优于菜籽油,在实验中选择T202和T501两种抗氧添加剂中,T202不能改善混合油的氧化安定性。通过红外光谱图,原料菜籽油中的双键使得其更容易氧化,而脂肪酸单甘油酯基础油的氧化,从自由基反应机理更容易解释其合理性。  4.对原料菜籽油、(脂肪酸单甘油酯)基础油、以及(菜籽油10%+基础油+T501)的混合油的生物降解性的测定。实验表明,菜籽油和基础油的生物降解率接近,菜籽油生物降解率为98.79%,合成基础油生物降解率为97.47%。而混合油的生物降解率在92%左右,可能是由于加入 T501,体系存在稠环芳烃,生物降解性下降。整体比较,它们的生物降解能力较好。通过IR(红外光谱)测定基础油21d前后的生物降解性,也进一步印证了结论的可靠性。  5.以合成的脂肪酸甘油酯为基础油,向其中加入一定量表面活性剂、防锈剂、乳化剂等添加剂在GRANDA-240混合器中与碱水按一定比例的混合,通过(4因素3水平)正交实验,以切削液的防锈性能为主要指标,初步确定了切削液中基础油、防锈剂、电解碱水和乳化剂的比例(质量分数/w/%)。其中基础油10~15%,碱水约30%,三乙醇胺8%~12%,乳化剂25%~30%的比例,其他部分为辅助添加剂。
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