一种有机硅改性植物油的制备及其性能表征.docx

一 种 有 机 硅 改 性 植 物 油 的 制 备 及 其 性 能 表 征王 文 平 宋 跃 锋( 合 肥 工 业 大 学 化 学 工 程 学 院 合 肥 230009)摘 要 甲 醇 与 菜 籽 油 进 行 酯 交 换 反 应 ， 其 产 物 先 通 过 过 氧 乙 酸 环 氧 化 ， 再 用 乙 酸 开 环 制 备 出 一 种 菜 籽 油 醇 ， 该 醇 与 有 机 硅 进 行 反 应 ， 从 而 制 备 出 一 种 润 滑 性 能 优 异 的 润 滑 油 基 础 油 红 外 光 谱 对 该 化 合 物 进 行 了 表 征 四 球 磨 机 对 其 润 滑 性 能 进 行 考 察 发 现 ， 该 化 合 物 的 摩 擦 系 数 为 0. 063， 磨 斑 直 径 为 0. 493mm， 而 菜 籽 油 的 摩 擦 系 数 为 0. 132， 磨 斑 直 径 为 1. 763mm 此 结 果 表 明 ， 该 化 合 物 的 润 滑 性 能 较 菜 籽 油 有 很 大 改 进 关 键 词 菜 籽 油 有 机 硅 改 性 润 滑 油 基 础 油Synthesis and Charac teri za tion of Orga nic Silicon Mo dified Ｒ apeseed OilW ang W enping， Song Yuefeng( School of Chemical Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 230009)Abstract A kind of lubricant base oil with good lubricating performance was prepared by the transesterification of rapeseed oil with methanol， epoxidation with peracetic acid， open-ring reaction with acetic acid and reaction with organic silicon in turn． The as-prepared compound was characterized by IＲ ． The lubricating properties of the as- prepared compound was investigated by four ball mill， the results showed that the friction coefficient is 0. 063， the wear scar diameter is 0. 493mm ． As comparison， the friction coefficient of the rapeseed oil is 0. 132 and the wear scar diameter is 1. 763mm ． The results indicated that the lubricating properties of the compound had been improved well．Keywords Ｒ apeseed oil， Modified by organic silicon， Lubricating oil， Base oil随 着 人 们 生 活 水 平 的 不 断 提 高 、 环 保 意 识 的 增 强 ， 传 统 润 滑 油 对 环 境 的 危 害 已 经 引 起 了 人 们 的 巨 大 关 注 ， 人 们 希 望 能 用 一 种 绿 色 环 保 的 产 品 来 替 代 ［ 1 ～ 4］ 。

传 统 润 滑 油 基 础 油 大 多 都 是 矿 物 油 ， 属 不 可 再 生 能 源 ， 因 此 寻 找 可 再 生 的 原 料 作 为 润 滑 油 用 矿 物 油 替 代 品 引 起 科 学 家 的 兴 趣 植 物 油 具 有 生 物 降 解 性 、 无 毒 和 可 再 生 性 ， 所 以 开 发 植 物 油 作 为 润 滑 油 基 础 油 正 在 逐 渐 成 为 绿 色 环 保 润 滑 剂 研 究 的 主 流 趋 势 ［ 5， 6］ 植 物 油 分 子 中 大 量 双 键 的 存 在 是 导 致 植 物 油 氧 化 稳 定 性 差 的 根 本 原 因 ， 而 植 物 油 中 的 油 酸 是 一 种 单 不 饱 和 脂 肪 酸 ， 亚 油 酸 和 亚 麻 酸 则 分 别 含 有 两 个 和 三 个 双 键 ， 所 以 植 物 油 中 油 酸 含 量 越 高 ， 亚 油 酸 和 亚 麻 酸 含 量 越 低 ， 其 氧 化 稳 定 性 就 越 好 ［ 7 ～ 11］ 本 文 通 过 化 学 改 性 的 方 法 减 少 植 物 油 中 双 键 的 含 量 ， 从 而 改 善 植 物 油 的 氧 化 稳 定 性 ， 制 备 出 性 能 优 异 的 润 滑 油 基 础 油 。

由 于 有 机 硅 具 有很 好 的 高 低 温 性 能 和 氧 化 稳 定 性 ， 所 以 我 们 希 望 通 过 将 其 引 入 到 植 物 油 分 子 中 ， 从 而 获 得 高 低 温 性 能 、 氧 化 稳 定 性 和 润 滑 性 较 好 的 润 滑 油 基 础 油 1 实 验 部 分1. 1 材 料 及 主 要 仪 器 设 备菜 籽 油 ， 一 级 压 榨 ; 甲 醇 、 氢 氧 化 钾 、 氯 化 钠 、 三 乙 胺 、 三 甲 基 氯 化 硅 均 为 分 析 纯 ; 无 水 乙 醚 、 乙 酸 、 过 氧 化 氢 均 为 化 学 纯 983 型 磁 力 搅 拌 机 ( 巩 义 市 予 华 仪 器 有 限 公 司 ) ; SHB3S 循 环 水 式 真 空 泵 ( 郑 州 科 贸 有 限 公 司 ) ; BC-Ｒ 202B 旋 转 蒸 发 器 ( 上 海 贝 凯 生 物 化 工 设 备 公 司 ) ; DF-101S 集 热 式 恒 温 加 热 磁 力 搅 拌 器 ; Spectrum100 型 FTIＲ 红 外 光 谱 仪 ( 美 国 PE 公 司 ) ; MS-800 型 Shell 式 四 球 磨 机 。

1. 2 制 备 工 艺1. 2. 1 菜 籽 油 的 酯 交 换 反 应 称 取 干 燥 后 的 菜王 文 平 男 ， 48 岁 ， 博 士 ， 教 授 ， 从 事 高 分 子 材 料 和 精 细 化 学 品 合 成 研 究 ; E-mail: wwp65@ sina． com 2013-10 -19 收 稿 ， 2013-12-23 接 受3籽 油 置 于 三 口 烧 瓶 中 ， 60℃ 下 缓 慢 滴 加 入 一 定 量 的 氢 氧 化 钾 甲 醇 溶 液 ， 滴 加 完 毕 后 保 温 反 应 1h 将 产 物 洗 涤 至 中 性 ， 除 水 干 燥 ， 得 到 酯 交 换 产 物 脂 肪 酸 甲 酯 油 ［ 12 ～ 14］ 1. 2. 2 脂 肪 酸 甲 酯 油 的 环 氧 化 在 60℃ 下 ， 向 脂 肪 酸 甲 酯 油 、 乙 酸 和 催 化 剂 的 混 合 体 系 中 滴 加 一 定 量 的 过 氧 化 氢 ( 过 氧 化 氢 和 乙 酸 的 摩 尔 比 为 1. 2∶ 1) ， 控 制 滴 加 速 度 ， 滴 加 完 毕 后 保 温 4h。

将 产 物 洗 涤 至 中 性 ， 除 水 干 燥 ， 得 到 环 氧 菜 籽 油 ， 测 定 其 环 氧 值 ［ 8］ 1. 2. 3 合 成 菜 籽 油 醇 在 50℃ 下 ， 向 环 氧 菜 籽油 中 缓 慢 滴 加 一 定 量 的 乙 酸 ， 滴 加 完 毕 后 保 温 反 应 2h 将 产 物 洗 涤 至 中 性 ， 除 水 干 燥 ， 得 到 菜 籽 油 醇 ， 测 定 其 羟 值 1. 2. 4 有 机 硅 改 性 菜 籽 油 的 合 成 将 三 甲 基 氯 化 硅 溶 于 无 水 乙 醚 中 ， 冰 水 浴 ， 在 氮 气 气 氛 中 滴 加 溶 解 于 无 水 乙 醚 中 的 菜 籽 油 醇 和 一 定 量 的 三 乙 胺 ， 控 制 1h 左 右 滴 完 ， 三 甲 基 氯 化 硅 与 菜 籽 油 醇 的 摩 尔 比 为 1. 2 ∶ 1， 滴 加 完 毕 后 再 在 40℃ 的 油 浴 中 反 应 一 定 时 间 将 产 物 用 饱 和 食 盐 水 进 行 洗 涤 ， 洗 涤 至 中 性 ， 旋 转 蒸 发 除 去 溶 剂 ， 除 水 真 空 干 燥 ， 得 最 终 产 物 。

相 关 反 应 方 程 式 为 :1. 3 结 构 表 征 与 性 能 测 试按 照 GB / T 1677 － 81 方 法 测 定 环 氧 菜 籽 油 的 环 氧 值 ， 按 照 HB / T 2009 － 95 方 法 测 定 菜 籽 油 醇 的 羟 值 脂 肪 酸 甲 酯 、 环 氧 菜 籽 油 、 菜 籽 油 醇 和 有 机 硅 改 性 菜 籽 油 均 用 FTIＲ 进 行 表 征 按 行 业 标 准 SH / T 0189 － 92 测 定 有 机 硅 改 性 菜 籽 油 润 滑 剂 的 润 滑 性 能 2 结 果 与 讨 论菜 籽 油 与 甲 醇 经 酯 交 换 反 应 制 备 出 脂 肪 酸 甲 酯 油 ， 脂 肪 酸 甲 酯 油 再 进 行 环 氧 化 反 应 ， 制 得 环 氧 菜 籽 油 ， 然 后 环 氧 菜 籽 油 经 开 环 获 得 菜 籽 油 醇 ， 其 再 与 有 机 硅 反 应 合 成 出 有 机 硅 -菜 籽 油 2. 1 脂 肪 酸 甲 酯 红 外 光 谱 分 析植 物 油 酯 交 换 前 后 的 红 外 谱 图 如 图 1 所 示 。

从 图 1 中 的 比 较 看 出 ， 菜 籽 油 和 酯 交 换 产 品 在 4000 ～ 1470cm － 1 范 围 的 吸 收 峰 基 本 一 致 ， 但图 1 菜 籽 油 和 甲 脂 油 的 红 外 谱 图Fig． 1 FT- IＲ spectra of rapeseed oil before and after transesterification2. 2 环 氧 菜 籽 油 红 外 光 谱 分 析菜 籽 油 环 氧 化 前 后 的 红 外 谱 图 如 图 2 所 示 从 图 2 可 以 看 出 ， 环 氧 菜 籽 油 的 红 外 谱 图 中 1654cm － 1 处 C  C 双 键 特 征 伸 缩 振 动 峰 消 失 ，3013cm － 1 处 双 键 的 C—H 伸 缩 振 动 峰 也 消 失 ， 并且 在 824cm － 1 处 出 现 了 C—O—C 环 氧 基 团 的 特1470 ～ 800cm － 1 双 强 峰 为 脂 肪 酸 甲 酯 的 特 征 峰 ， 征 振 动 峰 ， 说 明 菜 籽 油 C  C 双 键 被 氧 化 产 生 了874、 1019cm － 1 双 峰 分 别 为 —OCH 基 团 的 面 内 和 环 氧 基 团 。

通 过 盐 酸 -丙 酮 法 测 定 出 环 氧 菜 籽 油面 外 弯 曲 振 动 特 征 峰 ， 这 些 峰 与 与 菜 籽 油 的 IＲ 光谱 都 明 显 不 同 。