CN102803448A - 来自不饱和脂肪酸的醇的生物润滑酯 - Google Patents
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Abstract
本发明总体上涉及三酯基润滑剂组合物。本发明还涉及制备这些润滑剂组合物和其它类似润滑剂组合物的方法。在一些实施方案中,用于制备这样的三酯基润滑剂的方法使用包含单不饱和脂肪酸的生物质前体,其中将这样的单不饱和脂肪酸还原为单不饱和脂肪醇,进而合成用作/用于三酯基润滑剂组合物的三酯类物质。这种合成中的后续步骤可以使用衍生自生物质和/或费-托合成的羧酸和/或酰卤/酸酐。
Description
发明领域
本发明涉及酯基润滑剂,并且具体涉及三酯基润滑剂,及其制造方法-特别地,其中它们由至少一种生物衍生的前体制得。
背景技术
酯已经用作润滑油50多年了。它们用于从喷气发动机到制冷设备的多种应用中。事实上,在汽车应用中,酯是第一种合成曲轴箱车用机油。然而,酯让位于聚α烯烃(PAO),因为PAO成本更低以及它们的配方类似于矿物油。然而,在全合成车用机油中,酯几乎总是与PAO组合使用以通过增强的润滑性来平衡对密封、添加剂溶解性、挥发性降低和能量效率提高的影响。
通常,酯基润滑剂由于它们所包含的酯分子的极性而具有优异的润滑性。这些分子的极性酯基粘附于带正电荷的金属表面,生成减缓金属表面磨损和破损的保护膜。这种润滑剂比传统润滑剂不易挥发并且倾向于具有高得多的闪点和低得多的蒸气压。酯基润滑剂是优异的溶剂和分散剂,并且可易于对油的降解副产物进行溶剂化和分散。因此,它们极大地降低了油泥的累积。虽然酯基润滑剂对于热和氧化过程是稳定的,但是酯官能团给微生物可乘之机,它们比它们的矿物油基类似物更有效率且更有效果地进行生物降解。然而,酯的制备比它们的PAO对应物的制备更复杂且更昂贵。
最近报导了三酯基润滑剂和它们的制造方法,其中三酯类物质具有以下通式:
其中R1-4相同或独立地选自C2-C20烃基,和n为2-20的整数。参见2007年4月4日提交并且作为美国专利公开No.20080248982公布的共同受让的美国专利申请序列No.12,122,894。应注意的是,包含R2的酯基通过反向(非同系)连接基(与包含R3和R4的酯基相比)与脂族主链(backbone)连接。
鉴于以上所述,虽然三酯基润滑剂合成的这些上述进展,但是生成三酯基润滑剂的简易方法将是非常有用的-特别是其中所述润滑剂中的三酯类物质包含所有三个酯基和脂族主链之间的同系连接基时。
发明概述
本发明总体上涉及三酯基润滑剂组合物。本发明还涉及制备这些润滑剂组合物和其它类似的润滑剂组合物的方法。在一些实施方案中,制备这类三酯基润滑剂的方法至少部分地使用一种或多种生物质前体。在这些或其它实施方案中,润滑剂前体物质还可源自或衍生自费-托(FT)反应产物/副产物。
在一些实施方案中,本发明涉及包含一定量的至少一种三酯类物质的润滑剂组合物,所述三酯类物质具有以下结构:
其中R1、R2、R3和R4相同或独立地选自C2-C20烃基,并且其中“n”为2-20的数字。
在一些实施方案中,上述组合物在100℃的温度下的运动粘度为至少3mm2/s,即厘斯(cSt)。在一些或其它实施方案中,所述组合物具有小于-20℃的倾点。
对于上述组合物,通常选择R1具有至少约6到至多约12的总碳数,通常选择R3和R4具有至少约2到至多约40的总碳数,通常选择R2具有至少约1到至多约20的碳数,以及上述结构内-(CH2)n-中给出的“n”典型地是至少约5到至多约10的整数。通常,对于上面描述的润滑剂组合物,所述至少一种三酯类物质具有至少约400原子质量单位(a.m.u.)到至多约1100a.m.u.的分子量。更典型地,所述至少一种三酯类物质具有至少约450a.m.u.到至多约1000a.m.u.的分子量。
在一些实施方案中,上述润滑剂组合物中的至少一种三酯类物质选自十八烷-1,9,10-三基(triyl)三己酸酯(1);十八烷-1,9,10-三基三庚酸酯;十八烷-1,9,10-三基三辛酸酯(2);十八烷-1,9,10-三基三壬酸酯;十八烷-1,9,10-三基三(癸酸酯)(3);十八烷-1,9,10-三基三(十二烷酸酯)(4);十八烷-1,9,10-三基三(十一烷酸酯);十八烷-1,9,10-三基三(十二烷酸酯);十八烷-1,9,10-三基十三烷酸酯;和十八烷-1,9,10-三基三(十四烷酸酯)(5);以及它们的混合物。对于化合物1-5的相应结构,参见图1(见下文)。
在一些实施方案中,上述组合物包含一定量的至少两种不同的三酯类物质。在一些或其它实施方案中,所述组合物还包含选自I类油、II类油、III类油以及它们的组合的基础油。另外或者替代地,在一些实施方案中,所述组合物还包含一种或多种二酯类物质。
在一些实施方案中,本发明涉及制备上述组合物的方法,这类方法包括以下步骤:(a)用金属氢化物还原具有10-22的碳数的单不饱和脂肪酸以生成不饱和脂肪醇;(b)环氧化所述不饱和脂肪醇以生成包含环氧环的环氧醇类(epoxy-alcohol)物质;(c)打开所述环氧醇类物质的环以生成三醇;和(d)用酯化物质酯化所述三醇以生成三酯类物质,其中所述酯化物质选自羧酸、酰卤、酸酐和它们的组合,并且其中所述酯化物质具有2-18的碳数。在一些这样的实施方案中,所述方法可通过在步骤(a)和(d)之一或步骤(a)和(d)二者中使用包含一定范围的碳数的试剂(例如单不饱和脂肪酸和酯化物质)在所得的润滑剂组合物中产生三酯类物质的混合物。
在一些实施方案中,这类上述方法还包括将所述三酯类物质与其它三酯类物质调合的步骤。在一些或其它实施方案中,这类方法还可包括将所述三酯类物质与一种或多种二酯类物质调合的步骤。在一些或还其它实施方案中,这类方法还可包括将所述三酯类物质与基础油调合的步骤,其中所述基础油选自I类油、II类油、III类油和它们的组合。
在一些具体的实施方案中,其中上述方法使用油酸作为代表性的单不饱和脂肪酸,所得的三酯具有以下类型:
其中R2、R3和R4典型地相同或独立地选自C2-C20烃基,并且更典型地选自C4-C12烃基。
前述内容已经相当广泛地列出了本发明的特征,目的是可以更好地理解随后的本发明的详细描述。下文中将描述本发明的其它特征和优点,它们形成了本发明的权利要求的主题。
附图简要描述
为了更完整地理解本发明及其优点,现结合附图对以下说明书进行评述,其中:
图1描述了根据本发明的一些实施方案适合用作润滑剂和/或润滑剂组分的五种示例性的三酯基化合物1-5;
图2(方案1)是通常描述根据本发明的一些实施方案制备三酯基润滑剂组合物的方法的化学流程图,其中油酸用作代表性的单不饱和脂肪酸;
图3(方案2)是描述根据本发明的一些实施方案制备三酯类组合物1的示例性方法的化学流程图;和
图4(表1)以表格形式列出了三酯类化合物1的润滑性能。
发明详述
1.介绍
本发明总体上涉及三酯基润滑剂组合物。本发明还涉及制备这些润滑剂组合物和其它类似的润滑剂组合物的方法。在许多这些实施方案中,制备这类三酯基润滑剂的方法使用生物质前体,其中在这类方法中典型地至少所使用的脂肪(羧)酸可由生物质资源(例如植物油和/或藻类)获得。这类方法中使用的其它化学组分可衍生自生物质来源或其它来源例如但不限于费-托(FT)合成产物和/或副产物。
因为生物润滑剂和生物燃料逐渐获得增进的地位,并且变成油品工业中许多焦点主题,在这样的以上提及的润滑剂的制备中使用生物质将从几个不同的方面具有吸引力。生物质在本发明的三酯基润滑剂的制备中的利用程度使得这样的润滑剂被认为是生物润滑剂。
本文在至少一些实施方案中所述的三酯类润滑剂的优点是它们可以是完全生物衍生的,即在它们的合成中所使用的所有试剂(除溶剂和催化剂外)可衍生自生物前体材料。另外,制备这类润滑剂的方法使用植物油/作物油中现存的烯烃,从而简化(streamline)了合成工艺。还另外地,与传统三酯类生物润滑剂即甘油三酯相反,本文在至少一些实施方案中所述的三酯类润滑剂通常在不具有碳-碳双键(其将危害氧化稳定性)的情况下具有优异的低温性能。
2.定义
本文所定义的“润滑剂”是在两个移动表面间引入的用以减少在它们之间的摩擦和磨损的物质(通常在操作条件下是流体)。用作车用机油的基础油通常由美国石油学会分类为矿物油(I、II和III类)或合成油(IV和V类)。请参考美国石油学会(API)出版物编号1509。
本文所定义的“倾点”表示流体能倾倒或流动时的最低温度。参见例如ASTM标准测试方法D 5950-02(R 2007)。
本文所定义的“浊点”表示由于晶体形成而流体开始相分离时的温度。参见例如ASTM标准测试方法D 5771-05。
“厘斯”,简写为“cSt”,是流体(例如润滑剂)的运动粘度的单位,其中1厘斯等于1平方毫米每秒(1cSt=1mm2/s)。参见例如ASTM标准指南和测试方法D 2270-04。
本文所定义的“氧化稳定性”通常是指组合物的抗氧化性。氧化器BN是测量基础油的氧化稳定性的简便方法,并且是用于评价至少一些本文所述的润滑剂组合物的氧化稳定性的方法。Stangeland等人在美国专利No.3,852,207中描述了氧化器BN试验。所述氧化器BN试验通过Dornte型氧气吸收设备测量油的抗氧化性。参见“白油的氧化”,Industrial and Engineering Chemistry,28卷,26-30页,1936。通常,条件是在340°F(171℃)下1大气压的纯氧气。结果以100g油吸收1000mL(1L)O2的小时数来报告。
关于本文中描述分子和/或分子片断,“Rm”是指烃基,其中m仅是标识符,其中所述分子和/或分子碎片可以是线性的和/或支化的,并且除非另外说明,由不同的“m”标识符表明的基团可以相同或不同。
本文所定义的“碳数”,因为它涉及烃分子或碎片(例如烷基),是表明该碎片或分子中全部碳原子数的整数。具有如此碳数的碎片或分子还可以表示为“Cn”,其中“n”是特定碎片或分子中的碳原子总数。
本文所使用的前缀“生物”是指与生物源的可再生资源(例如一般不包括化石燃料的资源)有关。
本文所定义的“费-托产物”是指衍生自CO和H2(即合成气)的催化驱动的反应的分子物质。参见例如Dry的“The Fischer-Tropschprocess:1950-2000”,71(3-4)卷,227-241页,2002;Schulz的“Shorthistory and present trends of Fischer-Tropsch synthesis”,AppliedCatalysis A,186卷,3-12页,1999年。
3.三酯类润滑剂组合物
在一些实施方案中,本发明总体上涉及包含一定量的具有以下化学结构的三酯类物质的三酯基润滑剂组合物:
其中R1、R2、R3和R4相同或独立地选自C2-C20烃基(碳数为2-20的基团),以及其中“n”为2-20的整数。
对于上述三酯类物质,对R1、R2、R3、R4和n的选择可以遵循几项标准的任意一项或全部。例如,在一些实施方案中,对R1、R2、R3、R4和n进行选择以使所述组合物在100℃的温度下的运动粘度典型地为3mm2/s即厘斯(cSt)或更大。在一些或其它实施方案中,对R1、R2、R3、R4和n进行选择以使所获得的润滑剂的倾点为-20℃或更低。在一些实施方案中,对R1进行选择以具有6-12的总碳数。在这些或其它实施方案中,对R2进行选择以具有1-20的碳数。在这些或其它实施方案中,对R3和R4进行选择以具有4-36的总碳数。在这些或其它实施方案中,选择n为5-10的整数。根据实施方案,这样产生的三酯类物质可典型地具有400原子质量单位(a.m.u.)-1100a.m.u.,和更典型地450a.m.u.-1000a.m.u的分子量。
在一些实施方案中,这样的上述组合物在它们的三酯组分方面是基本均匀的。在一些或其它实施方案中,这些组合物的三酯组分包括多种这样的三酯类物质(即混合物)。在这些或其它实施方案中,这样的上述润滑剂组合物还包含一种或多种二酯类物质。
参照图1,在一些上述实施方案中,三酯基润滑剂组合物包含所示的示例性三酯类物质中的一种或多种,即以下中的一种或多种:十八烷-1,9,10-三基三己酸酯(1);十八烷-1,9,10-三基三庚酸酯;十八烷-1,9,10-三基三辛酸酯(2);十八烷-1,9,10-三基三壬酸酯;十八烷-1,9,10-三基三(癸酸酯)(3);十八烷-1,9,10-三基三(十二烷酸酯)(4);十八烷-1,9,10-三基三(十一烷酸酯);十八烷-1,9,10-三基三(十二烷酸酯);十八烷-1,9,10-三基十三烷酸酯;和十八烷-1,9,10-三基三(十四烷酸酯)(5)。在一些实施方案中,三酯基润滑剂组合物还包含选自I类油、II类油、III类油和它们的混合物的基础油。
值得注意的是,在大多数应用中,上述三酯和它们的组合物不可能靠它们本身用作润滑剂,而是通常用作调合料。这样,具有较高倾点的酯也可以用作与其它润滑剂油的调合料,因为它们在烃和烃系油中是非常易溶解的。
4.制备三酯类润滑剂的方法
如上述,本发明还涉及制备上述润滑剂组合物和/或其中所含的三酯类组合物的方法。
参照图2(方案1)中所示的化学流程图,在一些实施方案中,用于制备上述典型地具有润滑基础油粘度和倾点的三酯基组合物的工艺/方法包括以下步骤:(步骤201)用金属氢化物还原具有10-22的碳数的单不饱和脂肪酸(6)以生成不饱和脂肪醇(7);(步骤202)环氧化所述不饱和脂肪醇7以生成包含环氧环的环氧醇类物质(8);(步骤203)打开所述环氧醇类物质8的环以生成三醇(9);和(步骤204)用酯化物质(10)酯化所述三醇9以生成三酯类物质(11),其中所述酯化物质10选自羧酸、酰卤、酸酐和它们的组合,并且其中所述酯化物质具有2-18的碳数。在一些这样的实施方案中,所述方法可通过在步骤201和204之一或步骤201和204二者中使用包含一定范围的碳数的试剂在所得的润滑剂组合物中产生三酯类物质的混合物。
通常,由这类方法制备的并包含这样的三酯类物质的润滑剂组合物具有在100℃的温度下为3mm2/s(厘斯)或更大的粘度,并且它们典型地具有小于-20℃的倾点,且典型地以此为目标对试剂和/或混合物组分进行选择。
在形成多种这样的三酯类物质的一些实施方案中,所述多种三酯类物质可以基本上是同质的,或者其可以是两种或更多种不同的这样的三酯类物质的混合物。在任何这类实施方案中,这样的三酯类组合物还可以与一种或多种I-III类基础油混合。另外或替代地,在一些实施方案中,这类方法还包括将所述三酯类组合物与一种或多种二酯和/或单酯类物质调合的步骤。在一些这样的另外和/或替代实施方案中,一种或多种二酯类物质中的部分或全部是如2007年2月12提交并且作为美国专利公开No.20080194444公布的共同受让的美国专利系列No.11/673,879中所描述。
在一些实施方案中,这类方法产生包含至少一种选自以下的三酯类物质的组合物(见上文):十八烷-1,9,10-三基三己酸酯(1);十八烷-1,9,10-三基三庚酸酯;十八烷-1,9,10-三基三辛酸酯(2);十八烷-1,9,10-三基三壬酸酯;十八烷-1,9,10-三基三(癸酸酯)(3);十八烷-1,9,10-三基三(十二烷酸酯)(4);十八烷-1,9,10-三基三(十一烷酸酯);十八烷-1,9,10-三基三(十二烷酸酯);十八烷-1,9,10-三基十三烷酸酯;和十八烷-1,9,10-三基三(十四烷酸酯)(5);以及它们的混合物。
在一些这样的上述方法实施方案中,所述单不饱和脂肪酸可以是通过将一种或多种含甘油三酯的植物油水解形成的生物衍生的脂肪酸,所述含甘油三酯的植物油例如但不限于棕榈油、葵花油、菜籽油、橄榄油、亚麻籽油等。可水解产生不饱和脂肪酸的甘油三酯的其它来源包括但不限于藻类、动物脂和浮游动物。参见例如Bajpai等的“Biodiesel:Source,Production,Composition,Properties and Its Benefits”,J.Oleo Sci.,55(10)卷,487-502页,2006(综述);Sargent等的“Biosynthesis of Lipidsin Zooplankton from Saanich Inlet,British Columbia,Canada”,MarineBiology,31卷,15-23页,1975年(浮游动物作为脂质来源)。
在其中上述水解的甘油三酯来源含有饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸的混合物的一些实施方案中,可以使用一种或多种技术离析、浓缩或以其它方式将单不饱和脂肪酸与混合物中的其它脂肪酸分离。参见例如2008年5月19日提交的Miller的题目为“Isolation andSubsequent Utilization of Saturated Fatty Acids and α-Olefins in theProduction of Ester-Based Biolubricants”的共同受让的美国专利申请序列No.12/122,894。
在一些实施方案中,多不饱和脂肪酸的部分加氢可产生用于本发明方法的单不饱和脂肪酸。在加氢后,可以对这样的单不饱和脂肪酸进行一种或多种上述分离/离析技术。参见例如Falk等的“The Effect of FattyAcid Composition on Biodiesel Oxidative Stability”,Eur.Journal ofLipid Sci.&Technol.,106(12)卷,837-843页,2004年。
关于金属-氢化物还原的步骤,在一些实施方案中,使用氢化铝锂(LiAlH4)作为还原剂。在一些或其它实施方案中,特别是对于工业规模的工艺,使用例如铜基或锌基催化剂进行催化加氢。参见例如美国专利No.4,880,937;Scrimgeour的Bailey’s Industrial Oil and Fat Products,第6版中的“Chemistry of Fatty Acids”,1卷,1-43页,F.Shahidi(编辑),J.Wiley&Sons,New York,2005年。
关于环氧化步骤(即环氧化反应步骤),在一些实施方案中,上述不饱和脂肪醇可与过氧化物(如H2O2)或过氧酸(如过氧乙酸)反应以生成环氧醇类物质。参见例如Swern等的“Epoxidation of Oleic Acid,Methyl Oleate and Oleyl Alcohol with Perbenzoic Acid”,J.Am.Chem.Soc.,66(11)卷,1925-1927页,1944年。
关于将环氧环打开成为对应的三醇的步骤,该步骤通可涉及酸催化的水解反应。示例性的酸催化剂包括但不限于无机布朗斯台德酸(例如HCl、H2SO4、H3PO4、过卤酸等)、路易斯酸(例如TiCl4和AlCl3)、固体酸例如酸性氧化铝和二氧化硅或它们的混合物,等等。参见例如Parker等的“Mechanisms of Epoxide Reactions”,Chem.Rev.,59(4)卷,737-799页,1959年;和Paterson等的“meso Epoxides in AsymmetricSynthesis:Enantioselective Opening by Nucleophiles in the Presence ofChiral Lewis Acids”,Angew.Chem.Int.Ed.,31(9)卷,1179-1180页,1992年。所述环氧环开环成为二醇还可以通过使用例如KOH或NaOH水溶液的碱催化的水解反应实现。
关于酯化所述三醇生成三酯的步骤,可使用酸来催化二醇的-OH基与羧酸之间的反应。合适的酸包括但不限于硫酸(Munch-Peterson,Org.Synth.,Coll.Vol.5,762页,1973年)、磺酸(Allen和Sprangler,Org Synth.,Coll.Vol.3,203页,1955年)、盐酸(Eliel等人,Org Synth.,Coll.Vol.4,169页,1963年)和磷酸(等等)。在一些实施方案中,首先将用于该步骤的羧酸经由例如亚硫酰氯或PCl3转化为酰氯(或另一种酰卤)。或者,可直接使用酰氯(或其它酰卤)。在使用酰氯时,不需要酸催化剂,而是典型地加入碱,例如吡啶、4-二甲氨基吡啶(DMAP)或三乙胺(TEA)以与产生的HCl反应。当使用吡啶或DMAP时,认为这些胺还通过生成反应性更强的酰化中间体而起催化剂的作用。因此,这样的酯化步骤还可被碱催化。参见例如Fersht等的“Acetylpyridiniumion intermediate in pyridine-catalyzed hyd rolysis and acyl transferreactions of acetic anhydride.Observation,kinetics,structure-reactivitycorrelations,and effects of concentrated salt solutions”,J.Am.Chem.Soc.,92(18)卷,5432-5442页,1970年;和等的“4-Dialkylaminopyradines as Highly Active Acylation Catalysts”,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,17卷,569-583页,1978年。另外或替代地,所述羧酸可以转化为酸酐和/或可以直接使用的这样的物质。
无论单不饱和脂肪酸(见上文)的来源如何,在一些实施方案中,用于上述方法的羧酸(或它们的酰基衍生物)衍生自生物质。在一些这样的实施方案中,这涉及到从生物质提取一些油(例如甘油三酯)组分和对构成该油组分的甘油三酯进行水解以形成游离羧酸。这类羧酸的其它来源包括但不限于衍生(直接或间接)自FT合成的那些。
5.变型
上述方法的变型包括但不限于:通过混合和/或通过在本文所述三酯类物质的合成期间使用的试剂的组成变化产生(以及利用)三酯组成范围。通过这样的方法变型,当然,是它们本身的变型,产生组合物。通常,所有这样的变型落在本文所述的组合物和方法的范围之内。
在一些变型的实施方案中,可使用分子平均化在所获得的组合物(至少就其中所含的三酯类物质而言)中产生较大的分子均匀性。这类分子平均化技术涉及烯烃歧化反应并且总体上描述于以下美国专利:6,566,568;6,369,286;和6,562,230中。
在一些或其它变型的实施方案中,可通过高度选择性试剂例如四氧化锇将单不饱和脂肪醇的烯属部分有效地转化为相应的三醇(M.Schroder,“Osmium tetraoxide cis hydroxylation of unsaturatedsubstrates”,Chem.Rev.,80(2)卷,187-213页,1980年)和高锰酸钾(Sheldon和Kochi,在Metal-Catalyzed Oxidation of Organ ic Compounds中,162-171页和294-296页,Academic Press,New York,1981年)。
在一些或还其它变型的实施方案中,制备三醇类物质的反应步骤的顺序可按例如实施例3(见下文)中所述进行修改。
6.实施例
提供下面的实施例来说明本发明的具体实施方案。本领域的技术人员应理解,下面的实施例中所公开的方法仅体现本发明的例示性的实施方案。然而,本领域的技术人员应理解,可以根据本公开内容,在说明的具体实施方案中进行多种变化而依然获得类似的或相似的结果而不偏离本发明的精神和范围。
作为示例性的合成工序,实施例1-4中描述了三酯1(方案2,图3)的合成。根据本发明的一些实施方案,该工序代表了由单不饱和羧酸制备三酯。
实施例1
该实施例用来说明在合成示例性三酯1的过程中,根据本发明的一些实施方案,通过油酸还原(步骤201a),合成油醇7(示例性单不饱和脂肪酸)。根据以下程序制备油醇7。
在装配有顶部搅拌器和回流冷凝器的3升3颈反应烧瓶内,向43克(1.13摩尔)氢化铝锂(LiAlH4)在四氢呋喃(THF)中的冰冷(冰浴)悬浮液中,在45分钟的时间段内通过加料漏斗滴加150克(0.53摩尔)油酸6。让所得反应混合物逐渐变温至室温,之后将冰浴换成加热套,将该反应混合物回流4小时。回流后,让反应混合物冷却至室温并搅拌过夜。通过红外(IR)和核磁共振(NMR)光谱就酸羰基消失来监测反应过程。该反应通过以下进行后处理:用500mL二乙醚稀释,然后随着剧烈搅拌缓慢加入(逐滴)在0℃下的350mL的15wt%NaOH水溶液,接着加入50mL水。所得两层溶液,即白色固体沉淀和透明有机层,进行过滤以除去固体(即不期望的无机盐)。将有机层在无水MgSO4上干燥、过滤和在旋转蒸发器上浓缩从而得到作为无色油的单不饱和脂肪醇。该反应提供133克(93%)的所需油醇7。用NMR、IR和气相色谱/质谱(GC/MS)分析鉴定该产物。
实施例2
该实施例用来说明在合成示例性三酯类物质1的过程中,根据本发明的一些实施方案,合成十八烷-1,9,10-三醇9(示例性三醇)(步骤202a和203a)。根据以下程序制备三醇9。
在1L的3颈反应烧瓶内向过氧化氢(110克30wt%H2O2)和甲酸(250克88wt%HCO2H)的冰冷溶液中,在45分钟内逐滴加入130克油醇7(按上文实施例1中所述制得)。一旦完成加入,让该反应逐渐变温至室温,然后将其加热到40℃并持续3小时。随后让该反应在室温下搅拌过夜。将该反应在旋转蒸发器上汽提以除去过量的甲酸。用氢氧化钠的冰冷溶液(45克NaOH在100克水中)分多个小份处理三醇9和其甲酸盐的剩余混合物。缓慢且仔细地进行添加并且使温度保持在约40℃。一旦完成NaOH的加入,用500mL乙酸乙酯稀释该混合物并将其加热到45℃。使用分液漏斗将水层与有机层分离。用热的乙酸乙酯彻底萃取水层。将乙酸酯萃取物与最初的有机层合并,并且在旋转蒸发器进行浓缩从而以91%的收率(133克)得到作为白色固体物质的三醇9。NMR和GCMS分析显示该产物纯度>95%。不进行进一步的纯化。该产物直接取用到下一步骤(实施例4)。
实施例3
根据本发明的一些实施方案,该实施例用来说明可如何改变获得三醇的步骤顺序。
使用(在量、试剂方面)类似于实施例2中所述的工序,将油酸6衍生为相应的9,10-二羟基油酸(dihydrolyloleic acid),然后用氢化铝锂将其还原为相应的三醇衍生物9。
实施例4
该实施例用来说明由三醇例如9合成三酯1。下文所述的十八烷-1,9,10-三基三己酸酯1的合成是这些类型的三酯的代表性合成。
在250mL装配有顶部搅拌器、氮气鼓泡器和Dean-Stark分水器(trap)的3颈反应烧瓶中,在室温下将50克(0.16摩尔)按上文实施例2中所述制备的三醇9与87克(0.75摩尔)己酸12和0.9克85wt%H3PO4混合。随着使氮气从中鼓泡通过,将所得混合物搅拌并加热到160℃。在12小时之后,反应完成,将其冷却至室温。将该混合物用水彻底洗涤、在MgSO4上干燥和过滤。在100mm Hg的真空下蒸馏该混合物以除去过量的己酸。以73%收率(72克)获得所需三酯产物1。测定三酯类物质1具有如表1(图4)中所列出的润滑剂性能。
7.总结
总之,本发明提供了三酯基润滑剂组合物。本发明还提供了制备这些和其它类似润滑剂组合物的方法(工艺)。在一些实施方案中,所述制备这样的三酯基润滑剂的方法使用包含单不饱和脂肪酸的生物质前体,其中将这样的单不饱和脂肪酸还原为单不饱和脂肪醇进而合成用作/用于三酯基润滑剂组合物的三酯类物质。这种合成中的后续步骤可以使用衍生自生物质和/或费-托合成的羧酸和/或酰卤/酸酐。
通过引用将本文提及的所有专利和出版物并入本文中,并入程度为不与本文矛盾的程度。应理解的是,上述实施方案的某些上述结构、功能和操作对于实施本发明不是必须的,且包括在说明书中仅出于示例性的一个或多个实施方案的完整性。此外,应理解的是,上述提及的专利和出版物中所陈述的具体结构、功能和操作能与本发明结合使用,但它们对于本发明的实施不是必不可少的。因此,要理解的是,本发明可以以没有专门描述的其它方式来实施,而实际上不背离所附的权利要求中定义的本发明的精神和范围。
Claims (20)
2.权利要求1的润滑剂组合物,其中所述组合物在100℃的温度下的运动粘度为至少3mm2/s。
3.权利要求1的润滑剂组合物,所述组合物具有小于-20℃的倾点。
4.权利要求1的润滑剂组合物,其中选择R1以具有至少约6到至多约12的碳数。
5.权利要求1的润滑剂组合物,其中选择R3和R4以具有至少约2到至多约40的总碳数。
6.权利要求1的润滑剂组合物,其中选择R2以具有至少约1到至多约20的碳数。
7.权利要求1的润滑剂组合物,其中n为5-10的整数。
8.权利要求1的润滑剂组合物,其中所述组合物包含一定量的至少两种不同的三酯类物质。
9.权利要求1的润滑剂组合物,其中所述至少一种三酯类物质具有至少约400a.m.u.到至多约1100a.m.u.的分子量。
10.权利要求1的润滑剂组合物,其中所述至少一种三酯类物质选自十八烷-1,9,10-三基三己酸酯(1);十八烷-1,9,10-三基三庚酸酯;十八烷-1,9,10-三基三辛酸酯(2);十八烷-1,9,10-三基三壬酸酯;十八烷-1,9,10-三基三(癸酸酯)(3);十八烷-1,9,10-三基三(十二烷酸酯)(4);十八烷-1,9,10-三基三(十一烷酸酯);十八烷-1,9,10-三基三(十二烷酸酯);十八烷-1,9,10-三基十三烷酸酯;和十八烷-1,9,10-三基三(十四烷酸酯)(5);以及它们的混合物。
11.权利要求1的润滑剂组合物,该润滑剂组合物还包含选自I类油、II类油、III类油以及它们的组合的基础油。
12.权利要求1的润滑剂组合物,该润滑剂组合物还包含一种或多种二酯类物质。
13.一种包括以下步骤的方法:
(a)用金属氢化物还原具有10-22的碳数的单不饱和脂肪酸以生成不饱和脂肪醇;
(b)环氧化所述不饱和脂肪醇以生成包含环氧环的环氧醇类物质;
(c)打开所述环氧醇类物质的环以生成三醇;和
(d)用酯化物质酯化所述三醇以生成三酯类物质,其中所述酯化物质选自羧酸、酰卤、酸酐和它们的组合,并且其中所述酯化物质具有2-18的碳数。
14.权利要求13的方法,其中用酯化物质酯化所述三醇的步骤涉及选自酸催化剂和碱催化剂的催化剂。
15.权利要求13的方法,其中用酯化物质酯化所述三醇的步骤涉及将脂肪酸转化为选自酰氯、酰溴、酰碘和它们的组合的酰卤类物质。
16.权利要求13的方法,其中用酯化物质酯化所述三醇的步骤涉及将脂肪酸转化为酸酐类物质。
17.权利要求13的方法,该方法还包括将三酯类物质与选自三酯、二酯、单酯和它们的组合的一种或多种其它酯类物质调合的步骤。
18.权利要求13的方法,其中所述三酯类物质是完全生物衍生的。
19.权利要求13的方法,该方法还包括将三酯类物质与选自I类油、II类油、III类油和它们的组合的基础油调合的步骤。
20.权利要求13的方法,其中所述方法通过在步骤(a)和(d)之一或步骤(a)和(d)二者中使用包含一定范围的碳数的试剂产生三酯类物质的混合物。
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