[发明专利]用于催化三羟甲基丙烷与油酸酯化反应的聚合离子液体固体酸催化剂及制备方法

说明书

本发明属于合成润滑油制备技术领域，具体涉及一种用于催化三羟甲基丙烷与油酸酯化反应的聚合离子液体固体酸催化剂及制备方法。本发明通过二步法合成吡咯烷酮类酸性离子液体单体，再对该离子液体进行聚合制得一种固体酸催化剂，并将其用于催化三羟甲基丙烷与油酸反应制得三羟甲基丙烷三油酸酯，反应温度低，产品色泽好，酸性聚合离子液体催化剂催化活性高，反应结束后易于与产品分离，且可以重复利用。

技术领域

本发明属于合成润滑油制备技术领域，具体涉及一种用于催化三羟甲基丙烷与油酸酯化反应的聚合离子液体固体酸催化剂及制备方法。

背景技术

机械使人们的生活变得越来越美好，越来越简捷，已成为人们生活中不可或缺的一部分。然而，机械的运作不可避免的会存在摩擦而导致器械的损坏，同时在大气环境中钢铁会生锈从而导致资源的浪费。而润滑剂具有减少摩擦、减少机械磨损的作用，因此润滑剂具有极其广阔的发展空间。

润滑油一般由基础油和添加剂两部分共同组成。基础油是润滑油的主要成分，决定着润滑剂的基本性质，依据基础油的种类，可以把润滑油分为动植物油、矿物质油和合成油三大类。从环保和毒性等方面考虑，使用合成润滑剂更有利于环境。在所有合成润滑油基础中，多元醇酯应用的最多。

三羟甲基丙烷和油酸通过酯化反应合成三羟甲基丙烷三油酸酯中，催化剂有着很重要的作用，对三羟甲基丙烷三油酸酯的转化率、收率都有较大影响。目前，工业上的传统合成方法中采用浓硫酸作为催化剂(郭晓昕,周永红,张猛,等.三羟甲基丙烷类酯的合成及应用进展[J].广州化工,2010(1).)，由于它的强氧化性会导致磺化和碳化聚合等副反应发生，致使产品收率低、颜色深、反应工艺的后处理复杂、并且浓硫酸的强酸性还存在会导致生产设备的腐蚀严重、对环境污染严重以及反应温度较高(180～200℃)等很多缺点。张珍明(张珍明.高透明UV稀释剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的制备研究[J].化工时刊,2001(6).)等、李萍(李萍,夏代宽,张兴乾.三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的制备研究[J].化工时刊,2007(11).)等研究了在以对甲苯磺酸为催化剂的条件下，不需要脱色剂直接酯化反应得到了收率大于95％的高透明度的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，但是作为催化剂的对甲苯磺酸在反应结束后难以与产品分离，后处理工艺复杂，同时对甲苯磺酸对设备具有一定的腐蚀性且反应温度较高(180℃)。

梁金花(梁金花,徐玥,任晓乾,et al.酸性功能化双核离子液体制备及催化合成醋酸丁酯研究[J].高校化学工程学报(3):160-164.)等采用两步法制备了四种阳离子相同，阴离子不同的酸性双核咪唑离子液体：双-(3-甲基-1-咪唑)亚丁基二磷酸二氢盐、双-(3-甲基-1-咪唑)亚丁基二乙酸盐、双-(3-甲基-1-咪唑)亚丁基二草酸盐、双-(3-甲基-1-咪唑)亚丁基二硫酸氢盐，以乙酸与正丁醇为原料，离子液体作为催化剂催化合成乙酸正丁酯，其中双-(3-甲基-1-咪唑)亚丁基二硫酸氢盐离子液体作为催化剂，催化剂用量为1.6wt.％，90℃条件下反应4h，选择性接近99.9％，乙酸转化率可达82％，离子液体具有化学稳定性、热稳定性好和结构可调等优点，但在实际使用中也存在一些缺陷，主要在于离子液体几乎无蒸气压，导致反应结束后难以分离。

综上所述，选取一种高效、稳定且对环境友好的新型催化剂极为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种聚合离子液体固体酸催化剂的合成方法，以及用于合成润滑油的方法，以克服离子液体催化剂反应结束后不易与产品分离，造成产品酸值较大等缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的聚合离子液体固体酸催化剂的合成方法，其步骤为：

(1)1,3-丙磺酸内酯和吡咯烷酮以摩尔比为1:1～1:1.1进料，以无水甲醇为溶剂，在40～60℃条件下，反应4～6h，反应结束后，通过减压蒸馏除去甲醇，制得吡咯烷酮类离子液体中间体；反应式如下：

其中，R为乙烯基、烯丙基或1-丁烯基。