前  言

    20世紀(jì)30年代末，德國(guó)首先利用石蠟裂解所得的α-烯烴生產(chǎn)聚烯烴潤(rùn)滑油，50年代酯類(lèi)油已被用做航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)油，在之后的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，合成潤(rùn)滑油的發(fā)展比較緩慢。后來(lái)由于發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展和進(jìn)步，其操作條件對(duì)潤(rùn)滑油提出了更高的要求，以Mobil 1^#問(wèn)世為標(biāo)志，合成發(fā)動(dòng)機(jī)油獲得了相當(dāng)大的發(fā)展，至90年代末，合成轎車(chē)機(jī)油已占該種油品總量的2.2%，尤其在歐洲，合成轎車(chē)機(jī)油的比例已達(dá)8%；與此同時(shí)，114億L的工業(yè)潤(rùn)滑油需求中合成油也占了341ML（3%）。隨著更嚴(yán)格的OEM規(guī)格，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，延長(zhǎng)換油期等需求的增長(zhǎng)，合成潤(rùn)滑油正以4%～5%的年增長(zhǎng)率迅速增加。

    在全所需合成潤(rùn)滑油之基礎(chǔ)油中，聚α-烯烴（PAO）和酯類(lèi)油就占了約60%～70%。雖然越來(lái)越多的Ⅱ類(lèi)及Ⅲ類(lèi)礦物基礎(chǔ)油的生產(chǎn)和應(yīng)用在某些油品中部分取代了PAO，但由于PAO優(yōu)異的高、低溫性能及低揮發(fā)性等特點(diǎn)，可以說(shuō)PAO在許多油品中目前仍是無(wú)可取代的。

1   PAO

1.1 PAO的生產(chǎn)及結(jié)構(gòu)

    目前國(guó)外各公司的PAO基本上都是由乙烯齊聚生成的C⁼₁₀α-葵烯經(jīng)催化齊聚并經(jīng)加氫飽和生產(chǎn)的。由于其原料α-葵烯的純度高，催化劑活性及選擇性高，工藝條件控制嚴(yán)格，故PAO產(chǎn)品的性能遠(yuǎn)比用不同油含量的蠟經(jīng)裂解、分餾再聚合所得到的聚烯烴的質(zhì)量好得多。主要表現(xiàn)在其粘度指數(shù)、低溫性能及熱氧化安定性等方面有顯著不同。

    PAO可分為低粘度PAO（100℃粘度為2～10mm²/s）和高粘度PAO（100℃粘度為40～100mm²/s）兩大類(lèi)，由ExxonMobil Chemical公司、Chevron/Philiphs公司、BP/Amoco等少數(shù)公司生產(chǎn)。ExxonMobil Chemical公司是能生產(chǎn)低粘度和高粘度兩大類(lèi)PAO的公司。ExxonMobil Chemical公司還提出一種新型超高粘度的PAO SuperSyn^TM，其100℃粘度可達(dá)150～3000mm²/s，粘度指數(shù)高至220～388。與傳統(tǒng)的PAO相比，SuperSyn^TM具有更規(guī)整的結(jié)構(gòu)。2種PAO的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1（常規(guī)PAO，平均側(cè)鏈長(zhǎng)6～7個(gè)碳；SuperSyn^TM系列PAO，平均側(cè)鏈長(zhǎng)8個(gè)碳）（圖略）。

    PAO的規(guī)整結(jié)構(gòu)賦予了它許多有別于礦物油的卓越性質(zhì)。圖2是PAO與相同粘度的Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的對(duì)比圖（圖略）。

1.2 PAO的卓越性能

1.2.1 粘度指數(shù)高及優(yōu)異的低溫性能

    低粘度PAO與相同粘度Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的性質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 PAO與相同粘度Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油的性質(zhì)對(duì)比

    表1數(shù)據(jù)說(shuō)明，除粘度指數(shù)大于Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油外，PAO的突出特點(diǎn)是傾點(diǎn)低，低溫流動(dòng)性大大優(yōu)于Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油。在0W發(fā)動(dòng)機(jī)油、75W齒輪油、ATF、低溫液壓油及其它對(duì)低溫粘度要求高的油品中，PAO的地位是無(wú)可取代的。

    在高粘度油品領(lǐng)域中，目前尚無(wú)合適的Ⅱ及Ⅲ類(lèi)基礎(chǔ)油；而聚異丁烯（PIB），無(wú)論是粘度指數(shù)，還是傾點(diǎn)及閃點(diǎn)，都大大遜于PAO，見(jiàn)表2。

表2 高粘度PAO與PIB的對(duì)比

    新型的PAO及SuperSyn在粘度指數(shù)和傾點(diǎn)等方面的優(yōu)越性更加突出，見(jiàn)圖3及圖4（圖略）。

1.2.2 極好的熱氧化安定性

    眾所周知，PAO的穩(wěn)定性好，雖然其本身的氧化安定性并不特別高，但它對(duì)抗氧劑的感受性特別好，加入少量抗氧劑，特別是胺類(lèi)抗氧劑時(shí)，PAO表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗氧化安定性。表3為PAO與礦物油氧化安定性對(duì)比數(shù)據(jù)，表4為PAO與礦物油熱安定性對(duì)比數(shù)據(jù)。

表3 PAO與礦物油氧化安定性對(duì)比（2%抗氧劑）

注：試驗(yàn)條件：163℃，72h。

表4 PAO與礦物油熱安定性對(duì)比（成漆板試驗(yàn)^1））

注：1）試驗(yàn)條件：鋁板310℃，濺油6min，烘烤1.5min；

    2）評(píng)分：10=清潔。

1.2.3 低的揮發(fā)性

    PAO比相同粘度礦物油的揮發(fā)性低。蒸發(fā)度對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5（圖略）。

    除上述優(yōu)于礦物油的突出特性外，PAO還具有水解安定性好，配伍性好，潤(rùn)滑性較好等優(yōu)點(diǎn)。

2   酯類(lèi)油

    酯類(lèi)油是另一類(lèi)廣泛應(yīng)用的合成潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油，是由各種醇和酸反應(yīng)所生成的具有預(yù)定分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)酯，其粘度指數(shù)高，不含普通礦物油中所含有的不穩(wěn)定雜質(zhì)。其大的特點(diǎn)是酯分子中的多重酯鍵（-COOR）賦予了酯分子以極性，因而賦予酯類(lèi)油許多無(wú)可比擬的性能和應(yīng)用特點(diǎn)。

    多數(shù)酯類(lèi)油的粘度指數(shù)都很高，具有很好的低溫性能，可在極寬的溫度范圍內(nèi)使用。

2.1 好的熱氧化安定性

    由于一般在多元醇酯的醇基之β碳原子上沒(méi)有氫原子，因而多元醇酯比雙酯熱穩(wěn)定性更好，其氧化安定性也比雙酯高。酯類(lèi)油的氧化安定性主要受酯中酸化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，其安定性順序?yàn)椋洪L(zhǎng)鏈酸＜短鏈酸、輕度分支的酸＜直鏈酸、高度分支的酸。各種酯類(lèi)油的氧化安定性及其與礦物油的對(duì)比評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 各種酯類(lèi)油的氧化安定性及其與礦物油的對(duì)比

注：* 成漆板試驗(yàn)條件：275℃，22h，通空氣；目測(cè)評(píng)分：＞2為失敗，0.5～2.0通過(guò)，＜0.5為優(yōu)；樣品均含1%胺型抗氧劑。

2.2 的潤(rùn)滑性能

    酯的極性使其在金屬表面形成一個(gè)穩(wěn)定的膜，因而能在條件下提高油品的潤(rùn)滑性，見(jiàn)表6。PAO中加入酯類(lèi)油能顯著減少摩擦系數(shù)。

表6 PAO中加入酯類(lèi)油對(duì)HFRR試驗(yàn)結(jié)果的影響^*

注：* HFRR試驗(yàn)：高頻往復(fù)臺(tái)架試驗(yàn)。

2.3 對(duì)極性物質(zhì)的溶解性

    酯的極性有助于增加添加劑和油中初級(jí)氧化產(chǎn)物及油泥的溶解度，防止油泥的生成。

2.4 可生物降解性

    酯鍵為微生物攻擊酯分子提供了活化點(diǎn)，因而酯是可生物降解的，因而酯類(lèi)油可用于“對(duì)環(huán)境友好潤(rùn)滑油”的配方，不同酯類(lèi)油的可生物降解性見(jiàn)表7。

表7 不同酯類(lèi)油的可生物降解性

2.5 低的揮發(fā)性

    在相同粘度時(shí)酯的蒸汽壓低，閃點(diǎn)高，因而所生產(chǎn)成潤(rùn)滑劑的蒸發(fā)度低，酯的蒸汽壓隨其結(jié)構(gòu)不同而不同，見(jiàn)圖6（圖略）。

    用于合成潤(rùn)滑劑的酯類(lèi)油通常可分為5類(lèi)：?jiǎn)熙?、雙酯、芳香酯（二甲酸酯和偏三酸酯）、多元醇酯及復(fù)合酯。其中雙酯是由二元酸與各種醇生產(chǎn)的，雙酯曾被用做早期的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)油，目前多用于高性能潤(rùn)滑脂和發(fā)動(dòng)機(jī)油，亦可用于各種各樣的工業(yè)用油。芳香酯是由二甲酸及偏三酸與各種醇生產(chǎn)的，其特點(diǎn)是可作為低成本的高粘度調(diào)合組分使用。主要用于調(diào)制對(duì)粘度指數(shù)要求不高而要求必須清潔操作的空氣壓縮機(jī)油。多元醇酯是由多元醇，例如三羥甲基丙烷或，與各種各樣的單元酸反應(yīng)生成的。多元醇酯是高性能酯類(lèi)油，具有更好的熱氧化安定性，有可能使?jié)櫥瑒┑氖褂脺囟确秶鷶U(kuò)大50～100℃。此外，酯鍵被適當(dāng)屏蔽的多元醇酯的水解安定性比雙酯好得多。多元醇酯主要用于現(xiàn)代航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油。其它應(yīng)用包括：空氣壓縮機(jī)油、齒輪油、儀器用油、工業(yè)用油和發(fā)動(dòng)機(jī)油的調(diào)合組分，多元醇酯還越來(lái)越多地被用做環(huán)保型潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂，如二沖程油、可生物降解液壓油和冷凍機(jī)油等。復(fù)合多元醇酯是由單及二元酸與多元醇反應(yīng)生成的，其分子量高，且具有鉸鏈聚合結(jié)構(gòu)，是可生物降解的酯。

3   PAO和酯類(lèi)油的應(yīng)用及合成工業(yè)用油的特點(diǎn)

    由于PAO和酯類(lèi)油具有上述顯著的性能特點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用于對(duì)油品要求很高的現(xiàn)代汽車(chē)用油和工業(yè)用油，尤其那些礦物油不能滿(mǎn)足其性能要求的油品。

3.1 合成內(nèi)燃機(jī)油的特點(diǎn)和應(yīng)用

    合成半合成內(nèi)燃機(jī)油所用的主要基礎(chǔ)油是PAO，為了強(qiáng)化其性能，增加添加劑及油泥的溶解度，有時(shí)也加入一些酯類(lèi)油。主要是0W/XX和5W/XX油。合成內(nèi)燃機(jī)油的特點(diǎn)是：低溫性能很好，可在嚴(yán)寒區(qū)應(yīng)用；高溫性能很好，可滿(mǎn)足現(xiàn)代車(chē)輛要求；粘溫性能好，可少用粘度指數(shù)改進(jìn)劑，以減少亮紅燈機(jī)會(huì)；啟動(dòng)性好，減少啟動(dòng)磨損；潤(rùn)滑性好，減少摩擦磨損，并延長(zhǎng)車(chē)輛使用壽命；蒸發(fā)損失小，減少油耗，利于環(huán)保等。

3.2 合成車(chē)輛齒輪油的特點(diǎn)和應(yīng)用

    合成車(chē)輛齒輪油多為低粘度和大跨度的油品，例如75W/90、75W/80、80W/140甚至75W/140等。主要成分是PAO，有時(shí)也加入一些酯類(lèi)油。合成齒輪油的優(yōu)勢(shì)在于：低溫性能好，節(jié)能，溫升小；可減少齒輪的磨損，延長(zhǎng)齒輪壽命；可延長(zhǎng)換油期，減少潤(rùn)滑油的油耗；同時(shí)由于PAO的粘度指數(shù)高，可大大減少增粘劑的用量，增加了油品的剪切安定性，易于滿(mǎn)足98版SAE J 306齒輪油粘度分類(lèi)對(duì)剪切安定性的要求。

3.3 合成工業(yè)用油的特點(diǎn)和應(yīng)用

    合成工業(yè)用油近年來(lái)發(fā)展很快，主要是由于設(shè)備性能的提高，礦物油已不能滿(mǎn)足設(shè)備性能的要求。同時(shí)合成油還能滿(mǎn)足設(shè)備的效率，降低操作成本，延長(zhǎng)換油期，降低潤(rùn)滑油油耗和環(huán)保等各方面的要求。

3.4 合成空氣壓縮機(jī)油的特點(diǎn)和應(yīng)用

    合成空氣壓縮機(jī)油又可分為以酯類(lèi)油為主和以PAO為主的兩類(lèi)，均可用于旋轉(zhuǎn)式和往復(fù)式空氣壓縮機(jī)。其共同特點(diǎn)是：低溫流動(dòng)性和高溫穩(wěn)定性都很好；揮發(fā)度低，閃點(diǎn)高，使用安全，減少或消除沉積物的形成。因而換油期長(zhǎng)，滑片式可從500h提高到4000h，螺桿式/往復(fù)式可從1000h提高到8000h；能耗小，美國(guó)一統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，21臺(tái)往復(fù)式空氣壓縮機(jī)平均降低能耗7.4%；11臺(tái)螺桿式空氣壓縮機(jī)平均降低能耗8.3%；承載能力高，可為同粘度礦物油的2倍；降低油耗至少30%；并能減少維修，增加運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，提高開(kāi)工率等。另外，酯基壓縮機(jī)油具有可生物降解性，而PAO基壓縮機(jī)油的耐水解安定性好。

3.5 合成工業(yè)齒輪油的特點(diǎn)和應(yīng)用

    主要用于礦物油性能滿(mǎn)足不了要求的場(chǎng)合，例如：負(fù)荷極高，非正常操作環(huán)境，要求高、低溫操作的場(chǎng)合。其使用特點(diǎn)是：提高熱功率極限，礦物油只可用至≤93℃，合成油可用于130℃；降低能耗，提高效率，例如，某VG 220合成齒輪油，其操作溫升比礦物油低8℃，能耗低5.3%；低溫啟動(dòng)性好，大大減少磨損；改善齒輪潤(rùn)滑狀態(tài)，尤其是高溫下抗磨損性能，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；延長(zhǎng)換油期，使用壽命數(shù)倍于礦物油等。

3.6 合成液壓油的特點(diǎn)和應(yīng)用

    合成液壓油適用于苛刻條件下，尤其是高溫高氧化，長(zhǎng)時(shí)間工作的齒輪泵、活塞泵或葉片泵，例如：煉鋼廠、熱軋廠、煤礦、熱處理等場(chǎng)合使用的高溫高壓液壓油，使用溫度一般在-20～150℃；還適用于需要低溫啟動(dòng)性能好的寒區(qū)/高寒區(qū)用油。其使用溫度范圍寬；剪切安定性好；沉積物少，油耗小，換油期長(zhǎng)；分水性、抗泡性、空氣釋放性及抗乳化性均十分良好。

3.7 合成抗燃液壓油及可生物降解液壓油的特點(diǎn)和應(yīng)用

    某些多元醇酯由于其揮發(fā)性小，閃點(diǎn)高，潤(rùn)滑性好，故可用做抗燃液壓油，許多酯類(lèi)油還可用做可生物降解液壓油的基礎(chǔ)油。

3.8 合成高溫鏈條油的特點(diǎn)和應(yīng)用

    合成高溫鏈條油適用于高溫下的傳動(dòng)裝置，例如紡織、汽車(chē)制造、陶瓷、玻璃、塑料成膜、玻璃纖維及食品加工等工業(yè)，使用溫度高達(dá)260℃。例如，某紡織印染廠的熱定型機(jī)傳動(dòng)鏈條，操作溫度大于215℃，使用合成油后，結(jié)焦少，能耗降低30%～80%，開(kāi)工周期從3個(gè)月延長(zhǎng)到9個(gè)月，大大縮短了停工檢修時(shí)間和檢修工作量（從15天、20個(gè)勞動(dòng)力減少到6天、15個(gè)勞動(dòng)力），并延長(zhǎng)了摩擦件的使用壽命。

3.9 合成氣輪機(jī)油的特點(diǎn)和應(yīng)用

    合成氣輪機(jī)油主要用于航空燃?xì)廨啓C(jī)，也可用于民用燃?xì)廨啓C(jī)及蒸汽輪機(jī)，合成燃?xì)廨啓C(jī)油的特點(diǎn)是優(yōu)異的防銹性和極好的低溫流動(dòng)性及高溫抗氧性。合成蒸汽輪機(jī)油的特點(diǎn)是，優(yōu)異的抗氧化安定性和化學(xué)安定性，破乳化性及好的防銹性等。

3.10 合成潤(rùn)滑酯的特點(diǎn)和應(yīng)用

    PAO和酯類(lèi)油均可用于合成潤(rùn)滑脂，主要是在苛刻的使用條件下保護(hù)機(jī)器部件，尤其適用于低溫及高溫潤(rùn)滑脂，使用溫度范圍一般在-37～200℃；合成潤(rùn)滑酯的熱氧化安定性好，可用于食品加工機(jī)械，酯類(lèi)油基的潤(rùn)滑酯還有生物降解性。

4   小結(jié)

    為滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)及車(chē)用潤(rùn)滑劑苛刻的性能要求。以PAO和酯類(lèi)油為主體的合成潤(rùn)滑油得到了很大的發(fā)展。PAO與酯類(lèi)油可單獨(dú)使用，也可相互復(fù)合。由于PAO和酯類(lèi)油的粘度范圍寬，各種性能優(yōu)越，使其靈活性很大，可調(diào)配出不同粘度級(jí)別和不同質(zhì)量水平的油品。由于其優(yōu)良的性能使以合成油為基礎(chǔ)油的油品具備換油期長(zhǎng)、設(shè)備使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

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