合成润滑油基础知识讲座之二.pdf

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1、钾 脊 v 刁 润滑油 、一 小 譬 阁 ，字 音 点，第 1 4卷 第 6期 文章编 号：1 0 0 2 3 1 1 9 l 1 9 9 9)0 6 0 0 5 9 0 6 合成润滑油基础知识讲座之二。匿笾盎(中国打化 油化工科学研究院 北京 1 0 0 0 8 3)中囝分 类号：T E 6 2 6 3 文 献标识码：A 2 各类合成润滑油的品种及性能特点 2 1 鸶类合成油 2 1 1 酯 类 合成 油 的品 种 酯类合成油是由有机酸与醇在催化剂作用下 酯化脱水而获得的。根据 反应产物 的酯基 含量。用 于合成润滑油的酯 类油 分为：双酯、多元醇酯和 复 酯。双酯是二元酸与 元醇或一 元醇

2、与 一 元酸经催 化酯化、脱除催化剂、后处理和蒸馏获得的产 品。其 通 式 为：R )_ 一C 一 R C 0r R O O R(：(卜R o一(I _ R I o O 常用的=元 酸有癸I 二 酸、壬 二酸、己二酸、邻苯 甲酸、t|二烷二酸、二聚油酸等。常用的 一 元醇有 2 一 乙基 己醇、C I 羰基合成醇。二元醇有新戊基 二元醇和低聚合度的聚乙二醇。一 元酸为直链和带 短支链的饱和脂肪酸。多元醇酯是 由多元醇和直链或 带短支链 的饱和 脂肪酸 反应的产物。常用的多 元醇为三羟 甲基丙烷 和季戊四醇。酯的通式为：R e(C H2 oC R)4 I o 式中，当 n=0时为四元醇酯 n=1

3、为三元醇酯 复酯是 由一：元酸 和二元醇酯 化成长链分子，其 端基再 由一 元醇或一 元酸 酯化 而得 的高粘 度基础 油。其 通 式 为：以酸 为中心的复酯：一 元醇一二元酸 二元醇 一 元酸 一 元醇 以醇为巾心的复酯：一 元酸一二元醇【二元酸 弧 了 一：元醇 一 元酸 式中，n为 自然数。复酯的平均分子量 一般为 8 0 0 1 50 0。2 1 2 酯 类合 成油 的性 能特 点(1)酯类油与矿物油相 比较，具 有较 宽的液体 范 围 较高的粘度指数，优 良的 粘温性 能与低温性能。酯类油的物理化学性质与其结构组成有密切关系，其粘度与粘度 指数主要取决于分子形态。酯类油的 链长增 加

4、 粘度和粘度指数增大 倾点升 高；加入侧 链，牯度增高，倾点下降，粘度指数变坏；侧链的位置 离酯基越远 对粘度指数和粘 度影响越 小。双酯的 粘度较小，但粘度 指数较高 一般都超 过 1 2 0 高的 可达 1 8 0。双酯的倾 点一般都低于 一6 O 。而闪点 则通常超过 2 0 0 12，这 是同粘度 矿物油 不可能达到 的。多元醇酯的粘度较双酯大，粘度指数低于双酯 但高于同粘度的矿物油 倾点也远 低于 矿物油。复 酯的粘度高，但倾点低 粘度指数 高，一般 用作调合 组分 提高油 品的粘度。表 2-1列 出了常用的双酯 和多元醇酯 的主要物理性 能 表 2 2列 出了聚乙二 醇复酯的主要物

5、理性能。(2)酯类油的热安定性好。矿物油的热分解温度 般 在 2 6 0 3 4 0之间，双醇的热分解温度为 2 8 3 比同粘度的矿物油要高 出许多。多元醇酯的热 分解温度都在 3 l O以上。酯类油 的热安定性与酯 的结构有很大关系 酯的结构不同，在高温下热分解 收稿 日期：1 9 9 9 0 30 3 怍青简开：唐俊杰(1 9 3 7 一)，男 教授缎高工。1 9 6 1 年毕业于前苏 联门接列夫化工大学燃料系石油化学台戚专业，现在石油化工科 学研究院 长期从事工业谰滑油、台戚润滑油产品及有机精细化学 品的开发、研制及应用 科研成罘曾多谯荣中国=f i 化总公司科技 进班奖 享受政府 苄

6、 殊津I 占 公开发表论文2 0 亲篇。维普资讯 http:/ 6 0 润滑油 1 9 9 9年第 1 4卷 的机理不同。双酯在高温下 其羰 基氧 与醇侧 0碳 原子氢结合成六元环 受高温作用 0-C-H发生分解 反应，生成易腐蚀金属的羧酸和烯 烃。由烷基取代 醇基 中 B碳原子上的氢后，成为阻化酯，例如新戊基 多元醇酯，其热分解温度不 再经过 环状 分子 内转移 状态 而是按 自由基机理进行分解 这需要更大的活 化能。因而新戊基多元醇酯一类阻化酯的热安定性 要 比双酯通常要高 5 0左右。如果酸分子结构 中 碳原子 上的氢也被烷 基取代，这 种结构 的酯 称为 全阻化酯：0 R l l l

7、R e_ C H 2 一c n _ R l l R R 垒阻化酯 具有更好 的热安定性 和水解安定性。但 由于在结构上全阻化酯的酯基邻近的两侧均连着 两个烷基，位阻增大，制备时收率低，不易完全酯化。同时 由于酯分子挠性变 小，使酯的粘度指数和 低温 性能变坏。图 2 1画出了各种酯在 2 6 0下的热分 解 曲线。5 0 4 0 3 O 鞋 隶2 0 J 0 O 圈 2-1 各种醢在 2 6 0下的热分鼻曲线 l 一2 丁基 2 乙基 1 3丙二醇双正壬酸确；2-2 2，4三甲基 1 3戊二 醇双正壬酸确；3 一双异辛基丙烷三异辛酸确；4 一三强甲基丙烷三异 辛酸醇；5 一三强 甲基丙 烷三混

8、合辛酸醇；6 一三羟甲基丙 烷三正壬酸 确；7 一季戊四醇四正壬酸确(3)加入添加剂后有较好的氧化安定性。酯类油 的氧化机理普遍认 为与烃类相 同。在光、热和金属 催化剂的作用下，少数被活化的酯首先与氧作用，生 成过氧化物或过氧化 自由基 从而发生连锁反应，使 酯类油氧化变质。不加抗氧化添加剂的矿物油的使 维普资讯 http:/ 第 6期 唐俊 杰 合成 润滑油 基础 知识讲座之二 6 1 用温度不超过 1 0 0，加 入抗氧剂后也 只能在 1 2 0 以下长期使用。酯类合成润滑油在未加抗氧剂的 情况下，也不能长期在 1 0 0 以 上使用。但酯类油 具有较好的添加剂感受性。双酯在加入适当的添

9、加 剂后，便可在 1 7 5下 长期工作。多元 酯的使用 温 度 比双酯高 加入适当的添加剂后，可长期在 2 0 0 下工作，短期可达 2 3 0。全阻化酯在加入高效 的 抗氧剂后，甚 至可长期 在 2 3 0下工 作。表 2 3列 出 _酯类油在未加和加入抗氧荆后的抗氧化性能对 比。试验条件为：1 0 0mI 油在 2 6 0下 以 5I h流 速通入空气，经 2 0 h试验后测定试验后油 中不同分 子量酯 的比例。从表 2-3可以看 出：未加抗 氧剂的 双酯和多元醇酯在该 氧化条 件下只有 5 5 6 6 的酯未被氧化 而加入适 当的添加剂后 在相同氧化 条件下，能保持 7 2 7 8 的

10、酯不被破坏。表 2-3 薯 类油的抗曩 化性 能 4)水解安定性差和对密封材料、涂 料不相容是 酯类油的主要缺 点。与矿物油相 比 酯类 油的吸湿 性要大得多。矿物润滑油的饱和吸水量 在 0 0 0 5 -0 叭 之间 而二(2 乙基 己基)癸二酸酯 的吸水 量为 O 1 9 季戊四醇(c _；酸)酯 0 4 5 二 乙 二醇醚酯的饱 和吸水量可达 1。酯类油的水解安定性也 比矿物润滑 由差，在酸、碱、酶及温度的作用下，酯类 油 比较 容易发生水解。酶基水解后生成酸，腐蚀金属。酯类油的吸湿性强 和水解安定性差会影响它的使用性能和储存安定性 能 酯类油的另一个不足之处是对某些橡胶 会发生 较大的

11、膨胀。酯类油 中的酯基属活性基团，故 其对 胶料的影响要比烃类矿物油大。酯类 油的这种性能 要求选用橡胶密封件时要与之相适应。由于酯类油 对橡胶有膨胀作用 因此也用作橡胶膨胀剂，用来改 善聚 烯烃油对橡胶的收缩作用。2、2 合成烃润滑油 2 2 1 合 成烃 润 滑 油 的品种 合成烃润滑油是 由化学合成方法制备 的烃类润 滑油。由于它是 由碳与 氢两种元素组成 与矿物润 滑油相同，因此 具 有许多 与矿物 润滑油 相同的性 能。合成烃润滑油包括聚 a 一 烯烃油、聚丁烯、烷基苯 和合成环烷烃 4类，其全世 界用量约占全世 界合成 润滑 油年产量的三分 之 一，是 合成润滑油 品种 的一 大类

12、产品。聚 烯烃油是由 一 烯烃(主 要是 G-C t 0)在催 化剂作用下聚合，经脱催化剂后处理、蒸馏、加氢而 获得的一类 具有 比较规 则的 长链烷烃。其结 构式 为：c 一c H 一【C H 2 一c H】一 2-C H 2-C H 2 R。R 式中，n为 3 5；R为 c He +1(m 为 6 1 2)聚丁烯是 异丁烯为主和少量正丁烯共聚而成 的液体。其结构几乎都 是长链 并有 一 个双键 的单 烯烃。它的分子结构 为：维普资讯 http:/ 润滑蚀(C )3 C 一 C H2 一C(cH 3)2 ,-C H2(：c I(：H 式中：n=3 7 0。聚丁烯是 以混合丁烯 为原料，由异

13、丁烯与正丁 烯共聚所得分子量较低的液体产品，主要作 为合成 润滑油 使用。聚 异丁烯 是 高纯 度的 异丁烯 勾原 料，结构 是异丁烯的均聚物，分子 般比聚丁烯 高，呈半固体状，主要用做稠化剂。烷基苯与聚 a 烯烃及聚丁烯不同之处是结构中 含有芳环。根据烷链 的多少，烷基 苯可分 为单烷 基 苯、二烷基苯和多烷基苯。作为合成润精油的组分 主要是二烷基苯和三烷基苯。烷链为直链的称为直 链烷基苯，烷链为支链的称支链烷基苯。目前，在制 备洗涤剂 用 直链 烷基 苯时，大 约可 得 到约 占总 量 1 0 的重烷基苯 实际上它是烷基苯到 多烷基 苯的 混合物。由于它具有较低的倾点，很 高的粘 度指数

14、和优 良的热安定性，被 作为四季通用油 而广泛用于 9 9 9年第 1 4卷 寒冷地区 烷基苯的分子通式为：L L V、n R 式中：n为 2 3，R可为直链或支链烷烃。2 2 2合成烃润滑油的性能特点 聚 一 烯烃 油是 合成烃 润滑油 中用 最 大 的品 种，也是合成油中性能 比较垒面忧 良的油 品 它 酯类油 一样是近几年来需求量增长最快的品种。本 节主要介绍聚 a 一 烯烃油 的性能特点(1)聚 a 一 烯烃油具有优 良的物理性能。壤 n烯烃 油与同粘度矿物油相 比、具有液体范蔺宽、粘温性能 好、倾点 低、粘度指数 高、蒸发损失小的优 点。数据 表明：各种碳数 a+烯烃的三聚体和四聚体

15、 都具有较 高的粘度指数、较 低的倾 点和低温粘 度，尤其是 c R C n 一 烯烃 的三 聚体郓 四聚体最适宜制备 性能优 良的润滑油。表 2-4列出了各种纯 烯烃 三聚体 和 四聚体 的粘度、粘度指数 和倾点。表 2-5列 出 r国 际市场聚 a 烯烃油 产品的主要物理性 能，并 与同粘 度矿物油进行对 比的结果。表 2-4 各种 纯 烯烃 三聚体和四聚体 的物理 性能 粘度 ram s l 0 O 4 0 一1 8 一 ”叫 叫 袖 一 卵 瑚 一“一 瑚 一 5 3 一 一 一 一 维普资讯 http:/ S 第 6期 唐俊 杰 合成润 滑油 基础知 识讲 之二 绩 表 2-$从表

16、2-5可 明显看 出：聚 烯烃油与 同粘度矿 物油相 比粘度指数高、倾点低、蒸发损失小。聚 烯 烃 油的这 种优 良性能是 由它们的组成决定的。如果 用色谱对聚 a 烯烃油进行分析，可以看到，P AO 4绝 大部 分是 癸 烯 1的三 聚体，仅 含 少量 的 四聚 体。P A O 6中主要是 癸烯 1的三聚体、四聚体、五 聚体 组成。而相同粘度矿物油 的色谱分析则是一个很宽 的馏分，分子量分布 很宽，这样，低 分子量烃类会增 大高温蒸发性，降低闪点和燃 点。而高分子量烃类 又会增加低温粘度 高分子量直链烷烃使倾点升高。(2)聚 烯烃 油的热安 定性与双酯类油相 当，优 于矿物润滑油。用 P A

17、O 4油在 1 3 5、金属 催化剂 作用下加热 1 6 8 h，其粘度增加仅 1 5，同粘度矿物 油则增加 3 0 由于聚 a 一 烯烃 油 主要 由异构烷 烃 组成，加氢后基本上不含芳烃和胶质，在高温下不易 生成积炭。聚 烯烃 油的热安定性 的顺序是二聚体 优于三聚体 而三聚体 又优于 四聚体。这 是因为最 不稳定的是分子中与叔碳原子相连 的部分，也就是 分子碳链中的支 链。高齐 聚体 中含有较多 的支链，因此较易热降解。聚 a 烯烃油与双酯或多元醇酯的 混合油具有很好的热安定性，这种混台油在许多高 档润滑油 中广泛 使用。(3)聚 a 烯 烃油对添加剂的感受性 好，与矿物油 相比，具有更

18、好的 氧化安 定性。聚 a 一 烯烃油是 由 n 一 烯烃齐聚经加氢饱和分子中剩余双键的纯度很高的 油品。不加添加剂 的聚 烯 烃油的高温氧化安定性 并不好。相反，矿 物润滑油中含有硫氮杂质，是天然 的抗氧剂，在某种程度 上有 一定的抗氧化 效果。聚 烯烃油对抗 氧化 添加剂 的感受性 特别好。例如，P A O 6油 在 1 7 5 下 氧化 1 8 h酸值 就达 到 2 0 mg KO H g，加 入 0 5 丁 基 二硫代 氨 基 甲酸 锌 后，在相同条件下，达到同一酸值的时间就需 1 0 4 h。图 2-2是聚 烯烃油与矿物润滑 油加入相同添加剂 后旋转氧弹的对比试验结果。0 0 4 f

19、 m-6 r n r a s I 2 5 0 S N-_ 圉 2 聚 比试验结果【4)聚 烯烃油无毒、对皮肤 的浸润性 好。聚 烯烃油的纯度高。尤其是由乙烯齐聚的 口 一 烯烃聚台 油，油中不含芳烃，因此无毒、对皮肤无刺激。对大 老 鼠口服急性 中毒 的半数致死量 I D 5 0大于 1 5 g k g。用聚 a 一 烯烃油制备的白油可以符合食 品级 白油 的规格要求。聚 烯烃 油对 皮肤及 毛发 的浸润 性 好，可用于化妆品、润肤液和护发素。(5)聚 烯烃油的缺点是会使某些橡胶轻微收缩 和变硬。一般在用聚 a 烯烃油作为润滑油时要加入 部分酯类油，以改善对橡胶的膨胀性能。(6)聚丁烯具有电气

20、性好和加热分解不留残余物 的特点。聚丁烯 由于不 含蜡状物质而具有较好的电 气特性。在 8 0下，聚 丁烯 的介 电损 失 角正切为 1 0，容积 电阻 系数 为 51 0”，介 电率 在 2 1 1 2 1 9 之 间，绝缘 击穿电压约为 5 0 k v。聚丁烯的 另 一个特点是在不太高的温度下 会全部热分解而不留 残余物。分子量 为 3 3 0的聚丁烯油大约在 1 0 0左 右开始热分解，至 2 0 0 t 可分解 7 0，军 3 0 0左 维普资讯 http:/ 润滑油 1 9 9 9年第 1 4卷 右全部分解。这种特性晟适 合用做淬火油、高 压压 缩机油和=冲程发动机油。(7)烷基苯合

21、成油具有优 良的低温性能，蒸发 损 失小，油中不含硫、氮等杂质 氧化后沉淀少 电气性 能好，与矿物油 能任意 比例混合。烷 基苯合成 油的 性质取决于分子中的侧 链数、烷 基中的碳原子数 和 其结构。带 直链的烷 基苯 比带 支链 的烷 基 苯倾 低、粘度指数高、热安定性好。表 2-6列出 r带 c 1 6 线型烷基的一、二、三烷基 苯的粘度 和凝点。可 以看 出：带 c 1，链 的二烷 基苯 的粘 度与 凝点最 适宜 用于调制各种低温润滑油。烷基苯的缺点是对某些 橡胶 有溶涨作用。表 2 6 线型烷基苯 的粘 鹰和鼍 点 一茎 姓名：邮编：单位：地址：口(中国化工市场快讯)职务 网址(未完待

22、续)I 叵 口 重 l 厘 五 面 国 蜀 暖 丽是 一 车 全 面 报 道 化 工 品市场 动志的市场辱息 周刊 每 期有 上千 种化 工产 品的 供求 患 4 0 0 0多条，蕴 藏大量商机 是采 购化工产品的 得力助手。_ 匝 l 卫 l 蠢 五 硼是 一 奉 全 面 报 道 具 有 广 阔 市 前 景的科技成 果的科技唇息类 月刊 每 期有 数百 条最新 买用 工 科技信息与 化工机 械产品信 息 是寻 找实 用化 工技术 与果 化工 机械的必 备读物。鼓)，毒人可免量蔽得 1本(在方框 里划、)口 化工科技市场)电话：传真：E ma i l 本地址内雇员人数：其中 D 1 口无机化工

23、原料 D 3 口化肥、农药 农 用化学品)5 口涂料及相关产 品)7 口 医药化学品 D 9 口腔牯剂 I l 口 食品和饲料舔 加荆 I 3 口工业水处理 环保 I 5 口化工机槭制造 0 2 口有机化工原料 0 4 口高分子聚台物及制品 0 6 口染料 纺织化学品 0 8 口洗涤剂、化妆品 日用化学 品 l 0 口化学试剂 1 2 口倦化荆及化学 助荆 I 4 口工程、设计、建 设 I 6 口其它 2 0 口管理 2 I 口设备管理及维修(口总经理口部 门经理)2 3 口技术、研究开发 2 2 口工程、设计 2 4 口安全、环保 2 5 口营销 2 6 口采鞠 2 7 口信息服务、咨询 2 8 口其它 一_-_啊田_一。_ 一 】2 _ _ 田曩I 硼_ _ 通讯地址：北豪 2 8 o 9 信箱中自化工经济信息网 邮编：1 0 O 0 4 4 电话：0 1 0一 2 2 7 7 1 3 7 3 4传真：0 1 06 2 2 7 7 1 3 6 联 象人：周赛平 维普资讯 http:/