PAO和酯类油在合成润滑剂中的应用.docx

pao 和酯类油在合成润滑剂中的应用崔敬佶1 ,李延秋2(1 . 北京创新思维科技发展有限公司 ,北京 100004 ;2 . 中国石油大连石化分公司 ,辽宁 大连 116032)摘要 : pao 和酯类油是应用最广泛的合成基础油料 。由于其具有粘度指数高 、低温性能优异 、热氧化安定性好 、挥发性低等特点 ,因而由其配制的合成润滑油高 、低温性能和粘温性能好 ,磨损小 ,能更好的节能和环保 ,并延长 设备使用寿命 ,特别适用于高档车辆及在苛刻条件下使用的设备 。关键词 :pao ; 酯类油 ; 合成润滑油 ; 基础油 ; 发动机油 ; 工业润滑油中图分类号 : t e666文献标识码 :amm2 / s) 和高粘度 pao (100 粘度为 40100 mm2 /s) 两大类 , 由 exxo nmo bil chemical 公 司 、chevro n/ philip hs 公司 、b p/ amoco 等少数公司生产 。exxo n2mo bil chemical 公司是唯一能生产低粘度和高粘度两大类 pao 的公司 。exxo nmo bil chemical 公司还 提出 一 种 新 型 超 高 粘 度 的 pao super syn tm , 其100 粘 度 可 达 150 3000 mm2 / s , 粘 度 指 数 高 至220388 。与传统的 pao 相比 ,super syn tm 具有更 规整的结构 。2 种 pao 的结构见图 1 。前言20 世纪 30 年代末 , 德国首先利用石蜡裂解所得的- 烯烃生产聚烯烃润滑油 ,50 年代酯类油已 被用做航空涡轮发动机油 ,在之后的相当长一段时 间内 ,合成润滑油的发展比较缓慢 。后来由于发动 机的发展和进步 ,其操作条件对润滑油提出了更高的要求 , 以 mo bil 1 # 问世为标志 , 合成发动机油获得了相当大的发展 ,至 90 年代末 ,合成轿车机油已 占该种油品总量的 2 . 2 % ,尤其在欧洲 ,合成轿车机 油的比例已达 8 % ;与此同时 ,114 亿 l 的工业润滑 油需求中合成油也占 了 341 ml ( 3 %) 。随 着 更 严 格的 o em 规格 ,延长设备寿命 ,延长换油期等需求 的增长 ,合成润滑油正以 4 %5 %的年增长率迅速 增加 。在全世界所需合成润滑油之基础油中 , 聚 - 烯烃 ( pao) 和 酯类油就占了约 60 %70 % 。虽然 越来越多的 类及 类矿物基础油的生产和应用在 某些油品中部分取代了 pao , 但由于 pao 优异的高 、低温性能及低挥发性等特点 ,可以说 pao 在许 多油品中目前仍是无可取代的 。1 pao1 . 1 pao 的生产及结构目前国外各公司的 pao 基本上都是由乙烯齐图 1 pao 的结构pao 的规整结构赋予了它许多有别于矿物油的卓越性质 。图 2 是 pao 与相同粘度的 类基础 油的对比图 。1 . 2pao 的卓越性能1 . 2 . 1粘度指数高及优异的低温性能低粘度 pao 与相同粘度 类基础油的性质对 比见表 1 。聚生成的 c = - 葵烯经催化齐聚并经加氢饱和生10收稿日期 :2003 - 05 - 26 。作者简介 :崔敬佶 ( 1939 - ) ,男 ,1964 年毕业于北京大学化学系 , 长期在石油化工科学研究院从事润滑油添加剂的研究开发工作 , 曾获中国石油化工总公司科技进步二等奖 ,现被聘为北京创新思 维科技发展有限公司 ( 埃克森美孚化学公司中国总代理) 的技术顾 问 。产的 。由于其原料 - 葵烯的纯度高 , 催化剂活性及选择性高 ,工艺条件控制严格 ,故 pao 产品的性 能远比用不同油含量的蜡经裂解 、分馏再聚合所得 到的聚烯烃的质量好 得 多 。主 要 表 现 在 其 粘 度 指 数 、低温性能及热氧化安定性等方面有显著不同 。pao 可分为低粘度 pao ( 100 粘度为 2 108润 滑油2004 年第 19 卷是倾点及闪点 ,都大大逊于 pao ,见表 2 。表 1 pao 与相同粘度 类基础油的性质对比4mm2/ s6 mm2/ s8 mm2/ s项目pao 类油pao 类油pao 类油100 粘度/ mm2s - 1粘度指数 倾点/ 动力粘度/ mpas- 30 - 40 4 . 61131 1411001240170- 31283112355098- 13 19050114087- 23 150表 1 数据说明 ,除粘度指数大于 类基础油外 ,pao 的突出特点是倾点低 ,低温流动性大大优于 类基础油 。在 0 w 发动机油 、75 w 齿轮油 、a tf 、低 温液压油及其它对低温粘度要求高的油品中 , pao 的地位是无可取代的 。在高粘度油品领域中 ,目前尚无合适的 及 类基础油 ;而聚异丁烯 ( p ib) ,无论是粘度指数 ,还新型的 pao 及 super syn 在粘度指数和倾点等方面的优越性更加突出 ,见图 3 及图 4 。图 3 pao 及 supersyn 的粘度指数与典型矿物油及 pib 的对比图 4 pao 及 supersyn 的倾点与典型矿物油及 pib 的对比 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 1 期崔敬佶等 . pao 和酯类油在合成润滑剂中的应用91 . 2 . 2极好的热氧化安定性众所周知 , pao 的稳定性好 , 虽然其本身的氧 化安定性并不特别高 ,但它对抗氧剂的感受性特别 好 ,加入少量抗氧剂 ,特别是胺类抗氧剂时 , pao 表 现出了优异的抗氧化安定性 。表 3 为 pao 与矿物油氧化安定性对比数据 ,表 4 为 pao 与矿物油热安 定性对比数据 。酯类油是另一类广泛应用的合成润滑油的基础油 ,是由各种醇和酸反应所生成的具有预定分子结 构的有机酯 ,其粘度指数高 ,不含普通矿物油中所含 有的不稳定杂质 。其最大的特点是酯分子中的多重 酯键 ( - coo r) 赋予了酯分子以极性 , 因而赋予酯类油许多无可比拟的性能和应用特点 。 多数酯类油的粘度指数都很高 ,具有很好的低温性能 ,可在极宽的温度范围内使用 。2 . 1 好的热氧化安定性由于一般在多元醇酯的醇基之碳原子上没有 氢原子 ,因而多元醇酯比双酯热稳定性更好 ,其氧化 安定性也比双酯高 。酯类油的氧化安定性主要受酯 中酸化学结构的影响 , 其 安 定 性 顺 序 为 : 长 链 酸 短链酸 、轻 度 分 支 的 酸 2 为失败 ,0 . 52 . 0 通过 , 0 . 5 为优 ;样品均含 1 %胺型抗氧剂 。1 . 2 . 3低的挥发性pao 比相同粘度矿物油的挥发性低 。蒸发度 对比数据见图 5 。2 . 2极佳的润滑性能酯的极性使其在金属表面形成一个稳定的膜 ,因而 能 在 极 端 条 件 下 提 高 油 品 的 润 滑 性 , 见 表 6 。pao 中加入酯类油能显著减少摩擦系数 。表 6 pao 中加入酯类油对 hfrr 试验结果的影响 3试油摩擦系数成膜性/ %pao 2 mm2/ spao 2 mm2/ s + 20 %多元醇酯pao 4 mm2/ spao 4 mm2/ s + 20 %多元醇酯0 . 2300 . 1150 . 1570 . 10214702085注 : 3 hfrr 试验 :高频往复台架试验 。2 . 3对极性物质的溶解性酯的极性有助于增加添加剂和油中初级氧化产 物及油泥的溶解度 ,防止油泥的生成 。2 . 4可生物降解性酯键为微生物攻击酯分子提供了活化点 ,因而 酯是可生物降解的 ,因而酯类油可用于“对环境友好 润滑油”的配方 , 不同酯类油的可生 物 降 解 性 见 表7 。图 5 pao 与矿物油的挥发性对比除上述优于矿物油的突出特性外 , pao 还具有水解安定性好 ,配伍性好 ,润滑性较好等优点 。2酯类油 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 10润滑油2004 年第 19 卷表 7 不同酯类油的可生物降解性高性能润滑脂和发动机油 ,亦可用于各种各样的工业用油 。芳香酯是由苯二甲酸及偏苯三酸与各种醇 生产的 ,其特点是可作为低成本的高粘度调合组分 使用 。主要用于调制对粘度指数要求不高而要求必 须清洁操作的空气压 缩 机 油 。多 元 醇 酯 是 由 多 元醇 ,例如三羟甲基丙烷或季戊四醇 ,与各种各样的单 元酸反应生成的 。多元醇酯是高性能酯类油 ,具有 更好的热氧化安定性 ,有可能使润滑剂的使用温度 范围扩大 50 100 。此外 , 酯键被适当屏蔽的多 元醇酯的水解安定性比双酯好得多 。多元醇酯主要用于现代航空燃气发动机油 。其它应用包括 : 空气 压缩机油 、齿轮油 、仪器用油 、工业用油和发动机油 的调合组分 ,多元醇酯还越来越多地被用做环保型 润滑油和润滑脂 ,如二冲程油 、可生物降解液压油和 冷冻机油等 。复合多元醇酯是由单及二元酸与多元醇反应生成的 ,其分子量高 ,且具有铰链聚合结构 ,是可生物降解的酯 。o ecd 301b( 20d) / %cec l 33a 93( 21d) / %酯类油类型单酯双酯 苯二甲酸酯 偏苯三酸酯 直链多元醇酯 支链多元醇酯 复合酯309010805700405090040609070100701004010007080100040701002 . 5低的挥发性在相同粘度时酯的蒸汽压低 ,闪点高 ,因而所生 产成润滑剂的蒸发度低 ,酯的蒸汽压随其结构不同 而不同 ,见图 6 。用于合成润滑剂的酯类油通常可分为 5 类 : 单 酯 、双酯 、芳香酯 ( 苯二甲酸酯和偏苯三酸酯) 、多元 醇酯及复合酯 。其中双酯是由二元酸与各种醇生产 的 ,双酯曾被用做早期的喷气发动机油 ,目前多用于图 6 不同酯的闪点对比3pao 和酯类油的应用及合成工业用油的特点由于 pao 和酯类油具有上述显著的性能特点 , 故广泛应用于对油品要求很高的现代汽车用油和工 业用油 ,尤其那些矿物油不能满足其性能要求的油 品 。3 . 1合成内燃机油的特点和应用合成 半 合 成 内 燃 机 油 所 用 的 主 要 基 础 油 是 pao ,为了强 化 其 性 能 , 增 加 添 加 剂 及 油 泥 的 溶 解 度 , 有 时 也 加 入 一 些 酯 类 油 。主 要 是 0 w/ xx 和5 w/ xx 油 。合 成 内 燃 机 油 的 特 点 是 : 低 温 性 能 很 好 ,可在严寒区应用 ; 高温性能很好 ,可满足现代车辆要求 ;粘温性能好 ,可少用粘度指数改进剂 ,以减少亮红灯机会 ;启动性好 ,减少启动磨损 ;润滑性好 ,减少摩擦磨损 ,并延长车辆使用寿命 ; 蒸发损失小 ,减少油耗 ,利于环保等 。3 . 2 合成车辆齿轮油的特点和应用合成车辆齿轮油多为低粘度和大跨度的油品 ,例 如 75 w/ 90 、75 w/ 80 、80 w/ 140 甚 至 75 w/ 140 等 。主要成分是 pao ,有时也加入一些酯类油 。合 成齿轮油的优势在于 :低温性能好 ,节能 ,温升小 ;可 减少齿轮的磨损 ,延长齿轮寿命 ; 可延长换油期 ,减 少润滑油的油耗 ; 同时由于 pao 的粘度指数高 ,可 大大减少增粘剂的用量 ,增加了油品的剪切安定性 ,易于满足 98 版 sa e j 306 齿轮油粘度分类对剪切 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 1 期崔敬佶等 . pao 和酯类油在合成润滑剂中的应用11安定性的要求 。3 . 3 合成工业用油的特点和应用合成工业用油近年来发展很快 ,主要是由于设 备性能的提高 ,矿物油已不能满足设备性能的要求 。 同时合成油还能满足设备的效率 ,降低操作成本 ,延长换油期 ,降低润滑油油耗和环保等各方面的要求 。3 . 4 合成空气压缩机油的特点和应用合成空气压缩机油又可分为以酯类油为主和以 pao 为主的两类 ,均可用于旋转式和往复式空气压 缩机 。其共同特点是 : 低温流动性和高温稳定性都很好 ;挥发度低 ,闪点高 ,使用安全 ,减少或消除沉积 物的形成 。因而换油期长 ,滑片式可从 500 h 提高 到 4000 h ,螺杆式/ 往复式可从 1000 h 提高到 8000 h ;能耗小 ,美国一统计数据表明 ,21 台往复式空气 压缩机平均降低能耗 7 . 4 % ; 11 台螺杆式空气压缩机平均降低能耗 8 . 3 % ;承载能力高 ,可为同粘度矿 物油的 2 倍 ;降低油耗至少 30 % ; 并能减少维修 ,增 加运转时间 ,提高开工率等 。另外 ,酯基压缩机油具 有可生物降解性 ,而 pao 基压缩机油的耐水解安定 性好 。3 . 5 合成工业齿轮油的特点和应用主要用于矿物油性能满足不了要求的场合 ,例 如 :负荷极高 ,非正常操作环境 ,要求高 、低温操作的 场合 。其使用特点是 :提高热功率极限 ,矿物油只可 用至 93 , 合成油可用于 130 ; 降低能耗 , 提高效率 ,例如 ,某 v g 220 合成齿轮油 ,其操作温升比 矿物油低 8 ,能耗低 5 . 3 % ;低温启动性好 ,大大减 少磨损 ;改善齿轮润滑状态 , 尤其是高温下抗磨损 性能 ,延长设备使用寿命 ; 延长换油期 ,使用寿命数 倍于矿物油等 。3 . 6 合成液压油的特点和应用合成液压油适用于苛刻条件下 ,尤其是高温高 氧化 ,长时间工作的齿轮泵 、活塞泵或叶片泵 ,例如 : 炼钢厂 、热轧厂 、煤矿 、热处理等场合使用的高温高 压液压油 ,使用温度一般在 - 20150 ; 还适用于需要低温启动性能好的寒区/ 高寒区用油 。其使用 温度范围宽 ;剪切安定性好 ;沉积物少 ,油耗小 ,换油 期长 ;分水性 、抗泡性 、空气释放性及抗乳化性均十 分良好 。3 . 7 合成抗燃液压油及可生物降解液压油的特点和应用某些多元醇酯由于其挥发性小 ,闪点高 ,润滑性 好 ,故可用做抗燃液压油 ,许多酯类油还可用做可生 物降解液压油的基础油 。3 . 8 合成高温链条油的特点和应用合成高温链条油适用于高温下的传动装置 ,例 如纺织 、汽车制造 、陶瓷 、玻璃 、塑料成膜 、玻璃纤维 及食品加工等工业 ,使用温度高达 260 。例如 ,某 纺织印 染 厂 的 热 定 型 机 传 动 链 条 , 操 作 温 度 大 于215 , 使 用 合 成 油 后 , 结 焦 少 , 能 耗 降 低 30 % 80 % ,开工周期从 3 个月延长到 9 个月 ,大大缩短了 停工检修时间和检修工作量 (从 15 天 、20 个劳动力 减少到 6 天 、15 个劳动力) ,并延长了摩擦件的使用 寿命 。3 . 9 合成气轮机油的特点和应用合成气轮机油主要用于航空燃气轮机 ,也可用 于民用燃气轮机及蒸汽轮机 ,合成燃气轮机油的特 点是优异的防锈性和极好的低温流动性及高温抗氧 性 。合成蒸汽轮机油的特点是 ,优异的抗氧化安定性和化学安定性 ,破乳化性及好的防锈性等 。3 . 10 合成润滑酯的特点和应用pao 和酯类油均可用于合成润滑脂 ,主要是在 苛刻的使用条件下保护机器部件 ,尤其适用于低温 及高温润滑脂 ,使用温度范围一般在 - 37200 ;合成润滑酯的热氧化安定性好 ,可用于食品加工机 械 ,酯类油基的润滑酯还有生物降解性 。4 小结为满足 现 代 工 业 及 车 用 润 滑 剂 苛 刻 的 性 能 要 求 。以 pao 和酯类油为主体的合成润滑油得到了很大的发展 。pao 与酯类油可单独使用 ,也可相互 复合 。由于 pao 和酯类油的粘度范围宽 ,各种性能 优越 ,使其灵活性很大 ,可调配出不同粘度级别和不 同质量水平的油品 。由于其优良的性能使以合成油 为基础油的油品具备换油期长 、设备使用寿命长 、节能等优点 。参考文献 :1 颜志光 ,杨正宇. 合成润滑剂 m . 北京 : 中国石化出版 社 ,1996 . 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 12润 滑 油2004 年第 19 卷pao - esters a nd their appl icatio ns i n l ubricati ng oilscu i j ing - ji1 ,l i yan - qiu2( 1 . ci tserv tech nology co. l t d . , bei ji ng 100004 , chi n a ;2 . pet rochi n a d al i an pet rochem ical s ubsi di a ry , d al i an 116032 , chi n a)abstract : pao and esters are t he mo st usef ul base - stocks in synt hetic lubricating oils. owing to t heirunique inherent feat ures , such as high v i , excellent low temperat ure p roperties , goo d t her mal and o xidatio n stabilit y , lower volatilit y lo ss , t he pao - ester based synt hetic oils exhibit significant applicatio n advantages such as goo d low and high temperat ure perfo r mances , bet ter wear p rotectio n , mo re energy saving and enviro n2 mental f riendly as well as extended equip ment life etc. they are especially suitable fo r top class vehicles and e2quip ment s operating under ext reme and harsh co nditio ns.key words : pao ; ester ; synthet ic l ube oil ; ba se oil ; engine oil ; industrial l ubricant(上接第 6 页)好的范例 。如体育用品制造商 耐克公司充分运 用其所掌握的产品研发和销售能力 ,并利用其它国 家廉价的劳动力资源 ,将其大量的生产转移到国外 , 仅用了十几年的时间 ,就从一个名不见经传的小公 司迅速成长为一个全球闻名的跨国企业 ,就是运用 价值链理论来培育自己的核心竞争能力 ,并取得成 功的很好例证 。参考文献 :1骆正东 . 企业的价值链与竞争优势探讨 j . 企业研究 ,2002 , (5) :54 - 55 .2 美 迈克尔 波特 . 竞争优势 m .35 - 58 . 美 迈克尔波特 . 竞争论 m .- 79 .华夏出版社 , 1997 .3中信出版社 , 2003 . 714王汝津 ,高雪梅 . 我国润滑油企业营造竞争优势的初步探讨 j . 润滑油 , 2003 ,18 (2) :1 - 4 .resea rc h o n theval ue c hai ni n dom estic l ubrica nt enterp riseswan g ru - jin1 , xu li - qiu2