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合成润滑基础油的发展应用
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20 世纪70 年代以后,随着科学技术的进步,各种发动机及机械设备不断发展,且面对着“环保”、“节能”要求,设备对润滑油的各项性能提出了更高的要求。利用传统工艺制得的基础油的各项性能已经满足不了使用要求。因此,成本昂贵没能发展的各种经“合成”、“加氢”两类化学转化工艺所得的基础油在市场上开始得到应用。

聚α - 烯烃的合成与应用

聚α-烯烃是市场需求增长最快的合成基础油之一,PAO具有很好的高、低温性能,工作温度范围大,蒸发率低,闪点及燃点高,使用安全,结焦少,粘度指数高,粘温性能好,抗乳化、抗泡性能优异,使用寿命长,良好的热稳定性和化学稳定性及电气性能,无毒、无刺激性。适宜于调制高低温航空润滑油,高粘度航空润滑油,寒区及严寒区内燃机油,液压油,齿轮油,自动传动液,冷冻机油,数控机床用油,空气压缩机油,长寿命润滑油,导热油,高压开关油,金属加工液,变压器油,绝缘油等。

α-烯烃的制备方法较多,包括费-托合成法、伯醇脱水法、石蜡裂解法、乙烯齐聚法等。其中工业中常用的是石蜡裂解法和乙烯齐聚法。

石蜡裂解法分为以活性氧化铝为催化剂的催化裂解法和热裂解法。1965年,Chevron公司首先实现热裂解法的工业化生产。石蜡裂解法的反应机理比较复杂,但可以简单看作是自由基反应。我国合成润滑油生产厂家均用含蜡原料,经过热裂解获得α-烯烃。但到目前为止,质量不高、产量低、工艺技术落后,与国外相比,有很大的差距。

乙烯齐聚法包括一步法乙烯齐聚法、两步法乙烯齐聚法以及各种催化剂催化齐聚。1977年,Shell公司开发了SHOP法工艺,用镍络合物催化乙烯齐聚,1990年,美国Philips石油公司开发出用铬系催化乙烯三聚制1-己烯工艺。目前国外基本上采用乙烯齐聚来制备α-烯烃,其优点是质量高、产量高、工艺技术比较成熟。

PAO的α-烯烃齐聚工艺分为均相法和多相法两类。不论哪个方法,原料烯键的位置以及碳的数目都会对合成的PAO的性能有很大的影响。不同的催化剂、不同的反应条件都会对产物的性能产生影响。表1列出部分α-烯烃齐聚催化体系的反应条件及其产品性能。

酯类基础油

酯类航空润滑油是除合成烃以外用量最多的合成航空润滑油。具有良好的黏温特性,能与矿物油及多数合成油混溶,加入抑制剂其氧化稳定性和热稳定性优于矿物油,具有良好的润滑性,可生物降解。酯类油主要用于燃气涡轮发动机,同时由于其良好的性能,也被广泛用作压缩机油、冷冻机油、内燃机油、金属加工液、高速齿轮油以及润滑脂基础油等。

酯类油是在催化剂作用下有机酸与有机醇脱水酯化制得的,其分子结构特征是分子中都含有酯基官能团-COOR'。根据分子中的酯基数量多少和位置不同,合成酯可以分为单酯、双酯、多元醇酯和复酯。其中双酯的使用温度范围很宽,且其倾点较低、低温性能和润滑性能都很高,蒸发度较小,粘度指数较高。可以与矿物油以任意比例混溶,有生物降解性。具有代表性的双酯有十二烷二酸的异C8~C13醇酯,己二酸、任二酸、癸二酸的2-乙基已基酯,三甲基己二酸的正C8~C12醇酯。部分双酯的粘温性示于表2。

但双酯的缺点是浸蚀某些塑料、橡胶和油漆,以及其加入矿物油中使用时,会与抗磨剂竞争金属表面,从而使抗磨性能降低,因此必须加入与之匹配的抗磨剂。且随着军工技术的高速发展,双酯类油品已经无法满足需求。研制工作已经迅速地向性能优异的新戊基多元醇酯-阻化酯发展了。

新戊基多元醇酯-阻化酯中具有代表性的是新戊基二元醇酯、三羟甲基丙烷酯和季戊四醇酯。它们具有良好的抗氧化性能、耐热性能、粘温性以及良好的蒸发性。因为庞大的新戊基对酯基提供了良好的空间屏蔽作用,使新戊基多元醇热分解生成自由基所需的活化能上升至280kJ/mol,高于一般酯类的自由能188kJ/mol,这使得阻化酯的热分解温度一般比二元酸酯高50℃左右,同时也使阻化酯的抗氧化性能优于普通双酯,被称为阻化酯。

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