合成潤滑油基礎(chǔ)油的紅外光譜分析與特征峰辨識(shí)_趙暢暢

1、2013年10月第38卷第10期DOI ：10. 3969/j.issn. 02540150. 2013. 10. 025潤滑與密封LUBICATIONENGINEEINGOct. 2013Vol. 38No. 10合成潤滑油基礎(chǔ)油的紅外光譜分析與特征峰辨識(shí)趙暢暢檿檿檿檿檿*陳閩杰丘暉饒檿檿檿檿（廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司設(shè)備狀態(tài)檢測研究所，廣東廣州510700）摘要：采用傅里葉紅外光譜分析儀對(duì)多種合成潤滑油基礎(chǔ)油進(jìn)行分析，對(duì)紅外吸收峰的位置進(jìn)行解析，獲取一些基礎(chǔ)油中的特征官能團(tuán)信息，并對(duì)特征官能團(tuán)特征峰的辨識(shí)進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明：對(duì)紅外光譜特征峰的辨識(shí)，能夠幫助確定油液的類型及結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞

2、：紅外光譜；特征官能團(tuán)；特征峰；油液類型中圖分類號(hào)：TE626. 3；O657. 33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：02540150（2013）101023Infrared Spectrograms Analysis and Typical Absorption PeaksIdentification of Synthetic LubricantsZhao ChangchangChen MinjieQiu Huirao（Institute of Equipment Condition Detection ，Guangzhou Mechanical Engineering esearchInstit

3、ute Co. ，Ltd ，Guangzhou Guangdong 510700，China ）I）The absorption peaks Abstract ：A variety of synthetic lubricants were studied by Fourier Transform Infrared （FT-of the spectrograms were analyzed ，and some information of typical functional groups was obtainedThe identifications ofthe absorption peak

4、s of the typical functional groups were studiedThe result shows that the identification of typical func-tional groups is helpful for confirming the oil types and the structuresKeywords ：infrared spectrogram ；typical functional group ；absorption peak ；oil type I）的研究開始于20世紀(jì)紅外光譜技術(shù)（FT-初期，自1940年商品型的紅外光譜儀

5、問世以來，紅外光譜在有機(jī)化學(xué)研究中得到廣泛的應(yīng)用，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展已日趨成熟。在結(jié)構(gòu)分析方面，利用紅外光譜技術(shù)可以確定各類基礎(chǔ)油組分所含的官能團(tuán)，從而了解各種基礎(chǔ)油在組成和性質(zhì)上的差異。合成基礎(chǔ)油是通過化學(xué)合成或精煉加工的方法獲得的，其組成元素除了碳、氫之外，還包括氧、硅、磷和鹵素等，在碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)中引入含有這些元素的官能團(tuán)是合成基礎(chǔ)油的主要特征。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)合成基礎(chǔ)油可分為有機(jī)酯、合成烴、聚醚、聚硅氧烷、含氟油、磷酸酯。合成基礎(chǔ)油品質(zhì)較好，其熱穩(wěn)定性及抗氧化反應(yīng)、抗黏度變化的能力要比礦物基礎(chǔ)油強(qiáng)得1多，雖然其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，但是隨著設(shè)備對(duì)潤滑油的要求越來越高，合成基礎(chǔ)油仍得到了迅

6、速發(fā)展。*基金項(xiàng)目：國家科技部科研院所研究專項(xiàng)（2013EG119147）收稿日期：20130415作者簡介：趙暢暢（1987），女，碩士，助理工程師，從事油mail ：zhchch0314sohu. com品檢測及評(píng)定技術(shù)的研究E-11. 1FT-I紅外光譜簡介紅外光譜原理由分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所形成的光譜為分子光譜，因其波長出現(xiàn)在紅外線區(qū)段，所以稱為紅外光譜2。將一束不同波長的紅外線照射到物質(zhì)的分子上時(shí)，物質(zhì)有其獨(dú)特的組織和結(jié)構(gòu)決定其吸收光譜，某些特定波長的紅外線就會(huì)被吸收，形成該物質(zhì)的紅外吸收光譜圖，以波長或者波數(shù)為橫坐標(biāo)，以透過率或者吸光度為縱坐標(biāo)。不同物質(zhì)的分子有不同的振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)能

7、級(jí)，因而吸收峰的位置與相對(duì)強(qiáng)度均有所不同，可根據(jù)紅外光譜對(duì)物質(zhì)的組織和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和鑒定。1. 2紅外光譜油品分析方法當(dāng)不同波長的紅外輻射光照射油樣時(shí)，某些特定波長的輻射光將被樣品選擇性吸收而形成相應(yīng)的紅外吸收光譜，因此可以依據(jù)紅外吸收光譜圖對(duì)油品進(jìn)行分析。根據(jù)不同物質(zhì)的特征吸收峰的位置以及相對(duì)強(qiáng)度的不同，可以推斷出油樣中所存在的官能團(tuán)3。利用紅外光譜，可以分析合成基礎(chǔ)油的基團(tuán)結(jié)構(gòu)，反之，也可以根據(jù)紅外光譜上的特征吸收峰的位置以及相對(duì)強(qiáng)度來確定合成基礎(chǔ)油的類別。2合成基礎(chǔ)油的紅外光譜分析2. 1合成酯類油2. 1. 1合成酯類油的性能特點(diǎn)及應(yīng)用合成酯類油是由脂肪酸和脂肪醇在催化劑作用下4經(jīng)酯化

8、反應(yīng)脫水制得的。根據(jù)參加反應(yīng)的脂肪酸和醇的種類的不同，可分為多元醇酯、雙酯和單酯等，而常用的合成酯類基礎(chǔ)油為多元醇酯和雙酯。合成酯類油具有以下優(yōu)異的性能：潤滑性能優(yōu)異，黏度指數(shù)高，閃點(diǎn)高、傾點(diǎn)低，工作溫度范圍寬，蒸發(fā)損失小，高溫下穩(wěn)定性好，氧化安定性好，殘?zhí)可?，環(huán)保、毒性極低、生物降解性能好。但缺點(diǎn)是抗水解性能較差，與橡膠件的相容性一般。合成酯類油具有優(yōu)異的性能，主要是應(yīng)用在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)油、精密儀表油、高溫液壓油、真空泵油、自動(dòng)變速機(jī)油、低溫車用機(jī)油、剎車油、駐退液、金屬加工油、軋制油、潤滑脂基礎(chǔ)油和壓縮機(jī)油等油中。2. 1. 2紅外光譜分析結(jié)果圖1為合成酯類的紅外光譜的分析譜圖?？梢钥?到，2

9、921cm 處為C H 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；2853cm 1處為C H 對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；1379cm 1處1為CH 3的C H 對(duì)稱面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰；1464cm 處為CH 3CH 2的C H 不對(duì)稱面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰；722cm 1處為碳鏈的C H 面外彎曲振動(dòng)峰，這些峰1是烴類物質(zhì)中普遍存在的吸收峰；在1738cm 出現(xiàn)=O 伸縮振動(dòng)峰；一個(gè)強(qiáng)峰，該峰為酯類物質(zhì)的C =11171cm 處為C O C 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；1116cm 1處為C O C 對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰 。伸縮振動(dòng)峰、C O C 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰、C O C 對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰是酯類合成油的特征吸收峰。2. 2聚醚類2. 2. 1聚醚類的性

10、能特點(diǎn)及應(yīng)用聚醚又稱聚醚多元醇，是目前銷售量最大、應(yīng)用最廣的合成基礎(chǔ)油，以環(huán)氧乙烷（EO ）、環(huán)氧丙烷（PO ）、環(huán)氧丁烷（BO ）和四氫呋喃等為原料，通過開環(huán)均聚或共聚制得的線性聚合物。按照溶解性來劃分，可分為水溶性聚醚、水不溶性聚醚和油溶性聚醚。聚醚具有很多優(yōu)異的性能：潤滑性能優(yōu)異，黏度指數(shù)高，閃點(diǎn)高、傾點(diǎn)低、工作溫度范圍寬，與橡膠件有比較好的相容性，毒性很低，殘?zhí)可?，高溫下可以完全揮發(fā)掉，沒有殘留?？梢杂米飨礈靹?、消泡劑、乳化劑、潤濕劑、抗靜電劑和分散劑等。聚醚有許多優(yōu)良性能，在潤滑油領(lǐng)域中有很多用途，應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，主要應(yīng)用于液壓油、剎車油、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、真空泵油、制冷機(jī)油、金屬加工

11、油。2. 2. 2紅外光譜分析結(jié)果圖2為聚醚類油的紅外光譜的分析譜圖。可以看1到，2970cm 處為C H 的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，2868cm 1處為C H 對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1373cm 1處1為CH 3的C H 對(duì)稱面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰，1454cm 為CH 3CH 2的C H 不對(duì)稱面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰，1這些峰是烴類物質(zhì)中普遍存在的吸收峰；1078cm1處為C O C 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1013cm 處為C O C 對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰 。Fig 12）紅外譜圖圖1單酯（SMZ-The infrared spectrogram of monoester （SMZ-2）Fig 2圖2聚醚（L61）紅外譜圖Th

12、e infrared spectrogram of polyether （L61）2. 2. 32. 1. 3合成酯類油的特征峰=O 伸縮振動(dòng)峰、植物油基礎(chǔ)油的特征峰除了C =C O C 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰、C O C 對(duì)稱伸縮振動(dòng)=C 的一系列吸收峰，所以C =O 峰外，還有關(guān)于C =聚醚類合成油的特征峰合成酯類油的特征峰除了C O C 不對(duì)稱伸縮振=O 伸縮動(dòng)峰、C O C 對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰外，還有C =振動(dòng)峰，所以C O C 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰、C O C 對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰是聚醚類合成油的特征吸收峰。2. 3硅油2. 3. 1硅油的性能特點(diǎn)及應(yīng)用硅油又稱硅共、聚硅氧烷或聚硅醚，硅油是一種液體的聚

13、硅氧烷，作為合成材料使用的主要有甲基硅油、乙基硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油。硅油具有以下優(yōu)異的性能：黏度指數(shù)高，良好的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性，在無機(jī)底料上有優(yōu)異的潤濕性，絕緣性能好，在潤滑油中可作為抗泡沫劑使用，無毒。可應(yīng)用于航空液壓油、精密儀表油、壓縮機(jī)油、擴(kuò)散泵油、剎車油、陀螺油、減震液、絕緣油、光學(xué)用油、潤滑脂基礎(chǔ)油、介電冷卻液、脫模劑、霧化潤滑劑等。2. 3. 2紅外光譜分析結(jié)果圖3為硅油的紅外光譜的分析譜圖?？梢钥吹剑?009cm 1處為Si O 伸縮振動(dòng)峰，864cm 1處為Si C 伸縮振動(dòng)峰，1259cm 1處為Si CH 3對(duì)稱面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰 。用于有抗燃要求的航空液壓油

14、、工業(yè)用抗燃液壓油、壓縮機(jī)油、剎車油、大型軋制機(jī)油、連續(xù)鑄造設(shè)備用油、還可用作抗燃脂的基礎(chǔ)油。2. 4. 2紅外光譜分析結(jié)果圖4為磷酸酯類油的紅外光譜的分析譜圖。可以1看到，2922cm 處為C H 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，2853cm 1處為C H 對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1351cm 1處1為CH 3的C H 對(duì)稱面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰，1465cm 處為CH 3CH 2的C H 不對(duì)稱面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰，722cm 1處為碳鏈的C H 面外彎曲振動(dòng)峰，這些峰1是烴類物質(zhì)中普遍存在的吸收峰；1243cm 處為P =O 伸縮振動(dòng)峰，985cm 1處為PO 3吸收峰 。4Fig 4圖4磷酸酯（8190）紅外譜圖The

15、infrared spectrogram of phosphate （8190）2. 4. 3圖3Fig 3350#硅油紅外譜圖#磷酸酯的特征峰P =O 伸縮振動(dòng)峰、PO 43吸收峰是磷酸酯類合The infrared spectrogram of 350silicone oil2. 3. 3硅油的特征峰Si O 伸縮振動(dòng)峰，Si C 伸縮振動(dòng)峰，Si CH 3對(duì)稱面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰是硅油的特征吸收峰。2. 4磷酸酯類2. 4. 1磷酸酯類的性能特點(diǎn)及應(yīng)用磷酸酯分為正磷酸酯和亞磷酸酯兩類，其中正磷酸酯油可分為伯、仲、叔磷酸酯，作為合成油使用的主要是叔磷酸酯，叔磷酸酯按其取代基不同可分為三烷基、三芳

16、基以及烷基芳基磷酸酯，由醇或酚與磷酸的氯化物作用制得。磷酸酯的特性如下：烷基芳基磷酸酯黏溫性能較好，磷酸酯有良好的難燃性、潤滑性、抗磨性，對(duì)有機(jī)化合物有極強(qiáng)的溶解能力，毒性因結(jié)構(gòu)組成不同，差異很大，有的無毒，有的低毒，甚至劇毒。主要應(yīng)成油的特征吸收峰。3結(jié)束語紅外光譜能夠迅速而準(zhǔn)確地對(duì)分子的結(jié)構(gòu)信息做出分析，在分析檢測人員經(jīng)驗(yàn)的不斷積累中，充分發(fā)揮其作用，通過對(duì)特征官能團(tuán)峰位的分析，對(duì)合成油的類別做出有效的歸類評(píng)價(jià)。參考文獻(xiàn)【1】李茂生基礎(chǔ)油的性能檢測及其在工業(yè)潤滑油液中的應(yīng)用J 潤滑與密封，2011，36（11）：100104技術(shù)Li MaoshengProperty testing method of base oil and its appli-Lubrication cation technology in industrial lubricating oil J Engineering ，2011，36（11）：10