合成酯基礎(chǔ)油的性能和應(yīng)用

1、合成酯在潤滑油中的性能與應(yīng)用 隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展以及環(huán)境問題的日益突出，對潤滑劑的使用性能、運行可靠性與使用壽命、可生物降解性、低或無毒害性等方面的要求越來越高，傳統(tǒng)的礦物基潤滑油已經(jīng)很難滿足這些苛刻的要求。 節(jié)能、環(huán)保、長壽命是潤滑油的發(fā)展趨勢，全合成半合成油的應(yīng)用越來越廣泛，因此，PAO、合成酯的合成基礎(chǔ)油越來越受到關(guān)注。 節(jié)能潤滑油主要通過三種方式來實現(xiàn)：一是低粘度油；二是高粘度指數(shù)油；三是含有摩擦改進劑的油。低粘度油 粘度越大內(nèi)摩擦力越大，在應(yīng)用中能耗越高。國內(nèi)外實際經(jīng)驗證明，在流體潤滑范圍內(nèi)，潤滑油在使用條件下粘度每差1mm2/s，能耗大約相差0.51%；粘度相差一個級號，則能耗

2、大約相差15%。從節(jié)能角度出發(fā)，在選用潤滑油時應(yīng)在保證設(shè)備潤滑的前提下，盡量采用低粘度潤滑油。多級油和高粘度指數(shù)油 汽車工作時，受地區(qū)、季節(jié)、晝夜、負荷的影響，溫差變化很大，有時相差數(shù)十度，而潤滑油粘度隨著溫度變化而變化，升降幅度的大小和潤滑油的粘度指數(shù)有關(guān)，粘度指數(shù)高的，粘度隨溫度變化小，粘度指數(shù)低的，粘度隨溫度的變化大。為盡量避免由于粘度變化太大所造成的設(shè)備磨損和能耗增多，在選用油品時，應(yīng)選用粘度指數(shù)高的油。高粘度指數(shù)潤滑油是以高粘度指數(shù)基礎(chǔ)油或在基礎(chǔ)油中加粘度指數(shù)改進劑組成，通稱為多級油；另一種是合成內(nèi)燃機油，如酯類、聚a烯烴發(fā)動機油等。含有摩擦改進劑的油 潤滑油的低粘度化，有利于節(jié)約燃

3、料，為了避免可能出現(xiàn)的邊界摩擦所造成的磨損，往往在低粘度油中加入摩擦改進劑，這種添加劑可以和金屬表面形成堅固的吸附膜或滲透膜或金屬發(fā)生反應(yīng)生成化學(xué)膜。這種膜摩擦系數(shù)很小，可以保證設(shè)備邊界磨擦?xí)r不發(fā)生擦傷和燒結(jié)，節(jié)能效果顯著，合成酯基礎(chǔ)油屬V類基礎(chǔ)油多元醇酯類型新戊二醇酯三羥甲基丙烷酯季戊四醇酯 一般的酯（如雙酯，單酯，碳原子上有氫原子的醇酯），因加熱會形成六元環(huán)結(jié)構(gòu)的中間體，在較低能量（0.19MJ/mol)下會熱分解.多元醇酯的位置上沒有氫原子，不能生成六元環(huán)結(jié)構(gòu)，在高溫下主要發(fā)生自由基的熱分解（0.28MJ/mol)。多元醇酯的熱分解溫度比雙酯50左右。1、合成酯在所有的基礎(chǔ)油中綜合性能最

4、好優(yōu)異的氧化安定性與熱穩(wěn)定性能良好的低溫流動性能高粘度指數(shù)良好的潤滑性與抗磨性能低蒸發(fā)損失極好的溶解性優(yōu)良的生物降解性與可再生性能2、具有良好的低溫流動性能和高粘度指數(shù)多數(shù)酯類油的粘度指數(shù)都很高，具有很好的低溫性能，可在極寬的溫度范圍內(nèi)使用酯類油的特點 酯類油最大的特點是酯分子中含有多重酯鍵(-COOR)，賦予了酯分子以極性,因而賦予酯類油許多比PAO和II、III類加氫基礎(chǔ)油更加優(yōu)越的性能和應(yīng)用特點。1、極佳的潤滑性能極性結(jié)構(gòu)賦予酯類油特殊的潤滑表現(xiàn)，獨特的分子吸附作用，容易吸附在界面上形成穩(wěn)定的油膜，類似摩擦改進劑，因而能提高油品的潤滑性，即使冷車狀態(tài)也不至于完全回流，提供很好的低溫保護。

5、減少啟動時的磨損（啟動時磨損占總磨損的75%）。潤滑性的提高可以改善燃油經(jīng)濟性，減少摩擦動力損失，減少引發(fā)動機的噪音，增強發(fā)動機的動力。摩擦系數(shù)耐荷重力/0.1MPa磨痕直徑/mm多元醇酯0.155.50.64雙酯0.205.00.83150N0.244.50.90PAO0.304.00.91曾田式擺動摩擦試驗機曾田式四球試驗機高速四球試驗機 邊界潤滑的潤滑性可以從靜摩擦s和動摩擦系數(shù)k的比值來推斷,當(dāng)數(shù)值小于1時，發(fā)生滑動。脂肪酸酯的邊界潤滑特性見表，直鏈脂肪酸的多元醇酯油良好的潤滑性，脂肪酸碳原子數(shù)的增加潤滑性稍有提高，直鏈脂肪酸酯比支鏈脂肪酸酯潤滑性好。酯醇酸sks/k多元醇酯新戊二醇癸

6、酸異辛酸異癸酸0.1200.1830.1880.1370.1810.1840.881.011.02多元醇酯三羥基甲基丙烷己酸辛酸癸酸異辛酸異癸酸0.1120.1130.0920.1860.1810.1350.1130.0920.1830.1770.830.860.701.021.01多元醇酯季戊四醇壬酸異辛酸異壬酸異癸酸0.0890.1710.1900.1740.1220.1690.1760.1720.731.011.081.01雙酯異辛醇辛醇癸醇己二酸0.2620.2110.2000.1740.1530.1641.511.381.22PAO中加入酯類油能顯著減少摩擦系數(shù)。PAO中加入酯類油對

7、HFRR試驗結(jié)果的影響* 試油 摩擦系數(shù) 成膜性/%PAO 2mm2/s 0.230 14PAO 2mm2/s+20%多元醇酯 0.115 70PAO 4mm2/s 0.157 20PAO 4mm2/s+20%多元醇酯 0.102 85注:* HFRR試驗:高頻往復(fù)臺架試驗。2、酯與添加劑有良好的相容性和對油泥積炭有良好的溶解性項目PAO合成酯I類基礎(chǔ)油V1005.55.24苯胺點11920100 可以在PAO和加氫油中加入雙酯或多元醇酯來提高對添加劑的溶解能力，對添加劑的感受性較強，可以很好的與抗氧，抗磨，清凈等添加劑融合，協(xié)同，充分發(fā)揮添加劑的功效。酯的極性有助于增加油中初級氧化產(chǎn)物及油泥

8、的溶解度,有優(yōu)異的清潔能力，有效防止油泥和積碳的形成。PAO與酯類油的清凈能力比較(1G2試驗）PAO/% 14多元醇酯/% 14第一環(huán)槽沉積/% 45 13評分 172 61清潔的好處機油能迅速地保護到發(fā)動機的關(guān)鍵部分；減少雜質(zhì)，使?jié)櫥偷钠渌δ芨玫陌l(fā)揮；有效減少磨損；保持良好的粘度穩(wěn)定性；減少亮紅燈的發(fā)生；順暢安靜的駕駛感受。3、低的蒸發(fā)損失和優(yōu)良的的熱氧化安定性蒸發(fā)損失比PAO和加氫基礎(chǔ)油都低?；烅椖縑100V40CCS-30VIFP蒸發(fā)損失熱管PAO43.99918.0134312022611.37.0TRS08124.61721.471392134252  

9、3.94.0100N（II類油）4.27720.53137911421615.05.0PAO、雙酯和多元醇酯熱氧安定性比較 由于在多元醇酯的醇基之碳原子上沒有氫原子,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。由于在多元醇酯的醇基之碳原子上沒有氫原子,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。PAO、雙酯和多元醇酯熱安定性比較項目 PAO 雙酯 多元醇酯100粘度損失，% 9.10 9.20 0.10總酸值，mg KOH/g 0.22 53.90 8.10質(zhì)量損失，% 1.16 23.10 1.09注：熱安定性試驗條件為基礎(chǔ)油在氮氣中被加熱到287.78(550 F)

10、，并持續(xù)72 h。PAO和酯類油的抗氧化性能比較項目 PAO 雙酯 多元醇酯100粘度 5.8 5.3 4.3旋轉(zhuǎn)氧彈試驗，min 17 70 差式掃描熱分析，min 2.5 5.0 60+氧化腐蝕試驗后總酸值，mg KOH/g 7.1 1.3酯類油的氧化安定性及其與礦物油的對比各種酯類油及礦物油 成漆板試驗結(jié)果*礦物油 3.95雙酯 2.50苯二甲酸酯 1.07偏苯三酸酯 0.040.50三羥甲基丙烷酯 0.180.57注:*成漆板試驗條件:275, 22 h,通空氣,樣品均含1%胺型抗氧劑。成焦板試驗熱安定性基礎(chǔ)油 清潔度4.0mm2/s的礦物油 04.0mm2/s的PAO 8.05.0m

11、m2/s的烷基芳烴 2.05.4mm2/s的雙酯 8.04.0mm2/s的多元醇酯 9.5試驗條件：成焦板溫度310槽溫：121操作：濺油6min，烘烤1.5min評分條件： 10清潔熱氧化穩(wěn)定性PAO和酯的熱氧化穩(wěn)定性均優(yōu)于礦物油,最高使用溫度見表2。表2基礎(chǔ)油的最高使用溫度基礎(chǔ)油 最高使用溫度/礦物油 121.1PAO 121.1176.6雙酯 148.8176.6多元醇酯 176.6218.34.粘壓特性在彈性流體潤滑，油的粘度隨壓力的增加而上升。如在齒輪的齒面，壓延時的輥筒面等，潤滑油所承受的壓力從數(shù)千千帕到10萬千帕。一般潤滑油的粘度-壓力近似如下關(guān)系： =0exp(p)多元醇酯的粘

12、度壓力系數(shù)為，而石蠟基礦物油為，環(huán)烷基礦物油為，所以隨壓力的增加多元醇酯的粘度上升比較小，可以在很寬的壓力范圍進行流體潤滑，所以能耗就小。5.環(huán)保性能酯鍵為微生物攻擊酯分子提供了活化點，因而酯是可生物降解的，因而酯類油可用于“對環(huán)境友好潤滑油”的配方不同酯類油的可生物降解性酯類油類型 OECD 301B（20d）/% CEC L 33A 93（21d）/%單酯 3090 70100雙酯 1080 70100苯二甲酸酯 570 40100偏苯三酸酯 040 070直鏈多元醇酯 5090 80100支鏈多元醇酯 040 040復(fù)合酯 6090 70100概括起來，相對于PAO和加氫油，合成酯的好處

13、就在于：潤滑性好，蒸發(fā)損失小，溶解能力大（對添加劑和油泥積炭），積炭小，清潔性好，導(dǎo)熱系數(shù)高，比熱容大。潤滑油的許多問題是同油的溫度相關(guān)的，合成酯摩擦磨損小了，摩擦熱也就少；導(dǎo)熱系數(shù)高和機件清潔干凈，容易散熱；熱容大，同樣熱量溫度低，等等因素是使得使用酯類油的油溫要比不加酯類油的要低。油溫度低，油的氧化程度也就小了，油的壽命延長。酯類合成油的用途 1、發(fā)動機油： 主要是雙酯和多元醇酯，其他包括二聚酸酯、聚酯、單酯、鄰苯二甲酸酯。市場驅(qū)動力是延長換油期，趨向使用低粘度油，節(jié)省燃油耗和降低排放。1.合成酯獨特的分子極性，使油膜牢固地吸附在發(fā)動機件表面，解決冷車啟動干摩擦2.合成酯油的潤滑性極其優(yōu)秀

14、，揮發(fā)性大大低于同粘度礦物油和PAO，同時優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性使得用低粘度酯時沉積物少而且低溫流動性好。節(jié)省燃料，增加機油壓力，提升動力性能；降低尾氣排放，減少發(fā)動機噪音。3.天然的溶解能力，充分發(fā)揮添加劑的功能，防止油泥和沉積物形成，優(yōu)越的分散清潔能力，保持發(fā)動機件表面清潔。 因而全合成發(fā)動機油用酯類油與聚a一烯烴的調(diào)和基礎(chǔ)油是最佳的選擇。為降低成本,也可將酯類油摻合礦物油制成半合成油,以改善發(fā)動機油的各方面性能,所以半合成發(fā)動機油發(fā)展很快。 2、二沖程油：用于二沖程油的酯為二聚酸酯和多元醇酯，另外還有偏苯三酸酯和復(fù)酯，其市場受低排放發(fā)動機清潔性和生物降解性所驅(qū)動。二沖程油用酯比礦物油的優(yōu)點在于是

15、發(fā)動機清潔，減少粘環(huán)，沉積物在環(huán)槽、裙部、內(nèi)腔的堆積，改善著火點性能和火花塞壽命。由于極性酯的存在，增加了在金屬表面的粘著，使酯的潤滑性比烴類好。 3、壓縮機油：用作合成壓縮機油的酯類主要有多元醇酯和雙酯以及芳香酯。合成酯型壓縮機油適用于工作溫度高于93，連續(xù)重負荷的多級高壓螺桿式空氣壓縮機，使用壽命可比PAO型油延長一倍。合成酯油另一主要特點是殘?zhí)康停褂弥幸种朴湍?、沉淀和積炭的產(chǎn)生，提高了曲軸箱及油品的清潔度，使傳熱良好 、減少磨擦和運動部件的阻力，從而減少維修和停工時間，可減少動力耗費用7.2節(jié)省動力3。而合成酯用于往復(fù)式空氣壓縮機，其高閃點和良好的氧化安定性更顯出其優(yōu)越性。 合成酯型壓

16、縮機油適用于工作溫度高于93，連續(xù)重負荷的多級高壓螺桿式空氣壓縮機，使用壽命可比PAO型油延長一倍。合成酯油另一主要特點是殘?zhí)康停褂弥幸种朴湍?、沉淀和積炭的產(chǎn)生，提高了曲軸箱及油品的清潔度，使傳熱良好 、減少磨擦和運動部件的阻力，從而減少維修和停工時間，可減少動力耗費用7.2節(jié)省動力3。而合成酯用于往復(fù)式空氣壓縮機，其高閃點和良好的氧化安定性更顯出其優(yōu)越性，對于大型往復(fù)式空氣壓縮機的單程氣缸潤滑，常見的問題是在氣缸和排氣閥中形成殘?zhí)亢陀湍?，引起頻繁的維修和停車，更嚴(yán)重的是原用礦物油時，由于殘?zhí)?、銹蝕潤滑劑的過量和高壓作用使壓縮系統(tǒng)在低于149的情況下自動起火，甚至引起爆炸。 酯型壓縮機油的應(yīng)

17、用，取得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益。如國外某公司用了三年時間對100臺回轉(zhuǎn)葉片式和螺桿式壓縮機試驗，對試驗的酯型壓縮機油及壓縮機進行跟蹤監(jiān)測，所有試驗的壓縮機都超過了予期的換油時間?；剞D(zhuǎn)葉片式壓縮機換油期由原來用礦物油的500小時延長到4000小時以上，其中有幾臺試驗持續(xù)了10000多小時。回轉(zhuǎn)螺桿式壓縮機則由原來的1000小時延長到8000小時以上，而有幾臺試驗長達13000多小時。同樣在往復(fù)式壓縮機用雙酯油進行試驗，提高了氣缸和曲軸箱的清潔度，使閥門的清洗周期延長了七倍。 近年來,國際環(huán)保組織已限制使用破壞空間臭養(yǎng)層的氟里昂,汽車和家用空調(diào)壓縮機已逐步改用環(huán)保型制冷劑,與之相配套的壓縮機潤滑油也

18、改用以合成酯和聚醚冷凍機油.它與環(huán)保型制冷劑HFC134a、R404、R407等有極好的互溶性和熱化學(xué)安定性、潤滑性優(yōu)良，且無毒、可生物降解，對環(huán)境無害，屬于綠色潤滑劑 4、航空潤滑劑：一般用雙酯和多元醇酯，市場驅(qū)動力是改善熱穩(wěn)定性和減少揮發(fā)。型油分兩類，第一類油100粘度3mm2/s，第二類油100粘度7.5mm2/s，它們以雙酯為基礎(chǔ)油，主要用于渦輪螺旋漿發(fā)動機；型油100粘度為5mm2/s.它以多元醇酯作為基礎(chǔ)油，滿足隨著噴氣發(fā)動機功率的提高，對油的熱穩(wěn)定性和耐荷重性相應(yīng)提高的要求，主要用在艦載機和民航機，目前這類油的使用量最大，達90%以上。 5、難燃液壓油：通常為季戊四醇油酸酯、三羥

19、甲基丙烷油酸酯等。由于多元醇酯閃點高,阻燃性好,粘度指數(shù)高,使用溫度范圍寬,潤滑性好，使用壓力可達40Mpa,因此制成的液壓油適用于鋼鐵連鑄生產(chǎn)線系統(tǒng)和高爐、熱軋、鑄造、電站、煤礦等要求抗燃、安全的設(shè)備液壓系統(tǒng),可替代有毒性的磷酸醋型抗燃壓油,其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴大。 6、高溫鏈條油：用于高溫鏈條油的酯為雙酯和多元醇酯，也用偏苯三酸酯，市場驅(qū)動力是更高的熱穩(wěn)定性和更低的沉積物。很多產(chǎn)品的制造在高溫下進行，這些鏈的潤滑溫度在150以上，短期可達1000，雙酯可用在200以下，而200300則用多元醇酯和偏苯三酸酯。該油適用于印染熱定型、塑料、建材、烘烤等設(shè)備的鏈條傳動系統(tǒng)潤滑, 7、汽車齒輪油：多為雙酯和多元醇酯，市場驅(qū)動力為延長換油期和節(jié)能。在齒輪齒面的彈性流體潤滑情況，多元醇酯粘度隨壓力增加而上升很小，可在很寬的壓力范圍進行流體潤滑，所以能耗小。 8、金屬加工油：單酯、雙酯、PAG酯用于金屬加工油中，有時也用