环境友好合成酯润滑油

环境友好合成酯润滑油

酯类油是综合性能较好、开发应用最早的一类合成润滑油。目前世界上的喷气发动机润滑油几乎全部用的是酯类油，所以这是一种很重要的合成润滑油。酯类油的分子结构特征是分子中都含有酯基官能团—COOR。根据分子中的酯基多少和位置不同，酯类油又分为双酯、多元醇酯和复酯。新戊基多元醇、二元脂肪酸、一元脂肪酸和多元醇酯的酯化反应工艺进行了研究。设计与合成了一系列新戊基多元醇酯、多元醇复合酯、多元醇聚合酯及分子量可控的具有粘度指数改进功能的抗磨型酯类润滑产品。对所合成的润滑产品理化参数进行了测试，并考察了产品的的氧化安定性和热氧化稳定性，对抗磨型粘度指数改进剂进行了抗磨性能和剪切稳定性测试。结果表明，合成的系列酯类是一类性能优异的润滑产品。主要内容和结论如下：

（1）以新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、单元脂肪酸（庚酸、正辛酸、异辛酸、壬酸、癸酸和油酸）为主要原料，在酸的作用下，在真空无溶剂条件下直接酯化，合成了一系列多元醇酯润滑基础油，并优化了工艺条件。傅立叶红外吸收光谱确定这类合成酯的结构与目标产物的结构一致。通过对这些合成酯的理化参数的测定，证明这类合成酯是一类性能优异的润滑油基础油。通过产品的理化指标检测结果可以得到结论：相同多元醇和一元羧酸酯化后的产品性能受到羧酸分子结构的影响，奇数碳原子数的羧酸酯化后的产品低温流动性优于相邻两个偶数碳的羧酸酯产品；分子中增加支链会提高产品的粘度指数和降低倾点；相同脂肪酸和不同多元醇酯化反应，产品粘度由大到

小依次为季戊四醇酯＞三羟甲基丙烷酯＞新戊二醇酯，而低温流动性则相反。

（2）以三羟甲基丙烷、单元脂肪酸和二元羧酸为主要原料，在酸的作用下，经过两步酯化反应，合成了一系列复合酯类润滑基础油，并通过傅立叶红外光谱分析确定了合成酯的结构与目标产物的结构一致。对其物理性能进行测试，结果表明，当原料中一元脂肪酸的碳链增加时，得到的复合酯类产品的粘度和闪点有所升高；原料中一元脂肪酸的碳链数为偶数时，得到的产品粘度指数和倾点指标均不如相邻奇数碳链一元脂肪酸酯得到测产品越；当原料中二元羧酸的碳链长度增加时，得到的复合酯产品粘度、粘度指数和闪点均增加，而倾点有所升高，氧化安定性变化不大，有提高趋势；当复合酯分子结构中含有双键时，产品的氧化安定性能不高。

（3）以三羟甲基丙烷、庚酸和丙烯酸为主要原料，在酸催化剂条件下，经过两步酯化反应，合成了三羟甲基丙烷-二庚酸-单丙烯酸酯单体，对合成条件进行了优化。将三羟甲基丙烷-二庚酸-单丙烯酸酯单体，在乙酸乙酯中聚合得到聚酯，结合单体聚合前后的红外光谱图，确定了聚合反应进行彻底。通过对产品氧化诱导期、剪切下降率测试，结果表明该聚酯产品有良好的氧化安定性和剪切稳定性，同时TG曲线表明聚酯的热稳定性较聚合前有明显提高，润滑性能测试结果表明该聚酯产品可以作为润滑基础油或添加剂使用。

（4）对无溶剂酯化反应-蒸馏一体化工艺进行了研究，采用均相催化剂和非均相催化剂对TMP-庚酸酯的合成进行了评价，结果表明：均

相催化剂对甲苯磺酸的酯化效率高，但产品需要精制处理，精制后酸值低，而固体催化剂树脂D001的酯化率低，但所得产品无需精制，脱酸后可直接应用，且收率高，损失小。

酯类油的粘温特性良好，粘度指数较高。如增长酯分子的主链，酯的粘度增大、粘度指数增高。主链长度相同时，带侧链的粘度较大，粘度指数较低，带芳基侧链的，粘度指数更低。双酯中常用的癸二酯、壬二酸酯的粘度指数均在150以上。酯类油通常具有较低的凝点，优良的低温流动性。常用的癸二酸酯和壬二酸酯的凝点均为-60℃以下(可用到-70℃)。同一类型的酯，随着分子量的增加及支链酸的引入，酯的低温粘度增加。酯化不完全也会使酯的低温粘度明显增加。酯类油的蒸发度远比同粘度矿物油小。同一类型的酯，随着分子量的增加，闪点升高，蒸发度降低。酯的类型对酯的蒸发度有较大影响，一般说来，新戊基多元醇酯的蒸发度比二元酸酯的低20-30%。

◆热稳定性：酯类油受热分解的难易取决于酯的结构，不同结构的酯，在高温下热分解的机理是不同的。双酯在高温下分解生成易腐蚀金属的酸和烯烃，新戊基多元醇酯分解后不仅生成羧酸和烯烃，而且引起醇部分碳骨架重排，新戊基多元醇酯的热分解温度比二元酸酯高50℃左右。

◆氧化稳定性：酯类油的优点之一就是抗氧能力强，新戊基多元醇酯的氧化稳定性要优于双酯。由于氧化是在诸多因素存在下的复杂

化学反应，使得酯的氧化变质温度比热分解温度低得很多。因此在实际使用中需加入抗氧化添加剂。

◆粘度－压力关系：酯类油的粘度随压力的变化小于矿物油的粘度随压力的变化。酯类油常压粘度越大，其分子量越大，分子链越长，在高压下分子链之间的绕结程度增加。几种酯类油的粘度随压力变化的速度顺序为双酯＜季戊四醇酯＜4106合成航空润滑油。温度对油品的压粘关系的影响与油品的粘度指数有关，酯类油的粘度指数高于矿物油，故温度对其压粘关系的影响淂矿物油。剪切速率对酯类油压粘关系的影响小于对矿物油的影响。

◆润滑性好：由于酯类油分子中的酯基具有极性，酯分子易吸附在摩擦表面上形成边界油膜，因而酯类油的润滑性一般优于同粘度的矿油，具有优良的抗磨、抗擦伤和减摩特性。在FZG齿轮试验机上对比几种酯类油与矿物油和聚α－烯烃的承载能力，表明酯类油的承载能力优于聚α烯烃和矿物油。

◆抗水性：酯类油具有比矿物油大的吸湿性，酯的吸湿性与其所处的环境温度和湿度有关，也与酯的结构有关。在一定温度下，酯的吸湿性随环境湿度的增大而增大；在一定温度范围内，酯类油的吸湿性随温度的升高而升高。酯类油在酸、碱、酶等存在和作用下易发生水解，其水解安定性在很大程度上决定于酯的性质和纯度，在使用条件下，酯的水解速度与酯中混入的水量无关，而与酯－水界面的面积有关。酯类油短时间内和少量水（1%以下）接触，在不发生水解的情

况下，润滑性不会有明显变化，油中水量增加，会使润滑性下降。酯类油水解会使抗磨、抗擦伤大大降低。鉴于酯类油有吸湿性，而且在一定条件下会发生水解，因此在贮存和使用过程中，一定要注意包装容器的密封性，不能将酯类油敞口贮存，避免空气中的水汽或水滴混入油中，造成不良后果。

◆对密封材料的适应性：一些与矿物油相适应的橡胶材料，可能对酯类油不能适应，如氯丁橡胶用酯类油浸泡后将产生非常严重的溶胀现象，因此使用酯类油时，最好用氟橡胶作密封材料，其次为丁腈橡胶。随着酯基分子量的增加，酯基中酰基平均碳数越大，橡胶的膨胀率越小。

◆对添加剂的感受性：酯类油具有极性，因而一般对添加剂的溶解能力比较强，对各种添加剂的感受性也比较好，这是酯类油的一大优点，便于加入各种添加剂来改善基础油的性能。

酯类油中常用的抗氧剂是N－苯基α萘胺、二异辛基二苯胺等；最常用的抗磨剂是磷酸酯和亚磷酸酯如三甲酚磷酸酯、二丁基亚磷酸酯、三（2-乙基已基）亚磷酸酯等。

◆毒性：酯类油的毒性极低，远低于美国产业协会方法“无毒”的界限。酯类油可生物降解，对环境无污染。