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酯類、烴類、醚類潤滑油基礎油的區(qū)別及用途
時間 : 2024-09-20 作者 :
潤滑油的開發(fā)有利于降低摩擦磨損，從而促進工業(yè)進程的推進。生物質基潤滑油基礎油是一種生物可降解的高分子材料，可實現(xiàn)CO2零排放，主要有烴類、酯類和醚類潤滑油基礎油等。生物質基潤滑油基礎油可通過不同長度的碳鏈重組、化學合成路徑的準確調控和基礎油組分的精準解析以達到潤滑油的高性能要求。
潤滑油的性質主要依賴于基礎油，潤滑油基礎油在潤滑油中的質量分數(shù)占到80%以上，目前聚α-烯烴合成潤滑油的原料大多是以石化資源乙烯齊聚制備的長鏈烯烴，而生物質基潤滑油基礎油是以可再生的生物質為原料開發(fā)出的綠色新潤滑油基礎油。
通常來說，生物質基潤滑油被定義為具有低毒性或無毒性的生物降解性產(chǎn)品，屬于CO2零排放，且原料可以再生，因此被認為是未來傳統(tǒng)石油基潤滑油的替代品。據(jù)預測，在未來十年，環(huán)保型/可再生生物降解潤滑油在全球的銷量份額約占到15%~30%。
生物質基潤滑油基礎油主要有烴類、酯類和醚類潤滑油基礎油，通過復雜的化學改性和碳鏈重組達到潤滑油基礎油的碳鏈結構和性能要求等。利用不同方法和策略制備的生物質基潤滑油基礎油具有不同的性質，決定了其用途。
一、酯類潤滑油基礎油
采用植物油作為原料制備潤滑油具有天然的優(yōu)勢，因為植物油含有長碳鏈結構和豐富的官能團，可利用植物油中的活潑官能團對植物油的碳鏈進行重組，從而達到既定油品的性質。
植物油的不飽和結構和醇組分中的β-CH基團導致其氧和熱具有不穩(wěn)定性，使得植物油很難直接用作潤滑油，可通過加氫、酯交換和酯化反應等改善油脂的性能。而植物油在加氫過程易發(fā)生雙鍵飽和、幾何(順反)異構化和位置異構化，同時，甘油中的β氫原子很容易從分子結構中去除，將酯分解成酸和醇。采用長鏈醇對其進行酯交換或者酯化反應生成酯類化合物能有效改善其潤滑性能。
二、醚類生物質基潤滑油基礎油
油脂中的雙鍵降低了潤滑油基礎油產(chǎn)品的高溫穩(wěn)定性和氧化安定性。可通過環(huán)氧化形成黏溫性好、不結焦、對氫氣和烴類氣體溶解度小的環(huán)醚，從而有效改善潤滑性能。
原位環(huán)氧化反應一般分為2步：(1)過氧酸的形成;(2)過氧酸與不飽和雙鍵的形成。過氧化氫的添加可有效促進乙烯基向環(huán)氧化合物的轉化，但是過高濃度的過氧化氫可使得其形成爆炸性混合物，存在潛在危險。同時，潤滑油中引入環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷也可增加所制備的潤滑油基礎油的水溶性，使得其使用范圍大大增加。環(huán)氧化潤滑油基礎油的工作溫度比同黏度石油基潤滑油基礎油低，齒面邊界力矩比石油基潤滑油基礎油高，因而功率損失小，非常適用于超負荷運轉的渦輪齒輪、閉合式齒輪的齒輪潤滑油、壓縮機油和冷凍機油。
雖然環(huán)狀醚類潤滑油具有諸多優(yōu)點，但是其低溫流動性和氧化穩(wěn)定性較差，可通過構建支鏈醚類潤滑油基礎油來改善低溫流動性。相比于環(huán)狀醚類潤滑油基礎油，支鏈醚類潤滑油基礎油支鏈化程度高，結構更為豐富，是改善低溫流動性和氧化穩(wěn)定性的有利途徑。
三、烴類生物質基潤滑油基礎油
為進一步提高生物質基潤滑油基礎油的氧化安定性和降低酸值，由生物質平臺分子出發(fā)合成全碳鏈結構潤滑油基礎油引起了研究者的興趣。纖維素或半纖維素平臺化合物呋喃衍生物如呋喃、2-甲基呋喃、5-羥甲基呋喃、5-甲基呋喃、短鏈脂肪酸等，通過選擇性碳碳偶聯(lián)-加氫脫氧等步驟合成烴類潤滑油基礎油，可為高度支鏈化的生物基綠色烴類潤滑油基礎油制備策略提供啟發(fā)。
由于生物質平臺分子原料碳數(shù)較少，通常需經(jīng)過多個合成步驟實現(xiàn)，使得生物質基全碳鏈潤滑油基礎油的合成效率較低，每一步的分離都較為困難。但是生物質基全碳鏈潤滑油基礎油相比于酯類和醚類潤滑油基礎油的結構更為規(guī)整，不同鏈長和結構的反應物通過碳碳偶聯(lián)反應可對產(chǎn)物分子的相對分子質量、分子尺寸和支鏈化程度進行控制，也可根據(jù)需求對潤滑油基礎油結構進行調整，打破了常規(guī)潤滑油基礎油結構不可控的缺點。目前所研究的生物質基全碳鏈潤滑油基礎油多為低黏度潤滑油基礎油，這有利于提高發(fā)動機的耐久性，同時，由于其對發(fā)動機的阻力小，可增加發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。
四、總結
目前市場應用最為廣泛的生物質基潤滑油是酯類潤滑油基礎油，可根據(jù)性能要求靈活地調整酯基的個數(shù)以及碳鏈結構，這同時也使得酯類潤滑油基礎油的原料需求量更大更豐富，對不同原料需要探索不同的合成工藝。甚至可進一步開發(fā)甘油三酯、脂肪酸和脂肪醇等混合原料的酯化技術，提高酯類潤滑油基礎油原料的適應性。
因此，開發(fā)具有高活性且可重復使用的固體酸或堿性催化劑尤為重要，同時要注重催化劑的循環(huán)或再生性能。雖然酯基能提升某些潤滑性能，但是酯基作為極性基團能與機械內(nèi)的極性物質(如：密封圈、橡膠蓋等)互溶，具有一定的腐蝕性。同時，酯類潤滑油基礎油也容易被水解，所以酯類潤滑油基礎油不適用于輪船或者潮濕的環(huán)境中。
