聚醚合成潤滑油基礎油

盧 璐，程國偉，婁 婷，宋鐵賁

(大連交通大學 環境科學與工程學院，遼寧 大連 116028)

0 引言

由于聚醚合成油分子具有醚鍵和羥基［1-2］，故螺族結構，構成它獨特性能，具有分散、乳化、潤滑等多方面的性能，很快得到了廣泛的應用.聚醚作為潤滑劑，它的主要特點是：①具有優良的粘溫性質和高溫下不結焦的特點［3］，可作機械高溫部位的潤滑油.如紡織熱定型機的鏈條潤滑油，加工玻璃時切割用的潤滑油劑塑料壓延機機油等;②具有優良的低溫性和對氫氣、乙烯、天然氣的溶解度小，與氟利昂氣體有很好的互溶性的特點，可作氣體壓縮機油、冷凍機油及真空泵油等［4］;③具有良好的潤滑性，并且有很好的溶解沉淀的作用，能使發動機內部保持清潔，當完全燃燒時不留殘渣，適合全封閉式的內燃機油、齒輪油和冬夏齒輪油等;④具有良好的增稠效果，抗剪切性能好，高壓下不生成沉渣和漆狀物，適于作抗燃液壓油的基礎油.聚醚合成油的種類較多，主要以原料的不同而區分目前有環氧乙烷，環氧丙烷，環氧丁烷或四氫呋喃等開環均聚或共聚制取的線性聚合物，工業上有環氧乙烷均聚醚;環氧丙烷均聚醚;環氧乙烷-環氧丙烷共聚醚;環氧丙烷-環氧丁烷共聚醚;環氧丙烷 -四氫呋喃共聚醚［1，5］.本文討論的是以環氧丁烷為原料進行均聚制取的線性聚合物作為合成油基礎油.

1 實驗方法與反應機理

在適宜的操作條件下，環氧丁烷在起始劑、催化劑的作用下，發生聚合反應.以NaOH為催化劑，胺、醇、羧酸為起始劑時［1］，首先是起始劑和催化劑作用，生成烷氧基陰離子

ROH+OH→-RO-+H2O

烷氧基陰離子與環氧化物反應，生成陰離子

陰離子與環氧化物連鎖反應，鏈加長

遇水終止聚合反應

式中，R為烷基或氫，n=2～500.

本實驗所用的原料環氧丁烷純度為95%、催化劑為NaOH、起始劑為CH3CH2OH、溶劑為苯.合成工藝如圖1.

圖1 聚醚合成潤滑油基礎油的工藝

催化劑濃度定義為：

起始劑配比定義為：

2 實驗結果與討論

2.1 催化劑濃度的影響

當起始劑配比0.5%、老化時間5.5 h、聚合溫度分別為83、90℃時，研究聚合物粘度和聚合物產率隨催化劑濃度的變化規律，實驗結果見圖2.

圖2 催化劑濃度對聚合物粘度和聚合物產率的影響

由圖2可知，隨著催化劑濃度的增加，聚合物粘度和聚合物產率都會增加，當聚合的溫度為90℃時，若再增加催化劑濃度的，則聚合物產率變化不大.這是因為在反應的開始階段，隨著催化劑濃度的升高，引發的烷氧基陰離子增多，有利于與環氧化物連鎖反應，使鏈加長;當催化劑濃度大于0.5%時，說明催化劑濃度增加會產生更多的烷氧基陰離子，同時也會引起的兩種單體的共聚反應的幾率增大而生成低聚物，多余的水也使鏈轉移和鏈終止的速度增加，從而使聚合物產率變化很小.綜合考慮，催化劑的較佳濃度為0.5%.

2.2 起始劑配比的影響

當催化劑濃度0.5%、老化時間5.5 h、聚合溫度分別為83、90℃時，研究聚合物粘度和聚合物產率隨起始劑配比的變化規律，實驗結果見圖3.

圖3 起始劑配比對聚合物粘度和聚合物產率的影響

由圖3可知，隨著起始劑配比的增加，聚合物粘度下降，聚合物產率增加;隨著聚合的溫度增加，若再增加起始劑配比，則聚合物產率增加，高溫聚合物粘度比低溫的聚合物粘度降低小些，粘溫性質變化很小，聚合溫度稍高一些較好.這是因為在反應的開始階段，隨著起始劑配比的升高，引發的烷氧基陰離子增多，有利于與環氧化物連鎖反應，使鏈加長;當起始劑配比大于0.5%時，聚合物粘度太低，不利于作潤滑油，另外聚合物產率增加不大.考慮適宜的聚合物粘度和聚合物產率，起始劑配比的較佳為0.5%.

2.3 聚合溫度的影響

當催化劑濃度0.5%、起始劑配比0.5%、老化時間5.5 h時，研究聚合物粘度和聚合物產率隨聚合溫度的變化規律，實驗結果見圖4.

圖4 聚合溫度對聚合物粘度和聚合物產率的影響

由圖4可知，隨著聚合溫度的增加，聚合物粘度和聚合物產率增加;并且高溫聚合物粘度比低溫的聚合物粘度大，粘溫性好，宜選聚合溫度稍高一些，但聚合溫度太高，合成潤滑油粘度太大，不利于潤滑.這是因為在反應是吸熱反應，高溫有利于引發的烷氧基陰離子增多，有利于與環氧化物連鎖反應，使鏈加長，發生聚合.考慮適宜的聚合物粘度和聚合物產率，選較佳聚合溫度為90℃.

圖5 老化時間對聚合物粘度和聚合物產率的影響

2.4 老化時間的影響

當催化劑濃度0.5%、起始劑配比0.5%、聚合溫度為90℃時，研究聚合物粘度和聚合物產率隨老化時間的變化規律，實驗結果見圖5.

由圖5可知，隨著老化時間的增加，聚合物粘度和聚合物產率增加;但老化時間太長，聚合物粘度太大，粘溫性不好，合成潤滑油粘度太大，不利于潤滑.選適宜的老化時間為7.5 h.

2.5 性能比較

在最佳操作的條件下，聚合溫度90℃，NaOH催化劑的加入量0.5%，CH3CH2OH起始劑的配比0.5%，老化時間7.5 h，聚合壓力0.3 MPa 進行聚合操作，其聚醚合成油的物性見表1.

表1 聚醚合成油的物性

由表1可見，聚醚合成油的物性如粘度、指數、傾點、殘炭等指標，遠遠好于相同粘度水平的HIV350基礎油標準.

表2 機械性能和抗氧化性能對比數據

聚醚合成油的機械性能和抗氧化性能與礦物基礎油和礦物基潤滑油的對比數據如表2所示.

由表2可見，聚醚合成油的機械性能和抗氧化性能方面，都遠遠好于礦物基礎油和礦物基潤滑油

3 結論

(1)以環氧乙烷為原料，聚合成的線性聚合物，可以作為潤滑油的基礎油.最佳聚合溫度90℃、NaOH催化劑的加入量0.5%、CH3CH2OH起始劑的配比0.5%，老化時間7.5 h，聚合壓力0.3 MPa;

(2)本文研究的聚醚合成油的機械性能和抗氧化性能方面，都遠好于礦物基礎油和礦物基潤滑油.其物性遠好于相同粘度水平的HIV350基礎油標準;

(3)由環氧丁烷為原料制取的合成油基礎油，開辟了聚醚合成的新途徑.此工藝對環氧丁烷的純度要求不高，工藝簡單，成本低，為我國生產聚醚合成油提供了一條可行的經濟路線.

［1］言敏達.聚醚的功能化［J］.精細化工，2000，17(12)：683-689.

［2］ADERIN M E，JOHNSTON G J，SPIKES H A，et al.The film-forming properties of polyalkylene glycols［J］.J Synthetic Lubrication，1993，10(1)：23.

［3］劉發起.合成潤滑油的基礎油聚醚油的物性及實用性研究［J］.沈陽化工，1996，7(1)：14-16.

［4］鄭發正，謝風.潤滑劑性質與應用［D］.北京：中國石化出版社，2006.

［5］周惠娟，朱慶云.天然氣合成潤滑油基礎油技術發展動向［J］.潤滑油，2001，17(6)：13.