聚全酯（POE）在部分工業用潤滑油中的應用

蘇 劍，王維華（編譯）

（甘肅長城石油化工有限公司，甘肅蘭州 730060）

近年來產業機器設備隨著高性能化，高效化，小型化，長壽命化，節能化的要求，以及臭氧的排放等二次污染問題成了新的污染問題的焦點，并且隨著PRTR法（特定化學物質排出量管理促進法）的實施，提升了對環境保護的意識。在這樣的背景下，傳統的潤滑油就應該伴隨潤滑油使用條件而對質量、性能、功能，不斷的提升。

1 聚全酯的種類和特性

本文詳細概述了酯的優勢以及其性質在部分潤滑油中的應用。多元醇酯脂肪酸酯是一種具潤滑性，耐熱性，低溫流動性能極為優良的基礎油，還具有優異的阻燃性，顯著的抵抗生物降解（注1）能力。在過去的20年里，潤滑油基礎油對環境的影響明顯增加，酯的應用以每年15 萬t 比例遞增。目前，多元醇酯脂肪酸酯可以代替一部分礦物油使用，但是價格比礦物油基高。多元醇酯脂肪酸酯的應用能提高潤滑性、水解穩定性和金屬保護性，同時還能提高潤滑油的化學穩定性，電絕緣能力以及吸濕能力等，是一種在潤滑應用中非常優秀的潤滑介質，還是很好的合成冷凍機油的基礎油。

2 聚全酯在各種工業用潤滑油中的應用

酯的最大優點是：（1）具有良好的高溫性能。由于合成潤滑油的分子結構較為整齊，蒸發損失小并具有良好的熱安定性和氧化安定性，適宜在高溫條件下工作。如合成烴、酯類油、硅油分別可在175 ℃～230 ℃、175 ℃～190 ℃，220 ℃～275 ℃長期工作。

表1 脂肪酸酯的物性

（2）良好的粘溫特性。大多數合成潤滑油的粘度指數較高，在145 ℃以上，而且在低溫條件下粘度不會過高，高溫條件下粘度不會過低，因而適應的溫度范圍很廣，如硅油可在-60 ℃～275 ℃長期工作。聚全酯中，有一種其他油中所沒有的性能相對穩定的結晶物，使之比較柔性更容易起到潤滑。另外，用同一粘度的碳氫系列油相比較，酯的相對分子質量高，閃點高，表現出低的揮發性。

2.1 發動機油

由于酯具有高溫穩定性，高潤滑性，初期性能持久力，高純度性，是汽車運動發動機油，或噴氣發動機油的主流。從價格等方面考慮，比一般汽車用的潤滑油高。但隨著汽車工業的發展，酯類汽車發動機油具有節省能源和延長油更換期限所產生的好處。

將來隨著酯類機油使用壽命延長，生物分解性良好，減少汽車尾氣，各種零部件的回收，補充液等的處理方面都會得到社會的認可。

下一代汽車引擎在陶瓷燃氣渦輪發動機中酯類機油已被研究作為新一代汽車發動機機油的主流。渦輪機旋轉在高溫，高轉速，高效率運轉時，得到的燃油經濟性，是常規潤滑油的耐熱性，耐磨損性，代替不了的，而首選應是短鏈脂肪酸多元醇酯脂肪酸酯。

2.2 多元醇酯阻燃性液壓油

阻燃液壓油大致分為水系和合成系。水系國內主流是一種含水系的水基-乙二醇型液壓油；合成系類型有一個脂肪酸酯系和磷酸酯系等。脂肪酸酯的特征是具有優異的油水分離性，水-乙二醇型液壓油廢水處理比較容易，在同等時間里比礦物油基閃點高，時間短。

最初，在多元醇酯脂肪酸酯添加的礦物油中。從對泵組件的磨損量的數據看來，能延長泵的使用壽命，比液壓油能延長機器壽命。不需要粘度指數改進劑，具有良好的剪切穩定性，粘度指數高的優點，如粘度降低也可使用。同時它具有良好的高溫穩定性和良好的低溫流動性。多元醇油酸酯加水分解穩定性對機械密封件可起到一定的效果。如，鋼鐵廠的軋鋼機和加熱爐周圍的液壓設備及機械設備，特別是對從歐美進口的建筑機械出口處的初裝油，使用一段時間后要添加和補充，阻燃性液壓油是用于熱源附近的機械設備上，所以必須是抗燃，抗高壓，高功能等，多元醇酯阻燃性液壓油是首選的。

2.3 冷凍機油

氟氯化碳（氟利昂CFC）是一種破壞臭氧層的物質，已經限制使用，并指定淘汰氯氟烴（HCFC）而被氫氟烴（HFC）替代制冷劑。由于氯氟烴（HCFC）被氫氟烴（HFC）替代制冷劑，與烷基苯油不相溶，所以現在烷基苯和聚-α-烯烴的混合物能夠明顯改善聚酯或聚醚基礎油的性能，所以多元醇酯是合成冷凍機油首選的基礎油。

冷凍機油用于制冷壓縮機的一部分，它是壓縮機能夠正常高速運行的關鍵。有一部分機油通過制冷壓縮機的氣缸隨制冷劑一道進入冷凝器、膨脹閥和蒸發器，這就要求冷凍機油不僅具備一般潤滑劑的特性，而且還應適應制冷系統的特殊要求，否則對制冷系統產生不良影響，壓縮機的氣缸部分引起燒結等。

烷基苯油（烷基苯作為合成油的組分）與環烷系礦物油（環烷油是從環烷基原油中提煉出來的）相比較，多元醇酯具有粘度指數高、閃點高、耐高溫、密度大等特性，航船上的汽輪機在低溫環境下工作，工業上用的冷凍機、空調機所用的制冷劑HFC134a，HFC 407 C，HFC 410 A 等都將被聚全酯所代替。

2.4 軋制油

鋼鐵冷軋油使用在冷軋帶鋼四輥連軋機上。軋制油的初期是以棕櫚油、牛油和水的混合物為基礎，采用直噴式向軋機提供乳化液，實現軋輥和帶鋼的冷卻和潤滑，但是在高溫環境使用還有一定的缺點。

軋制油在冷軋軋制過程中，為減少軋輥與帶鋼之間的摩擦力，提高板帶在中間過程的防銹能力。必須對軋輥和帶鋼進行有效的散熱, 以得到穩定的高質量產品。動物油有一個缺點，揮發性能不好，退火時在板帶表面產生大量殘碳，影響板帶表面質量。因此，多元醇酯加入到冷軋油中可以改善板帶退火過程中產生的大量殘碳，從而提高了板帶的清潔度。

軋制油基礎油所用的礦物油和天然油脂及合成酯的特性試驗結果。從理化指標可以看出合成酯比天然油脂的理化指標更穩定（見表2）。

表2 性質和各種軋制油的基礎油的基本性能測試結果

安定性：國際標準行業標準JIS 日本工業標準。

油酸安定度試驗：1 周時間。

圖1 合成油的種類和使用溫度范圍

通板：高速通板試驗：速度＝1 000 m/min。

冷軋碳素薄板：0.8 mm。

熱天秤：10 mg，N2=100 cc/min，10 ℃/min。

成本比：成本率，是以礦物油的成本做比較。

合成酯雖然比天然油昂貴，但減少了清洗時間，減少了產品的次品。從而提高了生產效率，降低了成本。合成酯作為軋制油的組分之一，它能改善板帶淬火過程中的雜質及揮發性，從而提高了板帶的清潔度及潤滑軋輥和帶鋼的作用，也能起到冷卻作用。

2.5 潤滑酯基礎油

決定潤滑酯性能的好壞，起決定因素的主要是基礎油，而決定基礎油的好壞則要看它的耐熱性、氧化安定性、低溫性和耐腐蝕性，代表性的基礎油的使用溫度范圍（見圖1）。

合成酯少量的加到礦物油脂中，雖然它的生產成本增加了，但是它大大的改善了對機械的整體潤滑及使用壽命的延長。多元醇潤滑酯用在滾珠軸承、主軸電動機及電器上噪音低，扭矩低（硬盤驅動器HDD）及信息設備上起到耐磨損，轉動精度高，低揮發性，用在高輻射的環境中、溫度極高或極低、接觸腐蝕性化學品、高真空、行業中將發揮它獨特的效果。

此外多元醇潤滑酯，在高低溫條件下使用，也可用于需要生物降解性的應用領域，提高了環境保護意識，特別是開放式應用環境如建設機械的工作機領域，農業機領域，鐵路分岔器等。

2.6 其他的用途

多元醇酯還可以用在空氣壓縮機、切削、研磨機、合成纖維、電器絕緣、風力發電軸承和齒輪等設備和環境中，由于多元醇酯是高性能，高效率，從而有利于環境保護。

綜上所述，雖然多元醇酯在價格上比礦物油高，但是有許多優點，有高生物降解性，提高生產率，低燃料消耗，使用壽命長，提高潤滑油的熱氧化穩定性，提高油品的水解穩定性，高溫粘附性和優良的破乳化性及防銹性，能在很寬的溫度范圍內以及惡劣工作環境下為設備提供潤滑保護，同時也具備良好的清凈性，從而防止在熱的金屬表面積碳。是合成潤滑油首選的添加劑。

注1：生物可降解指材料在生物體內通過溶解、酶解、細胞吞噬等作用，在組織長入的過程中不斷從體內排出，修復后的組織完全替代植入材料的位置，而材料在體內不存在殘留的性質。

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