多元醇酯基礎油性質及應用探究

張俊杰陳炳耀,2楊善杰薛飛廖輝云

(1．廣東三和控股有限公司，廣東 中山 528429；2．廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429)

多元醇酯基礎油性質及應用探究

張俊杰1陳炳耀1,2楊善杰1薛飛1廖輝云1

(1．廣東三和控股有限公司，廣東 中山 528429；2．廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山 528429)

多元醇酯在酯類合成基礎油中占據舉足輕重的地位，研究其性能及應用會對配方體系奠定基礎。本文主要對多元醇酯物理性質，高極性，溶脹性及熱和氧化穩定性進行研究，并分析其在內燃機油領域的應用及價值。最終得出多元醇酯低溫性能優良，高極性和溶脹性彌補了PAO型基礎油的缺陷，與PAO型基礎油組成的合成流體是內燃機油理想的基礎油。

多元醇酯;高極性;密封溶脹性;熱和氧化穩定性

0 引言

伴隨著機械化行業的高速發展，作為其傳遞介質及減少磨損的潤滑油領域也在日新月異。而在其所包含的基礎油領域，合成基礎油也在不斷的增加和改進。酯類基礎油作為其中一員，發揮著不可替代的作用。目前對于酯類基礎油的開發使用不足，影響配方體系的發展。

本文主要對酯類基礎油中的多元醇酯進行分析論證，通過研究其獨特的性能特點及在應用領域中的表現，使我們對這類基礎油有更加清晰的認知，對配方體系的研究奠定基礎。

1 多元醇酯的合成

1.1 多元醇酯的合成

酯的合成主要分為酯化、中和、過濾，而醇+酸=酯+水是最基本的反應。

多元醇酯主要有為兩種合成途徑：(1)多羥基醇和單功能酸經酯化反應合成，其中多羥基醇包括新戊醇(NPG)，三羥甲基丙烷(TMP)，聚戊丙醇(PE)。(2)酯基轉移作用(醇解)制備，具體指單酯與新戊醇在催化劑存在下進行酯轉移[1]，得到所希望的生成物，同時選取特定的催化劑有助于反應的合成的速率。

1.2 理化性質

(1)物理性質

分別選取市面上的Ⅱ類基礎油150N、PAO6、雙酯和多元醇酯基礎油，進行性質測定，結果見表1。

分析表1得出，多元醇酯相比于二類基礎油150N，傾點小于-20℃，揮發性也更小，對于潤滑油配方體系而言，揮發度小的油品粘度增大幅度更小，有利于大大延長其使用壽命；同時多元醇酯整體性能相比于PAO6，低溫性能略差，其他參數彼此接近；雙酯由二元酸和支鏈一元醇反應制得，由表1看出，其有極佳的粘度指數和傾點，整體性能達到PAO型基礎油，但低溫略有不足。多元醇酯與雙酯相比，兩者物理性質很接近，但多元醇酯和雙酯相對分子質量低，限制其粘度范圍，整體粘度偏低。

表1 基礎油物理參數

(2)高極性

多元醇酯基礎油具有高極性，可以作為PAO型配方體系的有效溶劑[2]，該性質在配方體系研究中發揮著巨大的作用。伴隨著機械化的日新月異，人們對潤滑油的要求也在不斷升級，隨著而來的配方體系的升級帶動PAO型基礎油的全面推廣。而PAO型基礎油為非極性，在使用添加劑特別是增粘類聚合物時，存在溶解性問題，這對于配方的結果有很大的影響。通過多元醇酯等其他酯類基礎油的添加，改變了整個體系的極性，有助于改善添加劑的溶解問題，保證油品的品質。

(3)密封溶脹性

彈性體與液體潤滑劑接觸，存在物理和化學作用，導致彈性體發生溶脹現象。多元醇酯及其他酯類基礎油與彈性體聚合物之間幾乎不發生化學反應，兩者的物理作用主要有兩個不同的過程：①彈性體聚合物與潤滑劑之間吸附發生膨脹，這個主要取決于彈性體聚合物的相對分子質量大小，其越大，膨脹越小。②彈性體聚合物被潤滑劑溶解抽提造成收縮，這個由潤滑劑與彈性體溶解參數的接近性決定，即遵循“相似相溶”原理。

(4)熱和氧化穩定性

基礎油整體都是非常穩定的，酯鏈的穩定性比C-C鍵更好，但酯的氧化穩定性略差于礦物油，這是由于礦物油中含有不純物，起到抗氧劑的作用。該性能主要取決于烴存在的數量和類型，直鏈酸的酯比支鏈更穩定，短鏈酸的酯比長鏈更穩定。

多元醇酯相比于雙酯，具有更佳的熱穩定性。由于酯的醇部分上的β碳原子上缺少氫原子導致其具有更好的熱穩定性。氫原子的存在會造成分解反應，此分解機理可理解為環狀的六元產生酸和1-烯烴，當雙酯上的β碳上氫原子被烯烴置換后裝換為多元醇酯不再發生該反應，而是通過自由基發生熱分解反應，需要更高的能量，熱穩定性增強。

但是多元醇酯的氧化穩定性略低于雙酯，這是由于其中含有的烯烴鍵使其氧化穩定性降低。而長鏈分子需要不飽和烴來改善低溫流動性，所以減少不飽和烴很重要，特別是避免連接雙鍵。

表2 成焦板試驗，各加1%胺型抗氧劑，板溫275℃，22h

評分系統：＞2.0不及格，0.5～2.0通過，＜0.5優秀。

用成焦板試驗評定潤滑油的沉積物生成趨勢，綜合考慮熱穩定性和氧化穩定性。由表2得出，有芳烴的鄰苯二甲酸與缺少β氫的多元醇酯性能比雙酯更好，優化多元醇酯性能最佳。多元醇酯熱穩定性比雙酯好，但氧化穩定性不如雙酯，整體性能極佳主要是由于多元醇酯基礎油對抗氧劑的感受性很好，加入少量抗氧劑即可大大增強其氧化穩定性。表2中由于加入1%抗氧劑量，氧化穩定性得到大大提高。

1.3 應用領域

在內燃機油領域中，一般多用多元醇酯。市場的主要驅動力是延長換油期，而多元醇酯的熱和氧化穩定性極佳，同時蒸發損失小，這些都大大延長潤滑油的使用壽命[3]。同時其低溫流動性好，可以減少啟動磨損。

在配方體系的研究中，多元醇酯和PAO的合成流體是內燃機油的理想基礎油。PAO型基礎油具有極低的傾點和高粘度指數，對于內燃機的冷啟動有極大的改善，同時其添加劑的感受性非常好，兩者的合成流體在有添加劑的情況下性能優越，而多元醇酯本身對粘指劑的溶解性很強，并具有優良的溶脹密封性，彌補了PAO型基礎油的不足。

2 結論

(1)多元醇酯主要由多羥基醇和單功能酸經酯化反應和酯基轉移作用兩條合成途徑制備。

(2)多元醇酯具有優良的低溫性能，同時揮發度小，但相對分子質量小限制其粘度范圍。

(3)多元醇酯具有高極性，可作為PAO型配方體系的溶劑，解決添加劑的溶解問題。同時與密封件之間具有良好的溶脹性。成焦板試驗顯示其熱穩定性極佳，并對抗氧劑感受性強，在加入1%胺型抗氧劑后氧化穩定性優良。

(4)多元醇酯和PAO的合成流體是內燃機油領域的理想合成基礎油，具有極低的傾點及熱安定性，并對添加劑有良好的感受性及溶解性。

[1]王貽全,梁宇翔.多元醇酯基礎油性能-結構關系研究及在航空潤滑油中的發展概述[J].潤滑油,2014,(03)∶33-38.

[2]費建奇,趙偉.多元醇酯類冷凍機用基礎油的合成及其性能[J].潤滑油,2009,(04)∶22-25.

[3]紀獻兵,陳銀霞.新戊基多元醇酯在潤滑領域的應用研究[J].化工技術與開發,2013,(09)∶15-17.

張俊杰(1993- )，男，陜西寶雞人，主要研究方向潤滑劑。