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酯類、烴類、醚類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的區(qū)別及用途
時(shí)間 : 2024-09-20 作者 :
潤(rùn)滑油的開發(fā)有利于降低摩擦磨損，從而促進(jìn)工業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)。生物質(zhì)基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油是一種生物可降解的高分子材料，可實(shí)現(xiàn)CO2零排放，主要有烴類、酯類和醚類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油等。生物質(zhì)基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油可通過(guò)不同長(zhǎng)度的碳鏈重組、化學(xué)合成路徑的準(zhǔn)確調(diào)控和基礎(chǔ)油組分的精準(zhǔn)解析以達(dá)到潤(rùn)滑油的高性能要求。
潤(rùn)滑油的性質(zhì)主要依賴于基礎(chǔ)油，潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油在潤(rùn)滑油中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占到80%以上，目前聚α-烯烴合成潤(rùn)滑油的原料大多是以石化資源乙烯齊聚制備的長(zhǎng)鏈烯烴，而生物質(zhì)基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油是以可再生的生物質(zhì)為原料開發(fā)出的綠色新潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油。
通常來(lái)說(shuō)，生物質(zhì)基潤(rùn)滑油被定義為具有低毒性或無(wú)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(rèn)為是未來(lái)傳統(tǒng)石油基潤(rùn)滑油的替代品。據(jù)預(yù)測(cè)，在未來(lái)十年，環(huán)保型/可再生生物降解潤(rùn)滑油在全球的銷量份額約占到15%~30%。
生物質(zhì)基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油主要有烴類、酯類和醚類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)改性和碳鏈重組達(dá)到潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的碳鏈結(jié)構(gòu)和性能要求等。利用不同方法和策略制備的生物質(zhì)基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油具有不同的性質(zhì)，決定了其用途。
一、酯類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油
采用植物油作為原料制備潤(rùn)滑油具有天然的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橹参镉秃虚L(zhǎng)碳鏈結(jié)構(gòu)和豐富的官能團(tuán)，可利用植物油中的活潑官能團(tuán)對(duì)植物油的碳鏈進(jìn)行重組，從而達(dá)到既定油品的性質(zhì)。
植物油的不飽和結(jié)構(gòu)和醇組分中的β-CH基團(tuán)導(dǎo)致其氧和熱具有不穩(wěn)定性，使得植物油很難直接用作潤(rùn)滑油，可通過(guò)加氫、酯交換和酯化反應(yīng)等改善油脂的性能。而植物油在加氫過(guò)程易發(fā)生雙鍵飽和、幾何(順?lè)?異構(gòu)化和位置異構(gòu)化，同時(shí)，甘油中的β氫原子很容易從分子結(jié)構(gòu)中去除，將酯分解成酸和醇。采用長(zhǎng)鏈醇對(duì)其進(jìn)行酯交換或者酯化反應(yīng)生成酯類化合物能有效改善其潤(rùn)滑性能。
二、醚類生物質(zhì)基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油
油脂中的雙鍵降低了潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品的高溫穩(wěn)定性和氧化安定性。可通過(guò)環(huán)氧化形成黏溫性好、不結(jié)焦、對(duì)氫氣和烴類氣體溶解度小的環(huán)醚，從而有效改善潤(rùn)滑性能。
原位環(huán)氧化反應(yīng)一般分為2步：(1)過(guò)氧酸的形成;(2)過(guò)氧酸與不飽和雙鍵的形成。過(guò)氧化氫的添加可有效促進(jìn)乙烯基向環(huán)氧化合物的轉(zhuǎn)化，但是過(guò)高濃度的過(guò)氧化氫可使得其形成爆炸性混合物，存在潛在危險(xiǎn)。同時(shí)，潤(rùn)滑油中引入環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷也可增加所制備的潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的水溶性，使得其使用范圍大大增加。環(huán)氧化潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的工作溫度比同黏度石油基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油低，齒面邊界力矩比石油基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油高，因而功率損失小，非常適用于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的渦輪齒輪、閉合式齒輪的齒輪潤(rùn)滑油、壓縮機(jī)油和冷凍機(jī)油。
雖然環(huán)狀醚類潤(rùn)滑油具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其低溫流動(dòng)性和氧化穩(wěn)定性較差，可通過(guò)構(gòu)建支鏈醚類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油來(lái)改善低溫流動(dòng)性。相比于環(huán)狀醚類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，支鏈醚類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油支鏈化程度高，結(jié)構(gòu)更為豐富，是改善低溫流動(dòng)性和氧化穩(wěn)定性的有利途徑。
三、烴類生物質(zhì)基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油
為進(jìn)一步提高生物質(zhì)基潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的氧化安定性和降低酸值，由生物質(zhì)平臺(tái)分子出發(fā)合成全碳鏈結(jié)構(gòu)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油引起了研究者的興趣。纖維素或半纖維素平臺(tái)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(guò)選擇性碳碳偶聯(lián)-加氫脫氧等步驟合成烴類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，可為高度支鏈化的生物基綠色烴類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油制備策略提供啟發(fā)。
由于生物質(zhì)平臺(tái)分子原料碳數(shù)較少，通常需經(jīng)過(guò)多個(gè)合成步驟實(shí)現(xiàn)，使得生物質(zhì)基全碳鏈潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的合成效率較低，每一步的分離都較為困難。但是生物質(zhì)基全碳鏈潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油相比于酯類和醚類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的結(jié)構(gòu)更為規(guī)整，不同鏈長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)的反應(yīng)物通過(guò)碳碳偶聯(lián)反應(yīng)可對(duì)產(chǎn)物分子的相對(duì)分子質(zhì)量、分子尺寸和支鏈化程度進(jìn)行控制，也可根據(jù)需求對(duì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，打破了常規(guī)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)不可控的缺點(diǎn)。目前所研究的生物質(zhì)基全碳鏈潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油多為低黏度潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，這有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性，同時(shí)，由于其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力小，可增加發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。
四、總結(jié)
目前市場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛的生物質(zhì)基潤(rùn)滑油是酯類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油，可根據(jù)性能要求靈活地調(diào)整酯基的個(gè)數(shù)以及碳鏈結(jié)構(gòu)，這同時(shí)也使得酯類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油的原料需求量更大更豐富，對(duì)不同原料需要探索不同的合成工藝。甚至可進(jìn)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(shù)，提高酯類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油原料的適應(yīng)性。
因此，開發(fā)具有高活性且可重復(fù)使用的固體酸或堿性催化劑尤為重要，同時(shí)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(rùn)滑性能，但是酯基作為極性基團(tuán)能與機(jī)械內(nèi)的極性物質(zhì)(如：密封圈、橡膠蓋等)互溶，具有一定的腐蝕性。同時(shí)，酯類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油也容易被水解，所以酯類潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油不適用于輪船或者潮濕的環(huán)境中。
