聚全酯（POE）在部分工業(yè)用潤(rùn)滑油中的應(yīng)用

蘇 劍，王維華（編譯）

（甘肅長(zhǎng)城石油化工有限公司，甘肅蘭州 730060）

近年來(lái)產(chǎn)業(yè)機(jī)器設(shè)備隨著高性能化，高效化，小型化，長(zhǎng)壽命化，節(jié)能化的要求，以及臭氧的排放等二次污染問(wèn)題成了新的污染問(wèn)題的焦點(diǎn)，并且隨著PRTR法（特定化學(xué)物質(zhì)排出量管理促進(jìn)法）的實(shí)施，提升了對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。在這樣的背景下，傳統(tǒng)的潤(rùn)滑油就應(yīng)該伴隨潤(rùn)滑油使用條件而對(duì)質(zhì)量、性能、功能，不斷的提升。

1 聚全酯的種類和特性

本文詳細(xì)概述了酯的優(yōu)勢(shì)以及其性質(zhì)在部分潤(rùn)滑油中的應(yīng)用。多元醇酯脂肪酸酯是一種具潤(rùn)滑性，耐熱性，低溫流動(dòng)性能極為優(yōu)良的基礎(chǔ)油，還具有優(yōu)異的阻燃性，顯著的抵抗生物降解（注1）能力。在過(guò)去的20年里，潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油對(duì)環(huán)境的影響明顯增加，酯的應(yīng)用以每年15 萬(wàn)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(jià)格比礦物油基高。多元醇酯脂肪酸酯的應(yīng)用能提高潤(rùn)滑性、水解穩(wěn)定性和金屬保護(hù)性，同時(shí)還能提高潤(rùn)滑油的化學(xué)穩(wěn)定性，電絕緣能力以及吸濕能力等，是一種在潤(rùn)滑應(yīng)用中非常優(yōu)秀的潤(rùn)滑介質(zhì)，還是很好的合成冷凍機(jī)油的基礎(chǔ)油。

2 聚全酯在各種工業(yè)用潤(rùn)滑油中的應(yīng)用

酯的最大優(yōu)點(diǎn)是：（1）具有良好的高溫性能。由于合成潤(rùn)滑油的分子結(jié)構(gòu)較為整齊，蒸發(fā)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(zhǎng)期工作。

表1 脂肪酸酯的物性

（2）良好的粘溫特性。大多數(shù)合成潤(rùn)滑油的粘度指數(shù)較高，在145 ℃以上，而且在低溫條件下粘度不會(huì)過(guò)高，高溫條件下粘度不會(huì)過(guò)低，因而適應(yīng)的溫度范圍很廣，如硅油可在-60 ℃～275 ℃長(zhǎng)期工作。聚全酯中，有一種其他油中所沒(méi)有的性能相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)晶物，使之比較柔性更容易起到潤(rùn)滑。另外，用同一粘度的碳?xì)湎盗杏拖啾容^，酯的相對(duì)分子質(zhì)量高，閃點(diǎn)高，表現(xiàn)出低的揮發(fā)性。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)油

由于酯具有高溫穩(wěn)定性，高潤(rùn)滑性，初期性能持久力，高純度性，是汽車運(yùn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)油，或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)油的主流。從價(jià)格等方面考慮，比一般汽車用的潤(rùn)滑油高。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，酯類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油具有節(jié)省能源和延長(zhǎng)油更換期限所產(chǎn)生的好處。

將來(lái)隨著酯類機(jī)油使用壽命延長(zhǎng)，生物分解性良好，減少汽車尾氣，各種零部件的回收，補(bǔ)充液等的處理方面都會(huì)得到社會(huì)的認(rèn)可。

下一代汽車引擎在陶瓷燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中酯類機(jī)油已被研究作為新一代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的主流。渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)在高溫，高轉(zhuǎn)速，高效率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，得到的燃油經(jīng)濟(jì)性，是常規(guī)潤(rùn)滑油的耐熱性，耐磨損性，代替不了的，而首選應(yīng)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(guó)內(nèi)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(gè)脂肪酸酯系和磷酸酯系等。脂肪酸酯的特征是具有優(yōu)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(shí)間里比礦物油基閃點(diǎn)高，時(shí)間短。

最初，在多元醇酯脂肪酸酯添加的礦物油中。從對(duì)泵組件的磨損量的數(shù)據(jù)看來(lái)，能延長(zhǎng)泵的使用壽命，比液壓油能延長(zhǎng)機(jī)器壽命。不需要粘度指數(shù)改進(jìn)劑，具有良好的剪切穩(wěn)定性，粘度指數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，如粘度降低也可使用。同時(shí)它具有良好的高溫穩(wěn)定性和良好的低溫流動(dòng)性。多元醇油酸酯加水分解穩(wěn)定性對(duì)機(jī)械密封件可起到一定的效果。如，鋼鐵廠的軋鋼機(jī)和加熱爐周圍的液壓設(shè)備及機(jī)械設(shè)備，特別是對(duì)從歐美進(jìn)口的建筑機(jī)械出口處的初裝油，使用一段時(shí)間后要添加和補(bǔ)充，阻燃性液壓油是用于熱源附近的機(jī)械設(shè)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(jī)油

氟氯化碳（氟利昂CFC）是一種破壞臭氧層的物質(zhì)，已經(jīng)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(xiàn)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(chǔ)油的性能，所以多元醇酯是合成冷凍機(jī)油首選的基礎(chǔ)油。

冷凍機(jī)油用于制冷壓縮機(jī)的一部分，它是壓縮機(jī)能夠正常高速運(yùn)行的關(guān)鍵。有一部分機(jī)油通過(guò)制冷壓縮機(jī)的氣缸隨制冷劑一道進(jìn)入冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器，這就要求冷凍機(jī)油不僅具備一般潤(rùn)滑劑的特性，而且還應(yīng)適應(yīng)制冷系統(tǒng)的特殊要求，否則對(duì)制冷系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，壓縮機(jī)的氣缸部分引起燒結(jié)等。

烷基苯油（烷基苯作為合成油的組分）與環(huán)烷系礦物油（環(huán)烷油是從環(huán)烷基原油中提煉出來(lái)的）相比較，多元醇酯具有粘度指數(shù)高、閃點(diǎn)高、耐高溫、密度大等特性，航船上的汽輪機(jī)在低溫環(huán)境下工作，工業(yè)上用的冷凍機(jī)、空調(diào)機(jī)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(jī)上。軋制油的初期是以棕櫚油、牛油和水的混合物為基礎(chǔ)，采用直噴式向軋機(jī)提供乳化液，實(shí)現(xiàn)軋輥和帶鋼的冷卻和潤(rùn)滑，但是在高溫環(huán)境使用還有一定的缺點(diǎn)。

軋制油在冷軋軋制過(guò)程中，為減少軋輥與帶鋼之間的摩擦力，提高板帶在中間過(guò)程的防銹能力。必須對(duì)軋輥和帶鋼進(jìn)行有效的散熱, 以得到穩(wěn)定的高質(zhì)量產(chǎn)品。動(dòng)物油有一個(gè)缺點(diǎn)，揮發(fā)性能不好，退火時(shí)在板帶表面產(chǎn)生大量殘?zhí)?，影響板帶表面質(zhì)量。因此，多元醇酯加入到冷軋油中可以改善板帶退火過(guò)程中產(chǎn)生的大量殘?zhí)?，從而提高了板帶的清潔度?/p>

軋制油基礎(chǔ)油所用的礦物油和天然油脂及合成酯的特性試驗(yàn)結(jié)果。從理化指標(biāo)可以看出合成酯比天然油脂的理化指標(biāo)更穩(wěn)定（見(jiàn)表2）。

表2 性質(zhì)和各種軋制油的基礎(chǔ)油的基本性能測(cè)試結(jié)果

安定性：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

油酸安定度試驗(yàn)：1 周時(shí)間。

圖1 合成油的種類和使用溫度范圍

通板：高速通板試驗(yàn)：速度＝1 000 m/min。

冷軋?zhí)妓乇“澹?.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(shí)間，減少了產(chǎn)品的次品。從而提高了生產(chǎn)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(guò)程中的雜質(zhì)及揮發(fā)性，從而提高了板帶的清潔度及潤(rùn)滑軋輥和帶鋼的作用，也能起到冷卻作用。

2.5 潤(rùn)滑酯基礎(chǔ)油

決定潤(rùn)滑酯性能的好壞，起決定因素的主要是基礎(chǔ)油，而決定基礎(chǔ)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(chǔ)油的使用溫度范圍（見(jiàn)圖1）。

合成酯少量的加到礦物油脂中，雖然它的生產(chǎn)成本增加了，但是它大大的改善了對(duì)機(jī)械的整體潤(rùn)滑及使用壽命的延長(zhǎng)。多元醇潤(rùn)滑酯用在滾珠軸承、主軸電動(dòng)機(jī)及電器上噪音低，扭矩低（硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器HDD）及信息設(shè)備上起到耐磨損，轉(zhuǎn)動(dòng)精度高，低揮發(fā)性，用在高輻射的環(huán)境中、溫度極高或極低、接觸腐蝕性化學(xué)品、高真空、行業(yè)中將發(fā)揮它獨(dú)特的效果。

此外多元醇潤(rùn)滑酯，在高低溫條件下使用，也可用于需要生物降解性的應(yīng)用領(lǐng)域，提高了環(huán)境保護(hù)意識(shí)，特別是開(kāi)放式應(yīng)用環(huán)境如建設(shè)機(jī)械的工作機(jī)領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)機(jī)領(lǐng)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(jī)、切削、研磨機(jī)、合成纖維、電器絕緣、風(fēng)力發(fā)電軸承和齒輪等設(shè)備和環(huán)境中，由于多元醇酯是高性能，高效率，從而有利于環(huán)境保護(hù)。

綜上所述，雖然多元醇酯在價(jià)格上比礦物油高，但是有許多優(yōu)點(diǎn)，有高生物降解性，提高生產(chǎn)率，低燃料消耗，使用壽命長(zhǎng)，提高潤(rùn)滑油的熱氧化穩(wěn)定性，提高油品的水解穩(wěn)定性，高溫粘附性和優(yōu)良的破乳化性及防銹性，能在很寬的溫度范圍內(nèi)以及惡劣工作環(huán)境下為設(shè)備提供潤(rùn)滑保護(hù)，同時(shí)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(rùn)滑油首選的添加劑。

注1：生物可降解指材料在生物體內(nèi)通過(guò)溶解、酶解、細(xì)胞吞噬等作用，在組織長(zhǎng)入的過(guò)程中不斷從體內(nèi)排出，修復(fù)后的組織完全替代植入材料的位置，而材料在體內(nèi)不存在殘留的性質(zhì)。

［1］ 靜，機(jī)械心理學(xué)家，38，1（1993）28.

［2］ 平尾，潤(rùn)滑經(jīng)濟(jì)，（1999.5）12.

［3］ 日本株“尼桑* 3 日產(chǎn)統(tǒng)一的產(chǎn)品目錄”（1999）.

［4］ 潤(rùn)滑經(jīng)濟(jì)，（1994.7）6.

［5］ 平尾，月刊摩擦學(xué)（1996.11）34.

［6］ 設(shè)樂(lè)，月刊摩擦學(xué)（1997.8）64.

［7］ 小西，月刊摩擦學(xué)（1999.9）23.

［8］ 液壓油手冊(cè)（1985）44（株）潤(rùn)滑通訊社.

［9］ 門(mén)磨，PETROTECH（1985.5）443.

［10］ 由良，潤(rùn)滑經(jīng)濟(jì)，（1997.10）11.

［11］ 川，170 次研討會(huì)（1996.7）塑性加工.

［12］ 玉井，潤(rùn)滑經(jīng)濟(jì)，（1996.9）28.

［13］ 長(zhǎng)野，潤(rùn)滑經(jīng)濟(jì)，（2000.6）10.