聚全酯（POE）在部分工业用润滑油中的应用

苏 剑，王维华（编译）

（甘肃长城石油化工有限公司，甘肃兰州 730060）

近年来产业机器设备随着高性能化，高效化，小型化，长寿命化，节能化的要求，以及臭氧的排放等二次污染问题成了新的污染问题的焦点，并且随着PRTR法（特定化学物质排出量管理促进法）的实施，提升了对环境保护的意识。在这样的背景下，传统的润滑油就应该伴随润滑油使用条件而对质量、性能、功能，不断的提升。

1 聚全酯的种类和特性

本文详细概述了酯的优势以及其性质在部分润滑油中的应用。多元醇酯脂肪酸酯是一种具润滑性，耐热性，低温流动性能极为优良的基础油，还具有优异的阻燃性，显著的抵抗生物降解（注1）能力。在过去的20年里，润滑油基础油对环境的影响明显增加，酯的应用以每年15 万t 比例递增。目前，多元醇酯脂肪酸酯可以代替一部分矿物油使用，但是价格比矿物油基高。多元醇酯脂肪酸酯的应用能提高润滑性、水解稳定性和金属保护性，同时还能提高润滑油的化学稳定性，电绝缘能力以及吸湿能力等，是一种在润滑应用中非常优秀的润滑介质，还是很好的合成冷冻机油的基础油。

2 聚全酯在各种工业用润滑油中的应用

酯的最大优点是：（1）具有良好的高温性能。由于合成润滑油的分子结构较为整齐，蒸发损失小并具有良好的热安定性和氧化安定性，适宜在高温条件下工作。如合成烃、酯类油、硅油分别可在175 ℃～230 ℃、175 ℃～190 ℃，220 ℃～275 ℃长期工作。

表1 脂肪酸酯的物性

（2）良好的粘温特性。大多数合成润滑油的粘度指数较高，在145 ℃以上，而且在低温条件下粘度不会过高，高温条件下粘度不会过低，因而适应的温度范围很广，如硅油可在-60 ℃～275 ℃长期工作。聚全酯中，有一种其他油中所没有的性能相对稳定的结晶物，使之比较柔性更容易起到润滑。另外，用同一粘度的碳氢系列油相比较，酯的相对分子质量高，闪点高，表现出低的挥发性。

2.1 发动机油

由于酯具有高温稳定性，高润滑性，初期性能持久力，高纯度性，是汽车运动发动机油，或喷气发动机油的主流。从价格等方面考虑，比一般汽车用的润滑油高。但随着汽车工业的发展，酯类汽车发动机油具有节省能源和延长油更换期限所产生的好处。

将来随着酯类机油使用寿命延长，生物分解性良好，减少汽车尾气，各种零部件的回收，补充液等的处理方面都会得到社会的认可。

下一代汽车引擎在陶瓷燃气涡轮发动机中酯类机油已被研究作为新一代汽车发动机机油的主流。涡轮机旋转在高温，高转速，高效率运转时，得到的燃油经济性，是常规润滑油的耐热性，耐磨损性，代替不了的，而首选应是短链脂肪酸多元醇酯脂肪酸酯。

2.2 多元醇酯阻燃性液压油

阻燃液压油大致分为水系和合成系。水系国内主流是一种含水系的水基-乙二醇型液压油；合成系类型有一个脂肪酸酯系和磷酸酯系等。脂肪酸酯的特征是具有优异的油水分离性，水-乙二醇型液压油废水处理比较容易，在同等时间里比矿物油基闪点高，时间短。

最初，在多元醇酯脂肪酸酯添加的矿物油中。从对泵组件的磨损量的数据看来，能延长泵的使用寿命，比液压油能延长机器寿命。不需要粘度指数改进剂，具有良好的剪切稳定性，粘度指数高的优点，如粘度降低也可使用。同时它具有良好的高温稳定性和良好的低温流动性。多元醇油酸酯加水分解稳定性对机械密封件可起到一定的效果。如，钢铁厂的轧钢机和加热炉周围的液压设备及机械设备，特别是对从欧美进口的建筑机械出口处的初装油，使用一段时间后要添加和补充，阻燃性液压油是用于热源附近的机械设备上，所以必须是抗燃，抗高压，高功能等，多元醇酯阻燃性液压油是首选的。

2.3 冷冻机油

氟氯化碳（氟利昂CFC）是一种破坏臭氧层的物质，已经限制使用，并指定淘汰氯氟烃（HCFC）而被氢氟烃（HFC）替代制冷剂。由于氯氟烃（HCFC）被氢氟烃（HFC）替代制冷剂，与烷基苯油不相溶，所以现在烷基苯和聚-α-烯烃的混合物能够明显改善聚酯或聚醚基础油的性能，所以多元醇酯是合成冷冻机油首选的基础油。

冷冻机油用于制冷压缩机的一部分，它是压缩机能够正常高速运行的关键。有一部分机油通过制冷压缩机的气缸随制冷剂一道进入冷凝器、膨胀阀和蒸发器，这就要求冷冻机油不仅具备一般润滑剂的特性，而且还应适应制冷系统的特殊要求，否则对制冷系统产生不良影响，压缩机的气缸部分引起烧结等。

烷基苯油（烷基苯作为合成油的组分）与环烷系矿物油（环烷油是从环烷基原油中提炼出来的）相比较，多元醇酯具有粘度指数高、闪点高、耐高温、密度大等特性，航船上的汽轮机在低温环境下工作，工业上用的冷冻机、空调机所用的制冷剂HFC134a，HFC 407 C，HFC 410 A 等都将被聚全酯所代替。

2.4 轧制油

钢铁冷轧油使用在冷轧带钢四辊连轧机上。轧制油的初期是以棕榈油、牛油和水的混合物为基础，采用直喷式向轧机提供乳化液，实现轧辊和带钢的冷却和润滑，但是在高温环境使用还有一定的缺点。

轧制油在冷轧轧制过程中，为减少轧辊与带钢之间的摩擦力，提高板带在中间过程的防锈能力。必须对轧辊和带钢进行有效的散热, 以得到稳定的高质量产品。动物油有一个缺点，挥发性能不好，退火时在板带表面产生大量残碳，影响板带表面质量。因此，多元醇酯加入到冷轧油中可以改善板带退火过程中产生的大量残碳，从而提高了板带的清洁度。

轧制油基础油所用的矿物油和天然油脂及合成酯的特性试验结果。从理化指标可以看出合成酯比天然油脂的理化指标更稳定（见表2）。

表2 性质和各种轧制油的基础油的基本性能测试结果

安定性：国际标准行业标准JIS 日本工业标准。

油酸安定度试验：1 周时间。

图1 合成油的种类和使用温度范围

通板：高速通板试验：速度＝1 000 m/min。

冷轧碳素薄板：0.8 mm。

热天秤：10 mg，N2=100 cc/min，10 ℃/min。

成本比：成本率，是以矿物油的成本做比较。

合成酯虽然比天然油昂贵，但减少了清洗时间，减少了产品的次品。从而提高了生产效率，降低了成本。合成酯作为轧制油的组分之一，它能改善板带淬火过程中的杂质及挥发性，从而提高了板带的清洁度及润滑轧辊和带钢的作用，也能起到冷却作用。

2.5 润滑酯基础油

决定润滑酯性能的好坏，起决定因素的主要是基础油，而决定基础油的好坏则要看它的耐热性、氧化安定性、低温性和耐腐蚀性，代表性的基础油的使用温度范围（见图1）。

合成酯少量的加到矿物油脂中，虽然它的生产成本增加了，但是它大大的改善了对机械的整体润滑及使用寿命的延长。多元醇润滑酯用在滚珠轴承、主轴电动机及电器上噪音低，扭矩低（硬盘驱动器HDD）及信息设备上起到耐磨损，转动精度高，低挥发性，用在高辐射的环境中、温度极高或极低、接触腐蚀性化学品、高真空、行业中将发挥它独特的效果。

此外多元醇润滑酯，在高低温条件下使用，也可用于需要生物降解性的应用领域，提高了环境保护意识，特别是开放式应用环境如建设机械的工作机领域，农业机领域，铁路分岔器等。

2.6 其他的用途

多元醇酯还可以用在空气压缩机、切削、研磨机、合成纤维、电器绝缘、风力发电轴承和齿轮等设备和环境中，由于多元醇酯是高性能，高效率，从而有利于环境保护。

综上所述，虽然多元醇酯在价格上比矿物油高，但是有许多优点，有高生物降解性，提高生产率，低燃料消耗，使用寿命长，提高润滑油的热氧化稳定性，提高油品的水解稳定性，高温粘附性和优良的破乳化性及防锈性，能在很宽的温度范围内以及恶劣工作环境下为设备提供润滑保护，同时也具备良好的清净性，从而防止在热的金属表面积碳。是合成润滑油首选的添加剂。

注1：生物可降解指材料在生物体内通过溶解、酶解、细胞吞噬等作用，在组织长入的过程中不断从体内排出，修复后的组织完全替代植入材料的位置，而材料在体内不存在残留的性质。

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