聚醚合成润滑油基础油

卢 璐，程国伟，娄 婷，宋铁贲

(大连交通大学 环境科学与工程学院，辽宁 大连 116028)

0 引言

由于聚醚合成油分子具有醚键和羟基［1-2］，故螺族结构，构成它独特性能，具有分散、乳化、润滑等多方面的性能，很快得到了广泛的应用.聚醚作为润滑剂，它的主要特点是：①具有优良的粘温性质和高温下不结焦的特点［3］，可作机械高温部位的润滑油.如纺织热定型机的链条润滑油，加工玻璃时切割用的润滑油剂塑料压延机机油等;②具有优良的低温性和对氢气、乙烯、天然气的溶解度小，与氟利昂气体有很好的互溶性的特点，可作气体压缩机油、冷冻机油及真空泵油等［4］;③具有良好的润滑性，并且有很好的溶解沉淀的作用，能使发动机内部保持清洁，当完全燃烧时不留残渣，适合全封闭式的内燃机油、齿轮油和冬夏齿轮油等;④具有良好的增稠效果，抗剪切性能好，高压下不生成沉渣和漆状物，适于作抗燃液压油的基础油.聚醚合成油的种类较多，主要以原料的不同而区分目前有环氧乙烷，环氧丙烷，环氧丁烷或四氢呋喃等开环均聚或共聚制取的线性聚合物，工业上有环氧乙烷均聚醚;环氧丙烷均聚醚;环氧乙烷-环氧丙烷共聚醚;环氧丙烷-环氧丁烷共聚醚;环氧丙烷 -四氢呋喃共聚醚［1，5］.本文讨论的是以环氧丁烷为原料进行均聚制取的线性聚合物作为合成油基础油.

1 实验方法与反应机理

在适宜的操作条件下，环氧丁烷在起始剂、催化剂的作用下，发生聚合反应.以NaOH为催化剂，胺、醇、羧酸为起始剂时［1］，首先是起始剂和催化剂作用，生成烷氧基阴离子

ROH+OH→-RO-+H2O

烷氧基阴离子与环氧化物反应，生成阴离子

阴离子与环氧化物连锁反应，链加长

遇水终止聚合反应

式中，R为烷基或氢，n=2～500.

本实验所用的原料环氧丁烷纯度为95%、催化剂为NaOH、起始剂为CH3CH2OH、溶剂为苯.合成工艺如图1.

图1 聚醚合成润滑油基础油的工艺

催化剂浓度定义为：

起始剂配比定义为：

2 实验结果与讨论

2.1 催化剂浓度的影响

当起始剂配比0.5%、老化时间5.5 h、聚合温度分别为83、90℃时，研究聚合物粘度和聚合物产率随催化剂浓度的变化规律，实验结果见图2.

图2 催化剂浓度对聚合物粘度和聚合物产率的影响

由图2可知，随着催化剂浓度的增加，聚合物粘度和聚合物产率都会增加，当聚合的温度为90℃时，若再增加催化剂浓度的，则聚合物产率变化不大.这是因为在反应的开始阶段，随着催化剂浓度的升高，引发的烷氧基阴离子增多，有利于与环氧化物连锁反应，使链加长;当催化剂浓度大于0.5%时，说明催化剂浓度增加会产生更多的烷氧基阴离子，同时也会引起的两种单体的共聚反应的几率增大而生成低聚物，多余的水也使链转移和链终止的速度增加，从而使聚合物产率变化很小.综合考虑，催化剂的较佳浓度为0.5%.

2.2 起始剂配比的影响

当催化剂浓度0.5%、老化时间5.5 h、聚合温度分别为83、90℃时，研究聚合物粘度和聚合物产率随起始剂配比的变化规律，实验结果见图3.

图3 起始剂配比对聚合物粘度和聚合物产率的影响

由图3可知，随着起始剂配比的增加，聚合物粘度下降，聚合物产率增加;随着聚合的温度增加，若再增加起始剂配比，则聚合物产率增加，高温聚合物粘度比低温的聚合物粘度降低小些，粘温性质变化很小，聚合温度稍高一些较好.这是因为在反应的开始阶段，随着起始剂配比的升高，引发的烷氧基阴离子增多，有利于与环氧化物连锁反应，使链加长;当起始剂配比大于0.5%时，聚合物粘度太低，不利于作润滑油，另外聚合物产率增加不大.考虑适宜的聚合物粘度和聚合物产率，起始剂配比的较佳为0.5%.

2.3 聚合温度的影响

当催化剂浓度0.5%、起始剂配比0.5%、老化时间5.5 h时，研究聚合物粘度和聚合物产率随聚合温度的变化规律，实验结果见图4.

图4 聚合温度对聚合物粘度和聚合物产率的影响

由图4可知，随着聚合温度的增加，聚合物粘度和聚合物产率增加;并且高温聚合物粘度比低温的聚合物粘度大，粘温性好，宜选聚合温度稍高一些，但聚合温度太高，合成润滑油粘度太大，不利于润滑.这是因为在反应是吸热反应，高温有利于引发的烷氧基阴离子增多，有利于与环氧化物连锁反应，使链加长，发生聚合.考虑适宜的聚合物粘度和聚合物产率，选较佳聚合温度为90℃.

图5 老化时间对聚合物粘度和聚合物产率的影响

2.4 老化时间的影响

当催化剂浓度0.5%、起始剂配比0.5%、聚合温度为90℃时，研究聚合物粘度和聚合物产率随老化时间的变化规律，实验结果见图5.

由图5可知，随着老化时间的增加，聚合物粘度和聚合物产率增加;但老化时间太长，聚合物粘度太大，粘温性不好，合成润滑油粘度太大，不利于润滑.选适宜的老化时间为7.5 h.

2.5 性能比较

在最佳操作的条件下，聚合温度90℃，NaOH催化剂的加入量0.5%，CH3CH2OH起始剂的配比0.5%，老化时间7.5 h，聚合压力0.3 MPa 进行聚合操作，其聚醚合成油的物性见表1.

表1 聚醚合成油的物性

由表1可见，聚醚合成油的物性如粘度、指数、倾点、残炭等指标，远远好于相同粘度水平的HIV350基础油标准.

表2 机械性能和抗氧化性能对比数据

聚醚合成油的机械性能和抗氧化性能与矿物基础油和矿物基润滑油的对比数据如表2所示.

由表2可见，聚醚合成油的机械性能和抗氧化性能方面，都远远好于矿物基础油和矿物基润滑油

3 结论

(1)以环氧乙烷为原料，聚合成的线性聚合物，可以作为润滑油的基础油.最佳聚合温度90℃、NaOH催化剂的加入量0.5%、CH3CH2OH起始剂的配比0.5%，老化时间7.5 h，聚合压力0.3 MPa;

(2)本文研究的聚醚合成油的机械性能和抗氧化性能方面，都远好于矿物基础油和矿物基润滑油.其物性远好于相同粘度水平的HIV350基础油标准;

(3)由环氧丁烷为原料制取的合成油基础油，开辟了聚醚合成的新途径.此工艺对环氧丁烷的纯度要求不高，工艺简单，成本低，为我国生产聚醚合成油提供了一条可行的经济路线.

［1］言敏达.聚醚的功能化［J］.精细化工，2000，17(12)：683-689.

［2］ADERIN M E，JOHNSTON G J，SPIKES H A，et al.The film-forming properties of polyalkylene glycols［J］.J Synthetic Lubrication，1993，10(1)：23.

［3］刘发起.合成润滑油的基础油聚醚油的物性及实用性研究［J］.沈阳化工，1996，7(1)：14-16.

［4］郑发正，谢风.润滑剂性质与应用［D］.北京：中国石化出版社，2006.

［5］周惠娟，朱庆云.天然气合成润滑油基础油技术发展动向［J］.润滑油，2001，17(6)：13.