菜籽油酯化制备润滑油基础油的研究

DOI:10.13259/ki.eri.2004.03.011

能源研究与信息

第20卷第3期Energy Research and Information V ol. 20 No. 3 2004

文章编号: 1008－8857（2004）03－0179－06

菜籽油酯化制备润滑油基础油的研究

景　恒，　陈立功，　程　鹏，　朱海军，　吴　江　

（后勤工程学院油料应用工程系, 重庆 400016）　

摘要: 阐述了植物油酯化制备润滑油基础油的意义以及植物油（菜籽油）酯化反应的过程和

机理。从润滑油基础油的角度，考察了菜籽油酯化产品的主要理化指标，并分析了酯化产品

与传统润滑油基础油混合后的运动粘度和凝点这两个理化指标。初步论证了菜籽油酯化作为

润滑油基础油是具有应用研究价值的，并指出了今后的研究方向。　

关键词: 润滑油; 基础油; 菜籽油; 酯化　

中图法分类号: TE 644.2文献标识码: A

众所周知，润滑油是为了降低两个相对运动的接触表面间的摩擦及磨损。良好的润滑能提高机械效率，保持机械长期可靠地工作。因此，改进润滑工作，减低机械的摩擦损失具有重

要意义。目前润滑油种类繁多，但原料都是由基础油和添加剂组成。基础油又分为矿物油及合

成油两大类。其中，矿物油的使用占了绝大部分（约95%）。

随着现代生产的迅速发展，经济迅速膨胀。严峻的能源问题也随之而来。根据研究，按照目前的能源使用效率，地球上总石油储量仅可维持使用四十多年。天然气的储量仅够使用五

十年左右。目前在西方许多发达国家，能源问题已经成为制约经济发展的一个重要原因。解决

能源危机问题最直接、最有效的的方法是使用可再生能源来代替目前的石油产品。另一方面，

随着全球对大气环境及水土污染的高度重视，人们也逐渐开始在大气污染控制方面投入越来越

多的人力、物力及财力，以解决环境污染给人类带来的一系列威胁。对于润滑油而言，传统的

矿物油基润滑油由于生物降解性差，已不能满足人类保护环境的需要。综上所述，研究与开发

代用润滑剂势在必行，也是很有发展前景的领域。自二十世纪七十年代以来，“环境友好”、“可

生物降解”的“绿色”润滑剂应运而生。随后，应用领域不断扩大，品种和数量不断增多，逐

渐形成了润滑剂发展的一大主流。在某种程度上，润滑油基础油决定着润滑油的主要性质。显

然，寻找合适的基础油替代品是一个重要的突破口。目前用于替代的基础液有聚醚、合成酯和

天然植物油。由于前两者的使用局限性及价格的情况，研究最广泛的是天然植物油。考虑到我

国的农作物具体来源原因，菜籽油被作为润滑油基础油替代品的研究对象。

1 菜籽油的组成及性质

菜籽油的主要化学成分为甘油三酸脂及少量的游离脂肪酸和非油脂物质。甘油三酸脂可

收稿日期：2004－02－27

作者简介：景恒（1978－），男（汉），湖北天门人，硕士研究生。

能源研究与信息2004年第20卷180

以认为是由一个甘油分子和三个脂肪酸分子组成。甘油基（C3H5－）的分子量为41，脂肪酸基可用RCOOH表示，其分子量为650~970。植物油的性质主要取决于所含脂肪酸的种类、性质和数量。如果所含的饱和脂肪酸多，那么这种植物油在常温下是固体，熔点高。菜籽油中饱和脂肪酸的含量约为3.09%，在常温下都是液体，适合作为制备润滑油基础油的原料使用。

2 菜籽油作为润滑油基础油的应用研究

要用润滑油来降低零件表面的摩擦及磨损，就必须保证摩擦表面经常保持足够的润滑油，并要求润滑油具有良好的流动性，以便能从设备的润滑系统中顺利地输送到各个零件的摩擦表面上去。润滑油的散热作用也要求润滑油具有良好的流动性，以便能在系统中顺利地循环，将摩擦表面产生的热带走。在正常运行条件下，从润滑油本身来说，影响润滑油流动性的主要是粘度，而在低温条件下除粘度外还受润滑油凝点的影响。就这两个理化指标而言，菜籽油是适合一定粘度范围的矿物基础油标准的。而且，菜籽油作为润滑油基础油的生物降解性能较好，且不具有生态毒性及毒性积累性。但是，菜籽油高温易氧化，有油泥和沉积形成；低温则有凝胶／水形成，使其失去流动性；水解安定性不好，导致酸值增大，限制了油品的使用寿命；与橡胶密封件相容性差，导致油品泄露及溢出。所以，一般不能直接将菜籽油作为润滑油基础油使用，必须对其进行改性以提高它的综合性能。目前国内外对菜籽油基础油的改性进行了大量的研究，也发现了它不但具有良好的润滑性能，而且具有良好的抗氧化安定性、抗腐蚀性和可生物降解性，能满足绿色润滑剂的基本要求。但是迄今为止国内尚无实际应用的先例。将植物油酯化后当作燃料使用的研究，国内外不少研究机构早已展开，也取得了不少成果，比如由植物油制备生物柴油的研究。本文是对菜籽油酯化后的产物用作润滑油基础油的应用而进行的探索。　

2.1 植物油酯化

植物油酯化是将植物油经过处理，使其中的三元酯转变成单酯。该过程可在过量的甲醇或乙醇及催化剂（一般是碱）作用下进行，因此也叫植物油的醇解。其主要工艺流程为：过量的醇+植物油→反应→中和→排醇→分离→真空分馏→单酯。

当用过量的甲醇处理所得到的产品便叫甲基酯（MethylEster）；而用乙醇时便叫乙基酯（Ethylester）。

由于植物油甲基酯是用作润滑油基础油，它应当满足润滑油基础油的基本性能要求。下面对植物油甲基酯的几个理化性能指标进行分析研究。

2.1.1 闪点

在实验条件下，油蒸汽与空气组成的混合气，遇到火苗，开始闪火的最低温度，叫做闪点。对于某些轻质润滑油而言，闪点可以作为安全指标，但对多数润滑油而言，则是用闪点来检查是否混入轻质燃料。因为混入轻质燃料后闪点会大幅度下降，比如内燃机油在使用中混入燃料后，润滑油会受到稀释，闪点便会下降。由表1中可以看出，植物油酯化的产率越高，闪点越低。比如高转化率即菜籽油中三元酯转化为单酯的比例时的闪点为172℃，但这也达到了部分轻质矿物润滑油的闪点要求。

2.1.2 运动粘度

粘度是流体的内部阻力，润滑油粘度即通常所说的油的厚薄。粘度大则说明油厚，粘度小则表示油薄。合适的粘度是使发动机保持正常运转的最重要因素。油太厚，则粘度大，机油无法快速流动，发动机在起动时零部件会因暂时缺油而造成磨损。油太薄，则因润滑不足而加