合成酯基础油的性能和应用

合成酯在润滑油中的性能与应用

随着现代工业的快速发展以及环境问题的日益突出，对润滑剂的使用性能、运行可靠性与使用寿命、可生物降解性、低或无毒害性等方面的要求越来越高，传统的矿物基润滑油已经很难满足这些苛刻的要求。节能、环保、长寿命是润滑油的发展趋势，全合成半合成油的应用越来越广泛，因此，PAO、合成酯的合成基础油越来越受到关注。

节能润滑油主要通过三种方式来实现：一是低粘度油；二是高粘度指数油；三是含有摩擦改进剂的油。

低粘度油

粘度越大内摩擦力越大，在应用中能耗越高。国内外实际经验证明，在流体润滑范围内，润滑油在使用条件下粘度每差1mm2/s，能耗大约相差0.5~1%；粘度相差一个级号，则能耗大约相差1~5%。从节能角度出发，在选用润滑油时应在保证设备润滑的前提下，尽量采用低粘度润滑油。

多级油和高粘度指数油

汽车工作时，受地区、季节、昼夜、负荷的影响，温差变化很大，有时相差数十度，而润滑油粘度随着温度变化而变化，升降幅度的大小和润滑油的粘度指数有关，粘度指数高的，粘度随温度变化小，粘度指数低的，粘度随温度的变化大。为尽量避免由于粘度变化太大所造成的设备磨损和能耗增多，在选用油品时，应选用粘度指数高的油。高粘度指数润滑油是以高粘度指数基础油或在基础油中加粘度指数改进剂组成，通称为多级油；另一种是合成内燃机油，如酯类、聚a 烯烃发动机油等。

含有摩擦改进剂的油

润滑油的低粘度化，有利于节约燃料，为了避免可能出现的边界摩擦所造成的磨损，往往在低粘度油中加入摩擦改进剂，这种添加剂可以和金属表面形成坚固的吸附膜或渗透膜或金属发生反应生成化学膜。这种膜摩擦系数很小，可以保证设备边界磨擦时不发生擦伤和烧结，节能效果显著，

合成酯基础油属V类基础油

多元醇酯类型

新戊二醇酯

三羟甲基丙烷酯

季戊四醇酯

一般的酯（如双酯，单酯，β碳原子上有氢原子的醇酯），因加热会形成六元环结构的中间体，在较低能量（0.19MJ/mol)下会热分解.多元醇酯的β位置上没有氢原子，不能生成六元环结构，在高温下主要发生自由基的热分解（0.28MJ/mol)。多元醇酯的热分解温度比双酯50℃左右。

1、合成酯在所有的基础油中综合性能最好

优异的氧化安定性与热稳定性能

良好的低温流动性能

高粘度指数

良好的润滑性与抗磨性能

低蒸发损失

极好的溶解性

优良的生物降解性与可再生性能

2、具有良好的低温流动性能和高粘度指数

多数酯类油的粘度指数都很高，具有很好的低温性能，可在极宽的温度范围内使用

酯类油的特点

酯类油最大的特点是酯分子中含有多重酯键(-COOR)，赋予了酯分子以极性,因而赋予酯类油许多比PAO和II、III类加氢基础油更加优越的性能和应用特点。

1、极佳的润滑性能

极性结构赋予酯类油特殊的润滑表现，独特的分子吸附作用，容易吸附在界面上形成稳定的油膜，类似摩擦改进剂，因而能提高油品的润滑性，即使冷车状态也不至于完全回流，提供很好的低温保护。减少启动时的磨损（启动时磨损占总磨损的75%）。润滑性的提高可以改善燃油经济性，减少摩擦动力损失，减少引发动机的噪音，增强发动机的动力。

边界润滑的润滑性可以从静摩擦μs和动摩擦系数μk的比值来推断,当数值小于1时，发生滑动。脂肪酸酯的边界润滑特性见表，直链脂肪酸的多元醇酯油良好的润滑性，脂肪酸碳原子数的增加润滑

性稍有提高，直链脂肪酸酯比支链脂肪酸酯润滑性好。

PAO中加入酯类油能显著减少摩擦系数。

PAO中加入酯类油对HFRR试验结果的影响*

试油摩擦系数成膜性/% PAO 2mm2/s 0.230 14 PAO 2mm2/s+20%多元醇酯0.115 70

PAO 4mm2/s 0.157 20

PAO 4mm2/s+20%多元醇酯0.102 85

注:* HFRR试验:高频往复台架试验。

2、酯与添加剂有良好的相容性和对油泥积炭有良好的溶解性

可以在PAO和加氢油中加入双酯或多元醇酯来提高对添加剂的溶解能力，对添加剂的感受性较强，可以很好的与抗氧，抗磨，清净等添加剂融合，协同，充分发挥添加剂的功效。

酯的极性有助于增加油中初级氧化产物及油泥的溶解度,有优异的清洁能力，有效防止油泥和积碳的形成。

PAO与酯类油的清净能力比较(1G2试验）

PAO/% 14

多元醇酯/% 14

第一环槽沉积/% 45 13

评分172 61

清洁的好处

机油能迅速地保护到发动机的关键部分；

减少杂质，使润滑油的其他功能更好的发挥；

有效减少磨损；

保持良好的粘度稳定性；

减少亮红灯的发生；

顺畅安静的驾驶感受。

3、低的蒸发损失和优良的的热氧化安定性

蒸发损失比PAO和加氢基础油都低。

PAO、双酯和多元醇酯热氧安定性比较

由于在多元醇酯的醇基之β碳原子上没有氢原子,因而多元醇酯比双酯热稳定性更好,其氧化安定性也比双酯高。

由于在多元醇酯的醇基之β碳原子上没有氢原子,因而多元醇酯比双酯热稳定性更好,其氧化安定性也比双酯高。

PAO、双酯和多元醇酯热安定性比较

项目PAO 双酯多元醇酯100℃粘度损失，% 9.10 9.20 0.10

总酸值，mg KOH/g 0.22 53.90 8.10

质量损失，% 1.16 23.10 1.09

注：热安定性试验条件为基础油在氮气中被加热到287.78℃(550 F)，并持续72 h。

PAO和酯类油的抗氧化性能比较

项目PAO 双酯多元醇酯100℃粘度 5.8 5.3 4.3

旋转氧弹试验，min 17 70 —

差式扫描热分析，min 2.5 5.0 60+

氧化腐蚀试验后

总酸值，mg KOH/g —7.1 1.3

酯类油的氧化安定性及其与矿物油的对比

各种酯类油及矿物油成漆板试验结果*

矿物油 3.95

双酯 2.50

苯二甲酸酯 1.07

偏苯三酸酯0.04~0.50

三羟甲基丙烷酯0.18~0.57

注:*成漆板试验条件:275℃, 22 h,通空气,样品均含1%胺型抗氧剂。