合成基礎油及應用(上)

2007-02-05

合成基礎油及應用(上)

吳世榮

談到合成潤滑油的應用，其焦點可能都集中在頂級的車輛引擎潤滑油，尤其是Mobil 1可說是最具代表性的產品。合成潤滑油早先是開發用於航空的潤滑，由於它能承受的溫度範圍遠超過礦物油以及優異的保護效果，所以隨後更提供各類型工業設備嚴苛操作條件下的潤滑使用。不同於礦油是由自然產生的碳氫複雜混合，合成基礎油是人工合成及量身訂製以得到預期特性的分子結構；為了進一步強化特定應用上的需求，再加以最先進的添加劑配方，來成就合成潤滑油在各種不同應用上的潤滑效能。

這些合成基礎油是怎樣分類的呢？有些是以其化學結構的相似性質來區分，而在使用和效能上，卻有相當大的不同。



而不同類型的合成基礎油，其特性和潤滑上的應用，常常就是全然不同的性質，運用上更有特殊的方向。
在此我們將合成基礎油區分為四大類型，分別是：合成碳氫、有機酯、多元醇（聚醇類）和磷酸酯類。這幾類的合成基礎油幾乎是佔了絕大多數合成潤滑油的應用。接下來一一的詳述各合成基礎油的特性和應用。

1. 合成碳氫：在合成碳氫這個類別裡，包括了聚α烯烴Poly-α-Olefins，烷基苯Alkylated Aromatics，聚丁烯Polybutenes，以及環脂肪族Cyclo Aliphatics等四種型態。合成潤滑的成品油有可能是上述單一或多種基礎油掺配選定的添加劑而成。其中前三項的合成基礎油使用量大，過去幾年的需求成長也最快。

1.1 聚α烯烴Poly-α-Olefins（PAO）
聚α烯烴是由烯烴類聚合而成的合成基礎油，由低分子量的物質結合形成。最常見的方法是選用乙烯或丙烯，聚合成含10個碳的直鏈烯烴。接著每三到十個這樣的直鏈烯烴（通常是三個的三聚物）進一步的組合（寡聚合以產生低相對分子量聚合物），並且加以氫的飽和而形成聚α烯烴，這就是平滑且強韌的潤滑油，聚α烯烴基礎油廣泛用於掺配車輛用油及工業用潤滑油。聚α烯烴通常結合有機酯或其他的合成複合物作為引擎油，齒輪油，循環油，及液壓油的基礎油。（三聚物：三個單體的聚合產物，如苯C6H6為乙炔C2H2的三聚體。）


在工業潤滑應用方面，聚α烯烴可結合有機酯或其他合成複合物作為高溫齒輪和軸承潤滑油，也用於高效潤滑的燃氣渦輪機和螺旋空壓機等。聚α烯烴優異的低牽引係數和高氧化穩定性最適合嚴苛的齒輪潤滑應用，低牽引係數能有效的轉換成能源的效率，最高可達8%，而高氧化穩定性能夠延長換油週期，佐以優良的配方可達礦油6倍的壽命。
聚α烯烴配製的潤滑脂使用溫度寬廣，並且長效潤滑嚴苛的軸承運轉條件。也廣泛的用在民航設備和軍用飛機的多效潤滑脂。

1.1.1 聚α烯烴(PAOS)的特性：
‧ 高黏度指數，一般均大於135—可以確保油品高溫的強韌油膜和低溫的快速流動潤滑。
‧ 優異的低溫流動性—確保低溫啟動時良好的流動性。
‧ 流動點極低—低溫時滑油不會稠化或形成固態。
‧ 氧化和高溫穩定性極為良好—確保高溫時設備順暢運轉，不會因油品劣化而導致當機。
‧ 高溫揮發性低，蒸發損失低微—不因高溫而使油耗上升。
‧ 優異的水解穩定性—品質不受水氣影響而造成組成分解改變。
‧ 和礦油相容，可適用於設計使用礦油的系統—可以和礦物性油品混合。
‧ 一般的油封材料相容性良好—不會破壞油封，造成漏油。
‧ 優良的剪力穩定性—使用中油品的黏度不會變稀。

1.1.2 聚α烯烴在潤滑油品的應用：
‧ 引擎機油 如：Mobil 1, Delvac 1
‧ 燃氣引擎機油 如：Mobil Pegasus 1
‧ 齒輪油 如：Mobilube SHC, Mobil SHC 600, Mobilgear SHC
‧ 壓縮機油 如：Mobil Rarus SHC 1000系列
‧ 冷凍機油 如：Mobil Gargoyle Arctic SHC 200系列
‧ 液壓油 如：Mobil SHC 500系列
‧ 燃氣渦輪機油 如：Mobil SHC 800系列

1.1 烷基苯 Alkylated Aromatics（Alkylbenzenes）
這是由苯烷化的合成方式產生，是另一種廣泛運用的合成碳氫（烷基族群的生成物，通常是具有10~14個碳原子的直鏈石臘組態）。藉由改變烷基族的結構和附著在苯上的位置，可改變最終產品的特性以符合預期效能的要求。


在市面上常見的有兩種類別的烷化芳香族。第一種有著較低的黏度指數（附有單一的烷基族），大都和環烷基礦油掺配應用。第二種則是含較多的石臘天性（兩個烷基族）和較高的黏度指數VI，類似PAO的黏度指數。第二種的產品通常稱作二烷基苯是作為潤滑基礎油最典型的烷基苯，用於引擎油、齒輪油和液壓油的掺配在0℃以下的低溫條件應用。
烷基苯也可以用作動力傳送系統，燃氣渦輪機，冷凍空壓機等滑油的基礎油。然而，烷化芳香族受限於重分子的形成，無法產製高黏度的油品。由於這個黏度上的限制，使得在特定的效能運用上無法滿足潤滑使用的要求。

1.2.1 烷基苯的特性：


‧ 黏度指數(VI)比起具有高黏度指數的礦油稍高—高溫時能維持油品的高黏度，而低溫時又有較低的黏度。
‧ 優異的低溫流動性和極低的流動點—低溫時保有良好的流動性且不會稠化或固化。
‧ 揮發性比起相同黏度的礦油較低，氧化、高溫及水解穩定性更好—蒸發損失低微，高溫時順暢運轉，不會因油品劣化而當機，不易受水污染而劣化。
‧ 如同聚α烯烴和礦油相容，可適用於設計使用礦油的系統—可以和礦油相混合。
‧ 但是比較不容易和抑制添加劑混合，所以某些潤滑特性可能較差。

1.2.2 烷基苯在潤滑油品的應用：
‧ 引擎機油 如：作為掺配Mobil 1的部分基礎油成分。
‧ 冷凍機油 如：Mobil Gargoyle Arctiz SHC 400系列。
＊ 烷基族的形成是在烷烴同系列的成員中去除一個氫原子而得。

（下期續）