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News center酯類油的性能
酯類油的黏溫特性良好,黏度指數(shù)較高。加長(zhǎng)酯分子的主鏈,黏度增大,黏度指數(shù)增高。潤滑油主鏈長(zhǎng)度相同時(shí),帶側(cè)鏈的黏度較大,黏度指數(shù)較低;帶芳基側(cè)鏈的,黏度指數(shù)更低。雙酯的黏度較小,但黏度指數(shù)較高,一般都超過120,高的可達(dá)180。多元醇酯的黏度較雙酯大,黏度指數(shù)低于雙酯,但高于同黏度的礦物油。復(fù)酯的黏度高,但傾點(diǎn)低,黏度指數(shù)高,一般用作調(diào)合組分,提高油品的黏度。
(2)低溫性能
雙酯中帶支鏈的,通常具有較低的凝點(diǎn),常用癸二酸酯和壬二酸酯的凝點(diǎn)均為-60℃以下。同一類型的酯,隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加而低溫黏度增加。如果酯化不完全,部分羥基的存在,會(huì)使酯的低溫黏度明顯增加。
影響酯類油低溫性能的因素有酯的類型、相對(duì)分子質(zhì)量和酯的結(jié)構(gòu)等。一般說新戊基多元醇酯的低溫性較二元酸酯的差,相對(duì)分子質(zhì)量大的酯較相對(duì)分子質(zhì)量小的差,結(jié)構(gòu)對(duì)稱的酯較結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的差。對(duì)低溫性能的影響。在相同相對(duì)分子質(zhì)量下,結(jié)構(gòu)不對(duì)稱酯的低溫性能遠(yuǎn)優(yōu)于結(jié)構(gòu)對(duì)稱酯。如甲基環(huán)已醇的對(duì)稱雙酯,凝點(diǎn)在0℃以上,而非對(duì)稱的雙酯(間甲基環(huán)已基、2-乙基己基)癸二醇酯和己二酸酯的凝點(diǎn)都達(dá)到-65℃。故工業(yè)上常采用多組份酸與多元醇混合酯化,而不采用單組分原料酯化后再混合。
與相對(duì)分子質(zhì)量關(guān)系
在酯的主鏈結(jié)構(gòu)上引人支鏈可降低酯的凝點(diǎn)。因此在酯類油的生產(chǎn)中常采用異構(gòu)醇或県構(gòu)酸生產(chǎn)基礎(chǔ)油。支鏈二元酸酯的性能。相同相對(duì)分子質(zhì)量、相同鏈長(zhǎng)的雙酯,支鏈離羧基越遠(yuǎn),低溫性能越好。除支鏈位置外,支鏈類型對(duì)酯的低溫性影響也有差異。當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量相同、主鏈鏈長(zhǎng)相等時(shí),一個(gè)乙基支鏈較兩個(gè)甲基支鏈更能降低酯的凝點(diǎn)。
(3)耐高溫性
潤滑油的閃點(diǎn)、蒸發(fā)度和熱分解溫度等影響油品在使用中的油耗、使用壽命和使用安全性,與其分子組成有關(guān)。同一類型的酯,隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加,閃點(diǎn)升高,蒸發(fā)度降低。具有良好的高低溫性能和熱氧化安定性。閃點(diǎn)和自燃點(diǎn)比同黏度礦物油高出40℃左右,使用溫度比礦物油高出50℃。揮發(fā)度低,耗油量少,僅為礦物油耗油量的1/8。
潤滑油的蒸發(fā)性與油品在使用過程中的油耗、使用壽命、使用安全性有關(guān)。酯類油的蒸發(fā)損失遠(yuǎn)比相同黏度礦物油的小,但酯類油常在比礦物油更高的溫度下工作。與礦物油相似,酯類油的蒸發(fā)性隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而減少。酯類型對(duì)酯的蒸發(fā)性也有較大的影響。一般說來,新戊基多元醇酯的蒸發(fā)損失比二元酸酯的低20%~30%。酯結(jié)構(gòu)中引入支鏈能使酯的蒸發(fā)性能變壞。如直鏈酸季戊四醇酯與含支鏈酸的工業(yè)級(jí)季戊四醇酯(含雙季醇12%)的蒸發(fā)性能比較后可看出,雖然后者的相對(duì)分子質(zhì)量和黏度都比前者的大,但后者的蒸發(fā)性卻遠(yuǎn)大于前者的。
礦物油的熱分解溫度一般在260~340℃之間,雙酯的熱分解溫度為283℃,比同黏度的礦物油要高出許多。多元醇酯的熱分解溫度都在310℃以上。酯類油的熱安定性與酯的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系,酯的結(jié)構(gòu)不同,在高溫下熱分解的機(jī)理不同。酯類油熱分解反應(yīng)是順式立體定向單分子反應(yīng),二元酸酯的熱分解反應(yīng)機(jī)理一般是經(jīng)過環(huán)狀分子內(nèi)轉(zhuǎn)移狀態(tài)的熱分解。新戊基多元醇酯由烴基取代了醇基鍵碳原子的氫,分解時(shí)不經(jīng)過環(huán)狀分子內(nèi)轉(zhuǎn)移狀態(tài),而是分解成為自由基的基團(tuán),經(jīng)過基團(tuán)的中間體而生成羧酸和烯烴。新戊基多元醇酯熱分解生成自由基所需活化能為280.52kJ/(g·mol),新戊基對(duì)酯基提供了良好的空間屏蔽作用,因而被稱為阻化酯。由烷基取代醇基中β碳原子上的氫后,成為阻化酯,例如新戊基多元醇酯,其熱分解溫度不再經(jīng)過環(huán)狀分子內(nèi)轉(zhuǎn)移狀態(tài),而是按自由基機(jī)理進(jìn)行分解,這需要更大的活化能。因而新戊基多元醇酯一類阻化酯的熱安定性要比雙酯通常要高50℃左右。如果酸分子結(jié)構(gòu)中α-碳原子上的氫也被烷基取代,這種結(jié)構(gòu)的酯稱為全阻化酯。
在酯的結(jié)構(gòu)中,除了醇基部分的β-碳原子上的氫之外,醇基部分的相對(duì)分子質(zhì)量和分子結(jié)構(gòu)對(duì)酯的熱安定性也有影響。隨著醇基烷基鏈的增長(zhǎng),酯的熱安定性增加。當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量相同時(shí),酯的分解速度為叔>仲>伯,即叔醇酯的熱安定性最差。
(4)氧化穩(wěn)定性
酯類油作為高溫潤滑材料,常處于高溫及與空氣和熱金屬表面接觸的強(qiáng)氧化條件下工作。因此,酯類油的氧化安定性是其重要性能之一。新戊基多元醇酯的氧化穩(wěn)定性要優(yōu)于雙酯。實(shí)際使用時(shí)仍需添加抗氧抗腐蝕添加劑。過氧化基對(duì)酯結(jié)構(gòu)中氫的攻擊有一定的選擇性,傾向于吸收分解能最低的C-H鍵中的氫。因此,C-H鍵易氧化的程度為叔鍵>仲鍵>伯鍵。
酯類油的優(yōu)點(diǎn)之一是抗氧能力強(qiáng),但也因其結(jié)構(gòu)的不同而異。礦物油中大量使用的屏蔽酚和二烷基二硫代磷酸鋅等抗氧劑,在油溫高于150℃時(shí)抗氧效果和熱穩(wěn)定性較差,易生成沉淀物并產(chǎn)生灰分,因而不適用于酯類油。
(5)抗水性
酯類油的水解安定性比礦物潤滑油差。與礦物油相比,酯的吸濕性要大得多。礦物油的飽和吸水量為0.005%~0.01%,而在20℃、72h條件下,新戊基多元醇酯為0.45%~0.5%,癸二酸二辛酯為0.18%~0.20%
酯在酸、堿、酶等作用下可發(fā)生水解反應(yīng)。酯的水解安定性取決于酯的性質(zhì)和純度,其水解速度與酯中含水量無關(guān),而與酯-水界面的面積有關(guān)。因此,酯在靜態(tài)中混合入水分對(duì)其水解不會(huì)有多大影響。酯類油中加入含磷、氯添加劑會(huì)使水解安定性變壞,而加入胺型添加劑則會(huì)抑制酯的水解。
(6)潤滑性
由于酯分子中的酯基具有極性,酯分子易吸附在摩擦表面上形成界油膜,因而酯類油的潤滑性一般優(yōu)于同黏度的礦油。酯類油是具有極性與金屬表面形成的油膜強(qiáng)度高,因而摩擦系數(shù)低,具有良好的潤滑性能。
(7)酯類油的導(dǎo)熱系數(shù)高
其導(dǎo)熱率比礦物油高出15%,同時(shí)比熱較大,熱容量比礦物油大5%~10%。因而酯類油散熱性好,可有效降低油箱及潤滑系統(tǒng)的溫度。
(8)酯類油毒性極低、且具有可生物降解性
多元醇酯可視為無毒化合物,對(duì)人體皮膚的刺激性低于丙三醇酯(天然油脂)。用于壓縮機(jī)油的雙酯和多元酯生物降解率可達(dá)90%以上,可減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。
(9)與橡膠的適應(yīng)性
酯類油的另一個(gè)不足之處是對(duì)某些橡膠會(huì)發(fā)生較大的膨脹。酯類油中的酯基屬活性基團(tuán),故其對(duì)膠料的影響要比烴類礦物油大。酯類油的這種性能要求選用橡膠密封件時(shí)要與之相適應(yīng)。由于酯類油對(duì)橡膠有膨脹作用,因此也用作橡膠膨脹劑,用來改善聚α-烯烴油對(duì)橡膠的收縮作用。
酯類油的用途
酯類油主要應(yīng)用是作為飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油(又稱航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油),其次是精密儀器儀表油、合成壓縮機(jī)油、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油、金屬加工油劑、合成潤滑酯基礎(chǔ)油及塑料、化纖及精細(xì)化工產(chǎn)品。
聚醚
聚醚又稱烷撐聚醚或聚乙二醇醚,是目前銷售量最大的一種合成油。聚醚液體具有許多優(yōu)良性能,其中包括良好的潤濕性能,尤其可貴的是可利用起始劑的不同及聚合度的不同,靈活地調(diào)整聚醚產(chǎn)品性能,以滿足各種不同的使用要求。
聚醚油種類
聚醚是以環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷或四呋喃等為原料,在催化劑作用下開環(huán)均聚或共聚制得的線型聚合物。其結(jié)構(gòu)通式為:
R,-0-[CHCH20-(CH2CH),-0],-R4
R2 R3
式中,n為2~500。
當(dāng)x=1時(shí),
R2=R3=H,稱為環(huán)氧乙烷均聚醚;R2=R3=CH3,稱為環(huán)氧丙烷均聚醚;
R2=CH3,R3=H,稱為環(huán)氧丙烷-環(huán)氧乙烷共聚醚;
R2=CH3,R3=C2H5,稱為環(huán)氧丙烷-環(huán)氧丁烷共聚醚。
當(dāng)x=2時(shí),
R2=CH3,R3=H,稱為環(huán)氧丙烷-四氫呋喃共聚醚;
R1=H,R4=烷基,稱為單烷基醚;
R1=R4=烷基,稱為雙烷基醚;
R1=R2=R3=R4=H,稱為聚乙二醇;
R1=R4=H,R2=R3=CH3,稱為聚丙二醇。
聚醚的性質(zhì)取決于聚醚分子中烷鏈的長(zhǎng)度、主鏈中環(huán)氧烷的類型與比例、相對(duì)分子質(zhì)量的大小、分布及端基的類型和濃度。由于上述可變因素很多,因此不同結(jié)構(gòu)聚醚的性質(zhì)差異很大。
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