盧 璐，程國偉，婁 婷，宋鐵賁

(大連交通大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)

0 引言

由于聚醚合成油分子具有醚鍵和羥基［1-2］，故螺族結(jié)構(gòu)，構(gòu)成它獨特性能，具有分散、乳化、潤滑等多方面的性能，很快得到了廣泛的應(yīng)用.聚醚作為潤滑劑，它的主要特點是：①具有優(yōu)良的粘溫性質(zhì)和高溫下不結(jié)焦的特點［3］，可作機械高溫部位的潤滑油.如紡織熱定型機的鏈條潤滑油，加工玻璃時切割用的潤滑油劑塑料壓延機機油等;②具有優(yōu)良的低溫性和對氫氣、乙烯、天然氣的溶解度小，與氟利昂氣體有很好的互溶性的特點，可作氣體壓縮機油、冷凍機油及真空泵油等［4］;③具有良好的潤滑性，并且有很好的溶解沉淀的作用，能使發(fā)動機內(nèi)部保持清潔，當(dāng)完全燃燒時不留殘渣，適合全封閉式的內(nèi)燃機油、齒輪油和冬夏齒輪油等;④具有良好的增稠效果，抗剪切性能好，高壓下不生成沉渣和漆狀物，適于作抗燃液壓油的基礎(chǔ)油.聚醚合成油的種類較多，主要以原料的不同而區(qū)分目前有環(huán)氧乙烷，環(huán)氧丙烷，環(huán)氧丁烷或四氫呋喃等開環(huán)均聚或共聚制取的線性聚合物，工業(yè)上有環(huán)氧乙烷均聚醚;環(huán)氧丙烷均聚醚;環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷共聚醚;環(huán)氧丙烷-環(huán)氧丁烷共聚醚;環(huán)氧丙烷 -四氫呋喃共聚醚［1，5］.本文討論的是以環(huán)氧丁烷為原料進行均聚制取的線性聚合物作為合成油基礎(chǔ)油.

1 實驗方法與反應(yīng)機理

在適宜的操作條件下，環(huán)氧丁烷在起始劑、催化劑的作用下，發(fā)生聚合反應(yīng).以NaOH為催化劑，胺、醇、羧酸為起始劑時［1］，首先是起始劑和催化劑作用，生成烷氧基陰離子

ROH+OH→-RO-+H2O

烷氧基陰離子與環(huán)氧化物反應(yīng)，生成陰離子

陰離子與環(huán)氧化物連鎖反應(yīng)，鏈加長

遇水終止聚合反應(yīng)

式中，R為烷基或氫，n=2～500.

本實驗所用的原料環(huán)氧丁烷純度為95%、催化劑為NaOH、起始劑為CH3CH2OH、溶劑為苯.合成工藝如圖1.

圖1 聚醚合成潤滑油基礎(chǔ)油的工藝

催化劑濃度定義為：

起始劑配比定義為：

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 催化劑濃度的影響

當(dāng)起始劑配比0.5%、老化時間5.5 h、聚合溫度分別為83、90℃時，研究聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率隨催化劑濃度的變化規(guī)律，實驗結(jié)果見圖2.

圖2 催化劑濃度對聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率的影響

由圖2可知，隨著催化劑濃度的增加，聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率都會增加，當(dāng)聚合的溫度為90℃時，若再增加催化劑濃度的，則聚合物產(chǎn)率變化不大.這是因為在反應(yīng)的開始階段，隨著催化劑濃度的升高，引發(fā)的烷氧基陰離子增多，有利于與環(huán)氧化物連鎖反應(yīng)，使鏈加長;當(dāng)催化劑濃度大于0.5%時，說明催化劑濃度增加會產(chǎn)生更多的烷氧基陰離子，同時也會引起的兩種單體的共聚反應(yīng)的幾率增大而生成低聚物，多余的水也使鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止的速度增加，從而使聚合物產(chǎn)率變化很小.綜合考慮，催化劑的較佳濃度為0.5%.

2.2 起始劑配比的影響

當(dāng)催化劑濃度0.5%、老化時間5.5 h、聚合溫度分別為83、90℃時，研究聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率隨起始劑配比的變化規(guī)律，實驗結(jié)果見圖3.

圖3 起始劑配比對聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率的影響

由圖3可知，隨著起始劑配比的增加，聚合物粘度下降，聚合物產(chǎn)率增加;隨著聚合的溫度增加，若再增加起始劑配比，則聚合物產(chǎn)率增加，高溫聚合物粘度比低溫的聚合物粘度降低小些，粘溫性質(zhì)變化很小，聚合溫度稍高一些較好.這是因為在反應(yīng)的開始階段，隨著起始劑配比的升高，引發(fā)的烷氧基陰離子增多，有利于與環(huán)氧化物連鎖反應(yīng)，使鏈加長;當(dāng)起始劑配比大于0.5%時，聚合物粘度太低，不利于作潤滑油，另外聚合物產(chǎn)率增加不大.考慮適宜的聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率，起始劑配比的較佳為0.5%.

2.3 聚合溫度的影響

當(dāng)催化劑濃度0.5%、起始劑配比0.5%、老化時間5.5 h時，研究聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率隨聚合溫度的變化規(guī)律，實驗結(jié)果見圖4.

圖4 聚合溫度對聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率的影響

由圖4可知，隨著聚合溫度的增加，聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率增加;并且高溫聚合物粘度比低溫的聚合物粘度大，粘溫性好，宜選聚合溫度稍高一些，但聚合溫度太高，合成潤滑油粘度太大，不利于潤滑.這是因為在反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，高溫有利于引發(fā)的烷氧基陰離子增多，有利于與環(huán)氧化物連鎖反應(yīng)，使鏈加長，發(fā)生聚合.考慮適宜的聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率，選較佳聚合溫度為90℃.

圖5 老化時間對聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率的影響

2.4 老化時間的影響

當(dāng)催化劑濃度0.5%、起始劑配比0.5%、聚合溫度為90℃時，研究聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率隨老化時間的變化規(guī)律，實驗結(jié)果見圖5.

由圖5可知，隨著老化時間的增加，聚合物粘度和聚合物產(chǎn)率增加;但老化時間太長，聚合物粘度太大，粘溫性不好，合成潤滑油粘度太大，不利于潤滑.選適宜的老化時間為7.5 h.

2.5 性能比較

在最佳操作的條件下，聚合溫度90℃，NaOH催化劑的加入量0.5%，CH3CH2OH起始劑的配比0.5%，老化時間7.5 h，聚合壓力0.3 MPa 進行聚合操作，其聚醚合成油的物性見表1.

表1 聚醚合成油的物性

由表1可見，聚醚合成油的物性如粘度、指數(shù)、傾點、殘?zhí)康戎笜?biāo)，遠遠好于相同粘度水平的HIV350基礎(chǔ)油標(biāo)準(zhǔn).

表2 機械性能和抗氧化性能對比數(shù)據(jù)

聚醚合成油的機械性能和抗氧化性能與礦物基礎(chǔ)油和礦物基潤滑油的對比數(shù)據(jù)如表2所示.

由表2可見，聚醚合成油的機械性能和抗氧化性能方面，都遠遠好于礦物基礎(chǔ)油和礦物基潤滑油

3 結(jié)論

(1)以環(huán)氧乙烷為原料，聚合成的線性聚合物，可以作為潤滑油的基礎(chǔ)油.最佳聚合溫度90℃、NaOH催化劑的加入量0.5%、CH3CH2OH起始劑的配比0.5%，老化時間7.5 h，聚合壓力0.3 MPa;

(2)本文研究的聚醚合成油的機械性能和抗氧化性能方面，都遠好于礦物基礎(chǔ)油和礦物基潤滑油.其物性遠好于相同粘度水平的HIV350基礎(chǔ)油標(biāo)準(zhǔn);

(3)由環(huán)氧丁烷為原料制取的合成油基礎(chǔ)油，開辟了聚醚合成的新途徑.此工藝對環(huán)氧丁烷的純度要求不高，工藝簡單，成本低，為我國生產(chǎn)聚醚合成油提供了一條可行的經(jīng)濟路線.

［1］言敏達.聚醚的功能化［J］.精細化工，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］劉發(fā)起.合成潤滑油的基礎(chǔ)油聚醚油的物性及實用性研究［J］.沈陽化工，1996，7(1)：14-16.

［4］鄭發(fā)正，謝風(fēng).潤滑劑性質(zhì)與應(yīng)用［D］.北京：中國石化出版社，2006.

［5］周惠娟，朱慶云.天然氣合成潤滑油基礎(chǔ)油技術(shù)發(fā)展動向［J］.潤滑油，2001，17(6)：13.