許海龍 張翠偵 朱玉龍

中海油煉油化工科學(xué)研究院

通過(guò)蒸餾對(duì)玻璃剪切油樣品中的不同基礎(chǔ)油組分進(jìn)行分離，并通過(guò)紅外及其他理化性質(zhì)分析手段對(duì)玻璃剪切油基礎(chǔ)油的化學(xué)組成及含量進(jìn)行分析。通過(guò)查閱相關(guān)資料和比對(duì)，確定玻璃剪切油樣品的基礎(chǔ)油由輕質(zhì)環(huán)烷基礦物基礎(chǔ)油、三羥甲基丙烷油酸酯組成，且兩種組分的質(zhì)量比約為1∶1。

玻璃是一種硬度高、韌性差的材料，在實(shí)際加工過(guò)程中，生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)鉆石磨頭或剪刀等對(duì)玻璃進(jìn)行精密切割[1]。同時(shí)，加工過(guò)程產(chǎn)生的大量玻璃粉附著在玻璃表面，容易產(chǎn)生研磨效果變差、磨頭磨損加速、玻璃產(chǎn)品崩口開(kāi)裂等問(wèn)題。玻璃剪切油是指用于玻璃剪切加工過(guò)程中的冷卻潤(rùn)滑液，是加工過(guò)程中不可缺少的配套材料之一，主要通過(guò)冷卻、潤(rùn)滑、清洗、防銹等作用，改善玻璃切割表面的質(zhì)量，提高加工精度，延長(zhǎng)磨頭或剪刀的使用壽命，同時(shí)帶走加工過(guò)程產(chǎn)生的熱量，有效清除零件和刀具表面上的切屑和其他粉粒，提高生產(chǎn)效率，具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性、冷卻性、沉降性、清洗性、滲透性等性能[2]。

近年來(lái)，我國(guó)進(jìn)口數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)制造設(shè)備越來(lái)越多，同時(shí)許多玻璃加工廠大多是幾種不同材質(zhì)玻璃的混合加工作業(yè)，市場(chǎng)對(duì)各類(lèi)精密玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷提升。傳統(tǒng)低品質(zhì)的玻璃剪切油已經(jīng)逐漸不能滿足玻璃精密剪切的需要[3]。因此，開(kāi)發(fā)出能夠滿足市場(chǎng)需要的高品質(zhì)玻璃剪切油意義重大。

為更好地指導(dǎo)國(guó)產(chǎn)高品質(zhì)玻璃剪切油的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，特對(duì)進(jìn)口某知名玻璃剪切油產(chǎn)品不同基礎(chǔ)油組分進(jìn)行分離，并對(duì)結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行剖析。

樣品性質(zhì)分析

理化性質(zhì)分析

為更好地分析玻璃剪切油的基礎(chǔ)油組成，對(duì)樣品主要理化性質(zhì)進(jìn)行了分析，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。樣品金屬含量及模擬餾程見(jiàn)表2、表 3。

表1 玻璃纖維濾紙規(guī)格

表2 玻璃剪切油金屬含量

結(jié)合表1～表3數(shù)據(jù)可知：

◇50%～60%餾程處，溫度出現(xiàn)較大斷層，說(shuō)明以50%～60%餾分段為界，樣品大量含有兩種不同餾程的基礎(chǔ)油組分；

◇樣品黏度指數(shù)大于120，密度、折光率較大，可以判斷樣品中極有可能含有合成類(lèi)基礎(chǔ)油[酯類(lèi)、醚類(lèi)、PAO（聚α烯烴）等]組分；

◇由氧含量較高，可以判斷樣品中可能含有大量的酯類(lèi)或醚類(lèi)物質(zhì)；

◇樣品中K、P元素含量較高，且含有一定量的 Na、Ca、Fe、B、Cl等元素，說(shuō)明樣品中可能含有清凈劑、極壓抗磨劑等潤(rùn)滑油添加劑組分。

紅外光譜分析

通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜分析，初步定性判斷玻璃剪切油樣品的基礎(chǔ)油類(lèi)型，紅外譜圖如圖1所示。

由圖1可見(jiàn)，波數(shù)在1 745 cm-1和1 144 cm-1左右有較為明顯的峰，說(shuō)明樣品中存在大量的羰基、醚基。查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料[4]表1數(shù)據(jù)，可以初步判斷樣品中含有兩種基礎(chǔ)油組分，其中一種為合成酯類(lèi)基礎(chǔ)油。

不同基礎(chǔ)油組分分離與分析

基礎(chǔ)油組分分離

為驗(yàn)證并細(xì)化上述結(jié)論，采用2種方案對(duì)玻璃剪切油中兩種基礎(chǔ)油組分進(jìn)行分離。

95%乙醇萃取

按體積比1∶1，采用95%乙醇對(duì)玻璃剪切油的不同組分進(jìn)行萃取分離，并對(duì)分層后的上下組分進(jìn)行紅外分析，發(fā)現(xiàn)95%乙醇不能對(duì)玻璃剪切油中的兩種基礎(chǔ)油組分進(jìn)行有效分離。

表3 玻璃剪切油模擬餾程

圖1 玻璃剪切油紅外譜圖

蒸餾切割分離

對(duì)該玻璃切割油樣品進(jìn)行減壓蒸餾，利用不同組分餾程范圍的不同，對(duì)樣品中2種基礎(chǔ)油組分進(jìn)行分離。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在切割溫度為390 ℃左右時(shí)，餾出液體出現(xiàn)中斷，初步判斷390 ℃左右為實(shí)現(xiàn)兩種主要組分分離的切割溫度。

不同基礎(chǔ)油組性質(zhì)分析

對(duì)通過(guò)蒸餾分離開(kāi)的兩種組分進(jìn)行紅外光譜分析，具體如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知：

◇＜390 ℃組分：組分中基本全為碳?xì)浠衔?，無(wú)酯類(lèi)、醚類(lèi)、醇類(lèi)等物質(zhì)存在，初步判斷為礦物基礎(chǔ)油。

◇＞390 ℃組分：組分中存在大量羰基和醚基，基本無(wú)羥基等官能團(tuán)，可以判斷＞390 ℃組分中主要為酯類(lèi)合成基礎(chǔ)油。

對(duì)2種組分進(jìn)行主要理化性質(zhì)分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)分析：

◇＜390℃和＞390℃組分質(zhì)量比約為1∶1。

◇＜390 ℃組分黏度指數(shù)為0，運(yùn)動(dòng)黏度較小，可以判斷該組分為輕質(zhì)環(huán)烷基基礎(chǔ)油。

◇酯類(lèi)合成油主要分為單油酸酯、雙酯、多元醇酯、聚酯等。由＞390 ℃組分的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度較大，可排除單油酸酯（常用單油酸酯100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度最大為3.4 mm2/s）、雙酯（常用雙酯100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度最大為7.6 mm2/s）；由紅外譜圖中酯基含量較高可以排除聚酯。初步判斷該組分為多元醇酯。

圖2 ＜390 ℃組分紅外譜圖

圖3 ＞390 ℃ 組分紅外譜圖

將以上數(shù)據(jù)與相關(guān)資料[4]酯數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)由三羥甲基丙烷和油酸合成的多元醇酯（三羥甲基丙烷油酸酯）與＞390 ℃組分相關(guān)數(shù)據(jù)相似度較高，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

對(duì)三羥甲基丙烷油酸酯進(jìn)行紅外光譜分析，其譜圖如圖4所示。

將三羥甲基丙烷油酸酯與＞390 ℃組分進(jìn)行比對(duì)后發(fā)現(xiàn)，兩者譜圖極為相似，確定玻璃剪切油樣品中含有三羥甲基丙烷油酸酯。

結(jié)論

該玻璃剪切油樣品基礎(chǔ)油由輕質(zhì)環(huán)烷基礦物基礎(chǔ)油、三羥甲基丙烷油酸酯組成；兩種組分的質(zhì)量比約為1:1。

表4 2種組分主要理化性質(zhì)

表5 性質(zhì)對(duì)比

圖4 三羥甲基丙烷油酸酯紅外譜圖