[发明专利]一种高粘度聚α-烯烃合成油及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚α-烯烃合成油(简称PAO)，确切的说是涉及一种以碳数为C₆～C₁₆的α-烯烃为原料、以离子液体为催化剂制备聚α-烯烃合成油的方法，以及合成的一种高粘度聚α-烯烃合成油。

背景技术

聚α-烯烃合成油(简称PAO)是合成烃润滑油类的一种，主要是由C₆～C₁₆的α-烯烃在催化剂作用下聚合，再通过加氢获得的规则长链烷烃。PAO以分子稳定著称，在润滑油应用中优于矿物基础油。较低的分子量分布使其具有较低的挥发性，在高温条件下不致因蒸发而造成油品损失，从而致使润滑油增稠和增加燃料消耗；多支链的异构烷烃结构赋予其极好的低温粘度和非常低的倾点，从而减少对发动机部件和电池在低温环境下启动的影响；同时具有较长的主链结构，增加了粘度指数，用作高粘度指数的内燃机油，不需要添加较多的粘度指数改进剂，降低了由于机械剪切引起的粘度下降。此外其良好的热安定性，极佳的剪切安定性，对添加剂的感受性好，无毒等特点，使其与矿物油相比，展现出显而易见的优势。

PAO的合成是通过催化剂催化使α-烯烃发生聚合反应，得到二聚、三聚、四聚及以上的混合物，再通过加氢处理以改善其氧化安定性。加氢后的产物具有规则的异构烷烃结构，类似于高质量的矿物基础油。

PAO具有非常宽范围的粘度水平，通常将其根据100℃的运动粘度K.V_100℃来划分：K.V_100℃低于4mm²/s的称为低粘度基础油；K.V_100℃在4～20mm²/s之间的称为中粘度基础油；K.V_100℃在40～100mm²/s之间的称为高粘度基础油；K.V_100℃大于100mm²/s称为超高粘度基础油。为了便于油品的调和，市场上成品PAO按照要求调和成K.V_100℃为2、4、6、8、10、20、40、100、1000mm²/s等级别的产品。

如专利US4642410、US5196635、US4827064、US5270273所报道的，目前高粘度聚α-烯烃合成油都是采用Lewis酸催化剂、齐格勒催化剂、还原铬催化剂制备的。

US4219691中报道以AlCl₃和C₃以上的仲醇或叔醇络合催化烯烃聚合生产PAO的方法，烯烃转化率可达到90％以上，并且通过改变AlCl₃和醇的比例可得到各种不同粘度的聚α-烯烃合成油。

US7547811介绍了一种以AlCl₃和去离子水为催化剂制备K.V_100℃在40～100mm²/s高粘度PAO的方法，其中40mm²/s级别PAO合成是在无溶剂条件下进行，而100mm²/s级别PAO合成过程中不仅需要添加25％～30％烯烃含量的溶剂以改善聚合反应的传质和传热，还需要加入0.5％二甲苯增进链烯烃的聚合反应。

尽管上述反应均具有非常高的转化率，但仍存在反应产物和催化剂无法分离，产物中大量残留催化剂，需要多次水洗等步骤，且得到的产品分子量分布很宽，产品异构化程度高。

US2009/0247442采用二甲基硅基双(2-四氢茚基)二甲基锆为催化剂，以N，N-二甲基苯铵四(五氟苯基)硼酸盐为助剂，催化1-癸烯聚合得到K.V_100℃在11～300mm²/s，粘度指数在150～249的不同级别PAO。但是反应结束后催化剂和产物仍得不到分离，并且催化剂价格昂贵，因而得到产品成本非常高。