[发明专利]一种窄分布、低粘度和高粘度指数的PAO基础油及其制备方法

说明书

本发明涉及一种窄分布、低粘度和高粘度指数的PAO基础油及其制备方法。该低粘度PAO基础油100℃运动粘度为3.98～4.52cSt，粘度指数为129～145、倾点为‑51℃～‑57℃、溴值小于0.050（溴克/100克）的PAO基础油；该聚α‑烯烃基础油由四种不同的分子量分布的碳氢化合物组成，其中平均分子量为422克/摩尔～506克/摩尔的碳氢化合物含量大于55（重量）%。其制备方法分为二步，第一步以茂金属催化剂催化C8～C12的α‑烯烃发生齐聚反应，减压蒸馏除去未反应的α‑烯烃单体和α‑烯烃三聚体及以上齐聚物，得到纯度在90%以上的α‑烯烃二聚体；第二步以Lewis酸催化剂催化α‑烯烃二聚体和α烯烃单体齐聚，反应结束后，洗涤，常压蒸馏除去溶剂减压蒸馏除去α‑烯烃单体和α‑烯烃二聚体，得到窄分布、低粘度和高粘度指数的PAO基础油。

技术领域

本发明涉及一种窄分布、低粘度和高粘度指数的聚α-烯烃（PAO）基础油及其制备方法和应用。

背景技术

近年来石油化工行业都在致力于合成聚α-烯烃（PAO）基础油以改善天然矿物基础油的性能，高档润滑油基础油向低粘度和高粘度指数方向发展。工业上对合成润滑油的探索主要集中在提高润滑油的粘度指数，即在一个广泛的温度范围内可用的粘度。与矿物油相比，合成润滑油有更高的粘度指数，更好的润滑能力，热稳定性，氧化稳定性和低的倾点，且摩擦系数低，因此在一系列操作条件和负载下应用时比矿物油机械效率更高。

润滑油的粘度指数即粘温关系被认为是一个关键指数，矿物油被用作单相、多相润滑油时粘度随环境温度变化很大，粘度指数较低。高粘度指数的润滑油是比较理想的，高温下仍有较高的粘度，在机器上应用时可以更好的润滑和保护。

PAO是可以用作润滑基础油的合成碳氢化合物，由C₈～C₁₂的α-烯烃合成的齐聚物。PAO在低温下有好的流动性能，相对较高的热稳定性和氧化稳定性，高温下蒸汽损失较小，高的粘度指数，好的摩擦性能，好的液压稳定性，好的耐磨性。PAO无毒，与矿物油或酯类基础油易混合，因此适宜用作发动机油，压缩机油，液压油，齿轮油或油脂。PAO含有易于氧化的三级氢，稳定性下降，因此要尽量减少三级氢的量来提高合成碳氢化合物的氧化稳定性。

茂金属催化剂是 90 年代初实现工业化的开创性新型催化剂，并正在引起一场聚烯烃工业技术的革命。茂金属催化剂有催化活性高、生成的聚合物相对分子量分布窄、聚合物结构可控、聚合物分子可剪裁等优点。Schaerf等在专利US5284988提出了一个制备满足市场不同粘度需求用途广泛的合成润滑油的过程。该制备过程分为两步：（a）一部分烯烃被催化发生异构化，生成含有三取代基的中间体；（b）在齐聚催化剂存在下，再聚这些中间体，合成多聚体。

雪弗龙公司在专利US8536391中提出一种用负载茂金属催化α-烯烃合成PAOs的生产方法，所用茂金属催化体系包括：茂金属和用吸电子阴离子化学处理的固体氧化物；生成的聚α-烯烃和PAOs有很高的粘度指数和低的倾点，100℃的Kv为20-1200cSt，倾点小于20℃，PAOs主要是头-尾键接的，在润滑油和粘度修正中有很大的应用价值；但产物分布较宽，主要为含不饱和双键的α-烯烃合部分氢化α-烯烃。实验发现PAO中不饱和双键的存在使润滑油稳定性受到影响。

在现有用α-烯烃合成PAO基础油的技术中，最大的一个难题就是得到的PAO基础油产物分布较宽，又难以从聚合产物混合物中根据不同的粘度分离出不同的组分；另一个困难就是化学过程难以控制α-烯烃的异构化。本发明目的是采用单活性中心的均相茂金属催化剂体系，利用茂金属催化剂活性高、生成的聚合物相对分子量分布窄、聚合物结构可控、聚合物分子可剪裁等优点采用二步法生产出窄分布、低粘度和高粘度指数的满足市场需求的PAO基础油。

发明内容

本发明是鉴于上述事实的发明，其目的是合成出一种窄分布、低粘度和高粘度指数的PAO基础油。

为实现以上目的，本发明采取的技术方案如下：

（1）α-烯烃齐聚反应：