玻璃剪切油基礎油的組成剖析

許海龍 張翠偵 朱玉龍

中海油煉油化工科學研究院

通過蒸餾對玻璃剪切油樣品中的不同基礎油組分進行分離，并通過紅外及其他理化性質分析手段對玻璃剪切油基礎油的化學組成及含量進行分析。通過查閱相關資料和比對，確定玻璃剪切油樣品的基礎油由輕質環烷基礦物基礎油、三羥甲基丙烷油酸酯組成，且兩種組分的質量比約為1∶1。

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

近年來，我國進口數控機床、加工中心等先進制造設備越來越多，同時許多玻璃加工廠大多是幾種不同材質玻璃的混合加工作業，市場對各類精密玻璃產品的質量要求不斷提升。傳統低品質的玻璃剪切油已經逐漸不能滿足玻璃精密剪切的需要[3]。因此，開發出能夠滿足市場需要的高品質玻璃剪切油意義重大。

為更好地指導國產高品質玻璃剪切油的產品開發，特對進口某知名玻璃剪切油產品不同基礎油組分進行分離，并對結構組成進行剖析。

樣品性質分析

理化性質分析

為更好地分析玻璃剪切油的基礎油組成，對樣品主要理化性質進行了分析，具體數據見表1。樣品金屬含量及模擬餾程見表2、表 3。

表1 玻璃纖維濾紙規格

表2 玻璃剪切油金屬含量

結合表1～表3數據可知：

◇50%～60%餾程處，溫度出現較大斷層，說明以50%～60%餾分段為界，樣品大量含有兩種不同餾程的基礎油組分；

◇樣品黏度指數大于120，密度、折光率較大，可以判斷樣品中極有可能含有合成類基礎油[酯類、醚類、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或醚類物質；

◇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，說明樣品中可能含有清凈劑、極壓抗磨劑等潤滑油添加劑組分。

紅外光譜分析

通過對樣品進行紅外光譜分析，初步定性判斷玻璃剪切油樣品的基礎油類型，紅外譜圖如圖1所示。

由圖1可見，波數在1 745 cm-1和1 144 cm-1左右有較為明顯的峰，說明樣品中存在大量的羰基、醚基。查閱相關文獻資料[4]表1數據，可以初步判斷樣品中含有兩種基礎油組分，其中一種為合成酯類基礎油。

不同基礎油組分分離與分析

基礎油組分分離

為驗證并細化上述結論，采用2種方案對玻璃剪切油中兩種基礎油組分進行分離。

95%乙醇萃取

按體積比1∶1，采用95%乙醇對玻璃剪切油的不同組分進行萃取分離，并對分層后的上下組分進行紅外分析，發現95%乙醇不能對玻璃剪切油中的兩種基礎油組分進行有效分離。

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

對該玻璃切割油樣品進行減壓蒸餾，利用不同組分餾程范圍的不同，對樣品中2種基礎油組分進行分離。試驗過程中發現，在切割溫度為390 ℃左右時，餾出液體出現中斷，初步判斷390 ℃左右為實現兩種主要組分分離的切割溫度。

不同基礎油組性質分析

對通過蒸餾分離開的兩種組分進行紅外光譜分析，具體如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知：

◇＜390 ℃組分：組分中基本全為碳氫化合物，無酯類、醚類、醇類等物質存在，初步判斷為礦物基礎油。

◇＞390 ℃組分：組分中存在大量羰基和醚基，基本無羥基等官能團，可以判斷＞390 ℃組分中主要為酯類合成基礎油。

對2種組分進行主要理化性質分析，結果見表4。

根據表4數據分析：

◇＜390℃和＞390℃組分質量比約為1∶1。

◇＜390 ℃組分黏度指數為0，運動黏度較小，可以判斷該組分為輕質環烷基基礎油。

◇酯類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 ℃運動黏度較大，可排除單油酸酯（常用單油酸酯100 ℃運動黏度最大為3.4 mm2/s）、雙酯（常用雙酯100 ℃運動黏度最大為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

將以上數據與相關資料[4]酯數據進行比對，發現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 ℃組分相關數據相似度較高，具體數據見表5。

對三羥甲基丙烷油酸酯進行紅外光譜分析，其譜圖如圖4所示。

將三羥甲基丙烷油酸酯與＞390 ℃組分進行比對后發現，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。

結論

該玻璃剪切油樣品基礎油由輕質環烷基礦物基礎油、三羥甲基丙烷油酸酯組成；兩種組分的質量比約為1:1。

表4 2種組分主要理化性質

表5 性質對比

圖4 三羥甲基丙烷油酸酯紅外譜圖