生物质基润滑油基础油的合成研究进展
主要内容：润滑油的开发有利于降低摩擦磨损，从而促进工业进程的推进。生物质基润滑油基础油是一种生物可降解的高分子材料，可实现CQ零排放，主要有烃类、酯类和醚类润滑油基础油等。生物质基润滑油基础油可通过不同长度的碳链重组、化学合成路径的准确调控和基础油组分的精准解析以达到润滑油的高性能要求。综述了生物质基润滑油基础油的制备方法及润滑性能等，在此基础上分析和展望了未来生物质基润滑油基础油合成中的新策略和相关发展趋势。
相对运动的存在导致摩擦问题产生,而润滑油作为改善摩擦和磨损的重要手段,在设备摩擦接触表面采用材料分子间的摩擦代替干摩擦,从而达到降摩擦、减磨损、提高效率、延长使用寿命的目的。据统计，全球每年因滑动面间摩擦损耗而造成的能量损失约占世界总能耗的23%,同时约造成80%的机械设备故障。
学术及产业界积极开发新润滑油材料和表面技术，以提供有效的润滑使摩擦磨损降低了40%,带来的经济效益相当于国家生产总值的1.00%〜1.55%。随着各地区经济的快速发展,运输和工业生产对润滑油的需求量也在发生变化，预计到2025年，润滑油消费额将达到1662.5X108USD,较2016年增加约470X1(0USDJ4］。
润滑油的性质主要依赖于基础油，润滑油基础油在润滑油中的质量分数占到80%以上-目前聚旷烯烃合成润滑油的原料大多是以石化资源乙烯齐聚制备的长链烯烃,而生物质基润滑油基础油是以可再生的生物质为原料开发出的绿色新润滑油基础油。通常来说生物质基润滑油被定义为具有低毒性或无毒性的生物降解性产品-属于CO2零排放-且原料可以再生-因此被认为是未来传统石油基润滑油的替代品。据预测在未来十年-环保型/可再生生物降解润滑油在全球的销量份额约占到15%〜30%J］。
国内外产业界以及学业界对生物质基润滑油基础油的研究提供了新的思路。生物质基润滑油基础油的原料包括碳水化合物、木质素和油脂-且以油脂为主-如图1所示。涉及的反应主要包括C—C偶联、酯化反应、聚合反应等。生物质基润滑油基础油主要有烃类、酯类和醚类润滑油基础油，通过复杂的化学改性和碳链重组达到润滑油基础油的碳链结构和性能要求等。利用不同方法和策略制备的生物质基润滑油基础油具有不同的性质-决定了其用途。笔者将从催化剂、合成路线、原料选择及产品性质等几个方面介绍国内外在合成润滑油技术领域所取得的主要进展和存在的主要问题-并对生物质润滑油基础油的当前技术和未来新路线提出建议和展望。
1.酯类润滑油基础油
采用植物油作为原料制备润滑油具有天然的优势-因为植物油含有长碳链结构和丰富的官能团-可利用植物油中的活泼官能团对植物油的碳链进行重组-从而达到既定油品的性质。植物油的不饱和结构和醇组分中的伏CH基团导致其氧和热具有不稳定性,使得植物油很难直接用作润滑油-可通过加氢、酯交换和酯化反应等改善油脂的性能。而植物油在加氢过程易发生双键饱和、几何（顺反）异构化和位置异构化-同时-甘油中的仔氢原子很容易从分子结构中去除-将酯分解成酸和醇⑻。采用长链醇对其进行酯交换或者酯化反应生成酯类化合物能有效改善其润滑性能。
1.1酯交换法
酯交换反应指甘油三酯分子在酸或碱催化下与醇反应-生成甘油和脂肪酸酯混合物。
1.2酯化法
酸和醇在催化剂作用下脱水制得的化合物通常作为合成酯类润滑油基础油。
2.醚类生物质基润滑油
基础油油脂中的双键降低了润滑油基础油产品的高温稳定性和氧化安定性。可通过环氧化形成黏温性好不结焦、对氢气和烃类气体溶解度小的环醚,从而有效改善润滑性能。Wu等［32］使用传统的环氧化方法（即原位生成过氧乙酸）将菜籽油与浓过氧化氢进行反应,生成的环氧化菜籽油与菜籽油相比,具有更好的极压性、减摩性和氧化安定性,这是由于环氧化菜籽油中产生的环氧乙烷三元环聚酯或聚醚材料膜所致。
3烃类生物质基润滑油基础油
为进一步提高生物质基润滑油基础油的氧化安定性和降低酸值，由生物质平台分子岀发合成全碳链结构润滑油基础油引起了研究者的兴趣。
4.总结与展望
随着工业化进程的不断推进，润滑油需求量不断增加，传统的石油基润滑油的大量使用势必会加剧能源危机和对环境的危害。生物质基润滑油的可降解性、低毒、低排放、良好的润滑性能、高闪点、低倾点、高黏度指数、良好的抗磨性能、优良的摩擦系数等优点有利于代替传统石油基润滑油。目前市场应用最为广泛的生物质基润滑油是酯类润滑油基础油，可根据性能要求灵活地调整酯基的个数以及碳链结构，这同时也使得酯类润滑油基础油的原料需求量更大更丰富，对不同原料需要探索不同的合成工艺。甚至可进一步开发甘油三酯、脂肪酸和脂肪醇等混合原料的酯化技术，提高酯类润滑油基础油原料的适应性。
因此，开发具有高活性且可重复使用的固体酸或碱性催化剂尤为重要,同时要注重催化剂的循环或再生性能。虽然酯基能提升某些润滑性能，但是酯基作为极性基团能与机械内的极性物质（如：密封圈、橡胶盖等）互溶，具有一定的腐蚀性。
同时，酯类润滑油基础油也容易被水解，所以酯类润滑油基础油不适用于轮船或者潮湿的环境中。传统的醚类润滑油基础油相比于酯类润滑油基础油的氧含量不降反增，虽然减少的碳碳双键有利于增强润滑油的抗氧化性能，但是其中的氧成分同样对润滑油基础油的氧化安定性产生一定影响。
所以醚类润滑油基础油的发展，不仅要使碳碳双键环氧化，同时还需要减少润滑油中酯基的含量，从而达到减少氧含量的目的。新型醚类润滑油基础油还应该考虑具有支链结构的直链烷基醚,或者咲喃环衍生的多元环环氧醚。生物质基烃类润滑油基础油与成熟的商业化合成聚烯烃润滑油基础油结构相似，具有较好的兼容性和稳定性，需进一步提高市场对生物质基烃类润滑油基础油的接受度。生物质基烃类润滑油基础油目前并未投入市场，主要是因为其合成过程相对于酯类和醚类润滑油基础油更为复杂，效率更低，且目前脱氧方式多为加氢脱氧，这样势必会增加氢气成本和催化剂成本。
烃类润滑油基础油的合成路线和方式亟待继续开发，目前最为经济的碳碳键延长的方法是羟醛缩合和羟基烷基化反应，特点是成本低和反应条件温和，但是效率低、反应时间长，及中间产物分离困难。所以需要把目前生物质基烃类润滑油基础油的制备过程简单化，缩减中间体分离过程和成本，同时开发高效固体酸或碱催化剂，进一步提高催化剂的可循环使用性能，避免废催化剂对环境的污染。生物质基小分子原料多为木质纤维素衍生的咲喃环化合物，多使用贵金属催化剂进行加氢脱氧，因此开发高效的咲喃环加氢的廉价可循环的催化剂仍然是今后研发的重点。
