مروری بر روش‌های سنتز، خواص و کاربرد پلی‌آلفااولفین‌ها در صنعت روغن و روانکارها

نوع مقاله: تالیفی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکز

2 1پژوهشکده مهندسی پلیمریزاسیون، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

چکیده

اولیگومرشدن آلفااولفین‌های سنگین برای سنتز محصولات سوختی، روغن و روانکار در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. مونومرهای استفاده شده در این زمینه اغلب از بین 1-دودکن و 1-دکن انتخاب می‌شوند. تبدیل آلفااولفین‌ها به محصولات مدنظر با استفاده از کاتالیزگرهای متنوعی انجام می‌شود که به‌طور عمده شامل: 1- اسیدهای لوییس مانند آلومینیم تری‌کلرید و بورتری‌فلوئورید در مجاورت دهنده‌های بازی، 2- کاتالیزگرهای متالوسن بر پایه زیرکونیم، هافنیم و تیتانیم با لیگاندهای سیکلوپنتادی‌انیل و ایندنیل، 3- کاتالیزگرهای کروم-سیلیکای معروف به کاتالیزگرهای فیلیپس و 4- مایعات یونی هستند. محصولات تولید شده با کاتالیزگرهای مختلف محدوده وسیعی از گرانروی حرکتی را، از cSt 2 تا cSt 100 شامل می‌شوند که برای کاربردهای ویژه مستعدند. با این چشم‌انداز در این مقاله، پس از مقدمه‌ای کوتاه در زمینه صنعت روغن و روانکارها، نحوه گروه‌بندی روغن‌های تجاری بر اساس نظام موسسه نفت آمریکا توضیح داده می‌شود. سپس، به دلیل خواص ویژه روغن‌های طبقه چهارم، که به‌نام پلی‌آلفااولفین‌ها شناخته می‌شوند، روش سنتز آن‌ها با انواع سامانه‌های کاتالیزگری بررسی و کاربردهای این محصولات در صنعت روانکاری معرفی می‌شوند. در ادامه نیز خواص پلی آلفااولفین‌های تولید شده و روش‌های تجزیه این روغن‌ها بررسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Synthesis, Properties and Applications of Poly(α-olefins): A Review

چکیده [English]

Oligomerization of higher α-olefin monomers for production of fuels, synthetic lubricants and oils has attracted a lot of interest in recent years. The Poly(a-olefin)(PAO) fluids are usually produced from 1-dodecene (C12) and 1-decene (C10) as starting materials. Various synthetic protocols are employed in oligomerization processes. They are mostly based on (1) conventional Lewis acid such as AlCl3 and BF3/donor systems, (2) metallocene catalysts based on Ti, Zr, and Hf metals and cyclopentadienyl and indenyl ligands, (3) Cr/silica catalysts known as Phillips catalysts and (4) ionic liquids as active precursors. PAOs are graded and differentiated for different applications by their kinematic viscosities at 100 °C (or KV100). The most usual grades have kinematic viscosity between
2 cSt to 100 Sct. Due to the importance of PAO lubricants in industry, this paper is dedicated to this material. In this regard, after a short introduction on conventional lubricants, we mainly focus on PAO based synthetic oils. In this regard, first conventional catalysts in α-olefin oligomerization will be introduced in brief. Then, PAO properties, uses, and analysis methods will be reported and aimed to further raise interest in PAO research in the country

کلیدواژه‌ها [English]

  • polyalfaolefin (PAO)
  • oil
  • lubricant
  • oligomerization
  • cationic
1.
Totten G.E., Fuels and Lubricants Handbook: Technology, Properties, Performance, and Testing, ASTM International, USA, 2003.
2.
Rudnick L.R., Buchanan R.P., and Medina F., Evaluation of

Oxidation-Mediated Volatility of Hydrocarbon Lubricant Base Fluids, J. Synth. Lubr., 23, 11–26, 2006.
3.
Knudsen R.D., Kreischer B.E., Abbott R.G., Bridges S.D., Baralt EJ., and Small B.L., Methods of Preparation of an Olefin
Oligomerization Catalyst, US Pat. 8,993,822 B2, 2015.
4.
Reid-Peters S., Group IV Base Stocks - PAO, UTS Seminar, St Petersburg, 2011.
5.
Ray S., Peddy V.C., Rao P.V., and Choudary N.V., Poly-a-Olefin-Based Synthetic Lubricants: A Short Review on Various
Synthetic Routes, Lubr. Sci., 24, 23–44, 2012.
6.
Goswami A., Rathi A.K., Aparicio C., Tomanec O., Petr M., Pocklanova R., Gawande M.B., Varma R.S., and Zboril R., In Situ Generation of Pd@Pt Core-Shell Nanoparticles on Reduced Graphene Oxide (Pd@Pt/rGO) Using Microwaves: Applications in Dehalogenation Reactions and Reduction of Olefins, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 2815-2824, 2017.
7.
Wang X., Shi H., Kwak J.H., and Szanyi J.N., Mechanism of CO2 Hydrogenation on Pd/Al2O3 Catalysts: Kinetics and Transient
DRIFTS-MS Studies, ACS Catal., 5, 6337-6349, 2015.
8.
Weiss K., Neugebauer U., Blau S., and Lang H., Untersuchungen
von Polymerisations- und Metathesereaktionen, XXII Einfach und Zweifach Dimethylsilylen-Verbrückte Metallocendichloride
des Ti, Zr und Hf in der Ethen- und Propen-Polymerisation, J. Organomet. Chem., 520, 171-179, 1996.
9.
Totten G.E. and De Negri V.J., Handbook of Hydraulic Fluid Technology, CRC, Marcell Dekker, New York, 320-322, 2000.
10.
Echaroj S., Santikunaporn M., and Chavadej S., Oligomerization
of 1-Decene Over Sulfated Alumina Catalysts for the Production of Synthetic Fuels and Lubricants: Modelling and Verification, React. Kinet. Mech. Cat., 121, 629–644, 2017.
11.
Mandai H., Ukigai T., Tominega A., and Sato M., Method for Preparation of Polyolefin Oil, US Pat. 4,031,159, 1977.
12.
Kumar G. and Davis M.A., Oligomerization of Alpha-Olefin, Us Pat. 5,196,635, 1993.
13.
Sun H., Shen B., Wu D., Guo X., and Li D., Supported Al–Ti Bimetallic Catalysts for 1-Decene Oligomerization: Activity, Stability and Deactivation Mechanism, J. Catal., 339, 84-92, 2016.
14.
Cupples B.L., Heilman W.J., and Kresge A.N., Method of Making Alpha-Olefin Oligomers, US Pat. 4,045,508 A , 1977.
15.
Shubkin R.L., Lubricant, US Pat. 4,218,330 A, 1980.
16.
Ko Y.S., Kwon W.S., No M.H., and Yim J.H., A Study on the Control of Microstructures of Polyalphaolefins via Cationic Polymerization, Polym. Korea, 39, 346-352, 2015.
17.
Azizov A.H., Aliyeva R.V., Seidova K.H., Karayeva S.M., and Nazarov I.G., Oligomerization and Alkylation Decene-1 in the Presense Chloroaluminate Ionic Liquids, Am. J. Chem. Appl., 2, 21-26, 2015.
18.
Clark G., An Industrial Alkylation of Benzene, http://www.chemguide.co.uk/mechanisms/elsub/indalkyl.html#top, availabale in 2000.
19.
Ho S.C.H. and Wu M.M.S., Methods for Preparation of Arylated
Poly a-Olefins, US Pat. 6,071,864, 2004.
20.
Karimi M., Rahbar A., Haghverdi M., Nekoomanesh Haghighi M., and Bahri-Laleh N., Coordination Polymerization of α-Olefins by Phillips Catalysts, Polymerization (Persian), 5, 43-57, 2015.
21.
Wu M.M., High Viscosity Index Synthetic Lubricant Compositions,
US Pat. 4,827,064 A, 1989.
22.
Hanifpour A., Bahri-Laleh N., Nekoomanesh-Haghighi M., and Karimi M., Functional Polyolefins: From Synthesis to Application,
Polymerization (Persian), 6, 29-42, 2016.
23.
Report by Company CPC, Safe Handling and Storage of Synfluid
® Polyalphaolefins (PAO) and Synfluid® Metallocene Polyalphaolefins (mPAO), USA, 2015.
24.
Synfluid High Viscosity mPAO, http://www.cpchem.com/bl/pao/en-us/pages/mpao.aspx.
25.
Hope K., Driver M., and Harris T., High Viscosity Polyalphaolefins
Prepared with Ionic Liquid Catalyst, US Pat. 6,395,948 B1, 2002.
26.
Hope K., Stern D., Twomey D., and Collins J., Method for Manufacturing High Viscosity Polyalphaolefins Using Ionic Liquid Catalysts, US Pat. 7,259,284 B2, 2004.
27.
Hogg J.M., Coleman F., Ferrer-Ugalde A., Atkins M.P., and Swadzba-Kwasny M., Liquid Coordination Complexes: A New Class of Lewis Acids as Safer Alternatives to BF3 in Synthesis of Polyalphaolefins, Green Chem., 17, 1831-1841, 2015.
28.
Camara Greiner E.O., and Inoguchi Y., Chemical Economics Handbook: Linear Alpha-Olefins, SRI Consulting, Report No: 681.5030 B, USA, 2010.
29.
Benda R., Bullen J., and Plomer A., Synthetics Basics: Polyalphaolefins-
Base Fluids for High-Performance Lubricants, J. Synth. Lubr., 13, 41-57, 1996.
30.
Technology of Synthetic Oils (Persian), http://www.parsoilco.com/fa/article/print/4.html.