多年來，對潤滑劑的要求在不斷提升，促使配方工程師從一類基礎油轉向二類、三類、GTL基礎油甚至更高級別的四類油，如最新的茂金屬聚α-烯烴PAOs。但是這些高端基礎油極性都很低，與添加劑的溶解性較差，因此許多配方工程師是通過使用酯類油這類五類基礎油來改善這一性能。實際上，烷基萘ANs也是另外一個很不錯的解決方案。

本文摘譯自Lubes'n'Greases2018年8月文章《The Mystery Base Fluid——Alkylated Naphthalenes》

烷基萘ANs已經商業化了二十多年，最近在各種行業參考文獻中被越來越多地提及，但始終屬于小眾產品。

目前全球只有三家公司生產烷基萘ANs，分別為美國埃克森美孚化工（ExxonMobil Chemical），其商標為“Synesstic”、美國金氏工業（King Industries），其商標為“NA-LUBE”，中國上海納克（NACO），其商標為“SynNaph”。

烷基萘ANs揭秘

      烷基萘ANs的開創要追溯到二戰期間，美國在發動機油中首次將烷基萘ANs作為合成油進行使用，但直到戰爭結束很久之后才開始進行大規模生產。

到20世紀90年代，埃克森美孚首次把烷基萘ANs用于潤滑油配方，推出了著名的美孚1號，由于烷基萘ANs與聚α-烯烴PAOs的互相配合表現出顯著的性能優勢，美孚1號因此大獲成功并長盛不衰。
 
PAOs雖然具備卓越的低溫性能、高粘度指數和抗氧化性等優點，但其極性非常低，所以配方工程師需要考慮添加劑的溶解性和密封材料收縮問題。

通常，他們會使用合成酯來解決，但他們發現，PAOs加酯的配方會因為酯的影響產生氧化和水解降解問題，而使用烷基萘ANs可以有效解決酯基配方的這些缺點。
 
    “當烷基萘ANs加入到二類、三類和PAOs中時，可提高油品的耐熱性、熱氧化穩定性、溶解性、分散性，添加劑感受性、漆膜控制、橡膠相溶性、揮發性和水解穩定性，從而延長這些高性能潤滑劑的使用壽命，”美國金氏工業的技術服務經理Maureen Hunter告訴Lubes'n'Greases。該公司于21世紀初進入烷基萘ANs市場。
 
      當埃克森美孚化工（ExxonMobil Chemical）推出烷基萘ANs用于其發動機油配方時，使用了其“Synesstic”合成基礎油商標用于全球銷售，美孚目前有兩種烷基萘ANs產品，分別是低粘度的AN5和中粘度的AN12。

金氏工業之所以生產烷基萘，是基于其十多年來生產萘磺酸鹽的經驗。該公司有不同分子量和結構的產品，目前提供9種商業化烷基萘ANs產品，100℃粘度范圍從低粘度的4到中高粘度的20。“烷基萘ANs產品有的是單烷基化的，有的是多烷基化的，其烷基鏈可以是直鏈或支鏈，因此可通過不同組合獲得多種產品特性，” Hunter說。

上海納克NACO是亞洲唯一生產烷基萘ANs的專業公司，目前提供4種商業化的產品，從低粘度的AN5，到中粘度的AN15、AN23一直到高粘度的AN30，特別是AN30已經在中國市場成功實現了大規模銷售。

全面的性能優勢

       雖然在配方中，烷基萘ANs的使用比例一般僅有10%或更低，但在一些需要充分發揮烷基萘ANs抗氧化、水解穩定性及低揮發性性能的應用中，使用量就會超過10%。
 
       埃克森美孚使用ASTM D943方法來評估基于烷基萘ANs配方的透平機油，與用酯類油為配方的透平油相比，油品壽命大幅延長。

酯類油和烷基萘的添加劑感受性對比

金氏工業使用ASTM D6186 PDSC測試方法，顯示當10%的烷基萘NA-LUBE KR-008與PAO 6配合時，熱氧化穩定性得到大幅提升，這是由于烷基萘ANs和胺類抗氧化劑之間產生協同作用使得氧化穩定性得到提升。
 
     “烷基萘ANs優異的熱氧化穩定性是受其富電子萘環的作用，萘環可以吸收、共振和分散能量，就像抗氧化劑一樣，”Hunter說。
 
       金氏工業還強調烷基萘ANs的另一項優異性能——降低油品的揮發性。“比如使用了烷基萘ANs的高溫鏈條油就可提升潤滑劑壽命。其中有一項典型應用是用烷基萘替代20%含聚異丁烯的多元醇酯配方，當在260℃的烘箱中持續8小時，可將蒸發損失從原配方的94%降到71%。此外，添加烷基萘ANs還加強了耐熱性和熱氧化穩定性，抑制了粘度增加和沉積物形成，”Hunter說。

高效的酯類油替代方案

     “烷基萘ANs的極性雖然比酯類油要低一些，但是酯類油的極性有個缺點，它們不但能溶解添加劑，還會與添加劑產生競爭吸附，”金氏工業副總裁Michel Hourani說。
 
      烷基萘ANs可以克服這些缺點，如果配方中使用烷基萘，那么配方工程師就可以用較少的添加劑獲得相同的抗磨損或減少摩擦的效果，這一點是烷基萘ANs的突出性能。
 
      埃克森美孚在其很多產品領域使用了烷基萘ANs以提升性能，比如在工業齒輪配方中用烷基萘ANs改善了其抗磨損性能。該公司使用ASTM D4172四球試驗證明了這一點。
 
      Hunter補充說，在很多場合已經觀察到，烷基萘ANs的加入可以抑制沉積物和漆膜的形成。
 
      烷基萘ANs在潤滑脂配方中也有很好的應用，它可以更好地分散增稠劑，因此針對特定NLGI等級潤滑脂可以減少增稠劑的使用，同時使潤滑脂具有更好的低溫流動性。隨著作為增稠劑的鋰鹽其全球價格的持續上漲和供應難以保證，把烷基萘ANs加入到鋰基脂或復合鋰配方中就顯得更為重要。

烷基萘ANs獲食品級認證

      金氏工業是首家獲得NSF H-1和HX-1食品級認證的，埃克森美孚也緊隨其后為其兩款“Synesstic”產品申請了認證，據悉，上海納克的產品也正在認證申請中。NSF H-1認證允許油品在可能發生的偶然食品接觸中用作潤滑劑，而NSF HX-1認證則可用于作為此類潤滑劑的成分。
 
6月份在阿姆斯特丹舉行的ICIS和ELGI工業潤滑油會議上，殼牌及Concawe（歐洲煉油商協會研究部門）的毒理學家Juan-Carlos Carrillo表示，他相信烷基萘ANs不會受到MOAH定義的影響（MOAH為可致癌芳香烴礦物油）。德國聯邦風險評估研究所（德語稱BfR）于2018年2月發表了一項意見，接受了Concawe關于毒理學觀點的立場，該觀點將消除所有潤滑劑受MOAH的限制，從而解除了對ANs在食品級領域中的限制。

烷基萘ANs與mPAO的協同效應

       茂金屬PAO的引入為烷基萘ANs的營銷人員開辟了新的市場可能性，它們的內在特性和在配方中的增強性能為高標準的應用帶來了優勢。
 
相對于目前市場上的基礎油，mPAOs為低溫性能和粘度指數帶來了階梯性跨越。這與20世紀90年代引入PAOs相呼應，當時是相對于礦物油，而這次的變化則是相對于傳統的PAOs。

然而這一次烷基萘ANs帶來的性能提升卻是完全不同的。mPAOs真正的應用亮點在于，如用于風力渦輪機齒輪箱，就會需要更高的添加劑量，因此就要求更高的添加劑溶解性。
 
       正如Hunter的解釋，風力渦輪機暴露在一些最惡劣的潤滑條件下，包括振動、極端溫度和雜質等。烷基萘ANs的加入可以幫助延長換油周期，一些應用這種配方的風力渦輪機油現在可使用長達七年之久。這可以極大延長換油周期，提高設備安全性。“雇一名技術人員去爬高來維修一臺高功率渦輪機的服務成本是很昂貴的，”她說。
 
       有些配方工程師對于使用烷基萘ANs會不會拉低產品的粘度指數表示擔心，Hunter表示不會。
 
       埃克森美孚公司的工作人員也指出，加入烷基萘ANs不會影響整體配方的粘度指數。
 
       埃克森美孚目前不斷強調使用烷基萘ANs和mPAOs的“協同效應”，并將其作為銷售和推廣的重要部分，強調同時使用兩種基礎油所帶來的好處。

烷基萘ANs步入“黃金時代”

      上海納克潤滑技術有限公司于2016年將中國制造的烷基萘ANs推向市場，目前提供從低粘度AN5到高粘度AN30的全系列產品。和埃克森美孚一樣，上海納克也不斷強調烷基萘ANs與其生產的PAOs間的協同效應優勢，并在宣傳上凸顯其亞洲唯一、世界第二個既生產PAO又生產烷基萘ANs合成基礎油的中國工廠形象。與此同時，金氏工業計劃增加其康涅狄格州沃特伯里第二個工廠的產能。這一切都表明，起源于二戰時期的這項技術即將進入它的“黃金時代”。