潤滑油基本上是由基礎油與添加劑兩部分依據設計採用不同比例摻配而成，所以欲了解潤滑油必須針對這兩大主題的內容做初步的認知。石油是數百萬年前的動植物埋在地下，在高溫高壓的環境下經過化學轉化而形成碳氫化合物，其組成相當複雜，因地域的不同，其組成亦會有所不同。石油中所含的主要成份為碳氫化合物(又稱”烃”(Hydrocarbons)：只有碳原子和氫原子組成的有機化合物)，依其分子結構主要為石蠟烃(Paraffin)、環烷烃(Naphthene)、芳香烃(Aromatic)、樹脂(Resin)以及與瀝青質(Asphaltene) (ref.1)。根據各組成的揮發點(Boiling point)不同，在煉製過程即可擷取不同的需求產品，如液化汽(LPG)、汽油、柴油與燃料油等不同餾份的石油聯產品。當然潤滑油的基礎油(base oil)也是製程中的一部分。潤滑油基礎油的製程主要有除瀝青作業 (Deasphaltor)、溶劑萃取 (Solvent Extraction)、除蠟過程 (Dewaxing)和加氫處理 (Hydrofinishing)。
在近一步說明潤滑油之基礎油前，對於有機化學(ref.2)應該做適度的了解，這會有助於了解基礎油的特性。有機化合物(Organic Compound)可分為兩大類：
- 脂肪族化合物(Aliphatic compounds)：分子中含有一個碳原子主鏈的有機化合物。這條鏈可能是直鏈、支鏈，或甚至是環狀鏈(但不會成為苯環)。
- 芳香族化合物(Aromatic compounds)：分子中含有一個苯環的有機化合物。一個苯環含有六個碳原子，但是它與脂肪族不同，因為碳原子之間的鍵，不論是它的長度和反應性，都不屬於單鍵也不屬於雙鍵，而是介於兩者之間。
以下的一些專有名詞定義，對了解有機化學會有些幫助。
- 飽和化合物(Saturated compounds)：分子中的原子之間只有單鍵的有機化合物。奶油即為一例。
- 不飽和化合物(Unsaturated compounds)：分子中至少含有一個雙鍵或參鍵的有機化合物。人造奶油即為一例。
- 多元不飽和化合物(Polyunsaturated compounds)：分子中含有許多雙鍵或參鍵的有機化合物。
- 烷屬烃(Alkanes)：烷屬烃或石臘(Paraffins)都是飽和烃的脂肪族化合物，它們組成了一個具有CnH2n+2通式的同系物系。烷屬烃為非極性分子，在空氣中燃燒會生成二氧化碳和水。代表物為甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)…
- 烯屬烃(Alkenes)：烯屬烃或稱為烯烃(Olefines)是不飽和烃的脂肪族化合物。烯類分子中的碳原子之間含有一個或多個雙鍵，其中只含有一個雙鍵的烯屬烃構成了通式為CnH2n的同系物系。烯類為非極性分子，在空氣中燃燒會生成二氧化碳和水。由於烯類具有雙鍵，所以反應性比烷屬烃高。代表物為乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)。
飽和烃是基礎油最好的組成份，因為它具有最好的抗氧化特性。飽和烃含量高則抗氧化性能好，對抗氧劑的感受性也好，它包括烷烃及環烷烃(Naphthenes)，以下就各組成說明作為基礎油的適用性：
- 烷屬烃(Paraffins)：烷烃相對來說比較穩定，只有在劇烈條件下某些活性強的原子和自由基可以進攻烷烃分子。對於抗氧化劑的感受性很好。直鏈烷屬烃(Straight chain)：正構烷屬烃(Normal-Paraffins)，含臘(wax)，黏度隨溫度變化小及抗氧化好，但低溫凝固點高 – 應去除。支鏈烷屬烃(Branched)：異構烷屬烃(Iso-Paraffins)，黏度隨溫度變化小及抗氧化好，低溫凝固點低 – 此為最理想作為基礎油的組份。
- 環烷烃(Naphthenes)：環烷烃相對來說也比較穩定，在有側鏈時比烷烃略差。低溫凝固點很低，黏度隨溫度變化一般，氧化稍差 – 應可保留。
- 芳香烃(Aromatics)：苯是穩定的，但帶側鏈的取代物就使側鏈易受自由基攻擊而被氧化。芳環上易於親電取代。對抗氧化劑的感受性不好。單環芳香烃(Monoaromatic)：低溫凝固點低，黏度隨溫度變化一般，抗氧化性稍差 – 應可保留。雙及多環芳香烃(Polyaromatic) ：低溫凝固點低，但黏度隨溫度變化很差，氧化性差 – 應去除。
- 極性物(Polars)：為雜環化合物，含硫化物為天然抗氧劑，含氧及含氮化合物則促進氧化，特別是鹼性氮化物 - 全部去除。
參考資料來源
- ref.1_Lubrication Fundamental” - D.M.Pirro, A.A.Wessol
- ref.2_“圖解化學辭典” – 天下遠見出版社