谈到合成润滑油的应用，其焦点可能都集中在顶级的车辆发动机润滑油上，尤其是Mobil 1可说是最具代表性的产品。合成润滑油早先是开发用于航空的润滑，由于它能承受的温度范围远超过矿物油又具有优异的保护效果，所以随后便应用于各类型工业设备严苛操作条件下的润滑使用。不同于矿物油是由自然产生的碳氢复杂混合而成，合成基础油是人工合成，以量身订制方式以求得到预期特性的分子结构；为了进一步强化特定应用上的需求，再辅以最先进的添加剂配方，成就合成润滑油在各种不同应用上的润滑效能。

这些合成基础油是怎样分类的呢？有些是以其化学结构的相似性质来区分，然而在使用和其效能上，却有相当大的不同。至于不同类型的合成基础油，其特性和润滑上的应用，常常就是全然不同的性质，运用上更有特殊的方向。 在此我们将合成基础油区分为四大类型，分别是：合成碳氢、有机酯、多元醇（聚醇类）和磷酸酯类。这几类的合成基础油，几乎在合成润滑油的应用上占了绝大多数。接下来一一的详述各合类成基础油的特性和应用。

1. 合成碳氢：在合成碳氢这个类别里，包括了聚α烯烃Poly-α-Olefins，烷基苯AlkylatedAromatics，聚丁烯Polybutenes，以及环脂肪族CycloAliphatics等四种型态。合成润滑油的成品油有可能是上述单一或多种基础油再掺配选定的添加剂而成。其中前三项的合成基础油使用量大，过去几年的需求成长也最快。

1.1 聚α烯烃Poly-α-Olefins（PAO）

聚α烯烃是由烯烃类聚合而成的合成基础油，由低分子量的物质结合形成。最常见的方法是选用乙烯或丙烯，聚合成含10个碳的直链烯烃。接着每三到十个这样的直链烯烃（通常是三个的三聚物）进一步的组合（寡聚合以产生低相对分子量聚合物），并且加以氢的饱和而形成聚α烯烃，这就是平滑且强韧的润滑油。聚α烯烃基础油广泛用于车辆用油及工业用润滑油上，通常结合有机酯或其他的合成复合物作为引擎油，齿轮油，循环油，及液压油的基础油。（三聚物：三个单体的聚合产物，如苯C6H6为乙炔C2H2的三聚体。）

在工业润滑应用方面，聚α烯烃可结合有机酯或其他合成复合物，作为高温齿轮和轴承润滑油，也用于高效润滑的燃气涡轮机和螺旋空压机等。聚α烯烃优异的低牵引系数和高氧化稳定性最适合严苛的齿轮润滑应用，低牵引系数能有效的转换成能源的效率，最高可达8%，而高氧化稳定性能够延长换油周期，佐以优良的配方可达矿油6倍的寿命。聚α烯烃配制的润滑脂使用温度宽广，并且可用于长效润滑严苛的轴承运转条件，也广泛的用在民航设备和军用飞机的多效润滑脂。

聚α烯烃(PAOS)的特性：

高黏度指数，一般均大于135，可以确保油品高温的强韧油膜和低温的快速流动润滑。

优异的低温流动性— 确保低温启动时良好的流动性。 倾点极低— 低温时润滑油不会稠化或形成固态。

抗氧化和高温稳定性极为良好— 确保高温时设备顺畅运转，不会因油品变质而导致停机。

高温挥发性低，蒸发损失低微— 不因高温而使油耗上升。 优异的水解稳定性— 不会受水气影响而造成组成成份分解改变。

和矿油兼容，可适用于设计使用矿油的系统，可以和矿物性油品混合。

一般的油封材料兼容性良好— 不会破坏油封，造成漏油。

优良的剪力稳定性— 使用中油品的黏度不会变稀。

1.2 烷基苯 Alkylated Aromatics（Alkylbenzenes）

这是由苯烷化的合成方式产生，是另一种广泛运用的合成碳氢（烷基族群的生成物，通常是具有10~14个碳原子的直链石腊组态）。藉由改变烷基族的结构和附着在苯上的位置，可改变最终产品的特性以符合预期效能的要求。在市面上常见的有两种类别的烷化芳香族。第一种有着较低的黏度指数（附有单一的烷基族），大都和环烷基矿油掺配应用。第二种则是含较多的石腊特性（两个烷基族）和较高的黏度指数(VI)，黏度指数可以类似PAO。第二种的产品通常称作二烷基苯是作为润滑基础油最典型的烷基苯，用于发动机油、齿轮油和液压油的掺配，可在0℃以下的低温条件应用。烷基苯也可以用作动力传送系统，燃气涡轮机，冷冻空压机等润滑油的基础油。然而，烷化芳香族受限于重分子的形成，无法产制高黏度的油品。由于这个黏度上的限制，使得在特定的效能运用上无法满足润滑使用的要求。

烷基苯的特性：

黏度指数(VI)比起具有高黏度指数的矿油稍高—高温时能维持油品的高黏度，而低温时又有较低的黏度。

优异的低温流动性和极低的倾点—低温时保有良好的流动性且不会稠化或固化。

挥发性比起相同黏度的矿油较低，氧化、高温及水解稳定性更好—蒸发损失低微，高温时顺畅运转，不会因油品劣化而当机，不易受水污染而劣化。

与聚α烯烃和矿油兼容，可适用于设计使用矿油的系统，可以和矿油相混合。

但是比较不容易和抑制添加剂混合，所以某些润滑特性可能较差。

1.3 聚丁烯 Polybutenes

聚丁烯是正丁烯和异丁烯在控制的条件下聚合而合成。一般并不将聚丁烯视为合成基础油，因为它本身的润滑特性并不好。经由上述程序所产制的低分子量物质具有润滑的特性，但是其高分子量物质，就是我们常见到的聚异丁烯Polyisobutylenes（PIBs），则大都用作黏度指数增进剂和增稠剂的掺配运用。

聚丁烯的特性：

润滑特性一般。

黏度指数VI约在70~110之间。

应用上的一项重要特性是分解温度，当温度约达300℃时，会完全分解成气态的产物，不残留积垢。

介电能力强。

1.4 环脂肪族 Cycloaliphatics

环脂肪族是合成碳氢的一种，具有特殊的性质而少量用于润滑上，可见于脂肪族和碳氢所组合成的牵引油液中。环脂肪族具有一个封闭的环状结构（如环己烷）连结着直链或支链（如烷基族）。

环脂肪是典型具有牵引力的油液，在高应力的状况下会产生如玻璃状的结构。因为具有高牵引系数可确保高效的剪力传递，这个特性被有效的利用在扭力传动油液的应用中，当油液处于高剪应力时，黏度会大幅的上升。在润滑的功能方面可以避免熔接及金属表面之间高负荷导致表层的剥落。

环脂肪族的特性:

在高剪力的情况下产生高牵引系数。

避免抗磨轴承滚动件在高负荷和速度操作条件下产生打滑的现象。

环脂肪族在润滑油品的应用:

环脂肪族通常用作特殊润滑油品的添加剂。

作为无段变速系统承受剪力的传送油液。

2. 有机酯Organic Esters:

有机酯是最早使用的合成基础油。在二次大战期间，德国的化学家用有机酯掺配在矿油中以改善低温特性并且填补矿油供给量的不足。接着在50年代开始用作航空器的喷射引擎润滑油，现在则是所有航空喷射引擎润滑油必要的基础油。同时也是许多低温滑脂的基础油。有机酯含有氧的成分，是由醇类和有机酸反应产生。它可分为双酯酸和多元酯两种类别。酯的产生类别则根据作为碱基的有机酸以及醇（第一级、第二级、第三级）的使用而定。

2.1 双酯酸 Dibasic AcidEasters

双酯酸是由有机酸二碱盐类（具有两个羧基COOH）和具有一氢氧根的醇类(单一羟基OH)反应形成。从结构来看，双酯酸将其酸置于中央，而醇则附在尾端。这样的安排和多元酯是不同的。许多种的双酯酸的特性是按酸和醇的组分而定。

双酯酸的特性:

高温及氧化稳定性良好，剪力稳定性良好。

优异的低温流动性，倾点低。

吸湿性强，水解稳定性不好，防锈性一般。

黏度指数VI一般。

金属湿润性良好，油膜强韧。

和漆类及油封材质会起反应（油封膨胀）。

和矿物油相容。

能将积垢产物溶解悬浮于其中，保持金属表面洁净。

挥发度低。

2.2 多元酯Polyol Esters

多元酯是由醇和两个或多个氢氧根（多羟基醇含一元酸）反应而形成。如上所述，和双酯酸不同，多元酯的结构是将多元结构置于中央，而酸基的根部附于旁边。如同双酯酸一般，多元酯的物理性质也因选择不同的多元醇或酸而有差异。例如三羟甲醇丙烷Trimethylolpropane及异戊四醇Pentaerythritol两者是最常用的多元醇，酸则是从动植物油中取得。

多元酯的特性:

优异的高温稳定性优于双酯类。

低温特性及水解稳定性和双酯类很接近。

黏度指数VI可能低于双酯类。

可能比双酯类更容易和漆类及油封材质起反应（油封膨胀）。

其他特性和双酯类很接近。

3. 多元醇 Polyglycols

多元醇这类型的聚合物是合成基础油分类中，单一产量最大宗且产品特性和应用范围宽广的合成基础油。其中作为润滑应用的基础油只不过是总数的十分之一而已。多元醇有多种产品和特性其名称如：

其中聚烯烃二醇醚Poly-alkylene glycols ethers是用作润滑油最主要的物质，结构比较简单的如乙二醇Ethylene glycol则作为刹车油。多元醇是聚合物由环氧乙烷Ethylene oxide(EO)，环氧丙烷Propylene oxide(PO)，或其衍生物产生。主要的原料为乙烯或丙烯，经氧化过程而产生环醚或烯烃基，这些产物再和醇类聚合而形成二醇类的长链组分。它的黏度则按链结的长度而增加。如果将环氧乙烷(EO)，环氧丙烷(PO)所得的醚类按不同的比率混合在一起，对其他液体的溶解性有深远的影响。

例如：EO:PO = 4:1溶于水，不溶于碳氢EO:PO = 1:1溶于冷水，溶于醇及二醇醚，不溶于碳氢EO:PO = 0:1不溶于水，有条件溶于碳氢上述的比较说明不同类型多元醇的不同应用于:防冻液，刹车油，水基液压油，碳氢气体压缩机润滑油等。

多元醇的特性:

黏度指数VI相当高，通常都高于150。

牵引系数低。

高温的应力作用下，多元醇会分解成气态的组分。

低温流动性良好，倾点约在-20℃至-50℃之间。

高温及氧化稳定性一般，可借助添加剂来强化。

和矿物油及添加剂不易相容，通常少量用于与矿物油掺配使用。

会侵蚀漆类和油封材料。

按乙烯及氧化丙烯的比率，和水或油的溶解性会有不同。

3. 4.磷酸酯 Phosphate Esters(PhosphoricAcid Esters)

第四个主要类型为磷酸酯，通常用作防火性液压油的用途，由烷基酚（酚类是苯吸附单醇类的化合物）和氧氯化磷（POCl3）反应产生。磷酸酯这类型合成基础油按苯基所吸附的族群可分成三芳基磷酸酯、三烷基磷酸酯及混合烷芳基磷酸酯。

磷酸酯的特性:

氧化稳定性普通至良好。

水解稳定性一般。

分解产生腐蚀性的磷酸物质。

侵蚀漆类和油封。

油体的稳定温度:

█ 三芳基磷酸酯 150℃~180℃

█ 烷芳基磷酸酯 90℃~120℃