北美基础油的发展

在20世纪90年代前的50～60年间，基础油的质量改进很慢。除少数特例外，大多数石蜡基基础油不考虑原油的地域，都是特定原油馏分通过溶剂精制而成的。而现在，基础油工业却发生了显著的变化。
20世纪90年代初期，北美基础油工业由于意识到了产品质量、低运行成本和适应性所带来的效益，从20世纪90年代中期就改变发展方向，开始兴建新基础油炼制工厂或充分改造现有设备来生产加氢处理的GroupⅡ，GroupⅡ+和GroupⅢ基础油。因此，在不到10年的时间里，GroupⅡ基础油目前占石蜡基基础油市场份额的40％，已成为整个北美基础油市场最主要的石蜡基基础油。
在北美市场，基础油发展最显著的变化就在于运输润滑油。这些变化在发动机油和自动传动液方面最明显，这在很大程度上是受严格的生产规范所驱使。虽然每种产品（如客车发动机油，重负荷发动机油）的影响因素略有不同，但都要求具有长的使用寿命、清洁操作和较小的环境影响。
其它工业用油、液压油的性能水平正朝着高质量的方向发展。这要部分的归功于适应运输润滑油要求而出现的高质量基础油。尽管原机生产商的促进力对润滑油的影响不是很大，但设备使用者却希望提高润滑油性能，从而可以减少停工时间、延长设备寿命、增加产量来实现利润的增加。加上一些设备的工作条件变得越来越苛刻，也促使向着高质量润滑油的方向发展，要求使用高质量的基础油。
一、运输润滑油
目前为止，最普通的运输润滑油是发动机油，一般可分为客车发动机油和重负荷发动机油。在每个地区，不管以何种方式，对发动机制造商的环境压力，都是迫使生产更高性能发动机油的关键因素。同时来自客户要求，降低运行成本和维护时间的压力也正在增加。
1、客车发动机油
对于客车发动机油，环境压力表现在2个方面：
（1）提高燃油经济性
在美国，车辆制造商需要执行特定的综合平均燃油经济性（Corporation Average Fuel Economy，CAFE）标准，不然就要面临严厉的罚款。随着大型车辆的流行，尤其是跑车、公共车辆的增加，在近几年平均燃料经济性实际上有所下降，这就使得一些生产商要达到CAFé标准是困难的。尽管大多数北美消费者，尤其是那些拥有较大型车辆的消费者，对于燃料的经济性很少关心，但原机生产商急切的希望通过技术手段来解决这个问题。
采用适当的配方，客车发动机油相对当今的传统油品来说，在燃油经济性方面仍可生产一定的效益。并且，由发动机油产生的燃油经济性在短时间内便可表现出，这也增加了生产节能发动机油的需要。另外随着添加剂技术的提高，也要求选用更好的基础油。具体来说，就是基础油应该比现在使用的润滑油具有更低的挥发性来秒年蒸发所导致的粘度增大、还要具有良好的挥发性来避免蒸发所导致的粘度增大、还要具有良好的氧化安定性以减少氧化变质的发生，从而减少粘度的增加和添加剂的损耗。但这会降低摩擦改进剂的效能，并且所有这些变化都随着低粘度等级的发展而发展。SAE5W/30润滑油已成为当前多少汽车的推荐用油，不久将计划选用5W/20级别的内燃机油。
（2）发动机清净性与尾气排放控制
随着对车辆尾气排放的限制越来越严格，车辆生产商越来越需要洁净的发动机和提高系统的排放性能。这就要求降低油品消耗以保护催化剂和氧气传感器，同时将发动机油通过燃烧而直接排放的量降低到最小，所以基础油的质量扮演着重要作用。发动机油的挥发性对油料损耗有重要影响，而这种挥发性几乎完全由基础油所决定。因此，降低润滑油的损耗就要求有低挥发性的基础油。减少内燃机的沉积物，尽管更受添加剂配方的影响，但通过使用高稳定性的基础油，也可以通过阻止氧化而减少沉淀的形成。
从消费者的角度讲，也希望减少汽车必需的维护次数。当前，每行驶16万公里就要保养一次，而发动机油是现代轿车更换最频繁的。现在很多人以租车取代买车，这样很少有人愿意更换润滑油。另外，同一种润滑油还要求满足夏季和冬季的同时使用，因此，希望润滑油具有长的使用寿命、低的损耗以及适合高、低温使用的粘度特性，这再次反映了对低挥发性、良好抗氧化性基础油的需求。
对上述影响因素加以总结，便形成了最新的客车发动机油范畴。由汽车制造商组成的国际润滑油标准和坚定委员会已经与油料。添加剂生产商合作制定了GF－3标准，这个标准也作为SL级油将得到API的认可，并且用来取代当前的SJ级油。这个标准将要求在降低挥发性上有明显改进以及提高燃料的经济性，同时，要求燃料经济性的保持力以及在高温沉积物形成趋势上的提高。
所有这些因素都要求基础油从传统的溶剂精制油（API GroupⅠ）到加氢精制油的转型。后者已经证实具有更好的抗氧化性，这主要由于在加工过程中除去了非理想组分而得到的更纯的基础油，与抗氧化添加剂具有更好的适应性，在SeuuenceⅢF发动机测试中得到很好的体现。尽管使用同样的添加剂配方，但GroupⅡ油的粘度增加明显小于GroupⅠ油，GroupⅡ油具有更好的污物分散性，较低的油泥和漆膜。研究人员指出，GroupⅡ基础油在燃油经济性方面比GroupⅠ基础油更有优势，并且在燃油经济性的保持力也有优势。所有这些因素都表明，Ⅰ基础油在满足更高要求如GF－3标准时，具有全面的优势。
GroupⅡ基础油比同等级粘度的GroupⅠ基础油具有较低的挥发性，在一定程度上这与油料的组成有关，也与油品的炼制工艺有关，这样有助于满足GF-3标准中Noack的挥发性限制。5W/30级别的油要求基础油粘度指数95～105要高的多。因为加氢工艺是提高粘度指数的首选工艺，这样基础油几乎一定是GroupⅡ基础油。但对于这种非典型的高粘度指数，在润滑油圈内被称为GroupⅡ+基础油。
2、载重汽车润滑油
对于载重汽车润滑油，面临的环境压力与客车是相类似的，但是他们来源于不同的利益，对油品配方有不同的影响。但基础油向着高质量的GroupⅡ和GroupⅢ基础油的转变是一致的。
（1）排放性能
新的发动机排放标准和最近由美国环保组织（API）发起的强制执行发案要求柴油机发动机生产商来寻找方法大幅降低发动机NOX氮氧化物、颗粒、碳氢化合物的排放量。一些策略如延迟喷射时间、EGR等有助于减少NOX，但往往会引起汽缸内烟尘的增多，从而增加润滑油灰尘的含量。高的灰尘含量会使润滑油变稠、形成油泥、阻塞过滤器，还会通过磨擦加速发动机组件的损坏。如果灰尘不能得到有效的控制，润滑油中的高灰尘量还会降低润滑油的低温泵送能力。
（2）燃料经济性
尽管对公路卡车提高燃油经济性的政府压力远不及客车行业，但是卡车经营者通过减少油料消耗来降低运输成本是很大的动力。重负荷发动机在很多情况下，可以通过使用低粘度的油料和防止油料的粘度增加来提高燃油经济性。如上所说，油品粘度增加很大程度上是由于粉尘的积聚，但油品的氧化会使情况更加恶化。
（3）消费者压力
另一个促进向高质量润滑油发展的关键动力来自于卡车拥有者对延长润滑油换油期的要求。多数大型卡车都属于车队，车队经理很明白更换润滑油潜在收入的损失。因此，车队经营者施压给发动机生产商尽量延长润滑油更换期，而原机生产商要同时应对设计改型和高质量油料的要求。需要再次提及的是由于润滑油在发动机中的使用时间增长，对油料中粉尘的处理要引起足够的重视。
为了应对燃烧产生而逐渐增加的烟尘进入到载重汽车润滑油中，要求润滑油具有良好的分散性，这就需要增加油品中的分散剂用量以满足最新的标准。在高饱和度、低硫的基础油中，分散剂的效能会提高，加氢精制的GroupⅡ基础油比溶剂精制的基础油的效果明显要好。GroupⅡ基础油在Cummins M-11测试中，油由烟尘引起的摩擦和油泥方面也表现出了明显优势。这为配方研究者生产高性能的载重汽车润滑油提供了优势，并在润滑油领域内引起了从GroupⅠ向GroupⅡ基础油的快速转型。
3、自动传动液
作为现代客车的一部分，自动传动装置的性能也如客车发动机油一样，面临最大化的燃油经济性和最小的维修保养费用的压力。对于自动传动液来说，关键的动因是提供长效、高性能服务，甚至是终身免更换能力。这就要求润滑油具有很好的抗氧化性、粘度稳定性和良好的减摩特性，以实现最小的磨损和防止不理想的运行状态，如抖动。还要确保所有自动传动功能达到设计要求，甚至是冷天启动时，具有低的泵送阻力。对于下一代的自动传动液，比如福特的MerconV和Daimler Chrysler的ATF＋4，油品的布氏粘度极限将下降至当前水平的50％，而油液的剪切稳定性要上升。所有这些因素都影响着设计者们寻求高质量的基础油来达到必要的性能。
自动传动液如同其它润滑油一样，加氢精制的GroupⅡ和GroupⅢ基础油比传统的GroupⅠ具有更好的氧化安定性，它的一个效果就是好的粘度控制。GroupⅡ基础油的另一个益处就是能够使自动传动液在长时间内保持可接受的摩擦性能水平，使摩擦改进剂的使用时间大幅度延长。
GroupⅡ基础油的另一个优势是低温泵送能力。相对于溶剂精制的基础油，GroupⅡ基础油的低温泵送能力有了很大的提高。这样，满足了当前的自动传动液标准，如通用汽车的DexronⅢ或福特的Mercon标准，-40℃的布氏粘度值低于20000cP，并且保持基础油100℃的运动粘度在4.0mm2/s左右。再加上具有优异的氧化安定性，这种优异的性能已迫使设计者在自动传动液应用中向着GroupⅡ基础油的趋势发展。
为了实现下一代自动传动液低的布氏粘度与高剪切安定性相结合的需求，必须采用合适的超高粘度指数的基础油，如加氢精制的GroupⅢ基础油。GroupⅢ基础油可以提高使用粘度，使粘度改进剂的用量降低到最低，从而提高剪切安定性。同时，布氏粘度水平低于传统GroupⅡ基础油。尽管现在用量相对比较低，但产量增加很快，将在几年时间内取代今天的普通自动传动液，迅速打入自动传动液市场。
4、齿轮润滑油
齿轮油也在要求长的使用寿命，也就意味着好的氧化安定性和好的剪切安定性，需满足70W和75W的要求。
再次强调，延长润滑油的使用寿命需要氧化安定性的飞跃发展，这给全加氢精制的基础油的使用带来了机遇。特别是在低粘度级别的多级齿轮油中，GroupⅢ基础油高的粘度指数和氧化安定性结合能够表现出更高的性能。
二、工业润滑油
在工业润滑油方面，尽管原机制造商促使油品性能的提高程度相对较低，但对性能要求却不断提高。明显的动因来自终端用户和工业设备维护，经营者渴求提高效益，他们意识到润滑油性能提高可以减少停工时间、延长机器寿命、减少维护成本、节约能源、提高生产力。对于一些特定设备，如涡轮机、压缩机、齿轮箱，它们工作条件的发展趋向异常苛刻，如高速、高温、高负荷，通常还减少油箱容量。所有这些都要求润滑油具有更好的氧化安定性，因为不但可以提高设备性能（如减少磨损和沉积），还可以延长润滑油的使用寿命。
为达到好的氧化安定性，工业润滑油配方研究者发现，在很多方面GroupⅡ、GroupⅢ基础油比GroupⅠ基础油具有明显的优势。
尽管工业润滑油基础油的粘度指数没有发动机油和ATF（自动传动液）那么重要，但部分工业润滑油已使用高粘度指数的基础油，包括GroupⅢ基础油，如全天候液压油。这样，GroupⅢ基础油已开始在工业润滑油领域进行应用，并将持续增长。
三、合成润滑油
直到目前，合成润滑油主要是以PAO或与酯类油相混合的方式。尽管可应用范围广，但产量相对很少。随着最新加氢精制技术的发展，一些全加氢精制的GroupⅢ基础油可以看作是合成油，因为其组成已趋向于人工合成。更为重要的是，这些基础油具有的性能与PAO相当，如氧化安定性、粘度指数和挥发性等。因此，在运输和工业应用方面，GroupⅢ基础油可以代替PAO来生产合成润滑油，而且潜力非常大。目前生产GroupⅡ基础油的技术可被应用于生产GroupⅢ基础油。因此，GroupⅢ基础油市场的持续发展寄希望配方研究者抓住这一新的机遇，促进合成油市场的显著发展。
四、结束语
北美地区是全球基础油发展最快和质量最高的地区之一，特别是最近的10多年里，基础油的质量发生了明显的变化。受环境保护和石油资源不断减少的影响，都要求润滑油具有长的寿命。尤其是运输润滑油，这也进一步要求基础油具有良好的氧化安定性和低的损耗，从而迫使基础油从GroupⅠ向着GroupⅡ、GroupⅢ和合成基础油的方向发展，并将对全球基础油的市场变化产生重要的影响。


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