管众1，韩军1，张春风2，张晓军2，汤琼1，刘雷1，董晋湘1
1太原理工大学化学与化工学院，化学产品工程山西省重点实验室，山西 太原 030024；2山西潞安太行润滑科技股份有限公司，山西 长治 046011
管众, 韩军, 张春风, 等. 烷基芳烃润滑基础油的合成及应用[J]. 化工进展, 2026, 45(4): 2357-2367.
>>DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2025-0709
以芳烃和烯烃经烷基化反应获得的基础油作为一种新型的合成润滑油，与传统矿物基油以及其他合成润滑油相比具有优异的热稳定性、氧化稳定性，以及良好的添加剂溶解性等特性。本文介绍了芳烃烷基化反应机理以及合成过程中不同烷基化反应催化剂，指出了目前不同类型催化剂在工业化生产烷基芳烃基础油中所存在的问题。通过介绍近年来国内外烷基芳烃基础油的合成实例以及对比不同类型烷基芳烃基础油的性能，总结了烷基芳烃基础油中芳香环和烷基侧链对基础油性能的影响，芳香环赋予了烷基芳烃优异的热及氧化稳定性和较强的极性，烷基侧链决定着烷基芳烃黏度、黏度指数、倾点等大多数物理性质。最后在此基础上探讨了烷基芳烃基础油的具体应用领域，并对其市场前景进行了展望。随着研究的深入，未来烷基芳烃基础油将在润滑基础油等工业的用油领域扮演不可或缺的重要角色。
润滑油作为机械设备的“血液”，在工业生产、交通运输等领域扮演着举足轻重的角色。润滑油主要由基础油和添加剂组成，其中基础油体积分数占70%~90%。基础油决定润滑油的主要性质，美国石油学会（API）对基础油分类提供了统一的标准，其中基础油被分为五类。Ⅰ~Ⅲ类油是通过石油炼化获得的矿物基础油，Ⅳ类油为全合成的聚α-烯烃（PAO），而Ⅴ类油则包括除前四类油品外的其他全合成基础油，比如烷基芳烃、合成酯类等。
烷基芳烃基础油是一种通过芳香烃与烷基化试剂反应得到的合成基础油，具有出色的热稳定性、氧化安定性以及良好的添加剂溶解效应。在这个反应中，芳烃可以是苯或萘等其他类似物，被一个或者多个烯烃、卤代烃或者醇取代，生成相应的单取代或者多取代的烷基化产物。通过煤化工和石油化工生产过程可以获得多种结构的芳烃，由于芳香烃种类繁多且烷基化剂的选择较为灵活，因此组合合成的烷基芳烃也丰富多样。在烷基化反应中，烯烃是最常用的烷基化试剂，具有价格优势，并且烷基化反应没有副反应发生。在早期，烯烃主要来源于石油裂解，随着现代煤化工的发展，煤制烯烃工艺作为烯烃产能的重要补充，已成为中国生产烯烃的关键工艺之一。刘雷课题组采用煤焦油中副产的萘、菲、苊以及部分加氢的四氢萘与煤制烯烃易得的短链、中长链烯烃进行烷基化反应，提出了以全煤基原料合成烷基萘等润滑基础油的路线，其合成的多类烷基芳烃润滑基础油在物化性能以及润滑性能上具有优异的表现。
随着我国航空航天、新能源汽车、高端装备制造等领域的快速发展，市场对高性能润滑油等油品的要求不断提高，在推进煤和石油资源高值化利用以及精细化工高端化、绿色化、智能化的政策背景下，开发高性能烷基芳烃基础油已成为未来相关行业的发展趋势。因此，本文主要以作为润滑油基础油使用的烷基芳烃基础油来展开论述，介绍了烷基芳烃基础油的反应机理、不同类型的催化剂及其分子结构与产品性能的构效关系，旨在为面向不同应用场景的烷基芳烃基础油的合成提供理论依据和技术参考。
烷基芳烃基础油是通过酸催化剂进行亲电取代反应得到的，根据酸催化类型，其反应机理主要可分为Brőnsted酸（B酸）和Lewis酸（L酸）两种催化机理。
以萘与烯烃反应为例，如图1所示，B酸催化机理基本可以概括为：烯烃在酸催化剂的作用下产生碳正离子，而后具有碳正离子的烯烃通常会进行碳正离子重排，以形成稳定的碳正离子中间体；带有碳正离子的烷基化剂进攻富电子的萘环，正电荷被转移到萘环上，碳正离子从萘环中得到一对电子，形成中间态的络合物；与萘环相连的碳正离子由原来的sp2杂化变为sp3杂化，完成亲电取代过程，形成单烷基萘产物。
以AlCl3催化苯与卤代烷反应为例，如图2所示，L酸催化机理可以概括为：卤代烷在Lewis酸作用下形成具有碳正离子中间体的络合物；随后该络合物进攻苯环，形成带烷基侧链的环己二烯阳离子中间体；中间体脱去质子，环状结构恢复芳香性，形成单烷基苯产物。
反应中形成的单取代烷基芳烃相对于芳烃本体具有更强的供电子能力，因此单取代烷基芳烃通常会进一步发生烷基化反应，生成二烷基芳烃、多烷基芳烃产物。除此之外，芳环上的位置也可能会对烷基化反应有所影响，例如萘环上α和β位虽然都可以被烷基化，但萘环上p电子的离域并不像苯那样平均化，其中α位碳原子的电子云密度较高，因此烷基化反应一般发生在α位。由此可见，一般合成的烷基芳烃产物不仅存在不同的烷基取代数量，具有相同分子量的烷基芳烃还存在着多种同分异构体，其沸点相近，难以分离。总的来说，芳烃烷基化产物比较复杂，其产物分布主要与反应物本身以及反应条件（如不同类型的催化剂）有关。
以AlCl3与HF为代表的传统酸催化剂体系在芳烃烷基化反应中表现出较高的催化活性。该工艺历经近百年发展，具有较高的工业化成熟度与工艺稳定性，目前仍在大规模生产中占据主导地位。在直链烷基苯的生产过程中，当烷基化剂为长链烯烃或是长链卤代烃时，以AlCl3和HF作为催化剂时所得的反应产物几乎以单烷基苯为主，其中AlCl3作催化剂时，2-苯基异构体的选择性为30%，而后者单烷基苯异构体分布更为均匀，各类异构体选择性都在17%~20%之间。尽管目前芳烃烷基化工业应用仍以传统酸为主，但这类催化工艺过程存在腐蚀设备和环境污染等问题，因此传统液体酸烷基化技术如硫酸法和氢氟酸法，一直在不断改进中，以降低其运行风险和潜在的环境污染影响。
固体酸催化剂是一种具有高选择性、可再生、污染小、无腐蚀等优点的非均相催化剂，克服了均相体系中分离催化剂与产物和原料的不足，能够实现烷基化反应连续化生产，拥有广阔的工业化应用前景。固体酸催化剂大致可以分为固载化液体酸、氧化物、硫化物、金属盐、沸石分子筛、杂多酸、阳离子交换树脂、黏土、固体超强酸9类。1991年，美国Universal Oil Products（UOP）公司首次实现了固体酸催化苯与长链烯烃烷基化反应的工业化，证明了其作为芳烃烷基化反应催化剂的可行性。目前，多种类型的固体酸催化剂均能较好地合成烷基芳烃基础油，但相较于传统酸催化剂，其反应条件更为苛刻，且当烷基化剂为长链烯烃时，其芳烃烷基化产物在多数情况下以单烷基化产物为主。在所有固体酸催化剂中，沸石分子筛凭借其独特的自身结构和催化性能成为广泛研究的对象。沸石分子筛孔道结构规整有序且具有可调变性，对产物具有一定的择形效应，其中存在的B酸和L酸均能作用于芳烃烷基化反应。Zhao等在研究HY分子筛上不同碱土金属BaO浸渍量对α-甲基萘与混合长链烯烃烷基化反应的影响时发现，负载1% BaO后的HY分子筛使用寿命得到提升，其在20h内对混合长链烯烃的转化率能保持在80%以上。通过酸量表征进一步分析发现，Brønsted酸是该反应主要的活性中心，Lewis酸对该反应具有明显的促进作用。Wang等在对比了黏土、硫酸氧化锆、HY分子筛等固体酸催化剂后发现，三种固体酸催化剂中HY分子筛具有最大酸量和最大比表面积以及孔体积，因此具有最佳的催化效果。工业化测试表明，所合成的HY分子筛使用寿命可达480h，原位再生后使用寿命还能达到240h，相比目前工业固体酸催化剂具有更高的经济价值。Lucas等在研究了多种类型分子筛和几种不同固体超强酸后发现，尽管HY分子筛具有最高酸量，但孔道结构限制扩散导致其催化性能较差；而具有介孔、大孔的分子筛几乎不存在扩散限制，但其酸量较低仍导致转化率较低。与此形成对比的是，所合成的几种固体超强酸比沸石的酸量更低，却能实现高转化率。故推测是固体超强酸表面物质的良好分散产生了强的总表面酸度，且由于酸性位点位于催化剂表面，不同尺寸大小的反应物分子可以很容易地接近这些酸性位点，从而发生反应转化为产物。在此基础上，有大量研究通过设计分子筛结构以及调整酸性位点分布来设计合成分子筛或对分子筛进行改性处理。当前，分子筛的使用寿命和再生性是限制其工业化应用的关键因素，未来研究方向将聚焦于开发适合各类反应的分子筛，并降低生产成本，同时优化工艺条件以实现分子筛催化剂的高效、绿色和规模化应用。总而言之，以分子筛为代表的固体酸催化剂在芳烃烷基化领域显示出了巨大的应用前景，对合成各类烷基芳烃基础油具有重要的工业借鉴意义。
离子液体是一种熔融点低于100℃、在室温下呈液态的一种物质，具有优异的催化活性、可调变性，以及可回收重复利用的优点。离子液体种类繁多且结构多样，其中氯铝酸盐离子液体常用于芳烃烷基化反应。相比于固体酸催化剂，氯铝酸盐离子液体作为芳烃烷基化反应催化剂时，不仅具有相对温和的反应条件，还能够获得较多的二烷基化、多烷基化产物。Chen等在研究不同类型的Lewis酸离子液体时发现，四种氯铝酸盐离子液体作催化剂时反应物四氢萘的转化率接近100%，其二烷基化产物选择性均在70%左右，同时还有少量三烷基化产物的存在。Yang等将Me3NHCl-AlCl3离子液体用于微反应连续流体系合成长链烷基萘，发现在30℃、60s的反应条件下烯烃的转化率能保持在99%以上，且单烷基萘收率超过99%。在类似的微反应体系中，Ma等使用[(CH3)3NH][Al2Cl7]离子液体连续高效合成了十四烷基苯，其烷基苯收率高达99%，2-苯基烷烃异构体选择性最高超过60%。尽管氯铝酸盐离子液体表现出极佳的工业化应用前景，但其成本高和受水分、氧气等影响易失活的问题在一定程度上限制了其应用。Tang等在研究4种AlCl3基离子液体催化萘与正辛烯烷基化反应后，通过对失活离子液体的表征来研究其失活机制，发现质子化过程导致离子液体的失活；为抑制质子化过程，通过减压操作成功地移除反应体系中溶解的HCl，同时在减压条件下移除HCl，使AlCl3可再次从有机相中沉淀，从而减少Al的损失。通过这种减压方法，回收的离子液体表现出更高的催化活性和循环稳定性。综上所述，氯铝酸盐离子液体作为一种新兴的高效环保型催化剂，尽管在工业连续化生产上受限于合成成本高及水稳定性差等因素，但其相比于较传统酸催化剂和固体酸催化剂具有独特的性能优势。因此，离子液体催化剂具有非常巨大的工业化应用潜力。
除固体酸、离子液体等新型催化体系外，研究发现甲磺酸（CH3SO3H）在芳烃烷基化反应中同样表现出显著催化活性，其高酸度、可回收性及环境友好特性为绿色烷基化工艺开发提供了新方向。Zhao等在相同反应条件下对比了离子液体和甲磺酸两种催化剂对α-甲基萘与3种类型的烷基化剂反应效果，使用1-十二烯作为烷基化剂时，甲磺酸催化剂具有100%烯烃转化率。该反应催化体系无需加入有机溶剂就能获得100%的单烷基化产物选择性，同时其产物和反应物易于分离，三次使用后的甲磺酸催化剂仍有86.5%的烯烃转化率。除甲磺酸外，对甲苯磺酸（PTSA）和三氟甲烷磺酸（CF3SO3H）也因其强酸性、热稳定性及可回收性成为合成烷基芳烃的催化剂选择之一。宋上飞等使用三氟甲烷磺酸研究了萘与十二烯的反应，发现催化剂用量在0.8%时，萘的转化率就能达到96%，且其单烷基化产物比例易于调控。Li等以三氟甲烷磺酸为催化剂研究了萘与正丁烯的反应，在最佳反应条件下萘的转化率高达98.5%，且烷基化产物多丁基萘选择性为98.8%。尽管上述提到的甲磺酸等新型液体酸与传统液体酸相比显现出用量小、酸性强、性质稳定等优点，但使用此类催化剂仍需不可避免地考虑到设备腐蚀的问题，因此在实际工业应用中具有一定的局限性。
烷基苯润滑基础油中的主要成分是二烷基苯，最初是在直链烷基苯（LAB）的生产过程中被发现的。图3列出了几种不同的烷基苯基础油合成路线。
路线①为单烷基苯和烯烃再次或多次烷基化合成二烷基苯和多烷基苯。美国专利US4158677提出了一种三氟化硼与液体羧酸形成的络合物催化剂，用以对烷基苯进行二烷基化。该催化剂需要控制三氟化硼与羧酸的物质的量比，以使三氟化硼与羧酸完全络合，从而减少副反应的发生。反应物优选单取代直链烷基苯以减小反应的空间位阻。烷基化剂选择具有较大碳数的α-烯烃或烯烃聚合物并过量加入以获得更大分子量的二烷基苯、多烷基苯产物。对蒸馏后的样品进行分析，发现二烷基化过程发生时，烷基很少发生分子间或分子内重排，且在一定反应条件下能得到80%以上的三烷基苯产率。实验以甲苯与1-十二烯、C11~14混合烯烃制备了两种产品油A、B，其倾点分别为-56.7℃和-51.1℃，其中二烷基苯产率为86%的产品油B闪点为223.9℃，高于产品油A的闪点173.9℃。吕春胜等采用AlCl3/HCl催化体系催化苯与1-癸烯反应，通过控制反应温度和时间发现，反应温度较低时以单烷基化产物为主，而反应温度较高则会加速脱烷基副反应以及烯烃自聚反应；反应时间较长时会促进脱烷基化等其他副反应。反应温度为50℃、反应时间为6h时，润滑基础油的综合性能最佳，此时产物主要由二烷基苯和癸烯五聚物的混合物组成，其黏度指数可达164，倾点也能达到 -60℃。
二苯基烷烃基础油的合成见路线②。Wilgus等利用未取代的多苯基化合物在AlCl3催化下与1-烯烃烷基化合成了多种二苯基烷烃衍生物，通过联系分子结构与其相关物理化学性质，得到了不同结构对产品的黏度指数、倾点的影响规律，例如未取代的α,ω-二苯基烷烃的黏度在一定碳原子数范围内随烷烃桥上碳原子数增加而增加，黏度指数则随之先减小后增大。在此基础上通过改变二苯基烷烃烷基桥链长和烷基取代基链长发现，烷基取代的联苯具有良好的抗辐射和热稳定性，但其黏温性能较差；而二苯醚衍生物虽有较好的热稳定性和黏度指数，但其倾点较高限制了其作为目标液压油的应用；而异丙基-1,9-二苯基壬烷则兼具良好的热稳定性和抗辐射性能，其温度适用范围可以从-28.9℃到260℃，能够满足工况要求。
采用联苯作为芳香基原料和烯烃反应可以合成烷基联苯基础油（路线③）。Wang等的研究表明，在甲磺酸催化联苯与1-辛烯的烷基化反应中，实验所用催化剂用量较大，且反应温度过高和反应时间过长时均会加剧1-辛烯自聚等副反应，导致目标产物选择性的降低。该反应在最佳实验条件下获得了94.9%的烯烃转化率和69.3%的产物收率，其烷基化产品倾点低至 -44℃，同时具有较高的闪点（182℃）和燃点（200℃），结合其物化性能来看，所合成的烷基联苯产品较为适合用作冷冻机油。
烷基萘是烷基芳烃中极具代表性的产品，常用作润滑油基础油和润滑脂合成基础油。四氢萘是萘的部分加氢产物，通过烯烃等烷基化剂与四氢萘反应得到的烷基四氢萘具有与烷基萘相似的物理化学性质。如图4所示，烷基萘和烷基四氢萘基础油的合成研究经历了从短链到长链、从单烷基化到多烷基化这一发展过程。
图4 离子液体催化烷基萘及烷基四氢萘基础油的合成示例
李媛媛等使用Et3NHCl-AlCl3离子液体催化萘与乙烯反应，通过控制不同反应温度（60℃与120℃）得到了两种不同产物组成占比的烷基萘产品油，即PEN-1、PEN-2。其中PEN-1主要由单烷基萘和二烷基萘产物组成，PEN-2主要由三烷基萘等多烷基萘产物组成。经摩擦学性能测试后发现，PEN-2产品油比商用烷基萘SynNaph® AN5产品油表现更为出色。Chen等首次使用了一种液体配位配合物催化萘与正丁烯的烷基化反应，发现以尿素和AlCl3组成的Ur-AlCl3液体配位配合物在最佳反应条件下能达到100%的萘转化率以及99.66%的多丁基萘选择性。在此基础上，所合成的多丁基萘基础油有望作为中国石油公司生产的环烷基油4010的替代品。Li等选用中长链烯烃己烯、辛烯与萘进行烷基化反应，通过控制离子液体催化剂中AlCl3的比例以及烯萘比等反应条件合成了多烷基萘选择性高达98%的两种烷基萘基础油，其中具有更长烷基侧链的多辛基萘基础油具有更高的黏度、黏度指数以及闪点，与埃克森美孚公司的环烷基油相比具有明显优势，展现出潜在的工业应用价值。刘通等考虑到较短的烷基侧链对烷基萘基础油的黏度不利，于是选择长链烯烃1-十四烯与萘在离子液体催化下进行烷基化反应，发现与先前研究的萘与乙烯反应相比，其反应条件更温和，但烷基化产物只有单烷基化产物、二烷基化产物和三烷基化产物，这是因为长链烯烃在萘环上逐步取代时具有较大的空间位阻效应。通过对产品油理化性质表征发现，以二烷基化产物为主的基础油与商用美孚润滑油（牌号为SynessticTM 12）性能十分接近。
Fu等通过研究四氢萘与丙烯、丁烯的烷基化反应发现，离子液体中AlCl3的比例为0.67、反应温度为60℃以及反应时间为40min时，其二烷基化和多烷基化产物比例总和最大。四氢萘与丁烯的多烷基化产物最多为三取代四氢萘，而丙烯则可以形成四取代四氢萘，由此合成了以二丙基四氢萘为主的产品油（DPT）、单丁基四氢萘为主的产品油（MBT）以及二丁基四氢萘为主的产品油（DBT）。Chen等通过调控四氢萘与中长链α-烯烃的进料比，合成了一系列不同烷基侧链长度的烷基四氢萘基础油产品。当烯烃与四氢萘摩尔比为1时，其单烷基化产物选择性超过95%；当烯烃与四氢萘摩尔比为2时，四氢萘转化率超过99%，烷基化产物以二烷基化为主，且存在多烷基化产物。经过多项物化性能测试发现，以二癸基四氢萘为主要产物的基础油具有最大的黏度、黏度指数和氧化稳定性。
除了使用上述常规的烷基化试剂（α-烯烃）外，Fu等使用1,7-辛二烯作为烷基化剂与四氢萘反应，通过调控反应条件获得了以二烷基化产物为主的一种具有相当高黏度的新型多环烷基四氢萘基础油PAT，其合成示例可以用图5表示。实验发现，0℃时1-辛烯转化率已经达到99%以上，而随着反应温度的升高，目标二烷基化产物（C28-2THN）的选择性随之下降，通过控制四氢萘/烯烃物质的量比为3以及烯烃最佳滴定时间为11min的条件下，二烷基化产物（C28-2THN）的选择性为54%。在此基础上得到的PAT基础油相较于商用烷基萘SynNaph® AN30产品不仅具有更高的黏度，同时还具有更低的苯胺点，这意味着PAT产品油极性更强，作为油品添加剂使用时其溶解性更好。
Zuo等将十氢萘作为烷基化剂与萘反应，如图6所示，制备了一种特殊结构的环烷基萘基础油。实验发现，只有顺式十氢萘表现出了较高的反应活性，当使用反式十氢萘作烷基化剂时，烷基化反应几乎不发生。实验合成的环烷基萘基础油CAN的苯胺点低至23.8℃，同时其黏度以及摩擦性能均优于商用烷基萘SynNaph® AN8产品。
除烷基苯、烷基萘这两类熟知的基础油产品外，烷基苊、烷基菲等多环烷基芳烃基础油也开始成为研究人员的开发对象，其合成路线如图7所示。王大飞等利用蒽与十八烯为原料，直接使用磷钨酸作为催化剂，合成了一种长链烷基蒽润滑油基础油。通过热重分析后发现，相对于长链烷基萘基础油，所合成的长链烷基蒽基础油表现出更佳的热稳定性。Cui等利用菲和苊与己烯、辛烯在离子液体的催化下合成了具有高黏度的烷基菲和烷基苊基础油。反应结果表明，芳烃原料几乎完全消耗，通过增加烯烃与苊、菲的进料比能够提高产品油的烷基化程度。
将多己基萘基础油、多辛基萘基础油与多己基菲基础油PHP-3、多辛基菲基础油POP-3相比发现，多烷基菲基础油PHP-3和POP-3的黏度指数分别为47和53，低于多己基萘基础油、多辛基萘基础油的黏度指数62和99；PHP-3和POP-3的氧化起始温度分别为249℃和257℃，高于两种对应多烷基萘基础油的氧化起始温度217.1℃和210.7℃；PHP-3和POP-3的苯胺点分别为30℃和56.4℃，低于多己基萘基础油苯胺点70℃和多辛基萘基础油苯胺点103℃。因此，芳香环对烷基芳烃基础油的性质主要体现在黏度指数、氧化稳定性、分子极性三个方面。
随着芳香环数目的增加，黏度指数降低。有研究表明，基础油黏温性能随着芳烃环数的增多而变差，基础油中多环芳烃组分含量越高，基础油的黏度指数就越小。
随着芳香环数目的增加，氧化稳定性增强。以苯环为主要组成的芳香环具有一个或多个环状共轭π电子系统，这种富含电子的环状结构能够吸收能量、通过共振分散能量，类似于抗氧化剂的作用机制，从而赋予了烷基芳烃优异的热稳定性和热氧化稳定性。因此与苯环相比，萘是一个更大且极性更强的芳香族核心分子，其扩展的芳香体系使得烷基萘比相应的烷基苯更耐自氧化。毛红等在研究多种不同烃组成的基础油时发现，多环芳烃的氧化安定性最大，其次是双环芳烃，再者是饱和烃，最后是单环芳烃。不仅如此，烷基与芳环连接的相对位置也会对烷基芳烃基础油的性能造成影响。美国专利US4714794以及US5177284表明，较高α与β比值的烷基萘基础油表现出更高的热氧化稳定性；长链烷基2-取代位的烷基萘含量小于30%时，其整体的烷基萘基础油表现出更好的氧化稳定性。
随着芳香环数目的增加，分子极性增加。芳香环结构赋予了烷基芳烃基础油较强的极性，使其对极性添加剂具有较好的溶解性和分散性，这使得多烷基芳烃基础油在配方中可以更好地与其他组分混合，以提高油品的整体性能。
芳烃的侧链烷基与其物化性质密切相关，如黏度、黏度指数、倾点和挥发性，且主要取决于烷基链的长度、烷基个数（萘环上烷基基团的数量）以及烷基侧链支化程度。烷基侧链支化程度对烷基芳烃基础油的影响主要体现在黏度、倾点以及苯胺点这三个方面，随着烷基链支化程度的加深，烷基芳烃基础油的黏度增大，倾点升高，苯胺点降低。而烷基侧链长度和烷基个数对烷基芳烃基础油性质的影响大致可以用表1概括。
随着烷基侧链长度的增加，烷基芳烃基础油的热及氧化稳定性、黏度、黏度指数、闪点以及苯胺点均有所提高。Chen等合成的单己基四氢萘（C6-THN）、单辛基四氢萘（C8-THN）和单癸基四氢萘（C10-THN）三种基础油的氧化起始温度分别为178.2℃、180.9℃、193℃；在40℃下黏度分别为6.12mm2/s、9.35mm2/s、13.44mm2/s，100℃下黏度也随烷基链长度增加；由于C6-THN黏度指数较小未能测出准确数值，C8-THN黏度指数为5，C10-THN黏度指数为26。闪点和苯胺点的变化规律可以从多己基萘基础油和多辛基萘基础油的对比中发现，多己基萘和多辛基萘基础油的闪点依次为201℃、238℃；苯胺点分别为70℃和103℃。烷基链长度的增加也能提高烷基芳烃基础油的摩擦性能，通过对多己基萘和多辛基萘基础油进行摩擦学性能测试发现，使用多己基萘基础油的钢盘磨损体积为21.84×10-4mm3，而相同条件下使用多辛基萘基础油的钢盘磨损体积不到前者的一半。
3.4.2.2 烷基个数
烷基个数的增加使烷基芳烃基础油的热及氧化稳定性、黏度、黏度指数、倾点、闪点以及苯胺点均有所提高。比如，以二烷基化产物为主的辛基菲基础油（PHP-2）与具有较多三烷基化产物的辛基菲基础油（PHP-3）氧化起始温度分别为232℃和257℃；40℃下黏度分别为293mm2/s和723mm2/s，100℃下黏度分别为16.1mm2/s和20.4mm2/s；黏度指数分别为25和53；倾点分别为 -15℃和 -12℃；闪点分别为237℃和243℃；苯胺点分别为24.5℃和56.4℃。而在烷基侧链碳原子总数相同的情况下，具有多个烷基侧链的烷基芳烃通常比只有单个烷基侧链的烷基芳烃更稳定。此外，PHP-2基础油在载荷200N的条件下开始出现明显磨痕，而PHP-3基础油即使在300N载荷的条件下也保持了较好的抗磨效果，表明增加烷基个数也能提升烷基芳烃基础油的摩擦性能。以二丙基四氢萘为主要组成的产品油（DPT）相较于以单丁基四氢萘为主要组成的产品油（MBT）具有更低的摩擦系数和更小的磨损量，表明即使连接的烷基链长度较短，具有较多烷基侧链的产品油摩擦系数也会进一步降低。
通过选择芳香烃类型和不同碳数的烯烃，可以合成出多种分子结构的烷基芳烃类基础油，其工业应用除了在润滑油方面，还可拓展到机油、变压器油、润滑脂基础油等多个领域。面对高温、高负荷和长期运行的工况条件，需要基础油具有极高的热氧化稳定性、极低的挥发性以及良好的高温润滑性等特性，而利用多环芳烃与烯烃烷基化反应获得的烷基芳烃基础油则能够解决这一难题。多环芳烃为烷基芳烃基础油提供了优异的热及氧化稳定性，选用氯铝酸盐离子液体等催化剂，通过调控反应温度、反应时间等参数高选择性合成多烷基芳烃则进一步改善了基础油的整体性能。烷基萘、烷基菲以及烷基蒽等烷基芳烃基础油的性能测试表明，其适合用作高温和长寿命润滑油基础油[42-43,48-50]。在冷冻机油应用领域，基础油需满足低倾点、良好制冷剂溶解性和较高热稳定性等关键性能要求。烷基苯和烷基联苯基础油凭借其芳香环与可调控的烷基侧链分子结构，展现出优异的低温流动性和化学稳定性，非常符合冷冻机油的性能要求。此外，烷基苯还可以作为添加剂加入聚亚烷基二醇（PAG）等合成油中，能够显著改善混合油品的综合性能，使其成为一种性能卓越的合成冷冻机油基础油。作为合成润滑脂的基础油，其核心性能需求是高黏度以形成厚油膜、良好的稠化剂相容性、优异的极压抗磨性以及承载能力，而以多取代长链烯烃为原料合成的烷基萘和烷基四氢萘等烷基芳烃基础油则非常适合作为润滑脂的基础油使用。例如，向PAO等基础油中添加部分烷基萘产品可以显著提高油品的氧化稳定性、油品使用寿命以及与添加剂的兼容性；将烷基四氢萘加入到PAO8基础油中，可以显著提高基础油的增稠能力，从而减少锂基润滑脂的增稠剂用量。除上述介绍的几种应用场景外，烷基芳烃基础油的应用还涉及其他工业用油领域。例如，利用甲磺酸催化萘与中长链烯烃1-辛烯的烷基化反应获得以单烷基化产物为主的基础油，其具备良好的电气绝缘性能、氧化安定性及低温流动性等特性，能够满足变压器油的使用要求。此外，二苯基烷烃结构的烷基芳烃还具有抗辐射性等特性，使其成为性能出色的液压油。
在系统评述烷基芳烃基础油的催化合成策略、分子构效关系及应用进展的基础上，本文的研究表明烷基芳烃基础油的综合性能是其芳香环类型与烷基侧链结构协同作用的结果；芳烃烷基化催化剂是合成不同结构的烷基芳烃的关键，通过选择合适的催化剂高效合成目标结构的烷基芳烃进而获得理想性能的烷基芳烃基础油。尽管目前烷基苯已实现规模化工业应用，但其他烷基芳烃基础油的工业合成仍面临以下挑战。
（1）在催化剂选择上，传统酸和新型液体酸催化剂仍需考虑强腐蚀性，离子液体的成本、水氧敏感性以及大规模连续化工艺有待突破，分子筛催化剂的传质限制、酸性位可及性以及使用寿命亟须解决。
（2）在合成目标产物上，由于烷基取代后芳环活性提高，易于诱发多烷基化反应，烷基化剂形成的碳正离子或络合物中间体稳定性差，易发生重排，芳环上烷基取代过程的空间位阻效应等，以及其他副反应的存在，为定向合成烷基芳烃产物提出了极高的要求。
（3）在构效关系上，烷基芳烃基础油通常是多种同分异构体的混合物，现有分离手段无法分离出单一结构的烷基芳烃分子，因此总结烷基芳烃基础油的构效关系还不够准确，限制了其进一步研究及应用。
因此，未来该领域的研究方向将聚焦于以下方面。
（1）开发具有等级孔道（微孔-介孔-大孔）和酸性可调的复合分子筛，以及循环再生的离子液体等高效催化剂材料。
（2）优化固定床等反应器设计，实现分子筛高选择性目标产物的合成并延长其使用寿命，以及开发离子液体连续化生产烷基芳烃基础油工艺。
（3）结合计算化学分子模拟以及先进的分离、表征技术建立更精确的“结构-性能-应用”关联模型。
（4）从提升产品经济性角度出发，拓展芳烃原料来源及使用绿色生产工艺，推动烷基芳烃基础油在传统及新兴领域更广泛地应用。
综上所述，烷基芳烃基础油的市场前景极为广阔，随着对各类催化剂、合成工艺以及分子设计理论的不断深入研究，烷基芳烃基础油有望在合成润滑油领域发挥越来越重要的作用。
第一作者：管众，硕士研究生，研究方向为芳烃烷基化。
通信作者：刘雷，教授，博士生导师，研究方向为煤基平台分子高效转化及产品工程；汤琼，讲师，研究方向为润滑基础油的合成及应用。
邮发代号：82-311
订阅热线：010-64519502
网址：http://www.hgjz.com.cn
