烷基芳烃是合成润滑油领域中一类重要的产品，由于其具有氧化安定性高，闪电高，热稳定性好，安全性更高等特点，受到人们广泛的关注。第二次世界大战期间，烷基化芳烃基础油就已经成为德国战车所使用的润滑油。烷基萘具有优异的添加剂溶解性，良好的抗乳化性能，而且烷基萘在热氧化安定性和热稳定性能等方面都表现出优异的性能。
近年来烷基化技术的发展也大大提高了烷基芳烃的质量，丰富了烷基芳烃的家族，为烷基芳烃的大规模应用奠定了基础。
烷基芳烃类润滑剂包括的范围非常广泛，通过选择芳环的结构和设计侧链烷基的结构，可以合成出各种黏温性能优异的芳烃类基础油和添加剂，主要包括烷基苯、烷基苯酚、烷基萘、烷基萘酚、烷基二苯胺等。烷基侧链可以引入杂原子或者特定功能的官能团结构，使烷基芳烃具有了某些添加剂的功能。烷基芳烃代表性产品是烷基萘，烷基萘具有优异的热氧化安定性，水解安定性，良好的添加剂的溶解性和抗乳化性能，其广泛应用于液压油、齿轮油、热传导油、变压器油、压缩机油、液晶等领域。
烷基萘的结构主要是两个共轭大π键的芳环组成，如图所示，与萘环相连接的烷基基团对化合物的物理化学性质影响很大，主要是黏度、倾点和挥发性等，这些性质与烷基链的长度和烷基基团的数目密切相关。因此，通过改变烷基侧链的结构，调节烷基侧链的数目可以得到不同性能的烷基萘产品。
合成烷基萘的催化剂
烷基萘的合成路线
合成烷基萘是典型的付-克（Friedel-Crafts）反应，在酸性催化剂的作用下，烷基化试剂R质子化为碳正离子对萘环进行亲电加成，由于萘环上可以烷基取代的位点有α和β位，因此得到的烷基萘是混合物，单烷基萘、双烷基萘和多烷基萘。烷基化试剂主要是α-烯烃，卤代烃和醇，最常用的是α-烯烃的混合物，可以根据催化剂的类型来选择烷基化试剂的种类。合成烷基萘的催化剂分为液体酸和固体酸两大类催化剂。
液体酸催化剂
传统的合成烷基萘催化剂是H2SO4、HF、AlCl3等液体酸催化体系。郭海涛等采用AlCl3催化剂，以萘和溴代正己烷为原料合成单己基萘和双己基萘的纯度分别可以达到99%和98%。美国专利报道了间二甲苯与丙烯、CO经过酰化、加氢、脱氢、环化4步反应制备二甲基萘。酰基化采用HF-BF3作为催化剂，加氢反应采用金属氧化物催化剂，脱氢反应采用活性氧化铝催化剂，环化反应采用Cr2O3-K2O-Al2O3催化剂，此过程为有效利用间二甲苯和丙烯提供了新的路径。液体酸催化体系是目前的传统成熟的烷基萘合成工艺，已经实现了工业化生产。
固体酸催化剂
固体酸催化合成烷基萘近年来受到广泛关注。工艺过程绿色环保成为化工生产的基本要求，环境友好的固体酸催化剂替代传统的液体酸和路易斯酸催化剂成为合成烷基萘重要的发展方向。2，6-二甲基萘是一种重要的化工原料和高性能工程塑料的原料。合成2，6-二甲基萘可以采用甲基萘为原料，甲醇为烷基化试剂，MCM-22分子筛为催化剂，甲基萘的转化率为58%，2，6-二甲基萘的选择性为14%。二异丙基萘可以作为高温热载体，无碳复写纸用的染料溶剂，电力电容器的浸渍剂等。栗同林等在脱铝丝光沸石上研究了萘与丙烯的烷基化反应制备异丙基萘，发现丝光沸石脱铝后，不仅烷基化的活性大大提高而且单异丙基萘和二异丙基萘的选择性显著提高，有利于目标产物2，6-二异丙基萘的生产，提高了萘环β位的选择性。催化剂可以连续两次使用，异丙基萘的选择性分别为62.3%和63.6%，萘的单程转化率分别为98.2%和96.7%。
长链烷基萘由于具有良好的油溶性和优异的添加剂溶解性也吸引了众多目光。郭海涛等采用HY和Hβ分子筛研究了长链烷基萘的合成，烷基化试剂是C11和C12的混合烯烃，发现HY分子筛是一种环境友好的催化剂，而且可以再生重复使用，在优化的反应条件下，烯烃转化率大于85%，单烷基萘的选择性味100%。梁宇翔等以二氧化硅负载杂多酸为催化剂，以长链α-烯烃为原料，合成了一系列的长链烷基萘，通过对流学性能，承载能力，抗磨能力，热稳定性能优于市售产品。汪廷贵等以萘和1-辛烯为原料，甲烷磺酸为催化剂，2，6-二叔丁基苯酚为阻聚剂，通过烷基化反应制备长链烷基萘，这种烷基萘基础油作为变压器油表现出了优良的性能。
合成烷基萘所使用的液体酸催化剂存在严重腐蚀设备，对环境污染较大，与产物后处理分离困难等缺点，已不符合当今绿色环保的要求。而固体酸催化剂由于后处理方便简单，对设备无腐蚀，没有更多的设备投资等受到越来越多的关注，采用固体酸催化剂将令烷基萘的合成“绿色化”。催化剂是制备烷基萘的关键技术，开发低廉高效的固体酸烷基萘催化剂是实现其工业化应用的重点。
烷基萘的性能特点
氧化安定性
氧化安定性试验条件如文献所示，氧气压力2.45MPa，温度180℃，试样3mg。在烷基萘（AN）、聚α-烯烃（PAO）、多元醇酯（POE）、聚亚烷基二醇（PAG）中加入同样比例的二烷基二苯胺，比较不同基础油的抗氧化性能，PDSC的实验结果如图所示。从图看出，烷基萘的氧化起始温度约为236℃，PAO的氧化起始温度约为220℃，POE的氧化起始温度约为248℃，PAG的氧化起始温度约为187℃。比较发现，抗氧化性能的顺序为POE>AN>PAO>PAG。AN的氧化安定性略逊于POE，优于PAO和PAG。这表明烷基萘相对传统的合成基础油具有较好的氧化安定性。
热稳定性
热稳定性能的测试条件如文献所示，以20℃/min的升温速率从室温到480℃，N2气氛下进行，N2流速25mL/min。选取了烷基萘，聚α-烯烃，多元醇酯，聚亚烷基二醇样品，几个样品的黏度是近似的。样品的热稳定性能如图所示。DTG峰温表示样品失重速率最大的是温度，温度越高，表明样品的热稳定性越好。比较发现，样品热稳定性的顺序为AN>POE>PAO>PAG，表明烷基萘在合成基础油中的热稳定性能最好。
润滑性
烷基萘作为基础油是有一定的润滑性能的。杨士钊等采用维地文协会试验机（WAM）进行弹性流体（EHD）实验，对自旋和滑动条件下润滑油膜厚度进行了测量，通过公式可以计算压黏系数，压黏系数大，油膜厚度大，油品的润滑性能越好。油品的黏度和油膜厚度是呈正比的，从表1中看出，烷基萘的油膜厚度和压黏系数略优于多元醇酯，这表明烷基萘的润滑性更好。
烷基萘的应用
甲基萘工业上可以作为扩散剂和减水剂，β-甲基萘可以生产维生素K3，由α-甲基萘和β-甲基萘（4:1）组成的甲基萘混合物可以作为有机热载体使用。二甲基萘经过氧化和酯化后得到2,6-萘二甲酸二甲酯，与乙二醇反应制备聚萘二甲酸乙二酸酯，是一种新型的聚酯材料。二异丙基萘也是一种性能优良的导热油和绝缘油。长链烷基萘是一种性能优异的高温导热油。烷基萘导热油的特点是无毒无味，无环境污染，热稳定性好，使用寿命长，在最高使用温度下，实际使用一般在4年以上，黏度适中，使用方便，闪电较高，生产安全，对设备无腐蚀，是有机热载体家族中的重要一员。
国外烷基萘导热油的研制起步较早，日本吴羽公司研制的KSK系列，日本丸善石油株式会社，日本东曹有机化学公司等已研制出各种牌号的产品。国内最早的烷基萘导热油由北京燕山石化研究院研制的YD系列，包括YD-300、YD-325、YD-340，最高使用温度340℃。河北化工研究院开发的ND系列等。国外和国产产品的理化性能对比如表2所示，国产产品的各项性能指标已经达到或接近国外的产品。
烷基萘也可以作为电容器油使用。我国电力电容器浸渍液包括烷基苯（AB油）、二芳基乙烷（PXE）、苄基甲苯（M/DBT）等。烷基苯的电气物理性能优于矿物油，但是吸气性能较差，限制了电容器工作场强的提升。二芳基乙烷和苄基甲苯是优异的电力电容器浸渍液，特别适合全膜介质的电容器，但是二芳基乙烷和苄基甲苯都有难闻的气味，生产过程中必须做好通风。烷基萘可以弥补上述电力电容器浸渍油的缺憾，成为环保且性能优良的替代品。日本吴羽公司的二异丙基萘（DIPN）绝缘油可用作全膜电容器及膜纸复合介质电容器浸渍液。二异丙基萘绝缘油的特点是没有难闻的气味，其电气性能与二芳基乙烷（PXE）类似。烷基萘也是最早使用的润滑油降凝剂，中国石油大连石化公司是最早投入生产的公司，是我国生产的第一个石油添加剂品种。烷基萘的产品代号是T801，是一种广泛使用的降凝剂。烷基萘作为降凝剂使用不仅效果出色，而且与其他降凝剂复配降凝效果更佳。
结语
烷基萘具有氧化安定性和热稳定性高、润滑性好的特点而成为合成润滑油家族中的重要一员。尽管固体酸催化剂工业化仍有很多问题，但是固体酸替代液体酸制备合成烷基萘是发展的必然趋势，符合绿色环保的时代要求。烷基萘可以作为高温导热油、电力电容器绝缘油和降凝剂等在石油化工、制造、纺织、电力行业有广泛的用途。
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