基礎油

美国石油学会基础油分类

美国石油学会（American Petroleum Institute, API）为使基础油品质有公认的分类标准，1993年起制定了五类基础油分类标准。

Group I

饱合烃含量小于90％且/或硫含量大于0.03％，而且粘度指数大于或等于80且小于120。

Group II

饱和烃含量大于或等于90％，且硫含量小于或等于0.03％，而且粘度指数大于或等于80且小于120。

Group III

饱和烃含量大于或等于90％，且硫含量小于或等于0.03％，而且粘度指数大于或等于120。

Group IV

即聚-1-烯烃（英语：Polyalphaolefin, PAO）。

Group V

成分不属于Group I ~ Group IV者。

矿物油

矿物油是成本最低的基础油，因为其生产过程与成本远比合成油为简单低廉。矿物油几乎完全由碳氢化合物（烃分子, hydrocarbonate）组成。
在石油分馏过程中，依沸点从低到高的次序分别生产出石油气、汽油、煤油、柴油、燃料重油，透过常压（或加压）加热的分馏塔分离，剩下的残渣则再送入真空分馏塔进行分馏。
这个原因是燃料重油的分馏温度已近700°F，更高的温度会使碳氢分子分解，从而无法分馏出所需的碳氢化合物。
真空分馏出来的润滑基础油称为直馏油（straight run），因为它的碳氢分子结构并未被提炼过程所改变。直馏油不能够直接用来生产工业用润滑油、润滑脂。因为其含有大量杂质（如氮化物、氧化物等等）、酸性物质与不饱和烃，酸性物质会侵蚀机件、不饱和烃会使润滑油快速氧化(特别是在80~100°C以上的温度），氧化的基础油具有酸性、且会形成油泥。直馏油含有大量分子结构相异的的碳氢化合物，而现代的工业用润滑油、润滑脂，需要使用的是分子结构相对整齐单纯的碳氢化合物。

矿物油的炼制

直馏油必须经过精炼过程才能成为工业润滑油脂的基础油。精炼过程有传统式（使用溶剂）与非传统式（氢化）两大流派，两者都是去沥青（Deasphalting）、去芳香烃（Aromatic extract）、脱腊（Dewaxing）、去除异质化物（Heteroatoms）的流程，只是使用的方法不同。
溶剂法技术成本低，但产出的基础油仍含有大量不饱和键，只能产出API Group I的初级矿物油；氢化法成本高，但可在过程中将碳氢化合物（烃）改造成石化工程师希望的结构，以及更高的饱合率。
氢化法分为三大类：加氢精制（Hydrofinishing）、加氢处理（Hydrotreating）、氢化裂解（Hydrocracking）。

氢化裂解

氢化裂解以常压分馏出的燃油（一般是取重真空燃油等级Heavy Vacuum Gas Oil）为原料，而非杂质极多的真空分馏直馏油。氢化裂解其实仅是炼制过程的第一步，以高压氢气（例如3000psi）在触媒作用下将原料油中的烃分子转化成较合适的结构，芳香族（aromatic）与环烷族（naphthenic）在这个过程中会被转换成石蜡（paraffinic）烃分子，异质化物同时也在这个过程中被气化移除，分子炼会被打断以控制分子量分布，因此氢化裂解制备的基础油分子的分子量比传统法制备的矿物油分子量集中。裂解后仍需其它氢化处理以得到最终产品。氢化裂解的成品率仅有5~15%，因此成本高昂。
氢化裂解生产出的矿物基础油，其品质可达到API Group II或III。除了饱和率高不易氧化、石蜡烃比例高润滑性能较优、杂质较少之外，黏度指数亦较高，代表其黏度随温度变化的程度小于溶剂法与氢化法生产的矿物油。一般所谓的VHVI（Very High Viscosity Index,超高黏度指数）等级基础油就是氢裂制成的矿物油，黏度指数可达115~130。VHVI原本由荷兰皇家壳牌英语：Royal Dutch Shell在1990年注册为商标，但在1993年放弃，因此目前任何润滑基础油制造商、润滑成品制造商均可使用VHVI作为产品名称或内容叙述的一部分。
由于氢化裂解矿物油与其它矿物油有很大的物理、化学性质与润滑性能的差距，且其分子结构已经在制程中被改造过，因此某些润滑油品牌认为也可以将氢化裂解制成的API Group III矿物油产品称为合成油。这个命名问题除了德国之外，大部分国家在法律上是无限制的。

合成油

严格意义上的合成油，必须是从小分子单元聚合反应而成的。绝大多数的合成油都是以某种烃类为初级原料，虽然烃类并非只能从原油或天然气中裂解获取，但只有石化工业能稳定大量地供应，因此合成油的成本与供应仍然与石油市场非常密切相关。
即使包含氢裂解矿物油在内，2004年全球的合成油销售金额占整体基础油市场也仅仅只有7%，预估到2015年可成长至10%。
作为基础油的合成油，有合成烃、合成酯、聚二醇、硅油、氟化油、磷酸酯、聚醚等等多个族群。

应用

PAO基础油广泛应用于低温、中高温的各种工业、汽车零件上，最常见的用途显然是车用机油与车用齿轮油。在API分类上PAO属于Group IV。任何其它不属于PAO的合成油均统归类于Group V。

合成酯

酯（ester）是醇与酸的酯化反应产物，一般工业润滑油脂所使用的合成酯油常被称为有机酯，表示该酯油是以碳基酸制作的，以有别于以无机酸，例如磷酸、氮酸、硼酸、硫酸制成的无机酯（例如磷酸酯）。
有机酯油同样是很多含“酯”官能基的碳氢氧化合物的统称，最常被用来制作基础油的有机酯，包含双基酸酯（Dibasic ester, DBE）、多元醇酯（多元醇酯, POE），后者又是一个大家族的统称。由于可进行酯化反应的有机酸种类繁杂，因此“有机酯油”家族成员亦相当庞杂。其它有机合成酯油族群有邻苯二甲酸酯（Phthalates Ester）、偏苯三酸酯（Trimellitate Ester）、C36二聚酸酯（C36 Dimerate Ester）、聚油酸酯（Polyoleates Ester）、复合聚醇酯（Complex Polyol Ester）等。其中较常见的是DBE与POE。
DBE是以含二个“可电离氢原子”的直链二酸，与支链单官能基的醇反应而成。黏度指数非常高，同时适用于非常低温（<-40°C）与高温，但由于无法制成大分子量，黏度很难超过100cSt。
邻苯二甲酸酯也常被用为塑化剂，成本是所有合成有机酯润滑油中最低的，甚至接近矿物油的水准。邻苯二甲酸酯可以有很高的黏度指数“或”适用于非常低温。同样无法制成>100 cSt的黏度。
POE是由多官能基的多元醇与单官能基的有机酸反应合成的（与DBE相反），可制成各种低~高黏度版本的润滑油，较不易水解，也较耐高温。同黏度情形下POE较DBE，可承受高50~80°C的热应力。但POE的成本也高于DBE。
因有机酯是含义广泛的统称，以有机酯为主的基础油没有一致的特性。工业用有机酯润滑油具有耐高温（~200°C仍有数百~数千小时的工作寿命）、抗压性强、易溶解各种润滑添加剂（视具体采用哪一种有机酯而定）、很高的黏度指数的优点，但也有可能腐蚀某些种橡/塑胶材质（不同种的酯可配合使用的橡塑胶也不一定）。
很多有机酯呈半极性，即具备界面活性剂的特点，因此低黏度酯油可以用来作为油泥的溶解清洁剂。半极性的特点使酯油分子的极性端对金属有良好的附着力，因此酯油分子也可以用来制成油性添加剂（Oiliness Additive，Friction Modifier，减摩剂）。
有机酯的另一特点，是唯一可以做成符合CEC L-33 A-93定义的“可生物分解”润滑油。

应用

PAG油最常见的应用有防火液压油、制动油、烃类气体压缩机油、高温滚轮轴承（Calender）润滑油、切削/研磨液、R-134a冷媒压缩机油、高效率齿轮箱油、热导油等等。

磷酸酯

磷酸酯（Phosphate Ester）油属于无机酯，除了当作润滑基础油、加入其它基础油当作润滑添加剂之外，也常被橡塑胶工业用来加入产品作为阻燃增塑剂。
磷酸酯是所有非极性基础油中最不易被点燃的，它的裂解温度高（>300°C）、有高抗氧化性、挥发率低、燃点高、燃烧热值低，即使起火也会自行熄灭等独特性质，因此在高温、或需要高防火性能的应用环境上很受欢迎。
磷酸酯油抗磨耗性能优良，但是成本较高、对人体有毒性、黏度指数低（三苯类的磷酸酯VI<100）、对很多密封件材质（橡塑胶）有极强的侵蚀性。
磷酸酯依其所连接的烃基之不同，也有很多不同产品，最普遍的是以石油、煤炭提炼的苯为原料的三苯磷酸酯（Triaryl Phosphate Ester），包含磷酸三甲苯酯（Tricresyl Phosphates, TCP）、磷酸三二甲苯酯（Trixylenyl Phosphates, TXP），一般称为天然磷酸酯；1960年代以后市场逐渐出现以合成苯为原料的丙基/异丙基/丁基/叔丁基三苯磷酸酯（Triphenyl Phosphates Propylated/Isopropylated/Butylated/tert-butylated）以及三烷磷酸酯（Triakyl Phosphates）族群等等。

应用

磷酸酯油大多用来制作需要高抗燃性能的液压油（例如航空液压油）、涡轮机循环油等。

应用

硅油最常见的润滑应用，是超低温用（<60°C）润滑剂、橡塑胶阀芯/密封环润滑脂、橡塑胶脱模剂、氧气工厂一般润滑油脂、水龙头阀心（主要是陶瓷片）润滑脂、真空设备密封橡胶润滑、仪器的阻尼液等。无论是哪一种应用，硅油与硅油制成的润滑脂都只能承受极轻度的摩擦。
由于硅油的低表面张力特性，润滑油常加入微量硅油作为消泡剂。
由于单枪把手式水龙头的冷热水是由同一阀芯流出，为避免出冷水与出热水时把手扭阻力（使用者的手感）差异过大，阀芯必须使用高黏度指数润滑脂，而硅油有最高的黏度指数，且硅油的低表面张力使得其很难被水流所完全冲走，因此水龙头行业几乎一律使用硅油制成的润滑脂来润滑阀芯。

聚醚

醚（ether）是两个分子链以氧原子连接而成，非常多种化学品均带有醚官能基。在润滑基础油领域，PAG聚二醇与全氟聚醚也属于广义上的聚醚，但如果某基础油被称为聚醚，一般指的是含有5~6个苯环的聚苯醚（Polyphenyl ether, PPE）。
聚苯醚可以耐的温度甚至高于分支型PFPE，有同样低的挥发率与低蒸气压，表面张力很高导致较不易附着于光滑表面上，抗磨耗与减阻效果不错，常被用在通讯与电子设备的电气接点润滑应用之上。另一个特点是抗强辐射。
目前聚苯醚制成的通用型或高效能工业用润滑油脂因成本高昂而较少见，第一个大量使用的案例是美国空军高空3倍音速战略侦察机SR-71黑鸟式侦察机的J-58喷射引擎涡轮油。

应用

航空液压油、高真空泵用油（特别是扩散泵）、电气接点润滑、高温或辐射环境润滑等