基礎油

美國石油學會基礎油分類

美國石油學會（American Petroleum Institute, API）為使基礎油品質有公認的分類標準，1993年起制定了五類基礎油分類標準。

Group I

飽合烴含量小於90％且/或硫含量大於0.03％，而且粘度指數大於或等於80且小於120。

Group II

飽和烴含量大於或等於90％，且硫含量小於或等於0.03％，而且粘度指數大於或等於80且小於120。

Group III

飽和烴含量大於或等於90％，且硫含量小於或等於0.03％，而且粘度指數大於或等於120。

Group IV

即聚-1-烯烴（英語：Polyalphaolefin, PAO）。

Group V

成分不屬於Group I ~ Group IV者。

礦物油

礦物油是成本最低的基礎油，因為其生產過程與成本遠比合成油為簡單低廉。礦物油幾乎完全由碳氫化合物（烴分子, hydrocarbonate）組成。
在石油分餾過程中，依沸點從低到高的次序分別生產出石油氣、汽油、煤油、柴油、燃料重油，透過常壓（或加壓）加熱的分餾塔分離，剩下的殘渣則再送入真空分餾塔進行分餾。
這個原因是燃料重油的分餾溫度已近700°F，更高的溫度會使碳氫分子分解，從而無法分餾出所需的碳氫化合物。
真空分餾出來的潤滑基礎油稱為直餾油（straight run），因為它的碳氫分子結構並未被提煉過程所改變。直餾油不能夠直接用來生產工業用潤滑油、潤滑脂。因為其含有大量雜質（如氮化物、氧化物等等）、酸性物質與不飽和烴，酸性物質會侵蝕機件、不飽和烴會使潤滑油快速氧化(特別是在80~100°C以上的溫度），氧化的基礎油具有酸性、且會形成油泥。直餾油含有大量分子結構相異的的碳氫化合物，而現代的工業用潤滑油、潤滑脂，需要使用的是分子結構相對整齊單純的碳氫化合物。

礦物油的煉製

直餾油必須經過精煉過程才能成為工業潤滑油脂的基礎油。精煉過程有傳統式（使用溶劑）與非傳統式（氫化）兩大流派，兩者都是去瀝青（Deasphalting）、去芳香烴（Aromatic extract）、脫臘（Dewaxing）、去除異質化物（Heteroatoms）的流程，只是使用的方法不同。
溶劑法技術成本低，但產出的基礎油仍含有大量不飽和鍵，只能產出API Group I的初級礦物油；氫化法成本高，但可在過程中將碳氫化合物（烴）改造成石化工程師希望的結構，以及更高的飽合率。
氫化法分為三大類：加氫精製（Hydrofinishing）、加氫處理（Hydrotreating）、氫化裂解（Hydrocracking）。

氫化裂解

氫化裂解以常壓分餾出的燃油（一般是取重真空燃油等級Heavy Vacuum Gas Oil）為原料，而非雜質極多的真空分餾直餾油。氫化裂解其實僅是煉製過程的第一步，以高壓氫氣（例如3000psi）在觸媒作用下將原料油中的烴分子轉化成較合適的結構，芳香族（aromatic）與環烷族（naphthenic）在這個過程中會被轉換成石蠟（paraffinic）烴分子，異質化物同時也在這個過程中被氣化移除，分子鍊會被打斷以控製分子量分布，因此氫化裂解製備的基礎油分子的分子量比傳統法製備的礦物油分子量集中。裂解後仍需其它氫化處理以得到最終產品。氫化裂解的成品率僅有5~15%，因此成本高昂。
氫化裂解生產出的礦物基礎油，其品質可達到API Group II或III。除了飽和率高不易氧化、石蠟烴比例高潤滑性能較優、雜質較少之外，黏度指數亦較高，代表其黏度隨溫度變化的程度小於溶劑法與氫化法生產的礦物油。一般所謂的VHVI（Very High Viscosity Index,超高黏度指數）等級基礎油就是氫裂製成的礦物油，黏度指數可達115~130。VHVI原本由荷蘭皇家殼牌英語：Royal Dutch Shell在1990年註冊為商標，但在1993年放棄，因此目前任何潤滑基礎油製造商、潤滑成品製造商均可使用VHVI作為產品名稱或內容敘述的一部份。
由於氫化裂解礦物油與其它礦物油有很大的物理、化學性質與潤滑性能的差距，且其分子結構已經在製程中被改造過，因此某些潤滑油品牌認為也可以將氫化裂解製成的API Group III礦物油產品稱為合成油。這個命名問題除了德國之外，大部份國家在法律上是無限制的。

合成油

嚴格意義上的合成油，必須是從小分子單元聚合反應而成的。絕大多數的合成油都是以某種烴類為初級原料，雖然烴類並非只能從原油或天然氣中裂解獲取，但只有石化工業能穩定大量地供應，因此合成油的成本與供應仍然與石油市場非常密切相關。
即使包含氫裂解礦物油在內，2004年全球的合成油銷售金額佔整體基礎油市場也僅僅只有7%，預估到2015年可成長至10%。
作為基礎油的合成油，有合成烴、合成酯、聚二醇、矽油、氟化油、磷酸酯、聚醚等等多個族群。

應用

PAO基礎油廣泛應用於低溫、中高溫的各種工業、汽車零件上，最常見的用途顯然是車用機油與車用齒輪油。在API分類上PAO屬於Group IV。任何其它不屬於PAO的合成油均統歸類於Group V。

合成酯

酯（ester）是醇與酸的酯化反應產物，一般工業潤滑油脂所使用的合成酯油常被稱為有機酯，表示該酯油是以碳基酸製作的，以有別於以無機酸，例如磷酸、氮酸、硼酸、硫酸製成的無機酯（例如磷酸酯）。
有機酯油同樣是很多含「酯」官能基的碳氫氧化合物的統稱，最常被用來製作基礎油的有機酯，包含雙基酸酯（Dibasic ester, DBE）、多元醇酯（多元醇酯, POE），後者又是一個大家族的統稱。由於可進行酯化反應的有機酸種類繁雜，因此「有機酯油」家族成員亦相當龐雜。其它有機合成酯油族群有鄰苯二甲酸酯（Phthalates Ester）、偏苯三酸酯（Trimellitate Ester）、C36二聚酸酯（C36 Dimerate Ester）、聚油酸酯（Polyoleates Ester）、複合聚醇酯（Complex Polyol Ester）等。其中較常見的是DBE與POE。
DBE是以含二個「可電離氫原子」的直鏈二酸，與支鏈單官能基的醇反應而成。黏度指數非常高，同時適用於非常低溫（<-40°C）與高溫，但由於無法製成大分子量，黏度很難超過100cSt。
鄰苯二甲酸酯也常被用為塑化劑，成本是所有合成有機酯潤滑油中最低的，甚至接近礦物油的水準。鄰苯二甲酸酯可以有很高的黏度指數「或」適用於非常低溫。同樣無法製成>100 cSt的黏度。
POE是由多官能基的多元醇與單官能基的有機酸反應合成的（與DBE相反），可製成各種低~高黏度版本的潤滑油，較不易水解，也較耐高溫。同黏度情形下POE較DBE，可承受高50~80°C的熱應力。但POE的成本也高於DBE。
因有機酯是含義廣泛的統稱，以有機酯為主的基礎油沒有一致的特性。工業用有機酯潤滑油具有耐高溫（~200°C仍有數百~數千小時的工作壽命）、抗壓性強、易溶解各種潤滑添加劑（視具體採用哪一種有機酯而定）、很高的黏度指數的優點，但也有可能腐蝕某些種橡/塑膠材質（不同種的酯可配合使用的橡塑膠也不一定）。
很多有機酯呈半極性，即具備界面活性劑的特點，因此低黏度酯油可以用來作為油泥的溶解清潔劑。半極性的特點使酯油分子的極性端對金屬有良好的附著力，因此酯油分子也可以用來製成油性添加劑（Oiliness Additive，Friction Modifier，減摩劑）。
有機酯的另一特點，是唯一可以做成符合CEC L-33 A-93定義的「可生物分解」潤滑油。

應用

PAG油最常見的應用有防火液壓油、制動油、烴類氣體壓縮機油、高溫滾輪軸承（Calender）潤滑油、切削/研磨液、R-134a冷媒壓縮機油、高效率齒輪箱油、熱導油等等。

磷酸酯

磷酸酯（Phosphate Ester）油屬於無機酯，除了當作潤滑基礎油、加入其它基礎油當作潤滑添加劑之外，也常被橡塑膠工業用來加入產品作為阻燃增塑劑。
磷酸酯是所有非極性基礎油中最不易被點燃的，它的裂解溫度高（>300°C）、有高抗氧化性、揮發率低、燃點高、燃燒熱值低，即使起火也會自行熄滅等獨特性質，因此在高溫、或需要高防火性能的應用環境上很受歡迎。
磷酸酯油抗磨耗性能優良，但是成本較高、對人體有毒性、黏度指數低（三苯類的磷酸酯VI<100）、對很多密封件材質（橡塑膠）有極強的侵蝕性。
磷酸酯依其所連接的烴基之不同，也有很多不同產品，最普遍的是以石油、煤炭提煉的苯為原料的三苯磷酸酯（Triaryl Phosphate Ester），包含磷酸三甲苯酯（Tricresyl Phosphates, TCP）、磷酸三二甲苯酯（Trixylenyl Phosphates, TXP），一般稱為天然磷酸酯；1960年代以後市場逐漸出現以合成苯為原料的丙基/異丙基/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。

應用

磷酸酯油大多用來製作需要高抗燃性能的液壓油（例如航空液壓油）、渦輪機循環油等。

應用

矽油最常見的潤滑應用，是超低溫用（<60°C）潤滑劑、橡塑膠閥芯/密封環潤滑脂、橡塑膠脫模劑、氧氣工廠一般潤滑油脂、水龍頭閥心（主要是陶瓷片）潤滑脂、真空設備密封橡膠潤滑、儀器的阻尼液等。無論是哪一種應用，矽油與矽油製成的潤滑脂都只能承受極輕度的摩擦。
由於矽油的低表面張力特性，潤滑油常加入微量矽油作為消泡劑。
由於單槍把手式水龍頭的冷熱水是由同一閥芯流出，為避免出冷水與出熱水時把手扭阻力（使用者的手感）差異過大，閥芯必須使用高黏度指數潤滑脂，而矽油有最高的黏度指數，且矽油的低表面張力使得其很難被水流所完全沖走，因此水龍頭行業幾乎一律使用矽油製成的潤滑脂來潤滑閥芯。

聚醚

醚（ether）是兩個分子鏈以氧原子連接而成，非常多種化學品均帶有醚官能基。在潤滑基礎油領域，PAG聚二醇與全氟聚醚也屬於廣義上的聚醚，但如果某基礎油被稱為聚醚，一般指的是含有5~6個苯環的聚苯醚（Polyphenyl ether, PPE）。
聚苯醚可以耐的溫度甚至高於分支型PFPE，有同樣低的揮發率與低蒸氣壓，表面張力很高導致較不易附著於光滑表面上，抗磨耗與減阻效果不錯，常被用在通訊與電子設備的電氣接點潤滑應用之上。另一個特點是抗強輻射。
目前聚苯醚製成的通用型或高效能工業用潤滑油脂因成本高昂而較少見，第一個大量使用的案例是美國空軍高空3倍音速戰略偵察機SR-71黑鳥式偵察機的J-58噴射引擎渦輪油。

應用

航空液壓油、高真空泵用油（特別是擴散泵）、電氣接點潤滑、高溫或輻射環境潤滑等