Pojmy polyalkylenglykol a polyglykol se používají zaměnitelně. Tyto kapaliny mohou být vyrobeny jako rozpustné ve vodě nebo nerozpustné ve vodě (rozpustné v oleji). Nejběžnější jsou kapaliny rozpustné ve vodě, a proto mohou mít některé velmi rozdílné vlastnosti.

Polyglykoly jsou středně polární, což jim dává středně silné vlastnosti filmu. Mají velmi vysoký viskozitní index (180 až 280) a dobré schopnosti při nízkých a vysokých teplotách.

Čistě hoří, nezanechávají žádné zbytky a používají se jako nosný olej pro tuhá maziva pro vysokoteplotní mazání řetězů. Některé verze jsou potravinářské a biologicky odbouratelné. Používají se jako kompresorové oleje v rotačních šroubových a pístových jednotkách, oleje pro šnekové převody, ohnivzdorná maziva, kapaliny pro obrábění kovů a jako brzdové kapaliny.

Polyglykoly rozpustné ve vodě nejsou kompatibilní s minerálními oleji, a proto se s nimi musí zacházet a likvidovat je odděleně. Neměly by se míchat s minerálními oleji. Výsledkem je želatinová, mazlavá kaše. Přestože jsou vynikajícími mazivy, mohou v provozech představovat logistický problém. Mohou mít také určité negativní účinky na nátěry a těsnění a jsou velmi drahé.

Polyglykoly nerozpustné ve vodě (rozpustné v oleji) se pravděpodobně stanou běžnějšími a používají se jako kapaliny pro přenos tepla, vysokoteplotní ložiskové oleje a ve šroubových chladicích kompresorech.

Po staletí se maziva využívala jako způsob, jak snížit tření a opotřebení pohyblivých částí. V roce 2005 bylo vyrobeno 40 milionů tun maziv.

Přestože většinu poptávky na trhu představují kapaliny na bázi přírodních minerálních olejů, mnohé technologické pokroky v zařízeních a strojích by nebyly možné bez výhod, které nabízejí zdokonalená syntetická maziva, která v současnosti tvoří pouze dvě procenta trhu.

Ačkoli některé z těchto potřeb naplňují polyalfaolefiny (PAO), rostoucí počet aplikací vyžaduje vyšší požadavky na výkon nebo vyžaduje jedinečné specifikace, které tradiční maziva nesplňují.

Jedním z nejuniverzálnějších typů syntetických maziv jsou polyalkylenglykolová (PAG) maziva. PAG jsou obecně známé jako kompresorová maziva a jejich použití v průmyslu se od 80. let 20. století zvýšilo. Zvyšující se výkonnostní standardy na automobilovém a průmyslovém trhu označují tato odvětví za oblasti, které slibují růst.

Tento článek nabízí přehled hlavních syntetických základních chemických látek a podrobnou analýzu výhod a použití PAG.

Základní látky syntetických maziv

Při vývoji syntetických maziv se používá šest hlavních typů základních látek, přičemž každá z nich nabízí svůj vlastní soubor jedinečných vlastností a použití.

Silikony jsou ceněny pro svou nízkou těkavost, inertnost vůči většině chemických kontaminantů a tepelnou stabilitu v náročných aplikacích, jakož i pro své vlastnosti v prostředí s nízkými teplotami.

Tyto vlastnosti z nich činí vynikající kandidáty pro použití jako kapaliny pro přenos tepla, speciální maziva a automobilové brzdové kapaliny typu 5 DOT. Silikony však mají dvě omezení, která je třeba vzít v úvahu při mazacích aplikacích.

Za prvé je nelze použít při mazání válců spalovacích motorů, protože vedlejším produktem spalování je oxid křemičitý.

Za druhé mají omezené vlastnosti při extrémním tlaku a běžná aditiva pro extrémní tlak jsou s nimi nekompatibilní. Při správném použití je životnost kapalin a hydrolytická stabilita silikonů nepřekonatelná.

Diestery neboli estery dibazických kyselin byly vyvinuty během druhé světové války a jsou reakčním produktem alkoholů s dlouhým řetězcem a karboxylových kyselin. Historicky byly účinné jako maziva pro pístové kompresory díky své nízké tendenci ke koksování při teplotách 400 °C a vyšších. Poskytují také vynikající rozpustnost a detergentnost. Agresivita diesterů vůči elastomerům, těsněním a hadicím omezila užitečnost těchto kapalin. Novější kapaliny, jako jsou polyestery, splňují potřeby mnoha aplikací, které dříve plnily diestery.

Polyestery nebo neopentylpoliestery z velké části nahradily diestery ve vysokoteplotních aplikacích, kde je rozhodující oxidační stabilita. Mezi běžné aplikace patří jejich použití jako maziv v leteckých motorech, vysokoteplotních plynových turbínách, hydraulických kapalinách a jako kapaliny pro výměnu tepla. Mohou být také použity jako základní směs s PAO, aby se zvýšila rozpustnost aditiv a snížila tendence PAO smršťovat a tvrdnout elastomery.

PAO jsou uhlovodíkové polymery vyráběné katalytickou oligomerizací lineárních alfa-olefinů, jako je alfa-decen. Jsou považovány za vysoce výkonná maziva a poskytují vysoký viskozitní index a hydrolytickou stabilitu. PAO se používají nejčastěji a jsou obecně levnější než jiná syntetická maziva. Používají se v motorových olejích pro osobní automobily a také v mnoha průmyslových mazivech.

Fosfátové estery jsou ceněny v aplikacích, kde je rozhodující bezpečnost a požární odolnost, což zahrnuje požárně odolné hydraulické kapaliny a letecké kapaliny. Vysoké body vzplanutí a hoření zvyšují jejich odolnost proti vznícení a díky nízkému spalnému teplu jsou vynikajícími samozhášecími kapalinami. Mají však několik slabých stránek, včetně nízké hydrolytické stability, která může vést k tvorbě agresivních kyselých vedlejších produktů. Při jejich používání je třeba dbát zvýšené opatrnosti, protože mohou také reagovat a degradovat řadu běžně používaných tmelů a nátěrových hmot.

Oleje PAG nabízejí kvalitní mazací vlastnosti, vysoký přirozený viskozitní index a dobrou teplotní stabilitu. Základové oleje PAG jsou k dispozici ve formě rozpustné i nerozpustné ve vodě a v široké škále viskozitních stupňů. Nabízejí nízkou těkavost při vysokých teplotách a lze je používat v prostředí s vysokými i nízkými teplotami. Běžně se používají jako kalicí kapaliny, kapaliny pro obrábění kovů, potravinářská maziva a jako maziva v hydraulických a kompresorových zařízeních. Ve vodě rozpustné oleje PAG jsou však nekompatibilní s ropnými oleji a při přechodu zařízení z uhlovodíkových olejů na oleje PAG je třeba dbát zvýšené opatrnosti.

Vývoj polyalkylenglykolu

Oleje PAG byly jedny z prvních syntetických maziv, které byly vyvinuty a uvedeny na trh. Byly vytvořeny na základě pověření amerického námořnictva v reakci na požáry hydraulické kapaliny na lodích v důsledku zásahů municí během druhé světové války. V roce 1942 a následujících 30 let začalo námořnictvo používat výhradně hydraulické kapaliny na bázi vodního glykolu PAG, které byly odolné proti ohni a mohly pracovat v širokém rozsahu teplot. Později se oleje PAG začaly hojně používat jako textilní maziva a jako kalicí prostředky při tepelném zpracování kovů.

Oleje PAG se klasifikují podle hmotnostního procentuálního složení oxypropylenových a oxyethylenových jednotek v polymerním řetězci. Oleje PAG se 100 % hmotnostních oxypropylenových skupin jsou nerozpustné ve vodě, zatímco oleje s 50 až 75 % hmotnostních oxyethylenových skupin jsou při teplotách okolí rozpustné ve vodě.

Ačkoli se oleje PAG již dlouho používají jako průmyslová maziva, nedávné práce vedly k vývoji maziv PAG pro použití v zařízeních v potravinářském průmyslu. Tyto výrobky jsou známy jako maziva schválená pro potravinářské účely.

V těchto aplikacích nabízejí vynikající mazací vlastnosti, zvýšenou oxidační stabilitu, vysoký viskozitní index (180 až 280) a nízký bod tuhnutí. Jsou jednou z mála syntetických látek uvedených v nařízení FDA o potravinářských aditivech pro základní maziva pro potravinářské účely, 21 CFR § 178.3570, pro použití v průmyslových strojích, kde může dojít k náhodnému kontaktu maziva s potravinami.

PAG Oil Applications and Benefits

Vzhledem k vlastnostem, které tvoří maziva PAG, jsou jedinečně vhodná pro řadu průmyslových a výrobních aplikací. Jejich rozpustnost ve vodě umožňuje snadné čištění zařízení. Maziva PAG nabízejí vysoké viskozitní indexy a jsou stabilní ve smyku.

Oleje PAG jsou také ceněny pro svou nízkou těkavost při vysokoteplotních aplikacích a pro odolnost vůči tvorbě zbytků a usazenin. Díky své biologické odbouratelnosti jsou ideální pro aplikace citlivé na životní prostředí.

Oleje PAG jsou nejznámější jako maziva pro kompresory. PAG jsou také mazivem volby při vysokotlaké kompresi zemního plynu a ethylenu, kde je viskozitní stabilita maziv na bázi uhlovodíků nepříznivě ovlivněna rozpustností plynu v kapalině.

V chladírenské kompresi se maziva typu PAG a polyolesterů používají téměř výhradně se současnou generací ekologických chladiv HFC, jako jsou R-134a a R-152a.

Dva největší američtí výrobci OEM vzduchových kompresorů používají maziva PAG jako standardní tovární náplň do rotačních šroubových vzduchových kompresorů již téměř 20 let. Nedávno začal třetí výrobce OEM kompresorů nabízet olej PAG jako volitelnou kapalinu.

Z laboratorního hlediska lze stav kapalin PAG poměrně snadno sledovat. Ve většině aplikací je s blížícím se koncem životnosti jedinou významnou změnou zvýšení čísla kyselosti (AN) v důsledku oxidace kapaliny.

V závislosti na balíčku aditiv mají čerstvé oleje PAG obvykle AN 0,1 až 0,5 mg KOH/g. Zvýšení o 1,0 oproti nové specifikaci kapaliny je dobrou odsuzující hranicí.

Viskozita zůstává poměrně stabilní, a to i v posledních fázích životnosti kapaliny. Limity pro vodu mohou být pro oleje PAG stanoveny vyšší než pro uhlovodíkové kapaliny, protože jsou vůči vodě tolerantnější než jiné typy kapalin. Dokonce i “ve vodě nerozpustný” olej PAG snese až 0,7 % znečištění vodou, než umožní existenci volné vody v kapalině.

Oleje PAG jsou také užitečné v průmyslových zařízeních pracujících celoročně bez sezónních změn. Díky svým vynikajícím vlastnostem při přenosu tepla a tepelné a oxidační stabilitě jsou ideální pro použití jako kapaliny pro přenos tepla ve velkých otevřených ventilačních systémech a jako procesní kapaliny při výrobě plastů, elastomerů, závitů nebo hotových dílů, kde je důležitá kompatibilita kapaliny se zpracovávaným dílem.

Výroba textilních vláken je dalším odvětvím, které těží z použití olejů PAG. Tato maziva nezanechávají skvrny ani neodbarvují vlákna a jsou snadno odstranitelná během procesu drhnutí. Oleje PAG jsou také mazivem volby pro mnoho vysokorychlostních a vysokoteplotních procesů výroby vláken, kde je vyžadována smyková stabilita. Kromě toho se často používají jako maziva v textilních výrobních zařízeních jako maziva pro extrémně vysokotlaké převody.

Obnovený důraz na úsporu energie zvýšil zájem o energeticky účinná maziva pro převody. Například extrémní nároky na mazání ozubených kol ve větrných turbínách splňují oleje PAG.

Nízké rychlosti a vysoké povrchové zatížení ozubených kol v těchto zařízeních vedly u konvenčních uhlovodíkových olejů k problémům s mikropittingem, které byly překonány použitím kapalin na bázi PAG. V jiných aplikacích převodovek, zejména u šnekových převodů, vede přirozeně nízký koeficient tření, který se vyskytuje u kapalin PAG, k úsporám energie, nižším teplotám a nižšímu opotřebení.

Všestrannost splňuje výkon

Po více než 60 let představují syntetická maziva životaschopnou alternativu k tradičním uhlovodíkovým mazivům. Každý typ plní jedinečnou úlohu, přičemž oleje PAG fungují jak v prostředí s vysokými, tak nízkými teplotami, v oblastech s extrémním tlakem a tam, kde je požadována rozpustnost ve vodě.

Polyalkylenglykol může být navržen tak, aby tvořil širokou škálu polymerů. Konstrukci polymeru lze přizpůsobit aplikaci maziva tak, aby poskytoval například požadovanou viskozitu, bod tuhnutí, rozpustnost a další vlastnosti.

Tato všestrannost a aplikace, ve kterých se používají, ukazují, že oleje PAG tvoří přibližně 24 % celého trhu syntetických maziv. Nízké body tuhnutí, široký rozsah viskozit, odolnost proti tvorbě laků, zvýšená rozpustnost a široký rozsah rozpustnosti – to vše přispívá k pověsti maziv PAG jako vysoce výkonných syntetických maziv na trhu.

S pokračujícím důrazem na ekologicky přijatelná maziva v průmyslu budou tyto vlastnosti i nadále posouvat oleje PAG do popředí syntetického trhu.

.