Tegnene polyalkylenglycol og polyglycol bruges i flæng. Disse væsker kan fremstilles til at være enten vandopløselige eller vanduopløselige (olieopløselige). De mest almindelige er de vandopløselige væsker, og de kan derfor have nogle meget forskellige egenskaber.

Polyglykoler er moderat polære, hvilket giver dem moderate filmstyrkeegenskaber. De har et meget højt viskositetsindeks (180 til 280) og gode egenskaber ved lave og høje temperaturer.

De brænder rent af og efterlader ingen rester, og de er blevet anvendt som bæreolie til faste smøremidler til kædesmøring ved høje temperaturer. Nogle versioner er fødevaregodkendt og bionedbrydelige. De anvendes som kompressorolier i roterende skrue- og frem- og tilbagegående enheder, sneglegearolier, brandsikre smøremidler, metalbearbejdningsvæsker og som bremsevæsker.

Vandopløselige polyglykoler er ikke forenelige med mineralolier og skal derfor håndteres og bortskaffes separat. De bør ikke blandes med mineralolier. Resultatet er et geléagtigt, klæbrigt rod. Selv om de er fremragende smøremidler, kan de udgøre et logistisk problem i anlæg. De kan også have nogle negative virkninger på maling og tætninger, og de er meget dyre.

Vanduopløselige (olieopløselige) polyglykoler vil sandsynligvis blive mere almindelige og anvendes som varmeoverførselsvæsker, højtemperaturlejeolier og i kølekompressorer af skruetypen.

I århundreder har smøremidler været anvendt som en måde at reducere friktion og slid på bevægelige dele. I 2005 blev der produceret 40 millioner tons smøremidler.

Selv om naturlige mineraloliebaserede væsker udgør størstedelen af efterspørgslen på markedet, ville mange teknologiske fremskridt inden for udstyr og maskiner ikke være mulige uden de fordele, der tilbydes af forbedringer af syntetiske smøremidler, som i øjeblikket kun udgør to procent af markedet.

Mens polyalphaolefiner (PAO’er) opfylder nogle af disse behov, stiller et stigende antal applikationer højere krav til ydeevne eller kræver unikke specifikationer, som ikke opfyldes af traditionelle smøremidler.

En af de mest alsidige typer af syntetiske er polyalkylenglycol (PAG)-smøremidler. PAG’er er generelt kendt som kompressorsmøremidler, og deres anvendelse i industrien er steget siden 1980’erne. Stigende præstationsstandarder på bil- og industrimarkederne peger på, at disse sektorer er områder, der er lovende for vækst.

Denne artikel giver en oversigt over de vigtigste syntetiske basismaterialer og en dybdegående analyse af fordelene og anvendelserne af PAG’er.

Syntetiske smøremiddelbasismaterialer

Der er seks store basismaterialetyper, der anvendes i udviklingen af syntetiske smøremidler, og hver type tilbyder sit eget sæt af unikke egenskaber og anvendelser.

Silikoner er værdsat for deres lave flygtighed, inerthed over for de fleste kemiske forureninger og termiske stabilitet i svære anvendelser samt deres ydeevne i lavtemperaturmiljøer.

Disse egenskaber gør dem til en fremragende kandidat til brug som varmeoverførselsvæsker, specialfedtanvendelser og DOT type 5 bremsevæsker til biler. Der er dog to begrænsninger ved silikoner, som skal tages i betragtning til smøreapplikationer.

For det første kan de ikke anvendes til cylindersmøring af forbrændingsmotorer, fordi forbrændingsbiproduktet er siliciumdioxid.

For det andet er ydeevnen ved ekstremt tryk begrænset, og almindelige ekstremt tryktilsætningsstoffer er uforenelige med dem. I deres rette anvendelsesformål er silikoners væskelevetid og hydrolytiske stabilitet uovertruffen.

Diestere, eller dibasiske syreestere, blev udviklet under Anden Verdenskrig og er et reaktionsprodukt af langkædede alkoholer og carboxylsyrer. Historisk set har de været effektive som smøremidler til frem- og tilbagegående kompressorer på grund af deres lave koksdannelsetendens ved temperaturer på 400°F eller højere. De har også en fremragende opløselighed og vaskeevne. Diesternes aggressivitet over for elastomere, tætninger og slanger har begrænset disse væskers anvendelighed. Nyere væsker, såsom polyolestere, opfylder behovene i mange anvendelser, som tidligere blev udfyldt af diestere.

Polyolestere, eller neopentylpolyestere, har i vid udstrækning erstattet diestere i anvendelser ved høje temperaturer, hvor oxidationsstabilitet er kritisk. Almindelige anvendelser omfatter deres anvendelse som smøremidler i flymotorer, gasturbiner ved høje temperaturer, hydrauliske væsker og som varmevekslingsvæske. De kan også anvendes som blandet grundmateriale sammen med PAO’er for at forbedre additivets opløselighed og reducere PAO’ernes tendens til at krympe og hærde elastomerer.

PAO’er er kulbrintepolymerer fremstillet ved katalytisk oligomerisering af lineære alfaolefiner som alfa-decene. De anses for at være højtydende smøremidler og giver et højt viskositetsindeks og hydrolytisk stabilitet. PAO’er er de mest almindeligt anvendte og er generelt billigere end andre syntetiske smøremidler. De er blevet anvendt i motorolier til personbiler samt i mange industrielle smøremidler.

Phosphatestere er værdsat i anvendelser, hvor sikkerhed og brandmodstand er kritiske overvejelser, hvilket omfatter brandsikre hydraulikvæsker og flyvemaskinervæsker. Høje flammepunkter og brandpunkter øger deres modstandsdygtighed over for antændelse, og deres lave forbrændingsvarme gør dem til fremragende selvslukkende væsker. De har dog flere svagheder, herunder dårlig hydrolytisk stabilitet, hvilket kan føre til dannelse af aggressive sure biprodukter. Man skal være forsigtig, når de anvendes, fordi de også kan reagere og nedbryde en række almindeligt anvendte fugemasser og maling.

PAG-olier tilbyder smøreevne af høj kvalitet, højt naturligt viskositetsindeks og god temperaturstabilitet. PAG-baseolier fås både i vandopløselig og uopløselig form og i en lang række viskositetsklasser. De har lav flygtighed ved høje temperaturer og kan anvendes i miljøer med høje og lave temperaturer. De anvendes almindeligvis som slukningsmidler, metalbearbejdningsvæsker, smøremidler af fødevarekvalitet og som smøremidler i hydraulisk udstyr og kompressorer. De vandopløselige PAG-olier er dog uforenelige med olieolie, og der skal udvises forsigtighed ved overgang fra kulbrinteolier til PAG-olier.

Udviklingen af polyalkylenglycol

PAG-olier var et af de første syntetiske smøremidler, der blev udviklet og markedsført. De blev udviklet på mandat fra den amerikanske flåde som reaktion på brande af hydrauliske væsker på skibe som følge af ammunitionsangreb under Anden Verdenskrig. I 1942 og i de næste 30 år begyndte flåden udelukkende at anvende PAG-baserede vandglykolhydraulikvæsker, der var brandsikre og kunne fungere over et bredt temperaturområde. Senere begyndte PAG-olier at få omfattende anvendelse som smøremidler til tekstiler og som slukningsmidler ved varmebehandling af metal.

PAG-olier klassificeres efter deres vægtprocentsammensætning af oxypropylen- kontra oxyethylen-enheder i polymerkæden. PAG-olier med 100 vægtprocent oxypropylengrupper er uopløselige i vand, mens PAG-olier med 50 til 75 vægtprocent oxyethylen er vandopløselige ved omgivelsestemperaturer.

Selv om PAG-olier længe har været anvendt som industrielle smøremidler, har nyere arbejde ført til udvikling af PAG-smøremidler til brug i udstyr i fødevareindustrien. Disse produkter er kendt som fødevaregodkendte smøremidler.

I disse anvendelser giver de fremragende smøreevne, øget oxidativ stabilitet, et højt viskositetsindeks (180 til 280) og et lavt pourpoint. De er et af de få syntetiske stoffer, der er identificeret i FDA’s forordning om fødevaretilsætningsstoffer til grundstoffer til smøremidler af fødevarekvalitet, 21 CFR § 178.3570, til brug i industrimaskiner, når der kan forekomme tilfældig fødevarekontakt med et smøremiddel.

PAG-olie Anvendelser og fordele

På grund af de egenskaber, der kendetegner PAG-smøremidler, er de unikt velegnede til en række industrielle og produktionsmæssige anvendelser. Deres vandopløselighed giver mulighed for nem rengøring af udstyr. PAG-smøremidler har et højt viskositetsindeks og er shear-stabile.

PAG-olier er også værdsat for deres lave flygtighed ved høje temperaturer og for deres modstandsdygtighed over for dannelse af rester og aflejringer. Deres bionedbrydelighed gør dem ideelle til miljøfølsomme anvendelser.

PAG-olier er bedst kendt som kompressorsmøremidler. PAG-olier er også det foretrukne smøremiddel til højtryks-komprimering af naturgas og ethylen, hvor viskositetsstabiliteten af kulbrintebaserede smøremidler påvirkes negativt på grund af gassens opløselighed i væsken.

I kølekompression anvendes smøremidler af PAG- og polyolestertypen næsten udelukkende med den nuværende generation af miljøvenlige HFC-kølemidler som R-134a og R-152a.

De to største amerikanske producenter af luftkompressorer har i næsten 20 år anvendt PAG-smøremidler som standardfyldning på fabrikken i skrueluftkompressorer. For nylig er en tredje OEM-producent af kompressorer begyndt at tilbyde PAG-olie som valgfri væske.

Fra laboratorieperspektivet er det relativt let at overvåge PAG-væskernes tilstand. I de fleste anvendelser er den eneste væsentlige ændring, efterhånden som slutningen af levetiden nærmer sig, stigningen i syretal (AN) fra oxidation af væsken.

Afhængigt af additivpakken vil friske PAG-olier typisk have et AN på 0,1 til 0,5 mg KOH/g. En stigning på 1,0 i forhold til den nye væskespecifikation er en god fordømmelsesgrænse.

Viskositeten forbliver ret stabil, selv i de sidste faser af væskens levetid. Vandgrænserne kan sættes højere for PAG-olier end for kulbrintevæsker, fordi de er mere vandtolerante end andre væsketyper. Selv en “vanduopløselig” PAG-olie kan tåle op til 0,7 % vandforurening, før der kan forekomme frit vand i væsken.

PAG-olier er også nyttige i industrielt udstyr, der fungerer året rundt uden sæsonbetingede ændringer. Deres overlegne varmeoverførselsegenskaber og termiske og oxidationsstabilitet gør dem ideelle til brug som varmeoverførselsvæsker i store, åbne ventilerede systemer og til procesvæsker i produktionen af plast, elastomerer, tråde eller fabrikerede dele, hvor væskens kompatibilitet med den forarbejdede del er vigtig.

Tekstilfiberproduktion er en anden industri, der drager fordel af brugen af PAG-olier. Disse smøremidler pletter eller misfarver ikke fibrene og fjernes let under skureprocessen. PAG-olier er også det foretrukne smøremiddel til mange højhastigheds- og højtemperaturfiberprocesser, hvor forskydningsstabilitet er et krav. Desuden anvendes de ofte som smøremidler i udstyr til tekstilfremstilling som gearsmøremidler til ekstremt tryk.

En fornyet fokus på energibesparelser har øget interessen for energieffektive gearsmøremidler. F.eks. opfyldes de ekstreme krav til tandhjulssmøring i vindmøller med PAG-olier.

De lave hastigheder og høje overfladebelastninger på tandhjulene i disse enheder har resulteret i mikropitting-problemer med konventionelle kulbrinteolier, som er blevet overvundet med PAG-baserede væsker. I andre gearkasseapplikationer, især sneglehjul, resulterer den naturligt lave friktionskoefficient, der findes i PAG-olier, i energibesparelser, lavere temperaturer og lavere slidhastigheder.

Versatilitet møder ydeevne

I mere end 60 år har syntetiske smøremidler udgjort et levedygtigt alternativ til traditionelle kulbrintebaserede smøremidler. Hver type tjener unikke roller, idet PAG-olier fungerer i både høj- og lavtemperaturmiljøer, i områder med ekstremt tryk og hvor vandopløselighed er ønsket.

Polyalkylenglycol kan designes til at danne en lang række forskellige polymerer. Polymerens design kan skræddersys til smøremiddelanvendelsen for at give f.eks. den ønskede viskositet, pourpoint, opløselighed og andre egenskaber.

Denne alsidighed og de anvendelser, hvor de anvendes, viser, at PAG-olier tegner sig for ca. 24 % af hele markedet for syntetiske smøremidler. Lavt pourpoint, et bredt udvalg af viskositeter, modstandsdygtighed over for fernisdannelse, øget opløselighed og et bredt udvalg af opløselighed bidrager alle til PAG-smøremidlers ry som et højtydende syntetisk smøremiddel på markedet.

Med fortsat vægt på miljømæssigt acceptable smøremidler i industrien vil disse kvaliteter fortsat skubbe PAG-olier frem i forreste række på det syntetiske marked.