Los términos polialquilenglicol y poliglicol se utilizan indistintamente. Estos fluidos pueden fabricarse para ser solubles en agua o insolubles en agua (solubles en aceite). Los más comunes son los fluidos solubles en agua, por lo que pueden tener algunas propiedades muy diferentes.

Los poliglicoles son moderadamente polares, lo que les confiere propiedades moderadas de resistencia de la película. Tienen un índice de viscosidad muy alto (180 a 280) y buenas capacidades a baja y alta temperatura.

Se queman limpiamente, sin dejar residuos, y se han utilizado como aceite portador de lubricantes sólidos para la lubricación de cadenas a alta temperatura. Algunas versiones son de grado alimentario y biodegradables. Se utilizan como aceites para compresores en unidades de tornillo rotativo y recíprocas, aceites para engranajes helicoidales, lubricantes resistentes al fuego, fluidos para trabajar el metal y como líquidos de frenos.

Los poliglicoles solubles en agua no son compatibles con los aceites minerales y, por tanto, deben manipularse y eliminarse por separado. No deben mezclarse con aceites minerales. El resultado es un desastre gelatinoso y pegajoso. Aunque son excelentes lubricantes, pueden suponer un problema logístico en las plantas. También pueden tener algunos efectos negativos sobre las pinturas y las juntas, y son muy caros.

Es probable que los poliglicoles insolubles en agua (solubles en aceite) sean cada vez más comunes y se utilicen como fluidos de transferencia de calor, aceites para rodamientos de alta temperatura y en compresores de refrigeración de tipo tornillo.

Durante siglos, los lubricantes se han utilizado como una forma de reducir la fricción y el desgaste de las piezas móviles. En 2005, se produjeron 40 millones de toneladas de lubricantes.

Aunque los fluidos naturales a base de aceites minerales representan la mayor parte de la demanda del mercado, muchos avances tecnológicos en equipos y maquinaria no serían posibles sin las ventajas que ofrecen las mejoras en los lubricantes sintéticos, que actualmente representan sólo el dos por ciento del mercado.

Aunque las polialfaolefinas (PAO) cubren algunas de estas necesidades, un número creciente de aplicaciones exigen mayores requisitos de rendimiento o requieren especificaciones únicas que no cumplen los lubricantes tradicionales.

Uno de los tipos más versátiles de sintéticos son los lubricantes de polialquilenglicol (PAG). Los PAG se conocen generalmente como lubricantes para compresores, y su uso en la industria ha aumentado desde la década de 1980. El aumento de las normas de rendimiento en los mercados de la automoción y la industria sitúan a estos sectores como áreas prometedoras para el crecimiento.

Este artículo ofrece una visión general de las principales químicas de las bases sintéticas y un análisis en profundidad de los beneficios y usos de los PAG.

Bases sintéticas para lubricantes

Hay seis tipos principales de bases utilizadas en el desarrollo de lubricantes sintéticos, y cada una ofrece su propio conjunto de propiedades y aplicaciones únicas.

Las siliconas son valoradas por su baja volatilidad, su inercia a la mayoría de los contaminantes químicos y su estabilidad térmica en aplicaciones severas, así como por su rendimiento en entornos de baja temperatura.

Estas cualidades las convierten en un excelente candidato para su uso como fluidos de transferencia de calor, aplicaciones de grasas especiales y fluidos de frenos para automóviles DOT Tipo 5. Sin embargo, hay dos limitaciones de las siliconas que deben tenerse en cuenta para las aplicaciones de lubricación.

Nueva llamada a la acción

En primer lugar, no pueden utilizarse en la lubricación de los cilindros de los motores de combustión interna porque el subproducto de la combustión es el dióxido de silicio.

En segundo lugar, el rendimiento a presión extrema es limitado, y los aditivos de presión extrema comunes son incompatibles con ellas. En sus aplicaciones adecuadas, la vida útil de los fluidos y la estabilidad hidrolítica de las siliconas son insuperables.

Los diésteres, o ésteres de ácidos dibásicos, se desarrollaron durante la Segunda Guerra Mundial y son el producto de la reacción de alcoholes de cadena larga y ácidos carboxílicos. Históricamente, han sido eficaces como lubricantes de compresores alternativos debido a su baja tendencia a la coquización a temperaturas de 400°F o superiores. También proporcionan una excelente solvencia y detergencia. La agresividad de los diésteres hacia los elastómeros, juntas y mangueras ha limitado la utilidad de estos fluidos. Los fluidos más nuevos, como los poliésteres, satisfacen las necesidades de muchas aplicaciones que antes cubrían los diésteres.

Los poliésteres, o poliésteres de neopentilo, han sustituido en gran medida a los diésteres en aplicaciones de alta temperatura en las que la estabilidad oxidativa es crítica. Las aplicaciones comunes incluyen su uso como lubricantes en motores de aviones, turbinas de gas de alta temperatura, fluidos hidráulicos y como fluidos de intercambio de calor. También pueden utilizarse como materia prima mezclada con PAOs para mejorar la solubilidad de los aditivos y reducir la tendencia de los PAOs a encoger y endurecer los elastómeros.

Los PAOs son polímeros de hidrocarburos fabricados por la oligomerización catalítica de olefinas lineales como el alfa-deceno. Se consideran lubricantes de alto rendimiento y proporcionan un alto índice de viscosidad y estabilidad hidrolítica. Los PAO son los más utilizados y suelen ser más baratos que otros lubricantes sintéticos. Se han utilizado en aceites de motor para turismos, así como en numerosas aplicaciones de lubricantes industriales.

Los ésteres de fosfato se valoran en aplicaciones en las que la seguridad y la resistencia al fuego son consideraciones críticas, entre las que se incluyen los fluidos hidráulicos resistentes al fuego y los fluidos para aviones. Sus elevados puntos de inflamación y fuego mejoran su resistencia a la ignición, y su bajo calor de combustión los convierte en excelentes fluidos autoextinguibles. Sin embargo, tienen varios puntos débiles, como la escasa estabilidad hidrolítica, que puede dar lugar a la formación de subproductos ácidos agresivos. Hay que tener cuidado al utilizarlos porque también pueden reaccionar y degradar una variedad de selladores y pinturas de uso común.

Los aceites PAG ofrecen una lubricidad de calidad, un alto índice de viscosidad natural y una buena estabilidad térmica. Los fluidos base PAG están disponibles tanto en forma soluble como insoluble en agua, y en una amplia gama de grados de viscosidad. Ofrecen una baja volatilidad en aplicaciones de alta temperatura y pueden utilizarse en entornos de alta y baja temperatura. Se utilizan habitualmente como agentes de enfriamiento, fluidos para trabajar el metal, lubricantes de uso alimentario y como lubricantes en equipos hidráulicos y compresores. Sin embargo, los aceites PAG solubles en agua son incompatibles con el aceite de petróleo, y hay que tener cuidado en la transición de los equipos de los aceites de hidrocarburos a los aceites PAG.

El desarrollo del polialquilenglicol

Los aceites PAG fueron uno de los primeros lubricantes sintéticos que se desarrollaron y comercializaron. Fueron creados por mandato de la Marina de los Estados Unidos en respuesta a los incendios de fluidos hidráulicos en los barcos como consecuencia de los ataques de artillería durante la Segunda Guerra Mundial. En 1942, y durante los siguientes 30 años, la Marina empezó a utilizar exclusivamente fluidos hidráulicos a base de agua y glicol PAG, que eran resistentes al fuego y podían funcionar en un amplio rango de temperaturas. Más tarde, los aceites PAG empezaron a utilizarse ampliamente como lubricantes textiles y como agentes de enfriamiento en el tratamiento térmico de metales.

Los aceites PAG se clasifican según su composición porcentual en peso de unidades de oxipropileno frente a unidades de oxietileno en la cadena polimérica. Los aceites PAG con un 100 por ciento de peso de grupos de oxipropileno son insolubles en agua; mientras que los que tienen entre un 50 y un 75 por ciento de peso de oxietileno son solubles en agua a temperatura ambiente.

Aunque los aceites PAG se han utilizado durante mucho tiempo como lubricantes industriales, trabajos recientes han llevado al desarrollo de lubricantes PAG para su uso en equipos de la industria alimentaria. Estos productos se conocen como lubricantes aprobados para uso alimentario.

En estas aplicaciones, ofrecen una excelente lubricidad, una mayor estabilidad oxidativa, un alto índice de viscosidad (180 a 280) y bajos puntos de fluidez. Son una de las pocas sustancias sintéticas identificadas en la normativa sobre aditivos alimentarios de la FDA para las bases lubricantes de grado alimentario, 21 CFR § 178.3570, para su uso en maquinaria industrial cuando pueda producirse un contacto fortuito de los alimentos con un lubricante.

Aplicaciones y ventajas del aceite PAG

Debido a las propiedades que componen los lubricantes PAG, son especialmente adecuados para una serie de aplicaciones industriales y de fabricación. Su solubilidad en agua permite una fácil limpieza de los equipos. Los lubricantes PAG ofrecen altos índices de viscosidad y son estables al cizallamiento.

Los aceites PAG también son valorados por su baja volatilidad en aplicaciones de alta temperatura y por su resistencia a la formación de residuos y depósitos. Su biodegradabilidad los hace ideales para aplicaciones sensibles al medio ambiente.

Los aceites PAG son más conocidos como lubricantes para compresores. Los PAG son también el lubricante de elección en la compresión de gas natural y etileno a alta presión, donde la estabilidad de la viscosidad de los lubricantes basados en hidrocarburos se ve afectada negativamente debido a la solubilidad del gas en el fluido.

En la compresión de refrigeración, los lubricantes PAG y de tipo éster de poliol se utilizan casi exclusivamente con la actual generación de refrigerantes HFC respetuosos con el medio ambiente, como el R-134a y el R-152a.

Los dos mayores fabricantes de compresores de aire de Estados Unidos han utilizado lubricantes PAG como relleno estándar de fábrica en los compresores de aire de tornillo rotativo durante casi 20 años. Más recientemente, un tercer fabricante de compresores ha empezado a ofrecer aceite PAG como fluido opcional.

Desde la perspectiva del laboratorio, el estado de los fluidos PAG es relativamente fácil de controlar. En la mayoría de las aplicaciones, a medida que se acerca el final de la vida útil, el único cambio significativo es el aumento del índice de acidez (AN) debido a la oxidación del fluido.

Dependiendo del paquete de aditivos, los aceites PAG frescos suelen tener un AN de 0,1 a 0,5 mg KOH/g. Un aumento de 1,0 respecto a la nueva especificación del fluido es un buen límite condenatorio.

La viscosidad permanece bastante estable, incluso durante las últimas etapas de la vida del fluido. Los límites de agua pueden establecerse más altos para los aceites PAG que para los fluidos de hidrocarburos porque son más tolerantes al agua que otros tipos de fluidos. Incluso un aceite PAG “insoluble en agua” tolerará hasta un 0,7% de contaminación por agua antes de permitir la existencia de agua libre en el fluido.

Los aceites PAG también son útiles en equipos industriales que funcionan todo el año sin cambios estacionales. Sus características superiores de transferencia de calor y su estabilidad térmica y de oxidación los hacen ideales para su uso como fluidos de transferencia de calor en grandes sistemas de ventilación abierta y para fluidos de proceso en la producción de plásticos, elastómeros, hilos o piezas fabricadas donde la compatibilidad del fluido con la pieza procesada es importante.

La producción de fibras textiles es otra industria que se beneficia del uso de aceites PAG. Estos lubricantes no manchan ni decoloran las fibras, y se eliminan fácilmente durante el proceso de lavado. Los aceites PAG son también el lubricante preferido para muchos procesos de fibras de alta velocidad y alta temperatura en los que la estabilidad al cizallamiento es un requisito. Además, se utilizan a menudo como lubricantes en equipos de fabricación textil como lubricantes de engranajes de presión extrema.

Un renovado énfasis en la conservación de la energía ha aumentado el interés por los lubricantes de engranajes de bajo consumo. Por ejemplo, las exigencias extremas de la lubricación de engranajes en las turbinas eólicas se están satisfaciendo con aceites PAG.

Las bajas velocidades y las altas cargas superficiales en los engranajes de estas unidades han dado lugar a problemas de micropitting con los aceites de hidrocarburos convencionales que se han superado con fluidos basados en PAG. En otras aplicaciones de la caja de cambios, especialmente en los engranajes helicoidales, el bajo coeficiente de fricción natural de los fluidos PAG se traduce en un ahorro de energía, temperaturas más bajas y menores índices de desgaste.

La versatilidad se une al rendimiento

Durante más de 60 años, los lubricantes sintéticos han proporcionado una alternativa viable a los lubricantes de hidrocarburos tradicionales. Cada tipo cumple funciones únicas, y los aceites PAG rinden tanto en entornos de alta como de baja temperatura, en zonas de presión extrema y donde se desea la solubilidad del agua.

El polialquilenglicol puede diseñarse para formar una amplia variedad de polímeros. El diseño del polímero puede adaptarse a la aplicación del lubricante para proporcionar, por ejemplo, la viscosidad, el punto de fluidez, la solubilidad y otros atributos deseados.

Esta versatilidad y las aplicaciones en las que se utilizan muestran que los aceites PAG representan alrededor del 24 por ciento de todo el mercado de lubricantes sintéticos. Los bajos puntos de fluidez, la amplia gama de viscosidades, la resistencia a la formación de barnices, la mayor solvencia y la amplia gama de solubilidad contribuyen a la reputación de los lubricantes PAG como lubricantes sintéticos de alto rendimiento en el mercado.

Con el continuo énfasis en los lubricantes aceptables para el medio ambiente en la industria, estas cualidades seguirán empujando a los aceites PAG a la vanguardia del mercado sintético.