A polialkilénglikol és a poliglikol kifejezéseket felváltva használják. Ezek a folyadékok gyárthatók vízben oldódó vagy vízben nem oldódó (olajban oldódó) formában. A legelterjedtebbek a vízben oldódó folyadékok, és így igen eltérő tulajdonságokkal rendelkezhetnek.

A poliglikolok mérsékelten polárisak, ami mérsékelt filmszilárdsági tulajdonságokkal ruházza fel őket. Nagyon magas viszkozitási indexük (180-280) és jó alacsony és magas hőmérsékleti képességük van.

Tisztán égnek el, nem hagynak maradványokat, és a magas hőmérsékletű láncok kenésére szolgáló szilárd kenőanyagok hordozóolajaként használják őket. Egyes változatok élelmiszeripari minőségűek és biológiailag lebomlóak. Használják őket kompresszorolajként forgócsavaros és dugattyús egységekben, csigahajtóműolajként, tűzálló kenőanyagként, fémmegmunkáló folyadékként és fékfolyadékként.

A vízben oldódó poliglikolok nem kompatibilisek az ásványi olajokkal, ezért külön kell kezelni és ártalmatlanítani őket. Nem keverhetők ásványi olajokkal. Az eredmény egy zselatinos, ragacsos rendetlenség lesz. Bár kiváló kenőanyagok, logisztikai problémát jelenthetnek az üzemekben. A festékekre és tömítésekre is lehetnek bizonyos negatív hatásaik, és nagyon drágák.

A vízben nem oldódó (olajban oldódó) poliglikolok valószínűleg egyre elterjedtebbek lesznek, és hőátadó folyadékként, magas hőmérsékletű csapágyolajként és csavaros hűtőkompresszorokban használják őket.

A kenőanyagokat évszázadok óta használják a mozgó alkatrészek súrlódásának és kopásának csökkentésére. 2005-ben 40 millió tonna kenőanyagot állítottak elő.

Míg a természetes ásványolaj alapú folyadékok képviselik a piaci kereslet nagy részét, a berendezések és gépek számos technológiai fejlődése nem lenne lehetséges a szintetikus kenőanyagok fejlesztései által kínált előnyök nélkül, amelyek jelenleg a piac mindössze két százalékát teszik ki.

Míg a polialfaolefinek (PAO-k) kielégítik ezen igények egy részét, egyre több alkalmazás igényel magasabb teljesítményigényt, vagy olyan egyedi specifikációkat, amelyeknek a hagyományos kenőanyagok nem felelnek meg.

A szintetikus kenőanyagok egyik legsokoldalúbb típusa a polialkilénglikol (PAG) kenőanyag. A PAG-okat általában kompresszorok kenőanyagaként ismerik, és az 1980-as évek óta az iparban egyre nagyobb mértékben használják őket. Az autóiparban és az ipari piacokon a növekvő teljesítménynormák ezeket az ágazatokat a növekedést ígérő területek közé sorolják.

Ez a cikk áttekintést nyújt a főbb szintetikus alapanyag-kémiákról, és mélyrehatóan elemzi a PAG-ok előnyeit és felhasználását.

Szintetikus kenőanyag-alapanyagok

A szintetikus kenőanyagok fejlesztése során hat fő alapanyagtípust használnak, amelyek mindegyike egyedi tulajdonságokkal és alkalmazásokkal rendelkezik.

A szilikonokat alacsony illékonyságuk, a legtöbb kémiai szennyeződéssel szembeni inertitásuk és hőstabilitásuk miatt értékelik szigorú alkalmazásokban, valamint alacsony hőmérsékletű környezetben nyújtott teljesítményük miatt.

Ezek a tulajdonságok miatt kiválóan alkalmasak hőátadó folyadékként, speciális zsíroldalakban és DOT 5 típusú autóipari fékfolyadékként való felhasználásra. A szilikonoknak azonban két korlátja van, amelyeket figyelembe kell venni a kenési alkalmazásokban.

Először is, nem használhatók belsőégésű motorok hengerének kenésére, mivel az égés mellékterméke a szilícium-dioxid.

Másodszor, a szélsőséges nyomásra vonatkozó teljesítményük korlátozott, és a szokásos szélsőséges nyomású adalékanyagok nem kompatibilisek velük. Megfelelő alkalmazásukban a szilikonok folyadékélettartama és hidrolitikus stabilitása felülmúlhatatlan.

A második világháború alatt kifejlesztett diesterek vagy dibázikus savészterek hosszú láncú alkoholok és karbonsavak reakciótermékei. Történelmileg hatékonyak voltak dugattyús kompresszorok kenőanyagaként, mivel 400°F vagy magasabb hőmérsékleten alacsony a kokszosodási hajlamuk. Kiváló oldó- és mosóhatást is biztosítanak. A diesterek elasztomerekkel, tömítésekkel és tömlőkkel szembeni agresszivitása korlátozta e folyadékok felhasználhatóságát. Az újabb folyadékok, mint például a poliolészterek, számos olyan alkalmazás igényeit elégítik ki, amelyeket korábban a diezterek töltöttek ki.

A poliolészterek vagy neopentil-poliészterek nagyrészt felváltották a dieztereket a magas hőmérsékletű alkalmazásokban, ahol az oxidatív stabilitás kritikus. Gyakori alkalmazások közé tartozik a kenőanyagként való felhasználásuk repülőgépmotorokban, magas hőmérsékletű gázturbinákban, hidraulikus folyadékokban és hőcserélő folyadékként. PAO-kkal együtt kevert alapanyagként is használhatók az adalékanyagok oldhatóságának javítására és a PAO-k elasztomerek zsugorodására és keményedésére való hajlamának csökkentésére.

A PAO-k lineáris alfa-olefinek, például alfa-dekén katalitikus oligomerizációjával előállított szénhidrogén-polimerek. Nagy teljesítményű kenőanyagoknak tekintik őket, és magas viszkozitási indexet és hidrolitikus stabilitást biztosítanak. A PAO-k a leggyakrabban használtak, és általában olcsóbbak, mint más szintetikus kenőanyagok. Használják őket személygépkocsik motorolajaiban, valamint számos ipari kenőanyag-alkalmazásban.

A foszfátésztereket olyan alkalmazásokban értékelik, ahol a biztonság és a tűzállóság kritikus szempontok, beleértve a tűzálló hidraulikus folyadékokat és a repülőgép-olajokat. Magas lobbanáspontjuk és tűzpontjuk növeli a gyulladással szembeni ellenállásukat, alacsony égéshőjük pedig kiváló önkioltó folyadékokká teszi őket. Ugyanakkor számos gyenge pontjuk van, köztük a gyenge hidrolitikus stabilitás, amely agresszív savas melléktermékek képződéséhez vezethet. Óvatosnak kell lenni a használatukkal, mert reakcióba léphetnek és lebonthatják a különféle általánosan használt tömítőanyagokat és festékeket is.

A PAG-olajok minőségi kenőképességet, magas természetes viszkozitási indexet és jó hőmérsékleti stabilitást kínálnak. A PAG alapfolyadékok vízben oldódó és oldhatatlan formában, valamint a viszkozitási fokozatok széles skáláján állnak rendelkezésre. Alacsony illékonyságot kínálnak magas hőmérsékletű alkalmazásokban, és magas és alacsony hőmérsékletű környezetben egyaránt használhatók. Gyakran használják őket oltóanyagként, fémmegmunkáló folyadékként, élelmiszeripari kenőanyagként, valamint hidraulikus és kompresszoros berendezésekben kenőanyagként. A vízben oldódó PAG-olajok azonban nem kompatibilisek a kőolajjal, ezért a berendezések szénhidrogén olajokról a PAG-olajokra való átállásakor óvatosan kell eljárni.

A polialkilén-glikol fejlődése

A PAG-olajok voltak az egyik első szintetikus kenőanyag, amelyeket kifejlesztettek és kereskedelmi forgalomba hoztak. Az amerikai haditengerészet megbízásából hozták létre őket, válaszul a II. világháború alatt a hajókon a lövedékek becsapódásából eredő hidraulikafolyadék-tüzekre. 1942-ben és a következő 30 évben a haditengerészet kizárólag PAG-alapú, vízglikolos hidraulikaolajokat kezdett használni, amelyek tűzállóak voltak és széles hőmérséklettartományban működtek. Később a PAG-olajokat széles körben kezdték használni textilipari kenőanyagként és a fémek hőkezelése során alkalmazott oltóanyagként.

A PAG-olajokat a polimerláncban lévő oxipropilén- és oxietilén-egységek tömegszázalékos összetétele alapján osztályozzák. A 100 tömegszázalékban oxipropiléncsoportokat tartalmazó PAG-olajok vízben nem oldódnak, míg az 50-75 tömegszázalékban oxietilént tartalmazóak környezeti hőmérsékleten vízben oldódnak.

Bár a PAG-olajokat régóta használják ipari kenőanyagként, a közelmúltban az élelmiszeriparban használt berendezésekben használható PAG-olajok kifejlesztéséhez vezettek. Ezeket a termékeket élelmiszer-minősített kenőanyagoknak nevezik.

Egy ilyen alkalmazásban kiváló kenőképességet, fokozott oxidatív stabilitást, magas viszkozitási indexet (180-280) és alacsony dermedéspontot kínálnak. Egyike azon kevés szintetikus anyagnak, amelyet az FDA élelmiszer-adalékanyagokra vonatkozó rendelete (21 CFR § 178.3570) az élelmiszer-minősített kenőanyag-alapanyagokra vonatkozóan azonosított az ipari gépekben való használatra, amikor a kenőanyaggal véletlenül érintkező élelmiszerek előfordulhatnak.

PAG-olaj alkalmazások és előnyök

A PAG kenőanyagokat alkotó tulajdonságaik miatt egyedülállóan alkalmasak számos ipari és gyártási alkalmazáshoz. Vízben való oldhatóságuk lehetővé teszi a berendezések könnyű tisztítását. A PAG kenőanyagok magas viszkozitási indexet kínálnak, és nyíróstabilak.

A PAG-olajokat a magas hőmérsékletű alkalmazásokban az alacsony illékonyságuk, valamint a maradványok és lerakódások kialakulásával szembeni ellenállásuk miatt is értékelik. Biológiai lebonthatóságuk miatt ideálisak a környezetre érzékeny alkalmazásokhoz.

A PAG-olajok leginkább kompresszorok kenőanyagaként ismertek. A PAG-olajok a nagynyomású földgáz és etilén sűrítésénél is a választott kenőanyag, ahol a szénhidrogén alapú kenőanyagok viszkozitási stabilitását a gáz folyadékban való oldhatósága hátrányosan befolyásolja.

A hűtőipari sűrítésben a PAG és a poliolészter típusú kenőanyagokat szinte kizárólag a környezetbarát HFC hűtőközegek jelenlegi generációjával, például az R-134a és az R-152a hűtőközegekkel használják.

A két legnagyobb amerikai légkompresszor-gyártó OEM közel 20 éve használja a PAG kenőanyagokat a forgódugattyús légkompresszorok standard gyári töltőanyagaként. Nemrégiben egy harmadik kompresszor-gyártó OEM elkezdte a PAG-olajat opcionális folyadékként kínálni.

Laboratóriumi szempontból a PAG-folyadékok állapota viszonylag könnyen ellenőrizhető. A legtöbb alkalmazásban a hasznos élettartam végének közeledtével az egyetlen jelentős változás a folyadék oxidációjából eredő savszám (AN) növekedése.

A friss PAG-olajok AN-értéke az adalékanyag-csomagtól függően általában 0,1-0,5 mg KOH/g. Az új folyadékspecifikációhoz képest 1,0-ás növekedés egy jó kárhoztató határérték.

A viszkozitás meglehetősen stabil marad, még a folyadék élettartamának utolsó szakaszában is. A vízhatárértékeket a PAG-olajok esetében magasabbra lehet állítani, mint a szénhidrogén folyadékok esetében, mivel ezek a folyadékok jobban tűrik a vizet, mint más folyadéktípusok. Még egy “vízben nem oldódó” PAG-olaj is elviseli a 0,7 százalékos vízszennyezést, mielőtt szabad víz jelenlétét engedné a folyadékban.

A PAG-olajok az egész évben szezonális változások nélkül működő ipari berendezésekben is hasznosak. Kiváló hőátadási tulajdonságaik, valamint hő- és oxidációs stabilitásuk miatt ideálisak hőátadó folyadékként nagy, nyitott szellőzőrendszerekben, valamint technológiai folyadékként a műanyagok, elasztomerek, szálak vagy gyártott alkatrészek gyártásában, ahol fontos a folyadék és a feldolgozott alkatrész kompatibilitása.

A textilszálgyártás egy másik iparág, amely profitál a PAG-olajok használatából. Ezek a kenőanyagok nem foltozzák vagy színezik el a szálakat, és könnyen eltávolíthatók a súrolási folyamat során. A PAG-olajok számos nagysebességű, magas hőmérsékletű szálfeldolgozási eljárásnál is a választott kenőanyag, ahol a nyírási stabilitás követelmény. Ezenkívül gyakran használják őket kenőanyagként textilgyártó berendezésekben extrém nyomású fogaskerekek kenőanyagaként.

Az energiatakarékosság újbóli hangsúlyozása megnövelte az érdeklődést az energiatakarékos fogaskerekek kenőanyagai iránt. Például a szélturbinákban a fogaskerekek kenésével szemben támasztott extrém igényeket PAG-olajokkal elégítik ki.

Az alacsony sebességek és a fogaskerekek nagy felületi terhelése ezekben az egységekben a hagyományos szénhidrogén-olajok esetében mikropitting-problémákat eredményezett, amelyeket a PAG-alapú folyadékokkal sikerült megoldani. Más sebességváltó alkalmazásokban, különösen a csigahajtóműveknél, a PAG-folyadékokban található természetes alacsony súrlódási együttható energiamegtakarítást, alacsonyabb hőmérsékletet és alacsonyabb kopási arányt eredményez.

A sokoldalúság találkozik a teljesítménnyel

A szintetikus kenőanyagok több mint 60 éve életképes alternatívát jelentenek a hagyományos szénhidrogén kenőanyagokkal szemben. Mindegyik típus egyedi szerepet tölt be, a PAG-olajok mind magas, mind alacsony hőmérsékletű környezetben, extrém nyomású területeken és ott, ahol a vízoldhatóság kívánatos.

A polialkilénglikol a polimerek széles skáláját alkothatja. A polimer kialakítása a kenőanyag alkalmazásához igazítható, hogy például a kívánt viszkozitást, dermedéspontot, oldhatóságot és egyéb tulajdonságokat biztosítsa.

Ez a sokoldalúság és az alkalmazások, amelyekben használják, azt mutatja, hogy a PAG-olajok a teljes szintetikus kenőanyagpiac mintegy 24 százalékát teszik ki. Az alacsony dermedéspont, a viszkozitások széles skálája, a lakkképződéssel szembeni ellenállás, a fokozott oldhatóság és a széles körű oldhatóság mind hozzájárulnak ahhoz, hogy a PAG kenőanyagok a piacon a nagy teljesítményű szintetikus kenőanyagok közé tartoznak.

Az iparban a környezetbarát kenőanyagok folyamatos hangsúlyozásával ezek a tulajdonságok továbbra is a szintetikus olajok piacának élvonalába fogják tolni a PAG olajokat.