Pojęcia glikol polialkilenowy i poliglikol są stosowane zamiennie. Płyny te mogą być produkowane jako rozpuszczalne w wodzie lub nierozpuszczalne w wodzie (rozpuszczalne w oleju). Najbardziej powszechne są płyny rozpuszczalne w wodzie, a zatem mogą mieć bardzo różne właściwości.

Poliglikole są umiarkowanie polarne, co nadaje im umiarkowane właściwości wytrzymałości filmu. Mają bardzo wysoki wskaźnik lepkości (180 do 280) i dobrą zdolność do pracy w niskich i wysokich temperaturach.

Palą się czysto, nie pozostawiając żadnych pozostałości i były używane jako olej nośny dla smarów stałych do smarowania łańcuchów w wysokich temperaturach. Niektóre wersje są dopuszczone do kontaktu z żywnością i ulegają biodegradacji. Są one stosowane jako oleje sprężarkowe w urządzeniach śrubowych i tłokowych, oleje do przekładni ślimakowych, smary ognioodporne, płyny do obróbki metali oraz jako płyny hamulcowe.

Poliglikole rozpuszczalne w wodzie nie są kompatybilne z olejami mineralnymi i dlatego muszą być traktowane i utylizowane oddzielnie. Nie należy ich mieszać z olejami mineralnymi. W rezultacie powstaje galaretowaty, lepki bałagan. Chociaż są one doskonałymi środkami smarnymi, mogą stanowić problem logistyczny w zakładach. Mogą również mieć pewne negatywne skutki dla farb i uszczelek, a ponadto są bardzo drogie.

Nierozpuszczalne w wodzie (rozpuszczalne w oleju) poliglikole prawdopodobnie staną się bardziej powszechne i są stosowane jako ciecze do wymiany ciepła, oleje do łożysk wysokotemperaturowych oraz w śrubowych sprężarkach chłodniczych.

Od wieków smary są wykorzystywane jako sposób na zmniejszenie tarcia i zużycia ruchomych części. W 2005 roku wyprodukowano 40 milionów ton środków smarnych.

Chociaż naturalne płyny na bazie olejów mineralnych stanowią większość zapotrzebowania rynku, wiele postępów technologicznych w sprzęcie i maszynach nie byłoby możliwych bez korzyści oferowanych przez ulepszenia w syntetycznych środkach smarnych, które obecnie stanowią tylko dwa procent rynku.

Jakkolwiek polialfaolefiny (PAO) zaspokajają niektóre z tych potrzeb, rosnąca liczba zastosowań stawia wyższe wymagania dotyczące wydajności lub wymaga unikalnych specyfikacji, których nie spełniają tradycyjne środki smarne.

Jednym z najbardziej wszechstronnych rodzajów syntetyków są środki smarne na bazie glikolu polialkilenowego (PAG). PAG są ogólnie znane jako środki smarne do sprężarek, a ich zastosowanie w przemyśle wzrosło od lat osiemdziesiątych. Rosnące standardy wydajności na rynkach motoryzacyjnym i przemysłowym stawiają te sektory jako obszary obiecujące wzrost.

Ten artykuł oferuje przegląd głównych chemikaliów syntetycznych baz olejowych oraz dogłębną analizę korzyści i zastosowań PAG.

Syntetyczne bazowe środki smarne

W trakcie opracowywania syntetycznych środków smarnych stosuje się sześć głównych typów baz olejowych, z których każdy oferuje własny zestaw unikalnych właściwości i zastosowań.

Silikony są cenione za niską lotność, obojętność na większość zanieczyszczeń chemicznych i stabilność termiczną w trudnych zastosowaniach, a także za wydajność w środowiskach niskotemperaturowych.

Cechy te czynią je doskonałymi kandydatami do stosowania jako płyny do wymiany ciepła, specjalistyczne smary i samochodowe płyny hamulcowe DOT Typ 5. Istnieją jednak dwa ograniczenia silikonów, które należy wziąć pod uwagę w zastosowaniach smarnych.

Po pierwsze, nie można ich stosować w smarowaniu cylindrów silników spalinowych, ponieważ produktem ubocznym spalania jest dwutlenek krzemu.

Po drugie, działanie w warunkach skrajnego ciśnienia jest ograniczone, a powszechnie stosowane dodatki do skrajnych ciśnień są z nimi niekompatybilne. W ich właściwych zastosowaniach, trwałość cieczy i stabilność hydrolityczna silikonów jest niezrównana.

Diestry, lub estry kwasu dibazowego, zostały opracowane podczas II wojny światowej i są produktem reakcji długołańcuchowych alkoholi i kwasów karboksylowych. W przeszłości były one skuteczne jako środki smarne do sprężarek tłokowych ze względu na ich niską tendencję do koksowania w temperaturach 400°F lub wyższych. Zapewniają one również doskonałą rozpuszczalność i zdolność do detergencji. Agresywność diestrów w stosunku do elastomerów, uszczelek i węży ograniczyła przydatność tych płynów. Nowsze ciecze, takie jak estry poliolowe, spełniają potrzeby wielu zastosowań wcześniej wypełnianych przez diestry.

Estry poliolowe, lub neopentylowe poliestry, w dużej mierze zastąpiły diestry w zastosowaniach wysokotemperaturowych, gdzie stabilność oksydacyjna jest krytyczna. Powszechne zastosowania obejmują ich użycie jako smary w silnikach lotniczych, wysokotemperaturowych turbinach gazowych, płynach hydraulicznych i jako płyny do wymiany ciepła. Mogą być również stosowane jako mieszanki podstawowe z PAO w celu zwiększenia rozpuszczalności dodatków i zmniejszenia tendencji PAO do kurczenia się i utwardzania elastomerów.

PAO są polimerami węglowodorowymi wytwarzanymi przez katalityczną oligomeryzację liniowych alfa olefin, takich jak alfa-deken. Są one uważane za wysokowydajne środki smarne i zapewniają wysoki wskaźnik lepkości i stabilność hydrolityczną. PAO są najczęściej stosowane i na ogół są tańsze niż inne syntetyczne środki smarne. Zostały one wykorzystane w olejach silnikowych do samochodów osobowych, jak również w wielu przemysłowych zastosowaniach środków smarnych.

Estry fosforanowe są cenione w zastosowaniach, w których bezpieczeństwo i odporność na ogień są krytycznymi względami, co obejmuje ognioodporne płyny hydrauliczne i płyny lotnicze. Wysokie temperatury zapłonu i punkty zapłonu zwiększają ich odporność na zapłon, a ich niskie ciepło spalania czyni je doskonałymi płynami samogasnącymi. Mają one jednak kilka słabych stron, w tym słabą stabilność hydrolityczną, która może prowadzić do powstawania agresywnych kwaśnych produktów ubocznych. Należy zachować ostrożność podczas stosowania, ponieważ mogą one również reagować i degradować różne powszechnie stosowane uszczelniacze i farby.

Oleje PAG oferują wysokiej jakości smarowność, wysoki naturalny wskaźnik lepkości i dobrą stabilność temperaturową. Płyny bazowe PAG są dostępne zarówno w postaci rozpuszczalnej jak i nierozpuszczalnej w wodzie oraz w szerokim zakresie klas lepkości. Oferują one niską lotność w zastosowaniach wysokotemperaturowych i mogą być stosowane w środowiskach wysoko- i niskotemperaturowych. Są one powszechnie stosowane jako środki hartownicze, płyny do obróbki metali, smary spożywcze oraz smary w urządzeniach hydraulicznych i sprężarkach. Jednakże, rozpuszczalne w wodzie oleje PAG są niekompatybilne z olejem naftowym i należy zachować ostrożność przy przechodzeniu z olejów węglowodorowych na oleje PAG.

Rozwój glikolu polialkilenowego

Oleje PAG były jednymi z pierwszych syntetycznych środków smarnych, które zostały opracowane i skomercjalizowane. Zostały one stworzone na zlecenie Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych w odpowiedzi na pożary płynów hydraulicznych na statkach, będące skutkiem uderzeń amunicji podczas II wojny światowej. W 1942 roku, przez następne 30 lat, Marynarka Wojenna zaczęła stosować wyłącznie płyny hydrauliczne na bazie PAG z wodnym glikolem, które były odporne na ogień i mogły pracować w szerokim zakresie temperatur. Później, oleje PAG zaczęły być szeroko stosowane jako smary do tekstyliów oraz jako środki hartujące w obróbce cieplnej metali.

Oleje PAG są klasyfikowane według ich procentowego składu wagowego jednostek oksypropylenowych w stosunku do oksyetylenowych w łańcuchu polimerowym. Oleje PAG ze 100 procentami wagowymi grup oksypropylenowych są nierozpuszczalne w wodzie; podczas gdy te z 50 do 75 procentami wagowymi oksyetylenu są rozpuszczalne w wodzie w temperaturze otoczenia.

Although PAG oils have long been used as industrial lubricants, recent work has led to the development of PAG lubricants for use in equipment in the food processing industry. Produkty te znane są jako środki smarne dopuszczone do kontaktu z żywnością.

W tych zastosowaniach oferują one doskonałą smarowność, zwiększoną stabilność oksydacyjną, wysoki wskaźnik lepkości (180 do 280) i niskie temperatury krzepnięcia. Są one jedną z niewielu substancji syntetycznych określonych w przepisach FDA dotyczących dodatków do żywności w odniesieniu do bazowych środków smarnych przeznaczonych do kontaktu z żywnością, 21 CFR § 178.3570, do stosowania w maszynach przemysłowych, w których może dojść do przypadkowego kontaktu żywności ze środkiem smarnym.

Zastosowanie olejów PAG i korzyści

Ze względu na właściwości środków smarnych PAG są one wyjątkowo odpowiednie do wielu zastosowań przemysłowych i produkcyjnych. Ich rozpuszczalność w wodzie pozwala na łatwe czyszczenie sprzętu. Środki smarne PAG oferują wysokie wskaźniki lepkości i są stabilne na ścinanie.

Oleje PAG są również cenione za ich niską lotność w zastosowaniach wysokotemperaturowych oraz za odporność na tworzenie się pozostałości i osadów. Ich podatność na biodegradację czyni je idealnymi do zastosowań wrażliwych środowiskowo.

Oleje PAG są najbardziej znane jako środki smarne do sprężarek. PAG są również środkiem smarnym z wyboru w wysokociśnieniowym sprężaniu gazu ziemnego i etylenu, gdzie stabilność lepkościowa środków smarnych na bazie węglowodorów jest niekorzystna ze względu na rozpuszczalność gazu w płynie.

W sprężaniu chłodniczym środki smarne typu PAG i estry poliolowe są stosowane prawie wyłącznie z obecną generacją przyjaznych dla środowiska czynników chłodniczych HFC, takich jak R-134a i R-152a.

Dwaj najwięksi amerykańscy producenci OEM sprężarek powietrza stosują środki smarne typu PAG jako standardowe wypełnienie fabryczne w śrubowych sprężarkach powietrza od prawie 20 lat. Ostatnio trzeci producent OEM sprężarek zaczął oferować olej PAG jako płyn opcjonalny.

Z punktu widzenia laboratorium, stan płynów PAG jest stosunkowo łatwy do monitorowania. W większości zastosowań, gdy zbliża się koniec okresu użytkowania, jedyną znaczącą zmianą jest wzrost liczby kwasowej (AN) wynikający z utleniania płynu.

Zależnie od pakietu dodatków, świeże oleje PAG mają zwykle AN od 0,1 do 0,5 mg KOH/g. Wzrost o 1,0 w stosunku do nowej specyfikacji płynu jest dobrą granicą potępiającą.

Tęsknota pozostaje dość stabilna, nawet podczas ostatnich etapów życia płynu. Limity wody mogą być ustalone wyżej dla olejów PAG niż dla płynów węglowodorowych, ponieważ są one bardziej tolerancyjne na wodę niż inne typy płynów. Nawet “nierozpuszczalny w wodzie” olej PAG będzie tolerował aż 0,7 procentowe zanieczyszczenie wodą, zanim dopuści do obecności wolnej wody w płynie.

Oleje PAG są również przydatne w urządzeniach przemysłowych pracujących przez cały rok bez zmian sezonowych. Ich doskonałe właściwości wymiany ciepła oraz stabilność termiczna i oksydacyjna sprawiają, że są idealne do stosowania jako ciecze do wymiany ciepła w dużych, otwartych systemach wentylacyjnych oraz jako ciecze procesowe w produkcji tworzyw sztucznych, elastomerów, nici lub części wykonanych z tkanin, gdzie ważna jest kompatybilność cieczy z przetwarzaną częścią.

Produkcja włókien tekstylnych to kolejna gałąź przemysłu, która czerpie korzyści z zastosowania olejów PAG. Te środki smarne nie plamią ani nie odbarwiają włókien i są łatwo usuwane podczas procesu szorowania. Oleje PAG są również środkiem smarnym z wyboru w wielu szybkich i wysokotemperaturowych procesach produkcji włókien, w których wymagana jest stabilność ścinania. Ponadto, są one często stosowane jako środki smarne w urządzeniach do produkcji tekstyliów jako środki smarne do przekładni pracujących pod ekstremalnym ciśnieniem.

Odnowiony nacisk na oszczędzanie energii zwiększył zainteresowanie energooszczędnymi środkami smarnymi do przekładni. Na przykład, ekstremalne wymagania smarowania przekładni w turbinach wiatrowych są spełniane przez oleje PAG.

Niskie prędkości i duże obciążenia powierzchniowe kół zębatych w tych urządzeniach spowodowały problemy z mikropittingiem w konwencjonalnych olejach węglowodorowych, które zostały przezwyciężone przez płyny na bazie PAG. W innych zastosowaniach przekładni, zwłaszcza przekładni ślimakowych, naturalnie niski współczynnik tarcia występujący w płynach PAG skutkuje oszczędnością energii, niższymi temperaturami i niższymi wskaźnikami zużycia.

Wersatility Meets Performance

Od ponad 60 lat syntetyczne środki smarne stanowią realną alternatywę dla tradycyjnych środków węglowodorowych. Każdy typ spełnia wyjątkowe role, przy czym oleje PAG sprawdzają się zarówno w środowiskach wysoko-, jak i niskotemperaturowych, w obszarach o ekstremalnym ciśnieniu oraz tam, gdzie pożądana jest rozpuszczalność w wodzie.

Glikol polialkilenowy można zaprojektować tak, aby tworzył szeroką gamę polimerów. Konstrukcja polimeru może być dostosowana do zastosowania środka smarnego, aby zapewnić, na przykład, pożądaną lepkość, temperaturę krzepnięcia, rozpuszczalność i inne atrybuty.

Ta wszechstronność i zastosowania, w których są one wykorzystywane, pokazuje, że oleje PAG stanowią około 24 procent całego rynku syntetycznych środków smarnych. Niskie temperatury krzepnięcia, szeroki zakres lepkości, odporność na tworzenie się pokostu, zwiększona rozpuszczalność i szeroki zakres rozpuszczalności – wszystko to przyczynia się do reputacji olejów PAG jako wysokowydajnych syntetycznych środków smarnych na rynku.

Przy stałym nacisku na przyjazne dla środowiska środki smarne w przemyśle, te cechy będą nadal wysuwać oleje PAG na czoło rynku syntetycznego.

.