Os termos polialquilenoglicol e poliglicol são usados de forma intercambiável. Estes fluidos podem ser fabricados para serem solúveis em água ou insolúveis em água (solúveis em óleo). Os mais comuns são os fluidos solúveis em água, e portanto podem ter propriedades muito diferentes.

Poliglicóis são moderadamente polares, o que lhes confere propriedades moderadas de resistência do filme. Têm um índice de viscosidade muito alto (180 a 280) e boas capacidades a baixas e altas temperaturas.

Queimam limpos, não deixando resíduos, e têm sido utilizados como óleo de transporte de lubrificantes sólidos para a lubrificação de correntes a altas temperaturas. Algumas versões são de grau alimentício e biodegradáveis. Eles são usados como óleos de compressor em unidades de parafuso rotativo e alternativos, óleos de engrenagem sem-fim, lubrificantes resistentes ao fogo, fluidos metálicos e como fluidos de freio.

Os poliglicóis solúveis em água não são compatíveis com óleos minerais e, portanto, devem ser manuseados e descartados separadamente. Eles não devem ser misturados com óleos minerais. O resultado é uma bagunça gelatinosa e viscosa. Apesar de serem excelentes lubrificantes, podem constituir um problema logístico nas plantas. Eles também podem ter alguns efeitos negativos nas tintas e vedações, e são muito caros.

Poliglicóis insolúveis em água (solúveis em óleo) são provavelmente mais comuns e são utilizados como fluidos de transferência de calor, óleos de rolamentos de alta temperatura e em compressores de refrigeração tipo parafuso.

Durante séculos, os lubrificantes têm sido utilizados como uma forma de reduzir o atrito e o desgaste das peças móveis. Em 2005, foram produzidos 40 milhões de toneladas de lubrificantes.

Embora os óleos minerais naturais representem a maior parte da demanda do mercado, muitos avanços tecnológicos em equipamentos e máquinas não seriam possíveis sem os benefícios oferecidos pelas melhorias nos lubrificantes sintéticos, que atualmente representam apenas dois por cento do mercado.

Embora as polialfaolefinas (PAOs) preencham algumas dessas necessidades, um número crescente de aplicações exige requisitos de maior desempenho, ou exige especificações únicas que não são atendidas pelos lubrificantes tradicionais.

Um dos tipos mais versáteis de sintéticos é o lubrificante polialquilenoglicol (PAG). Os PAGs são geralmente conhecidos como lubrificantes de compressor, e a sua utilização na indústria aumentou desde os anos 80. Os crescentes padrões de desempenho nos mercados automotivo e industrial consideram estes setores como áreas promissoras de crescimento.

Este artigo oferece uma visão geral das principais matérias-primas sintéticas e uma análise profunda dos benefícios e usos dos PAGs.

Estoque de base de lubrificantes sintéticos

Existem seis grandes tipos de estoque de base utilizados no desenvolvimento de lubrificantes sintéticos, com cada um oferecendo seu próprio conjunto de propriedades e aplicações únicas.

Os silicones são valorizados pela sua baixa volatilidade, inércia à maioria dos contaminantes químicos e estabilidade térmica em aplicações severas, bem como pelo seu desempenho em ambientes de baixa temperatura.

Estas qualidades fazem deles um excelente candidato para uso como fluidos de transferência de calor, aplicações de graxas especiais e fluidos para freios automotivos DOT Tipo 5. Entretanto, existem duas limitações dos silicones que devem ser consideradas para aplicações de lubrificação.

Primeiro, eles não podem ser usados na lubrificação do cilindro de motores de combustão interna porque o subproduto de combustão é o dióxido de silício.

Segundo, o desempenho de pressão extrema é limitado, e aditivos de pressão extrema comuns são incompatíveis com eles. Em suas próprias aplicações, a vida útil do fluido e estabilidade hidrolítica dos silicones é insuperável.

Diesters, ou ésteres do ácido dibásico, foram desenvolvidos durante a Segunda Guerra Mundial e são o produto de reação de álcoois de cadeia longa e ácidos carboxílicos. Historicamente, eles têm sido eficazes como lubrificantes de compressores alternativos devido à sua baixa tendência de coqueificação a temperaturas de 400°F ou superiores. Eles também proporcionam excelente solvência e detergência. A agressividade dos diésteres em relação aos elastómeros, vedantes e mangueiras tem limitado a utilidade destes fluidos. Fluidos mais recentes, como os ésteres de poliol, satisfazem as necessidades de muitas aplicações anteriormente preenchidas por diésteres.

Ésteres de poliol, ou ésteres de poliol Neopentyl, substituíram largamente os diésteres em aplicações de alta temperatura, onde a estabilidade oxidativa é crítica. Aplicações comuns incluem seu uso como lubrificantes em motores de aeronaves, turbinas a gás de alta temperatura, fluidos hidráulicos, e como fluidos de troca de calor. Eles também podem ser usados como uma massa de base mista com PAOs para aumentar a solubilidade dos aditivos e reduzir a tendência dos PAOs a encolher e endurecer os elastômeros.

PAOs são polímeros de hidrocarbonetos fabricados pela oligomerização catalítica de olefinas alfa lineares como o alfa-deceno. São considerados lubrificantes de alto desempenho e proporcionam um alto índice de viscosidade e estabilidade hidrolítica. Os PAOs são os mais utilizados, e são geralmente menos caros do que outros lubrificantes sintéticos. Eles têm sido usados em óleos de motor de automóveis de passageiros, bem como em numerosas aplicações de lubrificantes industriais.

Os ésteres de fosfato são valorizados em aplicações onde a segurança e a resistência ao fogo são considerações críticas, que incluem fluidos hidráulicos resistentes ao fogo e fluidos de aeronaves. Altos pontos de fulgor e pontos de fogo aumentam sua resistência à ignição, e seu baixo calor de combustão os torna excelentes fluidos auto-extinguíveis. No entanto, eles têm várias fraquezas, incluindo a baixa estabilidade hidrolítica, o que pode levar à formação de subprodutos ácidos agressivos. É preciso ter cuidado quando usados, pois também podem reagir e degradar uma variedade de selantes e tintas comumente usadas.

óleosPAG oferecem lubricidade de qualidade, alto índice de viscosidade natural e boa estabilidade de temperatura. Os fluidos base PAG estão disponíveis nas formas solúvel em água e insolúvel, e em uma ampla gama de graus de viscosidade. Eles oferecem baixa volatilidade em aplicações a altas temperaturas e podem ser usados em ambientes de alta e baixa temperatura. Eles são comumente usados como agentes de resfriamento, fluidos metalúrgicos, lubrificantes de grau alimentício e como lubrificantes em equipamentos hidráulicos e compressores. Entretanto, os óleos PAG solúveis em água são incompatíveis com o óleo de petróleo, e deve-se ter cuidado na transição de equipamentos de óleos de hidrocarbonetos para óleos PAG.

O Desenvolvimento do Polialquilenoglicol

Os óleos PAG foram um dos primeiros lubrificantes sintéticos a serem desenvolvidos e comercializados. Eles foram criados sob mandato da Marinha dos EUA em resposta a incêndios com fluidos hidráulicos em navios resultantes de ataques com artilharia durante a Segunda Guerra Mundial. Em 1942, e durante os 30 anos seguintes, a Marinha começou a usar exclusivamente fluidos hidráulicos à base de glicol de água PAG, que eram resistentes ao fogo e podiam operar numa ampla faixa de temperatura. Mais tarde, os óleos PAG começaram a ser usados extensivamente como lubrificantes têxteis e como supressores no tratamento térmico de metais.

Os óleos PAG são classificados pela sua composição por percentagem de peso de oxipropileno versus unidades de oxietileno na cadeia do polímero. Os óleos PAG com grupos 100% de oxipropileno são insolúveis em água; enquanto os com 50% a 75% de peso de oxietileno são solúveis em água à temperatura ambiente.

Embora os óleos PAG sejam utilizados há muito tempo como lubrificantes industriais, trabalhos recentes levaram ao desenvolvimento de lubrificantes PAG para uso em equipamentos na indústria de processamento de alimentos. Estes produtos são conhecidos como lubrificantes de qualidade alimentar.

Nestas aplicações, oferecem excelente lubricidade, maior estabilidade oxidativa, um alto índice de viscosidade (180 a 280) e baixos pontos de fluidez. Eles são uma das poucas substâncias sintéticas identificadas no regulamento de aditivos alimentares da FDA para estoques de base de lubrificantes de grau alimentício, 21 CFR § 178.3570, para uso em máquinas industriais quando o contato alimentar acidental com um lubrificante pode ocorrer.

Aplicações e Benefícios do Óleo PAG

Por causa das propriedades que compõem os lubrificantes PAG, eles são unicamente adequados para uma série de aplicações industriais e de fabricação. A sua solubilidade em água permite uma fácil limpeza do equipamento. Os lubrificantes PAG oferecem altos índices de viscosidade e são estáveis ao cisalhamento.

Os óleos PAG também são valorizados pela sua baixa volatilidade em aplicações a altas temperaturas e pela sua resistência à formação de resíduos e depósitos. A sua biodegradabilidade torna-os ideais para aplicações ambientalmente sensíveis.

Os óleos dePAG são mais conhecidos como lubrificantes para compressores. Os PAGs são também o lubrificante de eleição na compressão de gás natural de alta pressão e etileno, onde a estabilidade de viscosidade dos lubrificantes à base de hidrocarbonetos é afectada negativamente devido à solubilidade do gás no fluido.

Na compressão por refrigeração, os lubrificantes do tipo PAG e éster de poliol são utilizados quase exclusivamente com a geração atual de refrigerantes HFC ecologicamente corretos, tais como R-134a e R-152a.

Os dois maiores fabricantes de compressores de ar dos EUA têm utilizado os lubrificantes PAG como o enchimento padrão de fábrica em compressores de ar de parafuso por quase 20 anos. Mais recentemente, um terceiro compressor OEM começou a oferecer óleo PAG como um fluido opcional.

Da perspectiva do laboratório, a condição dos fluidos PAG é relativamente fácil de monitorar. Na maioria das aplicações, quando o fim da vida útil se aproxima, a única mudança significativa é o aumento do número de ácidos (AN) da oxidação do fluido.

Dependente do pacote de aditivos, os óleos PAG frescos terão normalmente um AN de 0,1 a 0,5 mg KOH/g. Um aumento de 1,0 em relação à especificação do novo fluido é um bom limite de condenação.

Viscosidade permanece bastante estável, mesmo durante as últimas fases da vida do fluido. Os limites de água podem ser estabelecidos mais altos para óleos PAG do que para fluidos hidrocarboneto porque são mais tolerantes à água do que outros tipos de fluidos. Mesmo um óleo PAG “insolúvel na água” tolerará até 0,7% de contaminação da água antes de permitir que exista água livre no fluido.

Os óleos PAG também são úteis em equipamentos industriais que operam o ano inteiro sem mudanças sazonais. As suas características superiores de transferência de calor e estabilidade térmica e de oxidação os tornam ideais para uso como fluidos de transferência de calor em grandes sistemas de ventilação aberta e para fluidos de processo na produção de plásticos, elastômeros, roscas ou peças fabricadas onde a compatibilidade do fluido com a peça processada é importante.

A produção de fibras têxteis é outra indústria que se beneficia do uso de óleos PAG. Estes lubrificantes não mancham ou descolorem as fibras e são facilmente removidos durante o processo de decapagem. Os óleos PAG também são o lubrificante de escolha para muitos processos de fibras de alta velocidade e alta temperatura, onde a estabilidade ao cisalhamento é um requisito. Além disso, eles são frequentemente usados como lubrificantes em equipamentos de fabricação têxtil como lubrificantes para engrenagens de pressão extrema.

Uma ênfase renovada na conservação de energia tem aumentado o interesse em lubrificantes para engrenagens com eficiência energética. Por exemplo, as exigências extremas da lubrificação de engrenagens em turbinas eólicas estão sendo atendidas por óleos PAG.

As baixas velocidades e as altas cargas superficiais nas engrenagens destas unidades resultaram em problemas de micropitting com óleos de hidrocarbonetos convencionais que foram superados com fluidos à base de PAG. Em outras aplicações de engrenagens, especialmente em engrenagens sem-fim, o coeficiente de atrito naturalmente baixo encontrado nos fluidos PAG resulta em economia de energia, temperaturas mais baixas e menores taxas de desgaste.

Versatilidade que se traduz em desempenho

Há mais de 60 anos, os lubrificantes sintéticos têm proporcionado uma alternativa viável aos lubrificantes tradicionais à base de hidrocarbonetos. Cada tipo serve papéis únicos, com os óleos PAG atuando tanto em ambientes de alta como baixa temperatura, em áreas de extrema pressão e onde a solubilidade da água é desejada.

Polyalkylene glycol pode ser projetado para formar uma grande variedade de polímeros. O design do polímero pode ser adaptado à aplicação do lubrificante para fornecer, por exemplo, a viscosidade desejada, ponto de fluidez, solubilidade e outros atributos.

Esta versatilidade e as aplicações em que são utilizados mostram que os óleos PAG representam cerca de 24% de todo o mercado de lubrificantes sintéticos. Pontos de fluidez baixos, uma ampla gama de viscosidades, resistência à formação de verniz, maior solvência e uma ampla gama de solubilidade, tudo isso contribui para a reputação dos lubrificantes PAG como um lubrificante sintético de alto desempenho no mercado.

Com a ênfase contínua em lubrificantes ambientalmente aceitáveis na indústria, estas qualidades continuarão a empurrar os óleos PAG para a vanguarda do mercado sintético.