Termenii de polialchilenglicol și poliglicol sunt utilizați în mod interschimbabil. Aceste fluide pot fi fabricate pentru a fi fie solubile în apă, fie insolubile în apă (solubile în ulei). Cele mai comune sunt fluidele solubile în apă și, prin urmare, pot avea proprietăți foarte diferite.

Poliglicolii sunt moderat polari, ceea ce le conferă proprietăți moderate de rezistență a peliculei. Au un indice de vâscozitate foarte ridicat (180 până la 280) și bune abilități la temperaturi scăzute și ridicate.

Se ard curate, fără a lăsa reziduuri, și au fost folosite ca ulei suport pentru lubrifianți solizi pentru lubrifierea lanțurilor la temperaturi înalte. Unele versiuni sunt de calitate alimentară și biodegradabile. Sunt utilizate ca uleiuri pentru compresoare în unități cu șuruburi rotative și unități alternative, uleiuri pentru angrenaje cu șuruburi fără sfârșit, lubrifianți rezistenți la foc, lichide pentru prelucrarea metalelor și ca lichide de frână.

Poliglicolii solubili în apă nu sunt compatibili cu uleiurile minerale și, prin urmare, trebuie manipulați și eliminați separat. Ei nu trebuie amestecați cu uleiuri minerale. Rezultatul este o mizerie gelatinoasă și lipicioasă. Deși sunt lubrifianți excelenți, ei pot reprezenta o problemă logistică în instalații. De asemenea, pot avea unele efecte negative asupra vopselelor și etanșărilor și sunt foarte scumpe.

Poliglicolii insolubili în apă (solubili în ulei) sunt susceptibili de a deveni mai comuni și sunt utilizați ca fluide de transfer termic, uleiuri pentru rulmenți la temperaturi ridicate și în compresoarele de refrigerare de tip șurub.

De secole, lubrifianții au fost utilizați ca o modalitate de a reduce frecarea și uzura pieselor în mișcare. În 2005, au fost produse 40 de milioane de tone de lubrifianți.

În timp ce fluidele pe bază de uleiuri minerale naturale reprezintă majoritatea cererii de pe piață, multe progrese tehnologice în echipamente și utilaje nu ar fi posibile fără beneficiile oferite de îmbunătățirile aduse lubrifianților sintetici, care în prezent reprezintă doar două procente din piață.

În timp ce polialfaolefinele (PAO) răspund unora dintre aceste nevoi, un număr din ce în ce mai mare de aplicații cer cerințe de performanță mai ridicate sau necesită specificații unice care nu sunt îndeplinite de lubrifianții tradiționali.

Unul dintre cele mai versatile tipuri de lubrifianți sintetici este reprezentat de lubrifianții din polialchilenglicol (PAG). PAG sunt în general cunoscuți ca lubrifianți pentru compresoare, iar utilizarea lor în industrie a crescut începând cu anii 1980. Standardele de performanță din ce în ce mai ridicate de pe piețele auto și industriale fixează aceste sectoare ca fiind domenii promițătoare pentru creștere.

Acest articol oferă o prezentare generală a principalelor chimii de bază sintetice și o analiză aprofundată a beneficiilor și utilizărilor PAG-urilor.

Stocuri de bază pentru lubrifianți sintetici

Există șase tipuri principale de baze utilizate în dezvoltarea lubrifianților sintetici, fiecare dintre acestea oferind propriul set de proprietăți și aplicații unice.

Siliconele sunt apreciate pentru volatilitatea lor scăzută, inerția față de majoritatea contaminanților chimici și stabilitatea termică în aplicații severe, precum și pentru performanțele lor în medii cu temperaturi scăzute.

Aceste calități le fac un candidat excelent pentru utilizarea ca fluide de transfer termic, aplicații de ungere de specialitate și lichide de frână auto DOT tip 5. Cu toate acestea, există două limitări ale siliconilor care trebuie luate în considerare pentru aplicațiile de lubrifiere.

În primul rând, acestea nu pot fi utilizate în lubrifierea cilindrilor motoarelor cu combustie internă, deoarece subprodusul de ardere este dioxidul de siliciu.

În al doilea rând, performanța la presiuni extreme este limitată, iar aditivii obișnuiți pentru presiuni extreme sunt incompatibili cu acestea. În aplicațiile lor adecvate, durata de viață a fluidelor și stabilitatea hidrolitică a siliconilor sunt de neegalat.

Diesterii, sau esterii acizilor dibazici, au fost dezvoltați în timpul celui de-al doilea război mondial și sunt produsul de reacție al alcoolilor cu lanț lung și al acizilor carboxilici. Din punct de vedere istoric, aceștia au fost eficienți ca lubrifianți pentru compresoare cu piston datorită tendinței lor scăzute de cocsificare la temperaturi de 400°F sau mai mari. Aceștia oferă, de asemenea, o solvabilitate și o detergență excelente. Agresivitatea diesterilor față de elastomeri, garnituri și furtunuri a limitat utilitatea acestor fluide. Fluidele mai noi, cum ar fi esterii de poliol, răspund nevoilor multor aplicații îndeplinite anterior de diesteri.

Esterii de poliol, sau poliesterii de neopentil, au înlocuit în mare măsură diesterii în aplicațiile la temperaturi ridicate în care stabilitatea oxidativă este critică. Printre aplicațiile comune se numără utilizarea lor ca lubrifianți în motoarele de aeronave, în turbinele cu gaz de înaltă temperatură, în fluidele hidraulice și ca fluide de schimb de căldură. Aceștia pot fi, de asemenea, utilizați în amestec cu PAO pentru a spori solubilitatea aditivilor și pentru a reduce tendința PAO de a contracta și de a întări elastomerii.

PAO sunt polimeri de hidrocarburi fabricați prin oligomerizarea catalitică a alfa-olefinelor liniare, cum ar fi alfa-decena. Aceștia sunt considerați lubrifianți de înaltă performanță și oferă un indice de vâscozitate ridicat și stabilitate hidrolitică. PAO sunt cei mai frecvent utilizați și sunt, în general, mai puțin costisitori decât alți lubrifianți sintetici. Ei au fost utilizați în uleiurile de motor pentru autoturisme, precum și în numeroase aplicații de lubrifianți industriali.

Esterii de fosfat sunt apreciați în aplicații în care siguranța și rezistența la foc sunt considerente critice, care includ fluidele hidraulice rezistente la foc și fluidele pentru aeronave. Punctele de inflamabilitate și punctele de aprindere ridicate le sporesc rezistența la aprindere, iar căldura lor scăzută de combustie îi face să fie niște fluide cu autoextincție excelentă. Cu toate acestea, ele au câteva puncte slabe, inclusiv o stabilitate hidrolitică slabă, care poate duce la formarea unor produse secundare acide agresive. Trebuie să se acorde atenție atunci când sunt utilizate, deoarece pot, de asemenea, să reacționeze și să degradeze o varietate de materiale de etanșare și vopsele utilizate în mod obișnuit.

Uleiurile PAG oferă o lubrifiere de calitate, un indice de vâscozitate naturală ridicat și o bună stabilitate la temperatură. Fluidele de bază PAG sunt disponibile atât în forme solubile în apă, cât și insolubile și într-o gamă largă de grade de vâscozitate. Acestea oferă o volatilitate scăzută în aplicații la temperaturi ridicate și pot fi utilizate în medii cu temperaturi ridicate și scăzute. Acestea sunt utilizate în mod obișnuit ca agenți de stingere, fluide pentru prelucrarea metalelor, lubrifianți de calitate alimentară și ca lubrifianți în echipamentele hidraulice și compresoare. Cu toate acestea, uleiurile PAG solubile în apă sunt incompatibile cu uleiul de petrol și trebuie să se acorde atenție la tranziția echipamentelor de la uleiurile de hidrocarburi la uleiurile PAG.

Dezvoltarea polialchilen glicolului

Urmurile PAG au fost unul dintre primii lubrifianți sintetici care au fost dezvoltați și comercializați. Acestea au fost create în baza unui mandat din partea marinei americane ca răspuns la incendiile de fluide hidraulice de pe nave, rezultate în urma loviturilor cu muniție în timpul celui de-al doilea război mondial. În 1942, și pentru următorii 30 de ani, Marina Militară a început să folosească exclusiv fluide hidraulice pe bază de apă-glicol PAG, care erau rezistente la foc și puteau funcționa într-o gamă largă de temperaturi. Ulterior, uleiurile PAG au început să fie utilizate pe scară largă ca lubrifianți pentru textile și ca agenți de stingere în tratarea termică a metalelor.

Uleiurile PAG sunt clasificate în funcție de compoziția procentuală în greutate a unităților de oxipropilenă față de cele de oxietilenă din lanțul polimeric. Uleiurile PAG cu 100 % în greutate grupe de oxipropilenă sunt insolubile în apă; în timp ce cele cu 50 până la 75 % în greutate de oxietilenă sunt solubile în apă la temperatura ambiantă.

Deși uleiurile PAG au fost folosite de mult timp ca lubrifianți industriali, lucrări recente au dus la dezvoltarea de lubrifianți PAG pentru utilizarea în echipamentele din industria de prelucrare a alimentelor. Aceste produse sunt cunoscute sub denumirea de lubrifianți aprobați pentru alimente.

În aceste aplicații, ele oferă o lubrifiere excelentă, o stabilitate oxidantă crescută, un indice de vâscozitate ridicat (180 până la 280) și puncte de curgere scăzute. Sunt una dintre puținele substanțe sintetice identificate în regulamentul FDA privind aditivii alimentari pentru stocurile de bază ale lubrifianților de calitate alimentară, 21 CFR § 178.3570, pentru utilizarea în mașinile industriale atunci când poate avea loc un contact accidental al alimentelor cu un lubrifiant.

Aplicații și beneficii ale uleiului PAG

Datorită proprietăților care alcătuiesc lubrifianții PAG, aceștia sunt deosebit de potriviți pentru o serie de aplicații industriale și de producție. Solubilitatea lor în apă permite o curățare ușoară a echipamentelor. Lubrifianții PAG oferă indici de vâscozitate ridicați și sunt stabili la forfecare.

Uleiurile PAG sunt, de asemenea, apreciate pentru volatilitatea lor scăzută în aplicații la temperaturi ridicate și pentru rezistența la formarea de reziduuri și depozite. Biodegradabilitatea lor le face ideale pentru aplicațiile sensibile la mediu.

Uleiurile PAG sunt cel mai bine cunoscute ca lubrifianți pentru compresoare. Uleiurile PAG sunt, de asemenea, lubrifiantul preferat în compresia de înaltă presiune a gazului natural și a etilenei, unde stabilitatea vâscozității lubrifianților pe bază de hidrocarburi este afectată în mod negativ din cauza solubilității gazului în fluid.

În compresia de refrigerare, lubrifianții de tip PAG și poliol ester sunt utilizați aproape exclusiv cu actuala generație de agenți frigorifici HFC ecologici, cum ar fi R-134a și R-152a.

Cei mai mari doi producători de echipamente originale de compresoare de aer din SUA au utilizat lubrifianți PAG ca umplutură standard din fabrică în compresoarele de aer cu șuruburi rotative timp de aproape 20 de ani. Mai recent, un al treilea OEM de compresoare a început să ofere ulei PAG ca fluid opțional.

Din perspectiva laboratorului, starea fluidelor PAG este relativ ușor de monitorizat. În majoritatea aplicațiilor, pe măsură ce se apropie sfârșitul duratei de viață utilă, singura modificare semnificativă este creșterea indicelui de aciditate (AN) din cauza oxidării fluidului.

În funcție de pachetul de aditivi, uleiurile PAG proaspete vor avea de obicei un AN de 0,1 până la 0,5 mg KOH/g. O creștere de 1,0 față de noua specificație a fluidului este o bună limită de condamnare.

Vâscozitatea rămâne destul de stabilă, chiar și în ultimele etape ale duratei de viață a fluidului. Limitele de apă pot fi stabilite mai ridicate pentru uleiurile PAG decât pentru fluidele de hidrocarburi, deoarece acestea sunt mai tolerante la apă decât alte tipuri de fluide. Chiar și un ulei PAG “insolubil în apă” va tolera o contaminare cu apă de până la 0,7 la sută înainte de a permite existența apei libere în fluid.

Uleiurile PAG sunt, de asemenea, utile în echipamentele industriale care funcționează pe tot parcursul anului, fără schimbări sezoniere. Caracteristicile lor superioare de transfer de căldură și stabilitatea termică și de oxidare le fac ideale pentru utilizarea ca fluide de transfer de căldură în sistemele mari, cu ventilație deschisă și pentru fluidele de proces în producția de materiale plastice, elastomeri, fire sau piese fabricate, unde este importantă compatibilitatea fluidului cu piesa prelucrată.

Producția de fibre textile este o altă industrie care beneficiază de utilizarea uleiurilor PAG. Acești lubrifianți nu pătează sau decolorează fibrele și sunt ușor de îndepărtat în timpul procesului de spălare. Uleiurile PAG sunt, de asemenea, lubrifiantul preferat pentru multe procese de prelucrare a fibrelor de mare viteză și la temperaturi ridicate, în care stabilitatea la forfecare este o cerință. În plus, acestea sunt adesea utilizate ca lubrifianți în echipamentele de fabricare a textilelor ca lubrifianți pentru angrenaje de presiune extremă.

Un accent reînnoit pe conservarea energiei a crescut interesul pentru lubrifianții pentru angrenaje cu eficiență energetică. De exemplu, cerințele extreme de lubrifiere a angrenajelor din turbinele eoliene sunt satisfăcute de uleiurile PAG.

Vitezele reduse și sarcinile de suprafață ridicate ale angrenajelor din aceste unități au dus la probleme de micropitting cu uleiurile convenționale pe bază de hidrocarburi, care au fost depășite cu fluidele pe bază de PAG. În alte aplicații ale cutiilor de viteze, în special în cazul angrenajelor fără sfârșit, coeficientul de frecare scăzut în mod natural găsit în fluidele PAG are ca rezultat economii de energie, temperaturi mai scăzute și rate de uzură mai mici.

Versatilitatea întâlnește performanța

De mai bine de 60 de ani, lubrifianții sintetici au oferit o alternativă viabilă la lubrifianții tradiționali pe bază de hidrocarburi. Fiecare tip îndeplinește roluri unice, uleiurile PAG fiind performante atât în medii cu temperaturi ridicate, cât și scăzute, în zone de presiune extremă și acolo unde se dorește solubilitatea în apă.

Polialchilenglicolul poate fi proiectat pentru a forma o mare varietate de polimeri. Proiectarea polimerului poate fi adaptată la aplicația lubrifiantului pentru a asigura, de exemplu, vâscozitatea, punctul de curgere, solubilitatea și alte atribute dorite.

Această versatilitate și aplicațiile în care sunt utilizate arată că uleiurile PAG reprezintă aproximativ 24% din întreaga piață a lubrifianților sintetici. Punctele de curgere scăzute, o gamă largă de vâscozități, rezistența la formarea lacurilor, solvabilitatea crescută și o gamă largă de solubilitate, toate acestea contribuie la reputația lubrifianților PAG ca lubrifianți sintetici de înaltă performanță de pe piață.

Cu un accent continuu pus pe lubrifianții acceptabili din punct de vedere ecologic în industrie, aceste calități vor continua să împingă uleiurile PAG în fruntea pieței sintetice.

.