ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ : ΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΑΙΠΑΝΤΙΚΑ - ΨΥΚΤΙΚΑ ΥΓΡΑ

Transcript

1 Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ : ΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΑΙΠΑΝΤΙΚΑ - ΨΥΚΤΙΚΑ ΥΓΡΑ ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΧΡΙΣΤΟΦΟΡΙΑΗΣ ΑΧΙΑΑΕΑΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΕΣ : ΓΑΛΑΝΟΠΟΥΛΟΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΡΕΚΛΕΙΤΗΣ ΑΙΟΝΥΣΗΣ

2 ΠΙΝ ΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΜΕΡΟΣ Ιο (ΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΛΙΠΑΝΤΙΚΑ) 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.2. ΟΡΥΚΤΗΣ ΒΑΣΗΣ ΑΙΠΑΝΤΙΚΑ (ΑΝΑΦΟΡΑ) 1.3. ΠΡΟΣΘΕΤΑ (ΑΝΑΦΟΡΑ) 1.4. ΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΑΙΠΑΝΤΙΚΑ (ΟΡΙΣΜΟΣ) 1.5. ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΑΙΠΑΝΤΙΚΩΝ 1.6. ΠΑΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Κ.Α.Ι ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ ΣΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΑΙΠΑΝΤΙΚΩΝ (ΠΙΝΑΚ.\Σ) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΑΙΠΑΝΤΙΚΩΝ 1.8. ΒΙΟΑΠΟΙΚΟΔΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΑΙΠΑΝΤΙΚΩΝ 1.9. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (ΕΞΕΑΙΞΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΑΕΨΕΙΣ Π Α ΤΟ ΜΕΑΑΟΝ - ΠΙΝΑΚΕΣ). ΜΕΡΟΣ 2ο (ΨΥΚΤΙΚΑ ΥΓΡΑ) 2.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2.2. ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΕΠΙΔΡ.ΔΣΗΣ ΤΩΝ 'ΡΥΚΤΕΑΑΙΩΝ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΑΛΟΝ 2.3. ΟΝΟΜΑΤΟΑΟΓΙΑ 2.4. Ο ΚΥΚ,λΟΣ ΤΗΣ ΨΥΞΗΣ (ΣΧΗΜΑ) 2.5. ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΑ ΨΥΚΤΙΚΑ ΡΕΥΣΤΑ 2.6. ΑΠΟΤΕΑΕΣΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΨΥΚΤΙΚΩΝ ΥΓΡΩΝ 2.7. ΑΙΠΑΝΤΙΚ.4. ΓΙΑ ΨΥΚΤΙΚΕΣ ΜΗΧ.4.ΝΈΣ 2.8. ΠΕΡΙΒ.ΑΑΑΟΝΤΟΑΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ 2.9. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

3

4 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΛΙΠΑΝΉΚΑ ΕξαιτΙας της επικράτησης των λιπαντικών που έχουν σαν βάση το πετρέλαιο στη σύγχρονη εποχή ίσως ξεχνάμε ότι στην πορεία της εξέλιξης ο άνθρωπος χρησιμοποίησε μια μεγάλη ποικιλία από φυσικά λιπαντικά και γράσσα για τις ανάγκες του. Το λάδι ελιάς χρησιμοποιήθηκε για να λιπάνει ξύλινους τροχούς με τους οποίους οι αρχαίοι Αιγύπτιοι έκαναν τις μετακινήσεις τους το 1650 π..χ. Στην Ρωμαϊκή εποχή εκχυλίσματα μή πετρελαϊκής φύσεως όπως εκχυλίσματα από γογγυλόσπορο, λίπος κάστορα και άλλα φυσικά λάδια, όπως το λίπος της φάλαινας κ.α. χρησιμοποιήθηκαν ευρέως. Στους δυτικούς πολιτικούς αυτά τα φυσικά λιπαντικά αντικαταστάθηκαν από φτεινούς πετρελαϊκούς κηρούς (Waxes) και λάδια τα οποία έγιναν ευρέως προσιτά. 'Οταν ανακαλύφθηκε (εφευρέθηκε η πρώτη μέθοδος αποκηρώσεως το 1880). Το πρώτο πραγματικά συνθετικό λιπαντικό, παράχθηκε από σιλικόνες και πολυολεφίνες, οι οποίες ανακαλύφθηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες στις αρχές του Ο Δεύτερος Παγκόσμιος Πόλεμος επιτάχυνε την ανάπτυξη των συνθετικών λιπαντικών ιδιαίτερα στην τότε Γερμανία. Οι Γερμανοί πειραματίστηκαν με συνθετικούς υδρογονάνθρακες, αλκυλοβενζόλιο και πολυγλυκόλες παρήχθησαν από φουράνιο : ( QH^O) Οι Ηνωμένες πολιτείες παρουσίασαν μια μεγάλης κλίμακας μελέτη πάνω στα φθοριούχα λιπαντικά το Μεγάλο ενδιαφέρον στα συνθετικά λιπαντικά επιδεικνύουνοι διεθνείς περιβαλλοντολογικοί κανονισμοί, οι οποίοι δημιουργούν εμπόδια στην προώθηση και επικράτηση των συνθετικών λιπαντικών επικαλούμενοι ασφαλιστικές δικλείδες για το περιβάλλον. Όπως προδιαγραφές μή τοξικότητας φιλικότητας με το περιβάλλον και ικανότητας ανακύκλωσης. Από την άλλη πλευρά οι κατασκευαστές αναζητούν λιπαντικά με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, χαμηλής πτητικότητας και μεγάλης ενεργιακής απόδοσης. Επίσης ζητούν τέτοια λιπαντικά που να μπορούν να λιπάνουν σωστά σε μεγάλες θερμοκρασίες ή σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και σε μεγάλες πιέσεις. Τα συνθετικά λιπαντικά είναι στην ουσία χημικά προϊόντα μίγμα φυσικών λιπαντικών και βιομηχανικών λιπαντικών (συνθετικών). Τα περισσότερα συνθέτονται σε χημικές βιομηχανίες όπου από συνενώσεις (αντιδράσεις διαφόρων στοιχείων μεταξύ τους). Φτιάχνεται το απαιτούμενο συνθετικό λιπαντικό. Για παράδειγμα ένα συνθετικό λιπαντικό περιέχει πολυάλφα ολεφίνες-διεστέρες πολυεστέρες και σιλικόνετ.

5 Σκ αντίθεση τα συμβατικά λιπαντικά συνήθοις γνωστά ως ορυκτά λιπαντικά δημιουργούνται από την διύλιση του αργού πετρελαίου και από απόσταξη αυτού. Τα πρόσθετα αναμιγνύονται στα συνθετικής βάσης ή ορυκτής βάσης (mineral oils) λιπαντικά για να προσδώσουν τις ιδιότητες για τις ειδικές εφαρμογές που απαιτούνται κάθε φορά. Τα συνθετικής βάσης λιπαντικά δείχνουν πολύ καλή συμπεριφορά στο να φτιάξουν προϊόντα που θα έχουν : - ωφελιμότητα σε μεγάλες θερμοκρασίες - Πολύ καλή σταθερότητα - Μεγάλη διάρκεια ζωής - Μοναδικά χαρακτηριστικά επιδόσεων Τα συνθετικά λιπαντικά έχουν επιθυμητές και ανεπιθύμητες ιδιότητες γταυτό το να διαλέξουμε το κατάλληλο λιπαντικό για την συγκεκριμένη χρήση που το θέλουμε είναι πολύ σημαντικό. Η μεγάλη ποικιλία από συνθετικά λιπαντικά που διατίθεται στην αγορά μας δείχνει ότι ένα συνθετικό λιπαντικό δεν κάνει για όλες τις χρήσεις ΟΡΥΚΤΗΣ ΒΑΣΗΣ ΛΠΊ.λΝΤΊΚΑ (αναωοοά) MINERAL OILS (ορυκτής Βάστιο λιπαντικά) Τα ορυκτά λιπαντικά είναι χημικά στοιχεία που χαράζονται από το αργό πετρέλαιο. Ένας μεγάλος αριθμός διεργασιών διύλισης και ραφιναρίσματος γίνεται στο αργό πετρέλαιο για να απομακρυνθούν τα ανεπιθύμητα συστατικά και να απομονωθούν οι απαιτούμενοι υδρογονάνθρακες που αποτελούν το κύριο μέρος των βασικών λιπαντικών που με τις κατάλληλες προσθήκες και αναμίξεις φτιάχνονται τα λιπαντικά (ορυκτής βάσης πάντα) που χρησιμοποιούνται σήμερα. Το αργό πετρέλαιο είναι ένα σύνθετο μίγμα από υδρογονάνθρακες και άλλα στοιχεία όπως φώσφορος, (Ρ) Θείο (S) και άλλα μεταλλικά στοιχεία. Το συνολικό μίγμα των υδρογονανθράκων που υπάρχουν στο αργό πετρέλαιο έχει άμεση σχέση με την πηγή άντλησής του (διάφορα είδη αργούο. Έτσι το κάθε αργό πετρέλαιο εξαιτίας της διαφοροποίησης του από τα άλλα είδη αργού έχει τις δικές του μοναδικές ιδιότητες. Κάποτε χρησιμοποιούσαν αργό με συγκεκριμένες ιδιότητες ώστε ύστερα από συγκεκριμένες διεργασίες να απομονώσουν ύστερα από συγκεκριμένες διεργασίες να απομονώσουν το βασικό λάδι για τα λιπαντικά. Το φυσικό πετρέλαιο αποτελείται από υδρογονάνθρακες με μοριακό βάρος που κυμαίνεται από το ελαφρότερο μεθάνιο (CHj) μέχρι τα βαριά στερεά μόρια που έχουν 80 άτομα άνθρακα. Τα στοιχεία που μπορεί να περιέχονται σε ένα φυσικό πετρέλαιο είναι ωc εξής :. Άνθρακας (C) 83,9-86,8" ηk.b.

6 Τα στοιχεία που μπορεί να περιέχονται σε ένα φυσικό πετρέλαιο είναι ως εξής : 1. Άνθρακας (C) 2. Υδρογόνο (Η) 3. Θείο (S) 4. Άζωτο ( \ ) 5. Οξυγόνο (Ο) 6. Μέταλλα (Fe, V, Νί κ.λ.π) 83,9-86,8% k.b. ^ % κ.β. -> % k.b % κ.β. ^ % κ.β. Κατηνοοίετ (ουσικών πετρελαίων : Παραφινικά πεπτρέλαια ασφαλτικά πετρέλαια και μικτής βάσης. 1. Παοαιοινικύ πετρέλαια (Paraffinic crude oils) Τα παραφινικής βάσης πετρέλαια χαρακτηρίζονται από μικρό ειδικό βάρος, περιέχουν παραφίνης και καθόλου ή ελάχιστη άσφαλτο. Περιέχουν κύρια παραφινικούς υδρογονάνθρακες και καθόλου και ελάχιστους αρωματικούς ή ναφθενικούς. Παραφινικοί υδρογονάνθρακες είναι υδρογονάνθρακες με ευθεία ανθρακική αλυσίδα: Α Α Λ / γ \ (normal) straight Chain Paraffins (ISO) Branched chain Paraffins. Εκείνο που πρέπει να αναφερθεί για τα παραφινικά πετρέλαια είναι ότι αποδίδουν μεγάλο ποσοστό ορυκτελαίων. 2. Πετρέλαια ασ(oαλιστικήc Βάσης Ό ταν λέμε ασφαλτικής βάσης πετρέλαια εννοούμε τα πετρέλαια που περιέχουν άσφαλτο και κυρίως ναφθενικούς και αρωματικούς υδρογονάνθρακες και ελάχιστους παραφινικούς.

7 Κυκλοπαραφινικός ή ναφθενικός υδρογονάνθρακας (cycloparafinic or nophtenic Hydrocarbon). Αρωματικός υδρογονάνθρακας (Aromatic Hydrocarbon) Πρέπει να σημειωθεί ότι τα ασφαλτικής βάσης πετρέλαια αποδίδουν μικρό ποσοστό ορυκτελαίων. 3. Μικτήτ Βάσητ πετρέλαια Αυτά έχουν ενδιάμεσες ιδιότητες περιέχουν άσφαλτο (ναφθέχτα και αρωματικά) και παραφίνη μικτής βάσης. - Τα παραφινικής βάσης ορυκτέλαια είναι γενικής χρήσης ορυκτέλαια. - Τα ναφθενικής βάσης χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ψυκτελαίων - Τα αρωματικής βάσης για την επεξεργασία ελαστικού. Μια σημαντική μέτρηση που δείχνει το είδος (τη βάση) του ορυκτελαίου είναι ο δείκτης ιξώδους (Viscosity index). Έτσι έχουμε τον εξής πίνακα : ν.ι. από Παραφινική ορυκτέλαια ν.ι. από 0-50 Ναφθενικά ορυκτέλαια ν.ι < 0 Αρωματικά ορυκτέλαια (Σημείωση. Εύρεση του V.I. γίνεται από την μέτρηση του ιξώδους οπτούς 100' C και στους 40 C και μετά από πίνακα συσχετισμός των δύο τιμών ν.ι.) Τα παραφινικής βάσης ορυκτέλαια έχουν πολύ καλές ιδιότητες στις υψηλές θερμοκρασίες αλλά όχι το ίδιο και στις χαμηλές θερμοκρασίες (υψηλό ΡθυΚ-ΡΟΙΝΤ)και αυτό οφείλεται στους κήρους (waxes) που υπάρχουν σ'αυτά. Οι κήροι (waxes) είναι παραφίνες με'γάλου βάρους και χρώματος λευκού που είναι στερεοί στη συνήθη θερμοκραοήα περιβάλλοντος. Υπάρχουν διαδικασίες αποκήρωσης καλή συμπεριφορά στις χαμηλές θερμοκρασίες καθώς και πρόσθετα (additives) που δίνουν την ιδιότητα αυτή (POUR POINT PEPRESSANT). Αντίθετα τα ναφθενικής βάσης ορυκτέλαια έχουν πολύ καλές ιδιότητες στις χαμηλές θερμοκρασίες (LOW POUR POINT) εξαιτίας του ότι δεν περιέχουν σχεδόν καθόλου παραφίνες καθώς λοιπόν διαφορετικές διεργασίες βελτιοίνουν πολλά από τα χαρακτηριστικά των βασικών ορυκτελαίων μια

8 μεγάλη ποικιλία από χημικά συστατικά παραμένει. Αυτές οι μεταβολές έχουν να κάνουν και με το μέγεθος του μορίου. Μεταβολές στο μέγεθος του μορίου επιδρούν σε χαρακτηριστικά όπως : Πτητικότητα (volatility) Ιξώδες (Viscosity) Σημείο ροής (Pour Point) Μεταβολές στην δομή επιφέρουν μεταβολές όπως : - Ικανότητα οξείδωσης ((oxidative) - Σταθερότητα (stability) - Θερμική σταθερότητα (thermal stability) - Κρυσταλικότητα (crystalinity) Υψηλά ν.ι. (Viscosity index) ή μη συμβατικά βασικά ορυκτέλαια φτιάχνουν ένα τύπο λιπαντικού που είναι ενδιάμεσα στα (τυμβατικά παραφινικά βασικά ορυκτέλαια και στα συνθετικά (πολυ-αλφα-ολεφίνες). Αυτά τα ορυκτέλαια έχουν ιδιότητες παρόμοιες των συνθετικών (πολυαλφα-ολεφινών) αλλά είναι και λιγότερο ακριβά. Τα υψηλού V.I. ορυκτέλαια φτιάχνονται από : - εκτεταμένη υδρογόνωση (severely hydrogenating) - ισομερειώσης των κήρων (waxes) - παραφινών) isomerization of waxes. Η εκτεταμένη υδρογόνωση των παραφινικών αποσταγμάτων μετατρέπει τα ανεπιθύμητα συστατικά που περιέχουν δακτυλίους ή στοιχεία όπως άζωτο, οξυγόνο και θειάφι, σε επιθυμητούς παραφινικούς υδρογονάνθρακες. Ο ισομερισμός των κηρών (waxes) μετατρέπει τους μεγάλου μήκους παραφινικούς υδρογονάνθρακες σε άλλους μικρότερου μήκους. Επιφέροντας καλύτερες ιδιότητες ψύξης στο ορυκτέλαιο (χάνοντας λίγο από το V.I.).

9 Table 1- Inspection Characteristics of Some Ginished Petroleum Oils Specific Sulfur Vise Gravity (%wt) 0 at 60" F sity Inde X Kine matic Viscosi ty (cst)at 40«C at 100" C Pour Point ( Q c o c Flash ( C) Source Neutral Neutral Neutral Neutral Bright Stock Source Neutral Neutral Neutral Bright Stock Sources (Hydrotreated) Neutral Neutral Neutral Source Neutral Neutral Neutral Neutral Bright Stock

10 e 8 - ASTM Distillation at 1mm Hg - Comparison of Base Fluids Figure 9 - ASTM Distillation at 1mm Hg - Comparison of Base Fluids Comparison of Base Fluids Table 3 - Physical Inspection Characteristics of Typical Synthetic Fluids Dynamic Kinematic Pour COC Viscosity (cp) Viscosity (cst) Viscosity Point Flash at-40 F at40 C at100 C Index ( X ) ( C) Olefin Oligomer Olefin Oligomer Ester of Dibasic Acid Dioctyl Sebacate Ester of Trimethylol Propane (C,) Alkylated Aromatics ,

11 1.3. ΠΡΟΣΘΕΤΑ (Αναφορά) DETERGENTS Ποιά είναι τα αντιοςειδωτικά πρόσθετα: (antioxidants) Setergents Τα απορρυπαντικά πρόσθετα είναι καθοριστικό μέσο το οποίο περιέχει μεταλλικά στοιχεία. Τα απορυπαντικά δημιουργούνται από την ένωση ενός πολικού υποστρώματος και ενός μετάλλου (Detergent polar substrate) - To Detergent Polar Substrate αποτελείται από δυό μέρη την Υδρογονανθρακική ουρά ή το ελαιόφιλο μέρος που είναι το κομμάτι του detergent Polar substante που ενεργεί σαν διαλυτής και βοηθά το Detergent (απορυπαντικό πρόσθετο) να είναι συμβατό και διαλυτό στο βασικό ορυκτέλαιο ή συνθετικό λιπαντικό. - Το άλλο κομμάτι του detergent polar substate είναι πολική κεφαλή. Αυτό είναι η μεταλλική προσάρτηση στην ένωση. πολική κεφαλή Ουρά υδρογονάνθρακα C. metal attachment point) Τα Detergent Polar Substrate χωρίζονται σε τέσσερις κατηγορίες : 1. Sulfarates : θειϊκά άλατα 2. Phenates : Φαινολικά άλατα 3. Salicylates : σαλικυλικά άλατα 4. Phosphonates : Φωσφορικά άλατα. 1..Λπορυπαντικό μέσο Sulfonate. Χωρίζεται σε δύο διαφορετικούς τύπους: α. Στα sulfonates πετρελαίου ή φυσικά sulfonates β. Στα συνθετικά sulfonates α. Petroleum sulfonates or natural sulfonates Αυτό το είδος απορυπαντικού δημιουργείται σαν προϊόν μαζί με το white oil από την ίδια διαδικασία δηλαδή η οποία περιέχει την αντίδραση ενός ορυκτού ελαίου με θειϊκό οξύ ( H^SO^) και δημιουργείται το white

12 oil σουλφο)νικού οξέος (sulfonic acid με οντίδροση με NaOH μας δίνει σάπωνες (soaps) που αποτελούν την βάση των Petroleum sulfonates. Β. Συνθετικά sulfonates = C H -R '. Η ^ c h : r r.c h.c h ^ = ^ so ιη = L y R Η Η ΣυνΌκτικό Οβιϊκό οςϋ (Synthetic sulfonic acid) R'-ch-ch-R S03H 5 " η Τα sulfonates είναι δύο ειδών : 1. Τα ουδέτερα (neutral) 2. Τα υπερβασικά (overbased) 1. Τα ουδέτερα sulfonates ή Neutral RSOj Η + Μ.Ο ή ΜΟΗ RSOj Μ + Η: Ο Ουδέτερο ή Neutral Sulfonate

13 όπου MO : μ^:τ(χλλικό οξείδιο ΜΟΗ ; Υδροξείδιο του μετάλλου 2. Τ(χ υπερβασικά ή OVERBASED sulfonates RSOj Μ + ΧΜΟΗ ^ RS03 Μ... X MCOs + Η2 Ο Neutral Sulfanate ίέσο PHENATIC RK ίΐ Ο.Μ.Ο (Normal Phenate) 3) Αποοι παντικό ιιε:σο SALICYLATES : 4.Απορρυπαντικό μέσο POSPHONATE Ο 0 0 R- Ρ- Ο R- Ρ- S- Ρ- Ο- Μ Μ- Ο- Μ (Phosphanate) (Thiopyrophosphonate) (Thiophosphonate)

14 OXIDATION INHIBITORS Πρέπει να αναφερθεί ότι πέρα από τα απορρυπαντικά πρόσθετα τα Detergent additives που δρουν σαν αντιοξειδωτικά υπάρχει άλλη μια κατηγορία προσθέτων τα Oxidation and Beariong Corrosion Inhibitors που δρουν καθαρά σαν αντιοξειδωτικά. Η λειτουργία των Oxidation inhibitors ή των αναχαιτιστών οξείδωσης είναι να αποτρέψουν την καταστροφή των λιπαντικών από την επίδραση των οξυγονούχων ενώσεων. Στην ουσία τα oxidation inhibitors καταστρέφουν τις ελεύθερες ρίζες (η διαδικασία ονομάζεται chain-breaking) ή αλληλεπιδρούν με τα υπεροξείδια που δημιουργούνται από τον μηχανισμό της οξείδωσης. Μεταξύ των πιο διαδεδομένων oxidation inhibitors είναι τα αντιοξειδωτικά phenolic (φανολικά) και τα zinc dithiophosphates. Τα phenolic types είναι αυτά που επιδρούν στις ελεύθερες ρίζες (καταστρέφουν τις ελεύθερες ρίζες (chain breaking). Τα zinc dithiophosphates είναι αυτά που καταστρέφουν τα υπεροξείδια. 'Οταν λειτουργεί μια μηχανή εσωτερικής καύσης δημιουργούνται οξέα (οξείδια - ελεύθερες ρίζες) από την ατελή καύση του καυσίμου και βρίσκουν τρόπο να εισέλθουν στο καύσιμο ή δημιουργούνται από την οξείδωση των λιπαντικών. Η διαφορά των Detergent additives που αναφέρθηκαν πριν με τα oxidation inhibitors additives είναι ότι τα πρώτα καταστρέφουν τα οξέα που υπεισέρχονται στο λιπαντικό είτε με τον ένα τρόπο είτε με τον άλλο. Ενώ τα oxidation inhibitors όπως zinc-dithiophoasphates και τα phosphosiilfuvised olefins όχι μόνο αποτρέπουν την δημουργία οξέων αλλά φτιάχνουν και ένα προστατευτικό φίλμ γύρω από την περιοχή των μεταλλικιόν επιφανειών των εδράνων της μηχανής αδιαπέραστα από τα οξέα. Πιο ειδικά τώρα θα εξετάσουμε τους δύο τύπους των oxibition Inhibitors; 1. Phendic inhibitors (Chain Breacking) - καταστροφείς ελευθέρων ριζών 2. Zinc-dithiophosphates (Pero.xide destroxiny) - καταστροφής των υπεροξειδίων)

15 CH3 CH3 CH3 CH3-C-=CH3 V,... CH3-C-CH3 CH3-C-CH3 CH3 [2,6 di-tert-butyl paracresol [4.4. Methylenebis (2,6 di,tert butylphend] * H αποδοτικότητα των φαινολών (Phenolic inhibitors) αυξάνεται σημαντικά από τις μετακινήσεις των αλκυλίων στις δύο ortho και para θέσεις. Μια μεγάλη ποικιλία από Phenolic inhibitors διαθέτονται στην αγορά σε transformer oils - turbine oil και engine oils. Τα Methylenebis phenolic inhibitors είναι πιο αποδοτικά σε υψηλών θερμοκρασιοιν εφαρμογές εξαιτίας της χαμηλής του πτητικότητας συγκρινόμενη με των άλλων μορίων που αναμιγνύονται που έχει σαν αποτέλεσμα την συνολική καλυτέρευση της πτητικότητας του υγρού με το οποίο αναμιγνύονται. 2. Zinc-Dithiophosphates (Peroxide Pestroying)- Καταστροφείς Υπεροξειδίων α. Παρασκευή του Zinc-Dithiophosphate ή (ZDP) 4 ROH + PjS ^ 2 (RO) 2 Ρ -SH +Η2 S S (R0)2 P-S Ζη (RO) 2 Ρ S S

16 *Μια (χπό τις μεγαλύτερες σε εμπορική σημασία ενώσεις σ'ότι αφορά τα λιπαντικά είναι το Zinc-Pithiophosphate ή για συντομία (ZDP). Το ZDP είναι ένα αντιοξειδωτικό πρόσθετο το οποίο δεν περιορίζει την δράση του μόνο στην καταπολέμηση της οξείδωσης αλλά δρα και σαν πρόσθετο κατά της φθοράς και της διάβρωσης των εδράνων της μηχανής {antiwear and bearing corrosion protection) Τις ιδιότητες του ZDP που έχουν σχέση με την θερμική σταθερότητα και την ικανότητα κατά της φθοράς τις δίνουν οι υποκατάστατες (τα αλκύλια). Τα κυριότερα αλκύλια που χρησιμοποιούνται στα ZDP είναι προπύλιο, βουτύλιο, εξύλιο, οκτύλιο και μίγματα αυτών. Βέβαια η ικανότητες των αλκυλίων στην φθορά και στην θερμική σταθερότητα επηρεάζεται άμμεσα από την ένωση αυτών με τις διάφορες αλκοόλες. Οπότε τα χαρακτηριστικά τους (thermal stability και antiwear) αλλάζουν αν ενωθούν με αλκοόλες διαφορετικού μοριακού βάρους κ.α. Επίσης η θερμική σταθερότητα εξαρτάται από το μήκος της ανθρακικής αλυιτίδας του αλκυλίου και είναι χαμηλότερη για τα δευτεροταγή αλκύλια με τον ίδιο αριθμό ανθρακοατίλων. Θα αναφέρουμε ένα παράδειγμα για να δούμε την επίδραση των Αλκυλικών ριζών (ττην θερμοκρασία αποσύνθεσης του ZDP. αλκύλια (alkyl radical) Θερμοκρασία αποσύνθεσης C (Deconposition temperature C) Isopropyl (ισοπροπύλιο) Methy 2 -pentyl 197 N- Amyl 212 N- Octyl > 251 Βλέπουμε καθαρά λοιπόν πως επηρεάζεται η θερμική σταθερότητα των αλκυλίων και κατά συνέπεια του ZDP από το μήκος της ανθρακικής αλυοηδας των αλκυλίων και φυσικά από τον αριθμό των ανθρακο ατόμων τους. Είδαμε λοιπόν ότι το ZDP είναι ένα πολύ σημαντικό πρόσθετο πολαπού ρόλου (antioxidant) και (antiwear and bearing corrosion). Στην ουσία το ZDP καταστρέφει τα υπεροξείδια επιδρώντας σ'αυτά (antioxidant) και φτιάχνει ένα προστατευτικό φιλμ ανάμεσα (ττις επιφάνειες που έρχονται σ'επαφή μεταξύ τους αποτρέποντας μ'αυτόν τοντρόπο την σταδιακή φθορά των μετάλλων της μηχανής (έδρανα, βαλβίδες) (antiwear and bearing corrosion). Σαν πρόσθετα κατά της φθοράς των μετάλλων μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλες ενώσεις που περιέχουν Ζη, Ρ, S ή συνδυασμό αυτοιν.

17 A 1.4. ΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΛΙΠΑΝΤΙΚΑ (Ooiouoc) Ορισμός των συνθετικόιν λιπαντικο3ν Eivui γεγονός ότι δεν υπάρχει διεθνούς κάποιος ορισμός που να ανταποκρίνεται στη φύση και στα ειδικά χαρακτηριστικά των συνθετικό)ν λιπαντικοη. Ο πιο ακριβής ορισμός αυτή τη στιγμή είναι αυτός της ASTM, σύμφοινα με τον οποίο συνθετικό λιπαντικό είναι προϊόν χημικής αντίδρασης διαφόροιν συστατικών κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες. Έτσι παρασκευάζεται ένα προϊόν με προκαθορισμένες φυσικές και χημικές ιδιότητες. Σε πολλές περιπτώσεις η ποιότητα του βασικού συνθετικού υγρού βελτιώνεται με την χρήση προσθέτων, όπως ακριβώς γίνεται και με τα ορυκτέλαια. Επίσης είναι πιθανόν να γίνει ανάμιξη συνθετικού λαδιού και ορυκτελαίου ειδικά σε περιπτώσεις πιυ εμφανίζεται κάποιο πρόβλημα ως προς τη συμβατότητα ή διάλυση κάποιου πρόσθετου (compatability). Σ'αυτές τις περιπτώσεις ανάμιξη λαδιών διαφορετικής βάσης όταν το ποσοστό του ορυκτελαίου υπερβαίνει το 14% το τελικό λάδι δεν ονομάζεται συνθετικό (σύσταση του ISO-INTERNATIONAL STANDARIZATION ORGANIZATION). Για να μπορέσουμε να διευκρινήσουμε περισσότερο την διαφορά μεταξύ ορυκτελαίων και συνθετικοιν λιπαντικών θα αναφερθούμε με λίγα λόγια στην τεχνολογία παρασκευής τους. Τα ορυκτέλαια παρασκευάζονται όπως είναι γνωστό με διύλιση σε ατμοσφαιρική πίεση του αργού πετρελαίου, διύλιση σε κενό του υπολείματος αυτής, απομάκρυνση των αρωματικών υδρογονανθράκων με διαλύτες, υδρογόνωση, αποκήρωση με διαλύτες και φιλτράρισμα (όπως έχει αναφερθεί). Όπως καταλαβαίνουμε τα ορυκτέλαια είναι ένα μίγμα υδρογονανθράκων άλλων εοπιθυμητών και άλλων όχι, έτσι οι τελικές ιδιότητες του ορυκτελαίου θα είναι ο μέσος όρος των ιδιοτήτων των υδρογονανθράκων από τους οποίους αποτελείται. Ας σημειωθεί εδώ ότι τα πρόσθετα (additives) συμβάλλουν σε πολύ μεγάλο βαθμό στην αναβάθμιση των ιδιοτήτων των ορυκτελαίων. Σε αντίθεση τα συνθετικά υγρά ή λιπαντικά, παρασκευάζονται με σύνθεση ή και συνδυασμό μιας ή περισσοτέρων χημικών ενώσεων με συγκεκριμένες ιδιότητες ώστε το τελικό προϊόν να έχει τις συγκεκριμένες ιδιότητες που εμείς θέλουμε. Αρκετές φορές τα συνθετικά υγρά έχουν χαρακτηριστικά που τα ορυκτέλαια είναι αδύνατο να αποκτήσουν παρότι υπάρχει η πολύ σημαντική βοήθεια των προσθέτων (additives). Έ να από τα κυριότερα σημεία που τα συνθετικά λιπαντικά υπερέχουν έναντι των ορυκτελαίων είναι η συμπεριφορά τους στις πολύ μικρές και πολύ υψηλές θερμοκρασίες. - Στις χαμηλές θερμοκρασίες εμφανίζουν ικανοποιητική ρευστότητα - Στις υψηλές θερμοκρασίες εμφανίζουν μεγάλη αντοχή στην οξείδωση

18 ο λόγος για τον οποίο τα συνθετικά λιπαντικά έχουν τόσο καλές ιδιότητες στις ακραίες θερμοκρασίες είναι ότι με; την επιλογή των συστατικών τους πετυχαίνεται απομίχκρυνση των ενοισεων με πολύ μικρό κ(χι πολύ μεγάλο μοριακό βάρος (οι λεγάμενες ουρές). Να σημειωθεί εδώ ότι οι ΥΑ με μικρό Μ.Β είναι αυτοί που καθορίζουν την συμπεριφορά στις ψηλές θερμοκρασίες ενώ οι ΥΑ με μεγάλο Μ.Ρ, στις χαμηλές θερμοκρασίες Τ.4ΞΙΝΟΜΗΣΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΏΝ ΛΙΠΑΝΉΚΩΝ Στην ταξινόμηση των συνθετικών λιπαντικών έχουν αναφερθεί διάφοροι τρόποι με διαφορετικές φιλοσοφίες ο καθένας. Τα συνθετικά λιπαντικά θα τα ταξινομήσουμε σε τέσσερις κατηγορίες ανάλογα με το είδος των υδρογονανθράκων που χρησιμοποιούνται για την Παρασκευή τους. Οι κατηγορίες είναι οι εξής : 1. Εκ συνθέσεως υδρογονάνθρακες (SHF) 2. Πολυγλυκόλες 3. Οργανικοί εστέρες 4. Φωσφατικοί εστέρες Θα αναφερθούμε αναλυτικά στην καθεμιά κατηγορία ξεχωριστά : 1. Εκ συvθέσεωc υδoovovάvθoακεc (SHE) Αποτελούν την κατηγορία που αναπτύσεται γρηγορότερα και έχει την μεγαλύτερη κατανάλωση. Εϊναι καθαροί υδρογονάνθρακες και παρασκευάζονται από πρώτες ύλες παράγωγα του αργού πετρελαίου. Οι κυριότεροι τύποι αυτής της κατηγορίας που παρουσιάζουν και το μεγαλύτερο εμπορικό ενδιαφέρον είναι δύο : - Τα ολεφινικά ολιγομερή (πολυαλφα ολεφίνες) - Αλκυλοαρωματικά Α. (Πολυαλωαολεωίνετ) Polv-alpha-olefins) Οι πολυαλφα ολεφίνες είναι τα πιο ευρέως γνωστά συνθετικά λιπαντικά που χρησιμοποιούνται στις Ηνωμένες πολιτείες και στην Ευρώπη. Μοιάζουν με ένα εντελώς καθαρό παραφινικό βασικό ορυκτέλαιο και αποτελούνται από όμοια μόρια καθαρού υδρογονάνθρακα. Οι πολυαλφα ολεφίνες (Poly-alpha-olefins) ή PAO's. Φτιάχνονται από συνδυασμό δύο ή περισσοτέρων μορίων δεκενίου (decene) Cio Η20. To δέκενιο είναι ένας ευθείας ανθρακικής αλυσίδας υδρογονάνθρακας που δημιουργείτε από την ένωση 5 μορίων (ethylene). Το δεκένιο είναι ακόρεστος υδρογονάνθρακας (ελλειπής σε Η) στην τελική θέση άλφα (alphaposition). Στην συνέχεια το δεκένιο πολυμερίζεται για να μας δοισει τελικά τις πολυαλφα ολεφίνες ο συτακτικός τύπος μιας πολύ αλφα ολεφίνης είναι;

19 όπου R = CkΗι7 (poly-alpha-olefin) Ο σχηματισμός του δεκενίου από αιθυλένιο και στην συνέχεια ο πολυμερισμός του δεκενίου προς πολυ-αλπηα-ολεφιν (Τα PAO s είναι ένωση δύο ή περισσοτέρων μορίων δεκενίου προς ένα ολιγομερές ή μικρής υδρογονανθράκων. Δεν περιέχουν θείο (S) ούτε φωσφόρο (Ρ) ούτε μέταλλα. Επειδή είναι ελεύθερα από κήρους (παραφίνες) έχουν χαμηλό σημείο πήξης έχουν υψηλό δείκτη ιξώδους με ελάχιστο VI γύρω στα 140. Έχουν έμα ευρύ φάσμα ιξωδών στους 100" C που αρχίζει από ζ cst έως loocsi. Τα PAO s έχουν καλή θερμική σταθερότητα μπορούν να διατηρούν τις ιδιότητες τους σε υψηλές θερμοκρασίες. Επίσης έχουν καλή αντιοξειδωτική συμπεριφορά έχοντας βέβαια και τα ανάλογα αντιοξειδωτικά πρόσθετα (antioxidants). Χωρίς τα αντιοξειδωτικά πρόσθετα τα PAO s και πολλά άλλα συνθετικά λιπαντικά έχουν χαμηλή αντίσταση στην οξείδωση, χαμηλότερη από τον ορυκτής βάσης λιπαντικά. Στα ορυκτής βάσης λιπαντικά η παρουσία του θείου λειτουργεί σαν φυσικό αντιοξειδωτικό. Παρόλα αυτά, η παρουσία του αντιοξειδωτικού προσθείου είναι απαραίτητη και στα ορυκτά λιπαντικά και στα συνθετικά λιπαντικά για να τους δώσουν την σταθερότητα στις υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να λεπταίνουν ή να δημιουργούν διαβρωτικά οξέα. Ξαναγυρνώντας πίσω στα συνθετικά λιπαντικά και συγκεκριμένα στις ΡοΙν-alpha-olefin (PAO s). Είδαμε αναλυτικά πως και με ποιά πρόσθετα λύνονται τα προβλήματα οξείδωσης που παρουσιάζουν οι PAO s με τα πρόσθετα κατά της οξείδωσης. Πρέπει να αναφερθεί πως ένα άκομα πρόβλημα των PAO s είναι ότι παρουσιάζουν μια δυσκολία να φτιάξουν ομογενές μίγμα με τα πρόσθετα που αναφέρθηκαν παραπάνω. Αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί με την πρόσθεση στα PAO s συγκεκριμένης ποσότητας συνθετικού εστέρα. Τα περισσότερα PAO s περιέχουν 5 έως 20" ι. διεστέρα ή πολυεστέρα. Ερευνητές πρόσφατα ανακάλυψαν ένα βασικό υγρό το οποίο είναι πολυμερισ,ιιένη Poly-alpha-olefin με μεθακρυλικό οξύ (methylacrylic acid) και δίνει τις ιδιότητες των εστέρων στις Poly-alpha ολεφίνες. Οι πολυ-αλφα-ολεφίνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν λιπαντικά 100% συνθετικά και σαν ημισυνθετικά λιπαντικά (όπου το ορυκτέλαιο δεν πρέπει να υπερβαίνει το 14" π αναλογία στο λιπαντικό).

20 Χρησιμοποιούνται: 1. Crankase engine oils (λιπαντικά μηχανών εσωτερικής καύσης) 2. Gear oil (Βαλβολίνες) 3. Τurbine oils (λιπαντικά τουρμπίνων) 4. compressoroils (ψυκτικά λιπαντικά) Το μεγαλύτερο προσόν των PAO s είναι η πολύ καλή συμπεριφορά τους στις χαμηλές θερμοκρασίες και η χαμηλή πτητικότητά τους Στον πίνακα (1) που ακολουθεί βλέπουμε καθαρά την υπεροχή ενός PAO s από ένα ορυκτέλαιο σ'αυτούς τους τομείς ; Παραθέτουμε έναν πίνακα με εργαστηριακές μετρήσεις ανάμεσα σε ένα ορυκτέλαιο (συγκεκριμένα βασικό ορυκτέλαιο 150 SN) και σε ένα αντίστοιχο συνθετικό λιπαντικό (SHF) με βάση το πολυδεκένιο που παρουσιάζουν το ίδιο ιξώδες (CST) στους 100 ^C. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ (SHF) ΟΡΥΚΤΕΑΑΙΟ ΣΥΝΘΕΤΙΚΟ ΑΙΠΑΝΤΙΚΟ Ιξώδες στους 100 C 5,7 5,2 Ιξώδες στους 40 C(CST) Ιξώδες στους C(CST) 1010 Ιξώδες στους 40 C(CST) 7790 VI (viscosity index) * FLASHPOINT ( C) % απόσταγμα στους 400 C 2 20 Π ΙΝ Α Κ.^ (1) * Σημείωση : Θα πρέπει να αναφερθεί ότι στο βασικό ορυκτέλαιο ISO SN και σε όλα τα βασικά ορυκτέλαια το συνήθες σημείο ροής (Pour Point) είναι στους -9 C με πρόσθετο (additive) ροής όμως (Pour point depresant) μπορεί να φθάσει τους -ISo C και ακόμη πιο χαμηλά έως -24 C σπάνια. Το Pour Point Depresant είναι ένα πρόσθετο που μπαίνει σε πολύ μικρές αναλογίες στα ορυκτέλαια από 0.05% ΚΒ έως 0.5% ΚΒ και εμποδίζει την στερεοποίηση των παραφινικών ΥΑ στις χαμηλές θερμοκρασίες. Υπάρχουν πολυμερή και μη πολυμερή Pour Point Depresants. * Μη πολυυεοή εvώσειc που χρησιμοποιούνται σαν POUR POINT DIPRES.\NT είναι: OH paraffin parafin parafin (C6 H5 OH) CO (C,o Hs parafin parafin "Πολυμερής ενώσεις που χρησιμοποιούνται σαν DEPRESANTS : POUR POINT

21 CH-CH:-CH- CH o o 0 ' R R (STYRENE/MALEIC ESTER COPOLYMER) - CH2 c COOR (polymethalcrylates) Είναι και τα πιό συνήθη Είδαμε ότι στην πρώτη κατηγορία από τις τέσσερις που χωρίζουμε τα συνθερικά λιπαντικά δηλαδή στους εκ. συνθέσεως υδρογονάνθρακες (SHE) εκτός από τα ολεφινικά ολιγομερή (PAO s) είναι και τα αλκυλοαρωματικά. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το αλκυλοβενζόλιο. υα αναλύσουμε την δεύτερη κατηγορία των εκ συνθέσεως υδρογονανθράκων. Β. Αλκυλοαοωιιατικά (Alkylated Aromatics) Χαρακτηριστικό παράδειγμα των αλκυλοαρωματικών είναι το Αλκυλοβενζόλιο Ο συντακτικός τύπος των αλκυλοαρωματικών είνα ι: R όπου R = Cio έως Cu Όπου τα αλκύλια μπορεί να ευθείουν ανθρακικές αλυσίδες ή διακλαδιζόμενες ανθρακικές αλυσίδες. Ό ταν τα αλκύλια έχουν ευθείες ανθρακικές αλυσίδες και ο αρωματικός δακτύλιος είναι το βενζόλιο τότε ονομάζεται LAB (Linear alkylbenzene) Οι συντακτικοί τύποι ενός LAB και ενός διακλαδιζόμενου αλκυλοβενζόλιου είναι

22 (Linear DialkylBenzene) LAB) Και τα δύο είδη των alkylbenzenes έχουν καλή ικανότητα διάλυσης των προσθέτων (solubility). Τα LAB S (Branched alkylbenzenes) έχουν VI γύρω Ο ή χαμηλότερο. Τα l a b s είναι πιο επιρεπής στην οξείδωση από ότι τα BAB s εξαιτίας του ελεύθερου υδρογόνου στην ανθρακική αλυσίδα (τριτοταγές) που είναι προοτκολημένο στον βενζολικό δακτύλιο. Η θερμική σταθερότητα (η αντοχή τους στην θέρμανση απουσία οξυγόνου) των αλκυλοβενζολίων είναι παρόμοια των PAO s Τα αλκυλοβενζόλια έχουν χρήση παρόμοια με αυτή των ναφθενικών ορυκτελαίων έστι αλκυλοβενζόλια και τα συνθετικά μίγματα αλκυλοβενζολών με ναφθενικά ορυκτέλαια έως 14% χρησιμοποιούνται σαν ψυκτέλαια έως 14% χρησιμοποιούνται σαν ψυκτέλαια. Ειδικά επεξεργασμένα λιπαντικά ορυκτής βάσης που χαρακτηρίζονται σαν (Η.ν.Ι) υψηλού δείκτη ιξώδους ή εκταμένης υδρογονοκατεργασίας παραφινικά λιπαντικά είναι περίπου ίδια και πολλές φορές φθηνότερα από τα P.LO s και χρησιμοποιούνται σε ψυκτικά κομπρεσέρ αμμωνίας. Χαρακτηρίζονται από χαμηλή πίεση ατμτόν (τάση ατμών) αλλά τα χαρακτηριστικά τους στις χαμηλές θερμοκρασίες είναι παρόμοια των παραφινικών βασικών ορυκτελαίων. Θα αναφερθούμε ρτώρα στην δεύτερη κατά σειρά κατηγορία συνθετικών λιπαντικών στις πολυγλυκόλες Polyalkylene Glycols (PAG s) 2. ΠολυΎλυκόλες (Polvalkvlene Glvcols-PAG's)

23 2. Πολυνλυκόλ^χ (Polvalkvlene Glvcols-PAG's) Οι πολυγλυκόλβς χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην παρασκευή συνθετικών λιπαντικοιν και έχουν μεγάλο πεδίο εφαρμογών. Είναι γραμμικά πολυμερή και παρασκευάζονται με προσθήκη ενός αλκυλενοξειδίου σε μια υδροξυλιούχο ένωση. Η υδροξυλιούχος ένωση μπορεί να είνα ι: Νερό, αλκοόλη, αιθυλενογλυκόλη-προπυλενογλυκόλη ή γλυκερίνη. Οι πολύ γλυκόλες αναφέρονται σαν πολυαλκυλενογλυκόλες πολυεστέρες, αιθέρες, πολυγλυκόλες και αιθέρες πολυαλκυλενογλυκόλης. Οι αιθέρες πολυαλκυλενογλυκόλης χρησιμοποιούνται κύρια σαν βάση για την παρασκευή λιπαντικών ενώ οι αιθυλενο και πολυαιθυλενογλυκόλες χρησιμοποιούνται σχεδόν κατ'αποκλειστικότητα για παρασκευή υγρών φρένων (Drate Fluids). Οι πολυγλυκόλες διαθέτονται ανάλογα με την εφαρμογή τους σε δύο κύριους τύπους : Διαλυτές σε νερό Αδιάλυτες σε νερό Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά τους είναι ότι στις πολύ ψηλές θερμοκρασίες διασπώνται σε πτητικά συστατικά. Αυτή η ιδιότητά τους οδηγεί σε πολύ χαμηλά ποσοστά καταλοίπων (λάσπης) σε ψηλές θερμοκρασίες ή ακόμα και σε αποσύνθεση τους σε ορισμένες εφαρμογές σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Παραθέτουμε έναν πίνακα με τα χαρακτηριστικά των πολυγλυκόλων ή PAG's Χ.ΔΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΟΑΥΓΑΥΚΟΑΩΝ (PAG's) Λιπαντικότητα - Εξαιρετική Σημείο ανάφλεξης (Flash Point) C Δείκτης Ιξώδους (V.1) Πτυτικότητα ((Volability) - Χαμηλή Σημείο ροής (Pour Point) C - 23 έως 57 Θερμική σταθερότητα (Thermal Stability) - Καλή Συμβατότητα με ορυκτέλαια (compatibility) - Πολύ περιορισμένη Οι πολυγλυκόλες (PAG's) είναι πολυμερή που περιέχουν οξυγόνο όπως οι χαμηλού μοριακού βάρους γλυκόλες που τις συναντάμε στο αντιπαγωτικό (antifreeze) και είναι η αιθυλενογλυκόλη (ethylene glycol) και στο αντιπαγωτικό υγρό αεροσκαφών που είναι η προπυλενογλυκόλη (propylene glycol).

24 Η παρασκευή των PAG's όπως περιληπτικά αναφέραμε στην αρχή γίνεται από τον πολυμερισμό του αιθυλενοξειδίου CH, -C H,0 Εάν αρχικά έχουμε γλυκόλη ή νερό το πολυμερές τελικά θα περιέχει υδροξείδια (-ΟΗ) και είναι γνωστά σαν πολυμερή διόλως ή διόλες (diols). Εάν η αρχική οργανική ένωση είναι μια αλκοόλη το τελικό προϊόν θα είναι ένας μονοαιθέρας (monoether) και αναφέρονται σαν "end capped" Εςαιτίας της μεγαλύτερης περιεκτικότητας υδρογόνου ενωμένου στις διόλες (diols) το ιξώδες μιας συγκεκριμένου μοριακού βάρους diols είναι αρκετά πιο υψηλό από έναν αναλόγου μοριακού βάρους μονοαιθέρα " end capped" Επίσης η πυκνότητα των διολών έχει την τάση να είναι μεγαλύτερη από των μονοαιθέρων. Οι λιπαντικές ικανόττηες και φυσικές ιδιότητες των PAG's εξαρτώνται άμμεσα από το μονομερές που χρησιμοποιούμε για την παρασκευή της καθεμιάς από το μοριακό βάρος και την φύση του τελικού προϊόντος. ΈΤσι τα PAG's που φτιάχνονται από αιθυλενοξείδια (ethylene o.\ide) είναι διαλυτά στο νερό και αδιάλυτα στο ορυκτέλαιο. Τα PAG's που φτιάχνονται από προπυλενοοξείδια ή λιπαντέλαια (propylene oxide) είναι αντίθετα αδιάλυτα στο νερό και διαλυτά στα λιπαντέλαια. Μερικά PAG's είναι απυκνότερα από το νερό (μεγαλύτερη πυκνότητα) σε μιά τέτοια περίπτωση το νερό επιπλέει στο λιπαντικό. Αναφέραμε δύο χαρακτηριστικά είδη PAG's ((τυντακτικοί τύποι): Λ / ν \ / ν (Polypropylene Glycol Diol) ο (PolyethyleneGlycol Monoether) ο Τα υδατοδιαλυτά PAG's μπορούν να διαχωριστούν από ένα υδατικό διάλυμα σε υψηλές θερμοκρασίες. Στα υγρά τα οποία χρησιμοποιούνται σε μεταλουργικές εργασίες τα οποία είναι υδατοδιαλυτά ένας τέτοιος διαχωρισμός του PAG από το νερό μπορεί να επιτρέψει την λίπανση των τεστών επιφανειών κατά την επαφή των μετάλων (μηχανήματα κοπής μετάλλων).

25 Έν (χ ομογενές όμως μίγμτχ μπορεί vu λειτουργήσει σαν ψυκτικό μέσο (coolant) στα μηχανήματα κοπής μετ'λλων. Με λίγα λόγια ένα υδατοδιαλυτό PAG μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μηχανήματα κοπής μετάλλθ)ν έχοντας διπλό ρόλο : I. Λίπανση (όταν στις υψηλές θερμοκρασίες διασπάται το νερό από το PAG. 4^ύςη όταν το ομογενές μίγμα έρχεται σε επαφή με τις θερμές επιφάνειες (δράση του νερού). Μπορούμε να αναφέρουμε επίσης ότι τα PAG's εξαιτίας τις αδιαλυτότητας τους με τα αντιαφριστικά στις υψηλές θερμοκρασίες επιφέρουν ιδιότητες αφρισμού. Τα PAG's περιλαμβάνουν περίπου το 20% σε ένα υδραυλικό υγρό φρένων για αυτοκίνητα. Χρησιμοποιούνται στα υδραυλικά συστήματα στα οποία τα ορυκτής βάσης υγρά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν (εμφανίζουν διαροές και χαμηλή αντοχή στην φωτιά (flash point)] Τα PAG's έχουμε χαμηλή τοξικότητα έτσι μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην λίπανση μηχανών παρασκευής τροφίμων. Τα υδατικής βάσης PAG's δεν μπορούν να αναχαιτίσουν την δημιουργία βακτηρίων (στο νερό) σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από looomg/1 (έχουν όμως μεγαλύτερη ικανότητα αναχαίτισης από τα ορυκτέλαια). RVai αποικοδομήσιμα, περίπου 20% σε 20 μέρες αποκοδομούνται. Όπως τα περισσότερα συνθετικά λιπαντικά έτσι και τα PAG's αντιδρούν με το οξυγόνο. Όμως με την χρήση των κατάλληλων προσθέτων τα PAG's μπορούν να δημιουργήσουν οηαθερά και μεγάλης διάρκειας ζωής λιπαντικά (amine antioxidanti). Εξαιτίας του μεγάλου δείκτη ιξώδους που έχουν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ευρείας κλίμακας περιοχή θερμοκρασιών. Ά λλη μια σημαντική ιδιότητά τους είναι σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες διασπώνται σε πτητικά συστατικά. Τούτο έχει σαν αποτέλεσμα να έχουν χαμηλά ποσοστά αποθέσεων (deposit) όπως έχει αναφερθεί στην αρχή. Συνοψίζοντας μπορούμε να πούμε ότι τα PAG's μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μηχανήματα κοπής μετάλλων (λιπαντικά μέσο και ψυκτικό). Σε αεροσυμπιεστές (εξαιτίας της σταθερότητάς τους στις υψηλές θερμοκρασίες) Σε συμπιεστές υγραερίων (gas compresor's) (εξαιτίας της μη διαλυτότητάς τους με τα υγραέρια). Επίσης χρησιμοποιούνται στην Ευρώπη σαν Βιομηχανικές βαλβολίνες (gear oils) εξαιτίας της διαλυτότητάς τους στο νερό και της μη μόλυνσης του περιβάλλοντος. 3. Οργανικοί εστέοει: Οι οργανικοί εστέρες έχουν την μεγαλύτερη ιστορία εφαρμογής μεταξύ όλων των συνθετικών λιπαντικών.

26 Η χρησιμοποίησή τους άρχισε από τον Β' Παγκόσμιο πόλεμο στην Γερμανία όπου χρησιμοποιήθηκαν σαν πρόσθετα για την βελτίωση των χαρακτηριστικών χαμηλών θερμοκρασιών των ορυκτελαίων. Από το 1950 και μερά χρησιμοποιήθηκαν σαν λιπαντικά αεροπορίας κατ'αποκλειστικότητα. Οι εστέρες είναι προϊόν της αντίδρασης μεταξύ μιας αλκοόλης και ενός οργανικού οξέος, και χαρακτηρίζονται από εξαιρετικές φυσικές ιδιότητες (υψηλός δείκτης ιξώδους, χαμηλή πτητικότητα, χαμηλό σημείο ροής) και επίσης ρευστότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες. Εμφανίζουν επίσης πολύ καλή διαλυτότητα των προσθέτων. Οι κυριότεροι τύποι οργανικών εστέρων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή λιπαντικών υλών είναι οι εστέρες διβασικών οξέων και οι εστέρες πολυολης. Η ανωτερότητα των εστέρων από τα ανάλογα ιξώδους ορυκτέλαια φαίνεται στον πίνακα που ακολουθεί ΙΔΙΟΤΗΤΑ ΕΣΤΕΡΕΣ ΟΡΥΚΤΕΑΑΙΟ (ISOSN) Ιξώδες CST στους 100 C στους 40 C στους C 474 Αδύνατη μέτρηση στους - 40 C 5465 Αδύνατη μέτρηση Δείκτης ιξώδους Σημείο ροής C * Σημείο ανάφλεξης C Απόσταξη -% απόσταγμα στους 400 C 3 20 (*) Χρησιμοποίηση ταπεινωτικού σημείου ροής πρόσθετο (Pour Point Dipresant) έχουμε αναφερθεί εκτενέστερα σ'αυτά στους SHF υδρογονάνθρακες. Στη συνέχεια θα εξετάσουμε ξεχωριστά τους δύο τύπυς οργανικών εστέρων. Τους εστέρες διβασικών οξέων και τους εστέρες πολυόλης. Α. Eστέpεc διβασικών ιοςέων (Diesters)

27 Οι εστκρες διβασικών οξέων φτιάχνονται (συνθέτονται) από την αντίδραση ενός οςέως και κιάς αλκοόλης. Κατά την διάρκεια της -coo Η αντίδρασης σχηματίζεται νερό σαν ένα προϊόν της αντίδρασης το οποίο θα πρέπει να φύγει. Οι εστέρες διβασικών οξέων πήραν το COO Η όνομα τους από τα διοξέα που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή τους. Σαν παραδείγματα μπορούμε να δούμε τους άδικούς εστέρες (adipate esters) που φτιάχνονται από τα αντιπικό οξύ (adipit acid) και τους φθαλικούς εστέρες που φτιάχνονται από το φθαλικό οξύ (phtalic acid); Adipic acid (Dicarboxylic acid) HOOC (CH,), COOH ή (ΟΟΗ, Ο,) Phtalic acid (Benzene 1,2 dicarboxylic acid) C, H, (COOH), -C, H, O, A V COO-H όπου αντικαθίστανται τα δύο υδρογόνα και έχουμε: Λ COO-R COO-R V (Phtalicacid) VDibasic acid (Di-z-ethylhexyl Phthalate) 6 O C - (CH2) - C - OR OR όπου R= (8 έως 13)

28 Όπως αναφέρθηκκ προηγουμένως κατά την διαδικ(χσία της δημιουργί(ζς κνός εστέρα σαν συν προϊόν δημιουργκίται και νερό παράδειγμιχ : V V Έτσι η παρουσία του νερού μπορεί να προκαλέσει την αντίστροφη αντίδραση και να δημιουργήσει αλκοόλες και οξέα. Εάν από αυτή την παρουσία του νερού δημιουργεί δυνατά οξέα όπως αδπικό και φθαλικό (adipic and phtalic acids) σαν αποτέλεσμα της υδρόλυσης του νερού, τότε δημιουργούνται μεγάλα προβλήματα διάβρωσης. Τότε η λύση είναι η επιλογή του κατάλληλου προσθέτου για να αποτρέψει αυτό το πρόβλημα. Πρέπει να αναφερθεί ότι η παρούσα σιδήρου (Fe) και ψευδαργύρου (Zinc) σε υγρά συστήματα προάγουν την υδρόλυση. Οι διεστέρες (Diesters) όπως και τα PAO's (Poly-alpha-defins) δεν περιέχουν θε'θιο (S), φώσφορο (Ρ), μέταλλα ή κήρους (wax). Χημικά έχουν πιο πολύπλοκες συνθέσεις (ενώσεις) από τα PAO's Έχουν χαμηλό σημείο ροής (Pour Point) που κυμαίνεται μεταξύ -60 F έως -80 F Οι διεστέρες έχουν και πολύ καλή θερμική σταθερότητα καθώς και σταθερότητα στην οξείδωση πάντα χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα πρόσθετα. Ένα άλλο πλεονέκτημα των διεστέρων (Diester's) είναι η πολύ καλή διαλυτότητα τους (solvency) και για τα πρόσθετα και για τις διάφορες επικαθίσεις που δημιουργούνται. Οι διεστέρες (Diesters) είναι clean-running λιπαντικά και έχουν την τάση να διαλύουν τις επιαθίσεις την λάσπη (sludge) παρά να δημιουργούν αποθέσεις. Στην ουσία δηλαδή τα Diesters συνήθως καθαρίζουν τις αποθέσεις (deposit) που δημιουργούνται από τα ορυκτής βάσης λιπαντικά (κατά την αποικοδόμησή τους). Οι διετττέρες (Diesters) χαμηλού ιξώδους χρησιμοποιούνται και σαν πλαστικοποιητές (plasticizers).

29 Σ'αυτήν τους την εφαρμογή επιδρούν σιχν εξευγενιστές των πλαστικών (Solten plastics) διευκολύνοντας έτσι την παρασκευή των πλαστικιον. Σαν λιπαντικά επίσης οι διειττέρες λειτουργούν σαν υγρά που μαλακοινουν (soften) πλαστικά. Αυτή τους η ιδιότητα μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα κυρίως στεγανοποιητικά (αναφε'ρομαστέ στο κύκλωμα στο οποίο κυκλοφορούν οι διεστέρες). Χημικά ανθεκτικές ενώσεις (στεγανοποιητικές) όπως το Viton, Flourel, Hytrel και μεσαίου ή υψηλού νιτριλίου Buna Ν (τυστήνονται σαν ενισχυτικά των συστημάτων στα οποία εργάζεται σαν λιπαντικό ένας διεστέρας για να αποφύγουμε προβλήματα στεγανότητας από την δράση των διεστέρων. Συνοψίζοντας για τους διεοττέρες μπορούμε να πούμε πως η αντοχή που παρουτπάζουν στην οξείδωση, η θερμική τους σταθερότητα τα επέβαλαν σαν τα κατ'εξοχήν λιπαντικά αεροπορίας. Οι βελτιωμένες τους ιδιότητες σ'αυτά τα δύο χαρακτηριστικά συντελούν στην ; - ελάχιστη δημιουργία οξέων - ελάχιστη φθορά σε γραμάζια και έδρανα - αντίσταση στον σχηματισμό εξανθρακωμάτων - περιορισμό των επικαθήσεων από προϊόντα της αποικοδόμησης των συστατικών του λαδιού. Από εμπορικής πλευράς οι διεστέρες είναι πέντε έως εφτά φορές πιο ακριβά από τα αναλόγου ιξώδους και ιδιοτήτων ορυκτής βάσης λιπαντικά. Πέρα από τις εφαρμογές τους στην αεροπορία οι διεστέρες χρησιμοποιούνται σαν λιπαντικά μηχανών εσωτερικής καύσης (αυτοκίνητα) σαν λιπαντικά συμπιεστών και σαν υδραυλικά λιπαντικά. Β. Εστέοεο πoλυόλnc (ΡοΙνοΙ Esters) Όπως οι διεστέρες έτσι και οι εστέρες πολυόλης (Polyolesters) σχηματίζονται από την αντίδραση μιας αλκοόλης και ενός οξέος και σχηματίζουν εστέρα και νερό. Η λέξη πολυόλη (Polyol) αναφέρεται γιατί στο μόριο της αλκοόλης που αντιδρά με το οξύ για να μας δώσει εστέρα υπάρχουν τουλάχιστον υδροξύλιο ομάδες. Δηλαδή οι εστέρες πολυόλης πήραν το όνομά τους από τις πολυαλκοόλες που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή τους. Οι περισσότεροι από τους εστέρες που χρησιμοποιούνται σαν λιπαντικά παράγονται από "hindered" πολυόλες. Οι εστέρες από αυτές τις πολυόλες έχουν πολύ καλή θερμική σταθερότητα. Αναφέρουμε τρεις διαφορετικές πολυόλες από τις οποίες δημιουργούνται οι εστέρες πολυόλης,αε τα χαρακτηριστικά που αναφέραμε πιο πάνω ; 1) Trinethylopropane (ΤΜ Ρ): (Τριθυλοπροπάνιο) 2) Neopenthlplycol (NPG ): [2.2.-DimenthyI propanediol]

30 {CHi)iC(CH20H)i : (C 5/ / 12O 2) 3) Penthaerythritol: (PE) [2.2. (hydroxymethyl) propan-ediol] C{CHiOH)i : C5//12O4 CH^OH O H -CH.- C -CH. CHiOH Έτσι τα TMP, NPG και P.E polyols αντιδρώντας με ένα σχετικά αραιό οργανικό οξύ μας δίνει και τον ανάλογο εστέρα όπως ; ΤΜΡ εστέρες- NPG εστέρες και ΡΕ εστέρες. Για παράδειγμα ένα ΡΕ εστέρας έχει συντακτικό τύπο : CH^OOOR CH1OOCR- C -CH.OOCR CH200CR (Polyol ester) που παράγεται από παρουσία οργ. οξέος CH^OH CH2OH- C -CH2OH CH20H Penta erythritol) Οι εστέρες πολυόλης δεν περιέχουν ούτε θείο ούτε φώσφορο ούτε κήρους (waxes). Το σημείο ροής τους κυμαίνεται από -20 Ε έως -95" F ανάλογα με το μίγμα των στοιχείων που είναι αναμεμιγμένα για να μας δώσουν μια εστέρο πολυόλη. Ο δείκτης ιξώδους του είναι περίπου 140 με μια κύμανση από 120 έως 160. Με την χρήση των κατάλληλων προσθέτων (additives antioxidants) οι εστέρες από ότι οι διεστέρες και τα PAO's. Οι εστέρες πολυόλης αντιστάκονται στην υδρόλυση περισσότερο από τους διεστέρες, αλλά και τα φαινόμενα υδρόλυσης που παρατηρούνται (εξαιτίας της παρουσίας νερού σαν συν προϊόν κατά την

31 παραγωγή τους) δημιουργούν λιγότερα προβλήματα διάβρωσης από τους διεστέρκς. Οι εστέρες πολυόλης έχουν μεγάλες εφαρμογές και χρήση στην αεροπορία (aviation lubricants). Ειδικά σαν τουρμινέλαια υψηλών θερμοκρασιών και σαν υδραυλικά αεροπορικά λιπαντικά. Από όλους τους εστέρες πολυόλης την μεγαλύτερη προτίμηση για παραγωγή λιπαντικών αεροπορίας την έχουν οι Ρ.Ε. εστέρες. Η πολύ καλή συμπεριφορά τους στις υψηλές θερμοκρασίες (μιλάμε πάντα για τον Ρ.Ε. esters) και το πολύ χαμηλό σημείο ροής τους 9(pour point) τα έκαναν να είναι πρώτη επιλογή για λιπαντικά αεροπορίας όπου χρειάζονται λιπαντικά ευρείας κλίμακας θερμοκρασιών λιπαντικά. Οι ΤΜΡ εστέρες είναι πιο αποικοδομήσχμοι από τα ορυκτής βάσης λιπαντικά και από τα PAO's και από τους διειττέρες. Κλείνοντας μπορούμε να αναφέρουμε ότι εμπορικά οι Πολυολ Εστερσ είναι 10 έως 20 φορές πιο ακριβοί από ότι τα αντίστοιχα ορυκτής βάσης λιπαντικά. 4. Φωσοατικοί εστέοες Η κατηγορία αυτή των συνθετικών ενώσεων είναι από τις κυριότερες από πλευράς κατανάλωσης. Η βασικότερη ιδιότητά τους είναι η αντοχή τους σε ανάφλεξη, που είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των ορυκτελαίων, γι'αυτό και η κύρια εφαρμογή τους είναι σαν μη αναφλέξιμα λάδια υδραυλικών συστημάτων. Η αντοχή τους στην ανάφλεξη οφείλεται ως ένα ορισμένο βαθμό στο άτομο του φωσφόρου που συμμετέχει crco μόριο της οργανικής ενώσεως και η αντοχή αυτή αυξάνεται όσο το μοριακό βάρος μειώνεται..\ntoxh ΣΤΗΝ ΑΝΑΦΑΕΞΗ ΤΩΝ ΦΩΣΦΑΤΙΚΩΝ ΕΣΤΕΡΩΝ Ιξώδες σε CST στους 40 C Αυτανάφλεξη C (ASTM D286) Όπως βλέπουμε και από τον πίνακα οι φωσφατικοί εστέρες χαμηλού ιξώδους αναφλέγονται σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες. Η αντοχή στην οξείδωση των φωσφατικών εστέρων είναι πολύ μεγάλη και είναι δυνατόν να ενισχυθεί με αντιοξειδωτικά πρόσθετα (antioxidants). Ό ταν οι συνθετικές λειτουργίας είναι τέτοιες που προκύπτει οξείδωση τα προϊόντα της είναι φωσφορικό οξύ και ενώσεις

32 μκγΰλου μορκικού βάρους. Βάση αυτών αύξηση του ιξώδους και του αριθμού βξουδκτέρωσης μπορεί να σημαίνει οξείδωση του λαδιού. Τα προϊόντα της οξείδωσης είναι διαβρωτικά γταυτό πρέπει να απομακρύνονται με προσεκτικό φιλτράρισμιχ, αλλιώς προκαλούν φθορές και σχηματισμό σκληρδιν επικαθίσεων. Επειδή τα λάδια αυτά χρησιμοποιούνται σε υδραυλικά συστήματα (που υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης) πρέπει να περιέχουν προστασία κατά της φθοράς στις αντλίες. Ο φώσφορος που περιέχουν στο μόριό τους τα ενισχύει και σ'αυτήν την ιδιότητα σε πολύ ικανοποιητικό βαθμό (έχει αναφερθεί η ιδιότητα του φωσφόρου στο 2DR να δημιουργεί προστατευτική ταινία γύρω από τις μεταλικές επιφάνειες -) Η πολύ καλή προστασία που παρέχουν κατά της φθοράς μπορεί να οφείλεται σε δύο λόγους. - Είτε γιατί η φωσφατική ρίζα αντιδρά με την μεταλλική επιφάνεια και παράγεται ένα προστατευτικό στρώμα φωσφατικού σιδήρου - Είτε η φωσφατική ρίζα εισχωρεί στην μεταλλική επιφάνεια και η ίδια αποτελεί την επιφάνεια τριβής. Είναι σκόπιμο να αναφερθούν μερικά στοιχεία για την τοξικότητα των φωσφατικών εστέρων, που ποικίλει από πολύ μεγάλη ως αμελητέα. Ειδικά για τις εφαρμογές των φωσφατικών εστέρων στα υδραυλικά συστήματα, η τοξικότητα αναφέρεται στα προϊόντα της διάσπασης τους και στην επίδρασή τους στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Φυσικά μίγματα φωσφατικών εστέρων (παραγώγων της ανθρακούχου πίσσας) έχουν βρεθεί νευροτοξικά. ΑΝτίθετα τα συνθετικά μίγματα φωσφατικών εστέρων δεν είναι καθόλου νευροτοξικά. Η πτητικότητα των φωσφατικών εστέρων είναι χαμηλή όπως και το σημείο ροής τους. Το ειδικό τους βάρος είναι μεγαλύτερο της μονάδας πράγμα που σημαίνει ότι, όταν αναμειχθούν με νερό αυτό επιπλέει. ΕΠίσης προκαλούν διόγκωση στα παρεμβύσματα και προσβάλουν τα χρώματα. Ένας συντακτικός τύπος για τους φωσφατικούς εστέρες είνα ι: 0 R - P = 0 - Ο δείκτης ιξώδους των φωσφατικών εστέρων είναι πολύ χαμηλός κυμαίνεται από 0 έως 30 - Όπως και οι εστέρες οι περισσότεροι, η υδρόλυση είναι ένα πρόβλημα με την παρουσία του νερού. Οι φωσφατικοί εστέρες είναι λίγο πιο ακριβοί από τους εστέρες πολυόλης και 10 φορές πιο ακριβοί από τα αντίστοιχου ιξώδους ορυκτής βάσης λιπαντικά. Ανακεφαλαιώνοντας τα συνθετικά λιπαντικά είδαμε και αναφερθήκαμε λεπτομερώς σε τέσσερις κατηγορίες : α) Στους εκ συνθέσεως υδρογονάνθρακες (SHE)

33 β) Πολυγλυκόλκς γ) Οργανικούς κστερες δ) Φωσφατικούς εστέρες Σαν επιπλέον κατηγορίες που μπορούν να θεωρηθούν σαν συνθετικά λιπαντικά είναι: 1) Τα σιλικονούχα υγρά (silicone fluids) 2) Φθοριομένα λιπαντικά 3) Φυσικοί εστέρες Θα αναφερθούμε πρώτα στα σιλικονούχα υγρά : 1. Σιλικονούχα υγρά (silicone fluids) Ο συντακτικός τύπος ενός σιλικονούχου υγρού είνα ι: R S - R (Silicone structure) R Σε αντίθεση με τους φωσφατικούς ειττέρες τα σιλικονούχα υγρά έχουν Vi's πολύ πιο πάνω από τα πάνω τέλος της κλίμακας. Οι τιμές του ν.ι. τους κυμαίνεται από 350 και πάνω. Επίσης έχουν και διαφορετικά ειδικά χαρακτηριστικά από τους φωσφατικούς εστέρες. - Λειτουργούν σε μια ιδιαίτερα ευρεία περιοχή υψηλών θερμοκρασιών - Απωθούν εντελώς το νερό. - Είναι ανθεκτικά στις χημικές ενώσεις. (Δεν διασπώνται εύκολα) - Και είναι διαλυτά (αναμίξιμα) με μια ευρεία κλίμακα πλαστικών και ελαστομερών. Ένα μειονέκτημα των σιλικονούχων υγρών είναι η μικρή ικανότητά τους να προστατεύσουν τις μεταλλικές επιφάνειες από τις φθορές. Εξαιτίας αυτού τα σιλικονούχα υγρά χρησιμοποιούνται σε υδροδυναμικά λιπαντικά συστήματα στα οποία ένα ολοκληρωμένο προστατευτικό υγρό φιλμ ξεχωρίζει τις μεταλλικές επιφάνειες (τις προστατεύει). Ξέρουμε ότι οι σιλικόνες απωθούν το νερό, δεν αναμιγνύονται με αυτό.

34 Οι εφαρμογές που βρίσκουν τα σιλικονούχα υγρά είναι σε μηχανήματα με χαμηλή ροπή στρέψης, ρολόγια, χρονόμετρα, φούρνους, έδρανα ανεμιστήρων. 2. Φθοοιοιιένα λιπαντικά Εάν στο μόριο του πολυαιθυλενίου αντικαταστήσουμε άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου το αποτέλεσμα θα είναι η δημιουργία πολυτετραφθοριοαιθυλενίου (Teflon). Αυτά τα φθοριομένα λιπαντικά μπορούν να λειτουργήσουν σε μια ευρεία κλίμακα θερμοκρασιών από -40 F έως -> 450 F. Έχουν την ικανότητα μεταφοράς φορτίων και είναι αδρανή στην αντίδραση με χημικές ενώσεις. Αυτά τα λιπαντικά χρησιμοποιούνται πολύ στην αεροδιαστημική εξαιτίας της πολύ χαμηλής τους πτητικότητας η οποία είναι πολύ χρήσιμη σαν ιδιότητα στις υψηλές θερμοκρασίες. 3. Φυσικοί εστέρετ Φυσικοί εστέρες είναι αυτοί οι εστέρες που υπάρχουν στην φύση και παράγονται φυσικά από το γογγύλιο ή από τον κάστορα (ύστερα από διάφορες εργασίες) και βρίσκουν εφαρμογές σαν λιπαντικά στην γεωργία και σε βιομηχανίες ξύλου και τροφίμων. Ο περιορισμός τους όμως σχετικά με την μκρή τους διάρκεια ζωής καθώς και η μικρή κλίμακα θερμοκρασιών που μπορούν να λειτουργήσουν, εξουδετερώνονται από την μεγάλη τους ικανότητα στην αποικοδόμηση (αποικοδομούνται πολύ εύκολα). Περίπου 40 εκατομμύρια μετρικοί τόννοι (metric tons) από γογγυλόσπορο παράχθησαν το 1985 από τους οποίους παρήχθησαν 4,6 εκατομμύρια μετρικοί τόννοι έλαιο. Η μισή από αυτήν την ποσότητα παρήχθη στην Ινδία και στην Κίνα και χρησιμοποιήθηκε για τρόφιμα. Η Ευρωπαϊκή παραγωγή ήταν 1,6 εκατομμύρια μετρικούς τόννους το χρόνο, από το 1980 έως το 1985 και περίπου το 1% από αυτήν την παραγωγή χρησιμοποιήθηκε σαν λιπαντικά. Το έλαιο γογγυλόσπορου είναι ένα γλυκερίδιο (glyceride). Είναι μια ένωση από trihydroxypropane) [{C H i{o H )C H {O H )C H 2{OH)] και oleic acid ; (C,8//34<92)[C//3(C//2)7C//= C//(C//2)7CO(9/f linoleic acid ; (C.8//3202) [C//3(C//2)3(C//2C //= C //)2(C //2)7C 00//] linoleic acid ;

35 ( C, 8 / / 3 o C > 2 ) [CHi(CH2CH = C H )i(c H 2)iC 00H ] O γενικός τύπος του τριγλυκερίδιου του Rapesed oil (ελαίου από γογγυλόσπορο είναι: CH OOCR" 2 (Triglyceride of Fatty Ester) To Rapessed oil (ελαιογογγυλόσπορου) έχει οιξώδες στους 40 f 36cst και συγκρίνεται με το ISO SN βασικό ορυκτό έλαιο. Παραθέτουμε συγκριτικό πίνακα μεταξύ του Rapeseed oil και του ISO SN Base mineral oil.

36 Rapeseed oil VS Paraffinic Mineral Base oil ISO SN Rapeseed oil ISO SN Mineral B.oil Density 15 C KVis 40" cst KVis 100" cst Viscosity index Flash point COC 318 C" (604" F) 215 C (419" F) Cloud point -9C" (15 F) -IOC" (14" F) Pour point -20" C (-4" F) -15" C(5" F) Neutral Numbering 0.3 <0.01 kat/9 Ash, wt% Color, ASTM <2.0 < 1.0 Aniline Point 9.5" C (49" F) 105" C (221" F) Sulfur, ppm Nitrogen, ppm Demulsibility (time to 9 ; 12(min) 5.8 (min) separation) FOAM (DIN 51381) ml' 24 C % 300/O 93.5" C % 30/O 50" C % 70/O Air Relase (DIN < 1 min 2 min 51381) Sap. Number mg KOH/