Dầu Gốc Tổng Hợp Polyalkylene Glycol (PAG) .Các thuật ngữ polyalkylen glycol và polyglycol được sử dụng thay thế cho nhau. Những chất lỏng này có thể được sản xuất để hòa tan trong nước hoặc không hòa tan trong nước (hòa tan trong dầu). Phổ biến nhất là các chất lỏng hòa tan trong nước, và do đó chúng có thể có một số đặc tính rất khác nhau.
Chúng cháy sạch, không để lại cặn và được sử dụng làm dầu vận chuyển cho chất bôi trơn rắn để bôi trơn dây chuyền nhiệt độ cao. Một số phiên bản là cấp thực phẩm và có thể phân hủy sinh học. Chúng được sử dụng làm dầu máy nén khí trong các bộ phận trục vít quay và pittông, dầu bánh răng sâu, chất bôi trơn chống cháy, chất lỏng gia công kim loại và như chất lỏng phanh.
Các polyglycol tan trong nước không tương thích với dầu khoáng và do đó phải được xử lý và thải bỏ riêng. Không nên trộn chúng với dầu khoáng. Kết quả là một hỗn hợp sền sệt, nhão nhoét. Mặc dù chúng là chất bôi trơn tuyệt vời, nhưng chúng có thể gây ra vấn đề hậu cần cho cây trồng. Chúng cũng có thể có một số tác động tiêu cực đến sơn và con dấu, và rất đắt tiền.
Các polyglycol không tan trong nước (tan trong dầu) có khả năng trở nên phổ biến hơn và được sử dụng làm chất lỏng truyền nhiệt, dầu chịu nhiệt độ cao và trong máy nén lạnh kiểu trục vít.
Trong nhiều thế kỷ, chất bôi trơn đã được sử dụng như một cách để giảm ma sát và mài mòn trên các bộ phận chuyển động. Năm 2005, 40 triệu tấn dầu nhờn được sản xuất.
Mặc dù chất lỏng gốc dầu khoáng tự nhiên đại diện cho phần lớn nhu cầu thị trường, nhưng nhiều tiến bộ công nghệ trong thiết bị và máy móc sẽ không thể thực hiện được nếu không có những lợi ích mang lại từ những cải tiến trong chất bôi trơn tổng hợp, hiện chỉ chiếm 2% thị trường.
Mặc dù polyalphaolefin (PAO) đáp ứng một số nhu cầu này, nhưng ngày càng có nhiều ứng dụng đòi hỏi các yêu cầu về hiệu suất cao hơn hoặc yêu cầu các thông số kỹ thuật độc đáo mà chất bôi trơn truyền thống không đáp ứng được.
Một trong những loại chất tổng hợp linh hoạt nhất là chất bôi trơn polyalkylene glycol (PAG). PAGs thường được gọi là chất bôi trơn máy nén, và việc sử dụng chúng trong ngành công nghiệp đã tăng lên kể từ những năm 1980. Việc gia tăng các tiêu chuẩn hiệu suất trong thị trường ô tô và công nghiệp đã xác định những lĩnh vực này là những lĩnh vực có triển vọng tăng trưởng.
Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan về các hóa chất gốc tổng hợp chính và phân tích chuyên sâu về lợi ích và cách sử dụng của PAGs.
Kho dự trữ dầu nhờn tổng hợp
Có sáu loại gốc chính được sử dụng trong quá trình phát triển chất bôi trơn tổng hợp, với mỗi loại cung cấp các đặc tính và ứng dụng riêng.
Silicones được đánh giá cao vì độ bay hơi thấp, trơ với hầu hết các chất gây ô nhiễm hóa học và ổn định nhiệt trong các ứng dụng khắc nghiệt, cũng như hiệu suất của chúng trong môi trường nhiệt độ thấp.
Những phẩm chất này làm cho chúng trở thành một ứng cử viên tuyệt vời để sử dụng làm chất lỏng truyền nhiệt, ứng dụng mỡ đặc biệt và dầu phanh ô tô DOT Loại 5. Tuy nhiên, có hai hạn chế của silicon phải được xem xét cho các ứng dụng bôi trơn.
Đầu tiên, chúng không thể được sử dụng để bôi trơn xi lanh của động cơ đốt trong vì sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy là silicon dioxide.
Thứ hai, hiệu suất cực áp bị hạn chế và các chất phụ gia cực áp thông thường không tương thích với chúng. Trong các ứng dụng thích hợp của chúng, tuổi thọ chất lỏng và độ ổn định thủy phân của silicon là vượt trội.
Diesters , hoặc este axit bazơ , được phát triển trong Thế chiến thứ hai và là sản phẩm phản ứng của rượu mạch dài và axit cacboxylic. Về mặt lịch sử, chúng có hiệu quả như chất bôi trơn máy nén pittông do xu hướng luyện cốc thấp ở nhiệt độ 400 ° F hoặc cao hơn. Chúng cũng cung cấp khả năng thanh toán và khả năng tẩy rửa tuyệt vời. Sự hung hăng của các chất tẩy rửa đối với chất đàn hồi, con dấu và ống mềm đã hạn chế tính hữu dụng của những chất lỏng này. Các chất lỏng mới hơn, chẳng hạn như polyol este, đáp ứng nhu cầu của nhiều ứng dụng trước đây được lấp đầy bởi bùn cát.
Polyol este , hoặc Neopentyl poly este, đã thay thế phần lớn các chất diesters trong các ứng dụng nhiệt độ cao, nơi độ ổn định oxy hóa là rất quan trọng. Các ứng dụng phổ biến bao gồm việc sử dụng chúng làm chất bôi trơn trong động cơ máy bay, tuabin khí nhiệt độ cao, chất lỏng thủy lực và chất lỏng trao đổi nhiệt. Chúng cũng có thể được sử dụng làm nguyên liệu nền đồng pha trộn với PAO để tăng cường khả năng hòa tan của phụ gia và giảm xu hướng co lại và làm cứng các chất đàn hồi của PAO.
PAO là các polyme hydrocacbon được sản xuất bằng cách xúc tác oligome hóa các alpha olefin mạch thẳng như alpha-dối trá. Chúng được coi là chất bôi trơn hiệu suất cao và cung cấp chỉ số độ nhớt cao và độ ổn định thủy phân. PAO được sử dụng phổ biến nhất và thường ít tốn kém hơn các chất bôi trơn tổng hợp khác. Chúng đã được sử dụng trong dầu động cơ xe du lịch, cũng như nhiều ứng dụng dầu nhớt công nghiệp.
Este photphat được đánh giá cao trong các ứng dụng mà an toàn và khả năng chống cháy là những cân nhắc quan trọng, bao gồm chất lỏng thủy lực chống cháy và chất lỏng máy bay. Điểm chớp cháy và điểm bắt lửa cao giúp tăng cường khả năng chống bắt lửa và nhiệt độ cháy thấp của chúng làm cho chúng trở thành chất lỏng tự chữa cháy tuyệt vời. Tuy nhiên, chúng có một số điểm yếu bao gồm tính ổn định thủy phân kém, có thể dẫn đến hình thành các sản phẩm phụ có tính axit mạnh. Cần phải cẩn thận khi sử dụng vì chúng cũng có thể phản ứng và làm biến chất nhiều loại chất trám và sơn thường được sử dụng.
Dầu PAG cung cấp chất lượng bôi trơn, chỉ số độ nhớt tự nhiên cao và ổn định nhiệt độ tốt. Chất lỏng gốc PAG có sẵn ở cả dạng hòa tan và không hòa tan trong nước, và có nhiều loại độ nhớt. Chúng cung cấp độ bay hơi thấp trong các ứng dụng nhiệt độ cao và có thể được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao và thấp. Chúng thường được sử dụng làm chất làm nguội, chất lỏng gia công kim loại, chất bôi trơn cấp thực phẩm và như chất bôi trơn trong thiết bị thủy lực và máy nén. Tuy nhiên, dầu PAG hòa tan trong nước không tương thích với dầu mỏ, và phải cẩn thận trong thiết bị chuyển đổi từ dầu hydrocacbon sang dầu PAG.
Sự phát triển của Polyalkylene Glycol
Dầu PAG là một trong những chất bôi trơn tổng hợp đầu tiên được phát triển và thương mại hóa. Chúng được tạo ra theo sự ủy nhiệm của Hải quân Hoa Kỳ để đối phó với các vụ cháy chất lỏng thủy lực trên tàu do các cuộc tấn công của bom mìn trong Thế chiến thứ hai. Năm 1942, và trong 30 năm tiếp theo, Hải quân bắt đầu sử dụng độc quyền chất lỏng thủy lực glycol gốc nước PAG có khả năng chống cháy và có thể hoạt động trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Sau đó, dầu PAG bắt đầu được sử dụng rộng rãi như chất bôi trơn dệt và làm chất làm nguội trong xử lý nhiệt kim loại.
Dầu PAG được phân loại theo thành phần phần trăm trọng lượng của oxypropylene so với oxyethylene trong chuỗi polyme. Dầu PAG với các nhóm oxypropylene 100 phần trăm trọng lượng không hòa tan trong nước; trong khi những loại có 50 đến 75 phần trăm trọng lượng oxyetylen hòa tan trong nước ở nhiệt độ môi trường.
Mặc dù dầu PAG từ lâu đã được sử dụng làm chất bôi trơn công nghiệp, những nghiên cứu gần đây đã dẫn đến sự phát triển của chất bôi trơn PAG để sử dụng cho các thiết bị trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm. Những sản phẩm này được gọi là chất bôi trơn được phê duyệt cấp thực phẩm.
Trong các ứng dụng này, chúng cung cấp khả năng bôi trơn tuyệt vời, tăng độ ổn định oxy hóa, chỉ số độ nhớt cao (180 đến 280) và điểm đông đặc thấp. Chúng là một trong số ít các chất tổng hợp được xác định trong quy định về phụ gia thực phẩm của FDA đối với gốc bôi trơn cấp thực phẩm, 21 CFR § 178.3570, để sử dụng trong máy móc công nghiệp khi thực phẩm tiếp xúc ngẫu nhiên với chất bôi trơn có thể xảy ra.
Ứng dụng và lợi ích của dầu PAG
Do các đặc tính tạo nên chất bôi trơn PAG, chúng chỉ phù hợp cho một số ứng dụng công nghiệp và sản xuất. Khả năng hòa tan trong nước của chúng cho phép dễ dàng làm sạch thiết bị. Chất bôi trơn PAG cung cấp chỉ số độ nhớt cao và ổn định lực cắt.
Dầu PAG cũng được đánh giá cao nhờ độ bay hơi thấp trong các ứng dụng nhiệt độ cao và khả năng chống hình thành cặn và cặn. Khả năng phân hủy sinh học của chúng khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng nhạy cảm với môi trường.
Dầu PAG được biết đến nhiều nhất là dầu bôi trơn máy nén. PAGs cũng là chất bôi trơn được lựa chọn trong khí thiên nhiên áp suất cao và nén etylen, nơi độ ổn định độ nhớt của chất bôi trơn gốc hydrocacbon bị ảnh hưởng bất lợi do khả năng hòa tan của khí trong chất lỏng.
Trong quá trình nén làm lạnh, chất bôi trơn PAG và polyol ester hầu như chỉ được sử dụng với thế hệ môi chất lạnh HFC thân thiện với môi trường hiện nay như R-134a và R-152a.
Hai OEM máy nén khí lớn nhất của Hoa Kỳ đã sử dụng chất bôi trơn PAG làm chất bôi trơn tiêu chuẩn của nhà máy cho máy nén khí trục vít trong gần 20 năm. Gần đây hơn, một OEM máy nén thứ ba đã bắt đầu cung cấp dầu PAG như một chất lỏng tùy chọn.
Từ góc độ phòng thí nghiệm, tình trạng của dịch PAG tương đối dễ theo dõi. Trong hầu hết các ứng dụng, khi sắp hết thời hạn sử dụng, sự thay đổi đáng kể duy nhất là sự gia tăng số lượng axit (AN) từ quá trình oxy hóa chất lỏng.
Tùy thuộc vào gói phụ gia, dầu PAG tươi thường sẽ có AN từ 0,1 đến 0,5 mg KOH / g. Việc tăng 1,0 so với thông số kỹ thuật chất lỏng mới là một giới hạn đáng lên án.
Độ nhớt vẫn khá ổn định, ngay cả trong giai đoạn sau của vòng đời chất lỏng. Giới hạn nước có thể được đặt cao hơn cho dầu PAG so với chất lỏng hydrocacbon vì chúng có khả năng chịu nước tốt hơn các loại chất lỏng khác. Ngay cả một loại dầu PAG “không tan trong nước” sẽ chịu được ô nhiễm nước tới 0,7% trước khi cho phép nước tự do tồn tại trong chất lỏng.
Dầu PAG cũng hữu ích trong các thiết bị công nghiệp hoạt động quanh năm mà không thay đổi theo mùa. Các đặc tính truyền nhiệt vượt trội và tính ổn định nhiệt và oxy hóa của chúng làm cho chúng lý tưởng để sử dụng làm chất lỏng truyền nhiệt trong các hệ thống thông hơi lớn, hở và cho chất lỏng quá trình trong sản xuất nhựa, chất đàn hồi, chỉ hoặc các bộ phận chế tạo mà tính tương thích của chất lỏng với bộ phận được xử lý là quan trọng.
Sản xuất sợi dệt là một ngành công nghiệp khác được hưởng lợi từ việc sử dụng dầu PAG. Các chất bôi trơn này không làm ố hoặc đổi màu sợi, và dễ dàng loại bỏ trong quá trình cọ rửa. Dầu PAG cũng là chất bôi trơn được lựa chọn cho nhiều quy trình sợi tốc độ cao, nhiệt độ cao, nơi yêu cầu độ ổn định cắt. Ngoài ra, chúng thường được sử dụng làm chất bôi trơn trong thiết bị sản xuất dệt may như chất bôi trơn bánh răng chịu cực áp.
Sự nhấn mạnh mới về bảo tồn năng lượng đã làm tăng sự quan tâm đến chất bôi trơn bánh răng tiết kiệm năng lượng. Ví dụ, nhu cầu về bôi trơn bánh răng trong tuabin gió đang được đáp ứng bởi dầu PAG.
Vận tốc thấp và tải trọng bề mặt cao trên các bánh răng trong các đơn vị này đã dẫn đến các vấn đề vi hạt với dầu hydrocacbon thông thường đã được khắc phục với chất lỏng gốc PAG. Trong các ứng dụng hộp số khác, đặc biệt là bánh răng sâu, hệ số ma sát thấp tự nhiên có trong chất lỏng PAG dẫn đến tiết kiệm năng lượng, nhiệt độ thấp hơn và tỷ lệ mài mòn thấp hơn.
Tính linh hoạt đáp ứng hiệu suất
Trong hơn 60 năm, chất bôi trơn tổng hợp đã cung cấp một giải pháp thay thế khả thi cho chất bôi trơn hydrocacbon truyền thống. Mỗi loại phục vụ các vai trò riêng biệt, với dầu PAG hoạt động trong cả môi trường nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp, trong các khu vực có áp suất cực lớn và nơi mà khả năng hòa tan trong nước được mong muốn.
Polyalkylen glycol có thể được thiết kế để tạo thành nhiều loại polyme. Thiết kế của polyme có thể được điều chỉnh cho phù hợp với ứng dụng chất bôi trơn để cung cấp, ví dụ, độ nhớt mong muốn, điểm đông đặc, độ hòa tan và các thuộc tính khác.
Tính linh hoạt này và các ứng dụng mà chúng được sử dụng cho thấy dầu PAG chiếm khoảng 24% toàn bộ thị trường dầu nhờn tổng hợp. Điểm đông đặc thấp, độ nhớt đa dạng, khả năng chống tạo vecni, tăng khả năng thanh toán và khả năng hòa tan đa dạng, tất cả đã làm tăng thêm danh tiếng của chất bôi trơn PAG như một chất bôi trơn tổng hợp hiệu suất cao trên thị trường.
Với việc tiếp tục chú trọng đến chất bôi trơn có thể chấp nhận được với môi trường trong ngành công nghiệp, những phẩm chất này sẽ tiếp tục đưa dầu PAG lên vị trí dẫn đầu trong thị trường tổng hợp.
