Ako vzniká olej
Východiskovým produktom všetkých mazív, nezávisle na skutočnosti, či na báze minerálnej alebo syntetickej, je ropa. Hneď po jej vyťažení sa zbaví vody, soli a mechanických nečistôt a je prepravovaná pre ďalšie spracovanie v rafinériách. V rafinériách sa predhriata ropa vedie do atmosférickej destilačnej kolóny, kde sa na základe rozdielnych teplôt varov rozdelí do niekoľkých frakcií, ktoré sa využívajú prevažne na výrobu palív.
Minerálne základové oleje
Výroba minerálneho oleja pokračuje vákuovou destiláciou zvyšku z destilácie atmosférickej – mazutu. K oddeleniu jednotlivých zložiek podľa bodu varu tu dochádza za zníženého tlaku. Body varu sa za zníženého tlaku tiež znížia, preto nedochádza k veľkému tepelnému namáhaniu a ku štiepeniu molekúl, ku ktorému by dochádzalo pri tlaku atmosférickom.
Výroba minerálneho oleja pokračuje vákuovou destiláciou zvyšku z destilácie atmosférickej – mazutu. K oddeleniu jednotlivých zložiek podľa bodu varu tu dochádza za zníženého tlaku. Body varu sa za zníženého tlaku tiež znížia, preto nedochádza k veľkému tepelnému namáhaniu a ku štiepeniu molekúl, ku ktorému by dochádzalo pri tlaku atmosférickom.
Z vákuovej destilácie sa pre výrobu základových olejov používajú olejové destiláty I – III. Tie je treba najprv zbaviť nežiadúcich polárnych zlúčenín, ktoré by spôsobovali rýchle starnutie oleja, a to väčšinou rozpúšťadlovou extrakciou. Keď tento surový olej ochladíme na veľmi nízke teploty, začnú sa vylučovať pevné parafíny, ktoré by neskôr v prevádzke vadili. Tie je nutné odfiltrovať, čo je základom ďalšieho procesu zbavenia sa parafínu.
Po konečnom očistnom procese nazývanom Hydrofinishing získavame minerálne základové oleje rôznych viskozít (VI od 90 do 100, bod tuhnutia v rozmedzí –6°C až –15°C). S plynúcimi rokmi dochádza k trvalému zdokonaľovaniu technického procesu.
Hydrokrakované základové oleje
Hydrokrakované oleje, ktorých východiskovým produktom, je buď surový parafín z procesu odparafínovania rafinátov minerálnych olejov alebo, plynný olej z vákuovej destilácie. Sú nazvané tiež syntetické HC oleje. Hydrokrakované oleje sa oproti minerálnym olejom vyznačujú tiež podstatne vyšším viskozitným indexom (120 – 150, podľa výrobnej technológie) a zlepšenými vlastnosťami za studena (bod tuhnutia až –21°C).
Hydrokrakované oleje, ktorých východiskovým produktom, je buď surový parafín z procesu odparafínovania rafinátov minerálnych olejov alebo, plynný olej z vákuovej destilácie. Sú nazvané tiež syntetické HC oleje. Hydrokrakované oleje sa oproti minerálnym olejom vyznačujú tiež podstatne vyšším viskozitným indexom (120 – 150, podľa výrobnej technológie) a zlepšenými vlastnosťami za studena (bod tuhnutia až –21°C).
Syntetické základové oleje (polyalfaolefíny, estery)
Syntetické oleje sa vyrábajú chemickou cestou. Väzbou špeciálnych uhľovodíkových molekúl v priebehu niekoľkostupňového procesu.Tak je možné vyrobiť produkt ľubovoľnej molekulárnej štruktúry a dĺžky reťazca s vynikajúcimi a trvale rovnomernými a stálymi vlastnosťami. Pri syntetických olejoch ide hlavne o polyalfaolefíny (PAO) a syntetické estery.
Syntetické oleje sa vyrábajú chemickou cestou. Väzbou špeciálnych uhľovodíkových molekúl v priebehu niekoľkostupňového procesu.Tak je možné vyrobiť produkt ľubovoľnej molekulárnej štruktúry a dĺžky reťazca s vynikajúcimi a trvale rovnomernými a stálymi vlastnosťami. Pri syntetických olejoch ide hlavne o polyalfaolefíny (PAO) a syntetické estery.
Polyalfaolefíny
Týmito olejmi sa rozumejú kvapalné substancie podobné parafínu, skladajúce sa iba z uhlíka a vodíka, ktoré majú iba následkom dĺžky reťazca, stupňa rozvetvenia a polohy jednotlivých vetví, určitú viskozitu, vysoký index viskozity a nízky bod tuhnutia.
Týmito olejmi sa rozumejú kvapalné substancie podobné parafínu, skladajúce sa iba z uhlíka a vodíka, ktoré majú iba následkom dĺžky reťazca, stupňa rozvetvenia a polohy jednotlivých vetví, určitú viskozitu, vysoký index viskozity a nízky bod tuhnutia.
Estery
Estery obsahujú v porovnaní s polyalfaolefínmi ešte kyslík a získavajú sa reakciou alkoholu s organickou kyselinou. Na výrobu mazív sa používajú predovšetkým estery kyseliny karbónovej, ktorú je možné na základe ich chemickej štruktúry ďalej členiť na diestery a polyestery. Vlastnosti týchto esterov sú preto také rozdielne, avšak všeobecne oba tieto typy disponujú dobrými viskóznymi a tepelnými vlastnosťami, nízkym bodom tuhnutia a vynikajúcou odolnosťou voči starnutiu.
Estery obsahujú v porovnaní s polyalfaolefínmi ešte kyslík a získavajú sa reakciou alkoholu s organickou kyselinou. Na výrobu mazív sa používajú predovšetkým estery kyseliny karbónovej, ktorú je možné na základe ich chemickej štruktúry ďalej členiť na diestery a polyestery. Vlastnosti týchto esterov sú preto také rozdielne, avšak všeobecne oba tieto typy disponujú dobrými viskóznymi a tepelnými vlastnosťami, nízkym bodom tuhnutia a vynikajúcou odolnosťou voči starnutiu.
Ďalšie zložky oleja
Ďalšou nemenej dôležitou zložkou sú zušľachťujúce prísady alebo aditíva, s ktorými sa bližšie zoznámime. Dnešné vysoké nároky na mazivá môžu spĺňať iba oleje a plastické mazivá s modernými aditívami. Pridávajú sa do mazív, aby zmenili alebo zlepšili ich prirodzené vlastnosti, resp. aby získali vlastnosti, ktoré mazivá v prírodnom stave nemajú. Druh a množstvo príslušných aditív musí byť presne prispôsobený danému účelu a použitiu. Podiel aditív sa môže pohybovať približne od 1% až do 30%.
Základné skupiny aditív:
-
Prísady proti oxidácii (antioxidanty)
-
Detergenty a disperzanty
-
Aditíva proti opotrebovaniu
-
Inhibítory korózie
-
Modifikátory viskozity
-
Prísady proti peneniu
-
Zlepšovače bodu tuhnutia (depresanty)
-
Modifikátory trenia
-
Ďalej sa bližšie zastavíme pri jednotlivých aditívách
Prísady proti oxidácii (antioxidanty)
Olej, zvlášť ten motorový, je veľmi namáhaný vysokotepelne, prítomnosťou splodín horenia, ale i samotným kyslíkom. Sú v ňom tiež prítomné kovy z opotrebovania, ktoré pôsobia ako katalyzátor. To všetko vytvára ideálne podmienky pre oxidáciu. Predstavte si olejovú náplň ako jeden chemický reaktor, kde prebieha mnoho reakcií, ktoré sú však v oleji nežiadúce. Antioxidanty ukončujú nežiadúce radikálové reakcie alebo rozkladajú ich iniciačné látky. Tieto aditíva obmedzujú vznik nežiadúcich látok, spomaľujú starnutie oleja a zaisťujú jeho oxidačnú stabilitu.
Olej, zvlášť ten motorový, je veľmi namáhaný vysokotepelne, prítomnosťou splodín horenia, ale i samotným kyslíkom. Sú v ňom tiež prítomné kovy z opotrebovania, ktoré pôsobia ako katalyzátor. To všetko vytvára ideálne podmienky pre oxidáciu. Predstavte si olejovú náplň ako jeden chemický reaktor, kde prebieha mnoho reakcií, ktoré sú však v oleji nežiadúce. Antioxidanty ukončujú nežiadúce radikálové reakcie alebo rozkladajú ich iniciačné látky. Tieto aditíva obmedzujú vznik nežiadúcich látok, spomaľujú starnutie oleja a zaisťujú jeho oxidačnú stabilitu.
Detergenty a disperzanty
Detergenty a disperzenty tzv. DD prísady, sú čistiace aditíva dôležité hlavne pre motorové oleje. Ich funkcia je v obmedzovaní tvorby úsadenín na kovových častiach motorov (detergentná funkcia) a v rozptyľovaní korozívnych studených kalov, ktoré sa tvoria v oleji
pri práci motora za relatívne nízkych teplôt (disperzná funkcia). Tieto prísady navyše neutralizujú kyslé zložky olejov a zmenšujú tak korozívne opotrebovanie kovových plôch. Potlačovanie tvorby úsad, kalov a lakov (karbónov) z produktov oxidácie a zneškodňovanie
látok, ktoré tvorbu týchto oxidačných produktov podporujú, zaisťujú DD prísady týmito spôsobmi:
Detergenty a disperzenty tzv. DD prísady, sú čistiace aditíva dôležité hlavne pre motorové oleje. Ich funkcia je v obmedzovaní tvorby úsadenín na kovových častiach motorov (detergentná funkcia) a v rozptyľovaní korozívnych studených kalov, ktoré sa tvoria v oleji
pri práci motora za relatívne nízkych teplôt (disperzná funkcia). Tieto prísady navyše neutralizujú kyslé zložky olejov a zmenšujú tak korozívne opotrebovanie kovových plôch. Potlačovanie tvorby úsad, kalov a lakov (karbónov) z produktov oxidácie a zneškodňovanie
látok, ktoré tvorbu týchto oxidačných produktov podporujú, zaisťujú DD prísady týmito spôsobmi:
neutralizáciou kyslých látok, ktoré pôsobia ako iniciátor vzniku karbónov. Detergenty vytvárajú tzv. alkalickú rezervu, zásadu prítomnú v mazive. Kyselina je vlastne zneutralizovaná („zneškodnená“) zásadou.
solubizáciou – premena kvapalných, avšak v oleji málo rozpustných alebo nerozpustných látok, do rozpustnej formy
peptizáciou tuhých čiastočiek, vytváraním ich stálej suspenzie v oleji Ako je uvedené na obrázku, všetky DD aditíva majú podobný charakter. Tvorí ich polárna časť, ktorá zaisťuje priľnutie k nečistote, ale nie je rozpustná v oleji a časť nepolárna, ktorá zbezpečuje rozpustnosť aditíva aj s nečistotou.
Aditíva proti opotrebovaniu
Protioterové (AW) a tiež vysokotlakové prísady (EP) reagujú s kovovým povrchom alebo k nemu priľnú sorpčnou silou, a tým vytvoria ochrannú vrstvu, ktorá pri vysokých tlakoch a teplotách zabráni priamemu kontaktu trecích plôch. V prípade zotretia z kovového povrchu sa opäť obnoví. Na obrázku 4 je zobrazený mikroskopický výrez kontaktu dvoch súčiastok a funkcia aditív. Povrch nie je hladký, ako sa zdá pri pozorovaní iba okom.
Protioterové (AW) a tiež vysokotlakové prísady (EP) reagujú s kovovým povrchom alebo k nemu priľnú sorpčnou silou, a tým vytvoria ochrannú vrstvu, ktorá pri vysokých tlakoch a teplotách zabráni priamemu kontaktu trecích plôch. V prípade zotretia z kovového povrchu sa opäť obnoví. Na obrázku 4 je zobrazený mikroskopický výrez kontaktu dvoch súčiastok a funkcia aditív. Povrch nie je hladký, ako sa zdá pri pozorovaní iba okom.
Inhibítory korózie
Chráni kovové súčiastky, ktoré sú v kontakte s mazivami, pred koróziou a hrdzou. Polarizované aditíva vytvárajú na povrchovej ploche kovu kobercové ochranné filmy. Vzhľadom ku svojej polárnej štruktúre kolidujú s aditívami proti opotrebovaniu, tzn. môžu
obmedzovať ich účinok.
Chráni kovové súčiastky, ktoré sú v kontakte s mazivami, pred koróziou a hrdzou. Polarizované aditíva vytvárajú na povrchovej ploche kovu kobercové ochranné filmy. Vzhľadom ku svojej polárnej štruktúre kolidujú s aditívami proti opotrebovaniu, tzn. môžu
obmedzovať ich účinok.
Modifikátory viskozity
Zvyšovače viskozitného indexu (VI) umožňujú výrobu viacrozsahových (multigrádnych) motorových olejov. Tieto aditíva rozširujú rozsah viskozity oleja a znižujú tým závislosť viskozity na teplote. Zjednodušene povedané, sú to dlhé reťazce molekúl, ktoré sú v studenom stave v oleji „zvinuté“ v klbku a kladú pohybu molekúl oleja relatívne malý odpor. S rastúcou teplotou sa „klbká“ rozbalujú, nadobúdajú na objeme a vytvárajú sieť očiek, ktoré brzdia pohyb molekúl oleja a spomaľujú tým príliš rýchle zníženie viskozity oleja.Pri strihovom namáhaní môžu byť zvyšovače viskozitného indexu narušené, tj. Dlhé molekuly sú doslova „roztrhané“. Strata viskozity, ktorá tým nastane, je trvalou zmenou. Skrátené molekuly majú menší objem a teda aj menší zahusťovací účinok. Odolnosť maziva proti šmyku je výrazne ovplyvňovaná kvalitou zvyšovača VI.
Zvyšovače viskozitného indexu (VI) umožňujú výrobu viacrozsahových (multigrádnych) motorových olejov. Tieto aditíva rozširujú rozsah viskozity oleja a znižujú tým závislosť viskozity na teplote. Zjednodušene povedané, sú to dlhé reťazce molekúl, ktoré sú v studenom stave v oleji „zvinuté“ v klbku a kladú pohybu molekúl oleja relatívne malý odpor. S rastúcou teplotou sa „klbká“ rozbalujú, nadobúdajú na objeme a vytvárajú sieť očiek, ktoré brzdia pohyb molekúl oleja a spomaľujú tým príliš rýchle zníženie viskozity oleja.Pri strihovom namáhaní môžu byť zvyšovače viskozitného indexu narušené, tj. Dlhé molekuly sú doslova „roztrhané“. Strata viskozity, ktorá tým nastane, je trvalou zmenou. Skrátené molekuly majú menší objem a teda aj menší zahusťovací účinok. Odolnosť maziva proti šmyku je výrazne ovplyvňovaná kvalitou zvyšovača VI.
Prísady proti peneniu
Tieto prísady zabraňujú vytváraniu stabilnej vrstvy peny na povrchu oleja. Znižujú povrchové napätie, a tým dochádza k rýchlejšiemu odbúravaniu peny.
Tieto prísady zabraňujú vytváraniu stabilnej vrstvy peny na povrchu oleja. Znižujú povrchové napätie, a tým dochádza k rýchlejšiemu odbúravaniu peny.
Zlepšovače bodu tuhnutia (depresanty)
Za nízkych teplôt by mohlo dochádzať pri minerálnych olejoch k vylučovaniu kryštálov parafínu. Tieto aditíva vytvárajú okolo malých kryštálov parafínu plášť, tie sa potom nemôžu vzájomne spojovať a olej si zachováva tekutosť dlhšie.
Za nízkych teplôt by mohlo dochádzať pri minerálnych olejoch k vylučovaniu kryštálov parafínu. Tieto aditíva vytvárajú okolo malých kryštálov parafínu plášť, tie sa potom nemôžu vzájomne spojovať a olej si zachováva tekutosť dlhšie.
Modifikátory trenia
Tieto aditíva vytvárajú na kovovom povrchu ochrannú vrstvu na základe fyzikálnych síl. Vzniknutá vrstva zabraňuje priamemu kontaktu trecích plôch, čím sa zníži úroveň trenia. Pri výskume a vývoji mazív sa vynakladá veľké úsilie na vytvorenie vyvážených zmesí aditív významne prispievajúcich ku špičkovej kvalite výrobkov. Všetky moderné oleje sú plne aditívované. Obsahujú zmes uvedených aditív, ktoré sú vo vzájomnej rovnováhe a mnohokrát pôsobia synergicky, čo znamená, že výsledný účinok danej zmesi je pre zlepšenie určitej vlastnosti lepší než účinok jednotlivých zložiek.
Tieto aditíva vytvárajú na kovovom povrchu ochrannú vrstvu na základe fyzikálnych síl. Vzniknutá vrstva zabraňuje priamemu kontaktu trecích plôch, čím sa zníži úroveň trenia. Pri výskume a vývoji mazív sa vynakladá veľké úsilie na vytvorenie vyvážených zmesí aditív významne prispievajúcich ku špičkovej kvalite výrobkov. Všetky moderné oleje sú plne aditívované. Obsahujú zmes uvedených aditív, ktoré sú vo vzájomnej rovnováhe a mnohokrát pôsobia synergicky, čo znamená, že výsledný účinok danej zmesi je pre zlepšenie určitej vlastnosti lepší než účinok jednotlivých zložiek.