Πως παράγονται τα λιπαντικά

Ένα λιπαντικό αποτελείται από 70-100% βασικά λιπαντικά και έως 30% χημικές ενώσεις γνωστές ως πρόσθετα, τα οποία είναι πλήρως αναμεμειγμένα.

Τα άνω συστατικά του αργού πετρελαίου μπορούν να ενταχθούν σε πιο γενικές κατηγορίες. Κάποια από αυτά προσδίδουν επιθυμητές ιδιότητες στα λιπαντικά ενώ κάποια άλλα έχουν επιβλαβείς ιδιότητες και συνέπειες. Υδρογονάνθρακες ονομάζονται τα κυρίαρχα του “αργού” οργανικά συστατικά του που αποτελούνται αποκλειστικά από άνθρακα και υδρογόνο. Κατηγοριοποιούνται ως κάτωθι (Εικόνα 1):

• Αλκάνια ή παραφίνες, με κεκορεσμένες γραμμικές ή διακλαδωμένες αλυσίδες ανθράκων σε μονούς δεσμούς,
• Αλκένια ή ολεφίνες, μη κεκορεσμένα (ή ακόρεστα) μόρια σε διπλούς δεσμούς άνθρακα,
• Αλι-κυκλικοί υδρογονάθρακες ή ναφθένια, κεκορεσμένες κυκλικές δομές αποτελούμενες από πέντε ή έξι άτομα άνθρακα σε μονούς δεσμούς μεταξύ τους,
• Αρωματικοί υδρογονονάνθρακες, κυκλικές δομές με διπλούς δεσμούς που κυρίως βασίζονται στον εξαπλό δακτύλιο βενζενίου (C₆Η₆).

Έχοντας ως κριτήριο τη βασική περιεκτικότητα του αργού πετρελαίου σε

αλκάνια /παραφίνες (υδρογονάνθρακες κρυσταλλικής υφής, στερεοί σε κανονική ατμοσφαιρική θερμοκρασία με χρώμα παραπλήσιο προς το άσπρο) και άσφαλτο (κρυσταλλικές ή ημιστερεές ενώσεις μαύρου ή μαυροκαστανού χρώματος που αποτελούνται από πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες), διακρίνουμε τρεις βασικές κατηγορίες αργών πετρελαίων:

• Πετρέλαια παραφινικής βάσης

Έχουν μικρό ειδικό βάρος, περιέχουν παραφίνη, ελάχιστη ή καθόλου άσφαλτο και αποδίδουν μεγάλο ποσοστό ορυκτελαίων. Στη κατηγορία αυτή ανήκουν τα πετρέλαια της Β. Πενσυλβανίας και της Βόρειας Θάλασσας.

• Πετρέλαια ασφαλτικής ή ναφθενικής βάσης

Έχουν μεγάλο ειδικό βάρος, περιέχουν άσφαλτο, ελάχιστη ή καθόλου παραφίνη και αποδίδουν μικρό ποσοστό ορυκτελαίων. Στη κατηγορία αυτή ανήκουν τα πετρέλαια της Νιγηρίας, της Καλιφόρνιας, του Μεξικού, του Μεξικανικού Κόλπου και της Βενεζουέλας.

• Πετρέλαια μικτής βάσης

Περιέχουν άσφαλτο και παραφίνη και στη κατηγορία αυτή ανήκει η συντριπτική πλειοψηφία (90{aefdc1ce9998bd9dbf33b78463c450130094ff3de39f32e9f75e3a3ca2d37e29}) των πετρελαίων (π.χ. πετρέλαια Μέσης Ανατολής και Δ. Τέξας H.Π.Α).

Αξίζει να σημειωθεί ότι το “αργό” πετρέλαιο που προέρχεται από διάφορες πετρελαιοπηγές διαφέρει κατά τη σύστασή του, όχι μόνο από τόπο σε τόπο, αλλά ακόμη και στην ίδια περιοχή. Στα διυλιστήρια πετρελαίου, το “αργό” υποβάλλεται σε κλασματική απόσταξη και σε μία σειρά από άλλες επεξεργασίες από τις οποίες προκύπτουν τα διάφορα είδη καυσίμων, τα βασικά ορυκτέλαια, η παραφίνη, η άσφαλτος και ορισμένα ακόμη δευτερεύοντα προϊόντα (Εικόνα 2).

Αναφορικά με την παραγωγή βασικών λαδιών, η διαδικασία παραγωγής τους αποτελείται από τα ακόλουθα βήματα:

• Απόσταξη: η διαδικασία απομάκρυνσης των συστατικών με πολύ χαμηλό και πολύ υψηλό σημείο βρασμού, αφήνοντας το απόσταγμα στο εύρος βρασμού του λιπαντικού.
• Απομάκρυνση αρωματικών: Αφήνει πίσω το λιπαντικό έλαιο με μεγάλο ποσοστό κεκορεσμένων υδρογονανθράκων, βελτιώνει το δείκτη ιξώδους και σταθερότητά του.
• Αποκήρωση: Απομακρύνει τα κεριά και ελέγχει τις ιδιότητες χαμηλής θερμοκρασίας του λιπαντικού.
• Κατεργασία (finishing): Απομακρύνει τα πολικά συστατικά, βελτιώνει το χρώμα και τη σταθερότητα του βασικού ελαίου.

Η απόδοση του βασικού ελαίου από τον πύργο απόσταξης του διυλιστηρίου εξαρτάται από το ποσοστό των επιθυμητών συστατικών στο εύρος σημείων βρασμού του λιπαντικού. Αποστάγματα βασικών λαδιών προερχόμενα από διαφορετικά  πετρέλαια έχουν πολύ διαφορετικές ιδιότητες.

Παρά το γεγονός ότι οι τεχνικές διύλισης και επεξεργασίας έχουν εξελιχθεί τεχνολογικά ώστε να παράγονται βασικά ορυκτέλαια με πολύ καλές ιδιότητες, αυτά που παράγονται δεν μπορούν να καλύψουν τις απαιτήσεις των σημερινών εφαρμογών. Γι’ αυτό το λόγο στα βασικά ορυκτέλαια προσθέτονται χημικά πρόσθετα ή βελτιωτικά, τα οποία ενισχύουν τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά και τις ιδιότητές τους και παράλληλα προσδίδουν στο τελικό προϊόν ιδιότητες και χαρακτηριστικά που απαιτούνται για κάθε εφαρμογή. Η εργασία αυτή γίνεται στις μονάδες ανάμιξης, οι οποίες μπορούν να βρίσκονται εντός ή και εκτός διυλιστηρίων.

Το λιπαντικό απόβλητο,μέσω της μόλυνσης που έχει υποστεί κατά την χρήση του,έχει γίνει ακατάλληλο για λίπανση λόγω της ύπαρξης ακαθαρσιών και άλλων προϊόντων (π.χ, άλλα λιπαντικά ορυκτής ή/και συνθετικής βάσης, νερό, καύσιμο, προιόντα με άσφαλτο, κ.α.) ή λόγω της απώλειας των αρχικών ιδιοτήτων του. Η επαναδιύλιση του ξεχωρίζει το νερό, το πετρέλαιο και τα ασφαλτικά προιόντα και μέσω της απόσταξης επαναφέρει το λιπαντικό λάδι (απόσταγμα) όπως και κατά την διαδικασία της διύλισης.

Τα συνθετικά λιπαντικά προωτοεμφανίστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1930, καθώς τεχνολογίες συνθετικών υδρογονανθράκων και εστέρων αναπτύχθησαν παράλληλα στη Γερμανία και τις ΗΠΑ. Η αυξανόμενη απαίτηση από τα λιπαντικά να αποδίδουν σε ολοένα επεκτεινόμενα θερμοκρασιακά εύρη λειτουργιών (κυρίως οδηγούμενη από τις εξελίξεις στους κινητήρες των στρατιωτικών αεροσκαφών) σήμανε τη συνεχή εξέλιξη των τεχνολογιών συνθετικών λιπαντικών.

Σήμερα, συνθετικά λιπαντικά υπάρχουν και χρησιμοποιούνται κυριολεκτικά σε όλα τα πεδία και εφαρμογές που χρήζουν λίπανσης: αυτοκίνηση, ναυτιλία, βιομηχανία και οπωσδήποτε στην αεροπλοϊα και αεροδιαστημική. Μία πληθώρα βασικών λαδιών έχουν διερευνηθεί για τη χρήση τους ως πιθανά συνθετικά βασικά έλαια τελικών λιπαντικών, εκ των οποίων οι επικρατέστεροιείναι:

Οι πολυ-αλφα-ολεφίνες (ή πολυ-α-ολεφίνες, αγγλική σύντμηση: PAO) παρασκευάζονται με μίια μέθοδο που ευρέως ονομάζεται “σύνθεσις/synthesis”. Πρόκειται περί πλήρως συνθετικών ενώσεων που προκύπτουν από τον πολυμερισμό μιας α-ολεφίνης. Είναι ένας ιδιαίτερος τύπος ολεφίνης (οργανικής) που χρησιμοποιείται στην παραγωγή συνθετικών λιπαντικών. Προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα λιπαντικών ιδιοτήτων διότι έχουν πολύ σταθερές δομές και εξαιρετικά ομοιόμορφες μοριακές αλυσίδες.

Οι εστέρες είναι 100{aefdc1ce9998bd9dbf33b78463c450130094ff3de39f32e9f75e3a3ca2d37e29} συνθετικές χημικές ενώσεις που προκύπτουν απο την αντίδραση ενός οξέως με μία αλκοόλη η μία φαινόλη.Πολλοί εστέρεςμε διαφορετικές χημικές συστάσεις ο καθένας,εξαιτίας της άριστης λιπαντικότητάς τους, χρησιμοποιούνται για διάφορους λόγους,είτε ως πρόσθετα είτε ως βασικά λάδια για την παραγωγή τελικών λιπαντικών. Λόγω του  υψηλού κόστους τους, χρησιμοποιούνται σε μικρό ποσοστό στη συνταγή προκειμένου να βελτιώσουν τη σταθερότητα του τελικούπροϊόντος.

Το API (American Petroleum Institute) στις ΗΠΑ έχει κατηγοριοποιήσει τα βασικά έλαια ως προς την προέλευσή τους (ορυκτά ή συνθετικά) και μέθοδο/διεργασία παραγωγής τους, το εύρος του δείκτη ιξώδους τους και το ποσοστό κεκορεσμένων υδρογονανθράκων

Tα συνθετικά βασικά λιπαντικά:

• Προσφέρουν καλύτερη θερμική και οξειδωτική σταθερότητα
• Διατηρούν το ιξώδες τους
• Είναι λιγότερο ευμετάβλητα σε διαφορετικές συνθήκες
• Παρουσιάζουν βελτιωμένες ιδιότητες τριβής
• Παρουσιάζουν μικρότερη διαλυτότητα στα πρόσθετα. Η χαμηλή διαλυτότητα όχι μόνο καθιστά δύσκολη τη διάλυση μερικών σημαντικών προσθέτων κατά τη διαδικασία σύνθεσης και παραγωγής του τελικού προϊόντος, αλλά μειώνει και ορισμένες βασικές παραμέτρους ποιότητας, όπως η διασκορπιστικότητα (διατήρηση των παραπροΪόντων οξείδωσης εν αιωρήσει και διάλυσή τους)  και η συμβατότητα με τα διάφορα ελαστομερή υλικά (π.χ. τσιμούχες που σε επαφή με το λάδι, ενδεχομένως συρρικνώνονται ή “φουσκώνουν”).
• Ειναι περισσότερο κοστοβόρες επιλογές.

Τι αποτέλεσμα έχει το βασικό  στην απόδοση του τελικού λιπαντικού

Επιθυμητά χαρακτηριστικά απόδοσης:

• Υψηλή οξειδωτική και θερμική σταθερότητα
• Υψηλός δείκτης ιξώδους
• Χαμηλή πτητικότητα, που σημαίνει ότι το λιπαντικό αντιστέκεται στην εξάτμιση λόγω υψηλών θερμοκρασιών, και άρα δεν παρουσιάζει απώλεια των ρεολογικών χαρακτηριστικών του (δηλ του ιξώδους του).
• Χαμηλό σημείο ροής
• Συμβατότητα με ελαστομερή (τσιμούχες) (βλ ως άνω).
• Διαλυτότητα των προσθέτων.

Επομενως, η επιλογή λιπαντικού εξαρτάται απόλυτα απο την εφαρμογή για την οποία προορίζεται.

Τα πρόσθετα είναι χημικές ενώσεις που χρησιμοποιούνται για να επηρεάσουν τα χαρακτηριστικά απόδοσης και απαιτούμενες από το λιπαντικό ιδιότητες. Οι κατηγορίες προσθέτων είναι οι ακόλουθες:

• Αντιοξειδωτικά: Περιορίζουν την “επίθεση” του οξυγόνου στο λάδι, μειώνουν τη πάχυνσή του, ειδικά σε υψηλές θερμοκρασίες.
• Απορρυπαντικά: Μεταλλικές ενώσεις οι οποίες ελέγχουν τις αποθέσεις και κρατούν τον κινητήρα καθαρό.
• Διασκορπιστικά: Μη μεταλλικές (άτεφρες) οργανικές ενώσεις που κρατούν τις αποθέσεις και παρα-προϊόντα εν αιωρήσει στο λιπαντικό και εμποδίζουν τη δημιουργία αυτών.
• Κατά της φθοράς: Εμποδίζουν τη φθορά. Βασίζονται συνήθως στο ψευδάργυρο, το φώσφορο ή άλλες οργανο-μεταλλικές ουσίες.
• Αναστολείς της σκουριάς και οξείδωσης: Εμποδίζουν την “επίθεση” των οξέων στις μεταλλικές επιφάνειες.
• Τροποποιητές τριβής: Μειώνουν τη τριβή και ποικίλουν σε χημική σύνθεση, αναλόγως του τύπου λιπαντικού.
• Πρόσθετα ακραίων πιέσεων: Πρόκειται συνήθως περί προσθέτων που βασίζονται στο θείο-φώσφορο. Συναντώνται κυρίως στα λιπαντικά μετάδοσης κίνησης αλλά και στα λιπαντικά αεροσυμπιεστών, υδραυλικών συστημάτων και σε εργαλειομηχανές (γλίστρες και καδένες/αλυσίδες).,
• Αντι-αφριστικά: Αποτρέπουν τον αφρισμό του λιπαντικό λόγω παρουσίας αέρα και ως εκ τούτου βοηθούν τη διατήρηση του λιπαντικού φιλμ και την αντλησιμότητα του λαδιού.
• Βελτιωτές του δείκτη ιξώδους: Μεταβάλλουν το ρυθμό λέπτυνσης (και του δείκτη ιξώδους) καθώς η θερμοκρασία αυξάνει. Πρόκειται περί πολυμερών συστατικών που ποικίλουν σε χημική σύνθεση, αναλόγως του τύπου λιπαντικού.
• Ταπεινωτές σημείου ροής: Βελτιώνουν την ιδιότητα του λιπαντικού να ρέει σε χαμηλές θερμοκρασίες