روغن پایه
روغن پایه به روغنی گفته میشود که به عنوان یک پایه برای روانکار محسوب میشود. پس از اضافه کردن مواد افزودنی به روغن پایه، روانکار نهایی به دست می آید. روغن ها از لحاظ حجمی مهم ترین جزء تشکیل دهنده روانکارها می باشند واز لحاظ وزنی به طور متوسط بیش از %۹۵ فرمولاسیون یک روانکار را تشکیل می دهند. در برخی از (روغن های کمپرسور و هیدرولیک) ۹۹%روغن پایه و تنها۱% آن را مواد افزودنی تشکیل می دهند. از طرفی، برخی از روانکارها مانند سیالات فلزکاری، گریس یا روغن دنده های صنعتی شامل حدودا %۳۰ افزودنی هستند.
روغن پایه را می توان از منابع نفتی یا غیر نفتی به دست آورد. بیشتر روغن پایه مصرفی در جهان امروزه از پالایش نفت خام به دست می آید. از آنجا که بخش عمده ای از روغن پایه های مورد استفاده در تولید روانکارها از منابع نفتی به دست می آید، صنعت روغن پایه به عنوان قسمتی از صنایع نفت به شمار می رود .
خصوصیات روغن پایه ها به دست آمده از نفت وابسته به نوع نفت خام و چگونگی عملیات پالایش است. روغن پایه های نفتی اجزاء شیمیایی خود را چه نامطلوب از نفت خامی که از آن طی فرایند پالایش به دست آمده اند، به ارث می برند. از آنجا که نفت خام حاوی ترکیبات مختلفی از قبیل هیدروکربن های پارافینیک، نفتنیک، آروماتیک و هم چنین ترکیبات گودگرددار می باشد، روغن پایه ها نیز متشکل از این ترکیبات تشکیل دهنده روغن پایه هی نفتی که روی خواص روغن نیز تاثیر می گذارند، ترکیبات پارافینیک، نفتنیک و آروماتیک هستند.
انواع روغن پایه
روغن پایه ها به طور کلی به سه دسته معدنی (Mineral)، سنتزی (Synthetic) و طبیعی (Natural) تقسیم بندی می شوند. روغن پایه های معدنی که بیشترمورد استفاده قرارمی گیرند ، شامل دو گروه روغنهای پارافینیک ونفتنیک است که از تصفیه نفت خام به دست می آیند.
انواع روغن پایه معدنی
روغن های پایه پارافینیک
امروزه بسیاری از روانکارهای مورد استفاده در ماشین آلات در جهان از روغن های پارافینیک ساخته می شوند . این روغن ها را هیدروکربن های نرمال و هیدروکربن های ایزو تشکیل می دهند. ممکن است
در ساختمان این روغن ها مقادیری روغن های نفتنیک نیز وجود داشته باشد. از آنجا که مولکول های پارافین می توانند تولید کریستال های واکس در دمای پایین کنند ، در نتیجه روغن های پارافینیکی موتور را با یک فیلم واکس می پوشانند و در موتور تشکیل رسوب می دهند . از اینرو بسیاری از مردم معتقدند که عبارت پارافینیک مترادف و هم معنی با واکس است . در صورتی که اینطور نیست و همانطور که گفته شد ، روغن پارافینیک مخلوطی از هیدروکربن های مختلف است و قسمت عمده واکس موجود در آنها توسط فرآیند واکس زدایی از روغن خارج می شود. در مقایسه با روغن های نفتنیک ، روغن های پارافینیک دارای خواص زیر هستند :
مقاومت بالاتر در مقابل اکسید شدن ، نقطه ریزش بالاتر ، شاخص گرانروی بالاتر ، فراریت کم ، نقطه اشتعال بالاتر و وزن مخصوص پایین.
روغن های نفتنیک
روغن های نفتنیک هیدروکربن های حلقوی سیر شده یک یا چند حلقه ای می باشند. هر حلقه می تواند دارای ۵ تا ۶ کربن باشد. این روغن ها در مقایسه با روغن های پارافینیک دارای خواص زیر هستند :
مقاومت نه چندان خوب در مقابل اکسید شدن ، نقطه ریزش پایین تر به دلیل نداشتن واکس ، شاخص گرانروی پایین تر ، فراریت بالاتر و در نتیجه نقطه اشتعال پایین تر ، چگالی نسبی بالاتر و خاصیت حل کنندگی بهتر .
روغن های نفتنیک به طورکلی برای محدوده دمایی کم و هنگامی که نقطه ریزش پایین مورد نیاز باشد ، مخصوصا در روغن های هیدرولیک ، روغن سرد کننده ها ، روغن های فرآیند تولید لاستیک ، روغن های فلزکاری به خوبی در روانکارهای سیلندر برای موتورهای بزرگ و گریس ها قابل استفاده می باشند.
دسته بندی روغن پایه ها بر اساس خواص فیزیکی – شیمیایی
با توجه به اینکه انجام فرایندهای پالایشی مختلفی که امروزه جهت تولید روغن های پایه رایج می باشند میتواند منجر به تولید روغنهای پایه ای با خواص متفاوت گردد ، انجمن نفت امریکا (API) اقدام به طبقه بندی روغنهای پایه با توجه به خواص فیزیکی شیمیایی و مشخصات آنها نموده است که در جدول زیر این طبقه بندی را مشاهده میکنید:
سه گروه اول، روغنهای پایه حاصل از پالایش نفت خام هستند که در این میان روغن های پایه گروه III گروهی است که بیشترین میزان فرآیند برروی آن انجام گرفته است، گرانترین است و بالاترین عملکرد را در میان روغن های معدنی حاصل شده از نفت خام داراست. روغنهای گروه IV سینتیک (PAO) بوده و به روش شیمیایی ساخته میشوند. استرها ، گلیکولها و سایر روغنهای پایه که مشخصات آنها مطابق چهار گروه اول نمیباشد جزء گروه Vاین طبقه بندی محسوب میشوند. روغنهای نفتنیـک نیز که شاخص گـرانروی آنها به دلیـل پایین بودن درصد مواد پارافینی درترکیب آنها، پایین میباشد جزء این گروه محسوب میشوند. روغنهای پایه نفتنیک از نفت خام هایی تولید میگردند که فاقد مواد پارافینی بوده و دارای درصد بالایی مواد نفتنیک (حلقه های اشباع) باشند. تنها ازچند میدان نفتی درجهان میتوان نفت خام نفتنیک استخراج نمود. تقریبا تمامی میادین نفتی منطقه خاورمیانه ماهیت پارافینیک دارند و لذا روغن پایه حاصل از پالایش آنها نیز پایه پارافینک میباشد. روغنهای پایه نفتنیک به دلیل نداشتن وکس (مواد پارافینی) نقاط ریزش بسیار پایینی دارند و به همین دلیل در فرمولاسیون روغنهای مخصوص سیستمهای تبرید از آنها استفاده میشود. لازم به ذکراست روغنهای پایه گروه III که به روش هایدروکراکینگ شدید و یا هایدروایزومریزاسیون تولید میگردند خواصی بسیار نزدیک به روغنهای سینتیک گروه IV دارند.
روغن پایه های طبیعی
استفاده از روغنهای گیاهی از سالیان دور مورد توجه بوده است. با کشف نفت و به بازار آمدن روغنهای ارزان روانکارهای طبیعی از کانون توجه خارج شدند و در حاشیه قرار گرفتند. اما در دوران جنگ و کمبود نفت دوباره این روانکارها مورد توجه قرار گرفتند. به عنوان مثال در طول جنگهای جهانی اول و دوم استفاده از روغنهای گیاهی به عنوان سوختها روانکارها و گریس ها به سرعت افزایش یافت همچنین شوک نفتی اعراب در سال ۱۹۷۳ یک بار دیگر لزوم توجه به منابع غیر نفتی را تأئید کرد.
در دو دهه ی اخیر به دلیل افزایش ملاحظات زیست محیطی توجه به روانکارهای طبیعی افزایش بیشتری پیدا کرده است. در طول دهه ی ۱۹۸۰ در اروپا قوانین و مقررات مختلفی برای الزام استفاده از روغنهای زیست تخریب پذیر وضع شد در آمریکا اگر چه کمبود قوانین در مورد مصرف روانکارهای طبیعی و وجود روغنهای نفتی ارزان شرایط سختی را برای رقابت روغن های زیست تخریب پذیر ایجاد کرده است ولی با این حال تعدادی از شرکتهای بزرگ صنعت روانکار در آمریکا سرمایه گذاری گسترده ای برای تولید روغنهای زیست تخریب پذیر انجام داده اند.
دست کم به سه دلیل میتوان پیش بینی کرد که در دهه ی آینده شاهد پیشرفت های بیشتری در زمینه ی تولید و کاربرد روغنهای طبیعی و زیست تخریب پذیر خواهیم بود
- با الگوگیری از کشاورزان اروپایی سازمانهای وابسته به کشاورزان ایالات متحده سرمایه گذاری وسیع تری را برای تحقیق در زمینه ی استفاده های غیر خوراکی محصولات کشاورزی برای جلوگیری از هدر رفتن محصولات مازاد شروع کرده اند.
- دولتهای فدرال شماری از قوانین ایالتی را به منظور ارتقاء سطح مصرف فرآورده های دوستدار محیط زیست وضع کرده اند.
- پیشرفت های زیادی در زمینه ی فناوری روغن های زیست تخریب پذیر و اصلاح ژنتیکی دانه های روغنی صورت گرفته است
در سال ۱۹۹۷ در حدود ۱۰۰ میلیون تن تولید جهانی روغن و چربی طبیعی داشته ایم که ۸۰ میلیون تن آن از منابع گیاهی و تنها ۲۰ میلیون تن از منابع حیوانی بوده است. قسمت زیادی از این روغنهای گیاهی مانند روغن نخل در مناطق گرمسیری تولید شده اند. تقریباً ۷۵ درصد روغنهای گیاهی از چهار گیاه اصلی سویا کلم نخل و آفتابگردان به دست آمده اند روغنهای گیاهی را در مقایسه با چربی های حیوانی در مقیاس وسیع تر میتوان تولید کرد. به همین دلیل منابع گیاهی منابع بهتری برای تولید روغن پایه های طبیعی میباشند.
کاربردها
همان طور که گفته شد استفاده از روغنهای طبیعی به عنوان روانکارها سابقه ی طولانی دارد ولی امروزه به دلیل گسترش توجه به محیط زیست و سلامت کاربران به کار بردن روغنهای با منشاء و مزیتهای زیستی در دستور کار قرار گرفته است. یکی از عوامل مؤثر در این روند، وجود پلی سیکلیک آروماتیک ها (PCA’S) در روغن های نفتی است این ترکیبها سرطان زا هستند و به علت به کار بردن روغن های نفتی در محیط پخش میشوند به ویژه در کاربردهایی که تماس مستقیم با روغنها وجود دارد خطرهای بسیار جدی برای سلامت انسان به وجود می آورند روغن های گیاهی عاری از پلی سیکلیک آروماتیکها هستند و تنها مقادیر بسیار کم و غیر مضر از سایر آلاینده ها مانند ترکیبات سولفوردار را شامل می باشند. به طور کلی میتوان گفت روغنهای گیاهی دارای شمار زیادی از فواید زیستی میباشند پس خیلی عجیب و دور از ذهن نیست که بدانیم هم اکنون تلاشهای قابل توجهی برای استفاده از آنها در طراحی سوخت ها و روانکارهای دوستدار محیط زیست در حال انجام شدن است. این تلاشها به صورت گسترده ای توسط صنایع پتروشیمی در سالهای اخیر گزارش شده است.
به کاربردن فرآورده های روغنهای گیاهی برای تولید کنندگان روانکارها مزایای اختصاصی زیر را به همراه دارد:
- مورد تائید تولید کنندگان تجهیزات اصلی OEMS
- دوستدار محیط زیست
- سازگار و دوستدار سلامت کاربران
کاربردهایی فنی برای روغنهای گیاهی مخصوصاً در زمینه هایی که امکان آلوده سازی طبیعت زیاد است وجود دارد روغنهای اره موتوری روغن کلزا
- سیالات هیدرولیک شامل روغنها و استرها فرآورده هایی
- از روغن آفتابگردان که توسط تکنیکر برای خودروهای
- روغن های برش مثل (استرها که از نظر سلامت کاربر زمینی در اسپانیا ابداع شده است)
- روغنهای حفاری گلهای حفاری روغن کلزا
- روغن های مورد استفاده در صنایع بتنهای ساختمانی بسیار مهم هستند
سه زمینه ی عمده برای به کار بردن روانکارها بر پایه ی زیست وجود دارد. اولین کاربرد مربوط به مواردی است که احتمال زیادی برای وارد شدن روانکار به محیط زیست آسیب پذیر وجود دارد. تجهیزات هیدرولیکی که در جنگل و یا در آب به کار برده میشوند مثالهایی برای این موارد هستند که در هر زمان با زخمی شدن یک لوله و یا نشتی داشتن یک اتصال روغن در طبیعت رها میشود. برآورد میشود که یک سامانه ی هیدرولیک در طول یک سال سه برابر حجم مخزن روغنش روغن از دست میدهد.
دومین زمینه ی اصلی تجاری در کاربردهایی است که از روانکارهای تلف شونده استفاده میشود روانکارهای تلف شونده به خاطر نوع کاربرد و طراحی تجهیزات به طور کامل وارد طبیعت میشوند. برای مثال این گونه گریسهای روانکار و یا روغن موتورهای دوزمانه تمام سیستم تحت روانکاری را طی میکنند و در نهایت در طبیعت پخش میشوند ترکیبات روان کننده ی قالب ها روغنهای زنجیر روغن های کابلهای رشته ای و روغن های خط آهن روانکارهایی هستند که در سطوح بیرونی به کار برده میشوند و در نتیجه به راحتی وارد طبیعت و محیط میشوند.
البته گستره ی وسیعی از مصرف کنندگان نهایی وجود دارند که محصولات دوستدار محیط زیست را ترجیح میدهند. این مصرف کنندگان ترجیح میدهند قیمت بیشتری را برای یک فرآورده ی غیر سمی و زیست تخریب پذیر بپردازند تا از عواقب ناشی از رهاسازی روغنهای نفتی در طبیعت جلوگیری به عمل آید. تعدادی از این زمینه های مصرفی عبارتند از:
- چمن بانی
- پرورش فضاهای سبز
- ماشین آلات راهسازی
- جنگلداری و آتش نشانی جنگل
- کشاورزی و باغداری
- سازه های دریایی
- پارک های تفریحی و ورزشی (بازار ورزش از یک جهت منحصر به فرد است. در این بازار روغنهای گیاهی بیشتر به خاطر کیفیت و کارایی بهترشان مورد استفاده قرار می گیرند تا ملاحظات زیست محیطی)
بهترین برآورد اقتصادی نشان میدهد که ۷۵ درصد روانکارهای بر پایه ی زیست سیالات هیدرولیک میباشند نمودار توزیع تجاری کاربردهای مختلف روغنهای زیستی در شکل زیر نشان داده شده است .
روغن پایه های سنتزی
روغن های سنتزی یا مصنوعی ، روغن هایی هستند که از طریق متصل کردن یک یا چند جزء آلی مشخص با وزن مولکولی کم در شرایط کنترل شده سنتز یا ساخته می شوند. این ترکیب شدن که در شرایط کنترل شده فیزیکی و شیمیایی انجام می شود ، باعث می شود روغن سنتزی حاصل، خواص مشخصی داشته باشد که از پیش مورد نظر بوده است . یعنی روغن های سنتزی ، روغن های از پیش طراحی شده ای هستند که ساختار و ترکیب شیمیایی آنها طوری است که می توان روغن به دست آمده را روغن مطلوب نامید.
ویژگیها و توسعه روغن های سنتزی
ویژگی‌های روغنهای نفتی وابسته به نوع نفت خام و عملیات پالایش است. روغنهای نفتی اجزاء شیمیایی خود را چه مطلوب و چه نامطلوب از نفت خامی که از آن توسط فرآیند پالایش بدست آمده‌اند، به ارث می‌برند. نفت خام، با توجه به موقعیت جغرافیایی و زمین‌شناختی محل استخراج نفت، حاوی هزاران ترکیب شیمیایی نامطلوب میباشد که فرآیند پالایش نمی‌تواند همه‌ی آنها را حذف کند. اسیدهای خورنده، واکس‌ها، فلزات سنگین، آسفالتین‌ها، نفتن‌ها و آروماتیکها و به همان اندازه تعداد بیشماری از ترکیبات سولفوره، کلره و نیتروژنه در محصول نهایی باقی می‌مانند. ترکیبات یاد‌شده در مجموع دارای خصوصیات مناسب برای کاربرد روانکاری در اغلب استفاده‌های موتوری و صنعتی نمی‌باشند.
تصفیه‌ی شدیدتر روغنهای نفتی به منظور جداسازی مناسب‌ترین اجزا برای روانکاری، از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمیباشد و از لحاظ عملی نیز به دلیل نبود فناوری لازم، غیر‌قابل انجام است. به عنوان مثال یک ترکیب پارافینی 20 کربنه میتواند در حدود 20 میلیون ایزومر داشته باشد، جداسازی چنین گستره‌ای از مولکول‌ها با استفاده از روش‌های صنعتی عملاً غیر‌ممکن میباشد. همچنین در مقایسه با روغنهای سنتزی، مولکول‌های روغنهای نفتی از نظر شکل، اندازه و طول بطور قابل‌توجهی ناهمگون هستند، که این نامطلوب میباشد. به عنوان مثال وقتی موتور گرم میشود مولکول‌های کوچکتر تبخیر میشوند در حالیکه مولکول‌های بزرگتر تمایل به اکسیدشدن نشان میدهند و بر روی سطح موتور رسوب میکنند. هرچه روغن بیشتر تبخیر شود، گرانروی آن افزایش پیدا می‌کند و باعث ایجاد اشکال در سیستم روانکاری میشود.
بنابراین برای روغنکاری در شرایط سخت و غیر‌متعارف که در آن روغنهای نفتی دارای کارآیی لازم نمی‌باشند از روغنهای سنتزی استفاده میشود. در اوایل دهه 1930 فناوری‌های مربوط به تولید هیدروکربن‌ها و استرهای سنتزی بطور متناوب در دو کشور آلمان و آمریکا در حال گسترش بوده‌است. اما از آنجا که قیمت تمام‌شده‌ی این روغنها نسبت به روغنهای معدنی بیشتر است، در ابتدای کار از لحاظ اقتصادی چندان با استقبال روبرو نشدند. اما با گذشت زمان، کاربرد روغنهای سنتزی بتدریج افزایش یافت. بویژه در کاربردهایی که روغنهای معدنی کارآیی لازم را از خودشان نمی‌دادند. روغنهای معدنی برخلاف مزایایی چون در دسترس بودن و قیمت نسبی پائین‌تر، دارای معایبی چون اکسیدشدن و از دست‌دادن گرانروی در دماهای بالا، منفجر شدن در معرض عوامل اکسید‌کننده‌ی قوی و جامد شدن در دماهای پایین بودند. این ویژگیها در برخی کاربردها نامناسب و بازدارنده هستند. برای نمونه در موتورهای جت، روانسازهای با فشاربخار کم و در صنایع غذایی و داروسازی روانکارهایی با سمیت پائین مورد نیاز هستند. این موضوع باعث گسترش روانسازهای سنتزی شده است که می توانند گستره‌ی دمایی و فشاری قابل ت
وجهی را بدون تغییر در ساختار، تحمل کنند و در عین حال خطر آتش سوزی را نیز کاهش دهند.
در انتخاب روغن و قبل از تعویض آن باید با ویژگی‌های روغنهای موجود در بازار آشنا شد و معایب و برتری‌های آنها را شناخت. با این توضیح، استفاده از روغنهای سنتزی زمانی منطقی است که:
• استفاده از روغنهای سنتزی، مشکلی در رابطه با کاربرد روغنهای معدنی را حل کند. مثل شرایط کارکرد در درجه حرارت‌های خیلی بالا و یا خیلی پایین و یا نیاز به سازگاری با درزبندها و قطعات.
• استفاده از روغنهای سنتزی، هزینه‌ی عملیات را آنقدر پایین بیاورد که هزینه‌ی زیاد خرید آنها جبران شود.
در جدول 2 سطح کارآیی و خواص انواع روغنهای سنتزی و روغنهای معدنی، بصورت یک مقایسه کلی آمده‌است.
بسیاری از روغنهای سنتزی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند در چند دهه گذشته تهیه شده‌اند. سرعت کمی که در گسترش میزان استفاده از آنها در ابعاد فنی دیده میشود، به خاطر قیمت قابل توجه و زیادتر آنهاست. در جدول زیر، قیمت نسبی انواع روغنهای سنتزی در مقایسه با روغنهای معدنی آمده است.
انواع روغن‌پایه‌های سنتزی
از آنجایی که بعضی از روغنهای سنتزی با ساختار شیمیایی بسیار شبیه، دارای ویژگی‌های شیمیایی ناهمگون هستند و همچنین بعضی ترکیب‌های متفاوت دارای خواص روغنکاری مانند هم هستند، گروه‌بندی روغن‌پایه‌های سنتزی با درنظر داشتن همزمان ساختار شیمیایی و ویژگی‌های شیمیایی، کاری مشکل است. با توجه به این ناهماهنگی، در سال 1993، شابکین در کتابی که در مورد روانسازهای سنتزی نوشته است، روغن‌پایه‌های سنتزی را به شرح زیر دسته‌بندی کرده است:
- آروماتیک‌های آلکیله
- کلرو‌تری‌فلوئورو‌اتیلن
- آلیفاتیک‌های حلقوی
- دی‌آلکیل‌کربنات‌ها
- استرها
- پرفلوئورو‌آلکیل‌پلی‌استرها
- استرهای‌فسفاته
- فسفازین‌ها
- پلی‌آلفا‌اولفین‌ها
- پلی‌بوتن‌ها
- پلی‌آلکیلن‌گلایکول‌ها
- سیلا‌هیدروکربن‌ها
- سیلوکسان‌ها
هیدروکربن‌های سنتزی
هیدروکربن‌های سنتزی، به طور همزمان در ایالات متحده و آلمان توسعه داده شده‌اند، در آلمان نیاز به روغنهای با کارآیی در دمای پائین و کمبود منابع نفتی باعث ایجاد انگیزه برای کار روی هیدروکربن‌های سنتزی بوده است. امروزه می‌دانیم که تمام هیدروکربن‌های سنتزی – و سایر روانکارهایی که از لحاظ اقتصادی مهم هستند- را میتوان از اتیلن سنتز کرد. البته اتیلن خود یکی از مهمترین محصولات پتروشیمی است که امروزه بطور عمده با استفاده از روش مولکول‌شکنی با بخار آب تولید میشود.
خیلی عالی بود
مطلبتون مفید بود. با تشکر
عالی بود مطالب