Základový olej + Aditiva = Mazací a hydraulický
olej
Základové oleje
Výchozí surovinou pro výrobu olejů je ropa, která je směsí nejrůznějších
uhlovodíků. Uhlovodíky jsou látky, jejichž molekuly jsou tvořeny různě dlouhými
řetězci atomů uhlíku C na které jsou navázány atomy vodíku H. Řetězce jsou různě
rozvětvené, mohou být i cyklické.
Frakce
Délka řetězce
Benzín
C5 - C12
Nafta, lehký topný olej
C10 - C20
Mazací olej
C20 - C35
Těžké topné oleje
C35 - C80
Asfalt
C80 a výše
Umělé hmoty
C100 výše
Pokud je řetězec kratší než pět atomů uhlíku C (C1 - C4), uhlovodík existuje
v plynném stavu a je těžen ve formě zemního plynu.
Jednotlivé základové oleje (rafinát, hydrokrakované oleje, syntetické
uhlovodíky, syntetické oleje) se získávají níže popsanými postupy. V praxi tvoří
základ maziva směs jednotlivých základových olejů a proto jsou pro označování
maziv používána označení minerální, polosyntetický a syntetický olej.
1) Rafinát
Rafinát se získává rafinací ropy, která je nejdéle známou metodou pro získávání
základových olejů z ropy. Cílem rafinace ropy je rozdělit ropu na jednotlivé
složky (frakce) podle délky řetězců uhlovodíků. Jednou z frakcí, která je
rafinací získána jsou i základové oleje. Rafinace ropy probíhá následujícím
postupem:
a) Destilace
Principem metody je oddělení jednotlivých frakcí ropy v závislosti na jejich
rozdílném vypařování při různých teplotách. Ropa se při atmosférickém tlaku
zahřeje, jednotlivé frakce se odpařují a při různých teplotách kondenzují.
Destilací se z ropy získají frakce benzín, nafta, lehký topný olej. Další frakce
ropy s delším řetězcem lze získat pouze obtížně, jelikož se omezeně vypařují.
Zbytek po destilaci (frakce které se neodpařily) je následně podroben Vakuové
destilaci.
b) Vakuová destilace
Princip této metody je shodný s destilací. Vakuová destilace však probíhá za
sníženého tlaku. Snížení tlaku způsobí, že se začnou vypařovat i frakce, které
se za atmosférického tlaku vypařují pouze málo. Vakuovou destilací se z ropy
získají především oleje různé viskozity. Zbytek po Vakuové destilaci obsahuje
především ropný asfalt a je dále zpracováván (např. destilací na topný mazut).
c) Rafinování
Oleje získané Destilací a Vakuovou destilací jsou zušlechtěny (rafinovány). V
rámci rafinování jsou z olejů odstraněny nežádoucí příměsi a jsou rovněž
upraveny struktury molekul uhlovodíků, z kterých je olej složen. V rámci
Rafinování tak dojde ke zlepšení základních vlastností získaných olejů.
d) Odparafinování
Z oleje jsou odstraněny parafíny (uhlovodíky se specifickou strukturou
molekuly), které zhoršují vlastnosti oleje při nízkých teplotách.
Hydrokrakované oleje se získávají hydrokrakováním produktů rafinace ropy. Cílem
hydrokrakování je rozštěpit dlouhé řetězce molekul uhlovodíků (C35 a výše) na
kratší řetězce molekul olejů (C20 - C35). Tímto způsobem lze získat z parafínů a
těžkých topných olejů mazací oleje.
a) Krakování a hydratace
Dlouhé řetězce molekul uhlovodíků jsou rozštěpeny (krakovány) na kratší řetězce
molekul olejů. Na místa, kde jsou molekuly rozštěpeny se navážou atomy vodíku H
(hydratace).
b) Vakuová destilace
Principem metody je oddělení jednotlivých frakcí produktu hydrokrakování v
závislosti na jejich rozdílném vypařování při různých teplotách. Destilace musí
probíhat za sníženého tlaku (za běžného tlaku se oleje vypařují velice omezeně).
Produkt hydrokrakování se při sníženém tlaku zahřeje, jednotlivé frakce se
odpařují a při různých teplotách kondenzují. Vakuovou destilací je produkt
hydrokrakování rozdělen na oleje o různých viskozitách (délkách řetězců).
c) Odparafinování
Z oleje jsou odstraněny parafíny (uhlovodíky se specifickou strukturou
molekuly), které zhoršují vlastnosti oleje při nízkých teplotách.
3) Syntetické uhlovodíky
Syntetické uhlovodíky jsou vyráběny syntézou (chemickým slučováním) základních
stavebních uhlovodíkových molekul. Cílem syntézy uhlovodíků je vytvořit
požadované molekuly složením ze základních stavebních uhlovodíků. Syntéza
uhlovodíků probíhá následujícím postupem:
a) Krakování
Molekuly benzínu (C5 - C12) jsou rozštěpeny (krakovány) na krátké řetězce
molekul plynů (Eten C2H4 nebo Buten C4H8). Tyto molekuly plynů jsou základní
stavební uhlovodíky pro syntézu.
b) Syntéza
Molekuly plynů (Eten C2H4 nebo Buten C4H8) jsou chemicky sloučeny do molekul Poly-alfa-Olefinu
(PAO) / Poly-iso-Butenu (PIB).
c) Vakuová destilace
Principem metody je oddělení jednotlivých frakcí produktu syntézy v závislosti
na jejich rozdílném vypařování při různých teplotách. Destilace musí probíhat za
sníženého tlaku (za běžného tlaku se jednotlivé frakce produktu vypařují
omezeně). Produkt syntézy se při sníženém tlaku zahřeje, jednotlivé frakce se
odpařují a při různých teplotách kondenzují. Vakuovou destilací je produkt
syntézy rozdělen na oleje o různých viskozitách (délkách řetězců).
d) Hydrogenace (pouze PAO)
Řetězce molekul uhlovodíků jsou upraveny hydrogenací, tzn. že na určitá místa
molekul se navážou atomy vodíku H (hydrogenace), čímž dojde ke změně jejich
struktury a zlepšení vlastností.
Základem pro výrobu syntetických maziv jsou
obecně produkty chemických reakcí, kdy se z nízkomolekulárních látek vytváří
velké komplexní molekuly s mazacími vlastnostmi potřebnými pro danou aplikaci.
Na rozdíl od ropných olejů, které jsou tvořeny komplexní směsí uhlovodíků, je
možno vlastnosti syntetických kapalin předem definovat a zajistit standardní
kvalitu.
Kapaliny na syntetické bázi je možno
klasifikovat následujícím způsobem:
Syntetické uhlovodíky někdy označované SHC se vyrábí řízenou polymerací olefinů
s následnou hydrogenací, přičemž vznikají téměř výhradně sloučeniny s nasycenými
řetězci umožňujícími vysokou stabilitu kapaliny ve srovnání s produkty
obsahujícími naftenické a aromatické kruhy. Další výhodou je nižší bod tuhnutí
ve srovnání s ropnými oleji obsahujícími parafiny. Maziva SHC nabízejí oproti
současným vysoce kvalitním olejům na ropné bázi řadu technických i ekonomických
výhod:
vynikající viskozitně-teplotní vlastnosti umožňující pracovat v širším
rozsahu teplot
vysoká tepelná i oxidační stabilita za vysokých teplot snižující tvorbu úsad
schopnost pracovat i za extrémně nízkých teplot až do -50OC
plná kompatibilita s ropnými oleji, nátěry a těsnícími materiály běžně
používanými v systémech s ropnými oleji
prodloužená životnost oleje 2 až 5 krát v závislosti na pracovních podmínkách
nízká odparnost snižující spotřebu a prodlužující životnost oleje za vysokých
teplot
významná úspora energie v rozmezí 2-10 % podle typu aplikace
zvýšená ochrana proti únavovému opotřebení materiálu
nižší opotřebení strojních částí díky stabilnímu olejovému filmu
Organické estery
Obecně je možno hovořit o esterech dvojsytných kyselin a polyolesterech. Estery
dvojsytných kyselin, častěji známé jako diestery, se vyznačují vysokou střihovou
stabilitou v širokém rozsahu pracovních teplot. Rovněž je pro ně typická
vynikající smáčivost kovů a nízká odparnost za zvýšených teplot.
Polyestery nabízejí všechny zmíněné výhody a navíc vysokou účinnost i za
extrémně vysokých teplot. Nejčastěji se uplatňují v leteckých plynových
turbínách a v moderních chladících systémech s chladivy na bázi fluorovaných
uhlovodíků.
Polyglykoly
Polyglykoly, přesněji řečeno polyalkylenglykoly (polyalkylétery) jsou velmi
častým základem syntetických olejů. Získávají se z látek o vysoké molekulární
hmotnosti - polyethylenoxidu nebo polypropylenoxidů, příp. kombinace obou a
vyznačují se vysokou účinností v širokém rozsahu pracovních teplot. Z toho
důvodu se běžně používají v oběhových a převodových systémech.
Polyglykoly jsou nerozpustné ve vysokotlakých uhlovodících, a proto jsou vhodné
pro mazání plynových kompresorů.
Zvýšenou pozornost je však třeba věnovat jejich nižší kompatibilitě s ropnými
oleji, těsněním a velkým množstvím barevných povlaků.
Estery kyseliny fosforečné
Estery kyseliny fosforečné obvykle představují základ těžkozápalných kapalin.
Jejich chemická povaha umožňuje snížit riziko hořlavosti v hydraulických a
oběhových systémech.
Mají velmi dobré mazací vlastnosti i v podmínkách mezného tření, používají se
občas jako přísady do jiných maziv.
Silikáty
Křemičité estery, vynikají vysokými body varu a nepatrnou odparností, mají
průměrné mazací vlastnosti a nízkou oxidační stabilitu což však lze vylepšit
aditivací nebo mísením s jinými mazivy. Používají se zejména jako kapaliny pro
přenos tepla, hydraulické kapaliny v letectví a raketové technice a jako maziva
pro automatické palubní letecké zbraně. Teplotní rozsah použití je -50 až 200oC.
Silikony
Polysiloxany, nejdůležitější jsou polymetylsiloxany, mají vynikající
teplotně-viskozitní křivku, malou odparnost, velmi nízké body tuhnutí a vysoké
body vzplanutí, vysokou tepelnou stabilitu. Jejich mazací schopnosti jsou však
špatné, zejména u třecího páru ocel-ocel v oblasti smíšeného tření. Používají se
k mazání přesných měřicích přístrojů, jako kapaliny do tlumičů, k impregnaci
samomazných bronzových ložisek. Široce se používají k mazání plastických a
pryžových součástek, v chladničkách, čerpadlech a dalších přístrojích. V ropných
olejích potlačují pěnění a zvyšují bod vzplanutí. Polysiloxany jsou jsou
zdravotně nezávadná maziva, čímž jsou předurčeny pro některé potravinářské
aplikace.
Polyfenylmethylsilikony jsou vhodné jako maziva od - 55 do + 230o C, používají
se jako maziva pro spalovací turbíny a jako složka vysokoteplotních plastických
maziv. Některé typy se mohou používat samotné nebo jako složka plastických maziv
při teplotách až 320o C.
Fluorované uhlovodíky
Představiteli těchto maziv jsou například fluorované estery a perfluorované
alkoholy používané vesměs pro speciální aplikace - raketovou techniku, mazání
kyslíkových kompresorů, maziva v ponorkách apod. Jejich výhodou jsou vysoké
teploty rozkladu přes 300o C. Nejsou mísitelné s uhlovodíkovými mazivy,
polyfenyletery, silikony a silikáty.
Používají se rovněž jako olejová složka některých speciálních plastických maziv.
5) Rostlinné oleje
V našich zeměpisných šířkách se jedná téměř
výhradně o rafinovaný olej z řepky olejné. Tyto oleje se vyrábějí v celé řadě
viskozit a používají se hlavně tam, kde musí mazivo splňovat přísné ekologické
požadavky na biologickou odbouratelnost (lesnictví, stavebnictví,
vodohospodářství, atd.). Tyto maziva mají vesměs výborné přirozené mazací
vlastnosti, mají však horší oxidačně tepelnou stabilitu. Používají se jak pro
uzavřené systémy (hydrauliky), tak pro aplikace ztrátového mazání (řezné části
pil, kluznice katrů a jiné). Samostatnou kapitolou je pak výroba metylesteru
řepkového oleje, který se používá jako přídavek do motorové nafty pro zlepšení
ekologických vlastností pro zlepšení ekologických vlastností při spalování.
