.jpg "bg-slide0")
.jpg "bg-slide1")
مبانی روانکاری
روغن های پایه روانکار
برای تولید شیمیایی یک روانکار باکیفیت از نفت خام، تولیدکنندگان واقعاً باید از تمام دانش و خلاقیت خود استفاده کنند.
نویسنده: دکتر رابرت ام. گرشام – سردبیر همکار
اغلب در این بخش درباره اهمیت ویسکوزیته در درک تئوری و کاربرد روانکارها صحبت می کنیم. اکنون به سراغ روغن های پایه ای می رویم که برای فرمولاسیون روانکارها استفاده می شوند. و نگران نباشید، برای دنبال کردن این مطلب نیازی به دکترای شیمی ندارید.
در ابتدا باید گفت روغن های پایه، ماده اصلی تشکیل دهنده روغن ها و گریس ها هستند. بیشتر روغن ها شامل ۷۰ تا ۹۹ درصد روغن پایه بوده و مابقی آن ها افزودنی ها هستند. گریس ها معمولاً ۷۰ تا ۹۴ درصد روغن پایه دارند. این روغن های پایه از سه منبع اصلی تأمین می شوند:
-
نفت خام
-
سنتز شیمیایی
-
منابع طبیعی غیر از نفت خام (مانند چربی ها، موم ها، روغن های گیاهی و …)
در این مقاله تنها به منبع اول، یعنی نفت خام، و نحوه تبدیل آن به روغن های معدنی قابل استفاده به عنوان روغن پایه روانکار می پردازیم.
نفت خام، مانند زغال سنگ، به طور طبیعی و در اثر فرآیندهای گرما، تجزیه و فشار بسیار زیاد در طبیعت تشکیل می شود. زمانی که نفت خام از زمین استخراج می شود، از انواع مختلفی از مواد شیمیایی تشکیل شده که عمدتاً پایه کربنی (C) دارند.
من دوست دارم نفت خام را شبیه به مخلوطی از تمام انواع پاستاهای پخته شده ای بدانم که تا به حال دیده اید: اسپاگتی، لازانیا، زیتی، صدفی، روتینی، نودل، لینگوئینی، ستاره ای و غیره. همه آن ها از آرد ساخته شده اند، اما شکل های متفاوتی دارند. ما یاد گرفته ایم که پاستاهای بلند و صاف، مثل اسپاگتی، معمولاً بهترین پاستا هستند (یا طبق این مثال، بهترین روانکار).
در فرآیند پالایش، این انواع مختلف «پاستا» از طریق فرآیندهایی مانند تقطیر (جدا کردن قطعات خیلی بزرگ و خیلی کوچک)، کراکندن (شکستن مولکول های بسیار بلند به کوتاه تر)، هیدروژناسیون (تبدیل برخی ترکیبات به ترکیبات دیگر)، موم گیری (حذف ترکیبات مومی بزرگ) و فرآیندهای دیگر از هم جدا می شوند. البته نباید بیش از حد در این تشبیه اغراق کرد.
روغن پایه حاصل از نفت خام عمدتاً شامل ترکیبات کربنی با ۲۵ تا ۴۵ اتم کربن است و می توان آن ها را به چهار گروه اصلی تقسیم کرد:
-
پارافین ها
-
نفتن ها (یا سیکلوپارافین ها)
-
آروماتیک ها
-
ترکیبات هترواتمی (حاوی عناصری غیر از کربن مانند گوگرد (S)، اکسیژن (O)، نیتروژن (N) و …)
برای علاقه مندان به شیمی، نمونه هایی از این ترکیبات در شکل ۱ نشان داده شده است.
ترکیبات هترواتمی
این ترکیبات شامل عناصری غیر از کربن هستند، مانند گوگرد، اکسیژن و نیتروژن که در ساختار مولکولی حضور دارند. این ترکیبات مطلوب نیستند و باید حذف شوند، زیرا باعث ناپایداری روغن پایه، ایجاد رنگ یا رسوب و یا کاهش شاخص ویسکوزیته (VI) می شوند.
شاخص ویسکوزیته نشان دهنده پایداری ویسکوزیته در برابر تغییرات دما است؛ هرچه VI بالاتر باشد، ویسکوزیته در دماهای بالا کمتر کاهش می یابد.
به اندازه کافی وارد شیمی شدیم؛ فرآیند پالایش به صورت شماتیک در شکل ۲ نشان داده شده است. اگرچه اصول پالایش مشابه است، اما شرکت ها و گریدهای مختلف روغن پایه، درجات متفاوتی از این فرآیندها را طی می کنند.
در مرحله اول، یعنی کراکندن و تقطیر، مولکول های بسیار بزرگ شکسته شده و ترکیبات سبک (فرّار) و سنگین (کم فرّار) جدا می شوند تا به ترکیباتی با ۲۵ تا ۴۵ اتم کربن برسیم که به آن ها برش های روانکاری (Lube Distillates) گفته می شود.
مرحله دوم، یعنی فرآوری، می تواند شامل استخراج با حلال، موم گیری و هیدروتریتینگ باشد. میزان انجام این مراحل، کیفیت نهایی روغن پایه را تعیین می کند.
-
استخراج با حلال: فرآیندی متداول که در آن ترکیبات آروماتیک ترجیحاً حذف می شوند.
-
موم گیری: حذف پارافین های زنجیره بلند با نقطه ذوب بالا. در روش سنتی، این کار با حلال و در دمای پایین انجام می شود. در روش کاتالیستی، مواد مومی به ایزوپارافین تبدیل می شوند که باعث بازده بالاتر، نقطه ریزش کمتر و شاخص ویسکوزیته بالاتر می شود.
-
هیدروتریتینگ: در این فرآیند، روغن پایه با هیدروژن تیمار می شود تا پیوندهای دوگانه کربن–کربن حذف شوند. این پیوندها در ترکیبات آروماتیک و پارافین های تصفیه نشده وجود دارند. حذف این پیوندها باعث پایداری بیشتر روغن می شود.
همان طور که چربی های غیراشباع چندگانه برای بدن قابل هضم تر هستند، پارافین های هیدروتریت شده نیز به دلیل واکنش پذیری کمتر، پایدارتر بوده و برای روانکارها مناسب ترند.
میزان انجام این فرآیندها، خواص نهایی روغن پایه را تعیین می کند. بر این اساس، روغن های پایه به گروه های API I، II و III تقسیم می شوند که گروه III بیشترین میزان فرآوری، بالاترین قیمت و بهترین عملکرد را دارند. شکل ۳ مقایسه ای از خواص این سه گروه را نشان می دهد.
روغن های پایه بخش جدایی ناپذیر هر فرمولاسیون روانکار هستند. به طور کلی، عملکرد روانکار بیش از هر چیز تحت تأثیر کیفیت و ویسکوزیته روغن پایه قرار دارد.
