Zadaniem dodatków uszlachetniających jest albo poprawa właściwości oleju bazowego, albo nadanie mu właściwości zupełnie nowych, bądź też ustabilizowanie określonych parametrów w czasie użytkowania. Są to związki chemiczne, które po wprowadzeniu do oleju podlegają określonym reakcjom chemicznym. Ważny jest więc dobór nie tylko odpowiedniego dodatku, ale też jego ilości. Błędne dawkowanie może sprawić, że dodatek nie spełni swojej funkcji, a nawet gorzej – przyczyni się do pogorszenia właściwości oleju bazowego i w konsekwencji uszkodzenia elementów maszyny lub urządzenia.

Jak mówi Ryszard Janowicz, szef serwisu VECO w Modex-Oil, powszechne są sytuacje, w których przedsiębiorcy stosują oleje bez dodatków bądź z niewielką ich ilością. Głównie z powodu niższych kosztów. Takie oleje mają jednak znacznie gorsze właściwości. – W określonych zastosowaniach konieczne są jednak właściwości eksploatacyjne na poziomie wyznaczonym przez normy lub zalecenia producenta urządzenia – wyjaśnia Ryszard Janowicz. – Bez dodatków modyfikujących właściwości oleju bardzo często nie da się spełnić tych wymagań.

Co dają uszlachetniacze?

Generalizując, można przyjąć, że dodatki do olejów poprawiają własności bazy olejowej i są niezbędnym składnikiem środków smarnych do układów hydraulicznych, przekładni, sprężarek powietrza i pozostałych urządzeń przemysłowych. Naturalnie, podobnie jak w przypadku samych olejów, także wśród dodatków uszlachetniających można wskazać różne ich rodzaje. Według jednego z najbardziej typowych podziałów wyróżnia się dodatki o charakterze przeciwzatarciowym, przeciwzużyciowym i modyfikujące tarcie. Poszczególne dodatki mogą też zwiększać odporność środków smarnych na wysokie temperatury, intensyfikować właściwości smarne i uodparniać na działanie określonych substancji, zanieczyszczeń bądź mikroorganizmów.

– Oleje stosowane w wysokoobciążonych układach hydrauliki siłowej muszą charakteryzować się np. doskonałymi własnościami przeciwzużyciowymi, czyli chronić przed nadmiernym ścieraniem się części roboczych pompy hydraulicznej – tłumaczy Mariusz Paśnicki, field engineer w ExxonMobil. – Z kolei oleje przekładniowe muszą posiadać własności przeciwzatarciowe, chroniące zęby przekładni przed zużyciem mechanicznym. Kolejna grupa, oleje sprężarkowe, ma bezpośredni kontakt z tlenem w sprężanym powietrzu i przez to oleje te powinny być wyjątkowo odporne na utlenianie. We wszystkich tych przypadkach własności oleju zostały uzyskane poprzez dodatki.

Marek Fajferek z działu badań i rozwoju w Orlen Oil dodaje, że głównym zadaniem dodatków stosowanych w olejach przemysłowych jest dopasowanie, a często nawet „skrojenie na miarę” oleju do sprzętu, w którym jest stosowany. Dodatek jest „boosterem” bazy, czyli podwyższa jej jakość i zabezpiecza przed nadmierną i przyspieszoną degradacją. Stosowanie dodatków, jak i całych pakietów podyktowane jest w obecnych czasach wymaganiami stawianymi przez producenta sprzętu. Olej traktowany jest jako integralna cześć maszyny, podlegająca eksploatacji, monitoringowi i wreszcie wymianie.

Rozwój dodatków

Dodatki uszlachetniające do olejów i środków smarnych znane były już prawie 100 lat temu, od tego czasu jednak mocno ewoluowały. Niektórych nie stosuje się już w ogóle, choćby ze względu na przepisy dotyczące ochrony środowiska, inne są tylko stopniowo modyfikowane. Najistotniejsza zmiana w stosunku do dawnych formulacji olejów to eliminacja związków metali ciężkich i wprowadzanie olejów opartych na dodatkach niemetalicznych. – Podobnie jak etylinę zastąpiła benzyna bezołowiowa, tak obecnie oleje hydrauliczne oparte na formulacji cynkowej zastępuje się olejami bez dodatku tego metalu – mówi Mariusz Paśnicki z ExxonMobil.

- Również wyeliminowano np. stosowanie metali ciężkich, w tym ołowiu, ze składu oleju przekładniowego. Zmiana składu chemicznego dodatków wynika jednak nie tylko ze zmieniających się norm i przepisów. Ryszard Janowicz z Modex-Oil podkreśla, że modyfikacja uszlachetniaczy jest także efektem nowych wymagań, jakie przed olejami przemysłowymi stawiają ich użytkownicy. Obecnie widać np. tendencję do wprowadzania wielofunkcyjnych środków smarnych, pozwalających na stosowanie oleju w różnych układach. Poszerzanie zakresu temperatur roboczych pozwala natomiast na stosowanie oleju niezależnie od pory roku i miejsca aplikacji. Istotną kwestią jest także redukcja kosztów środka smarnego poprzez wydłużanie okresu wymiany, stosowanie emulsji wodno-olejowych i zmniejszanie ilości środka smarnego w punkcie smarowania.

Coraz większy wpływ na branżę olejów przemysłowych mają dziś też względy ekologiczne i wprowadzanie dodatków przyjaznych dla środowiska. – Widać tu kilka różnych grup środków smarnych spełniających te wymagania – mówi Ryszard Janowicz z Modex-Oil. – Smary neutralne stworzone ze składników obojętnych dla środowiska, smary biodegradowalne, ulegające rozkładowi biologicznemu, oraz smary bezserwisowe, które wymienia się jedynie w przypadku awarii urządzenia, przez co wprowadza się do środowiska znacznie mniej substancji wymagających utylizacji.

– Aby zapewnić odpowiedni poziom jakościowy gotowego oleju, wymagane jest stosowanie pakietów dodatków. Wcześniej poszczególne substancje były dodawane osobno, co znacznie wydłużało proces produkcji i sprawiało problemy z kompatybilnością poszczególnych składników – dodaje Marek Fajferek z Orlen Oil. – Obecnie stosowany dodatek musi być kompatybilny z bazą olejową i zapewnić podwyższenie jej jakości na odpowiednim poziomie. W przyszłości być może syntetyczne bazy olejowe, takie jak poli-alkileno-glikole czy mPAO, ze względu na swoją wyższą jakość nie będą wymagały stosowania żadnych dodatków, jest to jednak dosyć odległa wizja.

Samodzielne uzupełnianie dodatków

– Absolutnie nie zalecamy dodawania czegokolwiek do oleju. Dodatki olejowe przygotowywane są w tzw. pakiecie. To oznacza, że kilka substancji chemicznych modyfikuje różne parametry oleju, np. poprawia jego własności przeciwzużyciowe, antykorozyjne, ogranicza pienienie – tłumaczy Mariusz Paśnicki z ExxonMobil. Dodatki olejowe w gotowym produkcie są w stanie równowagi. Nadmiar nawet jednego z nich może spowodować poprawę jednej cechy oleju przy pogorszeniu innej. Na przykład nadmierna ilość dodatku przeciwzatarciowego w oleju przekładniowym może powodować korozję przekładni i obniżyć możliwość separacji wody z oleju. Inną niedopuszczalną modyfikacją oleju przez użytkownika byłoby dodawanie substancji nierozpuszczalnych, które mogą blokować filtry systemowe w smarowanym urządzeniu.

– W fizyce i matematyce 2 plus 2 wynosi zawsze 4. W chemii natomiast nie jest to tak oczywiste. Z uwagi na to, że dodatki w działaniu opierają się na reakcji z innymi składnikami czy powierzchniami, nie powinniśmy być domowym producentem nowej jakości oleju. Nie zawsze samodzielne uzupełnianie dodatków przynosi poprawne skutki, a często jest wręcz odwrotnie. Dodatek, którym sami uzupełniliśmy olej, będzie reagował z obecnymi składnikami oleju, co może zmniejszyć jego efektywność i zamiast poprawy stanu możemy spodziewać się dodatkowych problemów – tłumaczy Marek Dębiński, kierownik działu serwisu olejowego Lotos Oil. – Przykłady możemy mnożyć, np. modne dodawanie do olejów przemysłowych polimerów teflonu może pogorszyć odprowadzanie ciepła przez olej z układu, ponieważ zbyt duże cząstki teflonu zostają rozwalcowane na powierzchni, tworząc warstwę izolującą ciepło, przez co chłodzenie przez cyrkulujący olej jest utrudnione.

Dodatki i samodzielne poszukiwanie rozwiązań czy dozowanie to praktyka wojenna. Osobnym powodem, dla którego nie należy dodawać czegokolwiek do oleju, są konkretne zalecenia producentów maszyn. Rekomenduje się sprawdzone środki smarne, spełniające określone normy międzynarodowe. Ingerowanie w skład oleju powoduje, że nowa mieszanina może nie spełniać tych wymagań, a zatem nie będzie nadawać się do zastosowania. W przypadku awarii urządzenia wynikającej z zastosowania nieodpowiednich dodatków producent oleju nie będzie ponosił odpowiedzialności. Wprawdzie w trakcie eksploatacji olej bazowy i niektóre dodatki powoli się zużywają, wchodząc w reakcję np. z zanieczyszczeniami lub tlenem bądź ulegając rozkładowi termicznemu, jednak bez dokładnej znajomości składu oleju oraz dostępu do laboratorium niemożliwe jest takie uzupełnienie dodatku uszlachetniającego, by odtworzyć stan pierwotny.

– Należy zdawać sobie sprawę z tego, że nawet gdy będziemy mieli techniczne możliwości uzupełnienia poziomu określonego dodatku, to nie będziemy mieli możliwości usunięcia z oleju nagromadzonych z czasem substancji niepożądanych – dodaje Ryszard Janowicz z Modex-Oil. – Z racjonalnego punktu widzenia właściwym postępowaniem jest okresowe badanie oleju i wymiana na świeży, gdy jego właściwości fizyko-chemiczne przestaną się mieścić w dopuszczalnych granicach.

Najczęstsze błędy

Ponieważ stosowanie właściwych środków smarnych jest podstawą długowieczności każdej maszyny, należy wystrzegać się błędów eksploatacyjnych. Największe problemy mogą być następstwem mieszania smarów lub olejów, które nie są ze sobą kompatybilne (mineralne z syntetycznymi, o różnej klasie API, z różnymi dodatkami uszlachetniającymi), bądź użycia niewłaściwego produktu w danej aplikacji (np. środka smarnego na bazie oleju mineralnego w urządzeniu narażonym na działanie wysokiej temperatury lub duże obciążenia, gdzie zalecany jest produkt syntetyczny).

– Inne uchybienia to np. zanieczyszczenie oleju podczas napełniania układu oraz niedokładne opróżnienie zbiornika ze starego oleju – dodaje Mariusz Paśnicki z ExxonMobil.

Ryszard Janowicz z Modex-Oil zaleca natomiast unikanie przegrzewania, minimalizowanie mieszania olejów z powietrzem, unikanie w instalacji elementów miedzianych oraz stosowanie filtracji wszędzie tam, gdzie jest to możliwe i uzasadnione.

– Błędy wynikają również ze złego magazynowania i przechowywania oleju. Zbyt duża pojemność opakowania sprzyja utlenianiu i degradacji Produkt nie wytrzyma czasu deklarowanego przez producenta, jeżeli trzymamy go w otwartych pojemnikach – wymienia natomiast Marek Dębiński z Lotos Oil. – Zwracam też uwagę na miejsce przechowywania. Zapewnijmy suche miejsce z ograniczonym dostępem powietrza. Nie twórzmy dużych magazynów, kupujmy tylko tyle, ile wynoszą nasze potrzeby w cyklu zakupu możliwym do dostawy. Utrzymanie maszyny w dobrej kondycji zależy w dużym stopniu od środowiska, w którym pracuje, monitoringu uszczelek, czystości otoczenia, co bezpośrednio przyczynia się do zachowania środka smarowego w dobrej kondycji. Do błędów eksploatacyjnych należy zaliczyć również brak regularnych badań olejowych. Badania mogą być prowadzone raz na tydzień lub nawet raz w roku, jednak zawsze powinny przebiegać zgodnie z wcześniej przygotowanym kalendarzem.

__

Przykładowe dodatki w olejach przemysłowych:

Dodatki przeciwutleniające – zmniejszają wpływ warunków eksploatacji na proces utleniania. Są to inhibitory utleniania nisko- i wysokotemperaturowe, hamujące proces utleniania oleju przez powietrze podczas przepływu oleju w układzie. Dodatki antyutleniające spowalniają reakcję z tlenem, głównie poprzez reakcję z półproduktami utlenienia, hamując lawinowość tego procesu. Jedne pierwszorzędnie działają w niższych temperaturach, inne natomiast w wyższych.

Dodatki przeciwkorozyjne – niwelują wpływ niektórych metali jako aktywatorów utleniania – pasywują je, przez co zabezpieczają olej i powierzchnie przed korozją. Inne] z kolei neutralizują produkty utleniania. Pod względem oddziaływania korozyjnego są z jednej strony dodatkami przeciwkorozyjnymi, a z drugiej również przeciwutleniającymi (wielofunkcyjność dodatków, np. ZnDTP – ditiofosforan cynku), zamykając łańcuch półproduktów utleniania przed postępem reakcji.

Dodatki smarne – podwyższają możliwość smarne przy wysokich skokach obciążeń mechanicznych (tzw. dodatki EP) na ekstremalne naciski i ciśnienia. Tego typu dodatki wytwarzają na smarowanej powierzchni mikrowarstwę, która zabezpiecza przed chwilowym przerwaniem warstwy oleju. Mogą to być dodatki w postaci rozpuszczonej, jak i w formie zawiesiny, np. modyfikatory tarcia (grafit, dwusiarczek molibdenu, Cu).

Dodatki depresujące – obniżają temperaturę płynięcia oleju, przez co ułatwiają aplikację. Nie dopuszczają do łączenia cząstek wytrąconej parafiny w oleju i ograniczenia płynności, a w efekcie do krzepnięcia oleju. Niektóre zmniejszają również zależność lepkości od temperatury.

Dodatki zmniejszające zależność lepkości od temperatury – wiskozatory, zbudowane z cząstek polimerów, które pod wpływem temperatury rozwijają swoja strukturę, powodując zwiększenie lepkości oleju pod wpływem działania temperatury. Często również działają depresująco. Takie dodatki powodują zmniejszenie zużycia energii przy włączaniu układów – lepkość oleju jest mniejsza niż klasycznej cieczy, a przy pełnym obciążeniu dodatki zwiększają lepkość i olej wytwarza lepszą, stabilną warstwę.

Dodatki przeciwpienne – zmniejszają napięcie powierzchniowe na granicy olej–powietrze, powodując zmniejszenie ilości wytwarzanej piany z oleju i obniżając jej trwałość. Powodują również szybsze uwalnianie powietrza z objętości oleju, przez co skracają czas wydzielania i przebywania powietrza w oleju, zmniejszając zagrożenie procesem utleniania.

Dodatki deemulgujące – zapewniają ograniczoną mieszalność oleju z wodą – dla olejów, gdzie zagrożenie zanieczyszczenia wodą w trakcie eksploatacji jest sporadyczne, olej wytwarza trwałą emulsję z wodą – do stężenia 2%. Przy wyższym stężeniu olej wydziela wodę.

Dodatki dyspergujące – zapewniają mieszalność oleju z wodą, poprawiają zmywanie zabrudzeń przez olej i umożliwią ich transport do filtra oleju w układzie – dla olejów, gdzie w eksploatacji zagrożenie zanieczyszczenia wodą jest częste lub powstaje dużo osadów i zanieczyszczeń zewnętrznych, olej wytwarza trwałą emulsję z wodą do stężenia 5%.