افزودنی های روغن موتور و تشریح مسائل پیرامون

با افزایش روزافزون نیاز به روغن به منظور روغنکاری و نیز جهت انتقال نیرو تحقیقات زیادی برای گسترش و بهبود عمل روغنها با استفاده از افزودنی های روغن موتور انجام می‌گیرد. نه فقط روغنهائی که دارای پایه نفتی هستند بلکه به همان اندازه روغنهای مصنوعی مانند استرهای آلی و مایعات سیلیکونی و اترهای پلی فنیل نیز احتیاج به مواد افزودنی جهت بهبود عمل روغنکاری خود دارند از جمله:

بازدارنده های اکسیداسیون که عمدتاً از ترکیبات آلی شامل گوگرد، نیتروژن، فسفر و بعضی الکیل فنلها تشکیل شده اند. در عمل این ترکیبات با هیدروپراکسیدهای تشکیل شده اولیه در اثر اکسید شدن روغن واکنش می‌دهند که منجر به ایجاد یک واکنش زنجیری و تشکیل اسید آلی در موتور می‌شود بدین ترتیب می توان خورندگی بابیت Babbit و لوازم ساخته شده از روی و یاتاقانهای مسی را به حداقل میزان تقلیل داد.

ترکیباتی نظیر دی – ترت بوتیل کرزول Di-Tert-butyl Cresol

و فنیل – ۱ – نفتیل آمین Phenyl-l-naphthylamine

همراه با روغن پایه های خوب پالایش شده پارافینیکی برای روغنکاری توربینهای بخار و ماشین آلات هیدرولیکی بکار می روند.

برای شرایط کار دشوار موتورهای احتراق داخلی می توان ترکیباتی از روی، باریم و کلسیم تیوفسفات را مورد استفاده قرار داد.

عوامل ضد سائیدگی با تشکیل یک فیلم سطحی به وسیله مکانیزم جذب فیزیکی و شیمیائی اصطکاک و سائیدگی را در حد روغنکاری به مینیمم
می‌رسانند.

انواع عوامل ضد سائیدگی دارای ترکیباتی از اکسیژن، گوگرد، موم کلره شده، فسفر و ترکیبات آلی سرب هستند. تری کرزیل فسفات TCP و زنیک دی اکلیل دی تیوفسفات ZDDP بطور وسیع به حداقل رساندن سائیدگی در پمپهای هیدرولیک، دنده ها و انتقال دهنده ها استفاده می شوند.

در مواردی که فشار زیاد باشد و جائیکه فلز با فلز تماس دارد ترکیبات سولفور فعال کلرین و سرب باید استفاده شود. این ترکیبات با واکنش شیمیائی، تشکیل یک فیلم سطحی نسبتاً پایدار مانند سولفید سرب، کلرید آهن یا سولفید آهن را می دهند.

مواد پاک کننده در روغن از رسوب گذاری در روی قسمتهای موتورهای احتراقی جلوگیری می کنند و آنها را به صورت لجنهای معلق در روغن به شکل Varnish، Carbon و رسوبات سربی درمی‌آورند.

از ترکیبات باریم و کلسیم سولفوناتها و فناتها به عنوان مواد پاک کننده در روغن موتورهای دیزلی و بنزینی استفاده می کنند.

بسیاری از پاک کننده های بدون خاکستر دارای پایه الکیل متااکریلات می باشد که اکثراً شامل گروههای نیتروژن قطبی در زنجیرهای جانبی خود و یا مشتقات پلی آمینی اسید پلی بوتنیل سوکسینیک هستند. این نوع ترکیبات علاوه بر خاصیت پاک کنندگی از زنگ زدگی نیز جلوگیری نموده و اندیس ویسکوزیته روغن و نقطه ریزش آن را بهبود می دهند.

از انوع رایج بهبود دهنده اندیس ویسکوزیته می توان پلی متا آکریلاتها، پلی ایزوبوتیلنها و پلی الکیل اسیترن ها را نام برد. کار این ترکیبات در اصل بالا بردن ویسکوزیته روغنهای سبک می‌باشند. این مواد در تهیه روغن موتورهای مولتی گرید استفاده می شوند. کوششهای تحقیقاتی بسیار برای بهبود پایداری در مقابل شکستن مکانیکی این مواد انجام گرفته که روغن برای مدت طولانی به حال ویسکوز باقی بماند.

خصوصیات روغن های نفتی تابع نوع نفت خام و عملیات پالایش است. پس از انجام عملیات تقطیر، تصفیه با حلال و موم گیری هنوز روغن پایه مخلوطی از میلیونها ترکیب شیمیائی با مشخصات متفاوت است که در مجموع دارای خصوصیات مناسب برای استفاده در اغلب کاربردهای صنعتی و موتوری نمی‌باشد. تصفیه شدیدتر به منظور جداسازی مناسب ترین ترکیبات برای روغن کاری در روغن پایه با توجه به اینکه فقط یک ترکیب پارافینی با تعداد ۲۰ کربن می تواند در حدود ۲۰ میلیون ایزومر داشته باشد از لحاظ اقتصادی به علت پائین بودن مقدار محصول و از لحاظ عملی بعلت فقدان تکنولوژی امکان پذیر نیست و بنابر این در مجموع روغنهای نفتی ترکیبات خالصی نیستند و مشخصات آنها متوسطی از مشخصات اجزاء تشکیل دهنده روغن پایه که شامل ترکیبات خوب، متوسط و بد برای روغن کاری است می‌باشد.

روغنهای سنتتیک یا مصنوعی با اینکه اغلب دارای پایه نفتی هستند ولی این روغنها از راه متصل کردن یک یا چند ترکیب آلی با وزن مولکولی کم ساخته و یا سنتز می شوند و محصول نهائی شامل یک و یا تعداد محدودی ترکیب شیمیائی با مشخصات فیزیکی و شیمیائی معین و خصوصیات مناسب و مطلوب برای روغن کاری می باشد. بنابراین برای روغن کاری در شرایط سخت و غیرمتعارف که در آن روغنهای نفتی قادر به عملکرد مطلوب نیستند از روغنهای سنتتیک استفاده می شود. اثر کم درجه حرارت در روانی روغن، قابلیت امتزاج با آب، ثبات حرارتی بالا، عدم آتشگیری و عدم ایجاد صمغ در اثر اکسیداسیون ازجمله بعضی از خصوصیات روغنهای سنتتیک است که محدوده کاربرد آنها را در مقایسه با روغنهای نفتی وسیع تر می نماید.

درحالیکه مصرف روغنهای سنتتیک در صنایع هواپیمائی و بعضی کاربردهای صنعتی سابقه طولانی دارد در چند سال اخیر به علت ایجاد زمینه کاربرد این روغنها در موتورها بنزینی این صنعت متحول گردیده است. درحالیکه مصرف روغنهای سنتتیک در صنایع هواپیمائی و در کاربردهای صنعتی رشدی محدود داشته است سرعت رشد مصرف روغنهای سنتتیک در رابطه با روغنکاری موتورهای بنزینی در بعضی از کشورها تا بیشتر از ۱۵ درصد در سال گزارش شده است.

 منابع قلیائیت و اثرات آن در روغنها:

قلیائیت منتج از اجزاء موجود در  مواد پاک کننده موجود در روغنهای موتور مستقیماً روی پاکیزگی و دوام آن اثر می گذارد.

بالا رفتن قلیائیت پاک کننده ها باعث رسوب و سائیدگی در طول عمر موتور می شود و مصرف روغن را کنترل می نماید.

انتخاب دقیق ماده پاک کننده برای کنترل پاکیزگی یاتاقان در موتورهای دیزلی ضروری است. برای تفهیم منبع قلیائیت در روغن موتورهای دیزلی کلیه مواد موجود در روغن باید مورد توجه قرار گیرد.

روغنهای موتور عمدتاً با شش نوع ادتیو زیر همراهند:

بازدارنده اکسیداسیون و خورندگی یاتاقان، ضد سائیدگی، مواد ضد کف، مواد افزودنی ضد زنگ زدن، معلق سازنده‌های بدون خاکستر و پاک کننده های فلزی.

قلیائیت به زبان ساده همان خاصیت بازی است که به وسیله دو نوع ادتیو فراهم می آید:

الف) پاک کننده های فلزی METALLIC DETERGENTS

ب) بعضی معلق کننده های بدون خاکستر ASHLESS DISPERSANTS

عدد TBN مشخص کننده میزان قلیائیت روغن می باشد.

قلیائیت یک روغن یا ماده افزودنی بنا به تعریف مقدار خاصیت بازی است که معادل آن از هیدروکسید پتاسیم لازم است.

بنا بر این واحد TBN عبارتست از میلی گرم پتاس در گرم mgKoH/g

از این مورد در آزمایشات با عنوان عدد خنثی شدن نام می‌برند که عدد خنثی شدن یک روغن، عبارت است از مقادیر (برحسب mg)، باز (KOH) یا اسیدی (HCLO۴,HCL) که برای خنثی کردن مواد اسیدی یا بازی موجود در یک گرم روغن لازم است و واحد آن (چه برای قلیائیت روغن و چه برای اسیدیته آن) mgKOH/g است.

یک روغن پایه خوب پالایش شده، معمولاً عدد خنثی شدن بیش از ۰.۱mg KOH/g ندارد (مگر اینکه روغن پایه حاصله از تصفیه مجدد روغنهای کارکرده باشد و اسید سولفوریکی که برای تصفیه آن به کار رفته است، کاملاً خنثی نشده باشد).

ولی روغنهای موتور و انواع روغنهای ماشین آلات صنعتی، بعلت دارا بودن مواد افزودنی، ممکن است خاصیت اسیدی یا بازی یا هر دو (در آن واحد) داشته باشند. از این گذشته روغنها پس از مدتی کار کردن، به علت تجزیه و نیز اکسید شدن، عموماً تولید اسید نموده و به سمت اسیدی شدن تغییر می یابند.

عدد خنثی شدن در روغنها به صورت های اسیدیته قوی
(Strongh Acid No.=SAN) اسیدیته کلی (Total Acid No.=TAN) قلیائیت قوی (Strong Base No.=SBN) و قلیائیت کل (Total Base No=TBN)، بیان می شود. اسیدیته و قلیائیت قوی در روغنها، معمولاً مربوط به ترکیباتی هستند که به طور سنتی (نظریه آرینوس)، اسید و باز تلقی می شوند. مثلاً اسیدهای حاصله از احتراق گوگرد موجود در  سوختهای دیزل و بازهای موجود در روغنهائی با خاصیت فوق قلیائی (Overbased)، از این نوع هستند، ولی اسیدیته و قلیائیت ضعیف، مربوط به ترکیباتی هستند که طبق تئوریهای مدرن‌تر شیمی (نظریه لویس)، اسید و باز محسوب می شوند. مثل انواع مواد افزودنی.

این اسیدها و بازهای ضعیف در یک روغن نمی توانند یکدیگر را خنثی کنند ولی با بازهای قوی (KOH) و اسیدهای خیلی قوی (HclO۴)، وارد واکنش می شوند و قابل اندازه‌گیری هستند.

به همین دلیل، نباید به صرف اسیدی بودن یک روغن، آن را نامرغوب دانست، بلکه بایستی ماهیت اسیدیته مزبور را روشن نمود. مثلاً بد نیست که توجه شود که روغن موتورهای بسیار مرغوب، اسیدیته حدود ۲ تا ۳
mg KOH/g و قلیائیتی حدود ۵ (برای روغنهای بنزینی) و تا بیش از ۳۵ (برای روغنهای دیزلی) دارند.

(TAN=2-3,   TBN=5-35 mg KOH/g)

 الف) افزودنی های روغن – پاک کننده های فلزی

مواد آلی هستند که قسمت پلار آنها می تواند به وسیله یک فلز جایگزین شده باشد و دو قسمت یکی زنجیر هیدروکربنی و دیگری سرقطبی به دست آمده اند. قسمت زنجیر هیدروکربنی ماده پاک کننده را در روغن قابل حل می نماید بنابراین محلولی روشن و واضح به دست می‌آید.

سرقطبی نقطه اتصال فلز به آن است. کلسیم. منیزیم و سدیم فلزاتی هستند که عموماً برای تهیه مواد پاک کننده استفاده می شوند. سولفوناتها، فناتها و سالیسیلاتها رایج ترین مواد پاک کننده قابل استفاده هستند.

سولفوناتهای خنثی محصول خنثی سازی اسید سولفونیک با یک پایه فلزی می باشد.

سولفوناتهای خنثی، منبع قلیائیت برای روغن موتورها می باشد.

سولفوناتهاتی قابل حمل در روغن شامل فلز به مقدار بیش از اندازه استوکیومتری است که با سولفونات نرمال در ترکیب است. در این میان سولفوناتهای بازی قدرت بیشتری در خنثی سازی اسیدهای بوجود آمده و معلق سازی مواد دارند.

تهیه یک سولفانات بازی قوی OVERBASED SULFUNATE به صورت زیر است:

سولفونات خنثی با مقدار لازم از هیدروکسید فلز در حضور PROMOTER و دی اکسید کربن مخلوط شده تا سولفونات قلیایی قوی چه به صورت هیدروکسید فلز یا کربنات فلز حاصل شود.

مقدار قلیائیت این گونه سولفوناتهای بازی از ۰ تا ۴۴۰ می باشد و مقدار خاکستر سولفات آن نیز بین ۵ تا ۵۰ درصد می باشد.

قلیائیت مواد پاک کننده بر اساس نوع هیدروکسید فلز یا کربنات فلز شرکت کرده در پاک کننده متفاوت است. هیدروکسید کلسیم و کربنات کلسیم به طور مثال، یکی از عناصر بازی حاضر در پاک کننده سولفونات کلسیم هستند.

زمانی که سوخت دیزل می سوزد، ترکیبات گوگرد حاضر در سوخت نیز می سوزد و  اکسید سولفورو تولید می کند. این اکسیدهای گوگردی با آب همراه شده و محصول فرعی احتراق یعنی اسید سولفوریک تولید می شود. مقدار اسید سولفوریک تشکیل شده مستقیماً متناسب با مقدار گوگرد موجود در سوخت است.

سولفات کلسیم تشکیل شده در طی واکنش یک ماده خنثی می باشد. هیدروکسید کلسیم کاملاً اسید سولفوریک را از ترکیب با فلز دیواره موتور دور می سازد به همین گونه نیز کربنات کلسیم عمل می نماید.

سولفات کلسیم دوباره به عنوان محصول خنثی سازی تشکیل می گردد و در این میان دی اکسید کربن و آب نیز تشکیل می شوند.

ب) افزودنی های روغن – معلق سازنده های بدون خاکستر

 ASHLESS DISPERANTS

دو نوع مواد معلق ساز بدون خاکستر یعنی سوکسینیمدها و نوع مانیخ MANNICH می توانند در میزان قلیائیت روغنهای موتور دخالت داشته باشند.

پلی ایزوبوتیلن با انیدرید مالئیک برای تشکیل پلی ایزوبوتینل سوکسینیک انیدرید PIBSA وارد واکنش می شود و سپس این ترکیبات با یک پلی الکینل آمین ترکیب شده تشکیل سوکسینیمید معلق سازنده را می کند.

نسبت مقدار نیتروژن به مقدار اسیدیته مشتق شده از PIBSA می تواند وجود یا عدم وجود قلیائیت سوکسینیمید را تعیین کند.

در نوع مانیخ الکیل فنل، فرمالدئید و یک آمین که اکثراً دارای قلیائیت هستند واکنش می دهند.

مواد معلق کننده سوکسینیمید شامل مواد نیتروژنه ای است که می تواند به دو صورت مختلف وجود داشته باشد یکی ساختمان ایمید و دیگر ساختمان آمینو. نوع ساختمان آمینو، آن است که شامل قلیائیت در روغن می شود.

آلکانیتی آمینو ناشی از زوج الکترونهای آزاد در اوربیتال خارجی اتم نیتروژن می باشد که می توانند با پروتونهائی که از مواد اسیدی نظیر اسید سولفوریک آزاد می شوند ترکیب شوند.

پلی اترادتیو و پلی اتریورن ادتیوها که دارای خاصیت ضد اکسیداسیون و اثر ضد خوردگی خوب هستند می توانند به عنوان معلق سازنده ها نیز استفاده شوند.

درباره ی محمد معتمدی

یک پاسخ ارسال نمایید