Základové oleje

Základový olej + Aditiva = Mazací a hydraulický olej

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.

2) Hydrokrakované oleje

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.

 

4) Syntetické oleje

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
  polyalfaolefiny
  cykloalkany
  alkylaromáty
  polybuteny

• Organické estery
  diestery
  polyolestery

• Polyglykoly
  polyetylénglykoly
  polypropylénglykoly

• Estery kyseliny fosforečné
  triarylfosfáty
  trialkylfosfáty
  alkylarylfosfáty

• Ostatní
  silikáty
  silikony
  fluorované uhlovodíky

Syntetické uhlovodíky

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:

1. vynikající viskozitně-teplotní vlastnosti umožňující pracovat v širším rozsahu teplot

2. vysoká tepelná i oxidační stabilita za vysokých teplot snižující tvorbu úsad

3. schopnost pracovat i za extrémně nízkých teplot až do -50OC

4. plná kompatibilita s ropnými oleji, nátěry a těsnícími materiály běžně používanými v systémech s ropnými oleji

5. prodloužená životnost oleje 2 až 5 krát v závislosti na pracovních podmínkách

6. nízká odparnost snižující spotřebu a prodlužující životnost oleje za vysokých teplot

7. významná úspora energie v rozmezí 2-10 % podle typu aplikace

8. zvýšená ochrana proti únavovému opotřebení materiálu

9. 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.

Ostatní syntetické oleje

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.