Trendy ve vývoji maziv

-- 07.12.2017

Úvod

V požadavcích na maziva se již tradičně zdůrazňují takové vlastnosti, které umožňují vyšší odolnost maziv proti tepelně-oxidačnímu stárnutí, resistenci vůči chemickým vlivům a nežádoucím strukturním změnám. To vede k jejich delší životnosti a tedy k delším výměnným intervalům a menší spotřebě maziv, nižším pořizovacím nákladům i nákladům spojeným s údržbou a výměnou maziv. Kromě požadavků na vyšší odolnost vůči degradujícím vlivům se samozřejmě stupňují i požadavky na stále se zvyšující výkonnost mazacích prostředků (např. menší třecí koeficienty) a na minimalizaci jejich negativních vlivů na životní prostředí. Zmíněné nároky na podobu maziv se budou uplatňovat i v budoucích letech.

Materiály pro základové oleje

Podle klasifikace API jsou základové oleje rozděleny do pěti kategorií:

  • kategorie I–III – ropné oleje,
  • kategorie IV – syntetické oleje uhlovodíkové (PAO, mPAO, PIO),
  • kategorie V – ostatní syntetické oleje včetně olejů nepatřících do předcházejících kategorií.

Ropné oleje kategorie I jsou klasické oleje vyráběné z ropných vakuových destilátů extrakční rafinací selektivními rozpouštědly. Tyto technologie dnes pomalu ustupují výrobním postupům, kterými se vyrábějí základové oleje kategorií II a III, založeným na hydrogenačních technologiích. Tyto technologie poskytují základové oleje ve vyšších výtěžcích, s nízkými obsahy nežádoucích aromatických uhlovodíků a síry, avšak s vysokými viskozitními indexy a s lepší tepelnou a oxidační stabilitou. Finální produkty vyrobené ze základových olejů kategorií II a III bývají výrobci často nesprávně označovány za syntetické  oleje, zejména v oblasti automobilových olejů. Je ale pravda, že se tyto produkty se syntetickým uhlovodíkovým olejům svými vlastnostmi přibližují, a proto i v následujících letech můžeme očekávat nárůst podílu základových olejů kategorií II a III na olejářském trhu.

Základové oleje podobné ropným je v podstatě možné vyrobit i ze zemního plynu Fischer-Tropschovou syntézou (GTL).

Do kategorie IV podle klasifikace API jsou zařazeny syntetické uhlovodíkové oleje polyalkenového typu (SHC oleje), polyalfaolefiny (PAO), popř. polyalfaolefiny vyrobené polymerací katalyzovanou metaloceny (mPAO) a také alkylaromáty. Zejména oleje PAO jsou základem řady špičkových motorových, převodových i některých průmyslových olejů, které se vyznačují odolností vůči vlivům extrémních podmínek a předpokladají dlouhou životnost. Technologie výroby mPAO zase umožňuje získat vysokoviskózní produkty s dobrými nízkoteplotními vlastnostmi a dobrou střihovou stabilitou, použitelné jako složky olejů PAO s velmi širokými rozsahy viskozit.

Z hlediska budoucích aplikací jsou perspektivní zejména některé syntetické oleje kategorie V. Jde hlavně o polyolestery (POE) a polyalkylenglykoly (PAG), používané zatím v leteckém průmyslu a jako olejové náplně převodovek, kompresorů, chladírenských a klimatizačních zařízení, některých hydraulických systémů aj. Řada vynikajících vlastností těchto olejů, jako např. mazací schopnosti, tepelná a oxidační stabilita, absence karbonových úsad při degradaci (dochází totiž hlavně k depolymeraci doprovázené snižováním viskozity jakožto hlavním důsledkem degradace) je sice do určité míry znehodnocována některými negativními vlastnostmi – jako je velmi špatná mísitelnost s většinou ostatních olejů, agresivita vůči barvám a lakům či nesnášenlivost s mnoha materiály těsnění. Vývojáři ale pracují na odstranění uvedených problémů. V souvislosti s oleji typu PAG se již po několik let uvažuje o zcela nových typech motorových základových olejů, jejichž prakticky jedinou nevýhodu, nemísitelnost se všemi doposud používanými motorovými oleji, se pokouší odstranit mísitelná varianta těchto olejů, nazývaná OSP PAG (polyalkylenglykoly rozpustné v olejích).

Intenzivní úsilí je věnováno také dalším základovým olejům kategorie V, které se uplatní jako maziva příznivá pro životní prostředí, maziva v potravinářství apod. 

Moderní typy olejových aditiv

Zpřísňování emisních norem pro automobily a mobilní techniku se spalovacími motory zasáhlo také oblast aditiv pro motorové oleje. Katalytické systémy ve výfukových systémech automobilů nebo filtry pevných částic podstatným způsobem omezují svoji funkčnost, pokud se na jejich povrchy dostanou nespalitelné zbytky z motorových olejů, kterými jsou zpravidla kovy, síra a fosfor (ve formě popela). Popel přitom vzniká spalováním malých množství motorových olejů, které se vždy dostanou do spalovacího prostoru. Zatímco základový podíl motorového oleje se zpravidla beze zbytku spálí, v něm přítomná aditiva, která obsahují výše zmíněné prvky, se nespálí beze zbytku, avšak zanechají popel, ve kterém jsou kovy, síra a fosfor zkoncentrovány. Filtry pevných částic takový popel nevratně zachytávají, čímž se ucpávají, zvyšuje se četnost jejich regenerací, snižuje se výkon motoru, až je nakonec nutné filtr vyměnit, popř. repasovat. Popel zachycený na povrchu katalyzátoru zase snižuje katalytickou aktivitu a znemožňuje dokonalou konverzi plynných škodlivin ve výfukových spalinách na neškodné zplodiny.

Výrobci motorových olejů začali řešit výše zmíněné problémy zaváděním tzv. „low SAPS“ motorových olejů, tj. olejů v podstatě méně aditivovaných, ve skutečnosti však také méně výkonných. Souběžně s tím se paradoxně začaly zavádět extrémně dlouhé výměnné intervaly. Výsledkem těchto trendů je vyšší četnost případů, kdy olej se blíží ke svým životnostním limitům a při zanedbané či odkládané výměně a menším objemu v motoru daném určitou spotřebou a absencí doplňování rychle kolabuje.

Odstranění těchto potíží se snaží vývojáři aditiv dosáhnout vývojem nových a účinných typů aditiv s nižším obsahem závadných prvků (např. klasické dithiofosfáty s delšími alkyly a nekovovými kationty, náhrada dithiofosfátů dithiokarbamáty, bezpopelné detergenty aj.). K novým směrům ve vývoji aditiv patří také aditiva ve formě nanočástic, což je jedna z velmi slibných, ba dokonce převratných, vývojových cest.

Budoucnost automobilových olejů

Z hlediska objemu výroby se v kategorii automobilových olejů nepředpokládá významný nárůst, spíše stagnace, možná i mírný pokles v důsledku delších výměnných intervalů motorových olejů. Současné maximální výměnné intervaly motorových olejů (až 30 000 km u osobních vozidel, 100 000 km u TUV) aditivované současnými aditivačními pakety se jeví být „bezpečným maximem“. Snaha o minimalizaci emisí ze spalovacích motorů automobilů je realizovatelná hlavně snižováním měrné spotřeby pohonných hmot. K tomu přispívají mj. také mazací oleje – nejenom motorové oleje, ale také oleje převodové tím, že se snižuje jejich viskozita při zachování dostatečných mazacích schopností v celém spektru pracovních podmínek motorů. Stále častěji se proto můžeme setkat s motorovými oleji viskozitních tříd SAE 5W-20, SAE 0W-20, SAE 0W-16, a to i u hybridních pohonů, kde se od spalovací jednotky očekávají maximální možné úspory ve spotřebě paliva. Extrémně nízkoviskózní oleje budou zřejmě hlavními budoucími náplněmi spalovacích motorů a podobné výhledy se dají očekávat i v budoucím vývoji automobilových převodových olejů, u kterých je vliv viskozity na pasivní odpory v převodech, a tedy vliv na spotřebu paliva nepopiratelný. Je jasné, že nízkoviskózní oleje s velmi vysokými viskozitními indexy lze vyrobit pouze z vysoce kvalitních základů získaných hydrogenačními technologiemi, popř. ze syntetických základů. Intenzivně se také pracuje na vývoji polymerních aditiv typu modifikátorů viskozity, zvyšovačů viskozitního indexu a depresantů. Ty jsou zatím nejslabším článkem olejů z hlediska dlouhodobé stálosti viskozity a VI, neboť v důsledku dlouhodobého tepelného a mechanického namáhání olejů depolymerují (podobně jako např. některé základové oleje PAG), a snižují tak viskozitu i VI oleje během provozu.

Průmyslová maziva

I když v oblasti průmyslových maziv doposud dominují oleje na bázi rafinátů získaných extrakcí selektivními rozpouštědly, rostoucí požadavky na životnost, nižší spotřebu (nízkou odparnost), multifunkčnost, netoxičnost, bezpečný a ekonomický provoz vedou k častějšímu nasazování syntetických maziv, což je nejzřetelnější u průmyslových převodových maziv, obráběcích kapalin nebo v potravinářských provozech.

Dynamickým vývojem procházejí obráběcí kapaliny. Jedná se o velmi různorodé materiály pro třískové obrábění (obráběcí oleje, vodorozpustné obráběcí emulze a roztoky, multifunkční maziva používaná v obráběcích strojích současně ve formě olejů i emulzí a používaná jako hydraulické kapaliny, oleje pro kluzná vedení, oleje pro mazání převodů nebo jako obráběcí kapaliny) a silně aditivované oleje pro beztřískové obrábění (tváření) kovů.

Protože personál obsluhující obráběcí a tvářecí stroje často přichází s mazivy do přímého kontaktu, jsou požadavky na vývoj maziv často iniciovány zpřísňujícími se bezpečnostními a hygienickými předpisy. V řadě případů se uplatňují i netradiční techniky mazání – např. mazání minimálním množstvím maziva.

Závěr

V příštím desetiletí se v průmyslově vyspělých zemích nepředpokládá výrazný nárůst objemu vyráběných a používaných mazacích prostředků. Výjimkou ale mohou být extenzivně se rozvíjející ekonomiky a průmysl některých, zejména asijských, zemí.

Obecně lze ve vývoji a používání maziv sledovat tendenci ke snižování jejich spotřeby a snahy o delší životnost maziv, která je daná jejich větší odolností vůči degradujícím vlivům, což v podstatě vede k intenzivnějšímu využívání syntetických maziv a maziv vyráběných moderními (např. hydrogenačními) technologiemi. Současně se uplatňují materiály snižující nepříznivé vlivy maziv na životní prostředí včetně živých organismů a zvyšující bezpečnostní aspekty při jejich používání. Hlavními cíli při vývoji moderních aditiv je zvyšování jejich účinnosti při minimalizaci negativních vlivů na živé organismy a životní prostředí. 

Literatura:

Stopka J.: Nové trendy v sortimente mazív, Strojárstvo/Strojírenství 5/2017.

Recenzent: Vladislav Marek, TRIFOSERVIS, certifikovaná osoba na funkci Technik diagnostik tribodiagnostik – kategorie III, soudní znalec v oboru tribotechnika a filtrace

Autor: Petr Kozák