Topic Ufficiale - Lubrificanti

Si è detto prima che gli oli sono formati da oli base e dagli additivi.
Vediamo da vicino i principali componenti.

Oli Base

DEFINIZIONE DI OLIO BASE
Un olio base consiste in una frazione di petrolio raffinato o in un materiale sintetico prodotto da un unico produttore seguendo una determinata serie di specifiche. L'olio base viene identificato tramite una formula univoca, un numero di identificazione del prodotto o entrambi gli elementi. Gli oli base minerali possono essere prodotti a partire da olio greggio (olio base vergine) o da olio usato (olio base ri-raffinato).

Gli oli base rappresentano il componente ancora preponderante nella stragrande maggioranza dei lubrificanti.
E’ quindi evidente che dalla loro qualità dipende in maniera decisiva quella dell’olio finito.

Gli oli base lubrificanti vengono classificati in base alle caratteristiche fisiche e/o al processo di produzione. L'API (American Petroleum Institute) classifica gli oli base in cinque gruppi.



Gruppo I - Normalmente raffinati con solventi, questi oli presentano un buon grado di solvenza, ma sono maggiormente vulnerabili all'ossidazione e alla degradazione termica rispetto agli oli elaborati in maniera più severa. Gli oli di questo gruppo vengono utilizzati in quasi tutte le applicazioni del settore automobilistico e industriale e per la formulazione di grassi lubrificanti.
Gruppo II - Oli sottoposti a mild hydrocracking e deceratura catalitica. Presentano livelli elevati di saturazione e buone prestazioni in termini di stabilità termica e di ossidazione. Questi oli vengono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni dei settori automobilistico e industriale.
Gruppo III - Normalmente sottoposti a severe hydrocracking, deceratura catalitica avanzata e/o idroisomerizzazione, questi oli presentano elevati indici di viscosità e ottime prestazioni in termini di stabilità termica e di ossidazione.
Gruppo IV - Oli base sintetici prodotti chimicamente, presentano generalmente punti di scorrimento bassi, elevati indici di viscosità, eccellente stabilità termica e ottima stabilità di ossidazione. Questi oli vengono utilizzati principalmente nel settore automobilistico, come oli per motori di elevata qualità e oli per le trasmissioni.
Gruppo V - Questo gruppo include gli oli base non presenti negli altri gruppi come i naftenici, gli esteri e i poliglicoli.

Base minerali

Paraffinici
Naftenici

Poiché gli oli base minerali vengono raffinati a partire dall'olio greggio attraverso diversi processi, l'olio greggio selezionato può influire sulla selezione. Gli oli greggi più adatti per produrre oli base sono i greggi paraffinici, caratterizzati da un elevato indice di viscosità (VI), ma anche dall'elevato contenuto di cera. Per determinate applicazioni, i greggi naftenici sono più indicati in quanto presentano VI medi di alta qualità e basi con un VI basso, un contenuto ridotto di cera e punti di scorrimento naturalmente bassi. I raffinatori possono miscelare tre o quattro basi per ottenere la propria gamma di oli raffinati.

Gli oli minerali estratti con solvente presentano in genere un VI compreso tra 90 e 100. Gli oli base minerali possono essere anche sottoposti a idroraffinazione, con la possibilità di aumentare il VI oltre 100. L'idroraffinazione consente inoltre di produrre una maggiore quantità di oli leggeri per la produzione di lubrificanti con gradazioni di viscosità come SAE 5W-30.

Basi Sintetiche

I processi sintetici possono generare oli basi con proprietà altamente specifiche.

La maggior parte degli oli sintetici presenta VI e punti di infiammabilità più elevati e punti di scorrimento più bassi rispetto agli oli base minerali. In virtù di tali caratteristiche, tali oli rappresentano fluidi di miscelazione particolarmente utili durante la composizione di oli per impieghi estremi con qualsiasi valore dello spettro di temperature.

Le basi sintetiche più largamente utilizzate nel settore dei lubrificanti, sono:

Poli alfa olefine
Esteri
Poliglicoli
Alchilati pesanti
Polibuteni

Le basi sintetiche, rispetto agli oli base minerali hanno una volatilità inferiore a pari viscosità (minor consumo in esercizio)indice di viscosità superiore (intervallo di temperature d’impiego più ampio)miglior stabilità alla temperatura (vita utile più lunga).

Il loro impiego è legato:
a vincoli sulle prestazioni richieste dai costruttori (viscosità più basse, bassa volatilità, durata maggiore)
a vincoli ambientali (non tossicità, biodegradabilità)
ad esigenze di marketing (olio sintetico = olio ad elevata tecnologia = prezzo più alto).

L’utilizzo è in crescita, soprattutto nel settore degli oli motore.
I prezzi di mercato sono da due a dieci volte superiori agli oli minerali.
Per quanto riguarda le basi sintetiche le Polialfaolefine (PAO) sono di gran lunga le più note e diffuse.
Lo sviluppo e l’utilizzo di queste basi sintetiche è in forte aumento in tutto il mondo.

Additivi

Il loro scopo è quello di migliorare le caratteristiche intrinseche delle basi. I principali sono di seguito elencati:

modificatori di viscosità
miglioratori del punto di scorrimento
antischiuma
antiusura /estreme pressioni
detergenti
disperdenti
anticorrosivi
antiossidanti
untuosanti o modificatori d’attrito.

Modificatori di Viscosità (MV)

In passato indicati anche come Miglioratori dell’Indice di Viscosità (V.I.I.), influenzano l’andamento Viscosità-Temperatura, rallentando la sua diminuzione al crescere della temperatura.
Si tratta di polimeri a peso molecolare variabile.

Meccanismo d’azione

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Le caratteristiche importanti di questo additivo sono:

Potere ispessente
Misura l’efficacia dell’additivo ai fini della modifica della viscosità.

Stabilità al taglio meccanico
La rottura delle catene polimeriche dovuta agli sforzi meccanici cui l’olio è sottoposto in esercizio, porta inevitabilmente ad una perdita d’efficacia è fondamentale che il MV mantenga il suo potere ispessente il più a lungo possibile, almeno entro l’intervallo di cambio olio.

La stabilità al taglio (molto importante in special modo per il cambio delle moto)si misura facendo passare l’olio contenente il MV in un iniettore diesel opportunamente tarato e misurando la viscosità finale a 100°C.
E’ evidente che potere ispessente e stabilità al taglio sono caratteristiche in contrasto tra loro. Va rilevato che molte specifiche relative agli oli motore impongono limiti di stabilità al taglio. La stabilità al taglio determina le cosiddette perdite di viscosità permanenti.
Accanto a queste esistono le perdite di viscosità temporanee che derivano dall’orientamento delle molecole di polimero lungo la direzione del moto, sotto l’effetto dello sforzo e della velocità di taglio cui il film d’olio è sottoposto quando si interpone tra due superfici caricate in rapido movimento come avviene nel cambio delle moto e in altre componenti il motore.
Il calo di viscosità conseguente deve essere tenuto sotto controllo perché valori troppo bassi possono comportare fenomeni di rottura del film con conseguenze distruttive; per questo motivo, da alcuni anni le specifiche degli oli motore fissano limiti al riguardo.
Le perdite temporanee di viscosità si determinano con opportuni viscosimetri a temperature di 150°C, condizioni che riproducono quelle estreme riscontrabili nei motori nell’accoppiamento albero motore/cuscinetto di banco o albero a camme punteria o più in generale nell’ingranaggeria.

Miglioratori del punto di scorrimento (ppd)

Impediscono la crescita dei cristalli di paraffina che si formano a bassa temperatura, mantenendo le caratteristiche di scorrimento al lubrificante.
Tipi principali:
polimetacrilati
copolimeri etilene vinil acetato
poli fumarati
L’effetto del ppd dipende largamente dalle caratteristiche delle basi impiegate e dalla sua concentrazione.
Al di sopra di una certa percentuale cessa l’effetto sul punto di scorrimento (che in certi casi può peggiorare) e comincia a farsi sentire l’effetto ispessente.
Le percentuali presenti in un olio motore variano tra lo 0.1 e 1 %.

Antischiuma

Agiscono modificando le proprietà superficiali del lubrificante all’interfaccia aria-olio. Tipi principali
siliconi
poliacrilati

Disemulganti

Facilitano la separazione fra olio e acqua accumulata al suo interno.
L’acqua essendo un normale prodotto della combustione può accumularsi anche in misura notevole nei casi in cui il motore venga utilizzato per brevi tragitti “stop and go” soprattutto nel periodo invernale. Agiscono anch’essi sulle caratteristiche superficiali del lubrificante, in questo caso all’interfaccia olio-acqua.
Agiscono diminuendo l’affinità tra olio ed acqua e permettendo di conseguenza l’aggregazione delle minute goccioline d’acqua da cui l’emulsione è costituita,favorendone la decantazione.
Tipi principali:
alchilnaftaleni
fenoli etossilati

Detergenti

Controllano i depositi che si formano ad alta temperatura per degradazione termo-ossidativa del lubrificante evitando la loro aggregazione e la loro precipitazione sulle superfici metalliche calde.
Si distinguono in genere due tipi di depositi a caldo:
le lacche - individuabili da una colorazione dal giallo al marrone scuro delle superfici: comportano in genere la diminuzione delle capacità di scambio termico portando a surriscaldamento e deformazione;
il carbone, nero, consistente, di spessore misurabile: se si forma nelle gole del pistone, può provocare l’incollamento degli anelli con conseguenze disastrose (perdita di compressione, usura, deformazione etc.).
I Detergenti incorporano inoltre delle strutture chimiche che neutralizzano gli acidi che si producono sia per ossidazione sia per effetto della combustione.
Tipi principali:
Solfonati
Solfofenati
Salicilati.

Dal punto di vista prestazionale,e a puro titolo informativo, i Solfonati operano prevalentemente nel minimizzare la formazione di lacche, i Solfofenati (che hanno anche azione antiossidante), prevalentemente nel controllo del carbone nelle gole del pistone.
Spesso, nella realizzazione di un olio motore si ricorre a combinazioni dei due additivi. I salicilati sono prodotto esclusivo Shell e ne costituiscono la tecnologia distintiva.

Disperdenti

Disperdono i composti insolubili che si formano prevalentemente a bassa temperatura (morchie), impedendo la loro coalescenza e la loro precipitazione.
Contribuiscono al controllo dei depositi ad alta temperatura in sinergia con i detergenti. Tipi principali:
Succinimmidi e succinesteri
Basi di Mannich
Negli oli motore, rappresentano oltre il 50% dell’additivazione; sono quindi additivi fondamentali ai fini delle prestazioni.
Il disperdente è il componente distintivo dei vari produttori d'additivi: ciascuno possiede la propria tecnologia, custodita e difesa da brevetti con molta decisione. E' passato alla storia un contenzioso tra Lubrizol ed Exxon (che insieme rappresentano il 70% del mercato degli additivi) sulla priorità brevettuale di un disperdente.
Alcune caratteristiche peculiari rendono la scelta ed il dosaggio del disperdente un’operazione delicata sui cui si misura la bontà del know-how del produttore di oli.

Anti-Usura - EP

In condizioni di carico medio-alte (anti-usura), o elevate (Estreme Pressioni), reagiscono con le superfici formando strati a basso coefficiente d’attrito.
Esistono di fatto molti tipi d'usura:
scuffing o usura adesiva - saldatura tra asperità e distacco di materiale
pitting - usura a fatica, con distacco di particelle di materiale
usura abrasiva, da particelle estranee dure
polishing - lucidatura delle superfici per effetto abrasivo
usura corrosiva, da attacco chimico o elettrochimico di contaminanti etc.

Ogni tipo d’usura richiede soluzioni a parte; spesso gli additivi così classificati possono svolgere un’azione positiva nei confronti di più di un meccanismo. Alcuni tipi d’usura non sono risolti agendo sull’antiusura ma con un diverso bilanciamento degli altri componenti.
Tipi principali:
Ditiofosfati di Zinco (antiusura)
Solforizzati (antiusura/EP)
Composti Zolfo-Fosforo (antiusura/EP)
Paraffine clorurate (EP).

Una particolare attenzione và posto ai Ditiofosfati di Zinco.
La loro introduzione viene fatta coincidere con il decollo dell’industria degli additivi. Rappresentano tuttora l’additivo anti-usura per eccellenza, praticamente insostituibile.
L’additivo antiusura funziona perché, decomponendosi alle temperature di contatto metallo- metallo, reagisce con le superfici formando strati a basso coefficiente d’attrito.
La bassa stabilità termica dei Ditiofosfati è un elemento critico che richiede l’uso di precauzioni anche in fase di stoccaggio e di preparazione è indispensabile non superare la temperatura di 70°C. Ha un’azione antiossidante molto efficace.
L’introduzione delle marmitte catalitiche nelle vetture ha messo in discussione la presenza negli oli dei Ditiofosfati.
Infatti il fosforo in essi contenuto è un potente veleno per i catalizzatori (il contatto è possibile come conseguenza del consumo olio che, passando in camera di scoppio, brucia e finisce nei gas di scarico).
In assenza d'alternative efficaci si è adottato un limite massimo di Fosforo nei lubrificanti finiti.

Antiossidanti

Bloccano e rallentano la reazione tra le molecole del lubrificante e l’ossigeno dell’aria (auto ossidazione).
L’ossidazione è il meccanismo principale di deterioramento dei lubrificanti, precursore di vari fenomeni tra cui i depositi (lacche, carbone e morchie) e l’usura corrosiva e che, provocando in genere un aumento di viscosità, modifica anche pesantemente le caratteristiche del lubrificante
Tipi principali:
Zinco Ditiofosfati
Ammine aromatiche
Fenoli.

Anticorrosivi/antiruggine

Gli inibitori di corrosione agiscono creando una barriera fisica sulla superficie metallica, che impedisce l’attacco da parte degli agenti corrosivi (acqua, prodotti acidi, ossidanti etc.).
Tipi principali:
Acido dodecenilsuccinico
Esteri fosforici
Ammine, imidazoline, tioderivati
Anticorrosivi/antiruggine.

Untuosanti o modificatori d’attrito

Come l’antiusura aderiscono alle superfici metalliche con legami di tipo chimico e/o fisico.
Questa classe di composti viene impiegata nei lubrificanti da competizione a bassa gradazione invernale (SAE 0W30, 5W30) e nei prodotti dell’ultima generazione che soddisfano le specifiche riguardanti la diminuzione del consumo di carburante (Energy Conserving). I vantaggi che portano questi additivi sono di tipo prestazionale. Più precisamente nelle competizioni riducono

l’assorbimento di potenza dovuto all’attrito e nei prodotti commerciali abbassano il consumo di carburante.
I prodotti che contengono questi additivi generalmente non sono adatti ai motori a quattro tempi motociclistici, che hanno la frizione in bagno d’olio, per ovvii motivi di trasmissione del moto fra dischi condotti e conduttori (slittamento).
Bisolfuro di molibdeno
Oleammide
Grafite
Ditiocarbammati

Ho fatto un copia/incolla da vari siti