روغن پایه
روغن پایه
به روغنی گفته می‌شود که به عنوان یک پایه برای روان کار محسوب می‌شود . پس از اضافه کردن مواد افزودنی به روغن پایه روانکار نهایی به دست می‌آید .BASE OIL از لحاظ حجم مهمترین جزء تشکیل دهنده روانکارها می باشد و از لحاظ وزنی به طور متوسط بیش از ۹۵ درصد فرمولاسیون یک روانکار را تشکیل می‌دهد.
در برخی از روانکارها ۹۹ درصد روغن را روغن پایه و تنها یک درصد آن را مواد افزودنی تشکیل می دهند از طرفی برخی دیگر از روانکارها مانند سیالات فلزکاری گریسها یا روغن های دنده صنعتی شامل حداقل ۳۰ درصد افزودنی می باشد.
منابع روغن پایه
BASE OIL را می‌توان از منابع نفتی و غیرنفتی به دست آورد بیشتر روغن پایه مصرفی در جهان امروزه از پالایش نفت خام به دست می آید از آنجا که بخش عمده‌ای از روغن پایه های مورد استفاده در تولید روانکارها از منابع نفتی به دست می‌آید صنعت روغن پایه به عنوان قسمتی از صنایع نفت به شمار می‌رود.
ویژگی های روغن پایه
ویژگی های BASE OIL به دست آمده از نفت وابسته به نوع نفت خام و چگونگی عملیات پالایش است .روغن پایه های نفتی از اجزای شیمیایی خود را چه مطلوب چه نامطلوب از نفت خامی که از آن طی فرایند پالایش به دست آمده‌اند به ارث می‌برند.
ترکیبات روغن پایه
از آنجا که نفت خام حاوی ترکیبات مختلفی از قبیل هیدروکربن های پارافینیک ، نفتنیک ، آروماتیک و همچنین ترکیبات گوگرددار می باشد روغن پایه ها نیز متشکل از این ترکیبات هستند. عمده ترکیبات تشکیل دهنده روغن پایه های نفتی که روی خواص روغن نیز تاثیر می گذارند ترکیبات پارافینیک نفتنیک و آروماتیک هستند.
فناوری روانکاری از زمان بسیار دور پیدایش آن بیش از ۳ هزار سال پیش تاکنون دستخوش مراحل تکامل زیادی بوده است هر چه این فناوری تکامل بیشتری می یابد تاثیر کیفیت روغن پایه ها بر کیفیت و کارایی روانکار نهایی بیشتر می شود با گذشت زمان و پیشرفت صنایع روانکاری صنعت روغن پایه ها از دیگر زیر شاخه های صنعت نفت جدا شده است.
نفت خام و اجزای آن
به نفتی که مستقیماً از چاه استخراج می شود نفت خام می گویند. نفت خام مخلوطی از ترکیبات مختلف است، نفت خام از باقیمانده جانوران ریز آبزی و گیاهان که همراه با گل در اعماق دریا ته نشین شده اند تحت تاثیر فشار و درجه حرارت به وجود آمده است .
بعضی از اجزای موجود در نفت خام خواص مطلوب در روانکاری دارند در حالی که برخی دیگر خاص نامطلوب دارند . این اجزا به طور کلی به دو دسته هیدروکربن ها و غیر هیدروکربن ها تقسیم بندی می شوند.
هیدروکربنها
هیدروکربنها فقط از کربن و هیدروژن تشکیل شده اند و قسمت عمده نفت خام را تشکیل می‌دهند هیدروکربن ها شامل انواع زیر می شوند:
- آلکانها
- آلکن ها
- نفتنها
- آروماتیک ها
آلکانها
هیدروکربنهای با زنجیره خطی یا ساختمان زنجیره شاخه دار سیر شده هستند. آلکنها هیدروکربن هایی با زنجیره های خطی یا ساختمان زنجیری شاخه‌دار سیر نشده هستند که در نفت خام نسبتا کمیاب می باشند.
در فرآیندهای تسویه خاص طیف وسیعی از آلکن ها به وسیله کراکینگ و هیدروژن زدایی تولید می‌شوند.
نفتنها
این هیدروکربن ها ساختار ساختمان حلقوی سیر شده با حلقه های ۸ و ۶ تایی دارند زمانی که تعداد حلقه ها یکی باشند تک حلقه ایی و در صورتی که دو یا بیشتر حلقه داشته باشند چند حلقه ای نام دارند.
آروماتیکها
ساختمان حلقوی با پیوندهای دوگانه مزدوج در حلقه‌های ۶ کربنی بنزن را شامل می‌شوند اجزای آروماتیکی به شش گروه تقسیم می شوند. همه آروماتیک ها از جمله تک و چند حلقه ای می توانند سرطان زا و از دید زیست‌محیطی خطرساز باشد .
ترکیبات آروماتیک و سیر نشده موجود در روغن پایه موجب پایین بودن VI روغن پایه شوند.
پایین بودن VI به این معناست که گرانروی روغن با تغییر دما دچار تغییرات زیادی می شود در نتیجه روغن وظایف روانکاری خود را در دماهای کم یا زیاد به خوبی انجام نمی دهد از طرفی ترکیبات آروماتیک فعال‌ترین گونه‌های موجود در روغن پایه هستند و اکسید شدن آنها موجب می‌شود یکسری واکنش های زنجیری در روغن شروع شود که عامل اصلی کاهش سریع طول عمر مفید روغن پایه هستند.
بنابراین به روش‌های مختلف و تا حد امکان از حضور ترکیبات آروماتیک در روغن پایه جلوگیری می شود .
ترکیبات غیر هیدروکربنی
بسیاری از ترکیبات موجود در نفت خام شامل عناصر غیر از هیدروژن و کربن نیز می‌شوند این اتمها در درون حلقه ها و یا در گروه‌های استخلاف شده به هیدروژن مشاهده می‌شوند ترکیبات آلی گوگرددار بیش از مولکولهای اکسیژن دار و نیتروژن دار در ساختار نفت خام یافت می‌شوند.
ترکیبات آلی فلزی نیز به مقدار کمی در ترکیب شیمیایی نفت خام وجود دارند ترکیبات عالی گوگرد دار، نیتروژن دار عمدتاً به صورت مولکول های ناجور حلقه هستند.
در مقابل عمده مولکول های اکسیژن دار به صورت کربوکسیلیک اسیدها هستند اسیدهای آلیفاتیک سیر شده یا اسید های نفتنیک ها و مقدار ناچیزی از فنول ها و فوران ها نیز ممکن است در ساختار موجود باشند.
البته مولکول های بسیار بزرگ و سنگین رزین و آسفالتین که آمیزه‌ای از ساختمان‌های آروماتیک هستند نیز در نفت خام وجود دارند . رزینها انواع مولکول هایی با وزن مولکولی کمتر از ۱۰۰۰ دالتون هستند در حالی که آسفالتین ها نتیجه متصل شدن تعداد زیادی از مولکول ها به یکدیگر هستند و مولکول های بسیار بزرگ و سنگین استثنایی دارند .
چنانچه میزان ترکیبات گوگرددار در روغن پایه زیاد باشد روانکار نهایی نمی تواند قطعات را در مقابل خوردگی و یا زنگ زدگی محافظت کند. گاهی این ترکیبات گوگردی به حدی فعال هستند که خود باعث ایجاد خوردگی و نیز موجب تشدید آلودگی های میکروبی در روغن و در نتیجه کاهش عمر روغن می‌شوند . بنابراین کنترل مقدار گوگرد در روغن پایه و حذف ترکیبات گوگرددار از روغن پایه اهمیت ویژه‌ای دارد. این ترکیبات در مرحله های مختلف پالایش تا حدودی از روغن زوده می‌شوند.
انواع روغن های پایه معدنی
روغن پایه ها به طور کلی به سه دسته معدنی سنتزی و طبیعی تقسیم‌بندی می‌شوند و از آنجا که نفت خام از زیر زمین استخراج می‌شود روغن پایه به دست آمده از آن را روغن پایه معدنی می‌خوانند. روغن پایه های معدنی شامل دو گروه روغنهای پارافینیک و نفتنیک نیز که از تصفیه نفت خام به دست می آیند می باشند.
روغن پایه های پارافینیک
امروزه بیشتر روانکارهای مورد استفاده در ماشین آلات از روغن روغن های پارافینیک ساخته می‌شوند روغن های کربن های سیر شده هستند که از به هم پیوستن هیدروژن و کربن تشکیل شده اند.
این روغنها را هیدروکربنهای نرمال و هیدروکربنهای ایزو تشکیل می دهند. ممکن است در ساختمان این روغنها مقداری روغن های نفتنیک نیز وجود داشته باشد.
مولکولهای پارافینیک می‌تواند در دمای پایین تشکیل کریستالهای واکس بدهند در چنین وضعی روغن پارافنیک سطح موتور را با یک فیلم باکس می پوشاند و در موتور تشکیل رسوب می دهد از این رو بسیاری از مردم بر این باورند که عبارت پارافینیک مترادف و هم معنی با واکس است در صورتیکه اینطور نیست و همانطور که گفته شد روغن پارافین که مخلوطی از هیدروکربن های مختلف است و قسمت عمده واکس موجود در آن توسط فرایند واکس زدایی از روغن خارج می شود.
در مقایسه با روغنهای نفتنیک روغنهای پارافینیک دارای خواص زیر هستند :
- مقاومت بالا در مقابل اکسید شدن
- دمای ریزش بالاتر
- شاخص گرانروی بالاتر
- فراریت کمتر و در نتیجه نقطه اشتعال بالاتر
- وزن مخصوص کم
روغنهای نفتنیک
هیدروکربن های حلقوی سیر شده یک یا چند حلقه ای می باشند هر حلقه می تواند دارای ۵ تا ۶ کربن باشد. این روغن ها در مقایسه با روغن های پارافینیک دارای خواص زیر هستند:
- مقاومت نه چندان مطلوب در مقابل اکسید شدن
- نقطه ریزش پایین تر به دلیل نداشتن واکس
- شاخص گرانروی پایین تر
- فراریت بالاتر و در نتیجه نقطه اشتعال پایین تر
- چگالی نسبی بالاتر
- خاصیت حل کنندگی بهتر
روغنهای نفتنیک به طور کلی برای محدوده دمایی کم و هنگامی که نقطه ریزش پایین مورد نیاز باشد به کار گرفته می‌شوند. مخصوصاً در روغن های هیدرولیک روغن سرد کننده ها روغن فرآیند تولید لاستیک روغن های فلز کاری و در روانکارهای سیلندر برای موتور های بزرگ و گریس قابل استفاده می باشند.
