So sánh gốc dầu tổng hợp PAG và PAO

Polyalkylene glycol (PAG) và polyalphaolefin (PAO) là hai dòng chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp được ứng dụng trong các ngành công nghiệp. Hiểu được ưu điểm và nhược điểm của từng loại có thể giúp người sử dụng quyết định chọn loại nào là tốt nhất cho máy nén khí của mình.

I. Tại sao lựa chọn chất bôi trơn tổng hợp?

Theo 1 phân tích được thực hiện bởi Kline & Co., hơn 78% tất cả các nhu cầu về dầu nhớt, chất bôi trơn trên thế giới hàng năm được đáp ứng bằng việc sử dụng chất lỏng gốc dầu khoáng. Tuy nhiên, việc sử dụng chất bôi trơn gốc dầu khoáng trên thế giới hiện nay đang giảm dần. Việc sử dụng chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp hoặc “nhân tạo” trong các máy nén khí công nghiệp khác nhau đang trở nên phổ biến và tiếp tục mở rộng sang các ứng dụng chỉ sử dụng chất lỏng gốc dầu khoáng. Những lý do để thay đổi từ chất bôi trơn gốc dầu khoáng sang chất lỏng gốc dầu tổng hợp mặc dù chi phí tăng bao gồm:

• Cần chất bôi trơn suốt đời.
• Kéo dài khoảng thời gian thay dầu.
• Kéo dài tuổi thọ thiết bị, máy móc.
• Đáp ứng tốt các yêu cầu tiêu chuẩn ngành và nhà sản xuất thiết bị gốc mới.
• Đáp ứng được các quy định bổ sung (chống cháy, khả năng thích ứng với môi trường).
• Giải quyết được các vấn đề xảy ra trong hệ thống vận hành cụ thể (tình trạng nước vào).
• Giải quyết gọn gàng các điều kiện về thiết bị mới, thế hệ cao hơn (nhiệt độ và áp suất vận hành cao hơn, tải trọng và tốc độ lớn hơn).

Những tiến bộ trong công nghệ thiết bị đã dẫn đến các yêu cầu và điều kiện bôi trơn khắt khe hơn, vượt quá khả năng của chất bôi trơn gốc dầu khoáng. Chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp có thể đáp ứng đầy đủ những nhu cầu này vì chúng hoạt động tốt hơn chất bôi trơn gốc dầu khoáng với nhiều hoặc tất cả các yêu cầu quan trọng: giảm mài mòn và ma sát, chống lại sự hình thành cặn, vecni, độ bay hơi thấp hơn, bảo vệ chống ăn mòn tốt hơn và cải thiện tính ổn định nhiệt và oxy hóa.

>Xem thêm tại:

Dầu gốc tổng hợp, dầu gốc khoáng, dầu bán tổng hợp, nên dùng loại nào?

Dầu gốc tổng hợp PAO

Phân loại gốc dầu theo tiêu chuẩn API chi tiết

Tuy nhiên, không phải tất cả các chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp đều được tạo ra như nhau. Có nhiều công thức khoa học về chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp có thể gây ra sự phức tạp cho việc đưa ra lựa chọn dầu đúng đắn cho thiết của bạn. Những tiến bộ gần đây trong công nghệ phụ gia và sản xuất dầu gốc tổng hợp đang thúc đẩy các lợi thế về hiệu suất làm cho các sản phẩm dầu bôi trơn hiện tại trở nên tốt hơn bao giờ hết.

Người sử dụng trước tiên phải chọn chất bôi trơn dựa trên mục đích sử dụng chính của nó, chẳng hạn như dầu động cơ, dầu truyền động, dầu thủy lực, chất bôi trơn dây cáp, mỡ động cơ điện, v.v. Để xác định chính xác loại chất lỏng nào cần thiết, người dùng cuối phải biết các yêu cầu bôi trơn tối thiểu cho thiết bị đó. Các nhu cầu hoặc thông số kỹ thuật này thường sẽ xác định hoặc đề xuất cho ra một loại sản phẩm nhất định nào đó(dầu gốc khoáng, dầu gốc tổng hợp hoặc dầu gốc sinh học) và các yêu cầu về hiệu suất hoạt động phù hợp (được phát triển thành chất bôi trơn bởi các thành phần hóa học) để cho phép máy móc vận hành ở mức tối ưu. Bài viết này sẽ thảo luận về các chất lỏng gốc dầu tổng hợp phổ biến nhất nhằm giúp người sử dụng đưa ra lựa chọn đúng đắn cho các thiết bị của họ.

II. Các loại chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp

Khoảng 80% chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp được sử dụng trên thế giới thuộc ba loại. Theo thứ tự khối lượng được sử dụng, chúng là: polyalphaolefin (PAO), este hữu cơ và polyglycol. Các chất bôi trơn tổng hợp còn lại được sản xuất từ ​​các nguyên liệu gốc khác, bao gồm este photphat, polybutene, silicon, perfluoroalkyl và ete polyphenyl.

Có nhiều sự cân nhắc khi xác định chất bôi trơn tổng hợp tốt nhất cho một thiết bị cụ thể, nhưng kiến ​​thức về các đặc tính chung của các loại chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp đang được coi là mấu chốt hàng đầu. Chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp có thể rất khác nhau về mặt hóa học và điều xác định những khác biệt đó là chất nền được sử dụng làm cơ sở cho chất bôi trơn.

Dầu gốc tổng hợp so với dầu gốc khoáng sẽ tối ưu hơn hẳn về các đặc tính chính yếu của chất bôi trơn, nó bao gồm khả năng hòa tan trong dầu hoặc nước, tính lưu động ở nhiệt độ thấp, khả năng bôi trơn, độ bay hơi, khả năng bắt lửa và khả năng tương thích của sơn và sơn. Hai loại chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp chính—polyalkylene glycols (PAG) và polyalphaolefin (PAO)—và chất bôi trơn được pha chế từ chúng, sẽ được so sánh và phân tích rõ rang ở dưới đây.

1. Polyalkylene Glycol (PAG)

Polyme PAG, được phát hiện lần đầu tiên cách đây hơn 150 năm, ứng dụng đột phá của nó được diễn ra trong Thế chiến thứ 2. Vào thời điểm đó, cả hai vụ cháy trên tàu và máy bay của Hải quân Hoa Kỳ đều xảy ra do sử dụng chất lỏng thủy lực gốc dầu khoáng. Nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ (USNRL) đã bắt đầu phát triển chất lỏng thủy lực có khả năng chống cháy tốt hơn so với chất lỏng được sử dụng vào thời điểm đó dựa trên dầu gốc khoáng.

Phối hợp làm việc với Union Carbide Chemicals, Plastics Company Inc. và Viện nghiên cứu công nghiệp Mellon, USNRL đã phát triển chất lỏng thủy lực chống cháy (WGHF) gốc glycol đầu tiên, được làm đặc bằng nước. Việc sử dụng dầu WGHF đã gia tăng nhanh chóng do xuất bản “Báo cáo Luxembourg” vào năm 1961, phác thảo các tiêu chuẩn tối thiểu về khả năng chống cháy của chất lỏng thủy lực trong các mỏ than ở Châu Âu. Việc sử dụng chất lỏng và chất bôi trơn dựa trên PAG bắt đầu mở rộng sang các lĩnh vực khác, đầu tiên là chất làm nguội và chất bôi trơn dệt, sau đó là nhiều loại chất bôi trơn khác, bao gồm chất lỏng chống cháy khan, bánh răng, máy nén khí và chất lỏng tuabin.

a, Chất bôi trơn gốc dầu PAG được sản xuất như thế nào?

Chất nền PAG là polyme tổng hợp được sản xuất bằng quy trình trùng hợp kết hợp các monome etylen oxit (EO), propylen oxit (PO) và butylen oxit (BO) đơn lẻ dưới dạng homopolyme hoặc kết hợp để tạo thành chuỗi phát triển từ phân tử khởi động nucleophin, thường là một loại rượu bia. Dầu gốc bôi trơn PAG có thể được thiết kế để hòa tan trong nước hoặc không hòa tan trong nước (tương thích với dầu khoáng một phần) hoặc hòa tan trong dầu, tùy thuộc vào việc lựa chọn các phân tử khởi đầu và monome được sử dụng trong sản xuất polyme. Càng nhiều monome EO trong chất nền thì càng dễ tan trong nước; monome PO càng nhiều thì càng không tan trong nước; và càng nhiều monome BO thì dầu gốc càng tan trong dầu. Quá trình này tạo ra một xương sống polyme trong đó oxy là nguyên tử thứ ba,

Dầu gốc PAG được phân loại là dầu Nhóm V, nghĩa là dầu gốc tổng hợp không được định nghĩa là dầu gốc Nhóm I, II, III hoặc IV. Dầu nhóm V cũng bao gồm este và dầu naphthenic. Chất bôi trơn dựa trên PAG thường được sử dụng trong máy nén khí, hộp số, hệ thống điều hòa không khí, gia công kim loại, làm nguội và các hệ thống thủy lực đòi hỏi khả năng chống cháy hoặc khả năng chấp nhận môi trường. Các đặc tính chung của vật liệu gốc PAG tan trong nước, không tan trong nước và tan trong dầu được thể hiện trong Bảng 1.

b, Ưu điểm của chất bôi trơn gốc dầu PAG

Chất bôi trơn gốc dầu PAG mang lại nhiều ưu điểm về đặc tính và hiệu suất so với chất bôi trơn dầu gốc khoáng và chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp khác, như được nêu trong Bảng 2. Mức độ ưu điểm có thể phụ thuộc vào loại gốc PAG cụ thể được sử dụng (chẳng hạn như loại hòa tan trong nước, loại hòa tan trong dầu)…

c, Nhược điểm của chất bôi trơn gốc dầu PAG

Nhược điểm thiếu tính hòa tan của dầu gốc khoáng là một rào cản đối với việc mở rộng lĩnh vực sử dụng chất bôi trơn gốc dầu PAG. Do tính không tương thích này với nhiều loại dầu gốc chứ không phải tất cả các chất bôi trơn PAG, việc thay đổi hệ thống từ dầu gốc khoáng sang chất bôi trơn gốc dầu PAG có thể tốn kém hơn và mất thêm thời gian. Mức độ tương thích không tốt của phớt và sơn có thể phụ thuộc vào loại vật liệu gốc dầu PAG cụ thể được sử dụng (chẳng hạn như loại tan trong nước, tan trong dầu, v.v.). Khi có thể, nên thử nghiệm khả năng tương thích giữa chất bôi trơn gốc PAG cụ thể sẽ được sử dụng và các loại phớt hoặc sơn cụ thể được sử dụng cho thiết bị. Nhược điểm của chất bôi trơn dựa trên PAG được tóm tắt trong Bảng 3.

2. Polyalphaolefin (PAO)

PAO là gốc tổng hợp phổ biến nhất được sử dụng rộng rãi cho dầu bôi trơn máy công nghiệp và ô tô. Nó là một hydrocacbon tổng hợp (SHC) bắt chước cấu trúc hydrocacbon (phân nhánh, không vòng) tốt nhất được tìm thấy trong dầu khoáng và do đó khắc phục được nhiều nhược điểm của việc sử dụng dầu nhờn gốc khoáng, bao gồm tính lưu động kém ở nhiệt độ thấp, chỉ số độ nhớt kém, tạo cặn bùn, và độ biến động cao.

Dầu nền PAO được phát triển vào những năm 1930 và được sử dụng thương mại làm dầu gốc cho dầu động cơ bắt đầu từ những năm 1970. Các ứng dụng cho chất bôi trơn dựa trên PAO được mở rộng sang dầu tuần hoàn và dầu hộp số. Sau đó được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp từ chất lỏng máy nén, thủy lực và tua-bin đến dầu hộp số và chất lỏng gia công kim loại.

a, Vật liệu gốc dầu PAO được sản xuất như thế nào

Dầu PAO được phân loại là dầu gốc Nhóm IV và được tạo ra bằng quy trình phản ứng hai bước sử dụng alpha-olefin tuyến tính như 1-decene. Bước đầu tiên là tổng hợp oligome (polyme có ít đơn vị monome lặp lại) từ alpha-olefin tuyến tính. Bước thứ hai là hydro hóa các liên kết đôi còn lại (không bão hòa) trong oligome và chưng cất tiếp theo để tách monome không phản ứng và PAO cấp độ nhớt nhẹ.

Không giống như các loại dầu gốc công nghiệp khác, PAO thường được phân loại theo độ nhớt động học của chúng ở 100°C. Chất nền PAO sử dụng các chất xúc tác thông thường được sản xuất thương mại ở năm loại dầu có độ nhớt thấp và hai loại có độ nhớt cao với độ nhớt tối đa là 100 centistokes (cSt) ở 100°C.

Chất lỏng gốc PAO có độ nhớt thấp được sử dụng trong các ứng dụng ngành công nghiệp ô tô, chẳng hạn như dầu động cơ và chất bôi trơn hộp số. Chất lỏng PAO có độ nhớt cao cũng đã trở nên phổ biến trong chất lỏng và mỡ bôi trơn công nghiệp. Vì chất lỏng PAO là hydrocacbon tổng hợp nên chúng tương thích và thường được kết hợp với dầu gốc khoáng. Các loại dầu nền mPAO thương mại được xúc tác bởi Metallocene có thể đạt được độ nhớt 300 cSt ở 100°C. Có cấu trúc đồng nhất hơn so với vật liệu gốc PAO thông thường, chúng mang lại những lợi thế tương tự về chỉ số độ nhớt cao, tính lưu động tuyệt vời ở nhiệt độ thấp và độ ổn định phân cắt nhưng có thêm khả năng làm dày. Các đặc tính chung của PAO thông thường có độ nhớt thấp và độ nhớt cao, và vật liệu gốc mPAO được xúc tác bằng metallicocene, được thể hiện trong Bảng 4.

b, Ưu điểm của chất bôi trơn gốc PAO

Một số ưu điểm của chất bôi trơn gốc PAO được tóm tắt trong Bảng 5.

c, Nhược điểm của chất bôi trơn dựa trên PAO

Một số nhược điểm của chất bôi trơn dựa trên PAO được nêu trong Bảng 6.

3. Sự khác biệt giữa chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp PAG và PAO

Chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp PAG và PAO được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và dưới dạng chất lỏng tổng hợp, mang lại hiệu suất được cải thiện vượt trội so với dầu gốc khoáng. Cả hai loại chất bôi trơn đều được sử dụng trong hộp số công nghiệp, máy nén khí và thậm chí cả hệ thống điều hòa không khí. Tuy nhiên, PAGs và PAOs là hai loại hóa chất hoàn toàn khác nhau của gốc dầu tổng hợp. Chúng có những đặc điểm khác nhau, nghĩa là cái này có thể vượt trội hơn cái kia trong những trường hợp nhất định.

Chất bôi trơn dựa trên PAG là dòng phân cực (PAG hòa tan trong nước > PAG không hòa tan trong nước > PAG hòa tan trong dầu), trong đó chất bôi trơn dựa trên PAO về cơ bản là không phân cực. Sự khác biệt về tính phân cực này ảnh hưởng đến nhiều đặc tính của chất bôi trơn bao gồm khả năng tương thích với chất đàn hồi, khả năng hòa tan của sơn, kiểm soát cặn lắng và bôi trơn. Để cải thiện khả năng tương thích bịt kín của chất bôi trơn gốc dầu PAO, một este được thêm vào công thức để thêm một số phân cực. Các chất bôi trơn có tính phân cực càng giống nhau thì chúng sẽ hoạt động càng giống nhau với những đặc tính được đề cập tới.

4. Điểm tương đồng giữa chất bôi trơn gốc PAG và PAO

Chất bôi trơn gốc dầu PAO và gốc dầu PAG đều ổn định về mặt thủy phân và có điểm đông đặc thấp. Dầu nhớt gốc PAO có chỉ số độ nhớt tốt vượt trội so với dầu nhớt gốc Nhóm I, II, III có độ nhớt tương tự (không bổ sung chất cải thiện độ nhớt). Chất bôi trơn gốc PAG có chỉ số độ nhớt tuyệt vời tốt hơn đáng kể so với chất bôi trơn gốc PAO có cùng cấp độ nhớt. Cả hai loại dầu gốc đều có độ bay hơi thấp và điểm cháy cao (khi ổn định) đối với một cấp độ nhớt nhất định.

III. Chất bôi trơn gốc PAG và PAO—Chọn loại nào?

Chất bôi trơn gốc PAG và PAO hiếm khi cạnh tranh trong các lĩnh vực ngành hàng công nghiệp. Các thuộc tính, ưu điểm và nhược điểm đều có lí giải cụ thể và ứng dụng khác biệt trong ngành hàng và môi trường làm việc khác nhau. Mỗi loại dầu nhớt sẽ là sự lựa chọn tốt nhất cho các bộ thông số sử dụng khác nhau, bao gồm:

• Yêu cầu kỹ thuật và quy định sử dụng.
• Điều kiện trang thiết bị và địa điểm cụ thể.
• Mức độ bảo trì và lao động có sẵn chuyên biệt.
• Sở thích của người sử dụng.

Chất bôi trơn gốc dầu PAO có thể được ưa thích hơn khi các thuộc tính dầu nhớt sau đây được nhắm đến làm mục tiêu:

• Chất bôi trơn trọn đời.
• Ít thời gian chết hơn.
• Hòa tan hoàn toàn trong dầu khoáng.
• Thời gian và chi phí thay dầu tối ưu hóa.
• Tương thích với phớt và sơn đã được sử dụng với dầu khoáng, không cần thay đổi ở mọi nhiệt độ vận hành.
• Không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường.
• Không thể gây ra sự xâm nhập của nước.
• Không yêu cầu khả năng chống cháy.
• Giảm hoặc loại bỏ tiền gửi thiết bị.
• Cải thiện khả năng bôi trơn cho quá trình mài mòn lăn.

Chất bôi trơn gốc dầu PAG có thể được ưa thích hơn khi các thuộc tính dầu nhớt sau đây được nhắm đến làm mục tiêu:

• Chất bôi trơn trọn đời.
• Ít thời gian chết hơn.
• Không ảnh hưởng xấu đến môi trường.
• Chống cháy cực tốt.
• Cải thiện hiệu suất thiết bị và tiết kiệm năng lượng.
• Nước xâm nhập có thể xảy ra.
• Giảm hoặc loại bỏ tiền gửi thiết bị.
• Cải thiện bôi trơn cho quá trình mài mòn trượt.

Nếu người sử dụng phân vân về chất bôi trơn gốc dầu tổng hợp nào phù hợp nhất với nhu cầu của họ, thì nên liên hệ với chuyên gia để hỗ trợ quá trình ra quyết định.