Все про полиалкиленгликоливые масла

*) Для ПАО типичны: индекс вязкости выше 130 (может быть до 200); содержание серы 0.00%; содержание насыщенных углеводородов >90.0%.

**) Для ПАГ возможна вязкость до нескольких сотен тысяч сСт [1]. Эфиры имеют ограничение, могут быть с вязкостью 100 сСт и выше при 100^оС 

В ассортименте ExxonMobil имеется несколько смазочных материалов на основе ПАГ, среди них две серии масел с похожим названием Mobil Glygoyle 11, 22, 30 (номерная) и Mobil Glygoyle (стандартных классов вязкости). Первая серия доступна на рынке уже 30 лет, а вторая - лишь несколько лет. Может сложиться впечатление, что эти две серии масел близки по характеристикам, тем более области их применения порой общие и трудно найти отличия в описании продуктов. Однако это не совсем так. Чтобы лучше понять каким образом получают ПАГ с различными свойствами нужно немного познакомиться с процессом их синтеза.

Химический процесс производства ПАГ достаточно подробно изложен в [1]. Вкратце и упрощенно он заключается в каталитической полимеризации одной или нескольких окисей алкиленов, в большинстве случаев окиси этилена (ОЭ) или окиси пропилена (ОП).

Рис.1 Формула окиси этилена (ОЭ)

С₂Н₄О

Рис.2 Формула окиси пропилена (ОП)

С₃Н₆О

Производные от одной окиси алкилена называются гомополимерами ПАГ, они широко используются и относительно просты в производстве. К ним относятся полиэтиленгликоль (ОЭ ПАГ) или полипропиленгликоль (ОП ПАГ). Полиэтиленгликоли НО-СН2-(СН2-О-СН2)nOH традиционно используют в производстве косметики, шампуней и как добавки в пищевой промышленности. Полипропиленгликоли HO[-CH2-CH(CH3)O-]nH традиционно используются в качестве гидравлических жидкостей или основы смазочных материалов.

Сополимеры ПАГ - производные от нескольких окисей алкиленов могут быть статистическими (случайными), когда ОЭ и ОП располагаются в случайном порядке в молекуле, или блок-сополимерами, когда блоки из нескольких ОЭ и ОП чередуются в молекуле полимера. Отсюда различные свойства конечного сополимера ПАГ. Типичная температура застывания блок-сополимеров ПАГ, например, выше, чем у статистических сополимеров ПАГ. Управляя реакциями в процессе производства и соотношением ОЭ/ОП, можно получить конечный сополимер ПАГ с заданными сбалансированными свойствами. Увеличение в сополимере ПАГ блоков ОЭ повышает растворимость воды, снижает растворимость углеводородов, увеличивает стабильность и снижает коэффициент сцепления (внутреннего трения в эластогидродинамическом режиме трения - ЭГТ), а также снижает токсичность или вредность  конечного масла. Увеличение в сополимере блоков ОП приводит к снижению температуры застывания, снижает полярность и увеличивает растворимость присадок и углеводородов, но снижает растворимость воды. В ПО ПАГ полимер окружен углеводородным слоем (группами –СН3), что позволяет растворяться углеводородам, но предохраняет атомы кислорода от соединения с водой.

Сравнение физических и химических свойств масел ПАГ с маслами ПАО и минеральными представлено в Таб.2.

Маслам на основе ПАГ присущи следующие общие физические и химические свойства:

• высокая смазывающая способность, которая обусловлена их высокой полярностью. Полярность ПАГ возрастает с увеличением концентрации групп –ОН. Благодаря высокой полярности масла ПАГ сильно «притягиваются» к металлическим поверхностям и создают прочную масляную пленку, которая не разрушается под действием высокой температуры и большой нагрузки. ПАГ обладают умеренными присущими им от природы противозадирными свойствами, что позволяет уменьшить содержание противозадирных и противоизносных присадок, которые при температуре масла в объеме выше 80оС реагируют с цветными металлами. Это свойство позволяет успешно использовать масла ПАГ в червячных редукторах с зацеплением «сталь-бронза». Масла ПАГ обладают присущей им от природы защитой от микропиттинга. В то же время высокая полярность накладывает ограничения на использования ПАГ, они могут быть не совместимы с некоторыми красками (алкидными и винильными) и эластомерами (Buna S, натуральная черная резина);
• отличная термическая и окислительная (с антиокислителями) стабильность даже в присутствии воздуха. Их стабильность много выше, чем у минеральных масел. Масла Mobil Glygoyle демонстрируют работоспособность до 200оС. К тому же окисление ПАГ затруднительно, т.к. практически к каждому атому углерода уже присоединен кислород. ПАГ сами обладают высокой растворяющей способностью благодаря тому, что в основной структуре полимера каждый третий атом это кислород. Кроме того, побочными продуктами окисления ПАГ являются эфиры, обладающие высокой растворяющей способностью. Таким образом, продукты окисления растворяются, а не откладываются на работающих поверхностях оборудования. Особенно ценно то, что при термическом разложении ПАГ образуются легко летучие соединения, которые испаряются и не образуют твердых коксовых или мазеобразных отложений в оборудовании, что дает возможность использовать ПАГ в компрессорах и редукторах с высокой температурой;
• можно производить высоковязкие масла (см. примечание к Таб.1) без вовлечения загущающих присадок. Это дает преимущество маслам ПАГ при применении в редукторах и циркуляционных системах с подшипниками качения. Масла групп   I-III имеют ограничения по вязкости (Таб.1) и требуют применения загущающих присадок, при механической деструкции которых под воздействием сдвиговых усилий в зубчатых зацеплениях или подшипниках качения вязкость масла безвозвратно падает, что может привести к износу и сокращению срока службы оборудования. Масла ПАГ по своей природе не теряют вязкость при высоких сдвиговых механических усилиях;
• низкий коэффициент сцепления (коэффициент внутреннего трения в масле в режиме ЭГТ), что способствует повышению КПД редуктора и снижению рабочей температуры, особенно проявляется в червячных зацеплениях и роликовых подшипниках, характеризующихся значительной долей неэффективного скользящего движения;
• отличная теплопроводность, что способствует снижению рабочей температуры узла и компонентов и продлевает их срок службы;
• высокий индекс вязкости (обычно выше, чем у минеральных масел, эфиров и ПАО), что позволяет использовать ПАГ меньшего класса вязкости, это в потенциале позволяет в гидродинамическом режиме смазывания снизить потери на трение;
• низкая температура застывания, что обусловливает широкий температурный диапазон применения ПАГ и исключает необходимость применения депрессорных присадок, которые во многих случаях нужно добавлять в минеральные масла;
• очень высокая гидролитическая стабильность, т.е. они химически не реагируют с водой и не подвержены разрушению из-за присутствия воды. Это выгодно отличает ПАГ от эфиров и делает их предпочтительными для применения в компрессорах, где масло может быть подвержено обводнению;
• малая растворимость углеводородных газов, что делает возможным их применение в компрессорах холодильных установок с пропаном и HFC хладагентами и в компрессорах сжатия природного газа, содержащего жидкие углеводороды и влагу.

• имеют очень высокую термическую и окислительную стабильность;
• не образовывают коксовых отложений;
• могут работать в широком температурном диапазоне применения;
• обладают очень низким коэффициентом сцепления и трения;
• имеют очень хорошую теплопроводность;
• производятся от класса вязкости ISO VG 68 до 1000 и обладают очень высоким индексом вязкости не за счет загущающих присадок;
• обладают высокими противозадирными свойствами и защитой подшипников и зубьев шестерен от микропиттинга;
• масла классов ISO VG 15-1000 имеют регистрацию NSF H1для применения в пищевой промышленности;
• слабо растворяют в себе углеводородные газы и не совместимы с углеводородными маслами;
• способны растворить в себе большое количество воды и при этом обеспечивать смазывание.

• имеют ниже температуру застывания;
• имеют ниже температуру вспышки;
• обладают меньшим индексом вязкости;
• способны удерживать в себе в 2 раза меньше воды;
• частично совместимы с углеводородами;
• не имеют регистрацию NSF H1для применения в пищевой промышленности.