Introducción general a los mejoradores del índice de viscosidad para lubricantes

Contenido de este artículo.

Nombres de los aditivos de control de la viscosidad: cómo la gente llama a este producto químico.

Historia principal del mejorador de viscosidad.

¿Por qué son tan importantes los mejoradores del índice de viscosidad? - El valor de los mejoradores del índice de viscosidad (VII) en los lubricantes.

Mejorar el rendimiento viscosidad-temperatura de los lubricantes

Reduzca el consumo de energía, minimice el desgaste y reduzca la fricción en la maquinaria

Simplifique los productos lubricantes

Aumenta la producción de aceites lubricantes de alta viscosidad.

Rendimiento del mejorador del índice de viscosidad

Estabilidad al corte

Capacidad de espesamiento

Estabilidad térmica/oxidativa

Rendimiento a baja temperatura

Alta temperatura, alta velocidad de corte (HTHS)

Mejoradores típicos del índice de viscosidad

Comparación de propiedades de varios mejoradores del índice de viscosidad de uso común (VII)

 

 

La viscosidad del aceite lubricante disminuye con el aumento de la temperatura y laÍndice de viscosidad (VI)Es un indicador para medir el grado de cambio de viscosidad con la temperatura. Cuanto mayor sea el VI del aceite, menor será el grado de cambio de viscosidad con la temperatura. Generalmente, el índice de viscosidad del aceite mineral (base de parafina) suele ser 96-120, para preparar aceite multigrado para motores de combustión interna (motor ICE o IC) con excelentes características de viscosidad – temperatura y otros lubricantes industriales de alto índice de viscosidad, es necesario agregar Mejorador del Índice de Viscosidad (VII) o usar aceite base sintético.

Nombres de aditivos de control de viscosidad- Cómo llama la gente a esta sustancia química

 

Los aditivos de control de la viscosidad también se conocen con otros nombres, entre ellos:

• Modificadores de Viscosidad (VM)
• Mejoradores del índice de viscosidad (VII)
• Mejoradores de viscosidad
• Agentes espesantes
• Aditivos espesantes
• Estabilizadores de viscosidad
• Mejoradores de viscosidad

 

Estos términos suelen usarse indistintamente para referirse a aditivos que ayudan a controlar la viscosidad de los lubricantes en diferentes condiciones operativas.

 

Historia principal del mejorador de viscosidad.

 

• A principios de la década de 1930, el compuesto de alto peso molecular se utilizaba para aceite hidráulico y aceite para engranajes de cañón para mejorar el rendimiento de viscosidad-temperatura.
• Poliisobutileno (PIB)es uno de los primeros VII en desarrollarse. En la década de 1930, investigadores de Standard Oil Company (ahora ExxonMobil) desarrollaron un proceso para producir PIB de alto peso molecular, que tenía mejores propiedades de mejora del VI.
• Polimetacrilato, (PMA)Se desarrolló por primera vez en la década de 1950 como sustituto del caucho sintético. En la década de 1970, los investigadores comenzaron a investigar el uso de PMA como VII en lubricantes. Descubrieron que los PMA tenían una excelente estabilidad al corte, buen rendimiento a bajas temperaturas y resistencia a la oxidación.
• Copolímero de etileno propileno (EPC)oCopolímeros de olefinas (OCP)Se desarrollaron por primera vez en la década de 1960 como reemplazo del poliisobutileno (PIB), que era el VII dominante en ese momento. Los OCP son copolímeros de alfa-olefinas y otros monómeros, como etileno y propileno. En las décadas de 1970 y 1980, el OCP se utilizó ampliamente en la producción de aceites de motor y otros lubricantes. Fueron particularmente populares en América del Norte, donde se utilizaron para mejorar el rendimiento a baja temperatura.
• Siglo XX, años 70: se desarrolla Shell ChemicalPolímeros de estireno-isopreno, que son conocidos por su buena estabilidad al corte y rendimiento a bajas temperaturas, lo que los hace ampliamente utilizados en mejoradores del índice de viscosidad para aceites de motores de automóviles.

 

Estos compuestos poliméricos se denominan aditivos espesantes o mejoradores del índice de viscosidad.

 

Por ejemplo, la adición de PMA al aceite mineral puede mejorar eficazmente su viscosidad, particularmente a altas temperaturas. Este compuesto se conoce comúnmente como mejorador de la viscosidad debido a su capacidad para influir en el rendimiento viscosidad-temperatura del aceite. Específicamente, mejora el índice de viscosidad del aceite, por lo que también se le conoce como Mejorador del Índice de Viscosidad.

 

La cuota de mercado de mejoradores del índice de viscosidad está aumentando debido al rápido desarrollo de lubricantes multigrado. Los aceites de motor multigrado requieren un índice de viscosidad mejorado para mantener su rendimiento en un amplio rango de temperaturas. Como resultado, los mejoradores del índice de viscosidad se han vuelto esenciales en la industria de la lubricación. Según las estadísticas, estos VII representan alrededor del 22,5% del consumo total de aditivos lubricantes.

 

¿Por qué son tan importantes los mejoradores del índice de viscosidad? - El valor de los mejoradores del índice de viscosidad (VII) en los lubricantes.

 

Mejorar el rendimiento viscosidad-temperatura de los lubricantes

 

Una de las razones clave por las que los mejoradores del índice de viscosidad (VII) Los aditivos más valorados son que mejoran el comportamiento viscosidad-temperatura de los lubricantes. Los lubricantes con aditivos VII, como aceites de motor, aceites para engranajes y aceites hidráulicos, exhibenBuen rendimiento a baja temperatura y lubricación a alta temperatura., esencial para garantizar el buen funcionamiento y la protección de la maquinaria. Además, los lubricantes con aditivos VII puedencumplir con los requisitos de múltiples grados de viscosidad, haciéndolos versátiles y adecuados para su uso en diferentes aplicaciones y condiciones durante todo el año.

 

Reduzca el consumo de energía, minimice el desgaste y reduzca la fricción en la maquinaria

 

Los mejoradores del índice de viscosidad desempeñan un papel crucial a la hora de reducir el consumo de energía, minimizar el desgaste y reducir la fricción en la maquinaria. En comparación con los lubricantes monogrado, los lubricantes multigrado formulados con mejoradores del índice de viscosidad consumen menos lubricante y fueloil, lo que resulta en un desgaste mecánico significativamente reducido. Los lubricantes multigrado tienen un rendimiento más suave entre viscosidad y temperatura, con menores variaciones de viscosidad con respecto a los cambios de temperatura que los lubricantes monogrado. Esto asegura una lubricación adecuada de las piezas móviles a altas temperaturas, reduciendo el desgaste. A bajas temperaturas, los lubricantes multigrado tienen una viscosidad menor que los aceites monogrado, lo que facilita el arranque del motor y ahorra energía. En comparación con los aceites monogrado del mismo nivel de viscosidad, como SAE 10W/30 versus SAE 30, los aceites multigrado pueden ahorrar entre un 2% y un 3% en el consumo de combustible.

 

Simplifique los productos lubricantes

 

Los mejoradores del índice de viscosidad desempeñan un papel fundamental en la simplificación de los productos lubricantes. Por ejemplo, los lubricantes universales para tractores pueden servir como aceite de motor, aceite para engranajes, líquido de transmisión y aceite de frenos al mismo tiempo, gracias al uso de mejoradores del índice de viscosidad. Esto simplifica el inventario de productos lubricantes necesarios, reduciendo los costos asociados con el almacenamiento y la gestión de múltiples lubricantes. Además, el uso de lubricantes universales puede generar menos confusión y errores en la selección y aplicación del lubricante, lo que en última instancia contribuye a mejorar el rendimiento y la confiabilidad del equipo. La capacidad de simplificar los productos lubricantes mediante el uso de mejoradores del índice de viscosidad los ha convertido en un componente valioso en la industria de los lubricantes.

 

Aumenta la producción de aceites lubricantes de alta viscosidad.

 

Debido a la disponibilidad limitada de recursos de aceites base de alta viscosidad, los mejoradores del índice de viscosidad se han convertido en ingredientes esenciales en los aceites lubricantes. Al agregar mejoradores del índice de viscosidad a los aceites base de baja viscosidad, el aceite resultante puede reemplazar a los aceites base de alta viscosidad, lo que aumenta la producción de aceites lubricantes de alta viscosidad y hace un uso más racional de los recursos.

En los aceites de motor, los mejoradores del índice de viscosidad son cruciales para crear aceites de motor multigrado que dependan menos de la temperatura. De hecho, los mejoradores del índice de viscosidad son un componente vital de los aceites de motor según la especificación de aceite de motor para automóviles de pasajeros ILSAC GF-5. Los aceites de motor multigrado formulados con mejoradores del índice de viscosidad pueden mantener la viscosidad a altas temperaturas y condiciones de alto cizallamiento, al mismo tiempo que garantizan que los aceites lubricantes se puedan bombear a bajas temperaturas.

 

En los fluidos del tren motriz, como los aceites para engranajes y los fluidos para transmisiones automáticas, los mejoradores del índice de viscosidad sirven para minimizar los cambios de viscosidad en el rango de temperatura de funcionamiento más amplio posible, manteniendo al mismo tiempo una buena estabilidad al corte. El mejorador del índice de viscosidad más comúnmente utilizado es el de los aceites de motor multigrado, que representan aproximadamente el 60 % de todos los aceites lubricantes. La cantidad de mejorador del índice de viscosidad utilizado en los aceites de motor puede alcanzar hasta el 15% (fracción de masa). Entre los diversos tipos de aditivos, los mejoradores del índice de viscosidad se utilizan en mayores cantidades y representan alrededor del 23% de todas las ventas de aditivos.

 

Actualmente, los aceites lubricantes que ahorran energía y tienen mejor economía de combustible son aceites de motor multigrado combinados con aceites base de baja viscosidad con modificadores de fricción, mejoradores del índice de viscosidad y depresores del punto de fluidez. Los mejoradores del índice de viscosidad pueden reducir la pérdida por fricción en las zonas de lubricación mixta e hidrodinámica, mientras que los modificadores de la fricción pueden reducir la pérdida por fricción en las zonas de lubricación límite y mixta. Con la formulación adecuada, los mejoradores del índice de viscosidad y los modificadores de fricción pueden trabajar juntos para reducir la fricción y mejorar la eficiencia energética de los aceites lubricantes.

 

Rendimiento del mejorador del índice de viscosidad

 

1. Estabilidad al corte

 

La estabilidad al corte es la capacidad de un polímero para resistir el estrés cortante, que es un desempeño crucial de los mejoradores del índice de viscosidad. Cuando un mejorador del índice de viscosidad tiene poca estabilidad al corte, la cadena principal del polímero se romperá bajo la acción del esfuerzo cortante, lo que provocará una caída en la viscosidad. Como resultado, el aceite lubricante mezclado no puede mantener su grado de viscosidad original, lo que provoca un mayor desgaste y consumo de combustible. Para obtener más información, haga clicMejorador del índice de viscosidad y estabilidad al corte en lubricantes.

 

2. Capacidad de espesamiento

 

La capacidad de espesamiento es un desempeño muy importante del mejorador del índice de viscosidad. Cuanto mayor sea la capacidad espesante del mejorador del índice de viscosidad, menor será la dosis y menor será el costo del lubricante multigrado.
La capacidad espesante del polímero depende principalmente de la masa molecular relativa del mejorador del índice de viscosidad, el número de carbonos de la cadena principal de la molécula (-[-CH2-]-) y la forma en el aceite base. .
El orden de capacidad espesante de los mejoradores del índice de viscosidad disponibles comercialmente es el siguiente:

HSD ≈ OCP > PIB > PMA

 

3. Estabilidad térmica/oxidativa

 

La estabilidad térmica/oxidativa es otro índice de evaluación importante de los VII. Los mejoradores del índice de viscosidad están sujetos a oxidación a alta temperatura y descomposición termooxidativa en el uso real, y la descomposición conducirá a una serie de problemas como disminución de la viscosidad, aumento del índice de acidez y aumento de los depósitos de carbón en las ranuras del anillo. Los polímeros de alto peso molecular generalmente no sufren una descomposición termooxidativa obvia por debajo de 60 grados y comienzan a descomponerse termooxidativamente a 100-200 grados. La estabilidad termooxidativa del polímero está relacionada con la estructura de VII.

 

El orden de estabilidad a la oxidación del VII disponible comercialmente es:

PMA > PIB > OCP ≈ HSD

 

4. Rendimiento a baja temperatura

 

La viscosidad a baja temperatura de los aceites de motor es una característica reológica crucial. Para que el vehículo pueda arrancar en tiempo frío, la viscosidad de los aceites de motor en los cojinetes debe estar por debajo de un valor crítico. Este valor se determina mediante experimentos de capacidad de arranque del motor a baja temperatura y se define en SAE J300 para todos los grados "W".

El mejorador del índice de viscosidadtiene una influencia importante en el rendimiento a bajas temperaturas de los aceites de motor multigrado, y existen dos valores críticos que indican el índice de rendimiento a bajas temperaturas de los aceites de motor multigrado:Arranque a baja temperatura y bombeabilidad a baja temperatura.

 

Capacidad de arranque a baja temperatura

Hay muchos factores que afectan la capacidad de arranque a baja temperatura, uno de los indicadores más importantes es la viscosidad a baja temperatura, cuanto menor sea la viscosidad a baja temperatura, más fácil será arrancar.
Generalmente,Simulador de arranque en frío (CCS)Se utiliza para medir la viscosidad aparente del aceite multigrado a bajas temperaturas. Un simulador de arranque en frío es un reómetro que funciona a una alta velocidad de corte a una temperatura ambiente fija para simular el flujo de aceite lubricante hacia los cojinetes del motor en el arranque. Después de arrancar el motor, el aceite también debe poder fluir libremente hacia la bomba de aceite y distribuirse a las distintas líneas de aceite del motor.
Las propiedades a baja temperatura de diferentes VII son bastante diferentes y el PMA muestra una viscosidad más baja en una amplia gama de velocidades de corte, por lo que el PMA tiene el mejor rendimiento de CCS. La cadena molecular del PIB es relativamente rígida porque tiene muchas cadenas laterales de metilo y su viscosidad aumenta rápidamente a bajas temperaturas, por lo que el rendimiento del PIB a baja temperatura es el peor.

Capacidad de bombeo del aceite de motor a baja temperatura

Cuando el motor arranca a baja temperatura, la presión del aceite del sistema de aceite lubricante debe normalizarse en poco tiempo para garantizar que todas las partes del motor estén lubricadas a tiempo; de lo contrario, provocará desgaste. La capacidad del aceite de motor para bombearse a varias partes del motor se denomina capacidad de bombeo.

La bombeabilidad del aceite de motor depende de la viscosidad aparente bajo las condiciones de bombeo. Las pruebas han demostrado que la viscosidad de bombeo a baja temperatura del aceite multigrado no es superior a 3 Pa·s, lo que puede garantizar el suministro de aceite de bombeo, y esta viscosidad se denomina viscosidad de bombeo crítica. La temperatura a la que se alcanza la viscosidad de bombeo crítica se denomina temperatura crítica de bombeo y se mide con un viscosímetro minirotativo (MRV). El MRV es un reómetro de baja velocidad de corte que se utiliza para simular la capacidad de bombeo del aceite de motor multigrado de un vehículo después de estar inactivo durante dos días en clima frío.

SAE J300 también especifica límites superiores de viscosidad MRV para todos los aceites de motor de grado "W". MRV puede medir tanto el límite de viscosidad del flujo como el límite de resistencia del aire. La temperatura promedio de bombeo (BPT) predicha por MRV tiene una buena correlación con la temperatura límite promedio de bombeo del motor.

La viscosidad Brookefield puede determinar el límite de flujo de viscosidad, y la siguiente tabla enumera los efectos de diferentes tipos de mejoradores del índice de viscosidad en el rendimiento del bombeo a baja temperatura.

 

5. Alta temperatura, alta velocidad de corte (HTHS)

 

Alta temperatura y alto cizallamiento (HTHS) es un indicador de la estabilidad de la viscosidad del aceite de motor en condiciones de alta temperatura y alto cizallamiento, que refleja la capacidad del aceite de motor para mantener la lubricación en condiciones de alta temperatura y alto cizallamiento.Podemos entender simplemente HTHS como la resistencia de la película de aceite.

La viscosidad tiene una importancia decisiva en la lubricación. La viscosidad a alta temperatura del aceite de motor multigrado se prueba mediante un viscosímetro capilar de baja velocidad de cizallamiento para medir la viscosidad cinemática a 100 grados. Para fluidos no newtonianos de sistemas de aceite de etapas múltiples, la viscosidad medida por el capilar de bajo cizallamiento no puede reflejar la viscosidad del motor en condiciones de trabajo de alta temperatura (150 grados) y alta velocidad de cizallamiento (106 s).^-1). 

La investigación muestra que la viscosidad aparente medida a una temperatura de 150 grados y una velocidad de corte de 10⁶s^-1Tiene una buena correlación con el desgaste del cojinete del motor. Cuando se revisó SAE J300 en 1995, se agregó la viscosidad mínima a alta temperatura y alto cizallamiento (alta temperatura, alta velocidad de cizallamiento, HTHS) para cada grado de viscosidad. La alta temperatura y la viscosidad de alto cizallamiento se miden a una velocidad de cizallamiento muy alta (10⁶ s^-1) y temperatura (150 grados), que es similar al entorno de flujo de los cojinetes del cárter en funcionamiento en estado estable.

 

Generalmente, un mejorador del índice de viscosidad de alta calidad no solo necesita poseer una fuertecapacidades de espesamientoybuena estabilidad al cortepero también requiere buenarendimiento a bajas temperaturasyalta estabilidad a la oxidación térmica.

La estructura química de los mejoradores del índice de viscosidad está estrechamente relacionada con su desempeño. Los polímeros con alto contenido de hidrocarburos, como el OCP, tienen excelentes efectos de aumento de la viscosidad, pero su capacidad para mejorar el índice de viscosidad (VI) no es tan buena.

Por otro lado, los polímeros que contienen grupos polares como el PMA no son tan efectivos como el OCP para espesar el lubricante, pero tienen excelentes capacidades de mejora del VI y también pueden reducir el punto de fluidez.

 

Mejoradores típicos del índice de viscosidad

 

 

Comparación de propiedades de varios mejoradores del índice de viscosidad de uso común (VII)