aditivos en el lubricante

Aditivos

Presentacion de Aditivos basada en presentacion cortesia de Lubrizol Corp.

Aditivos para lubricantes

Un aditivo es un material que añade o mejora una propiedad deseable en un lubricante

Funciones Funciones

• Hacen que el aceite funcione• Permiten el ajuste de los aceites basicos

para cualquier aplicacion• Cumplen con 2 Funciones Criticas:

– Minimizan los procesos destructivos– Confieren propiedades beneficiosas

• Hacen que el aceite funcione• Permiten el ajuste de los aceites basicos

para cualquier aplicacion• Cumplen con 2 Funciones Criticas:

– Minimizan los procesos destructivos– Confieren propiedades beneficiosas

Funciones del Lubricante

• Transferencia de calor

• Control de Contaminantes

• Control de desgaste y Friccion

Aceite basico70 - 95%

Mejoradores de Punto de Fluidez0 - 2%

Mejorador de Viscosidad0 - 15%

Paquete de aditivos2 - 30%

Composicion tipica de un aceite

Aditivos y sus Funciones

• Dispersantes - Suspension de Productos de Oxidacion (Deposit Precursors) y lodos. Mantiene lamaquina limpia

• Detergente - Principalmente neutraliza los productos acidos de la oxidacion del combustible, Aceite e Impurezas. Tambien actua como agente limpiador y de suspension e inhidor de herrumbre

• Inhibidores de Oxidacion - Disminuyen la velocidad de oxidacion, controlando el aumento de viscosidad

• Modificadores de Friccion - Aumentan la durabilidad de la pelicula de aceite, disminuyen la friccion por tanto dan economia de combustible

• EP/Antidesgaste - Minimizan desgaste creando una pelicula quimica en als areas de contacto

Aditivos y sus Funciones

• Emulsificadores - Permiten la mezcla con agua

• Demulsificadores - Facilitan la separacion del agua del lubricante contaminado

• Depresores de Punto de Fluidez - Disminuyen la temperatura a la cual el aceite fluye.

• Inhibidor de Espuma - Minimizan la formacion de espuma

Aditivos y sus Funciones

• Inhibidores de Herrumbre y Corrosion, mantienen una barrera entre componentes quimicos activos y los metales

• Mejoradores de Viscosidad, aumentan la viscosidad del aceite en temperaturas altas

Concentraciones tipicas

PCMO

HDDO

ATF

Aceites de engranes y transmision

Fluidos Hidraulicos de Tractores

Aceites hidraulicos Industriales

Aceite de Turbina

Grasas

Aplicacion SAE GradeAditivo

(%)Mejorador de Viscosidad (%)

MonogradoMultigrado

MonogradoMultigrado

Multigrado

MonogradoMultigrado

MonogradoMultigrado

MonogradoMultigrado

Monogrado

--

6 -146 -14

12 -1812 -19

6 -12

5 -125 -12

6 - 96 - 9

0.5 -1.50.5 -1.5

0.5 -1.5

2 - 6

--2-9

--6-12

3-14

--25 - 35

--4 - 8

--2 - 12

--

Contiene espesador

Contaminantes vienen de:

• Soplado (Principal)

• Degradacion de aceite (Menor)

Principales Contaminantes

• Combustible sin quemar

• Acidos Inorganicos (H2SO4, HNO3)

• Compuestos Organicos Polares

- Combustible quemado parcialmente

- Productos de degradacion del aceite y combustibles

Formacion de Depositos en Motores de Gasolina

Combustion Parcial

Monomeros Oxigenados Nitrosos

Productos Insolubles en el Aceite

Barnices Lodos

NOx

Carbon

SolidosAguaCalor

Representacion General de una molecula tipica de aditivo

Parte Polar Group Activo en la superficie Contiene Oxigeno, Nitrogeno, Azufre, o Fosforo

Parte No PolarEl grupo Oleofilico consiste en una cadena de Hidrocarburo

Rol del Dispersante en el lubricante de Motor

• Mantiene la suciedad y sus precursores en solucion manteniendo la limpieza

• Modifica el hollin - Minimiza el aumento de viscosidad debido al aumento de hollin

• Debe ser estable termicamente para no contribuir con la formacion de suciedad

Funcion del Dispersante

Funciona estabilizando las dispersiones coloidal y previniendo su aglomeracion evitando la suciedad.

Crecimiento de Particulas en la Secuencia VE

60 Horas

Concentracion de Dispersante

1.0x% 2.3x% 5.0x%

Dispersantes

Dispersantes

Mantienen las partes limpias

Aceptable Inaceptable

PIB*

Dispersante en General

* PIB = Polisobutileno** In Succinimide Dispersants

*** In Mannich Dispersants

Parte soluble Grupo Polar

Poli-Aminas/Alcohol

Anhidrido Maleico**o

Fenol***

Enlace

DispersantesDispersantes

• Mantienen lodos/sedimentos formados durante la operación en suspensión

• Evitan el bloqueo de filtros y galerías de aceites

• Principalmente hidrocarburos polares de gran longitud

• Niveles típicos 3 a 5%

• Mantienen lodos/sedimentos formados durante la operación en suspensión

• Evitan el bloqueo de filtros y galerías de aceites

• Principalmente hidrocarburos polares de gran longitud

• Niveles típicos 3 a 5%

Detergentes

• Solubilizando los componentes Polares

• Neutralizando los Acidos

• Capacidad Antioxidante (Algunos)

Funcionan:

Tipos de Detergentes

• Sulfonatos

• Fenatos

• Carboxilatos

• Salicilatos

• Tiofosfonatos

Detergents

• Mantienen las partes del motor limpias

• Contienen metales que producen cenizas

- Bario

- Calcio

- Magnesio

- Sodio

Sulfonatos Detergentes

Sistema

Estructura

Aplicacion Lavanderia Lubricantes

Peso Molecular

SO3Na

C12H24

347 1024

Acuoso Hidrocarbon

SO3Ca1/2

C24H48

Estructura del Detergente

Neutral Calcium Sulfonate

Basic Sulfonate Inverse Micelle Structure - Size: 100-150A°

DetergentesDetergentes

• Inhiben los depósitos a altas temperaturas tales como carbones en las ranuras, barnices/lacas en pistones

• Neutralizan ácidos• Se adhieren a insolubles evitando su

crecimiento• Ba, Ca, Mg Sulfonatos, Fenatos, Fosfonatos• Niveles típicos 1 a 2%

• Inhiben los depósitos a altas temperaturas tales como carbones en las ranuras, barnices/lacas en pistones

• Neutralizan ácidos• Se adhieren a insolubles evitando su

crecimiento• Ba, Ca, Mg Sulfonatos, Fenatos, Fosfonatos• Niveles típicos 1 a 2%

Descomposicion de LubricantesDescomposicion de Lubricantes

Los Antioxidantes Previenen el espesamiento prematuro

Los Antioxidantes Previenen el espesamiento prematuro

The Plain Dealer, Feb. 2002The Plain Dealer, Feb. 2002

Ejemplos de Antioxidantes

• Compuestos de Azufre

• Fenoles

• Compuestos Fosforosos

• Ditiofosfatos de Zinc

• Dithiocarbamates

• Compuestos Aromaticos de Nitrogeno

Anti-oxidantesAnti-oxidantes

• Inhiben el proceso de oxidación • Actúan contra los iniciadores de la

oxidación• Aminas aromáticas, fenoles,

desactivadores de metales• Niveles típicos 0.5 a 1.5%

• Inhiben el proceso de oxidación • Actúan contra los iniciadores de la

oxidación• Aminas aromáticas, fenoles,

desactivadores de metales• Niveles típicos 0.5 a 1.5%

Agente Antidesgaste

• Ditiofosfatos de Zinc

- Alkyl, Aryl

- Primario, Secundario

• Dithiocarbamates

• Compuestos de Azufre

• Compuestos Fosforosos

• Compuestos de Boro

Interacciones con Superficies Metalicas

RO

RO

P

S

S

SRO

RO

P

Zn

S

Fe O

O Fe

Fe O

O Fe

Fe O

O Fe

Fe O

O Fe

Fe O

O Fe

Fe O

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

OR

P

O

P

RO

S

S

S

S

Zn

Zn

Adsorption

-Olefin

Polymer Feor

Fe2O3

Fe

EP FilmContainingSulfur andPhosphorusCompounds

Reaccion

RS

Desgaste Adhesivo

Asperezas Superficiales

Residuos Movimiento

Superficies Deslizantes

Movimiento

Adhesion producida por la soldadura en friode las superficies

Rotura de la soldadura pordeslizamiento.

Anti-desgasteAnti-desgaste

• Activados por temperatura• Forman películas duras en los metales• Tipos medianos y EP• Principalmente compuestos de S, Cl, P,

ZDDP

• Activados por temperatura• Forman películas duras en los metales• Tipos medianos y EP• Principalmente compuestos de S, Cl, P,

ZDDP

Inhibidores de Corrosion

• Ferrosos: Alkyl Aminas

• No-Ferrosos: S-N Heterocycles

Inhibidores de Herrumbre y Corrosion

• Neutralizadores de Acido

• Formadores de peliculas

Inhibidores de CorrosionInhibidores de Corrosion

• Compuestos con atracción polar a los metales

• Evitan el contacto del agua con las superficies metálicas

• Succino-aminas, sulfonatos alcalinos• Niveles típicos bajos 0.05 a 0.15%

• Compuestos con atracción polar a los metales

• Evitan el contacto del agua con las superficies metálicas

• Succino-aminas, sulfonatos alcalinos• Niveles típicos bajos 0.05 a 0.15%

• Polimero A Molecula grande hecha por repeticion de unidades quimicas pequeñas

• Repeticion Lineal (cadenas)• Repeticion Puede ser en ramas

• Monomero Unidad quimica repetitiva en un polimero

Numero de unidades quimicas repetidas

• Peso Peso Molecular de el Monomero x DP(eg. Styrene MW = 104)Si DP = 1000 entonces el PM del Polestirenoes 104,000)

Polimerizacion(DP)

Molecular

Grado de

Propiedades de los Multigrados

Ventajas

• Se eliminan cambios por estaciones

• Arranque facil + Reduucion de desgaste

• Bombeabilidad asegurada en climas frios

• Reduccion de consumo de aceite

• Reduccion de consumo de combustible

• Mejor lubricacion en cojinetes

• Mejora la limpieza

Efect de la Temperatura en la ViscosidadIndice de Viscosidad (VI)

Referencia (VI = 0)

Referencial (VI = 100)

Aceite a considerar

0

20

40

60

80

100

IND

ICE

DE

VV

ISC

OS

IDA

DL

U

H

VI = L - U

L - HX 100

• Mide la variacion de la Viscosidad con la Temperatura

• Mayor VI Indica menor cambio de Viscosidad con la Temperatura

40 °C 100 °C

Volumen Efectivo: Volumen Hidrodinamico =

Volumen (Polimero) + Volumen (Aceite asociado)

Temperatura

SolubilidadMala

Baja

Buena

Alta

Molecula del Polimero

Aceite asociadocon el Polimero

Mecanismo de los Mejoradores de Viscosidad

La contribucion del polimero a la viscosidad disminuye a bajas temperaturas

Peso Molecular.

Espesamiento

Peso Molecular versus Espesamiento

Peso Molecular

Shear Stability

Peso Molecular versus Estabilidad al corte

Quimica de los Modificadores deViscosidad

• Polyisobutylene (PIB)

• Polymethacrylate (PMA)

• Olefin Copolymer (OCP)

• OCP - Graft - PMA

• Styrene - Ester (SMA Ester)

• Styrene - Butadiene

• Styrene - Isoprene

Shear Stability IndexShear Stability Index

Viscosidaddel Basico

Espesamientodel polimero

Perdida deViscosidad

Viscosidad

Aceite Nuevo Aceite Usado

SSI=Perdida de Visc.

Espesamiento delPolimero

X 100

Mejoradores de Indice de ViscosidadMejoradores de Indice de Viscosidad

• Cadenas largas, alto peso molecular• Usado en varios tipos de aceite• Polímeros, PMA, OCP, HSD• Algunos incluyen dispersantes y/o PPD• Esfuerzos de corte• Niveles típicos 5 a 12%

• Cadenas largas, alto peso molecular• Usado en varios tipos de aceite• Polímeros, PMA, OCP, HSD• Algunos incluyen dispersantes y/o PPD• Esfuerzos de corte• Niveles típicos 5 a 12%

Mejoradores de Punto de Fluidez

Porque

• Ceras se precipitan a bajas temperaturas formando cristales entrelazados.

• Los aceites ligeros forman cristales suaves grandes Los pesados (Bright Stocks) forman ceras microcristalinas duras

Metodos• Cambiando la morfologia de la Co-cristalizacionde las ceras

• Previniendo los interlazamientos

• Promoviendo la formacion de particulas, mas pequeñas redondeadas, libres

Mejoradores de Punto de Fluidez

Sin PPD Con PPD

Morfologia de los cristales de Cera

Mejoradores de Punto de Fluidez

La forma de la curva es unica para cada combinacion PPD/Aceite Basico

Curvas tipicas de Punto de Fluidez

% wt PPD

Temperatura dePour Point

Paraffin-Polymer Interaction

Polymer-Polymer Interaction

8-8-00

Mejoradores de Punto de Fluidez

Tipos de Quimica

• Polyalkylmethacrylate

• Styrene Ester

• Poly(vinyl acetate - alkylfumarate)

• Alkylene-coupled Naphthalene

• Coupled Alkylphenols

• Poly(ethylene/vinyl acetate) (EVA)

• Alkylphenyl Esters

Mejoradores de Punto de Fluidez

Mejoradores de Punto de FluidezMejoradores de Punto de Fluidez

• Polímeros, cadenas largas, alto peso molecular

• Inhiben la formación de cristales de cera• Hasta 30°C de disminución• Niveles típicos 0.1 a 1%

• Polímeros, cadenas largas, alto peso molecular

• Inhiben la formación de cristales de cera• Hasta 30°C de disminución• Niveles típicos 0.1 a 1%

Antiespumantes o Inhibidores de Espuma

• Previenen que el aire sea atrapado en el aceite

• Polimeros con alto peso molecular y mala solubilidad en los aceites formulados– Siliconas (tipicos para motor)

– Polimeros Organicos Polares

• Atraidos hacia la superficie de las burbujas– Reducen la Tension Superficial

– Rompen la burbuja

• Usados entre 100 - 300 PPM en el producto final

• Previenen que el aire sea atrapado en el aceite

• Polimeros con alto peso molecular y mala solubilidad en los aceites formulados– Siliconas (tipicos para motor)

– Polimeros Organicos Polares

• Atraidos hacia la superficie de las burbujas– Reducen la Tension Superficial

– Rompen la burbuja

• Usados entre 100 - 300 PPM en el producto final

Foam Inhibitor Activity

Tipos PrincipalesTipos Principales

• Mejoradores de Indice de Viscosidad

• Detergentes

• Dispersantes

• Depresores de punto de fluidez

• Anti-oxidantes

• Anti-espumantes

• Anti-herrumbre

• Anti-desgaste

• Mejoradores de Indice de Viscosidad

• Detergentes

• Dispersantes

• Depresores de punto de fluidez

• Anti-oxidantes

• Anti-espumantes

• Anti-herrumbre

• Anti-desgaste

CalidadCalidad

• Diferente Estabilidad• Diferente Corte• Diferentes tecnologias• Diferente actuacion con el ambiente

• Diferente Estabilidad• Diferente Corte• Diferentes tecnologias• Diferente actuacion con el ambiente

Aditivos Principales

Sulfonato de Calcio(detergente)

Ditiofhosfato de Zinc (ZDTP)(anti desgaste / anti oxidante)

H

Fenol Bloqueado(anti oxidante)

H

H

H2

Mono- Succinamida(dispersante)

Ditiofosfato de Molibdeno(anti desgaste /modificador de friccion)

Oxigeno

Sulfuro

Calcio

Carbon

Cadenas de Hidrocarburos (atomo H omitidos para claridad)

Zinc

Fosforo

Nitrogeno

Molibdeno

H

Acidos Grasos Sulfurizados(modificador de friccion)

Castrol ha desarrollado tecnología propia de aditivos, ha trabajado

en investigación, desarrollando un paquete para aceites de motor,

que contiene mejorador de indice de viscosidad y ademas posee

características dispersantes.

Llamado SUPER DISPERSANTE OLEFINCOPOLIMERO “SUPER DOCP”

Ingeniería Líquida Castrol ...

CH2

CH

N

HC CH

N CH

N

NUno de los componentes pincipales

del aditivo es obtenido por la reacción

de polimerización de un compuesto

llamado Vinil Imidazole

Disminución de los dispersantes comerciales, por lo tanto

mejora en las caracteristicas de viscosidad a bajas temperaturas,

mejor CCS

Disminución de la volatilidad del producto final por que permite

el uso de bases más pesadas

Mejores cualidades como dispersante, el nitrogeno es

extremadamente polar lo cual mantiene las particulas contaminates

en suspensión

Ventajas de la tecnología Castrol ...

Aditivos – De donde vienen?

Puntos de SuministroPuntos de Suministro

• Internacionales– Infineum, Oronite, Lubrizol, Ethyl, otros

• Castrol– Port Allen, Downers Grove, terceros

• Internacionales– Infineum, Oronite, Lubrizol, Ethyl, otros

• Castrol– Port Allen, Downers Grove, terceros

DI PCMO Tipico

•53.0%

•Ashless Disp

•27.0%

•Detergency

•12.0%

•ZDDP •Antioxidant

•5.0%•3.0%

•Others

DI HDDO Tipico

•37.0%

•Ashless Disp

•34.0%

•Detergency

•12.0%

•ZDDP

•12.0%

•Antioxidant

•5.0%

•Others

•Comparacion de ambos paquetes

•0 •10 •20 •30 •40 •50 •60

•Dispersante

•Gasolina

•Diesel

•Detergente•ZDDP•Antioxidante•Otros