Come e perché i lubrificanti invecchiano?

Stabilità ossidativa come fattore chiave nella stabilità

L’ossidazione di un lubrificante è un processo chimico che porta a cambiamenti irreversibili nella sua struttura, con conseguente perdita di proprietà fisico-chimiche fondamentali.
Le conseguenze dell’ossidazione includono un aumento della viscosità derivante dalla polimerizzazione delle molecole ossidate, la formazione di acidi organici, vernici e depositi, nonché l’esaurimento della maggior parte degli additivi che migliorano le prestazioni, rendendo necessaria una sostituzione più frequente del lubrificante. La sua forma degradata causa un’usura prematura dei componenti meccanici.
La degradazione dell’olio inizia con la decomposizione degli antiossidanti in esso contenuti. Solo dopo che questi sono stati completamente esauriti ha luogo il vero e proprio e rapido processo di invecchiamento dell’olio base. Vale la pena notare che alcune basi sintetiche presentano naturalmente una maggiore stabilità ossidativa rispetto agli oli minerali. Tuttavia, bisogna tenere presente che fattori come l’umidità, le alte temperature, la presenza di particelle metalliche (catalizzatori), le radiazioni UV e la costante esposizione all’ossigeno accelerano significativamente questi fenomeni negativi.
Leggi: in cosa differiscono gli oli minerali dagli oli sintetici.

Ossidazione dei lubrificanti

L’ossidazione distruttiva negli oli e nei grassi procede secondo un ciclo di iniziazione, propagazione, ramificazione e terminazione.

Il ciclo inizia nella fase di iniziazione , quando una molecola perde uno o più elettroni e forma radicali liberi reattivi e perossidi. Ciò è causato dall’influenza di energia esterna e i fattori di iniziazione sono solitamente alta temperatura, radiazioni UV o sollecitazioni meccaniche.

Durante la propagazione, questi radicali reagiscono con l’ossigeno e si moltiplicano, causando ulteriori cambiamenti chimici nel grasso.

Con la ramificazione , il numero di specie reattive aumenta, accelerando l’ispessimento e la formazione di depositi fino a quando il lubrificante non è più in grado di proteggere i componenti. A questo punto, si verifica un rapido processo di invecchiamento.

Fino alla terminazione del ciclo, l’ossidazione continuerà fino a quando l’olio o il grasso non diventeranno praticamente inutilizzabili.

Come si può prevenire l’invecchiamento del grasso?

Il processo di ossidazione può essere controllato intervenendo nelle sue fasi chimiche chiave. Una protezione efficace si basa principalmente sulla limitazione dell’innesco (isolamento dall’ossigeno e dalle alte temperature) e sull’interruzione della propagazione (blocco della reazione a catena).

Gli inibitori di ossidazione (antiossidanti) sono uno strumento fondamentale per contrastare l’invecchiamento degli oli . Si tratta di additivi che aumentano la resistenza dell’olio base all’ossidazione, prolungando così la durata del lubrificante.

La loro azione comprende:

• Convertire i radicali liberi aggressivi in ​​forme stabili, arrestando la reazione a catena di ossidazione,
• Proteggere il lubrificante: gli antiossidanti reagiscono molto più rapidamente con l’ossigeno rispetto all’olio base, preservandone così le proprietà,
• Interazione con altri componenti: nelle formulazioni dei lubrificanti, gli inibitori di ossidazione agiscono in sinergia con altri additivi (ad esempio AW o EP).

Che tipi di antiossidanti esistono?

Per garantire una protezione completa del lubrificante contro l’invecchiamento, si sfrutta l’azione sinergica di due tipi di inibitori dell’ossidazione: antiossidanti primari e secondari.

• Antiossidanti primari

Gli antiossidanti primari – spesso ammine aromatiche o fenoli – agiscono come spazzini di radicali liberi. Catturano i radicali liberi durante la fase di propagazione e li neutralizzano. Cedono un atomo di idrogeno al radicale, convertendolo in una molecola stabile. In questo modo, rallentano il processo di degradazione e contribuiscono a limitare la reazione a catena che porta alla formazione di depositi e vernici.

• Antiossidanti secondari

Gli antiossidanti secondari (ad esempio fosfiti o composti dello zolfo) svolgono un ruolo di supporto e sono cruciali per la stabilità a lungo termine della formulazione. Reagiscono con i perossidi instabili, che si formano come sottoprodotti dell’azione degli antiossidanti primari. Interrompono il ciclo di ossidazione e prevengono il processo di ramificazione, rendendoli essenziali per la stabilità a lungo termine della formulazione.

È importante sottolineare che, nei sistemi sinergici avanzati, gli antiossidanti secondari sono in grado di "rinnovare" le molecole di antiossidanti primari, ripristinando la loro capacità di neutralizzare i radicali liberi. Tipicamente, nelle formulazioni dei lubrificanti, agiscono insieme durante l’intero ciclo di ossidazione. Insieme, aumentano la resistenza all’ossidazione dell’olio base , consentendo ai lubrificanti di operare a temperature più elevate e per periodi più lunghi rispetto a quanto sarebbe possibile senza di essi.

Per supportare la stabilità dei lubrificanti, il Gruppo PCC offre la serie Rostabil , ad esempio Rostabil TDP . I composti organici del fosforo svolgono un ruolo chiave in questi prodotti. I prodotti di questa serie rappresentano un’ottima soluzione non solo per i lubrificanti industriali , ma anche per materie plastiche e rivestimenti, dove la stabilità termica è un parametro critico.

Test di resistenza all’ossidazione dei lubrificanti

Il test di resistenza all’ossidazione è una parte importante della valutazione della durata dei lubrificanti. Uno dei metodi analitici più riconosciuti in questo campo è il TOST ( Turbine Oil Stability Test ), condotto in conformità con la norma ASTM D943.

Un campione di olio viene sottoposto a un’accelerazione estrema dei processi di invecchiamento mediante esposizione a ossigeno puro, alta temperatura e presenza di catalizzatori metallici. Durante il test, viene misurato il tasso di aumento del numero di acidità. Questo aumento indica la progressiva degradazione chimica dei componenti dell’olio e la formazione di prodotti di decomposizione acidi derivanti dall’ossidazione.

Questo metodo ci permette di determinare per quanto tempo un determinato lubrificante manterrà le sue proprietà protettive.