Hoe en waarom verouderen smeermiddelen?

Oxidatieve stabiliteit als sleutelfactor voor stabiliteit

Oxidatie van een smeermiddel is een chemisch proces dat leidt tot onomkeerbare veranderingen in de structuur, met als gevolg het verlies van belangrijke fysisch-chemische eigenschappen.

De gevolgen van oxidatie zijn onder andere een toename van de viscositeit door de polymerisatie van geoxideerde moleculen, de vorming van organische zuren, vernis en afzettingen, evenals de uitputting van de meeste prestatiebevorderende additieven, waardoor het smeermiddel vaker moet worden vervangen. De gedegradeerde vorm veroorzaakt voortijdige slijtage van mechanische onderdelen.

Oliedegradatie begint met de afbraak van de antioxidanten die het bevat. Pas nadat deze volledig zijn uitgeput, vindt het eigenlijke, snelle verouderingsproces van de oliebasis plaats. Het is belangrijk om te weten dat bepaalde synthetische basisoliën van nature een hogere oxidatiestabiliteit vertonen dan minerale oliën. Er moet echter rekening mee worden gehouden dat factoren zoals vocht, hoge temperaturen, de aanwezigheid van metaaldeeltjes (katalysatoren), UV-straling en constante blootstelling aan zuurstof deze nadelige verschijnselen aanzienlijk versnellen.

Lees: hoe minerale oliën verschillen van synthetische oliën.

Oxidatie van smeermiddelen

Destructieve oxidatie in oliën en vetten verloopt in een cyclus van initiatie, propagatie, vertakking en beëindiging.

De cyclus begint in de initiatiefase , wanneer een molecuul een of meer elektronen verliest en reactieve vrije radicalen en peroxiden vormt. Dit wordt veroorzaakt door de invloed van externe energie, en de initiërende factoren zijn meestal hoge temperatuur, UV-straling of mechanische afschuiving.

Tijdens de propagatie reageren deze radicalen met zuurstof en vermenigvuldigen zich, wat verdere chemische veranderingen in het vet veroorzaakt.

Naarmate de vertakking optreedt, neemt het aantal reactieve deeltjes toe, waardoor de verdikking en de vorming van afzettingen versnellen totdat het smeermiddel de componenten niet langer kan beschermen. Op dit punt vindt een snel verouderingsproces plaats.

Totdat de cyclus is beëindigd , zal de oxidatie doorgaan totdat de olie of het vet vrijwel onbruikbaar is.

Hoe kan veroudering van smeervet worden voorkomen?

Het oxidatieproces kan worden beheerst door in te grijpen in de belangrijkste chemische fasen. Effectieve bescherming is voornamelijk gebaseerd op het beperken van de initiatie (isolatie van zuurstof en hoge temperaturen) en het onderbreken van de propagatie (blokkering van de kettingreactie). Oxidatieremmers (antioxidanten) zijn een belangrijk hulpmiddel in de strijd tegen veroudering van oliën . Dit zijn additieven die de oxidatieweerstand van de basisolie verhogen, waardoor de levensduur van het smeermiddel wordt verlengd. Hun werking omvat:

• Het omzetten van agressieve vrije radicalen in stabiele vormen – het stoppen van de oxidatieketenreactie.
• Bescherming van het smeermiddel – antioxidanten reageren veel sneller met zuurstof dan de basisolie, waardoor de eigenschappen ervan behouden blijven.
• Interactie met andere componenten – in smeermiddelformuleringen werken oxidatieremmers samen met andere additieven (bijv. AW of EP).

Welke soorten antioxidanten zijn er?

Om de smeerolie volledig te beschermen tegen veroudering, wordt gebruikgemaakt van de synergetische werking van twee soorten oxidatieremmers: primaire en secundaire antioxidanten.

• Primaire antioxidanten

Primaire antioxidanten – vaak aromatische aminen of fenolen – fungeren als radicalenvangers. Ze vangen vrije radicalen op tijdens de propagatiefase en neutraliseren ze. Ze doneren een waterstofatoom aan het radicaal, waardoor het wordt omgezet in een stabiel molecuul. Op die manier vertragen ze het afbraakproces en helpen ze de kettingreactie te beperken die leidt tot de vorming van afzettingen en vernis.

• Secundaire antioxidanten

Secundaire antioxidanten (bijvoorbeeld fosfieten of zwavelverbindingen) spelen een ondersteunende rol en zijn cruciaal voor de stabiliteit van de formulering op lange termijn. Ze reageren met onstabiele peroxiden, die als bijproducten van de werking van primaire antioxidanten worden gevormd. Ze onderbreken de oxidatiecyclus en voorkomen het vertakkingsproces, waardoor ze essentieel zijn voor de stabiliteit van de formulering op lange termijn.

Belangrijk is dat secundaire antioxidanten in geavanceerde synergetische systemen de primaire antioxidantmoleculen kunnen ‘verversen’, waardoor hun vermogen om radicalen te neutraliseren wordt hersteld. In smeermiddelformuleringen werken ze doorgaans samen gedurende de gehele oxidatiecyclus. Samen verhogen ze de oxidatieweerstand van de basisolie , waardoor smeermiddelen bij hogere temperaturen en gedurende langere perioden kunnen functioneren dan zonder hen mogelijk zou zijn.

Om de stabiliteit van smeermiddelen te ondersteunen, biedt de PCC Group de Rostabil serie aan, bijvoorbeeld Rostabil TDP . Organische fosforverbindingen spelen een sleutelrol in deze producten. Producten uit deze serie zijn een goede oplossing, niet alleen voor industriële smeermiddelen , maar ook voor kunststoffen en coatings, waar thermische stabiliteit een cruciale parameter is.

Het testen van de oxidatiebestendigheid van smeermiddelen

Het testen op oxidatieweerstand is een belangrijk onderdeel van de beoordeling van de duurzaamheid van smeermiddelen. Een van de meest erkende analysemethoden op dit gebied is de TOST ( Turbine Oil Stability Test ), uitgevoerd volgens ASTM D943. Een oliemonster wordt blootgesteld aan een extreme versnelling van verouderingsprocessen door blootstelling aan zuivere zuurstof, hoge temperaturen en de aanwezigheid van metaalkatalysatoren. Tijdens de test wordt de snelheid van de toename van het zuurgetal gemeten. Deze toename duidt op de progressieve chemische degradatie van de componenten van de olie en de vorming van zure ontledingsproducten als gevolg van oxidatie. Met deze methode kunnen we bepalen hoe lang een bepaald smeermiddel zijn beschermende eigenschappen behoudt.