V prevádzke strojov a zariadení pôsobia na mazivo rôzne nepriaznivé vplyvy, čím dochádza k jeho chemickým a fyzikálnym zmenám. Vplyvom rôznych primiešanín, nadmerným oterom, pôsobením tepla, vzdušného kyslíka, vlhkosti, prostredia a pod. dochádza k starnutiu maziva a tým k jeho znehodnocovaniu. Z uvedených dôvodov vyplýva požiadavka na ošetrovanie a zhodnocovanie mazacích olejov v prevádzke, a to najčastejším vhodným spôsobom – filtráciou. Treba pripomenúť, že mazací olej je formulovaný tak, aby spĺňal základné tribologické požiadavky, a to pre konkrétne prevádzkové podmienky. Pri formulácii mazacieho oleja, výrobca určuje výber základového oleja a na zlepšene jeho funkčných vlastnosti vhodné prísady, ktoré vytvárajú konečný výrobok, ktorý spĺňa potrebné klasifikácie a špecifikácie. V ostatnom čase sa často stretávame s otázkou, aký vplyv má filtrácia  na prítomnosť a obsah prísad v mazacom oleji. Môže napríklad hĺbková filtrácia odstrániť niektoré druhy prísad z mazacieho oleja? V nasledujúcej časti budeme hľadať na túto otázku odpoveď.

Prísady

Prísady sú organické alebo anorganické zlúčeniny, komponenty, ktoré sú rozpustené alebo sa vyskytujú ako pevné látky v mazacích olejoch. Čo sa týka objemového množstva prísad v mazacom oleji, to je v rozsahu od 0,1 až do 30 %, a to v závislosti od ich použitia pre konkrétne trecie uzly, časti strojov. Prísady majú tri základné úlohy:

1. Zlepšiť existujúce vlastnosti základových olejov pomocou antioxidantov, korozívnych inhibítorov, protipeniacich prísad a deemulgačných činidiel.
2. Potlačiť neželané vlastnosti základových olejov pomocou depresantov, znižovačov bodu tuhnutia a zlepšiť (upraviť) viskozitný index (závislosť viskozity na teplote).
3. Dodať nové vlastnosti základovým olejom pomocou vysokotlakových prísad (EP), detergentov, disperzantov, prísad proti opotrebovaniu (AW), deaktivátorov kovov a ďalšie vlastnosti pomocou vhodných prísad.

Prísady sú polárne látky a ich polarita je definovaná ako prirodzená priama príťažlivosť, priľnavosť, ich molekúl  k iným polárnym materiálom, látkam pri kontakte s mazacím olejom. Ide o polárne látky, ako sú  kovové povrchy, prach, voda, celulóza a iné. Ako nepolárne látky možno označiť ropné základové oleje, teflón, vosk, hydrofóbne, vodu odpudivé látky a ďalšie.    

Prísady v mazacích olejoch, mazivách sa používajú, ako bolo uvedené na zlepšenie ich výkonových vlastností. Ide o substancie formulované pre zlepšenie trecích, chemických a fyzikálnych vlastnosti základových olejov. Výsledkom je zlepšenie úžitkových vlastnosti, výkonnosti maziva a predĺženie životnosti stroja (zariadenia).  V tabuľke 1 sú uvedené jednotlivé prísady a ich rozdelenie podľa chemických, fyzikálnych a vnemových vlastností. Pri formulácii mazacích olejov sa vyžadujú často nové vlastnosti maziva, ako je napríklad zníženie opotrebovania pri hraničnom režime mazania (AW prísady), odolnosť proti vysokému tlaku a rázovému zaťaženiu (EP prísady) a dobré protikorozívne a protipeniace vlastnosti a iné. Podstatná je vzájomná vyváženosť prísad pre dosiahnutie optimálnej výkonnosti a stability mazacieho oleja. Po určitom čase sa  prísady strácajú, nastáva ich úbytok. Je niekoľko dôvodov, ktoré súvisia s úbytkom prísad, čo vedie k zmene funkčných vlastnosti mazacích olejov, mazív.

Úbytok prísad závisí od typu prísad a na prevádzkových podmienkach. Niektoré názory technickej verejnosti často naznačujú, že odstraňovanie, úbytok prísad môže nastať aj pri filtrácii, ošetrovaní mazacích olejov. Najprv uvedieme niektoré všeobecne známe dôvody. V prítomnosti kovov a vody za vyššej teploty môže prebiehať katalyzovaná oxidácia, čo má veľký vplyv na funkčné vlastnosti mazacieho oleja a najmä na jeho životnosť. V prítomnosti vody v oleji môže vzniknúť hydrolýza. Pri hydrolýze nastáva rozklad prísad, solí na kyselinu a zásadu. Prísady, ktoré hydrolyzujú, sa rozkladajú na látky, ktoré môžu mať silný korozívny účinok na meď a jej zliatiny. V pozornosti je najmä multifunkčná prísada ZDDP (zinc dialkyldithiophosphate), prísada, ktorá pôsobí najmä ako (AW) prísada proti opotrebovaniu, proti oxidácii a korózii. Žiaľ v prítomnosti vody za určitých podmienok v oleji nastáva rozklad uvedenej prísady. Ide o prísadu, ktorá obsahuje zinok (kov), čo má priaznivý vplyv na elektrickú vodivosť olejov a predpokladá sa, že sa tým zabraňuje vzniku elektrostatického náboja (iskrovému výboju). Iskrové výboje (teploty až 10 000 °C) rozbíjajú (krakujú) molekuly oleja a pritom vznikajú voľné radikály, ktoré polymerizujú do dlhých reťazcov, čo vedie k tvorbe produktov starnutia oleja. Okrem toho môžu spôsobiť poškodenie mazacieho systému, napríklad ventilov a olejových filtrov. Všeobecne preto možno povedať, že pri moderných mazacích olejoch, ktoré neobsahujú zinok (kovové prísady), to vedie často k vytváraniu mäkkých nerozpustných nečistôt, ktoré sú menšie ako 1 µm a sú označované ako živice, laky (varnish). Ide o nový fenomén, ktorý je teraz v pozornosti vedeckej a odbornej verejnosti.

Filtrácia, filtre a ich vplyv na prísady

Filtrácia sa používa s cieľom oddeliť dispergované tuhé častice z dispergovanej tekutiny, mazacieho oleja. Princípom filtrácie je prietok tekutiny cez vrstvu pórovitého prostredia, ktorá súčasne zachytáva tuhé častice rozptýlené v mazacom oleji. Podľa mechanizmu zachytávania tuhých častíc môžeme filtráciu rozdeliť na:

• povrchovú filtráciu,
• koláčovú filtráciu,
• hĺbkovú filtráciu.

Hĺbková filtrácia sa uskutočňuje vo vnútri pórovitej filtračnej vrstvy, pričom zachytené častice sú často oveľa menšie, ako póry filtračnej vrstvy. Filtračná vrstva (filter) môže byť vytvorená buď vrstvou zrnitého materiálu alebo pórovitým materiálom (plsť, spekané kovové a keramické materiály, celulóza a iné látky). Filtre nám teda slúžia na filtrovanie nečistôt z mazacích olejov, čo vedie k významnému predĺženiu životnosti mazacích olejov, k ich čistote, zlepšeniu spoľahlivosti strojov a k efektívnosti výroby.

Druhy filtrov podľa konštrukcie a filtračných médií:

• mechanické, kovové (drôtené) sitá, na odstraňovanie hrubých nečistôt,
• absorpčné (neaktívne), impregnované papiere (celulóza) a iné, ktoré odstraňujú malé častice a vodu,
• adsorpčné (aktívne), filtračné látky (médiá), ktoré môžu chemicky reagovať s prísadami.

Častice, ktoré sú zachytávane na filtroch, môžu byť od 40 µm až do 3 µm a často aj o veľkosti 1µm. Z uvedeného dôvodu je tu otázka, či filtre môžu odstraňovať prísady z mazív tak, ako sa odstraňujú nečistoty. Otázka sa týka najmä hĺbkovej filtrácie. Pri hĺbkovej filtrácii treba venovať pozornosť výberu filtračných látok (médií). Vzniká nebezpečie, že okrem nečistôt môžu tieto filtre odstraňovať aj prísady, ktoré môžu chemický reagovať s filtračnou látkou.

Hĺbkové kvapalinové filtre

Nové hĺbkové kvapalinové filtre môžu filtrovať častice až pod 3 µ. Mnohé z týchto filtrov sú konštruované ako polárne, celulózové látky (filtračné médium). V týchto prípadoch sú polárne degradačné olejové nečistoty priťahované k polárnym filtračným látkam a adsorbované na ich vláknach. Tieto zariadenia sú vhodné tam, kde treba odstrániť malé množstvo polárnych veľmi malých nečistôt, ktoré sa nachádzajú v mazacom oleji. Aj z tohto dôvodu možno treba povedať, že tieto filtre môžu odstraňovať niektoré druhy prísad. Na obr. 1 je uvedený spôsob ukladania častíc pri hĺbkovej filtrácii.

Formulácie mazacích olejov a prísady

Mazacie oleje sú formulované (zložené) zo základových olejov a podľa ich požadovaných vlastnosti doplnené o jednotlivé druhy zušľachťujúcich prísad. Prísady sú preto aplikované v základových olejoch,  a to buď v základových ropných olejoch, kategória I.,  II. A III. podľa API. Ďalej je to kategória IV. syntetické uhľovodíky, polyalfaolefíny (PAO) a kategória V. ostatné základové oleje, napríklad polyolestery (POE), resp. polyalkylénglykoly (PAG). Rozpustnosť prísad v uvedených základových olejoch je rozdielna a často sa stretávame s tým, že esterové oleje, alkylované aromáty, resp. polyalkylénglykoly (PAG), sa používajú na zlepšenie rozpustnosti prísad, napríklad v prípade olejov kategórie II., III. A IV. V tomto prípade môžeme hovoriť o čiastočne, resp. polosyntetických základových olejoch. Vhodným ukazovateľom na rozpustnosť základových olejov je hodnotenie (meranie) anilínového bodu, ktorý sa udáva v °C, a to podľa normy ASTM D 611-01, resp. STN 65 6180. Okrem toho treba spomenúť, že čím nižší je anilínový bod, tým vyšší je obsah aromátov a tým je väčší vplyv oleja na tesnenia (zmena objemu). V prípade tesniacich materiálov je to často rozhodujúce.

Uvádza sa, že zlúčiteľnosť prísad so základovými olejmi sa môže zlepšiť vtedy, ak  sa zmení polarita základových olejov, resp. ak sú oleje s nízkym, alebo záporným anilínovým bodom.

Na tento účel sa používajú napríklad v oleji rozpustné polyalkylénglykoly (PAG), ktoré majú záporný anilínový bod, a to cca -40 °C, resp. estery s anilínovým bodom +5 °C. Na porovnanie uvedieme anilínový bod pre PAO, ktorý je 130 °C, alebo základové ropné oleje kategórie III., ktorý je 120 °C. Upravený PAO základový olej, ktorý obsahuje ako prísadu rozpúšťadlový olej, napríklad PAG, by mal mať anilínový bod v rozsahu 80 až 100 °C.

Samotné prísady sú organického alebo anorganického pôvodu, zlúčeniny, ktoré sú rozpustné, alebo nerozpustné, ako pevné látky v mazacích olejoch. V tabuľke 2 je na  porovnanie uvedený prehľad prísad podľa ich funkčných vlastnosti a ich množstvo, ktoré je obsiahnuté v hotovom výrobku.

Citlivosť prísad

Podľa dostupných informácií a vlastných skúsenosti sú prísady, ktoré sú citlivé (zraniteľné) pri ošetrovaní mazacích olejov, ich filtrácii (hĺbkovej) a preto môžu byť z mazacieho oleja čiastočne odstránené. V tomto prípade sa najčastejšie uvádzajú protipeniace (silikóny) prísady, ktoré sú v oleji ako suspenzia (semisolid), látky vo veľkosti 5 až 10 µm, ktoré sa môžu zachytávať na jemných filtroch, resp. usadzovať na dne olejovej nádrže. Okrem toho účinný 1 µm filter môže tiež zachytávať, odstraňovať EP prísady (fosfor, síra), ktoré nie sú dokonale rozpustené v oleji. Ďalšou prísadou, ktorej množstvo sa môže zmeniť počas prevádzky, je disperzant, a to vzhľadom na jej poslanie, funkčnosť v mazacom oleji. Možno preto povedať,  že prísada,  disperzant odchádza spoločne s nečistotami, ktoré sa pri filtrácii odstraňujú. Uvedené informácie nám dávajú len čiastočnú odpoveď na otázku, aký vplyv má filtrácia na prítomnosť a obsah prísad v mazacom oleji. Skúsenosti z praxe potvrdzujú, že na mazací olej v prevádzke pôsobia ďalšie vplyvy, ktoré nie sú zanedbateľné.

Treba jednoznačne upozorniť, že vlhkosť, voda je najväčším nepriateľom, kontaminantom mazacích olejov, mazív a zohráva rozhodujúcu úlohu pri odstraňovaní prísad. Voda odčerpáva (znižuje) množstvo, a tým aj výkonnosť prísad v mazacích olejoch. Ide najmä o antioxidanty, AW, EP prísady, inhibítory hrdze, disperzanty, detergenty, deemulgačné  činidlá a ďalšie prísady.

Vplyv vody na stabilitu prísad

Tak, ako už bolo uvedené, v prítomnosti vody môže nastať hydrolýza a následne rozklad niektorých druhov prísad, zhlukovanie (aglomerácia), vypieranie, transformácia (premena) prísad, čo vedie k tvorbe kyslých formácií, látok a usadenín na dne olejovej nádrže. Z toho dôvodu výrobcovia filtrov používajú na odstraňovanie vody nové postupy a nové konštrukcie filtrov. Ide najčastejšie o postupy a metódy, ktoré sa uplatňujú a to, napríklad absorpčný filter (mechanická konštrukcia) a hĺbkový adsorpčný filter, ktorý odstraňuje rozpustné a nerozpustné nečistoty, čo je výhoda. V technickej praxi je niekoľko spôsobov, postupov na odstraňovanie vlhkosti, vody. V tabuľke 3 sú dostupné spôsoby na odstraňovanie vody, ktorá môže byť v mazacom oleji ako voľná, emulgovaná a viazaná.

V prípade väčšieho množstva vody v mazacom oleji sa treba najprv rozhodnúť pre niektorý z uvedených postupov, napríklad pre usadzovanie alebo odstreďovanie, a potom vykonať filtráciu mazacieho oleja. Tento postup je efektívnejší a účinnejší. Väčšie množstvo vody v mazacom oleji nám často robí pri filtrácii technický problém. Limity, hraničné hodnoty nasýtenia vody (krivka nasýtenia) v mazacích olejoch závisia od kvality jednotlivých komponentov a od formulácie mazacích olejov, teda aké sú použité druhy základových olejov, prísad a množstva látok, nečistôt, ktoré vznikli z dôvodu degradácie olejov. Ako príklad uvedieme turbínový olej (ISO VG 46), ktorý  pri teplote 40 °C dokáže prijať cca 200 ppm viazanej vody. Všeobecne platí, že čím je vyššia teplota oleja, tým väčšie množstvo viazanej vody dokáže olej schopný prijať. Treba pripomenúť, že hraničné hodnoty celkového obsahu vody pre turbínové oleje sú v rozsahu od 0,05 do 0,2 % hm, resp. 500 až 2 000 ppm.

Metódy, postupy na hodnotenie úbytku prísad

V tabuľke č. 4 uvádzame pre všeobecnú informáciu metódy, postupy na hodnotenie úbytku prísad v mazacích olejoch. Úbytok prísad v % stanovíme na základe zistenia výsledkov z merania, a to ako množstvo prísad v ppm použitý olej / ppm čerstvý olej x 100 (%).

Záver

Výkonnosť a úžitkové vlastnosti mazacích olejov sú dané ich formuláciou pre konkrétne prevádzkové podmienky v trecích uzloch strojov a zariadení. Samotná formulácia je daná, stanovená výberom základového oleja a správnym výberom a množstvom prísad. Počet a množstvo prísad predstavuje určitý vyrovnaný, vyvážený systém. V prípade jeho narušenia môžu nastať problémy, ktoré súvisia so zmenou úžitkových vlastnosti mazacích olejov, čo má vplyv na ich životnosť a zmenu tribologických pomerov, a tým aj vplyv na spoľahlivosť strojov a zariadení.

TEXT Jozef Stopka FOTO archív redakcie