Una Breve Storia dei Dispersanti e delle Necessità Future

I disperdenti mantengono i materiali insolubili e la fuliggine sospesi nell'olio in modo che possano essere rimossi al successivo cambio dell'olio. Impediscono l'agglomerazione dei materiali di scarto, causando depositi attorno al motore e riducendo l'efficienza operativa.  

Nei motori a benzina, la formazione di morchie in condizioni di bassa velocità, bassa temperatura e stop-go può rappresentare un problema. Nell'olio si accumulano materiali polari e contaminanti insolubili nell'olio. Se non controllati, provocano morchie e vernici nelle zone più fredde del motore, creando problemi operativi. 

I disperdenti controllano l'aumento di viscosità causato dalla formazione di fuliggine, principalmente nei motori HDD ma anche in alcuni motori a benzina a iniezione diretta. La fuliggine viene creata durante il processo di combustione e si fa strada nell'olio sfuso, provocandone l'addensamento. 

I motori a gas naturale possono essere molto sensibili ai livelli di ceneri del lubrificante. Sono disponibili in molti modelli e funzionano con un'ampia varietà di fonti di carburante. I lubrificanti senza ceneri o con pochissime ceneri si affidano a disperdenti senza ceneri per fornire il massimo controllo degli insolubili e dei depositi. 

I fluidi per trasmissioni automatiche solitamente contengono un certo livello di disperdenza. Ricardo Bloch, un ingegnere chimico industriale in pensione con sede negli Stati Uniti, ha detto a Lubes'n'Greases che la funzione del disperdente è "mantenere le frizioni libere da detriti disperdendo i sottoprodotti dell'ossidazione. Se le frizioni sono tappate o smaltate, la trasmissione non si sposterà in tempo. Questi fattori rendono questi disperdenti diversi dai disperdenti del basamento. " 

Chimica dei disperdenti

I disperdenti convenzionali sono materiali organici costituiti da una coda polimerica solubile in olio, solitamente poliisobutilene, e un gruppo polare attaccato. Il gruppo polare è costituito da un gruppo a ponte, solitamente anidride maleica, e da un gruppo funzionale normalmente a base di azoto. 

Il tipo di disperdente convenzionale più comune utilizza il PIB come gruppo solubile in olio. Il peso molecolare è una variabile chiave per le proprietà disperdenti. "Il PIB è prodotto mediante oligomerizzazione dell'isobutilene ed è disponibile in una varietà di pesi molecolari da poche centinaia a decine di migliaia", ha affermato Bloch.

"Il gruppo polimerico deve essere solubile in olio e il gruppo polare deve attaccarsi al materiale di scarto presente nell'olio in modo che rimanga nella soluzione oleosa", ha aggiunto. “Se il gruppo del polimero alchilico è troppo piccolo, il disperdente non è in grado di mantenere disperso il materiale insolubile”. 

Per convertire il PIB in disperdente, viene innestato con anidride maleica (ponte) per formare anidride poliisobutilene succinica. La reazione con l'anidride maleica può essere “termica”, utilizzando PIB altamente reattivo (HR-PIB) o facilitata con cloro gassoso. È possibile aggiungere più di un'anidride maleica a una molecola di PIB per massimizzare la funzionalità per molecola.

PIBSA reagisce quindi con un'ammina per conferire funzionalità. Il tipo e il livello di azoto dell'ammina rappresentano un'ulteriore variabile e in molti disperdenti si tratta di una poliammina. Altre modifiche, come l'aggiunta di boro, possono essere apportate per modificare le proprietà.

I modificatori della viscosità dei disperdenti vengono utilizzati in alcune formulazioni di olio motore. Non utilizzano un polimero PIB, ma invece un polimero standard, come il copolimero olefinico, che reagisce con l'anidride maleica per diventare funzionale. Questi hanno catene di lunghezza molto più lunga rispetto ai disperdenti convenzionali.

I polimetacrilati disperdenti utilizzano un monomero di alchilmetacrilato per creare un gruppo polimerico solubile in olio. Il gruppo acido carbossilico nel monomero viene utilizzato come ponte per aggiungere i gruppi funzionali contenenti azoto. Il gruppo ponte e la funzionalità sono regolarmente collegati lungo la catena polimerica.

Le proprietà del disperdente PMA possono essere variate attraverso la scelta del monomero a base di metacrilato, del peso molecolare del polimero nonché del tipo e del livello di azoto del gruppo amminico funzionale. Combinano il processo di miglioramento delle caratteristiche di viscosità del fluido con il controllo della disperdenza. La tecnologia PMA VM viene utilizzata nei fluidi di trasmissione grazie alle sue ottime proprietà di fluidità a bassa temperatura rispetto ad altri tipi di VM. I PMA possono essere combinati con il resto del pacchetto di additivi in un unico pacchetto stabile di prestazioni di trasmissione.

Una breve storia dei disperdenti

L'uso diffuso dei disperdenti iniziò a diffondersi negli anni '50 in aggiunta alle vecchie tecnologie dei dialchilditiofosfati di zinco e dei detergenti metallici per i lubrificanti dei basamenti. "Quando le auto venivano guidate per brevi distanze, si verificava la formazione di fanghi, che veniva migliorata dall'uso di disperdenti PIBSA/PAM a basso peso molecolare", ha affermato Bloch.

L'uso dei disperdenti è cresciuto tra il 1970 e il 2000, in particolare in risposta all'introduzione del test sui motori delle autovetture della Sequenza V per fanghi e vernici a bassa temperatura. La tecnologia disperdente predominante era basata sul PIB, che veniva clorurato per aggiungere anidride maleica e poi fatto reagire con le ammine. "I PMA disperdenti furono introdotti negli anni '60, seguiti dagli OCP disperdenti alla fine degli anni '70." Bloch ha detto. "Questi materiali erano efficaci nel gestire fanghi e vernici a bassa temperatura."

Dal 2000, è stata posta una maggiore enfasi sulla gestione della fuliggine poiché i motori diesel hanno conquistato una quota di mercato maggiore delle vendite di autovetture a livello globale e i motori HDD hanno creato carichi di fuliggine più elevati. “Alla fine degli anni ’90, la fuliggine nel diesel era una conseguenza del tentativo degli OEM di controllare le emissioni di NOX”, ha detto a Lubes’n’Greases Rolfe Hartley della Sangemon Consulting con sede negli Stati Uniti. "La fasatura ritardata del motore ha abbassato le temperature massime di combustione, provocando combustione incompleta e fuliggine."

Ha aggiunto: "Il ricircolo dei gas di scarico raffreddati (EGR) è stato utilizzato anche per ridurre i NOX; tuttavia, ciò ha comportato l'introduzione di condensa altamente acida nell'olio, peggiorando l'ispessimento della fuliggine". 

È stata sviluppata una tecnologia disperdente a peso molecolare più elevato che ha mostrato una migliore capacità di gestione della fuliggine. I formulatori hanno bilanciato i componenti disperdenti per coprire fanghi e vernici a bassa temperatura e per la gestione della fuliggine a temperature più elevate, con conseguente aumento dei tassi di trattamento disperdente e delle miscele disperdenti. 

I disperdenti sono stati utilizzati per qualche tempo negli oli per cilindri marini a 2 tempi, sebbene la detergenza sia stata storicamente più importante. 

L'utilizzo dei disperdenti VM è diminuito negli oli motore poiché la volatilità degli oli base è migliorata con l'introduzione delle basi API del Gruppo II e del Gruppo III e con i miglioramenti dei disperdenti convenzionali. I protocolli di prova del motore per il VM disperdente sono complessi perché il livello di disperdenza della formulazione varia in base alla velocità di trattamento del VM per ogni grado di viscosità. La dispersione costante richiede un livello fisso di VM disperdente e l'aggiunta di un secondo VM non disperdente per ottenere un grado di viscosità target.

Una maggiore consapevolezza ambientale riguardo al contenuto di cloro residuo nei lubrificanti ha portato all'introduzione di limiti di cloro in alcune specifiche dei lubrificanti OEM. “Gli OEM automobilistici temevano che i composti clorurati nel lubrificante potessero dare origine a diossine nei gas di scarico”, ha detto a Lubes’n’Greases il consulente con sede nel Regno Unito Trevor Gauntlett. “Le diossine sono molto stabili; molte sono persistenti, bioaccumulabili e tossiche, oltre ad essere potenti cancerogeni”. 

Per soddisfare questi limiti di cloro erano necessari disperdenti a base di HR-PIB, che hanno anche mostrato vantaggi in termini di prestazioni di lubrificazione del motore di alta qualità. Di conseguenza, l’HR-PIB ha registrato una crescita significativa della domanda, sostituendo il PIB clorurato con i disperdenti.  

Requisiti futuri di dispersione

Gli attuali fattori trainanti per i nuovi lubrificanti per basamenti includono la riduzione delle emissioni e il miglioramento del risparmio di carburante. I disperdenti non hanno alcun impatto significativo sui dispositivi di controllo delle emissioni, come i catalizzatori di scarico e i filtri antiparticolato, e non contribuiscono ai vincoli chimici di ceneri solfatate, zolfo e fosforo. Pertanto, sono componenti vantaggiosi nelle formulazioni limitate per le emissioni. La spinta verso oli a bassa viscosità per migliorare il risparmio di carburante rappresenta una sfida per i disperdenti, poiché contribuiscono in modo significativo all’addensamento della viscosità a bassa temperatura. I ricercatori stanno cercando di mantenere i vantaggi del controllo di fanghi, vernici e fuliggine riducendo al contempo il contributo polimerico all'ispessimento della viscosità. 

“Non vi è alcuna necessità prevista di una maggiore dispersione a bassa o alta temperatura per le nuove specifiche emergenti delle autovetture nordamericane dato l’alto livello di protezione di oggi”, ha detto a Lubes’n’Greases Steve Haffner della SGH Consulting con sede negli Stati Uniti. L’uso dei motori diesel per autovetture è in significativo calo; I motori diesel hanno rappresentato solo il 17% delle vendite di auto nuove nell’UE nel 2021. 

"I livelli di fuliggine nell'olio sono molto ridotti grazie ai dispositivi di post-trattamento dei gas di scarico", ha affermato Hartley. “Livelli di fuliggine più bassi nell’olio significano che non è necessario un ulteriore controllo della fuliggine”. 

Un’area di interesse crescente è quella dei motori ibridi, che hanno sia un motore a combustione interna che un motore elettrico. Il tempo di funzionamento ridotto del motore o il funzionamento a bassa temperatura negli ibridi possono creare problemi di condensa e fanghi, offrendo opportunità per un migliore controllo della disperdenza. 

Per gli HDD, Haffner ha affermato che “si prevede che il livello di protezione odierno sia uguale o migliore di quello di cui gli OEM hanno bisogno nei loro nuovi motori, quindi i disperdenti esistenti o versioni più ottimizzate saranno sufficienti”. 

Hartley è d'accordo. "Le emissioni di NOX sono ora controllate dalla riduzione catalitica selettiva mediante urea, eliminando la necessità di ritardare la fasatura o di utilizzare l'EGR nei progetti di motori più avanzati", ha affermato. "Questi motori producono meno fuliggine nell'olio, richiedendo meno disperdenza." 

Hartley ha aggiunto: “La ragione principale per cui i tassi di trattamento disperdente negli HDD rimangono elevati è che devono essere retrocompatibili con i modelli di motore precedenti”.

La domanda di HR-PIB continua a crescere con il significativo calo dell’utilizzo di disperdenti clorurati. Gauntlett ha commentato: "Per i produttori, esiste il problema che il cloro stesso è un gas tossico altamente reattivo, che può causare irritazione alla pelle, agli occhi e alle vie respiratorie a concentrazioni piuttosto basse. Poiché reagisce con il ferro e alcuni polimeri, richiede attrezzature specializzate per il trasporto, lo stoccaggio e la produzione. "

Il disperdente VM per basamento riduce la quantità di disperdente convenzionale nella formulazione per migliorare l'efficienza del carburante. Tuttavia, i gradi a viscosità molto bassa richiedono poco o nessun VM, quindi la disperdenza ottenibile è bassa. La resistenza dei clienti ai VM disperdenti rimane. I prodotti tendono ad essere unici, quindi la sicurezza della fornitura è una preoccupazione insieme alle scorte di VM aggiuntive negli impianti di miscelazione.

Per gli oli per motori marini, il passaggio a carburanti a basso contenuto di zolfo, un maggiore utilizzo di qualità distillate e nuovi progetti di motori significano che l’uso di disperdenti efficaci sta acquisendo sempre più importanza. Ciò deve essere bilanciato con la continua necessità di detergenza durante la formulazione di nuovi prodotti.

Per gli ATF, anche in questo caso il risparmio di carburante è un fattore chiave insieme a una maggiore compatibilità elettrica e hardware nelle trasmissioni elettriche. La viscosità sta diventando molto bassa, limitando la necessità e il possibile utilizzo del VM nelle trasmissioni elettroniche.  Tuttavia, i PMA disperdenti possono ancora svolgere un ruolo nel garantire una migliore protezione dall’ossidazione, potenzialmente a scapito di una maggiore conduttività elettrica. Le proprietà di attrito possono essere necessarie anche se la trasmissione elettronica dispone di frizioni o sincronizzatori.  

OLIO PER AVIAZIONE VICTORY® 100AW

OLIO MOTORE MONOGRADO DISPERDENTE SENZA ceneri CON ADDITIVO ANTIUSURA PER MOTORI A PISTONI DI AEREI

Phillips 66® Victory Aviation Oil 100AW è un olio motore monogrado disperdente senza ceneri premiscelato con la concentrazione adeguata di additivo antiusura/antiusura (LW-16702) richiesto dai bollettini di servizio Lycoming 446E e 471B e dalle istruzioni di servizio 1409C. È consigliato per l'uso nei motori aeronautici a pistoni contrapposti e radiali in cui l'usura delle alzacamme rappresenta un problema.

Esistono due tipi base di oli per l'aviazione approvati dalla FAA utilizzati nei motori a pistoni degli aerei dell'aviazione generale.

1. Minerale puro

2. Disperdente senza ceneri (AD)

Molti motori Lycoming utilizzano olio minerale puro per scopi di “rodaggio” con un motore nuovo, ricostruito o revisionato. Gli operatori dovrebbero quindi passare all'olio AD una volta completato il "rodaggio". In quei motori che utilizzano olio minerale puro oltre il normale periodo di rodaggio (da 25 a 50 ore), un successivo passaggio all'olio AD deve essere effettuato con cautela poiché i depositi di morchia allentati potrebbero ostruire i passaggi dell'olio. I filtri dell'olio devono essere controllati dopo ogni volo finché non compaiono più grumi di morchia.

I motori Lycoming che devono essere rodati con olio AD includono tutti i modelli turbocompressi, l'O-320-H e l'O/LO-360-E.

Poiché i moderni oli disperdenti senza ceneri approvati dalla FAA includono già additivi che li rendono superiori all'olio minerale puro, l'uso di additivi aggiuntivi per olio nei motori Lycoming è stato molto limitato. L'unico additivo approvato da Lycoming è il codice prodotto Lycoming LW-16702, un additivo per olio anti-abrasione e antiusura. La politica che regola l'uso di questo additivo per olio è illustrata nelle ultime revisioni dei Bollettini di servizio 446 e 471 e nelle Istruzioni di servizio 1409. Queste pubblicazioni approvano l'uso di LW-16702 per tutti i motori alternativi Lycoming ad eccezione di quelli che utilizzano una frizione di tipo a frizione e un comune sistema di olio motore per la trasmissione e il gruppo frizione. L'uso di LW-16702 è richiesto in alcuni modelli di motore. Questi modelli sono 0-320-H, O-360-E, LO-360-E, TO-360-E, LTO-360-E, TIO e TIGO-541.

Un olio motore pulito è essenziale per una lunga durata del motore e il filtro dell'olio a flusso totale rappresenta un ulteriore miglioramento rispetto ai metodi di filtraggio precedenti. In generale, l'esperienza di servizio ha dimostrato che l'uso di filtri dell'olio esterni può aumentare l'intervallo tra i cambi dell'olio, a condizione che gli elementi filtranti vengano sostituiti ad ogni cambio dell'olio. Tuttavia, il funzionamento in aree polverose, climi freddi e dove si verificano voli poco frequenti con lunghi periodi di inattività richiederà cambi dell'olio proporzionalmente più frequenti nonostante l'uso del filtro dell'olio. L'olio e l'elemento del filtro dell'olio devono essere sostituiti regolarmente ogni 50 ore di funzionamento del motore e il filtro deve essere aperto per esaminare il materiale intrappolato nel filtro per individuare eventuali danni interni al motore. Nei motori nuovi o appena revisionati si potrebbero trovare delle piccole particelle di trucioli metallici, ma queste non sono pericolose. Il metallo trovato dopo i primi due o tre cambi d'olio dovrebbe essere considerato un'indicazione che si sta sviluppando un problema serio e dovrebbe essere intrapresa un'indagine approfondita. Il filtro dell'olio non rimuove dall'olio contaminanti come acqua, acidi o morchie di piombo. Questi contaminanti vengono rimossi cambiando l'olio.

Il filtro dell'olio è ancora più importante per i motori ad alta compressione o potenza elevata. Alcuni produttori di aerei hanno avuto un buon successo con i piccoli motori a quattro cilindri a bassa compressione senza utilizzare un filtro a flusso totale. In generale, questi motori sono anche in grado di raggiungere la durata di revisione prevista purché l'olio venga cambiato costantemente e il funzionamento e la manutenzione vengano eseguiti in conformità con le raccomandazioni del produttore della cellula e del motore.

L'ultima revisione delle Istruzioni di servizio Lycoming 1014 fornisce raccomandazioni sugli oli lubrificanti, sugli intervalli di cambio dell'olio e sul rodaggio del motore. I piloti e i meccanici dovrebbero sapere quale peso, tipo e marca di olio viene utilizzato nel motore sottoposto a manutenzione. Ad ogni cambio olio, queste informazioni specifiche dovrebbero essere registrate nel registro del motore. Tranne che come misura temporanea in caso di emergenza, oli diversi non dovrebbero essere mescolati. La miscelazione indiscriminata e costante degli oli può creare problemi di elevato consumo di olio o ostruzioni degli anelli di controllo dell'olio e dei filtri dell'olio.

Il consumo di olio è una tendenza molto importante da monitorare per la salute del motore. L'operatore e gli addetti alla manutenzione dovrebbero conoscere la storia generale del consumo di olio durante la vita del motore. È tipico di un motore durante l'inserimento delle nuove fasce elastiche che il consumo di olio possa essere irregolare o elevato; ma una volta posizionati gli anelli, generalmente entro le prime 25-50 ore, il consumo di olio dovrebbe stabilizzarsi al di sotto dei limiti massimi stabiliti dal produttore. Successivamente, durante la vita del motore, se si verifica un notevole aumento del consumo di olio nell'arco di 25 ore, questo potrebbe essere un possibile segnale di pericolo e richiede un'indagine. Gli schermi dell'olio e il filtro devono essere attentamente osservati per individuare eventuali segni di metallo. Il personale di manutenzione dovrebbe effettuare un controllo della compressione dei cilindri, utilizzando apparecchiature a pressione differenziale e anche guardare all'interno dei cilindri con un boroscopio o una luce a collo di cigno per rilevare eventuali condizioni insolite.