Defoamanti, Dispersanti e Detergenti nei Lubrificanti: Una Guida Completa

Gli additivi possono migliorare, sopprimere o aggiungere nuove proprietà agli oli. Antischiuma, disperdenti e detergenti non fanno eccezione. Questo trio di additivi può essere trovato nella maggior parte dei lubrificanti finiti, anche se in rapporti variabili.

Discutiamo le principali differenze tra questi tre, perché ciascuno è così importante e i modi per confermare la loro presenza.

Qual è la differenza?

Sebbene siano tutti additivi (che iniziano con la lettera D), le loro funzioni sono nettamente diverse. Lavorano tutti per proteggere l'olio da vari tipi di contaminanti.

Gli antischiuma, ad esempio, riducono le bolle d'aria nell'olio. Allo stesso tempo, i detergenti mantengono pulite le superfici metalliche e i disperdenti incapsulano i contaminanti in modo che rimangano sospesi nel lubrificante.1 Ciò è illustrato nella Figura 1.

Dal nostro ultimo articolo in poi additivi lubrificanti – Una guida completa, ecco alcune descrizioni dettagliate di come funziona ciascuno di questi additivi.

Antischiuma

Quando nel lubrificante si forma della schiuma, minuscole bolle d'aria rimangono intrappolate sulla superficie o all'interno (la cosiddetta schiuma interna). Gli antischiuma agiscono adsorbendo sulla bolla di schiuma e influenzando la tensione superficiale della bolla. Ciò provoca la coalescenza e rompe la bolla sulla superficie del lubrificante1.

Per la schiuma che si forma in superficie, detta schiuma superficiale, vengono utilizzati antischiuma con tensione superficiale inferiore. Solitamente non sono solubili nell'olio base e devono essere finemente dispersi per essere sufficientemente stabili anche dopo uno stoccaggio o un utilizzo a lungo termine.

La schiuma interna, costituita da bolle d'aria finemente disperse nel lubrificante, può invece formare dispersioni stabili. I comuni antischiuma sono progettati per controllare la schiuma superficiale ma stabilizzare la schiuma interna2.

Disperdenti

D'altro canto, anche i disperdenti sono polari e mantengono i contaminanti e i componenti insolubili dell'olio in sospensione nel lubrificante. Riducono al minimo l’agglomerazione delle particelle, che a sua volta mantiene la viscosità dell’olio (rispetto alla coalescenza delle particelle, che porta all’ispessimento). A differenza dei detergenti, i disperdenti sono considerati senza ceneri. In genere funzionano a basse temperature di esercizio.

Detergenti

Detergenti are polar molecules that remove substances from the metal surface, similar to a cleaning action. However, some detergents also provide antioxidant properties. The nature of a detergent is essential, as metal-containing detergents produce ash (typically calcium, lithium, potassium, and sodium)1.

Sono necessari gli antischiuma?

Antischiuma, also called antifoam additives, are found in many oils. Most oils need to keep foam levels to a minimum, and it is very easy for foam to form in lube systems due to their design and flow throughout the equipment.

Quando la schiuma penetra nell'olio, può comprometterne la capacità di fornire un'adeguata lubrificazione superficiale. Ciò può causare usura a livello della superficie, danneggiando l'apparecchiatura.

Molti oli richiedono antischiuma per svolgere varie funzioni e in rapporti diversi a seconda della loro applicazione. Nei fluidi per trasmissioni automatiche (ATF), gli antischiuma sono generalmente necessari in concentrazioni di 50-400 ppm per prevenire un'eccessiva formazione di schiuma e l'intrappolamento di aria3. Per i fluidi per trasmissioni manuali e i lubrificanti per assali, invece, gli antischiuma sono necessari in concentrazioni leggermente inferiori, comprese tra 50 e 300 ppm.

Tuttavia, gli OEM devono verificare queste concentrazioni. Se la concentrazione di antischiuma è troppo elevata, ciò può effettivamente aumentare la formazione di schiuma. Inoltre, gli antischiuma devono essere adeguatamente bilanciati con gli altri pacchetti di additivi per garantire che non contrastino negativamente un altro additivo.

Esistono due tipi principali di antischiuma: antischiuma siliconici e antischiuma senza silicone. Gli antischiuma siliconici sono considerati gli antischiuma più efficaci, soprattutto a basse concentrazioni intorno all'1%. Questi antischiuma sono generalmente pre-sciolti in solventi aromatici per fornire una dispersione stabile.

Tuttavia, ci sono due svantaggi significativi associati agli antischiuma siliconici. A causa della loro insolubilità, possono facilmente uscire dall'olio e hanno una potente affinità con le superfici metalliche polari.

D’altro canto, gli antischiuma senza silicone rappresentano un’altra alternativa, soprattutto per le applicazioni che richiedono lubrificanti privi di silicone. Tali applicazioni includono fluidi idraulici e per la lavorazione dei metalli, che vengono utilizzati accanto a quelli privi di silicone, e anche quelli coinvolti nell'applicazione di vernici o lacche su questi pezzi.

Alcuni antischiuma privi di silicone includono poli(etilenglicole) (PEG), polieteri, polimetacrilati e copolimeri organici. Anche il tributilfosfato è un'altra opzione per gli antischiuma4.

Perché i disperdenti sono importanti?

Molto spesso detersivi e disperdenti vengono raggruppati insieme principalmente perché le loro funzioni possono completarsi a vicenda. Come notato sopra, la differenza significativa è che i disperdenti sono privi di ceneri, mentre i detergenti sono composti che contengono più metalli.

Tuttavia, alcuni disperdenti senza ceneri offrono anche proprietà “pulenti”, quindi i due non si escludono a vicenda.

Una grande coda di idrocarburo oleofilo e un gruppo di testa idrofilo polare possono classificare detergenti e disperdenti. Tipicamente, la coda si solubilizza nel fluido base mentre la testa è attratta dai contaminanti presenti nel lubrificante.

Le molecole disperdenti avvolgono i contaminanti solidi per formare micelle e le code non polari impediscono l'adesione di queste particelle sulle superfici metalliche in modo che si agglomerino in particelle più grandi e appaiano sospese.

I disperdenti senza ceneri sono, per definizione, quelli che non contengono metalli e sono tipicamente derivati da polimeri idrocarburici, tra cui i più popolari sono i polibuteni (PIB).

Ad esempio, i disperdenti sono generalmente richiesti in concentrazioni del 2-6% negli ATF e vengono utilizzati per mantenere la pulizia, disperdere i fanghi e ridurre l'attrito e l'usura3. Questi valori nei fluidi per trasmissioni manuali e nei lubrificanti per assali variano dall'1 al 4%.

I detersivi puliscono davvero?

Tradizionalmente, ai detersivi veniva dato questo nome perché si presumeva che conferissero proprietà detergenti all'olio, simili ai detersivi per il bucato. Tuttavia, questi composti contenenti metalli forniscono anche una riserva alcalina utilizzata per neutralizzare i sottoprodotti della combustione acida e dell'ossidazione.

A causa della loro natura, questi composti disperdono il particolato, come l'usura abrasiva e le particelle di fuliggine, anziché rimuoverle (in un'azione di pulizia). Esistono quattro tipi principali di detergenti: fenati, salicilati, tiofosfato e solfonati4.

Fenati di calcio sono il tipo più comune di fenato. Si formano sintetizzando fenoli alchilati con zolfo elementare o cloruro di zolfo, seguita da neutralizzazione con ossidi o idrossidi metallici. Questi fenati di calcio hanno buone proprietà disperdenti e possiedono un maggiore potenziale di neutralizzazione degli acidi.

Salicilati hanno ulteriori proprietà antiossidanti e un'efficacia comprovata nelle formulazioni di oli per motori diesel. Vengono preparati attraverso la carbossilazione di fenoli alchilati con successiva metatesi in sali metallici bivalenti. Questi prodotti vengono poi contenenti un eccesso di carbonato metallico per formare detergenti altamente basici.

Tiofosfonati sono usati raramente oggi poiché sono un prodotto troppo basato.

Solfonati generalmente hanno eccellenti proprietà anticorrosive. I solfonati neutri (o sovrabase) hanno un ottimo potenziale detergente e neutralizzante. Questi solfonati neutri sono tipicamente formati con ossidi o idrossidi metallici dispersi colloidalmente.

I solfonati di calcio sono relativamente economici e hanno buone prestazioni. D'altra parte, i solfonati di magnesio presentano eccellenti proprietà anticorrosive ma possono formare depositi di ceneri dure dopo la degradazione termica, portando alla lucidatura dei fori nei motori. I solfonati di bario non vengono utilizzati a causa delle loro proprietà tossiche.

Detergenti in ATFs are used in concentrations of 0.1-1.0% for cleanliness, friction, corrosion inhibition, and reduction of wear3. However, these values are a bit higher in manual transmission fluids, at 0.0 – 3.0%. On the other hand, no detergents are required for axle lubricants!

Cosa succede quando questi additivi vengono esauriti?

Per i tre additivi di cui abbiamo parlato prima, ognuno di essi è sacrificale in un modo o nell'altro. 

Antischiuma get used up when they are called upon to reduce the foam in the oil. On the other hand, detergents and dispersants use their characteristics to suspend contaminants in the oil.

In tutti questi scenari, si può considerare che ciascuno di questi additivi si esaurisce nel tempo. Mentre svolgono le loro funzioni, subiranno reazioni che riducono la loro capacità di svolgerle più di una volta.

Pertanto, si può concludere che questi additivi si esauriscono nel tempo anche se potrebbero non aver lasciato fisicamente l’olio ma ora esistono in una forma diversa.

La proprietà di rilascio dell'aria dell'olio è influenzata dalla perdita di agenti antischiuma. Questo valore vedrà un aumento significativo, indicando che è necessario più tempo affinché l'aria venga rilasciata dall'olio. Pertanto, l'aria rimane nell'olio allo stato libero, disciolto, trascinato o schiumoso.

Di conseguenza, ciò influisce sulla capacità dell'olio di lubrificare correttamente i componenti e può persino provocare microdiesel e aumento della temperatura dell'olio nella coppa.

D’altro canto, man mano che si riducono i detergenti e i disperdenti, diminuisce anche la capacità dell’olio di trattenere i contaminanti.

Pertanto, si inizierà a notare che possono iniziare a formarsi depositi all’interno delle apparecchiature, causando l’incollaggio delle valvole (soprattutto nei sistemi idraulici) o un aumento generale della temperatura del sistema poiché questi depositi possono intrappolare il calore.

Con l'introduzione di una temperatura più elevata, l'olio può iniziare ad ossidarsi, causando la formazione di ulteriori depositi e possibilmente anche di vernice.

In sostanza, questi additivi sono essenziali per la salute dell'olio nel tuo sistema. I detergenti e i disperdenti possono aiutare a mantenere il sistema pulito (privo di contaminanti come la fuliggine).

Gli antischiuma possono anche ridurre il rischio di usura, l'aumento della temperatura del sistema di lubrificazione, la possibilità di formazione di vernice o la possibilità di soccombere al microdiesel.

Bruno Defelippe del Paraguay è confuso riguardo agli oli minerali.

"Non tutti gli oli motore sono 'oli minerali'?" chiede. “Qual è la differenza con gli ‘oli non minerali’, se esistono?”

Come tante cose nell'aviazione - e nella vita - la risposta è "beh, in un certo senso, in un certo senso, sì". Tutti gli oli motore sono oli minerali.

Il problema qui è che ogni settore, regione del paese e professione ha la propria lingua e terminologia.

Molti anni fa ho tenuto un discorso a un gruppo che comprendeva diversi medici. Dopo il discorso, uno di loro ha commentato che aveva un nuovo motore nel suo aereo e non sapeva che avrebbe potuto andare alla farmacia dell'ospedale e prendere lì dell'olio minerale per il suo motore.

Dopo essermi sistemato un po', ho spiegato che l'olio minerale nell'aviazione generale si riferisce a un prodotto che soddisfa la specifica Mil-L-6082E/SAE 1966 per gli oli per aviazione.

Solitamente utilizzato per il processo di rodaggio di alcuni motori a pistoni aeronautici, si tratta fondamentalmente di basi minerali quasi prive di additivi (ad eccezione di una piccola quantità di antiossidanti e depressori del punto di scorrimento). 

La teoria alla base dell'uso dell'olio minerale per il rodaggio di motori nuovi o revisionati è che senza additivi disperdenti senza ceneri per la pulizia, una maggior parte delle particelle metalliche soggette a usura delle nuove parti rimangono nell'area della cinghia ad anello e agiscono come composti di lappatura per l'usura nei nuovi cilindri e set di anelli.  

L'altra classificazione per gli oli per motori a pistoni dell'aviazione è la specifica Mil-L-22851D/SAE 1899 per gli oli normalmente indicati come AD o olio disperdente senza ceneri. Questi prodotti sono generalmente solo prodotti a base di olio minerale con l'aggiunta di un disperdente senza ceneri per una migliore pulizia.

L'eccezione qui sono gli oli multigrado semi o parzialmente sintetici che vengono miscelati con alcuni oli base non minerali.

Molte persone chiamano erroneamente gli oli AD oli detergenti e questo tipo di lavoro funziona nella comunità aeronautica dove esistono solo due specifiche per gli oli certificati per motori a pistoni degli aerei.

Ma non è corretto quando si tratta di altre classificazioni di oli. Nel mondo dei lubrificanti, un olio detergente è quello che contiene un detergente a base di ceneri o metallici invece di un disperdente senza ceneri. La differenza sembra piccola, ma c'è una differenza significativa nel motore.

In un motore aeronautico, un olio detergente tipo cenere accumulerà depositi nel motore, che probabilmente porteranno alla preaccensione e probabilmente distruggeranno il motore.  

Quale olio dovrei usare per rodare il motore del mio aereo?

Quindi quale olio dovresti usare per rodare un nuovo motore? La risposta varia a seconda dell'azienda che ha prodotto o ricostruito il tuo motore e dei consigli di tale azienda.

Ad esempio, Continental consiglia per il rodaggio di utilizzare in tutti i suoi motori un olio minerale che soddisfi le specifiche Mil-L-6082/SAE 1966. Ma Lycoming consiglia di utilizzare un olio AD conforme alle specifiche Mil-L-22851/SAE 1899 per il rodaggio dei motori turbocompressi e olio minerale per il rodaggio della maggior parte dei motori a pistoni non turbo. Ci sono anche alcune raccomandazioni diverse per alcuni modelli, come la serie di motori O-320H di Lycoming. 

Inoltre, diverse officine di ricostruzione di motori e officine di ricostruzione di cilindri hanno i propri consigli.

Allora, qual è la conclusione delle raccomandazioni sul petrolio?

Consulta sempre le persone che hanno costruito il tuo motore in base ai loro consigli per il rodaggio e poi segui attentamente tali consigli. 

Chiedere inoltre consigli su quale olio utilizzare dopo il rodaggio e sugli intervalli di cambio olio consigliati. 

Solo – e intendo solo – utilizzare oli che soddisfino le specifiche Mil/SAE consigliate.

Ultimo consiglio: monitora e regola sempre la temperatura dell'olio per portarla fino a circa 180 ° F circa durante la crociera. Quando l'olio passa attraverso il motore, diventerà fino a 50° più caldo di quanto indicato. Se la temperatura è ben al di sotto dei 180° non farai bollire l'acqua e se è ben al di sopra dei 180° puoi causare la coking dell'olio.  

Questa specifica MIL-L-22851 stabilisce i requisiti per gli oli lubrificanti contenenti additivi disperdenti senza ceneri da utilizzare nei motori aeronautici a pistoni alternativi a ciclo a quattro tempi. Questa specificazione viene annullata. Sostituito da SAE-J1899.

Specifiche Mil