Yağ formülasyonlarının düşük sıcaklıklarda iyi performans göstermesini sağlamak ve arızalanmaları engelleyerek kullanım ömrünü uzatmak için PPD seçimi ve kullanımı hayati önem taşıyor. PPD alanında 70 yılı aşkın deneyime sahip olan Evonik, konunun tüm detaylarını bizlerle paylaştı.
Bir yağlayıcının düşük sıcaklık ve düşük shear koşullarında akma kabiliyeti, soğuk iklimlerde motorların ve ekipmanın rahat çalışması için çok önemlidir. Akma noktası düşürücü maddenin doğru seçilmemesi ve doğru oranda kullanılmaması halinde, mineral yağlayıcı formülasyonları düşük sıcaklıklarda kötü performans gösterebilir ve hatta yağ “açlığına” ve ekipman arızasına yol açabilir.
Hemen hemen tüm parafinik mineral yağ baz stokları az miktarda wax içeriğine sahiptir. Yağ sıcaklığı düştükçe, wax
içeren bileşenlerden bazıları minik kristaller olarak çözeltiden çıkar ve solüsyon çıplak gözle bulanıklaşmaya başlar. Bunun meydana geldiği sıcaklığa bulutlanma noktası denir. Wax çökeldiğinde, kristaller plakalar halinde büyür. Sıcaklık
azaldığında da plakalar birlikte büyüyerek üç boyutlu bir ağ oluşturur ve yağ tamamen hareketsiz kalır. Bu katılaşma işlemi bazen jelasyon olarak adlandırılır. Yağın akışkan olduğu en düşük sıcaklık, akma noktası olarak adlandırılır.
PPD’ler nasıl ortaya çıktı?
1930’lardan önce, soğuk akış problemleriyle mücadeleetmek için yapılabilecekler çok sınırlıydı ve sıcaklık en bariz çözüm olarak görülüyordu. Bugün kulağa komik gelebilir ama araçların altında ateş yakılarak bu sorun giderilmeye çalışılıyordu. Bazı durumlarda daha makul bir alternatif olarak yağlayıcıya kerosen ilave etme ve bu sayede yağın akışkan kısmının çözünürlük gücünü arttırma fikri geliştirildi ancak bu uygulama da yağın yüksek sıcaklıktaki viskozitesini azaltıyordu. Bunun yanı sıra rafinaj işleminin çeşitli aşamalarında çıkan asfaltenik reçineler veya mikrokristalin waxlar gibi doğal maddelerin eklenmesi de farklı bir seçenek olarak uygulanıyordu. Bu tür maddelerin kullanımı bazı durumlarda etkili bir çözüm olsa da, genel olarak uygulanabilir değildi.
Bu tür maddeler yağın akma noktasını düşürdüğü için akma noktası düşürücü (PPD) olarak anılmaya başladı. Doğal yollarla elde edilen akma noktası düşürücüler, aynı etki düzeyine sahip veya daha iyi sentetik materyallerin de geliştirilebileceği fikrini akıllara getirdi. Doğal hidrokarbon akma noktası düşürücülerin yapıları, wax içeren tüm materyaller, ilk sentetik çalışmalar için yol gösterici oldu. 1931’de, alkil grupların lineer parafinik yapıya sahip olduğu alkil naftalinler geliştirildi. Bu gelişme, diğer mumlu materyallerin incelenmesini teşvik etti ve 1937’de Rohm ve Haas wax içeren alkil grup yapısına dayanan ilk polimerik akma noktası düşürücü olarak poli alkil metakrilatların (PAMA) patentini aldı.
Yıllar boyunca çok çeşitli sentetik malzemeler geliştirildi ve akma noktası düşürücü olarak piyasaya sürüldü. Bunlar arasında küçük molekül kimyasının en önemli örneği olarak klorlu wax gösterilebilir. Ancak ticari olarak en sık tercih edilen ürünler; polimetakrilatlar, poliakrilatlar, akrilat-stiren kopolimerler, esterleştirilmiş olefin veya stiren maleik anhidrid kopolimerleri, alkillenmiş polistiren ve vinil asetat gibi orta ila yüksek molekül ağırlıklı polimerlerdir.
PPD’lerin kimyasal yapısı
75 yıl sonra bile, polimerik akma noktası düşürücülerin ilki olan poli alkil metakrilatlar, alternatiflerinin çok ötesinde dünya pazar payıyla günümüzde en iyi ürün olarak görülüyor. Bu yaygın tercihin başlıca nedeni, polimerlerin moleküler yapısı ve kimyasal yapısının muazzam esnekliğidir. Bir PAMA akış noktası düşürücünün temel yapısı şöyledir:
Akma noktası düşürme aktivitesinde polimer molekül ağırlığının etkisi azdır ve PPD’lerin polimerizasyon derecesi (x + y) yaklaşık 200 ila 2000 arasında değişir. Çoğu karıştırıcı, tüm yağlama uygulamalarında aynı ürünü kullanmayı tercih ettiği için, ürün gamının büyük bir kısmında moleküler ağırlık bu aralığın alt ucuna daha yakındır.
Doğru PPD seçimi ve kullanım miktarı
Yeni akma noktası düşürücüler geliştirilirken veya mevcut ürünler kullanılırken, bu katkıların wax içeren maddeler olduğunu unutulmamalıdır. Bu yapı sebebiyle, madeni yağa akma noktası düşürücü ekleme işlemi sırasında sisteme wax da eklenmiş olur. Dolayısıyla, optimum sonuca ulaşmak için kullanılacak dozaj dikkatle seçilmelidir ve düşük sıcaklıkta aksi yönde bir etkiyi önlemek için PPD’lerin aşırı kullanımından kaçınılmalıdır.
Tipik bir konsantrasyon tepki eğrisi olarak grafikte sunulan şekil, kullanılan PPD miktarının ASTM D97 Akma Noktası Testine etkisini gösteriyor ancak tepki eğrisinin şekli genel durumu da ortaya koyuyor. Doğru seçilmiş bir akma noktası
düşürücü, düşük konsantrasyonlarda bile düşük sıcaklık performansının önemli ölçüde iyileşmesini sağlayabilir. Konsantrasyon artışının performansa etkisi ise bir hayli düşüktür. Wax içeriğinden kaynaklanan sorunlar tamamen kontrol altına alındığında, fazladan akma noktası düşürücü eklenmesi ekstra fayda sağlamaz ve performans eğrisi düz bir seyir gösterir.Akma noktası düşürücü konsantrasyonunun çok fazla olması ise sisteme daha fazla wax eklenmesi anlamına da geldiği için, sonuçta performans eğrisinin tersine dönmesine neden olur. Hatta aşırı miktarda akma noktası düşürücü eklenmiş yağ, hiç PPD eklenmemiş yağdan daha düşük sıcaklık özelliklerine sahip olabilir.
Grafikte gösterildiği gibi, akma noktası düşürücünün aşırı kullanımı sebebiyle performans eğrisi tersine dönmektedir. Bu duruma akma noktası reversiyonu adı verilir. Söz konusu durum daha farklı şekillerde de gerçekleşebilir. Örneğin wax ile ilgili pek çok olay zamana ve termal koşullara bağlı olarak farklı fonksiyonlar gösterebilir. Dolayısıyla, bazen düşük sıcaklıkta kabul edilebilir bir performans elde edilirken; bu özelliğin depolama sırasında kaybolduğu da gözlemlenebilir. Wax çözeltisi aşırı soğutulmuş bir sıvı gibi davranır; bu sıvı içerisinde wax kristalleşmesi uzun bir süre boyunca devam eder ve sonunda sıvı sistemini jel formuna dönüştürür.
PPD seçimi ve kullanım miktarını etkileyen faktörler:
- Baz stoğu
- Diğer mumsu bileşenler
- Deterjan ve friksiyon düzenleyiciler
- Viskozite düzenleyiciler
- Farklı spesifikasyonlar için gereken test yöntemleri
- Düşük sıcaklık performansı reversiyonu
- Kullanılmış-eskimiş yağ pompalanabilirlik gereksinimleri
PPD seçim rehberi
Akma noktası düşürücü maddelerin en iyi şekilde izlenebildiği maddeler tam formüle edilmiş ancak akma noktası düşürücü içermeyen yağlayıcılardır. Bir yağlayıcı için baz yağ normalde iki veya daha fazla baz stoğunun birleşimidir. Bir baz stok bileşeni için bir seviye WIF ile bir akma noktası düşürücü kullanılması uygundur, diğer baz stok için ise farklı bir WIF seviyesi tercih edilir. Heavy stock veya bright stok gibi üçüncü bir bileşen kullanıldığında ise daha karmaşık bir işlem gerekebilir.
Akma noktası düşürücü seçiminde kritik faktörlerden biri de diğer katkı bileşenlerinin rolüdür. Wax benzeri, hidrokarbon yapısı içeren herhangi bir katkı düşük sıcaklık performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir çünkü düşük sıcaklıkta yağlayıcıda oluşan mumsu yapıların yalnızca baz yağdan türetilmesi şart değildir. Bunun gibi “wax benzeri” diğer katkı maddeleri wax yapısının oluşumuna katkıda bulunabilir.
Akma noktası düşürücü sadece tek bir teste dayanarak seçilemez. Bu nedenle, bir yağlayıcı maddenin düşük sıcaklık ile ilgili tüm gereksinimlerini göz önüne almak çok önemlidir. Bir düşük sıcaklık testinden geçen madde, başka bir testte başarılı
olmayabilir.
Belirli bir uygulama için testler arasındaki dengeyi sağlamanın yanı sıra, bir ürün grubunun viskozite dereceleri ile ürün gereksinimlerinin de dikkate alınması gerekir. Her ürün için optimum bir akma noktası düşürücü tanımlamak mümkü olsa da, bu pratikte pek kolay değildir. Bir blending tesisindeki tüm ürünler için tek bir “evrensel” akma noktası düşürücü maddenin kullanılabilmesi çoğu durumda mümkün olmamaktadır. Bununla birlikte, bir akma noktası düşürücü bir tesisteki
bazı ürünlerde dozaj ayarlaması yapılarak tüm ihtiyaçları karşılayabilir. Ancak bu seçenek, ürün gamının bir kısmı için ikinci
bir akma noktası düşürücünün temin edilmesini gerektirmesi sebebiyle, ekstra lojistik gereksinimleri de beraberinde getirir.
Geçtiğimiz on yıl içinde büyük önem kazanan bir başka PPD gündemi de, motor yağlarının oksidasyondan sonraki düşük sıcaklık performansıdır. Dolayısıyla, PPD taze yağda wax kristalleşmesini yeterli ölçüde kontrol altına almakla kalmamalı, aynı zamanda kullanılmış yağda da düşük sıcaklık özelliklerini doğru bir şekilde kontrol etmelidir. Oksitlenmiş yağ, soğuk sıcaklıklarda yapılaşabilen kutup molekülleri içerdiğinden, PPD hem wax türlerinin kristalleşmesi hem de kutup moleküllerinin aglomerasyonu sorunlarını çözebilmelidir.
Dr. Christoph Wincierz
Küresel OEM İlişkileri Müdürü ve Teknik Müdür, Evonik Yağ Katkıları
Yağların düşük sıcaklıkta akışkanlık özelliği açısından sadece Akma Noktasına önem veren bir kişi, soğutma koşullarının yağda bulunan wax içeriğinin kristalleşmesi üzerindeki etkisini ve özellikle de soğutma hızını göz ardı ediyor demektir. Akma Noktası hızlı bir soğuma gösterirken, gerçekte hava sıcaklığındaki değişim genellikle yavaş gerçekleşir. Çalışmayan motorlar ve bozulan aktarma sistemleri, sektörü yalnızca Akma Noktasına değil, yavaş soğutma prosedürüne sahip testlere de odaklanmaya itiyor. Bu bağlamda, motor yağları için MRV-TP1 ve aktarma sıvıları için de Brookfield büyük önem taşıyor. Formülasyonlarınızda doğru PPD’yi seçmeniz için ekibimiz sahip olduğu deneyim ve ileri laboratuvar çalışmalarıyla sizlere destek vermeye hazır.
Sümbül Engin
Yağ Katkıları Satış ve Pazarlama Uzmanı , ADCO
Baz yağlar tek başına bir yağlama yağından beklenen görevi yapmadığından, yağın özelliklerini kazandırmak, geliştirmek ve istenmeyen özellikleri gidermek için katkı maddeleri kullanılmaktadır. En önemli katkılardan biri ise Akma Noktası Düşürücü katkılardır. Bu katkılar yüksek molekül ağırlıklı metakrilat polimer ve wax yapılı bileşenler içeren maddelerden oluşmaktadır. Düşük sıcaklıklarda yağın akmasına devam etmesini, bu sayede yağın çok soğuk koşullarda kullanılabilmesini sağlar ve yağdaki wax kristalizasyonunu engelleyerek akma noktasını düşürür. Bu katkı maddesinin doğru performans sergilemesi için kullanırken dikkat edilmesi gereken iki husus vardır. Bunlardan ilki (baz yağ ve kullanılan diğer katkılar göz önünde bulundurularak) doğru ürünü seçmek, ikincisi ise kullanım miktarını doğru belirlemektir. Bu madde doğru kullanılmadığında ters reaksiyona yol açabilir. ADCO Petrol Katkıları en iyi sonuca ulaşmanız için size temsilcisi olduğu Evonik’in Viscoplex serisini öneriyor.
