Naftenik baz yağlar gres üretiminde çoğu zaman parafinik yağlara kıyasla büyük avantajlara sahiptir. Bu bilgi, dünyanın birçok yerinde genel olarak kabul görüyor. Bu avantajların temelinde ise naftenik yağların sunduğu elverişli çözünürlük özellikleri yatıyor.
Hans Bäckström, çözünürlük özelliklerini ölçmenin farklı yöntemleri üzerine bir değerlendirmede bulundu ve bu özelliklerin gres üretimi sırasında sabun tüketimiyle bağlantısını açıklayarak önemli bir ekonomik görüş paylaştı. Test sonuçları, anilin noktası, VGC ve çözünürlük parametreleri gibi farklı çözünürlük kavramlarının her zaman birbiriyle ilişkili olmadığını ortaya koyuyor. Tek bir yöntem, tüm uygulamalar için gereken tüm bilgileri sağlamak için yeterli olmayabiliyor.
1980’lere kadar çoğu gres üreticisi, düşük rafinasyon derecesine ve yüksek aromatik içeriğe sahip yağlar kullanıyordu. Artan çevre bilinciyle birlikte, üreticilerin birçoğu yüksek aromatik yağları bırakarak bunların yerine daha yüksek derecede rafine edilmiş, solvent ile ekstrakte edilmiş parafin ve naftalin bazlı yağları kullanmayı seçti. Bunun için formülasyonların değiştirilmesi gerekiyordu ve kullanılan sabun miktarı artırıldı. 1980’lerin ikinci yarısında Nynas Naphthenics ve diğer şirketler, yüksek oranda rafine edilmiş ve dolayısıyla poliaromatik bileşik içeriği (PAC) düşük naftenik yağlar üretmeye başladı. Benzer şekilde, parafinik yağlardaki aromatik içerik de baskılandı, bu da çözünürlük özelliklerinin daha da bozulmasına neden oldu.
Çözünürlüğe odaklanılmalı
Dünyanın birçok yerinde, düşük PAC içeriğine sahip yüksek kaliteli naftenik baz yağlar zor bulunabiliyor. Bu nedenle, çoğu üretici parafinik yağları kullanmaya devam ediyor. Ancak Avrupa’da, düşük PAC içeriğine sahip naftenik yağlar, gres üretimi için standart haline geldi.
Hangi yağın kullanılacağını seçerken göz önünde bulundurulması gereken temel özellik çözünürlüktür. Bir gresin içeriğindeki metal sabun, güçlü polar özelliklere sahip bir bileşiktir. Bir yağın sabunu çözme kapasitesi, yağdaki moleküllerin sahip olduğu polarite derecesine bağlıdır. Aromatik moleküller polaritesi en yüksek moleküller iken, onları naftenik moleküller takip eder. Parafinik moleküllerin polarite derecesi ise en düşüktür.
Çözünürlüğü belirlemek için kullanılan en yaygın iki yöntem, anilin noktası ve viskozite-yerçekimi sabiti (VGC) değerleridir.
Anilin noktası, eşit miktarda yağ ve anilin eklenerek hazırlanan karışımın, sıcaklık artırılırken kuvvetlice karıştırılması yöntemiyle belirlenir. Anilin noktası, her iki sıvının da tamamen karışmasının mümkün olduğu sıcaklıktır.
VGC, viskozite ve yoğunluk değerlerinden hesaplanır. Bu özelliklerin her ikisi de, yağın bileşimine bağlı olduklarından, çözünürlükle ilişkilendirilir. Yağlar aromatik, naftenik ve parafinik moleküllerin bir karışımını içerir. Bu üç molekül grubu, aynı moleküler ağırlıkta farklı yoğunluklara sahiptir. Aromatik moleküller, naftenik moleküllerden ve dolayısıyla parafinik moleküllerden daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir. Naftenik moleküller parafinik moleküllerden, aromatik moleküller de naftenik moleküllerden daha yüksek çözünürlüğe sahiptir. Söz konusu değerin moleküllerin ne kadar büyük olduğuyla bağlantılı olarak verilmesi halinde, yoğunluk bize çözünürlük hakkında bilgi sağlar. Viskoziteye bakarak bunun bir ölçüsü elde edilebilir. Anilin noktası ve viskozite değerleri, VGC değerini veren bir formülde kullanılır.
Nynas Naphthenics yeni prosedürler geliştiriyor
Nynas Naphthenics Ar-Ge departmanında, yağın özellikleri ile gres üreticilerinin işlev ve maliyet ile ilgili ihtiyaçlarını karşılama kapasitesi arasındaki ilişkiyi değerlendirmek için kullanışlı araçlar ve prosedürler geliştirmeye başladık. Yeni analiz yöntemleri yaratmak yerine, zaten aşina olduğumuz yöntemleri başlangıç noktamız olarak belirledik. Yağın çözünürlüğünü basit bir şekilde ölçmeye ve ardından bu ölçümün yağın gres üretiminin sonuçları üzerindeki etkisiyle ilişkili olup olmadığını belirlemeye odaklandık.
Çözünürlüğün bir ölçüsü, çözünürlük parametreleridir. Hildebrand’ın (ısı ve buhar oluşumunun hacminden hesaplanan) tek boyutlu çözünürlük parametrelerini kullanıyoruz çünkü Hansen’in sunduğu diğer boyutların (hidrojen bağlama ve polar kuvvetler) konu yağ olduğunda pek anlamlı olmadığı biliniyor.
Çözünürlük parametreleri, kimyasal bileşiklerin her biri için bunları belirlemek kolay olacak şekilde tanımlanır. Bir yağın çözünürlük parametrelerini belirlemek için kullanılabilecek yaklaşımlardan biri, yağın çözünürlüğünü, çözünürlük parametreleri bilinen çeşitli maddelerle karşılaştırarak izlenecek dolaylı yöntemdir.
Skualen, heksadekan, propil benzen ve toluen içinde çinko stearat için bir “Kritik Çözelti Sıcaklığı” (CST) vererek çinko stearatın farklı çözücülerde çözündüğü sıcaklığı test ettik (Tablo 1). Bu yönteme dair açıklamalar daha önce yayınlanmıştı. Ortaya çıkan eğriye (Şekil 1) farklı yağların CST değerlerini ekleyebilir ve böylece çözünürlük parametresine bir değer daha katabiliriz. Sabun çinko stearatını seçerken, özellikle gres üreticileriyle ilgili olarak elde edilen değerler için ön koşulları artırdık. Lityum stearat seçmiş olsaydık bir bakıma daha iyi olabilirdi, ancak o zaman çözünürlük sıcaklıkları o kadar yüksek olurdu ki, yöntem daha az kullanışlı olurdu.
Bunun ardından, biri eski tip düşük rafinasyon derecesine sahip naftenik yağ (LRN), dördü Nynas’ın naftenik yağları ve biri parafinik yağ (500 SUS) olan altı yağı test ettik (Tablo 2).
LRN, aromatik içeriği yüksek bir yağdır. Görüleceği üzere, naftenik yağların aromatik içeriği, tabloda aşağıya inildikçe düşüyor. S100B, FDA’nın teknik beyaz yağlara ilişkin gereksinimleri karşılıyor. Burada dikkat edilmesi gereken ilginç husus ise, teknik beyaz yağın bile parafinik yağdan bariz bir şekilde daha yüksek bir çözünürlük parametresine sahip olmasıdır. Yağın çözünürlük parametresi değeri ile sabun tüketimi arasında bir bağlantı olup olmadığını test etmek için İsveçli gres üreticisi AB Axel Christiernsson ile iş birliği yapılarak üç gres hazırlandı (Tablo 3).
Sonuç, sabun tüketiminin yağın çözünürlüğüne bağlı olduğunu açıkça gösteriyor. Veriler, çözünürlük parametresindeki küçük bir nominal farkın bile sabun tüketiminde büyük bir fark yarattığını ortaya koyuyor. Bununla birlikte, aynı anilin noktasına sahip iki yağ, farklı çözünürlük parametrelerine ve VGC’ye sahip olabiliyor. T110 ve farklı ham bazlı benzer bir naftenik yağ buna örnek olarak gösterilebilir. Üretim yöntemi ve rafinasyon derecesi aynıdır.
Yaklaşık olarak eşit değerdeki anilin noktalarında, T110 için VGC değeri daha düşük iken (daha düşük çözünürlük), çözünürlük parametresi daha yüksektir (daha yüksek çözünürlük). Bu nedenle, bu iki yağın çinko stearat (ve belki lityum stearat) içindeki çözünürlüğü kesin surette VGC veya anilin noktası ile ilişkili değildir. Sonuç olarak, diğer tüm hususları hariç tutarken çözünürlüğü ölçmenin tek bir yoluna odaklanmak doğru sonuç vermeyecektir. Bunun yerine, uygulamaya bağlı olarak, farklı çözünürlük kavramları dikkate alınmalıdır.
