Braskem's PIB - Viskositätsindex Modifikatoren

Veröffentlicht auf 2 März 2022Lesezeit: 6 Minuten
Der Viskositätsindex (VI) ist ein Merkmal, das allgemein verwendet wird, um die Viskosität einer Flüssigkeit bei verschiedenen Temperaturen anzugeben. Je geringer die Viskositätsschwankungen sind, desto höher ist der VI. Viskositätsindex Modifikatoren sind in der Lage, diese Eigenschaft zu modifizieren und tragen dazu bei, eine angemessene Schmierfähigkeit bei verschiedenen Temperaturen zu gewährleisten, was eine grundlegende Eigenschaft von Schmierstoffen ist. 
 
Viskosität
 
Die Viskosität ist die Eigenschaft, die die Scherfestigkeit einer Flüssigkeit bestimmt. 
 
Sie ist eine der wichtigsten Eigenschaften von Schmierstoffen, da diese für die Bestimmung der Ölfilmdicke verantwortlich ist, die Schmierfähigkeit des Systems verbessert und Reibung und Verschleiß verringert, was eine außerplanmäßige Wartung vermeidet. 
 
Darüber hinaus beeinflusst die Viskosität die Wärmeentwicklung in einigen Systemen, bestimmt die Dichtungswirkung eines Öls und somit den Verbrauch und legt fest, wie reibungslos Maschinen bei niedrigen Temperaturen arbeiten. 
 
Die Viskosität kann durch Messung der Kraft bestimmt werden, die zur Überwindung der Flüssigkeitsreibung in einem Film mit bekannten Abmessungen erforderlich ist. Wird sie auf diese Weise gemessen, spricht man von der dynamischen oder absoluten Viskosität, die üblicherweise mit der Einheit Poise (P) angegeben wird. 
 
Die kinematische Viskosität erhält man, indem man den Wert der dynamischen Viskosität der Flüssigkeit durch ihre Dichte dividiert, wenn sie bei derselben Temperatur gemessen wird. Die am häufigsten verwendete Einheit für diese Eigenschaft ist Centistokes (cSt).  
 
Die kinematische Viskosität kann mit Hilfe von kalibrierten Glas-Kapillarviskosimetern ermittelt werden, indem die Zeit gemessen wird, die ein bestimmtes Volumen einer der Schwerkraft ausgesetzten Flüssigkeit benötigt, um durch die Kapillare zu fließen. Eine der anerkanntesten Referenzmethoden für diese Analyse ist ASTM D445. 
 
Die Messung der Saybolt-Viskosität erfolgt ebenfalls mit Hilfe eines Viskosimeters, das einen zylindrischen Querschnitt und eine Öffnung am Boden aufweist. Die Viskosität wird durch Messung der Zeit ermittelt, die 60 ml Flüssigkeit benötigen, um in einen anderen Behälter zu fließen. Die Methode, die diese Analyse beschreibt, ist ASTM D88 - 07, und das Ergebnis wird in der Einheit Seconds Saybolt Universal (SSU) angegeben.
 
Viskositätsindex
 
Der Viskositätsindex (VI) ist die Eigenschaft einer Flüssigkeit, die das Verhältnis der Viskosität zur Temperatur quantifiziert. Ein niedriger VI-Wert weist auf einen größeren Unterschied in diesem Verhältnis hin, während ein hoher VI-Wert eine relativ geringe Veränderung anzeigt, was wichtig ist, damit die Schmierfähigkeit der Geräte bei unterschiedlichen Temperaturen nicht beeinträchtigt wird. 
 
Der VI-Wert von Mineralölen, die auf konventionellem Wege raffiniert werden, variiert je nach Raffinerietechnik und kann unter 0 und sogar leicht über 100 liegen. Hydrobehandelte Mineralöle und einige synthetische Öle können einen VI-Wert von über 120 aufweisen. Der VI-Wert gilt als sehr niedrig, wenn er weniger als 0 beträgt, niedrig zwischen 0 und 40, mittel zwischen 40 und 80, hoch zwischen 80 und 120 und sehr hoch über 120. 
 
Der VI-Wert wird auf der Grundlage einer empirischen Skala berechnet, die von Dean und Davis entwickelt wurde und für die zwei Serien von Ölen gelten: eine willkürlich als VI-Wert von 100 und eine andere als VI-Wert von 0 bezeichnet. 
 
Um den VI-Wert eines Öls zu berechnen, muss man seine Viskosität bei 40°C und bei 100°C messen. Die Berechnung erfolgt dann anhand der Viskosität bei 40°C und der Viskosität bei 40°C von Standardölen, deren Viskosität bei 100°C gleich der des Öls ist, dessen VI-Wert bestimmt werden soll, nach der folgenden Formel:
 
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Wobei:
L = Viskosität bei 40°C eines Öls der Norm VI=0, das die gleiche Viskosität bei 100°C hat wie das untersuchte Öl; 
L = Viskosität bei 40°C eines Öls der Norm VI=100, das die gleiche Viskosität bei 100°C hat wie das untersuchte Öl;
U = Viskosität des untersuchten Öls bei 40°C.
 
In der ASTM D2270 Methode können die Tabellen zur Bestimmung des VI von Dean und Davis auf der Grundlage der kinematischen Viskosität oder der Saybolt-Viskosität bei 40°C und 100°C herangezogen werden.
 
Viskositätsindex Modifikatoren
 
Viskositätsindex Modifikatoren sind langkettige Polymere mit hohem Molekulargewicht, die die relative Viskosität eines Öls bei hohen Temperaturen stärker ansteigen lassen als bei niedrigen Temperaturen. Dies ist in der Regel auf die Art und Weise zurückzuführen, wie das Polymer seine physikalische Konfiguration ändert, wenn die Temperatur des Gemischs steigt. Es wurde beobachtet, dass das Polymermolekül bei niedrigen Temperaturen eine kontrahierte Form annimmt, da die Lösungskraft des Öls geringer ist, wodurch sich die Polymermoleküle gegenseitig anziehen. Bei hohen Temperaturen nimmt jedoch die Lösungskraft des Öls zu, so dass sich die Polymermoleküle entrollen und ihr Volumen vergrößern. Die Wechselwirkung des Öls mit diesen langen Molekülen bewirkt einen Anstieg der Viskosität des Gemischs. Die wichtigsten Verbindungen, die als Viskositätsindex Modifikatoren verwendet werden, sind:
  • Polyisobuten (PIB);
  • Polymethacrylate;
  • Vinyl-Acetat Copolymere;
  • Olefin Copolymere - Ethylen-Propylen, Styrol Butadien, usw.;
  • Polyacrylate;
  • Alkoholische Polystyrene.
Alle diese Polymere haben eine lineare Struktur, und die Wahl des zu verwendenden Polymers hängt von der Anwendung des fertigen Schmierstoffs ab.
 
Polyisobuten - PIB
 
Polyisobutene werden durch die kontrollierte katalytische Polymerisation von Isobuten hergestellt. Die typische Molekularstruktur von PIB ist in Abbildung 1 dargestellt.
 
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Abbildung 1 - Typisches PIB Molekül
 
PIB ist ein flüssiges, klares, transparentes, chemisch stabiles und ungiftiges Polymer, das aufgrund der großen Vielfalt an Typen mit unterschiedlichen Molekulargewichten in zahlreichen Anwendungen eingesetzt wird. 
 
Niedermolekulare Gewichtstypen haben schmierende Eigenschaften, während hochmolekulare Produkte als Viskositätsindexverbesserer und Verdickungsmittel in Schmiermitteln verwendet werden.
 
Ein wichtiges Merkmal von PIB für verschiedene Anwendungen ist außerdem seine saubere Verbrennung, d. h. PIB verdampft vollständig, wenn es über seiner Zersetzungstemperatur von etwa 250 °C liegt, ohne Ascherückstände zu hinterlassen. 
 
PIB ist auf dem Markt für Industrieschmierstoffe weit verbreitet und findet aufgrund seiner hohen Viskosität und seines hohen VI-Werts sowie seiner ungiftigen und wasserabweisenden Eigenschaften in der Zuckerrohrindustrie zunehmend Verwendung.
 
Bewertung des Viskositätsindex von Mineralölen mit PIB
 
An der Escola SENAI Conde José Vicente de Azevedo wurden Viskositätsanalysen bei 40°C und 100°C und die Berechnung des Viskositätsindexes in Mischungen von Mineralölen mit PIB durchgeführt. 
 
Für die Viskositätsanalyse wurde die Methode ASTM D445 und für den Viskositätsindex die Methode ABNT NBR 14358/2012 verwendet. 
 
Verwendet wurden die Mineralöle ISO VG 32 und ISO VG 15 sowie die Braskem Produkte PIB32, PIB128 und PIB240.
 
In den Tabellen 1 und 2 sind einige typische Eigenschaften dieser Produkte als Referenz aufgeführt.
 
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Tabelle 1 - Typische Eigenschaften der in der Analyse verwendeten Mineralölsorten
 
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Tabelle 2 - Typische Eigenschaften der für die Analysen verwendeten PIB-Typen
Quelle: Website der Firma Braskem
 
Tabelle 3 zeigt die Zusammensetzung der analysierten Proben. Ziel war es, die Viskosität des Gemischs bei 40°C bei 30 cSt zu halten, um die VI-Ergebnisse vergleichen zu können. Daher war es notwendig, dass das Mineralöl ISO VG 32 mit einem anderen Öl mit niedrigerer Viskosität, ISO VG 15, gemischt wird, da die verwendeten PIB-Typen eine höhere Viskosität aufwiesen.
 
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Tabelle 3 - Zusammensetzung der analysierten Proben
 
Tabelle 4 zeigt die erzielten Ergebnisse. In Grafik 1 lassen sich die Werte des Viskositätsindexes von Proben mit unterschiedlichen Prozentsätzen des PIB vergleichen.
 
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Tabelle 4 - Analyseergebnisse
 
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Grafik 1 - Viskositätsindex nach Typen und Prozentsatz von PIB
 
Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass PIB-Typen mit höherem Molekulargewicht einen stärkeren Anstieg des Viskositätsindex des Schmierstoffs bewirken. Eine höhere Konzentration von PIB führt auch zu einem Anstieg des VI. 
 
Öle nach ISO VG 32 werden häufig in Hydraulikgetrieben verwendet. Neben der Erhöhung des VI-Wertes bietet PIB den Vorteil, dass es keine Rückstände bildet, die Trennung von Wasser und Öl verbessert und aufgrund seiner hohen Klebrigkeit eine Antitropfwirkung hat. 
 
Die Verwendung von Viskositätsindexverbesserern ermöglicht eine effiziente Schmierung bei unterschiedlichen Temperaturen, was die Lebensdauer der Geräte erhöht und die Wartungskosten senkt.
 
Dieser Artikel wurde verfasst von:
Nathalia Bastos Domingos
Anwendungstechnikerin / Vinyls
Braskem
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