ES2326067B1 - Aditivos modificadores de la viscosidad de aceites vegetales para su uso como biolubricantes. - Google Patents
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Abstract
Aditivos modificadores de la viscosidad de
aceites vegetales para su uso como biolubricantes.
La presente invención se refiere a nuevas
composiciones de aceites lubricantes que comprenden al menos un
aceite vegetal como componente base y un aditivo polimérico
modificador de su viscosidad. Son también objeto de la presente
invención un procedimiento de preparación y su uso.
Description
Aditivos modificadores de la viscosidad de
aceites vegetales para su uso como biolubricantes.
La presente invención está relacionada con el
desarrollo de nuevas formulaciones de lubricantes y en particular
de lubricantes a base de aceite vegetal.
Los aceites lubricantes de uso industrial y de
uso en automoción han estado basados, hasta ahora,
fundamentalmente, en aceites minerales. A pesar de la amplia
disponibilidad de aceites vegetales y del atractivo aparente de
utilizar materias primas renovables y respetuosas con el medio
ambiente, el uso de aceites vegetales como fluidos de base
lubricante ha estado altamente restringido. Éstos no han encontrado
una amplia aplicación como lubricantes modernos de alto
rendimiento, aunque el aceite de colza y el aceite de ricino se
están utilizando como lubricantes para aplicaciones específicas.
Los aceites vegetales ya han sido usados como lubricantes debido a
sus buenas propiedades de lubricación, anticorrosión, buena
relación viscosidad-temperatura y baja pérdida por
evaporación en algunas aplicaciones industriales. Además de estas
ventajas, los aceites vegetales también son fácilmente
biodegradables y ambientalmente seguros comparados con los aceites
minerales. Sin embargo, el uso extensivo de aceites vegetales está
restringido debido a la baja estabilidad
termo-oxidativa e hidrolítica, la cual puede ser
mitigada mediante modificaciones químicas apropiadas.
Existen algunos estudios sobre la utilización de
aceites vegetales, bien como aceites base para lubricantes o bien
como aditivos. Sin embargo, son muy pocas las invenciones que
utilizan los aceites vegetales como aceite base para la elaboración
de aceites lubricantes. Tanto es así, que se reportan, en mayor
medida, invenciones relacionadas con la mejora y/o modificación de
las propiedades de aceites lubricantes donde los aceites bases
siguen siendo aceites minerales.
En la patente española ES0156500, se describe un
procedimiento para transformar aceites vegetales para que sean
aptos para lubricar los cilindros de máquinas de vapor, donde la
técnica utilizada es la hidrogenación de los aceites; los aceites
vegetales utilizados principalmente son el aceite de ricino y el
aceite de oliva.
La patente española ES0167075 se refiere a un
procedimiento de obtención de lubricantes a base de aceites
vegetales, donde el aceite vegetal utilizado es el aceite de oliva
(orujo), para uso en lubricantes de vapor recalentado. Se emplean
técnicas de soplado con aire atmosférico con adiciones posteriores
de tierra de infusorios o Kieselghur.
La patente española ES0409170 se refiere a un
procedimiento de preparación de un aditivo modificador de la
viscosidad de aceites lubricantes minerales basado en el copolímero
de etileno y propileno.
En la patente española ES2055349 se describe la
utilización de un aditivo de viscosidad para aceites lubricantes
minerales, a base de un polimetacrilato de alquilo y de un
copolímero de olefina, su procedimiento de preparación así como las
composiciones lubricantes que incluyen el aditivo.
La patente española ES2128327 se refiere a
composiciones de lubricantes y aditivos de lubricantes que constan
de aceite vegetal telomerizado. La invención también describe
métodos para usar un aceite vegetal telomerizado en un aditivo de
lubricante o una composición lubricante y a métodos para
telomerizar aceite vegetal.
La patente española ES2089717 se refiere a
lubricantes y en particular a lubricantes a base de aceite vegetal,
donde el aceite lubricante comprende una oleína de palma a la cual
se le adiciona un aditivo éster para retardar la cristalización y
contiene además, los ingredientes tradicionales de un lubricante
como son, dispersantes, antioxidantes y detergentes.
En la patente estadounidense US5282989 se
describen composiciones de lubricantes y aditivos lubricantes y
métodos para la producción de aditivos lubricantes con propiedades
antifricción que contienen aceite vegetal y aceites vegetales
derivados como agentes lubricantes. Específicamente, en esta
invención utilizan ácidos grasos esterificados, triglicéridos
sulfurizados, ácidos grasos sulfurizados y triglicéridos.
La patente española ES2113479 se refiere a un
polímero injertado a base de copolímeros de
etileno-propileno (EPM) o terpolímeros de
etileno-propileno-dieno, dicho
polímero mejora el índice de viscosidad de aceites lubricantes, le
proporciona propiedades dispersantes y de disminuye el punto de
fluidez.
La patente española ES2106617 se refiere a un
aditivo que mejora el índice de viscosidad, a base de un polímero
de forma de estrella, para composiciones de aceite lubricante.
Describe el proceso para su preparación y las composiciones de
aceite lubricante.
La patente estadounidense US5888947 se refiere
al uso de aceites vegetales en lugar de aceites de origen mineral,
y su uso en aplicaciones de motores de combustión interna. Se
utilizan principalmente triglicéridos, glicéridos y ácidos grasos
libres, también estudian diferentes aceites vegetales y sus
combinaciones.
Es un hecho constatable la necesidad de
desarrollar lubricantes amigables con el medio ambiente
(biolubricantes) a partir de aceites vegetales de última generación
y, a ser posible, el uso de aditivos biodegradables, seleccionados
por sus óptimas prestaciones para cada uso y que presenten una buena
relación rendimiento/costo. En concreto, una de las propiedades
físicas más relevantes de los aceites lubricantes en determinadas
aplicaciones, es su viscosidad, así como el índice de viscosidad,
relacionado con la dependencia de esta propiedad con la
temperatura.
El término biolubricante engloba aceites y
grasas lubricantes, que no son tóxicos, para la vida animal ni para
la vida acuática y que pueden degradarse mediante la acción de
microorganismos en un periodo de tiempo relativamente breve.
La presente invención tiene por objeto el uso de
una serie de aditivos modificadores de la viscosidad de aceites
vegetales, para desarrollar biolubricantes de alta viscosidad.
Estos aditivos se seleccionan entre una poliolefina, que es un
copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA), con distintos
porcentajes en vinil acetato, un copolímero de estireno y butadieno
(SBS) y mezcla de los mismos.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, ésta proporciona una composición de aceite lubricante
que comprende como componente principal al menos un aceite vegetal,
junto con una cantidad comprendida entre el 1% y el 4% de al menos
un aditivo polimérico modificador de su viscosidad, con el fin de
que se cumplan con las características requeridas de viscosidad, de
acuerdo a los rangos de temperatura de uso, valores adecuados de
índice de viscosidad y estabilidad física y química en un periodo
razonable de uso, dependiendo de las posibles aplicaciones.
En la realización preferida, el aditivo
polimérico se selecciona entre un copolímero de etileno y acetato
de vinilo (EVA), un copolímero de estireno y butadieno (SBS) y
mezcla de los mismos.
Cada una de estas dos familias de copolímeros
tiene ventajas e inconvenientes que les son característicos. Estos
aditivos mejoran la relación de
viscosidad-temperatura de los aceites lubricantes
tradicionales. Sin embargo, no se conoce su aplicación como
aditivos para aceites lubricantes vegetales.
Las propiedades del EVA dependen del porcentaje
de vinil acetato que posean; a medida que aumenta la proporción de
vinil acetato van apareciendo fragmentos amorfos, normalmente más
blandos, que contribuyen a aumentar la transparencia y la
flexibilidad. También el punto de fusión disminuye al aumentar la
cantidad de este componente en el copolímero de EVA. Otras
propiedades que varían al disminuir el contenido de acetato de
vinilo en el copolímero, son la resistencia a la deformación por
calor, el aislamiento eléctrico, la resistencia química, la tensión
en rotura, la rigidez y la dureza.
El copolímero de etileno y acetato de vinilo
(EVA) contiene un porcentaje de vinil acetato comprendido entre el
20% y el 40%, preferentemente entre el 25% y el 35%, siendo aún más
preferido del 28% o 33%. Los parámetros característicos de estos
polímeros son:
Por otro lado, el SBS está basada en un
copolímero de estireno y butadieno, con proporciones de 30:70
respectivamente. La microestructura del material depende en gran
medida del proceso de polimerización. Tienen una excelente
resistencia a las condiciones ambientales y es fácilmente
procesable.
De acuerdo con una realización preferida, el
aceite vegetal se selecciona entre aceite de ricino, aceite de
girasol, aceite de soja, aceite de colza, aceite de girasol de alto
contenido en ácido oleico y mezcla de los mismos. En una
realización más preferida, la composición comprende un aceite de
girasol de alto contenido en ácido oleico, un aceite de ricino o
mezcla de los mismos.
Según una realización preferida de la presente
invención, la composición comprende un aceite vegetal de girasol de
alto contenido en ácido oleico y, donde el aditivo polimérico
utilizado es un copolímero de etileno y acetato de vinilo EVA.
Según otra realización, la composición comprende
un aceite vegetal de girasol de alto contenido en ácido oleico,
aceite de ricino y, donde el aditivo polimérico utilizado es un
copolímero de etileno y acetato de vinilo EVA. De acuerdo con una
realización preferida, la composición comprende una relación de
entre 30:70 a 70:30 de ambos aceites vegetales, más preferentemente
entre 40:60 a 60:40, siendo particularmente preferida una relación
50:50 de ambos aceites vegetales.
Según otra realización, la composición comprende
un aceite vegetal de girasol de alto contenido en ácido oleico,
aceite de ricino y, donde el aditivo polimérico utilizado es una
mezcla de un copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) y un
copolímero de estireno y butadieno (SBS). De acuerdo con una
realización preferida, la composición comprende una mezcla 1:3 - 3:1
de ambos copolímeros.
Según otra realización, la composición comprende
aceite vegetal de girasol de alto contenido en ácido oleico y, donde
el aditivo polimérico utilizado es un copolímero de estireno y
butadieno (SBS).
Según otra realización, la composición comprende
aceite de ricino y un copolímero de estireno y butadieno (SBS).
De acuerdo con otro aspecto de la presente
invención, ésta proporciona un procedimiento de preparación de la
composición lubricante de la invención, caracterizado porque la
mezcla de los diferentes componentes es sometida a agitación a una
velocidad entre 300-700 rpm, a una temperatura
comprendida entre 100-150ºC durante un tiempo de
homogenización entre 5-10 horas.
De acuerdo con otro aspecto de la presente
invención, ésta se refiere al uso de la composición de aceite
lubricante de la invención, como lubricantes para automoción,
aerogeneradores, motores de dos tiempos, motores de cuatro tiempos,
engranajes, fluidos de transmisión, aceites hidráulicos, sierras de
cadena, engranajes y para la mecanización de metales.
A lo largo de la descripción y las
reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no
pretenden excluir otras características técnicas, aditivos,
componentes o pasos.
Para los expertos en la materia, otros objetos,
ventajas y características de la invención se desprenderán en parte
de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los
siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de
ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente
invención.
Figura 1. Curvas de viscosidad obtenidas a
diferentes temperaturas:
a. (25ºC, con su ajuste al modelo de Cross,
comportamiento pseudoplástico);
b. (40ºC, con su ajuste al modelo de Cross,
comportamiento pseudoplástico);
c. (60ºC, comportamiento newtoniano);
d. (100ºC, comportamiento newtoniano); (Ejemplo
1).
Figura 2. Ajuste a la ecuación de Arrhenius,
representando In \eta versus 1/T (Ejemplo 1).
Para la gráfica (In (\eta)) vs 1/T
(figura 2), se realizó el ajuste a la ecuación de Arrhenius, con el
objetivo de hallar la dependencia de la viscosidad en función de la
temperatura, y para esto se utilizó la energía de activación de
flujo de dicha ecuación.
La dependencia de la energía de activación de
flujo, Ef, se realizó linealizando la ecuación 1 de la siguiente
manera:
Representando In \eta en relación con 1/T
(figura 2), se obtienen los valores de la pendiente Ef/R, mediante
regresión lineal.
Es así como la energía de activación de flujo,
Ef, se obtuvo multiplicando la pendiente de la recta por la
constante de los gases ideales, R, como se discutió
anteriormente.
Los parámetros de ajuste son:
Ejemplo
1
En un recipiente de vidrio de 250 cm^{3} se
introdujeron sucesivamente:
- -
- 100 gramos de aceite de girasol con alto contenido en ácido oleico.
- -
- 4 gramos de EVA con un 33% de acetato de vinilo.
Esta mezcla se agitó a 300 rpm, durante 5 horas
a 120ºC; después del enfriamiento se obtuvo una mezcla homogénea
estable en el tiempo.
La determinación de la estabilidad se realizó
por observación visual; se consideraron como inestables las
muestras en las cuales se observó una fuerte opalescencia o bien
separación de fases.
Las siguientes características del producto
figuran en la tabla I:
- Viscosidad cinemática a 40ºC y 100ºC, obtenida
a partir de los valores de densidad (Densímetro modelo
DMA-5000, (Anton Paar, Austria)) y viscosidad
dinámica (\eta), (medida en un reómetro de velocidad de
deformación controlada, modelo ARES (Rheometric Scientific, USA);
utilizando una geometría tipo Couette, medidas en un rango de
temperatura de 25-120ºC y en un rango de
velocidades de 5-1500 s^{-1} (figura 1). En el
caso de comportamiento no newtoniano se tomó el valor de viscosidad
a 500 s^{-1}.
- Indice de viscosidad (IV): calculado según la
norma ASTM D 2270.
- Energía de activación respecto al flujo
viscoso (Ef): obtenida del ajuste a la ecuación de Arrhenius,
representando In \eta versus 1/T, siendo los valores de la
pendiente Ef/R (figura 2).
Mediante la ecuación de Arrhenius es posible
determinar la relación entre viscosidad y temperatura:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde, \eta es la viscosidad del
material, T es la temperatura en grados Kelvin, A es el factor
preexponencial, Ef (kJmol^{-1}) es la energía de activación de
flujo, y R es la constante universal de los gases ideales (8,314 J
mol^{-1}
K^{-1}).
Con las condiciones expuestas anteriormente, se
obtuvieron los resultados que se reflejan en las figuras 1 y 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
Se preparó, según el modo operativo del ejemplo
1, una mezcla constituida por:
- -
- 100 g de aceite de ricino.
- -
- 4 g de EVA 33% acetato de vinilo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
Se preparó, según el modo operativo del ejemplo
1, una mezcla constituida por:
- -
- 100 g de aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico.
- -
- 2 g de EVA 28% acetato de vinilo.
\newpage
Ejemplo
4
Se preparó, según el modo operativo del ejemplo
1, una mezcla, en la que se varía el tiempo de mezclado que es de 7
h a 140ºC, constituida por:
- -
- 100 g de aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico.
- -
- 4 g de SBS.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
5
Se preparó, según el modo operativo del ejemplo
1, variando el tiempo de mezclado, que es de 7 h a 140ºC; una
mezcla constituida por:
- -
- 100 g de aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico.
- -
- 3 g de Eva 33% acetato de vinilo.
- -
- 1 g de SBS.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
6
Se preparó, según el modo operativo del ejemplo
1, una mezcla constituida por:
- -
- 60 g de aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico.
- -
- 40 g de aceite de ricino.
- -
- 3 g de Eva 33% acetato de vinilo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
7
Se preparó, según el modo operativo del ejemplo
1, una mezcla constituida por:
- -
- 40 g de aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico.
- -
- 60 g de aceite de ricino.
- -
- 4 g de Eva 33% acetato de vinilo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
8
Se preparó, según el modo operativo del ejemplo
1, una mezcla constituida por:
- -
- 50 g de aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico.
- -
- 50 g de aceite de ricino.
- -
- 4 g de Eva 33% acetato de vinilo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
9
En las mezclas de todos los ejemplos anteriores,
después del enfriamiento se obtuvo una mezcla homogénea estable en
el tiempo.
Las propiedades de las mezclas de los ejemplos
1-8 figuran en la tabla I.
En la tabla I también se presentan los datos de
los aceites puros, sin aditivos, para efectos comparativos.
De los resultados obtenidos, se deduce que la
adición de estos polímeros mejora significativamente la viscosidad
del aceite para su uso como lubricante.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
10
Siguiendo el modelo de Cross (ver ecuación 3,
abajo), se midieron los valores correspondientes a los reológicos
del modelo de Cross, para la mezcla GAOEVA (ejemplo 1) a las
temperaturas de 25 y 40ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
Este modelo tiene cuatro parámetros:
\eta_{0} y \eta_{\infty}, son las viscosidades en las zonas
de baja y alta velocidad de cizalla, \lambda es una constante de
tiempo característico igual al recíproco del valor de
\dot{\gamma} para el que \eta=\eta_{0}+\eta_{\infty}/2,
y p es un parámetro de ajuste adimensional.
Claims (17)
1. Composición de aceite lubricante
caracterizado porque comprende como componente principal al
menos un aceite vegetal, junto con una cantidad comprendida entre
el 1% y el 4% de al menos un aditivo polimérico modificador de su
viscosidad.
2. La composición de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque el aditivo polimérico
se selecciona entre un copolímero de etileno y acetato de vinilo
(EVA), un copolímero de estireno y butadieno (SBS) y mezcla de los
mismos.
3. La composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores 1 a 2, caracterizada porque
el aceite vegetal se selecciona entre aceite de ricino, aceite de
girasol, aceite de soja, aceite de colza, aceite de girasol de alto
contenido en ácido oleico y mezcla de los mismos.
4. La composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizada porque
comprende un aceite de girasol de alto contenido en ácido oleico,
un aceite de ricino o mezcla de los mismos.
5. La composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores 1 a 4, caracterizada porque
el copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) contiene un
porcentaje de vinil acetato comprendido entre el 20% y el 40%.
6. La composición de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizada porque el copolímero de
etileno y acetato de vinilo (EVA) contiene un porcentaje de vinil
acetato comprendido entre el 25% y el 35%.
7. La composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizada porque
comprende un aceite vegetal de girasol de alto contenido en ácido
oleico y, donde el aditivo polimérico utilizado es un copolímero de
etileno y acetato de vinilo (EVA).
8. La composición de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque además contiene
aceite de ricino.
9. La composición de acuerdo con la
reivindicación 8, caracterizada porque comprende una
relación comprendida entre 30:70 a 70:30 de ambos aceites
vegetales.
10. La composición de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizada porque comprende una
relación comprendida entre 40:60 a 60:40 de ambos aceites
vegetales.
11. La composición de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizada porque comprende una
relación 50:50 de ambos aceites vegetales.
12. La composición de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizada porque además contiene un
copolímero de estireno y butadieno (SBS).
13. La composición de acuerdo con la
reivindicación 12, caracterizada porque comprende una mezcla
comprendida entre 1:3 a 3:1 de un copolímero de etileno y acetato
de vinilo (EVA) y un copolímero de estireno y butadieno (SBS).
14. La composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizada porque
comprende aceite vegetal de girasol de alto contenido en ácido
oleico y, donde el aditivo polimérico utilizado es un copolímero de
estireno y butadieno (SBS).
15. La composición de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizada porque
comprende aceite de ricino y un copolímero de estireno y butadieno
(SBS).
16. Procedimiento de preparación de la
composición lubricante según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores 1 a 15, caracterizado porque la mezcla de los
diferentes componentes es sometida a agitación a una velocidad
entre 300-700 rpm, a una temperatura comprendida
entre 100-150ºC durante un tiempo de homogenización
entre 5-10 horas.
17. Uso de la composición de aceite lubricante
según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a15, como
lubricantes para automoción, aerogeneradores, motores de dos
tiempos, motores de cuatro tiempos, engranajes, fluidos de
transmisión, aceites hidráulicos, sierras de cadena, engranajes y
para la mecanización de metales.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES200800879A ES2326067B1 (es) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | Aditivos modificadores de la viscosidad de aceites vegetales para su uso como biolubricantes. |
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| ES200800879A ES2326067B1 (es) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | Aditivos modificadores de la viscosidad de aceites vegetales para su uso como biolubricantes. |
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