4. Voiteluaineet: Lisäaineet

• voiteluaineen suorituskyvyn parantaminen
• voiteluaineeseen joutuvien epäpuhtauksien jakauttaminen
• voideltavien pintojen suojelu ympäristön kanssa tapahtuvilta reaktioilta
• voiteluaineen oman eliniän jatkaminen.

Lisäaineet voivat vaikuttaa fysikaalisesti tarttumalla voideltaviin pintoihin tai kemiallisessa reaktiossa muodostamalla pintojen kanssa uuden yhdisteen. Useat lisäaineet ovat vaikutuksiltaan monitoimisia. 

Voiteluaineen sisältämistä perusöljyistä ja lisäaineista valmistetaan kokonaisuus, jonka eri ominaisuudet ovat keskenään tasapainossa ja joka täyttää voiteluaineen toimivuudelle asetetut vaatimukset. Eri ominaisuuksien välinen tasapaino edellyttää, että voiteluaineen ainesosat ovat toistensa kanssa yhteensopivia ja niiden väliset sekoitussuhteet ovat oikeat. 

Kokonaisuuden kannalta lisäaineiden on toimittava oikein sekä keskenään että varsinaisten perusöljyjen kanssa. Omatoimisten voiteluainesekoitusten tai voiteluaineiden joukkoon jälkikäteen lisättävien aineiden käytössä voi ilmetä ikäviä yllätyksiä. Yhteensopimaton aine saattaa tietyissä testeissä toimia hyvin, mutta reagoidessaan voiteluaineen omien lisäaineiden kanssa huonontaa voiteluaineen muita ominaisuuksia ratkaisevasti. 

Sekoitusten tekeminen vaatii ammattitaitoa ja nimenomaista erityistietoa käytössä olevan voiteluaineen kokonaisuudesta ja siitä, mihin kyseisen voiteluaineen toiminta ja ominaisuudet perustuvat. Näin ollen yleensä ainoaksi oikeaksi voiteluaineen "virittäjäksi" jääkin voiteluaineen toimittaja, jolla on vaadittava tieto. Erityisen tärkeää on muistaa, ettei polyglykoleja saa sekoittaa muiden tuotteiden kanssa, ja että muutenkin erityyppisten voiteluaineiden sekoittaminen aiheuttaa ongelmia (esimerkiksi pieni määrä moottoriöljyä hydrauliöljyn seassa tuhoaa sen epäpuhtauksien erotuskyvyn).

Seuraavassa tärkeimmät lisäaineet on jaoteltu niiden päätehtävän mukaan. Koska lisäainekenttä on hyvin laaja ja muuttuva, alla oleva esitys käsittää teollisuusvoitelun kannalta vain tärkeimmät lisäaineet. 

Kulumisenestolisäaineet
Kulumisenestolisäaineiden (AW, anti wear) tehtävänä on vähentää kosketuksissa olevien liikkuvien pintojen kulumista. Ne muodostavat pinnoille kemiallisia kerroksia, jotka leikkautuvat helpommin kuin itse metalli. Näiden kerrosten rooli on merkittävä kohteissa, joissa kuormitukset ovat suuria ja nopeudet pieniä, eli raja- ja sekavoitelutilanteissa. Reaktioissa muodostuneet kerrokset poistuvat leikkautuessaan. 

AW-lisäaineiden häviäminen onkin yksi voiteluaineen vanhenemisen syitä. Uuden kerroksen muodostuminen alkaa välittömästi edellisen poistuttua ja reaktiivisen metallipinnan paljastuttua. Kulumisenestoaineita lisätään lähes kaikkiin voiteluaineisiin, jotka suunnitellaan toimimaan puhtaan hydrodynaamisen voitelun ulkopuolella. 

Tyypillisimpiä nykyään käytettyjä kulumisenestolisäaineita ovat sinkkiditiofosfaatit. Muita kulumisenestolisäaineita ovat mm. rikki- ja fosforiyhdisteet sekä amiinit. 

EP-lisäaineet
Korkeapainelisäaineet (EP, extreme pressure) reagoivat metallipintojen kanssa, kun pinnat ovat suuren paikallisen pintapaineen aiheuttamassa korkeassa lämpötilassa. EP-lisäaineiden tarkoitus on kasvattaa voiteluaineen kuormankantokykyä. Lisäaine muodostaa metallipinnan kanssa kerroksen, joka pienentää kitkaa ja vähentää metallipintojen kulumista. EP-lisäaineita ja AW-lisäaineita kutsutaan usein rajavoitelulisäaineiksi. EP-lisäaineita tarvitaan voiteluaineisiin, joita käytetään rajusti kuormitetuissa kohteissa. Tällaisia voiteluaineita ovat mm. vaihteistoöljyt, työstönesteet ja eräät hydrauliikkaöljyt. 

EP-lisäaine aktivoituu sille ominaisessa lämpötilassa. Paikallisen lämpötilan on kosketuskohdassa noustava tähän, jotta reaktio käynnistyy ja pintaa suojaava rajavoitelukalvo muodostuu. Aiemmin EP-lisäaineena käytetty kloori on korvattu rikki- ja fosforiyhdisteillä. Myös eräitä typen yhdisteitä, samoin kuin orgaanisia yhdisteitä käytetään parantamaan voiteluaineiden paineenkestokykyä. Monet kulumisenestolisäaineena käytetyt yhdisteet, kuten sinkkiditiofosfaatti, omaavat myös EP-ominaisuuksia. Koska EP- ja AW-ominaisuudet hyödynnetään usein samoissa olosuhteissa ja koska niiden käyttötarkoituskin on sama, on usein vaikea erottaa, mitkä ominaisuudet ovat ko. kohteessa tärkeitä ja mitkä ominaisuudet vaikuttavat itse lopputulokseen. 

Viskositeetti-indeksin parantajat
Viskositeetti-indeksin parantajilla (VI-lisäaineilla) vähennetään voiteluaineen viskositeetin riippuvuutta lämpötilasta. Näin saadaan voiteluaineita, joilla on hyvät käynnistys- ja kitkaominaisuudet kylmissä olosuhteissa sekä hyvä voitelukalvonmuodostuskyky korkeissa lämpötiloissa. Käytännössä VI-lisäaineet estävät öljymolekyylien vapaan liikkumisen lämpötilan kohotessa. Vähäinen viskositeetin muutos on tärkeä vaihtelevissa lämpötiloissa toimiville laitteille. 

Kuva: Polymeerien käyttäytymisestä lämpötilan vaihtelussa.

Viskositeetti-indeksin parantajat ovat koostumukseltaan öljyyn liukenevia polymeerejä, kuten polyolefiineja ja metakrylaatteja. Joillakin viskositeetti-indeksin parantajilla on myös dispergoivia (jakauttavia) tai hapettumisenesto-ominaisuuksia. 

Detergentit
Detergentit ovat pinta-aktiivisia aineita, joiden tehtävänä on pitää koneenosien pinnat puhtaina. Detergenttejä käytetään erityisesti moottori- ja hydrauliikkaöljyjen lisäaineina. Ne ovat yleensä natriumin, kalsiumin tai magnesiumin yhdisteitä. 

Dispersantit
Dispersantit eli jakauttaja-aineet muodostavat epäpuhtauksien ympärille kerroksen, joka estää hiukkasia tarttumasta toisiinsa. Dispersantit ovat hyvin tärkeä lisäaineryhmä erityisesti moottoriöljyissä, mutta niitä käytetään myös teollisuusvoiteluaineissa. Dispersantit ovat rakenteeltaan pitkäketjuisia polaarisia yhdisteitä. 

Hapettumisenestolisäaineet
Hapettumisenestolisäaineiden tarkoituksena on pidentää voiteluaineen elinikää hidastamalla kemiallista vanhenemista. Tyypillisimpiä hapettumisenestolisäaineita ovat rikkiä ja fosforia sisältävät yhdisteet (erityisesti sinkkiditiofosfaatit), aminit sekä fenolijohdannaiset. 

Korkea lämpötila on hapettumisen kannalta kriittisin olosuhde. Siksi hapettumisenestolisäaineiden merkitys on suuri korkeasti kuormitetuissa tai korkeissa lämpötiloissa toimivissa koneissa ja laitteissa, kuten polttomoottoreissa, kompressoreissa, kaasuturbiineissa ja hammasvaihteissa. Hapettumisenestolisäaineiden käyttö on perusteltua kohteissa, joiden voiteluainetilavuudet ovat suuria. 

Korroosionestolisäaineiden tehtävä on suojata metallipintoja hapen ja kosteuden aiheuttamalta korroosiolta. Korroosiota muodostuu sekä laitteen käydessä että sen ollessa pysähdyksissä. Monet pintojen kanssa reagoivat lisäaineet (esim. EP) saattavat toimia korroosion katalyytteina. Näin ollen korroosionestoaineet ovat olennainen osa lisäaineistuksen tasapainottamista. 

Korroosionestolisäaineet tarttuvat metallipintaan ja muodostavat pinnalle kalvon, joka ei päästä kosteutta tai happea kosketukseen metallin kanssa. Korroosionesto voi tapahtua joko fysikaalisesti tai kemiallisesti. Fysikaaliset korroosionestoaineet ovat pitkäketjuisia hiilivetyjä, jotka tarttuvat polaarisina molekyyleinä metallipintaan. Kemiallisesti toimivat korroosionestoaineet puolestaan reagoivat metallipinnan kanssa muuttaen sen elektrokemiallista potentiaalia. 

Tyypillisiä voiteluaineissa käytettyjä korroosionestolisäainekemikaaleja ovat typpiyhdisteet, fosforihappojen johdannaiset, rikkiyhdisteet ja karboksyylihappojen johdannaiset. Oman aineryhmänsä muodostavat metallipassivaattorit, jotka estävät metallisia aineita liukenemasta perusöljyyn sekä samalla ehkäisevät hapen ja kosteuden pääsyä metallipinnoille. Yhdisteinä käytetään mm. sinkkiditiofosfaattia ja bentsotriatsolia. Näistä aineista useat ovat monitoimisia vaikutuksiltaan. 

Kitkanalentajat ovat aineita, joiden tehtävänä on alentaa kitkaa liikkuvien pintojen välillä etenkin tilanteissa, joissa liikenopeudet ovat alhaiset, kuten käynnistys- ja pysäytysvaiheessa. Ne siis toimivat rajavoitelulisäaineiden tavoin. 

Kitkanalentajat toimivat pääsääntöisesti muodostamalla metallipinnoille ohuen kalvon lähinnä adsorboitumalla. Ne ovat tyypillisesti polaarisia öljyliukoisia yhdisteitä, kuten alkoholeja, amideja ja suoloja. 

Lämpötilan laskiessa tietyn rajan alapuolelle voiteluaineen parafiiniset hiilivedyt kiteytyvät. Jähmepisteenalentajat ehkäisevät kiteiden kasvua ja tarttumista toisiinsa parantaen voiteluöljyn juoksevuutta kylmässä. 

Voiteluaineen vaahtoaminen heikentää voiteluominaisuuksia. Vaahtoamisenestolisäaineiden tehtävä on rikkoa vaahtokuplat pienentämällä öljyn pintajännitystä. Parhaita vaahtoamisenestoaineita ovat silikoniöljyt. 

Ilmanerotuskyky ja vaahtoaminen ovat toisistaan riippuvia, mutta käsitteenä ne sekoitetaan keskenään. Ilmanerotuksessa kupla nousee pintaan ja rikkoutuu. Vaahtoamisessa kupla ei pintaan noustessaan rikkoudu, koska kuplan ympärillä olevan öljykalvon pintajännitys on liian suuri. Vaahdonestolisäaineen lisäys jälkikäteen on riskialtista ilman öljyanalyysiä ja voiteluainetoimittajan lupaa. 

Kuva: Ilmanerotuskyvyn ja vaahtoutumiskäyttäytymisen riippuvuussuhteet.

Emulgaattorit ovat tärkeitä lisäaineita voiteluaineissa, joita käytetään erityisesti lastuamisnesteinä sekä vesihydrauliikan korroosionestossa. Emulgaattoreina käytetään lukuisia kemiallisia yhdisteitä. Tavallisilta teollisuusöljyiltä vaaditaan kuitenkin emulgoitumattomuutta. 

Biologisten kasvustojen (bakteerien, home- ja sienikasvustojen) syntyminen voi olla ongelma runsaasti vettä sisältäville voiteluaineille. Biosidit ovat yhdisteitä, joiden tehtävänä on estää elävien organismien syntyminen ja lisääntyminen. Ne ovat yleensä haitallisia myös terveydelle. Bakterisidit torjuvat myös bakteerien aiheuttamia mahdollisia terveysongelmia ja ne ehkäisevät myös bakteerien, hiivojen ja sienien aiheuttamaa korroosiota. 

Värejä käytetään voiteluaineissa erottamaan eri käyttöön tarkoitetut aineet toisistaan sekaannusten välttämiseksi. 

Markkinoilla on öljyyn jälkikäteen lisättäviä erilaisia aineita vuodon ilmaisemiseksi. Aineiden käytöstä on syytä sopia voiteluainetoimittajan ja laitevalmistajan kanssa.