Yağlayıcı ester üretiminde TOFA: poliol esterleşmesi, baz yağ ve sınır yağlama

Yağlayıcı ester üretiminde tall oil yağ asidi, poliollerle esterleştirilerek yağda çözünen bir ester yapısına dönüştürülür. Bu ester, baz yağ veya yağlayıcılık katkısı olarak kullanılır. TOFA 185'in ürün verisinde yağlayıcı ester formülasyonları doğrudan bir uygulama alanı olarak listelenir.

Yağlayıcıya iki ayrı rota: sabun mu, ester mi?

Tall oil yağ asidi yağlayıcı dünyasına iki farklı kimya üzerinden girer ve bu ikisini karıştırmak formülasyon hatalarının kaynağıdır. Birinci rota sabunlaşmadır: yağ asidi bir alkali veya amin ile nötralize edilir, suda dağılan bir sabun oluşur ve bu sabun suyla karışan metal işleme sıvılarının emülgatör ve yağlayıcılık ayağını kurar. İkinci rota esterleşmedir: yağ asidi bir alkol ile reaksiyona sokulur, ortaya suda değil yağda çözünen bir ester çıkar.

Bu yazı ikinci rotayı ele alır. Sabunlaşma, emülsiyon ve suyla karışan kesme sıvısı tarafı sitedeki ayrı bir yazının konusudur ve burada tekrarlanmaz. Ester rotası, yağ bazlı hidrolik sıvılar, kompresör yağları, gres, zincir yağları ve suyla karışmayan işleme yağlarının konusudur.

Poliollerle esterleşme nasıl çalışır?

Yağlayıcı esterlerin büyük bölümü, çok fonksiyonlu bir alkolün (poliol) birden fazla yağ asidi molekülüyle esterleştirilmesiyle üretilir. Yağ asidinin karboksil grubu ile alkolün hidroksil grubu su açığa çıkararak ester bağını kurar; suyun ortamdan uzaklaştırılması reaksiyonu ileri yönde sürükler. Ortaya çıkan molekül, merkezde poliol ve çevresinde uzun hidrokarbon kuyrukları taşıyan dallanmış bir yapıdır.

Bu yapının yağlayıcıdaki değeri üç noktadan gelir: polar ester bağı metal yüzeye tutunmayı destekler, uzun hidrokarbon kuyrukları yük altında ayırıcı bir film oluşturur ve dallanmış geometri akış davranışını belirler. Yağ asidi tarafında formülatörün kontrol ettiği değişkenler ise zincir uzunluğu, doymamışlık ve serbest asit içeriğidir.

TOFA burada ölçülebilir bir avantaj sunar: prosese serbest yağ asidi olarak girer. Asit değeri TOFA 185'te min 185'tir (ASTM D1980) ve esterleşme stokiyometrisi doğrudan bu değer üzerinden hesaplanabilir. Sabunlaşmayan madde maks %4 (ASTM D1065) sınırı da reaksiyona girmeyen ve nihai esterde seyreltici gibi davranan fraksiyonu sınırlar. Doymamışlık ise min 150 iyot değeriyle (ASTM D5768) tanımlıdır.

Baz yağ mı, katkı mı? İki farklı kullanım seviyesi

Yağ asidi türevi bir ester yağlayıcıya iki farklı seviyede girebilir ve bu iki kullanımın satın alma sonuçları farklıdır.

• Baz yağ olarak: ester, yağlayıcının ana sıvı fazını oluşturur veya mineral baz yağla harmanlanır. Bu kullanımda hacim yüksektir ve hammadde tutarlılığı doğrudan ürün spesifikasyonuna yansır.
• Yağlayıcılık katkısı olarak: ester, mineral veya sentetik bir baz yağa sürtünme ve aşınma davranışını iyileştirmek için eklenir. Hacim düşüktür, ancak yüzey aktifliği ve saflık beklentisi daha yüksektir.
• Ara ürün olarak: ester, gres ve özel yağlayıcı üreticilerine satılan bir yarı mamul kimyasaldır.

Her üç kullanımda da başlangıç noktası aynıdır: esterin ham maddesi olan yağ asidinin renk, asit değeri ve safsızlık profili. Yağlayıcı esterin son rengi ve kokusu, doğrudan girdiğin hammaddenin rafinasyon seviyesini yansıtır.

Sınır yağlama: yağ asidi neden bu kadar etkili?

Yağlayıcılıkta üç rejim tanımlanır. Hidrodinamik rejimde yüzeyler tam bir sıvı filmiyle ayrılmıştır ve viskozite belirleyicidir. Karışık rejimde film incelmiş, tepe noktaları temas etmeye başlamıştır. Sınır rejiminde ise sıvı film yükü taşıyamaz ve temas yüzeye tutunmuş moleküler tabakalar tarafından yönetilir. Ağır yük, düşük hız ve yüksek sıcaklık bu rejimi kaçınılmaz kılar.

Sınır rejiminde belirleyici olan viskozite değil, moleküllerin metal yüzeye tutunma yeteneğidir. Yağ asidinin ve yağ asidi esterinin polar ucu tam olarak bunu yapar: yüzeye yönelir, hidrokarbon kuyrukları dışa doğru sıralanır ve metal-metal temasını azaltan bir tabaka oluşturur. Yağ asidi türevlerinin klasik yağlayıcılık katkıları arasında yer almasının nedeni budur.

Biyobazlı yağlayıcı konumlandırması

Tall oil, kraft selüloz üretiminin bir yan ürünüdür; yani gıda zinciriyle rekabet etmeyen, orman kaynaklı bir hammaddedir. Bu, biyobazlı içerik veya yenilenebilir hammadde oranı hedefi olan yağlayıcı programları için doğrudan bir konumlandırma avantajıdır. KORKİMYA bu ürünleri KKDIK kayıtlı olarak, Türkçe Güvenlik Bilgi Formu (GBF/SDS) ve lot bazında analiz sertifikası (CoA) ile tedarik eder.

Biyobazlı olmak tek başına bir performans iddiası değildir; nihai yağlayıcının oksidasyon kararlılığı, düşük sıcaklık davranışı ve hidrolitik dayanımı formülasyonla ve katkı paketiyle belirlenir. Doğru yaklaşım, hammadde seçimini numune ile kendi ester prosesinizde doğrulamaktır.

Ester rotası için hangi hammadde?

Ester üretiminde iki tall oil hammaddesi karşımıza çıkar. TOFA 185 dar spesifikasyonlu bir yağ asididir. DTO Premium ise ürün verisinde yağlayıcı esterleri için esterleşme reaksiyonları uygulamasıyla listelenen, reçine asidi taşıyan bir damıtılmış tall oil gradıdır. Aradaki fark, esterin içine reçine asidi fonksiyonunun girip girmeyeceğidir.

Gelen mal kontrolü ve tedarik

Ester üreticisi için kritik olan, reaksiyon verimini ve nihai ürün rengini belirleyen dört değerdir: asit değeri, iyot değeri, reçine asidi içeriği ve sabunlaşmayan madde. Bunların tümü lot bazında analiz sertifikasında yer alır.

• CAS numarası: 61790-12-3 (TOFA gradları).
• Ambalaj: TOFA 185 için ISO tank konteyner 20-22 MT net; karbon çelik veya paslanmaz çelik tank.
• Depolama: 20-40°C, kapalı kap, doğrudan güneş ışığından ve nemden uzak.
• Raf ömrü: 12 ay; kontrollü kalite takibiyle 24 aya uzatılabilir.
• KKDIK kayıtlı; Türkçe GBF/SDS ve her lot için CoA.