Studio reologico di prodotti petrolchimici

I prodotti petrolchimici sono prodotti chimici derivati dal petrolio greggio o dal gas naturale. Sono l'elemento di base di molti prodotti della vita quotidiana, tra cui combustibili e oli per veicoli, materie plastiche, pesticidi e fertilizzanti, vernici, detergenti, cosmetici, candele e molto altro ancora. In effetti, sarebbe più facile elencare i prodotti che non contengono sostanze petrolchimiche piuttosto che fornire un lungo elenco di quelli che le contengono. Per citare solo altri due esempi, i prodotti petrolchimici sono la base per le giacche in pile e per gli ammorbidenti per il bucato.

Quando si parla di combustibili, di solito intendiamo combustibili liquidi come il petrolio (gasolio, benzina, kerosene, ecc.). Altri tipi di combustibile includono i combustibili solidi (carbone, legna, letame, ecc.) e i combustibili gassosi (gas naturali, come il propano, gas di carbon fossile, gas d'acqua, ecc.). Per quanto riguarda i combustibili liquidi, uno dei più importanti fattori che influenzano la loro consistenza, oltre alla pressione, è la temperatura. Gasolio e benzina, per esempio, sono esposti ad una vasta gamma di temperature, a seconda delle condizioni climatiche. Al fine di rimanere liquidi, anche a temperature molto basse, il loro punto di congelamento deve essere inferiore alla temperatura di servizio o meglio alla temperatura ambiente. In generale si può dire che la benzina ha un punto di congelamento inferiore al gasolio. Al fine di evitare la precipitazione di cera, sono spesso utilizzati additivi per migliorare la fluidità dei combustibili anche alle basse temperature.

Durante il raffreddamento esistono tre punti per descrivere il passaggio di un combustibile dallo stato liquido a quello solido a basse temperature. Inizia con il punto di intorbidimento in cui il combustibile inizia a diventare torbido a causa dell'inizio della cristallizzazione di cere e paraffine. Il punto di scorrimento descrive il valore di viscosità appena prima che il combustibile inizi a diventare solido e infine raggiunga il suo punto di congelamento. In altre parole, il punto di scorrimento è il punto in cui il combustibile mostra ancora caratteristiche di scorrimento. Questo punto influenza il trasporto di combustibili in condutture, ad esempio, così come l'utilizzo nelle auto. Un metodo per determinare il punto di scorrimento è un  test rotazionale ad una velocità di deformazione a taglio costante, in un reometro rotazionale . In un test rotazionale  con la diminuzione delle temperature, è possibile determinare il punto di scorrimento come il punto di svolta o la curva dove la curva di viscosità inizia ad appiattirsi. È possibile calcolare entrambi i punti con un programma di analisi. Pertanto, è importante specificare quale metodo viene utilizzato per determinare il punto di scorrimento. Il punto di scorrimento del gasolio può essere influenzato in modo efficace aggiungendo modificatori di cera che polarizzano le molecole di cera in modo che non formino cristalli più grandi durante il raffreddamento.

Questo test richiede un reometro dotato di un sistema di controllo della temperatura Peltier a cilindri coassiali.

Questo è solo uno degli studi reologici tipicamente in uso nell'industria automobilistica.

Lo scopo di base di un lubrificante è ridurre l'attrito e l'usura tra due superfici in movimento relativo formando un film fluido portante. Un lubrificante in un motore per autoveicoli, tuttavia, deve soddisfare aspettative ancora più elevate - come mantenere la stabilità ad alte temperature, prevenire l'ossidazione e la corrosione delle parti metalliche, fornire una tenuta efficace, ecc. Pertanto, all'olio base devono essere aggiunti diversi additivi quali modificatori di viscosità, agenti antiusura, additivi per pressioni estreme, antiossidanti, ecc.

I modificatori di viscosità (strutture polimeriche) vengono aggiunti a un lubrificante per ridurre al minimo i cambiamenti di viscosità a temperature variabili. In condizioni ideali, un lubrificante deve essere abbastanza viscoso da formare un film fluido portante che separi le superfici di accoppiamento che lubrifica. Tuttavia, per via dei miglioramenti nell'efficienza (cambiamenti nella formulazione) questo film sta diventando più sottile e potrebbe non essere sempre in grado di tenere le superfici separate in condizioni impreviste come un improvviso aumento della pressione o una situazione di avvio/arresto, ad esempio. Pertanto, vengono aggiunti ulteriori additivi come agenti antiusura e additivi per pressioni estreme al fine di facilitare la formazione di film superficiali sacrificali sulle parti metalliche in movimento. 

Il tipo e la quantità di additivi aggiunti a un lubrificante dipendono dal tipo di motore e dal campo di applicazione. Lo sviluppo di additivi personalizzati e del processo che mira a combinarli tra loro e i corrispettivi processi di interazione sono attività alquanto complesse. Un modo per affrontare questa difficoltà è usare le misure tribologiche. Queste misure forniscono informazioni sull’intero sistema, comprese le superfici di accoppiamento, il lubrificante e le condizioni ambientali. Le prestazioni dei lubrificanti possono essere misurate a diverse pressioni di contatto, velocità di scivolamento, temperature e umidità relative. In questo modo la formulazione può essere modificata purché sia adatta allo scopo cui è destinata.

Questo test richiede unreometro / tribometro dotato di una configurazione con sfera su tre piatti.

Quasi nessuna costruzione meccanica o motore è in grado di funzionare senza olio o grasso lubrificante per evitare danni o guasti e ridurre i costi di manutenzione. I grassi lubrificanti sono utilizzati in ingranaggi, cuscinetti, catene, guide e molto altro. La scelta del grasso per aumentare l'efficienza di un sistema dipende da vari fattori, come la durata prevista o le condizioni ambientali. Questi fattori dipendono dalle proprietà intrinseche del grasso, ad esempio dalla tissotropia, dalla densità, dalla stabilità all'ossidazione e dalla protezione dalla ruggine, e da alcuni parametri tribologici specifici come proprietà di pressione estrema, caricabilità, ecc. Grande importanza hanno anche il punto di scorrimento dell'olio base e la sua consistenza.

Esistono, naturalmente, vari altri parametri come la resistenza alla corrosione, la stabilità a lungo termine, il comportamento all'attrito, ecc., che devono essere caratterizzati individualmente. I criteri di selezione per i grassi lubrificanti sono rigorosi e sono necessarie tecniche di misura di alto livello per la caratterizzazione del grasso.

Per misurare il comportamento reologico di un grasso lubrificante in un ampio intervallo di temperatura è molto importante mostrare in che condizioni ambientali può essere utilizzato, ad esempio nel settore automobilistico. I produttori di automobili richiedono grassi che possano essere utilizzati anche a temperature di -40 °C. Pertanto, è altamente auspicabile disporre di uno strumento e di metodi di misura per studiare il comportamento viscoelastico  dei grassi in un intervallo di temperatura molto ampio. Questa operazione può essere eseguita con un reometro oscillatorio dotato di un'unità di controllo della temperatura. Un test tipico, ad esempio, è una scansione di ampiezza con deformazione di taglio controllata, chiamata anche scansione di deformazione eseguita a temperature diverse.

Questo test richiede un reometro dotato di un sistema di controllo della temperatura Peltier.

Questo è solo uno degli studi reologici tipicamente in uso nell'industria automobilistica.

Mentre la reologia descrive le proprietà di un materiale, la tribologia descrive le proprietà di un sistema che in questo caso comprende un corpo, un contro-corpo e un lubrificante tra l'uno e l'altro. Con le misure tribologiche è possibile ad esempio determinare come proprietà la forza di rottura dei grassi in un particolare sistema tribologico. La forza di rottura è la forza necessaria per superare la resistenza di attrito statico del sistema tribologico e metterlo in movimento macroscopico. Il valore del coefficiente di attrito subito prima dell'inizio del movimento macroscopico è detto attrito limitante. Applicazioni tipiche in cui questo parametro potrebbe essere di grande importanza sono regolatori per sedili, guide di scorrimento, porte, serrature, attrezzi da pesca, ecc. Se nella maggior parte dei casi si desidera una forza di rottura bassa, va sottolineato che una certa quantità di resistenza è comunque necessaria per inibire movimenti involontari. La determinazione accurata della forza di rottura richiede un controllo e una misura delle forze estremamente precisi e può essere effettuata con un reometro dotato di accessori tribologici, ottimizzato per la caratterizzazione dei lubrificanti.

Questo test richiede un  reometro / tribometro dotato di una configurazione con sfera su tre piatti.

Questo è solo uno degli studi reologici tipicamente in uso nell'industria automobilistica.

Il petrolio greggio, come miscela di componenti, è la base per una vasta gamma di prodotti quali solventi, oli minerali, lubrificanti, adesivi, resine, detergenti, polimeri (materie plastiche) ed elastomeri.

È possibile trovare gli oli minerali in tutto il mondo, sotto forma di oli combustibili e combustibili, ma anche come materia prima per molti prodotti dell'industria chimica. Gli oli minerali sintetizzati e raffinati sono molto diffusi soprattutto nell'industria automobilistica come oli lubrificanti, per esempio, per ottimizzare le prestazioni dei motori e degli ingranaggi. Questi oli devono resistere alle diverse condizioni ambientali durante il loro utilizzo, dall'avviamento a freddo del motore alle temperature e pressioni elevate in condizioni di lavoro. Il compito degli oli è quindi sopportare tutte queste condizioni impegnative senza perdere le proprietà richieste.

L'influenza della temperatura sul comportamento di scorrimento dell'olio minerale è tra i dati più importanti che è possibile determinare con un reometro. Di solito gli oli minerali puri senza additivi polimerici mostrano uncomportamento di scorrimento newtonianoidealmente viscoso.

Questo test richiede un reometro dotato di un sistema di controllo della temperatura Peltier a cilindri coassiali.