Fosfat Esterlerinin Faydaları ve Kullanım Alanları Hakkında Her Şey

Tahmini okuma süresi 9 dakika

Bu yağlayıcı malzemeler, hidrolik sistemler, türbinler ve kompresörler dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda tercih edilir. Yangına dayanıklı olmaları sebebiyle baz stoklar olarak tercih edilirler. Ticari amaçla üretilen ilk ürünler kömür katranı türevlerinden sentezlenmiştir. Sonuç olarak nörotoksik ortotolil foffat da dahil olmak üzere çeşitli izomerik aril fosfatlarının bir karışımından oluşuyorlardı.

• Ester fosfat temel olarak hangi özelliklere sahiptir?
• Fosfatların güçlü ve zayıf yönleri nelerdir?
• Fosfat tipi yağlayıcıların bakımı nasıl yapılır?
• Esterlerin bozunma durumları nasıl izlenir?

Fosfat Esterlerinin Özellikleri Nelerdir ?

Günümüzde fosfat esterlerinin sentezi için farklı hammaddeler kullanılır. Modern teknoloji sayesinde fosfat esteri üretim süreci daha iyi kontrol edilebilir ve ürünün toksistesi daha düşük bir halde tutulabilir.

• Fosfat esterleri susuz sentetik baz stokları içerisinde yangına en dayanıklı olanlarıdır. Yüksek tutuşma sıcaklıkları, mükemmel oksidasyon kararlılığı ve çok düşük buhar sıcaklıkları yanmalarını zorlaştırır.
• Aşınma önleyici katkı maddeleri, stabilizatörler, antioksidanlar, metal pasifleştiriciler ve aşırı basınç katkı maddeleri gibi çeşitli yağlayıcı formülasyonlarında katkı maddesi olarak kullanılırlar.
• Engellenmiş fosfat esterleri, kritik yükleme koşulları altında mükemmel oksidasyon kararlılığına ve doğal olarak iyi aşınma önleme özelliklerine sahiptir. 
• Geleneksel conta kaplama malzemelerine karşı bir şekilde daha düşük hidrolitik kararlılık, düşük viskozite indeksi ve aşırı kimyasal agresiflikten muzdariptirler. Bu zayıflıklar da fosfat esterlerinin kullanımını yüksek derecede yangın direncinin gerekli olduğu uygulamalarla sınırlandırır.

Fosfat Esterlerinin Güçlü Yönleri

• Mükemmel yangın direncine sahiptirler
• İyi termal kararlılık gösterirler
• Akma noktası -25 ila -5 °C (-13° ila -137.2 °F) arasındadır
• Mükemmel sınır yağlama özellikleri sergilerler

Fosfat Esterleri Zayıf Yönleri

• 60 ila -30 arasında değişen çok düşük viskozite indeksine sahiptirler
• Bozunma ürünleri fosfat sabunlarıdır; siyah çamur benzeri kıvam alırlar
• Hidroliz riski yüksektir

Uygulama Alanları

• Yangına dayanıklı oldukları için endüstriyel tesislerde kullanılırlar.
• Havacılık sektöründe yaygın olarak tercih edilirler.
• Buhar türbinlerinde elektrohidrolik kontrol sıvısı olarak kullanılırlar.

Fosfat ester sıvıları, son 60 yılda binlerce buhar türbinini kontrol etmek için kullanılmıştır. Bu kadar kullanıcı deneyimiyle, operasyonel zorlukların iyi anlaşılacağı ve enerji santrallerinin bu sıvıların kalitesini kolaylıkla koruyabileceği varsayılabilir. 

Fosfat Esterlerinin Bakımı

Ateşe dayanıklı akışkan malzemeleri kullananların yağlayıcının bakımına diğer mineral yağlara kıyasla daha fazla dikkat etmeleri gerekir. Filtreleri periyodik olarak değiştirmek, ara sıra meydana gelen sızıntıları onarmak ve rezervuarı doldurmak bu durumda yeterli değildir. 

Fosfat esterleri gibi yangına dayanıklı yağların çoğu, mineral yağlardan çok daha yüksek derecede temizleyici özelliğe sahiptir. Sonuç olarak, kir parçacıkları veya aşınma kalıntıları hazneye yerleşemez. Bu eğilim, valf işlevini etkilemekle birlikte pompaların ve diğer bileşenlerin aşınmasına neden olur.

Fosfat Esterlerinin Bozunma Modları

Ester sıvılarının birincil bozunma modları hidroliz ve mikro dizeldir. Bu sıvılar ayrıca oksidasyon, termal bozulma ve metal sabunların oluşumu nedeniyle bozunabilir. Buhar türbini elektro-hidrolik kontrol (EHC) sistemlerinde fosfat ester sıvı bozunmasının nedeni ve etkisi aşağıdaki şekilde gösterilebilir.

Hidroliz Bozunması

Hidroliz, fosfat esterlerinde en yaygın bozunma kaynağıdır. Yüksek çalışma sıcaklıkları, aralıklı buhar sızıntıları ve sıvıların higroskopik yapısı, hidroliz reaksiyonlarını destekleyen ideal bir ortam sağlar. 

Çalışma sıcaklığında fosfat esterlerinin doyma sınırı, yaklaşık olarak milyonda bir (ppm) su için 3.000 ila 5.000 kısımdır. Hidroliz sırasında sıvı, daha güçlü ve daha zayıf bir asit üretir. Daha güçlü asit, bir dizi reaksiyona girerek müteakip fosforik asit türevlerini ve alkilfenolleri oluşturur.

Sıcaklık, su ve sıvı, hidroliz reaksiyonlarını kontrol eden üç ana parametredir ve su tüketimi sınırlayıcı faktördür. Bu reaksiyonlar otokatalitiktir ve 100 ila 120 derece C gibi daha düşük uzun süreli sıcaklıklarda başlar. Bu nedenle su içeriğinin 500 ppm’den az ve asit sayılarının gram başına 0,2 miligram potasyum hidroksitin (mg KOH/g) altında tutulması önerilir.

Mikrodizelleme Bozunması

Mikrodizelleme, yüksek basınçlı bir pompadan geçerken sürüklenen bir hava kabarcığının sıkıştırılmasını içerir. Çökme esnasında hava kabarcığı yüksek miktarda termal enerji yayar. Bu da 800 ila 1.000 derece C aralığında yüksek sıcaklıklara neden olur. 

Bu sıcaklıklar fosfat ester sıvısını bileşen moleküllerine ayırır ve sıvının kararmasına neden olur. Bazı durumlarda, mikro dizel, kurum ve eksik yanma ürünlerinin oluşmasına neden olabilir.

Kurum parçacıkları karbonlu, siyah ve mikron altı boyuttadır. Askıda kalabilir veya sistemin iç kısımlarında tortu ve vernik oluşturabilirler. Bu partiküller, servo valfleri tıkama potansiyeline sahiptir. 

Bu nedenle ciddi güvenilirlik sorunlarına neden olur. Kurum parçacıklarının varlığı, asit süpürücü ortamın performansını ve sıvının direncini de etkiler. Bu nedenle sıvının rengini izlemek çok önemlidir.

Fosfat Esterlerinde Metal Sabunların Oluşumu

EHC sistemi kullanıcıları, asidin daha hızlı çıkarılması için sıklıkla fuller’s earth gibi geleneksel asit süpürücü teknolojisini kullanır. Bu teknoloji alüminyum, silikon, kalsiyum, sodyum ve magnezyum gibi çeşitli metalleri süzer. Bu nedenle sıvının element analizini izlemek önemlidir. Süzülen metaller, aşağıdaki şekilde de gösterildiği gibi sabun oluşturmak için sıvıdaki asitlerle reaksiyona girer.

Metal sabunlar alkali veya nötr olabilir. Genellikle çözünmezler ancak durumuna bağlı olarak sıvı içinde çözülebilirler. Üretildiklerinde, bu sabunlar sistemde çökelme ve tortu oluşturma eğilimindedir. Ayrıca sıvının direncini ve diğer performans özelliklerini de etkilerler.

Fuller’s earth kullanan sistemler, iyon değiştirme teknolojisinin ilk uygulamasında genellikle dirençte bir düşüş görür. Azaltılmış özdirenç, metallerin sistemden uzaklaştırılmasından kaynaklanmaktadır. 

İyon değiştirme reçineleri gibi modern asit süpürücü ortam teknolojisinin uygulanması, mevcut sızan metalleri ortadan kaldırabilir ve metallerin sıvı içinde daha fazla sızmasını önleyebilir.

Fosfat Esterlerinin Durumunun İzlenmesi

Fosfat esterlerin çalışmalarını başarılı bir şekilde sürdürebilmeleri için proaktif bir durum izleme programı gereklidir. Bu tür sıvılar için geleneksel yağ analizi raporları, hizmet içi sıvının sağlığı hakkında önemli bilgiler sağlamakta yetersiz kalmaktadır. 

Sıvının sağlığını proaktif olarak izlemek için daha yeni veya geleneksel olmayan test yöntemleri önerilir. Asit titrasyon eğrileri, Lineer süpürme voltametrisi ve Membran yanma kolorimetresi (MPC) en etkili test yöntemleri arasındadır.

Asit Titrasyon Eğrileri

Testi (ASTM D974), hizmet içi yağlayıcıların asit sayısını ölçmek için yaygın olarak kullanılır. Bu kolorimetrik testte, bir renk değişikliği uç noktayı belirler. Daha koyu numuneler için ölçümü zorlaştırır.

Ayrıca, bu yöntem karboksilik asitleri (organik cila) veya daha zayıf asitleri (alkilfenoller) değil. Yalnızca daha güçlü asitleri ölçer. Bunun yerine daha geniş bir asit aralığını ölçen ve toplam asit sayısı (TAN) sağlayan ASTM D664 testi önerilir. 

Her tür asidi ölçmenin yanı sıra, bu test yöntemi sıvı renginden etkilenmez ve hata sayısını azaltır. D664 aparatı da otomatiktir, bu da D974 testine kıyasla operatörden kaynaklanan herhangi bir önyargıyı ortadan kaldırır. D664 test yöntemiyle oluşturulan bir asit titrasyon eğrisi aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Lineer Süpürme Voltametresi

Liner süpürme voltametrisi, ASTM D6971’e göre türbin yağları için antioksidanları izlemek amacıyla yaygın olarak kullanılır. Bunun için elektrolitik hücredeki sıvı numunelerine doğrusal bir tarama uygulanarak bir voltamogram elde edilir. Benzer şekilde, bu test yöntemi, hidroliz ve termal bozunma sırasında üretilen alkilfenollerin izlenmesi için kullanılabilir. 

Türbin yağları için bu yöntem antioksidanların tüketimini gösterir, ancak fosfat esterleri için sıvı bozunmasıyla üretilen kirleticilerde bir artışı ortaya çıkarabilir. Lineer süpürme voltametrisi, alkilfenollere karşı çok hassastır ve 100 ppm’nin altında ölçüm yapar. Bu nedenle fosfat ester sıvısındaki hidroliz ve yoğuşma reaksiyonlarını kontrol etmek için tercih edilen yöntemdir.

Membran Yama Kolorimetrisi

Enerji üretim endüstrisi, vernik potansiyelini ölçmek için rutin olarak membran yama kolorimetrisini (MPC) kullanır. Benzer bir yöntem fosfat ester sıvısına da uygulanır. Yöntem, 50 mililitre numunenin 50 mililitre solvent ile karıştırılmasını içerir. Karıştırıldıktan sonra sıvı karışım, selüloz-ester yamasından geçer. Yama yüzeyindeki rengin ölçülmesi bir “delta E” değeri verir. Renk ne kadar yüksek olursa, vernik potansiyeli o kadar yüksek olur.

• Ateşe Dayanıklı Hidrolik Sıvılar Ne Zaman Kullanılır ?
• Tam Sentetik Yağ Ne Demek ?
• Sentetik Yağlar Neden Daha Pahalıdır?
• Hidroliz ve Hidrolitik Kararlılığı Anlamak