از آنجاییکه روغن پایه به عنوان جز اصلی و پایه یک روانکار به شمار می آید، توجه به ساختار آن علاوه بر تعیین نوع کاربری، در بهبود و یا کاهش کیفیت روانکار تولید شده، حائز اهمیت خواهد بود. در واقع یک روانکار نظیر روغن موتور از افزودنی هایی که به منظور بهبود خواص روغن پایه، به آن افزوده شده اند، تهیه میگردد، لذا لازم است تا بیش از همه در تعیین ترکیبات مورد نیاز یک روانکار، مشخصات روغن پایه آن مورد ارزیابی قرار گیرد.
به طور کلی بیش از 90% روانکارها با استفاده از روغن های پایه محصول پالایشگاه ها تولید میشوند. این روغن پایه ها تمام خصوصیات یک روانکار ایده آل را ندارند، به همین منظور در ساختار یک روانکار، از افزودنی های گوناگون برای افزایش کارایی و قابلیت محافظتکنندگی آن، استفاده میشود. روغنهای پایه معدنی که از تصفیه نفت خام به دست میآیند شامل گستره وسیعی از ترکیبات گوناگون میباشند، اما روغنهای سنتزی که با استفاده از واکنشهای شیمیایی تولید میشوند، دارای ساختار و توزیع جرم مولکولی کنترل شده ای هستند، این روغنها در طبقه بندی API در گروههای V، IV و VI قرار دارند.
متداولترین طبقه بندی روغنهای پایه، طبقه بندی API است که روغنهای پایه را براساس منشا، فرایند پالایش و تولید، شاخص گرانروی و مقدار گوگرد گروهبندی نموده است که این طبقه بندی در جدول شماره 1 مشاهده میشود. معمولا گروههای V، IV، V به عنوان روغنهای پایه سنتزی شناخته میشوند اما برخی منابع، روغنهای گروه III را نیز در این دسته به حساب می آورند. در واقع روغنهای سنتزی به عنوان جایگزین روغنهای حاصل از پالایش در روانکارها یا محصولات خاص می باشند. در این واکنش، مولکولهای سبکتر با کنترل ساختار و شکل، به مولکولهای بزرگتر، جهت دستیابی به خواص از قبل طراحی شده، تبدیل میشوند.
نفت خام مهمترین و ارزانترین منبع روغن پایه است که با انجام فرایندهای مختلف میتوان به روغنهای پایه ای با مشخصات و کاربردهای مختلف دست یافت. این منبع گسترده حدود 95% روغن پایههای مصرفی در روانکارها را تامین میکند. نفت خام دارای یک ترکیب واحد نبوده و دارای هزاران ترکیب هیدروکربنی مختلف حاصل از پیوند عناصر کربن و هیدروژن میباشد که با صور مختلف انواع گوناگونی از مواد هیدروکربنی با خواص متفاوت را تشکیل میدهند (شکل شماره 1). در میان آنها برخی در پیوند با عناصری نظیر اکسیژن، گوگرد، نیتروژن، فسفر و ... نیز میباشند. هیدروکربنهای موجود در نفت خام در اندازه و ساختارهای متفاوتی وجود دارند ولی میتوان آنها را در 4 دسته به طور کلی دسته بندی کرد:
پارافین ها: هیدروکربنهای راست زنجیر و شاخه دار
نفتن ها: دربردارنده حلقه های اشباع
آروماتیک ها: شامل حلقه های آروماتیک
ترکیبات قطبی: شامل ترکیبات آروماتیک، آلکن و یا عناصر N، S و O.
این مواد گوناگون، گستره وسیعی از ویژگی های فیزیکی را نیز در بر میگیرند:
گرانروی: محدوده سیالیتی در حد آب تا آسفالت
چگالی: 8/0 تا 0/1
نقطه ریزش: 20- تا 40+
بر همین اساس، روغن پایه حاصل از پالایش نفت خام نیز دامنه وسیعی از ساختارهای شیمیایی را در بر میگیرد. درصد ترکیبات اشباع بیانگر نسبت ترکیبات پارافنیک و نفتنیک در مقایسه با آروماتیکها میباشد. مقدار آن در روغن حاصل از پالایش، بستگی به حوزه استخراجی نفت خام دارد که ترکیبات مضر و پر خطر آن با فرایند پالایش به روش استخراج با حلال، تا فرایند شکست مولکولی و شاخهدار کردن ترکیبات راست زنجیر، حذف یا تبدیل میگردد. از سوی دیگر وجود درصد بالای ترکیبات اشباع بیانگر پایداری روغن در برابر اکسیداسیون میباشد. سایر ترکیبات موجود در روغن پایه حاصل، بر فرایند اکسیداسیون، حلالیت و سازگاری با افزودنیها تاثیرگذار خواهد بود. گوگرد موجود، بیانگر حضور برخی آنتی اکسیدانهای طبیعی میباشد که با فرایند پالایش کاهش مییابد. مقدار گوگرد مستقیما به حوزه استخراجی نفت خام مرتبط است. به طور کلی باقی ماندن ترکیبات حاوی این عنصر در روغن پالایش شده از نفت خام، برخی خواص مفید و برخی خواص مضر را در روانکار ایجاد میکند. این ترکیبات میتوانند پایداری در برابر اکسیداسیون را افزایش دهند، از سوی دیگر سبب آلودگیهای حاصل از گازهای خروجی فرایند احتراق شده و اجزای مبدلهای کاتالیستی گازهای خروجی را تخریب میکنند و همچنین موجب سمیت و غیر فعال شدن آنها میشوند. ترکیبات حاوی نیتروژن و نیتروژنهای قلیایی، عامل اکسیداسیون روغن هستند.
