Los términos polialquilenglicol y poliglicol se utilizan indistintamente. Estos fluidos pueden fabricarse para ser solubles en agua o insolubles en agua (solubles en aceite). Los más comunes son los fluidos solubles en agua, por lo que pueden tener propiedades muy diferentes.
Los poliglicoles son moderadamente polares, lo que les confiere propiedades de resistencia de película moderadas. Presentan un índice de viscosidad muy alto (180 a 280) y una buena resistencia a bajas y altas temperaturas.
Se queman limpiamente, sin dejar residuos, y se han utilizado como aceite portador para lubricantes sólidos para cadenas que funcionan a alta temperatura. Algunas versiones son de grado alimenticio y biodegradables. Se utilizan como aceites para compresores en unidades de tornillo rotativo y reciprocantes, aceites para engranajes sinfín, lubricantes ignífugos, fluidos para metalurgia y como líquidos de frenos.
Los poliglicoles solubles en agua no son compatibles con los aceites minerales y, por lo tanto, deben manipularse y desecharse por separado. No deben mezclarse con aceites minerales, ya que el resultado es una masa gelatinosa y pegajosa. Si bien son excelentes lubricantes, pueden representar un problema logístico en las plantas. También pueden tener efectos negativos en las pinturas y los sellos, y son muy costosos.
Es probable que los poliglicoles insolubles en agua (solubles en aceite) se vuelvan más comunes y se utilicen como fluidos de transferencia de calor, aceites para rodamientos de alta temperatura y en compresores de refrigeración de tipo tornillo.
Durante siglos, los lubricantes se han utilizado para reducir la fricción y el desgaste de las partes móviles. En 2025, se produjeron alrededor de 42 millones de toneladas de lubricantes.
Si bien los fluidos a base de aceite mineral natural representan la mayoría de la demanda del mercado, muchos avances tecnológicos en la maquinaria no serían posibles sin los beneficios que ofrecen las mejoras en los lubricantes sintéticos, que actualmente representan alrededor del 15% por ciento del mercado.
Aun cuando las polialfaolefinas (PAO) satisfacen algunas de estas necesidades, un número cada vez mayor de aplicaciones exigen requisitos de desempeño más elevados o requieren especificaciones únicas que los lubricantes tradicionales no cumplen.
Uno de los tipos de sintéticos más versátiles son los lubricantes a base de polialquilenglicol (PAG). Los PAG se conocen generalmente como lubricantes para compresores y su uso en la industria ha aumentado desde la década de 1980. El aumento de los estándares de desempeño en los mercados automotriz e industrial posiciona a estos sectores como áreas con potencial de crecimiento.
Este artículo ofrece una descripción general de las químicas de las principales bases sintéticas y un análisis en profundidad de los beneficios y usos de los PAG.
Bases lubricantes sintéticas
Hay seis tipos principales de aceites base utilizados en el desarrollo de lubricantes sintéticos, cada uno de los cuales ofrece su propio conjunto de propiedades y aplicaciones únicas.
Las siliconas son valoradas por su baja volatilidad y estabilidad térmica en aplicaciones severas, porque son inertes a la mayoría de los contaminantes químicos, y por su desempeño en entornos de baja temperatura.
Estas cualidades las convierten en excelentes candidatas para su uso como fluidos de transferencia de calor, grasas especiales y líquidos de frenos automotrices DOT Tipo 5. Sin embargo, las siliconas presentan dos limitaciones que deben considerarse para aplicaciones de lubricación.
En primer lugar, no se pueden utilizar en la lubricación de cilindros de motores de combustión interna porque el subproducto de la combustión es dióxido de silicio.
En segundo lugar, su desempeño en condiciones de película límite es limitado y los aditivos comunes para extrema presión son incompatibles con ellas. En las aplicaciones adecuadas, la vida útil del fluido y la estabilidad hidrolítica de las siliconas son insuperables.
Los diésteres, o ésteres de ácidos dibásico, se desarrollaron durante la Segunda Guerra Mundial y son el resultado de la reacción de alcoholes de cadena larga y ácidos carboxílicos. Históricamente, han sido eficaces como lubricantes para compresores reciprocantes debido a su baja tendencia a la carbonización a temperaturas de 200 °C o superiores. También ofrecen una excelente solvencia y detergencia. La agresividad de los diésteres hacia elastómeros, sellos y mangueras ha limitado la utilidad de estos fluidos. Fluidos más recientes, como el poliol éster, satisfacen las necesidades de muchas aplicaciones que antes se llenaban con diésteres.
El poliol éster, o poliéster de neopentilo, ha sustituido en gran medida a los diésteres en aplicaciones de alta temperatura donde la estabilidad oxidativa es crucial. Entre sus aplicaciones comunes se incluyen su uso como lubricantes en turbinas de aviación, turbinas de gas de alta temperatura, fluidos hidráulicos y fluidos de intercambio térmico. También pueden utilizarse como co-base con las PAO para mejorar la solubilidad de los aditivos y reducir la tendencia de las PAO a contraer y endurecer los elastómeros.
Las PAO son polímeros de hidrocarburos fabricados mediante la oligomerización catalítica de alfa-olefinas lineales como el alfa-deceno. Se consideran lubricantes de alto desempeño y proporcionan un alto índice de viscosidad y alta estabilidad hidrolítica. Las PAO son las más utilizadas y, por lo general, son más económicas que otros lubricantes sintéticos. Se han empleado en aceites de motor para automóviles, así como en numerosas aplicaciones de lubricantes industriales.
Los ésteres fosfatados son valiosos en aplicaciones donde la seguridad y la resistencia al fuego son factores críticos, como los fluidos hidráulicos ignífugos y los fluidos de aviación. Sus altos puntos de inflamación y de combustión mejoran su resistencia a la ignición, y su bajo calor de combustión los convierte en excelentes fluidos auto extinguibles. Sin embargo, presentan varias desventajas, como su baja estabilidad hidrolítica, que puede provocar la formación de subproductos ácidos agresivos. Se debe tener cuidado al usarlos, ya que también pueden reaccionar y degradar diversos materiales de sellado y pinturas de uso común.
Los PAG ofrecen una lubricidad de calidad, un alto índice de viscosidad natural y buena estabilidad térmica. Los fluidos base PAG están disponibles tanto en forma soluble como insoluble en agua, y en una amplia gama de grados de viscosidad. Ofrecen baja volatilidad en aplicaciones de alta temperatura y pueden utilizarse en entornos de alta y baja temperatura. Se utilizan comúnmente como agentes de enfriamiento, fluidos para metalurgia, lubricantes de grado alimenticio y como lubricantes en equipos hidráulicos y compresores. Sin embargo, los aceites PAG solubles en agua son incompatibles con el aceite mineral y PAO, por lo que se debe tener cuidado al cambiar de aceites de base hidrocarburos a aceites PAG.
El desarrollo del polialquilenglicol
Los aceites PAG fueron uno de los primeros lubricantes sintéticos en desarrollarse y comercializarse. Se crearon bajo el mandato de la Armada de los Estados Unidos en respuesta a los incendios de fluidos hidráulicos en buques provocados por bombardeos durante la Segunda Guerra Mundial. En 1942, y durante los siguientes 30 años, la Armada comenzó a utilizar exclusivamente fluidos hidráulicos de agua-glicol a base de PAG, resistentes al fuego y capaces de operar en un amplio rango de temperaturas. Posteriormente, los aceites PAG se empezaron a utilizar ampliamente como lubricantes textiles y como agentes de extinción en el tratamiento térmico de metales.
Los aceites PAG se clasifican según su composición porcentual en peso de unidades de oxipropileno y oxietileno en la cadena polimérica. Los aceites PAG con un 100 % en peso de grupos oxipropileno son insolubles en agua, mientras que aquellos con entre un 50 % y un 75 % en peso de oxietileno son solubles en agua a temperatura ambiente.
Si bien los aceites PAG se han utilizado desde hace mucho tiempo como lubricantes industriales, investigaciones recientes han impulsado el desarrollo de lubricantes PAG para su uso en equipos de la industria alimentaria. Estos productos se conocen como lubricantes aprobados para uso alimentario.
En estas aplicaciones, ofrecen excelente lubricidad, mayor estabilidad oxidativa, un alto índice de viscosidad (180 a 280) y bajos puntos de fluidez. Son una de las pocas sustancias sintéticas identificadas en la regulación de aditivos alimentarios de la FDA para bases lubricantes de grado alimenticio (21 CFR § 178.3570), para su uso en maquinaria industrial cuando puede ocurrir contacto accidental con alimentos.
Aplicaciones y beneficios del aceite PAG
Gracias a las propiedades que tienen los lubricantes PAG, son especialmente adecuados para diversas aplicaciones industriales y de fabricación. Su solubilidad en agua facilita la limpieza de la maquinaria. Los lubricantes PAG ofrecen altos índices de viscosidad y son estables al cizallamiento.
Los aceites PAG también son valorados por su baja volatilidad en aplicaciones de alta temperatura y su resistencia a la formación de residuos y depósitos. Su biodegradabilidad los hace ideales para aplicaciones sensibles al medio ambiente.
Los aceites PAG son conocidos como lubricantes para compresores. También son el lubricante predilecto para la compresión de gas natural y etileno a alta presión, donde la estabilidad de la viscosidad de los lubricantes a base de hidrocarburos se ve afectada negativamente debido a la solubilidad del gas en el fluido.
En los compresores de refrigeración, los lubricantes tipo PAG y polio éster se utilizan casi exclusivamente con la generación actual de refrigerantes HFC respetuosos con el medio ambiente, como el R-134a y el R-152a.
Los dos mayores fabricantes de compresores de aire de EE. UU. han utilizado lubricantes PAG como fluido de relleno estándar de fábrica en compresores de aire de tornillo rotativo durante casi 20 años. Recientemente, un tercer fabricante de compresores ha comenzado a ofrecer aceite PAG como fluido opcional.
Desde una perspectiva de laboratorio, el estado de los fluidos PAG es relativamente fácil de monitorear. En la mayoría de las aplicaciones, al acercarse el final de su vida útil, el único cambio significativo es el aumento del número ácido (AN) debido a la oxidación del fluido.
Dependiendo del paquete de aditivos, los aceites PAG nuevos suelen tener un AN de 0.1 a 0.5 mg KOH/g. Un aumento de 1.0 mg con respecto a la especificación del aceite nuevo constituye un buen límite de rechazo.
La viscosidad se mantiene bastante estable, incluso durante las últimas etapas de la vida útil del fluido. Los límites de agua pueden ser más altos para los aceites PAG que para los fluidos de hidrocarburos, ya que son más tolerantes al agua que otros tipos de fluidos. Incluso un aceite PAG «insoluble en agua» tolerará hasta un 0.7 % de contaminación por agua antes de permitir la presencia de agua libre en el fluido.
Los aceites PAG también son útiles en equipos industriales que operan todo el año sin cambios estacionales. Sus excelentes características de transferencia de calor y su estabilidad térmica y a la oxidación los hacen ideales como fluidos de transferencia de calor en sistemas grandes de ventilación abierta y como fluidos de proceso en la producción de plásticos, elastómeros, roscas o piezas fabricadas donde la compatibilidad del fluido con la pieza procesada es fundamental.
La producción de fibras textiles es otra industria que se beneficia del uso de aceites PAG. Estos lubricantes no manchan ni decoloran las fibras y se eliminan fácilmente durante el proceso de descrude. Los aceites PAG también son el lubricante predilecto para muchos procesos de fibra de alta velocidad y temperatura, donde la estabilidad al cizallamiento es un requisito. Además, se utilizan a menudo como lubricantes en equipos de fabricación textil, como lubricantes para engranajes de extrema presión.
Un renovado énfasis en la conservación de energía ha incrementado el interés en lubricantes para engranajes energéticamente eficientes. Por ejemplo, los aceites PAG satisfacen las exigentes demandas de lubricación de engranajes en turbinas eólicas.
Las bajas velocidades y las elevadas cargas en las superficies en los engranajes de estas unidades han provocado problemas de micro picaduras (micropitting)con aceites a base de hidrocarburos convencionales, que se han solucionado con fluidos a base de PAG. En otras aplicaciones de cajas de engranajes, especialmente en engranajes sinfín, el bajo coeficiente de fricción natural de los fluidos PAG se traduce en ahorro de energía, temperaturas más bajas y menores índices de desgaste.
La versatilidad se une al desempeño
Durante más de 60 años, los lubricantes sintéticos han proporcionado una alternativa viable a los lubricantes minerales tradicionales. Cada tipo cumple funciones únicas, y los aceites PAG funcionan tanto en entornos de alta como de baja temperatura, en áreas de extrema presión y donde se requiere solubilidad en agua.
El polialquilenglicol puede diseñarse para formar una amplia variedad de polímeros. El diseño del polímero puede adaptarse a la aplicación del lubricante para proporcionar, por ejemplo, la viscosidad, el punto de fluidez, la solubilidad y otros atributos deseados.
Esta versatilidad y las aplicaciones en las que se utilizan demuestran que los aceites PAG representan aproximadamente el 24 % del mercado total de lubricantes sintéticos. Sus bajos puntos de fluidez, su amplio rango de viscosidades, su resistencia a la formación de barniz, su mayor solvencia y su amplio rango de solubilidad contribuyen a la reputación de los lubricantes PAG como lubricantes sintéticos de alto desempeño en el mercado.
Con el énfasis continuo en los lubricantes ambientalmente aceptables en la industria, estas cualidades continuarán impulsando a los aceites PAG a la vanguardia del mercado de bases sintéticas.
Daryl Beatty y Martin Greaves, Dow Chemical Company. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América