Sejarah Singkat Dispersan dan Kebutuhan Masa Depan

Dispersan menjaga bahan-bahan yang tidak larut dan jelaga tersuspensi dalam oli sehingga dapat dihilangkan pada penggantian oli berikutnya. Bahan-bahan tersebut mencegah bahan limbah menggumpal, menyebabkan endapan di sekitar mesin dan mengurangi efisiensi operasional.  

Pada mesin bensin, pembentukan lumpur pada kecepatan rendah, suhu rendah, dan kondisi berhenti berjalan dapat menjadi masalah. Bahan polar yang tidak larut dalam minyak dan kontaminan menumpuk di dalam minyak. Jika tidak dikendalikan, hal ini akan menyebabkan lumpur dan pernis di area mesin yang lebih dingin, sehingga menimbulkan masalah operasional. 

Dispersan mengontrol peningkatan viskositas yang disebabkan oleh pembentukan jelaga, terutama pada mesin HDD tetapi juga pada beberapa mesin bensin injeksi langsung. Jelaga terbentuk selama proses pembakaran dan masuk ke dalam minyak curah, menyebabkan minyak mengental. 

Mesin berbahan bakar gas bisa sangat sensitif terhadap kadar abu pelumas. Mereka datang dalam berbagai desain dan beroperasi pada berbagai sumber bahan bakar. Pelumas dengan kadar abu tanpa atau sangat rendah mengandalkan dispersan tanpa abu untuk memberikan kontrol maksimal terhadap zat tak larut dan endapan. 

Cairan transmisi otomatis biasanya mengandung tingkat dispersi tertentu. Ricardo Bloch, pensiunan insinyur kimia industri yang berbasis di Amerika Serikat, mengatakan kepada Lubes’n’Greases bahwa fungsi dispersan adalah "menjaga kopling bebas dari kotoran dengan menyebarkan produk samping oksidasi. Jika kopling terpasang atau dilapisi kaca, transmisi tidak akan berpindah tepat waktu. Faktor-faktor ini membuat dispersan ini berbeda dengan dispersan bak mesin.” 

Kimia Dispersan

Dispersan konvensional adalah bahan organik yang terdiri dari ekor polimer yang larut dalam minyak, biasanya poliisobutilena, dan gugus polar yang melekat. Gugus polar terdiri dari gugus penghubung, biasanya anhidrida maleat, dan gugus fungsi yang biasanya berbahan dasar nitrogen. 

Jenis dispersan konvensional yang paling umum menggunakan PIB sebagai gugus yang larut dalam minyak. Berat molekul adalah variabel kunci untuk sifat dispersi. “PIB dibuat melalui oligomerisasi isobutilena dan tersedia dalam berbagai berat molekul mulai dari beberapa ratus hingga puluhan ribu,” kata Bloch.

“Gugus polimernya harus larut dalam minyak, dan gugus polar harus menempel pada bahan limbah dalam minyak agar tetap berada dalam larutan minyak,” tambahnya. “Jika gugus alkil polimer terlalu kecil, pendispersi tidak mampu menjaga agar bahan yang tidak larut tetap terdispersi.” 

Untuk mengubah PIB menjadi dispersan, PIB dicangkokkan dengan maleat anhidrida (jembatan) untuk membentuk poliisobutilena suksinat anhidrida. Reaksi dengan anhidrida maleat dapat bersifat “termal”, menggunakan PIB yang sangat reaktif (HR-PIB) atau difasilitasi dengan gas klor. Lebih dari satu anhidrida maleat dapat ditambahkan ke molekul PIB untuk memaksimalkan fungsi per molekul.

PIBSA kemudian bereaksi dengan amina untuk memberikan fungsionalitas. Jenis dan kadar nitrogen amina merupakan variabel selanjutnya, dan pada banyak pendispersi, ini adalah poliamina. Modifikasi lain, seperti penambahan boron, dapat dilakukan untuk mengubah sifat-sifatnya.

Pengubah viskositas pendispersi digunakan dalam beberapa formulasi oli mesin. Mereka tidak menggunakan polimer PIB, melainkan polimer standar, seperti kopolimer olefin, yang bereaksi dengan anhidrida maleat menjadi fungsional. Ini memiliki panjang rantai yang lebih panjang dibandingkan dispersan konvensional.

Poli-metakrilat dispersan menggunakan monomer alkil metakrilat untuk membuat gugus polimer yang larut dalam minyak. Gugus asam karboksilat dalam monomer digunakan sebagai jembatan untuk menambahkan gugus fungsi yang mengandung nitrogen. Grup jembatan dan fungsinya secara teratur melekat di sepanjang rantai polimer.

Sifat PMA dispersan dapat divariasikan melalui pemilihan monomer berbasis metakrilat, berat molekul polimer serta jenis dan tingkat nitrogen dari gugus amina fungsional. Mereka menggabungkan proses peningkatan karakteristik viskositas fluida dengan kontrol dispersi. Teknologi VM PMA digunakan dalam cairan transmisi karena sifat fluiditas suhu rendahnya yang sangat baik dibandingkan jenis VM lainnya. PMA dapat digabungkan dengan paket aditif lainnya ke dalam satu paket kinerja transmisi yang stabil.

Sejarah Singkat Dispersan

Dispersan mulai digunakan secara luas pada tahun 1950an selain teknologi lama seng dialkilditiofosfat dan deterjen logam untuk pelumas bak mesin. “Ketika mobil dikendarai untuk jarak pendek, terjadi pembentukan lumpur, yang diperbaiki dengan penggunaan dispersan PIBSA/PAM dengan berat molekul rendah,” kata Bloch.

Penggunaan dispersan meningkat antara tahun 1970 dan 2000, khususnya sebagai respons terhadap diperkenalkannya uji mesin mobil penumpang Sequence V untuk lumpur dan pernis bersuhu rendah. Teknologi pendispersi utama didasarkan pada PIB, yang diklorinasi untuk menambahkan anhidrida maleat dan kemudian direaksikan dengan amina. “PMA dispersan diperkenalkan pada tahun 1960an, diikuti oleh OCP dispersan pada akhir tahun 1970an.” kata Bloch. “Bahan-bahan ini bagus dalam menangani lumpur dan pernis bersuhu rendah.”

Sejak tahun 2000, penanganan jelaga semakin ditekankan karena mesin diesel telah mengambil pangsa pasar yang lebih besar dalam penjualan mobil penumpang secara global dan mesin HDD telah menghasilkan muatan jelaga yang lebih tinggi. “Pada akhir tahun 1990-an, jelaga dalam solar merupakan konsekuensi dari upaya OEM untuk mengendalikan emisi NOX,” Rolfe Hartley dari Sangemon Consulting yang berbasis di AS mengatakan kepada Lubes’n’Greases. “Waktu mesin yang diperlambat menurunkan suhu pembakaran puncak, mengakibatkan pembakaran tidak sempurna dan jelaga.”

Dia menambahkan, “Resirkulasi gas buang yang didinginkan (EGR) juga digunakan untuk mengurangi NOX; namun, hal ini mengakibatkan masuknya kondensat yang sangat asam ke dalam minyak, sehingga memperparah pengentalan jelaga.” 

Teknologi pendispersi dengan berat molekul lebih tinggi dikembangkan dan menunjukkan kemampuan penanganan jelaga yang lebih baik. Formulator menyeimbangkan komponen dispersan untuk menutupi lumpur dan pernis bersuhu rendah serta penanganan jelaga bersuhu lebih tinggi, sehingga menghasilkan peningkatan laju perlakuan dispersan dan campuran dispersan. 

Dispersan telah digunakan selama beberapa waktu pada oli silinder laut 2 tak, meskipun detergensi secara historis lebih penting. 

Penggunaan VM dispersan menurun pada oli mesin karena volatilitas oli dasar membaik dengan diperkenalkannya stok dasar API Grup II dan Grup III serta peningkatan pada dispersan konvensional. Protokol pengujian mesin untuk VM dispersan rumit karena tingkat dispersansi formulasi bervariasi sesuai dengan laju perlakuan VM untuk setiap tingkat viskositas. Dispersansi yang konstan memerlukan tingkat VM dispersan yang tetap dan penambahan VM non-dispersan kedua untuk mencapai tingkat viskositas target.

Kesadaran lingkungan yang lebih besar mengenai sisa kandungan klorin dalam pelumas menyebabkan diperkenalkannya batas klorin dalam beberapa spesifikasi pelumas OEM. “OEM otomotif khawatir bahwa senyawa terklorinasi dalam pelumas dapat menimbulkan dioksin dalam gas buang,” kata konsultan yang berbasis di Inggris, Trevor Gauntlett, kepada Lubes’n’Greases. “Dioksin sangat stabil; banyak yang bersifat persisten, bersifat bioakumulatif dan beracun, termasuk bersifat karsinogen yang kuat.” 

Dispersan berbasis HR-PIB diperlukan untuk memenuhi batas klorin ini, dan dispersan tersebut juga menunjukkan manfaat dalam kinerja pelumasan mesin premium. Akibatnya, permintaan HR-PIB mengalami pertumbuhan yang signifikan, menggantikan PIB terklorinasi untuk dispersan.  

Persyaratan Dispersansi di Masa Depan

Penggerak pelumas bak mesin baru saat ini mencakup pengurangan emisi dan peningkatan penghematan bahan bakar. Dispersan tidak mempunyai dampak yang signifikan terhadap perangkat keras pengendalian emisi, seperti katalis gas buang dan filter partikulat, dan tidak memberikan kontribusi terhadap kendala kimia berupa abu sulfat, belerang, dan fosfor. Oleh karena itu, mereka merupakan komponen bermanfaat dalam formulasi yang dibatasi emisinya. Dorongan untuk menggunakan minyak dengan viskositas lebih rendah untuk meningkatkan penghematan bahan bakar merupakan tantangan bagi dispersan, karena bahan tersebut merupakan penyumbang pengentalan yang signifikan terhadap viskositas suhu rendah. Para peneliti berupaya mempertahankan manfaat pengendalian lumpur, pernis, dan jelaga sekaligus mengurangi kontribusi polimer terhadap pengentalan viskositas. 

“Diperkirakan tidak diperlukan dispersi suhu rendah atau tinggi yang lebih besar untuk spesifikasi mobil penumpang baru di Amerika Utara mengingat tingkat perlindungan yang tinggi saat ini,” Steve Haffner dari SGH Consulting yang berbasis di AS mengatakan kepada Lubes’n’Greases. Penggunaan mesin diesel mobil penumpang mengalami penurunan yang signifikan; mesin diesel hanya menyumbang 17% dari penjualan mobil baru di UE pada tahun 2021. 

“Tingkat jelaga dalam minyak jauh berkurang berkat perangkat aftertreatment gas buang,” kata Hartley. “Tingkat jelaga yang lebih rendah dalam minyak berarti pengendalian jelaga tambahan tidak diperlukan.” 

Area fokus yang berkembang adalah mesin hibrida, yang memiliki mesin pembakaran internal dan motor listrik. Mengurangi waktu pengoperasian mesin atau pengoperasian suhu rendah pada mesin hibrida dapat menimbulkan masalah kondensasi dan lumpur, sehingga memberikan peluang untuk kontrol dispersi yang lebih baik. 

Untuk HDD, Haffner mengatakan bahwa “diharapkan tingkat perlindungan saat ini sama atau lebih baik dari apa yang dibutuhkan OEM pada mesin baru mereka, sehingga dispersan yang ada atau versi yang lebih optimal sudah cukup.” 

Hartley setuju. “Emisi NOX kini dikendalikan melalui reduksi katalitik selektif dengan urea sehingga menghilangkan kebutuhan untuk memperlambat waktu atau menggunakan EGR dalam desain mesin paling canggih,” katanya. “Mesin ini menghasilkan lebih sedikit jelaga di dalam oli, sehingga membutuhkan lebih sedikit dispersansi.” 

Hartley menambahkan, “Alasan utama mengapa tingkat perlakuan dispersan pada HDD tetap tinggi adalah karena mereka harus kompatibel dengan desain mesin sebelumnya.”

Permintaan HR-PIB terus meningkat seiring dengan penurunan signifikan penggunaan dispersan terklorinasi. Gauntlett berkomentar, "Bagi produsen, ada kekhawatiran bahwa klorin itu sendiri adalah gas beracun yang sangat reaktif, yang dapat menyebabkan iritasi kulit, mata, dan pernafasan pada konsentrasi yang cukup rendah. Karena bereaksi dengan besi dan beberapa polimer, maka diperlukan peralatan khusus untuk transportasi, penyimpanan, dan produksi."

VM dispersan untuk bak mesin mengurangi jumlah dispersan konvensional dalam formulasi untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar. Namun, tingkat viskositas yang sangat rendah memerlukan sedikit atau tidak ada VM, sehingga dispersi yang dapat dicapai rendah. Resistensi pelanggan terhadap VM dispersan masih ada. Produk cenderung unik, sehingga keamanan pasokan menjadi perhatian seiring dengan tambahan stok VM di pabrik campuran.

Untuk oli mesin kelautan, peralihan ke bahan bakar dengan kandungan sulfur yang lebih rendah, peningkatan penggunaan kadar distilat, dan desain mesin baru berarti penggunaan dispersan yang efektif menjadi semakin penting. Hal ini perlu diimbangi dengan kebutuhan detergensi yang terus berlanjut ketika memformulasikan produk baru.

Bagi ATF, sekali lagi penghematan bahan bakar merupakan pendorong utama seiring dengan kompatibilitas kelistrikan dan perangkat keras yang lebih baik dalam transmisi elektronik. Viskositas menjadi sangat rendah, sehingga membatasi kebutuhan dan kemungkinan penggunaan VM dalam transmisi elektronik.  Namun, PMA dispersan masih dapat berperan dalam memastikan perlindungan oksidasi yang lebih baik, dengan potensi mengorbankan konduktivitas listrik yang lebih tinggi. Sifat gesekan mungkin juga diperlukan jika transmisi elektronik memiliki kopling atau sinkronisasi.  

MINYAK PENERBANGAN VICTORY® 100AW

OLI MESIN KELAS TUNGGAL DISPERSANT ASHLESS DENGAN ADITIF ANTI WEAR UNTUK MESIN PISTON PESAWAT TERBANG

Phillips 66® Victory Aviation Oil 100AW adalah dispersan tanpa abu, oli mesin tingkat tunggal yang telah dicampur sebelumnya dengan konsentrasi aditif antiscuff/antiwear yang tepat (LW-16702) yang diamanatkan oleh Lycoming Service Bulletins 446E dan 471B serta Instruksi Servis 1409C. Direkomendasikan untuk digunakan pada mesin pesawat piston berlawanan dan piston radial dimana keausan cam lifter menjadi perhatian.

Ada dua tipe dasar oli penerbangan yang disetujui FAA yang digunakan pada mesin piston pesawat penerbangan umum.

1. Mineral lurus

2. Dispersan tanpa abu (AD)

Banyak mesin Lycoming menggunakan oli mineral langsung untuk tujuan “pembobolan” pada mesin yang baru, dibangun kembali, atau dirombak. Operator kemudian harus beralih ke oli AD setelah “pembobolan” selesai. Pada mesin yang menggunakan oli mineral langsung melebihi periode pembobolan normal (25 hingga 50 jam), peralihan ke oli AD harus dilakukan dengan hati-hati karena endapan lumpur yang terlepas dapat menyumbat saluran oli. Penyaring oli harus diperiksa setelah setiap penerbangan sampai gumpalan lumpur tidak lagi muncul.

Mesin Lycoming yang akan diganti dengan oli AD mencakup semua model turbocharged, O-320-H dan O/LO-360-E.

Karena oli dispersan tanpa abu modern yang disetujui FAA sudah mengandung aditif yang membuatnya lebih unggul dibandingkan oli mineral murni, penggunaan aditif oli tambahan pada mesin Lycoming menjadi sangat terbatas. Satu-satunya bahan tambahan yang disetujui oleh Lycoming adalah nomor komponen Lycoming LW-16702, bahan tambahan oli anti lecet dan anti aus. Kebijakan yang mengatur penggunaan aditif oli ini dijabarkan dalam revisi terbaru Buletin Servis 446 dan 471, dan dalam Instruksi Servis 1409. Publikasi ini menyetujui penggunaan LW-16702 untuk semua mesin bolak-balik Lycoming kecuali mesin yang menggunakan kopling tipe gesekan dan sistem oli mesin umum untuk transmisi dan rakitan kopling. Penggunaan LW-16702 diperlukan pada model mesin tertentu. Model-model tersebut adalah 0-320-H, O-360-E, LO-360-E, TO-360-E, LTO-360-E, TIO dan TIGO-541.

Oli mesin yang bersih sangat penting untuk umur mesin yang panjang, dan filter oli aliran penuh merupakan peningkatan tambahan dibandingkan metode filtrasi lama. Secara umum, pengalaman servis menunjukkan bahwa penggunaan filter oli eksternal dapat memperpanjang waktu antar penggantian oli asalkan elemen filter diganti setiap kali penggantian oli. Namun, pengoperasian di area berdebu, iklim dingin, dan di mana jarang terjadi penerbangan dengan periode idle yang lama akan memerlukan penggantian oli yang lebih sering secara proporsional meskipun telah menggunakan filter oli.. Oli dan elemen filter oli harus diganti secara rutin setelah setiap 50 jam pengoperasian mesin, dan filter harus dibuka untuk memeriksa material yang terperangkap di dalam filter untuk mencari bukti kerusakan internal mesin. Pada mesin yang baru atau baru saja dirombak, beberapa partikel kecil serutan logam mungkin ditemukan, namun hal ini tidak berbahaya. Logam yang ditemukan setelah dua atau tiga kali penggantian oli pertama harus dianggap sebagai indikasi bahwa masalah serius sedang berkembang dan penyelidikan menyeluruh harus dilakukan. Filter oli tidak menghilangkan kontaminan seperti air, asam, atau lumpur timbal dari oli. Kontaminan ini dihilangkan dengan mengganti oli.

Filter oli bahkan lebih penting lagi pada mesin dengan kompresi tinggi atau tenaga lebih tinggi. Beberapa pabrikan pesawat telah sukses dengan mesin empat silinder yang kecil dan berkompresi rendah tanpa menggunakan filter aliran penuh. Secara umum, mesin-mesin ini juga mampu mencapai umur overhaul yang diharapkan asalkan oli diganti secara konsisten, dan pengoperasian serta pemeliharaan dilakukan sesuai dengan rekomendasi badan pesawat dan pabrikan mesin.

Revisi terbaru pada Instruksi Servis Lycoming 1014 memberikan rekomendasi untuk oli pelumas, interval penggantian oli, dan pembobolan mesin. Pilot dan mekanik harus mengetahui berat, jenis dan merek oli yang digunakan pada mesin yang diservis. Pada setiap penggantian oli, informasi spesifik ini harus dicatat dalam buku catatan mesin. Kecuali sebagai tindakan sementara dalam keadaan darurat, minyak yang berbeda tidak boleh dicampur. Pencampuran oli secara terus-menerus dan sembarangan dapat menyebabkan masalah konsumsi oli yang tinggi atau penyumbatan pada ring kontrol oli dan saringan oli.

Konsumsi oli merupakan tren kesehatan mesin yang sangat penting untuk dipantau. Operator dan petugas pemeliharaan harus mengetahui riwayat umum konsumsi oli selama masa pakai mesin. Hal yang biasa terjadi pada mesin saat memasang ring piston baru adalah konsumsi oli mungkin tidak menentu atau tinggi; namun setelah ring dipasang, umumnya dalam 25 hingga 50 jam pertama, konsumsi oli akan turun di bawah batas maksimum yang ditetapkan oleh pabrikan. Di kemudian hari, selama masa pakai mesin, jika terjadi peningkatan nyata dalam konsumsi oli dalam jangka waktu 25 jam, hal ini dapat menjadi sinyal bahaya dan memerlukan penyelidikan. Penyaring dan filter oli harus diperhatikan dengan cermat untuk mengetahui adanya tanda-tanda logam. Petugas pemeliharaan harus melakukan pemeriksaan kompresi silinder, menggunakan peralatan tekanan diferensial dan juga melihat ke dalam silinder dengan borescope atau lampu gooseneck untuk mendeteksi kondisi yang tidak biasa.