Katkı maddelerinin tür ve yapıları, ne kadar gerektiği
kullanılacağı ürünlere göre değişir. Örneğin, benzin, dizel yakıtı, jet yakıtı,
uçak benzinleri, yağlama yağları, v.s., gibi çeşitli ürünler veya karışımlarda
kullanılan katkı maddelerinin bazıları aynı veya benzer olabilir, bazıları
tamamen farklı olabilir, veya ürüne göre özel katkı maddeleri kullanılabilir.
Örneğin, uçak benzinlerinde özel oktan sayısı artırıcı ve boya katkı maddeleri
kullanılırken, jet yakıtlarında bu maddeler kullanılmaz, özel korozyon ve
buzlanma önleyiciler kullanılır. (Ürüne özel katkı maddeleri her ürün için
ilgili bölümde belirtilmiştir.)
Katkı maddelerinin değerlendirilmesi, seçimi ve onayı çeşitli
komiteler ve alt komitelerden oluşan Ulusal ve/veya Uluslararası geniş
organizasyon kuruluşlarınca yapılır. Komiteler ürünlere göre oluşturulursa da
genel olarak aşağıdaki birimlerden oluşur:
·
Rafineriler, bireysel olarak.
·
Petrol rafinasyon organizasyonları.
·
Petrol pazarlama organizasyonları.
·
Katkı maddeleri ve ekipman üreticileri,
·
Ürüne göre imalatçı firmalar (örneğin, LPG,
benzin, motorin, için otomotiv ve motor üreticileri, basınçlı kaplar
üreticileri; jet ve uçak yakıtları için uçak malzemeleri ve motorları
üreticileri gibi).
·
İlgili Devlet düzenleme kuruluşları.
·
Özel-ilgili gruplar ve danışmanlar.
Akma Noktası Düşürücü
Katkı Maddeleri
Akma noktası düşürücüler,
parafinik (waks yapılı) bileşikler içeren hidrokarbon karışımlarının
(bunlara stoklar denir) düşük sıcaklıklarda akışkanlıklarını sağlamak veya
iyileştirmek amacıyla kullanılan katkı maddeleridir. Örneğin, parafinik bazlı
hampetrollerden üretilen madeni yağlar bu tür karışımlara tipik örneklerdir;
bunlar soğutulduğunda ince mumsu tanecikler kristallenerek ayrılır, birarada toplanarak
büyük katı yapılara (aglomerler) dönüşürler; yağ viskozlaşır ve giderek tamamı
katı bir kütleye dönüşür.
Akma noktası düşürücüler, waks kristallerinin oluşmasını ve
aglomerasyonunu engellerler; petrol bazlı stokların akma noktasını 5-25 0F
daha aşağıya kadar düşürürler. Sentetik bazlı stoklar parafinik bileşikler
içermediklerinden bu tür katkı maddelerine gerek olmaz.
Tipik akma noktası düşürücüler waks yapılı alkillenmiş
naftalenler, çapraz bağlı waks alkillenmiş fenoller, vinil asetat/fumarik asit
ester kopolimerleri, vinil asetat/vinil eter kopolimerleri, stiren-ester
kopolimerleridir.
Aşınma önleyici ve aşırı yük katkı
maddeleri
Aşınma önleyici ve aşırı yük (veya aşırı basınç) katkı
maddeleri, yağlama yağlarına, yüzeyler arasında oluşturduğu yağlayıcı film
tabakasının (sınır yağlama) direncini artırarak kopmasını, dolayısıyla
yüzeylerin birbirleriyle temas etmelerini önlemek için ilave edilen katkı
maddeleridir.
Aşınma Önleyici Katkı
Maddeleri
Aşınma, birbiri üzerinde hareket eden yüzeylerde, yüzeyler arasındaki boşluğun değişmesi sonucu oluşan metal kaybıdır; sürekli olması halinde malzeme bozulur. Metal-metal teması, yüzeyler arasına film yapıcı maddeler ilave edilerek engellenebilir; bu bileşikler fiziksel absorbsiyon veya kimyasal reaksiyonlarla yüzeyleri korur.
Aşınma önleyici katkı maddeleri arasında organik fosfitler,
sülfürlenmiş olefinler, çinko ditiyofosfatlar, alkali bileşikler
(nötralleştirici olarak) ve polar moleküller (fatty oiller, asitler ve esterler
gibi) sayılabilir.
Motor yağlarında kullanılan çinko ditiyofosfatlar oksidasyon
önleyici, aşınma önleyici ve yatak korozyonu engelleyici gibi çok amaçlı bir
katkı maddesidir. Bu bileşiklerin elde edilmesi aşağıdaki reaksiyonlarla
gösterilebilir; R=alkil veya aril grubundur.
Aşırı Yük Katkı
Maddeleri
Hidrolik akışkanları ve dişli yağları gibi yağlara, yüksek
yük-taşıma kapasitesi ve yüksek kuvvetleri iletme özelliği kazandırmak için
aşırı yük (veya aşırı basınç, EP) katkı maddeleri ilave edilir. EP katkı
maddeleri fosforlu, sülfürlü ve klorlu bileşiklerdir; bu bileşiklerdeki fosfor,
sülfür ve klor atomları sürtünme/yüksek yük (sıcaklık ve basınç) koşullarında
metallerle reaksiyona girerek metal yüzeyinde koruyucu metal kompleksleri
meydana getirir ve kontrolsüz aşınmayı engellerler. Tipik bir EP katkı maddesi
di-n-dioktilftalattır.
Biyosidler
Yakıtlar rafinerilerden çıktıklarında sterildirler, ancak
hava ve suda bulunan mikroorganizmalar nedeniyle hemen kirlenirler. Bu
mikroorganizmalar bakteriler ve mantarlardır; bunlar sulu ortamlarda, fosfor
varlığında, orta sıcaklıklarda, bazıları havalı ortamlarda, bazıları havasız
ortamlarda zamanla artan derecelerde çoğalırlar. Mikroorganizmaların çoğalması
belirli seviyelere ulaştığında biyosid katkı maddelerine gerek olur.
Biyosidler, hem yağda ve hem de suda çözünebilen maddeler olmalıdır; böylece
her iki fazdaki mikropları da yok edebilir; kullanılma konsantrasyonu 200-600
ppm aralığıdır.
Biyosidler mikroorganizmaların büyüme ve çoğalmalarını
engellerler, ancak tankın veya ekipmanın yüzeyinde ağır bir biyokütle
oluşmuşsa, biyosidler bu toplulukların derinliklerine girip yaşamalarını
durduramaz ve oluşmuş biyokütleyi yok edemezler, bu gibi hallerde tankın
boşaltılması ve mekanik olarak temizlenmesi gerekir. Biyosidler
mikroorganizmaları (bakteriler ve mantarlar) öldürmek için hazırlanmış kimyasal
maddelerdir, zehirlidirler; bu nedenle biyosid içeren herhangi bir atık
(özellikle de su) uygun yöntemlerle yok edilmelidir. Yakıt tanklarında su
seviyesinin en az düzeyde, hatta mümkünse sıfır düzeyinde tutulması gerekir.
Yakıtlar yüksek sıcaklık rafineri prosesleri dolayısıyla sterildir, fakat hava
veya suda bulunan mikroorganizmalarla kısa sürede kirlenirler.
1. Sulu ortamlar;
mikroorganizmaların çoğu sulu ortamları sevdiklerinden biyo çoğalma yakıt-su
ara yüzeyinde yoğunlaşır.
2. Yiyecek; mikrop çoğalması
için bazı elementel yiyeceklere gereksinim vardır; bunlardan fosforlu maddeler
çok önemlidir ve biyo çoğalmayı engellemek için yakıtlardaki fosforlu
bileşiklerin konsantrasyonu yeteri kadar düşük olmalıdır.
3. Yüksek ortam sıcaklığı; biyo
çoğalmayı destekler.
4. Hava; bazı organizmaların
havaya gereksinimleri vardır (aerobik), bazıları ise havasız ortamlarda
(anaerobik) yaşarlar ve çoğalırlar.
5. Zaman; mikroorganizmaların çoğalmaları zamanla paralel
olarak artar. Az miktarlarda, hatta birkaç bin tane olduklarında bile bu
organizmalar herhangi bir sorun yaratmazlar, ancak çok fazla büyüyecek kadar
zaman olduğunda koloninin oluşturduğu artan yan-ürün asitlik tanklarda
korozyona, biyokütle de filtrelerde tıkanmalara yolaçar.
Boyalar
Boyalar, özellikle benzin ürünlerini tanımlamak (beçler,
dereceler veya uygulama alanlarına göre) amacıyla kullanılan
hidrokarbonlarda-çözünür katı veya sıvı maddelerdir. Örneğin, genel havacılıkta
kullanılan benzin, kara taşıtlarında kullanılan motor benzininden farklıdır;
güvenlik açısından maviye boyanarak gözle görünür bir özellik kazandırılır.
Oktan sayılarına göre değişik uçak benzinleri (avgaz) farklı renklerde
boyanarak birbirlerinden ve diğer yakıtlardan hemen ayırt edilmeleri sağlanır.
Buzlanma Önleyici
(Anti-Icing) Katkı Maddeleri
Yakıtlarda bulunan serbest su düşük sıcaklıklarda donar.
Oluşan buz kristalleri yakıt tankları, karbüratör, yakıt boruları ve filtreleri
tıkayarak yakıt akışını engeller. Özellikle jet ve uçak yakıtlarında çözünmüş
eser miktarlardaki su bile, yükseklerde sıcaklığın düşmesi nedeniyle yakıt
tanklarında ince buzlanmalara yolaçar. Buzlanmayı önlemek için yakıta, düşük
molekül ağırlıklı sörfaktanlar, alkoller veya glikoller ilave edilir. Alkoller
ve glikoller yakıttaki serbest suyu çözerek karışımın donma noktasını düşürür.
Tipik buzlanma önleyici maddeler izopropanol ve di-etilen
glikol monometil eterdir (di-EGME). İzopropanol yakıtın vuruntu özelliğini
olumsuz yönde etkilediğinden (di-EGME) tercih edilir.
Deterjan-Dispersan
Katkı Maddeleri
Deterjan-dispersan motor yağı katkı maddeleri bir deterjan ve bir
dispersan maddenin kombinasyonudur; sludge (çamur) ve diğer motor
depozitlerinin oluşmasını engelleyen maddelerdir.
Bu tür katkı maddeleri genellikle yüksek molekül ağırlıklı polibüten
süksinimidlerdir; bazan taşıyıcı bir hidrokarbonlar karışımında çözülerek
kullanılır.
Deterjan Katkı
Maddeleri
Deterjanlar yağlama yağlarına ilave edilerek motordaki
yüksek sıcaklık bölgelerinde depozitler toplanmasını engelleyen veya en düşük
düzeyde olmasını sağlayan maddelerdir; bunlar, baz numaraları yüksek (yakıtın
yanması sonucu oluşan asidik yan ürünleri nötralleştirmek amacıyla) metalik
sabunlardır. Deterjanlar genellikle dispersan maddelerle birarada
kullanılırlar.
Deterjanlar büyük bir hidrokarbon molekülü olan ‘kuyruk’la,
polar bir ‘baş’ gruptan oluşur; kuyruk, yağda çözünürlüğü sağlarken, polar baş
grup yağdaki kirlilikleri yakalar. Deterjan maddeler yakaladıkları
kirliliklerin çökelmelerinin engelleyerek aynı zamanda dispersan görevi de
yaparlar; ‘bunlara metalik dispersanlar’ da denir.
Önemli deterjan katkı maddeleri arasında salisilatlar,
sülfonatlar, fenatlar ve fenol sülfür tuzları, tiyofosfonatlar ve sülfofenatlar
sayılabilir.
Salisilatlar, alkil fenollerden Kolbe reaksiyonuyla elde edilirler:
Salisilatlar, alkil fenollerden Kolbe reaksiyonuyla elde edilirler:
Sülfonatlar, yağda çözünebilen büyük bir sübstitüent içeren
sülfonik asitlerin metalik bir bazla nötralleştirilmesiyle elde edilir; genel
reaksiyon şeması aşağıdaki gibi gösterilebilir:
Ticari sülfonatlar iki tiptir; petrol bazlı (veya doğal)
sülfonatlar ve sentetik bazlı sülfonatlar.
Petrol bazlı sülfonatlar white oil üretimi sırasında yan
ürün olarak çıkan sülfonik asit metal tuzlarıdır. İşlenen hampetrolün yapısına
bağlı olarak bu yan üründeki hidrokarbon gruplarının yapısı değişen oranlarda
alifatik, naftenik ve aromatik olabilir.
Sentetik sülfonatlar alkillenmiş aromatiklerin sülfür
trioksitle sülfolanmasıyla elde edilen sülfonik asitlerin metal tuzlarıdır.
Stökiyömetrik miktarlardan daha fazla metal bileşiği içeren
sülfonatlar ‘bazik sülfonatlar’dır; bunlar kirliliklere karşı dispersan görevi
yaparken asidik maddeleri nötralleştirmede daha yüksek kapasiteye sahiptirler.
Fenatlar ve fenol sülfür tuzları: Bu gruptaki katkı
maddeleri alkilfenoller, alkilfenol sülfürler ve alkilfenol aldehitlerin
tuzları içeren geniş bir sınıftır. Bu bileşiklerin yağda çözünürlükleri
fenolün, olefinlerle (>C7) alkillendirilmesiyle sağlanır.
Tiyofosfonatlar polibüten (molekül ağırlığı 500-1000) ve
fosfor pentasülfürün reaksiyonuyla elde edilirler.
Dispersan (Külsüz
Dispersanlar) Katkı Maddeleri
Dispersanlar, katı haldeki kirlilikleri yağlama yağı içinde
süspansiyon halinde tutarak çökelmelerini ve vernikleşmelerini önleyen,
aglomerasyona engel olan katkı maddeleridir. Dispersan bir madde, yakıt
kararsızlığı nedeniyle oluşan reaksiyonları önlemez, ancak reaksiyonlar sonunda
oluşan partikülleri ortamda dağıtıp çökelmelerine veya koagüle olmalarına engel
olarak yakıt filtreleri ve enjektörlerin tıkamamasını sağlar. Kullanılma
sınırları 15 -100 ppm dir.
Dispersan katkı maddeleri iki grup altında toplanır:
1. Yüksek molekül ağırlıklı polimerik dispersanlar; çok
dereceli (multigrade) yağların formülasyonunda kullanılırlar,
2. Düşük molekül ağırlıklı maddeler; viskozite indeks
düzenleyiciye gerek olmayan yağlarda kullanılırlar.
Külsüz dispersanlar, kesikli ve düşük sıcaklıklarda çalışan
motorlarda oluşabilecek çamur ve vernikleri kontrol etmede, metalik katkı
maddelerinden daha etkilidir.
Külsüz dispersanlar N-Sübstitüe uzun zincirli alkenil
süksinimidler, yüksek molekül ağırlıklı esterler ve poliesterler, yüksek
molekül ağırlıklı organik asitlerin amin tuzları, yüksek molekül ağırlıklı
alkillenmiş fenollerden elde edilen mannik bazlar ve polimerik
dispersanlarlardır (aminler, amidler, iminler, imidler, hidroksil, eter, v.s.
gibi polar gruplar içeren metakrilik veya akrilik asit türevlerinin
kopolimerleri ve aynı şekilde polar gruplar içeren etilen-propilen
kopolimerleri). Polimerik dispersanlar aynı zamanda viskozite ve indeks
düzenleyici (improver) maddelerdir.
N-sübstitüe uzun zincirli alkenil süksinimidler aşağıdaki
genel formülle gösterilir:
Yüksek molekül ağırlıklı esterler ve poliesterler külsüz
dispersan katkı maddeleri olarak çok kullanılan bileşiklerdir; bunlar, olefin
sübstitüe süksinik asitlerin mono veya polihidrik alifatik alkollerle
esterleştirilmesiyle elde edilirler. Asitlerdeki olefin sübstitüent en az 50
karbon atomludur ve molekül ağırlığı 500-5000 arasında olmalıdır; örneğin,
etilen glikol ile sübstitüe süksinik anhidridin reaksiyon ürünü tipik bir
yüksek molekül ağırlıklı süksinattır:
Reaksiyonda gliserin, pentaeritrol ve sorbitol gibi
polihidrik alkoller de kullanılabilir.
Yüksek molekül ağırlıklı alkillenmiş fenollerden elde edilen
mannik bazlar, yüksek molekül ağırlıklı bir alkil sübstitüe fenol, bir
alkilenpoliamin ve bir aldehitin kondensasyonuyla elde edilir; örneğin,
polipropilenfenol, tetraetilen pentamin ve formaldehit aşağıdaki reaksiyonu
verir.
Düşük Sıcaklık
Düzenleyiciler
Dizel yakıtının soğuk havalarda veya düşük sıcaklıklarda
viskozlaşmasını önlemek için kullanılan katkı maddeleridir; yakıtın akma
noktasını düşürür, soğukta akışkanlığını korumasını sağlar. Bu tip katkı
maddeleri genellikle polimerik maddelerdir, soğukta yakıt içinde oluşan waks
kristallerine etki ederek büyüklüklerini ve şekillerini değiştirir, aglomere
olmalarını önler, katılaşmalarını engeller.
Emülsifiyerler
Emülsifiyerler, genellikle moleküler yapısında hidrofilik (polar,
‘su-seven’) ve litofilik (nonpolar, ‘yağ-seven’) gruplar içeren ve içinde
bulunduğu sıvının yüzey gerilimini düşüren yüzey aktif maddedir; dört
grup altında toplanır; anyonikler (sabunlar), katyonikler (invert-tersine
çevrilmiş-sabunlar), amfoterikler ve noniyonikler.
Anyonik sörfaktanlar sabunlardır; sodyum palmitat,
sodyumlaurilsülfat, trietanolaminoleat gibi.
Noniyonik sörfaktanlar genellikle makromoleküller veya
polimerik bileşiklerdir; fatty alkoller (lauril, setil, stearil), kısmen fatty
asit esterler içeren polialkoller (gliserin monostearat), fatty asitlerin
sorbitan esterleri (sorbitan monopalmitat), polietilenglikol eterler (PEG 200
lauril eter), kolesterol, polietilenglikol fatty asit esterler (PEG 400
stearat), polisorbatlar veya PEG sorbitan fatty asit esterler (PEG 200 sorbitan
monostearat, polisorbat 60)
Emülsiyon Önleyiciler
(Demülsifiyerler)
Normal koşullarda hidrokarbon (yakıtlar ve yağlar) ve su
karışımı kolaylıkla iki faz halinde ayrılır. Ancak yakıtta bulunabilecek polar
maddeler sörfaktanlar gibi davranacağından, ortamda serbest su bulunduğunda
yakıt ve su bir emülsiyon oluşturacağından faz ayrılması zorlaşır. Böyle bir
karışım, örneğin pompalanma gibi bir işleme alındığında yüksek kayma
kuvvetlerine maruz kalacağından emülsiyon kararlı (kalıcı) hale dönüşür.
Demülsifiyerler emülsiyon kırıcı maddelerdir, oluşmuş yağ-su emülsiyonu bozarak
kararlı hale dönüşmesini engeller, yakıt ve suyun ayrılmasını ve ayrı fazlar
oluşmasını sağlarlar. Demülsifiyerler çeşitlidir; fatty amin bazlı (fatty amin,
propilen oksit, etilen oksit), fatty alkol bazlı (fatty alkol, propilen oksit,
etilen oksit, solvent), reçine bazlı (fenolik amin reçineler, epoksi
bileşikler, solvent) ve kompaund bazlı (noniyonik
sörfaktanlar ve solvent; örneğin, polioksietilen nonil fenil eter) olabilir;
kullanma sınırları ürüne ve ortama göre 5-30 ppm aralığında değişir.
İnjektör Temizleyici
Katkı Maddeleri
Yakıtlar ve karter yağları injektörlerin nozulları etrafında
kalıntılar oluşturur ve be kalıntılar injektörün düzenli yakıt püskürtmesini
engeller; sonuçta yakıt tüketimi ve emisyon miktarları artar. Külsüz polimerik
deterjan katkı maddeleri bu kalıntıları temizler ve injektörleri temiz tutar.
Bu bileşiklerde kalıntılar kendine bağlayan polar gruplarla, yakıtta
çözünebilen non-polar gruplar vardır; hem oluşmuş kalıntıları çözer, hem de
kalıntı oluşmasına engel olur. Deterjan katkı maddeleri kullanım konsantrasyonu
50-300 ppm arasındadır.
İs Önleyici Katkı
Maddeleri
Bazı organometalik bileşikler yakıtın yanmasını
kolaylaştıran katalizörler gibi işlev yapar. Bu maddelerin yakıta
karıştırılması, tam yanma olmaması nedeniyle oluşan siyah is veya duman
emisyonunu azaltır. İs önleyiciler
Korozyon
İnhibitörleri
Yatak metallerinin korozyonu, genellikle asitlerin yatak
metalin oksitleriyle kimyasal reaksiyonu sonucu meydana gelir. Asidik
bileşenler motorda yakıtın tam yanmamasıyla oluşur ve atık gazlar yoluyla yağa
karışır; veya yağın zamanla oksitlenmesiyle de asidik maddeler meydana
gelebilir. Her iki halde de yağın, dolayısıyla yatakların zarar görmemesi için
yağa korozyon inhibitörleri ilave edilir.
Petrol boru hatlarının ve tankların çoğu çelik malzemeden
yapılmış olduğundan ortamda su bulunması halinde paslanma olur ve zamanla bu
noktalardan ilerleyen korozyon boru ve tanklarda delikler açılmasına sebep
olur. Boru hatlarındaki ve tanklardaki ürünler veya yakıtlar pas tanecikleriyle
kirlenir ve kullanıldıkları yerlerde filtreleri tıkar, pompa ve injektör
aşınmasını artırır. Korozyon inhibitörleri, metal yüzeylerine etki ederek
korozif maddelerle temas etmesini engelleyen bir tabaka oluşturur ve sınır
yağlaması görevi yapar. Kullanılma konsantrasyonu 5-15 ppm seviyesindedir.
Kostikler
Kostik bileşikleri, tuz giderme suyuna ilave edilerek
asitlerin nötralleştirilmesi ve korozyonun azaltılması sağlanır. Ayrıca, tuzu
giderilmiş ham petrole de konularak kolon çıkışlarındaki korozif klorürlerin
miktarları azaltılır. Bazı rafineri işlemleme proseslerinde, hidrokarbon
akımlarındaki kirlilikleri uzaklaştırmak amacıyla da kullanılır.
Köpük Önleyiciler
Yakıtlar veya bir akışkan çalkalandığında, veya araç tankına
pompalanırken içinde hapsolan hava ürünün köpürmesine neden olur ve örneğin,
yakıt pompalarında seviye kontrolü olanaksızlaşır. Ayrıca ürüne giren hava bazı
hidrokarbonların veya bileşiklerin oksitlenmesine de yolaçar; yakıtın
kararsızlaşmasına neden olur.
Köpürme, bir sistemin vakum uygulanan tarafında olabilecek
hava sızıntılarından da meydana gelebilir. Veya, pas önleyiciler, deterjanlar
gibi yüzey aktif maddeler ve bazı solventler de suyla birarada olduklarında
köpürmeye nede olurlar.
İstenmeyen köpürmelerin önlenmesi veya en düşük düzeye
indirilmesi için köpük önleyici katkı maddeleri kullanılır; Köpük önleyici
katkı maddelerinin çoğu organosilikon bileşikleridir ve yakıta veya yağa <10
ppm kadar ilave edilir. Örneğin, silikon bileşikleri hava kabarcıklarının yüzey
gerilimini düşürerek kabarcıkların yüzeyde hızla ve kolayca kırılmasını sağlar;
ancak fazla miktarlarda kullanılması halinde ters etki yaparlar.
Diğer bir köpük kesici bileşikler grubu organik
kopolimerlerdir; bunlar küçük kabarcıkların yakıt veya yağ içinde tutulma
olasılığını çok aza indirir.
Metal Deaktivatörler
Dizel yakıtında, özellikle bakır ve çinko gibi çok aktif
metallerin eser miktarlarda bile bulunması, katalizör etkisi yaparak yakıt
kararsızlığı reaksiyonlarını hızlandırır. Metal deaktivatörler bu metalleri
kendilerine bağlayarak (şelat) katalizör etkilerini yok ederler. Kullanılma
sınırları 1-15 ppm’dir.
Oksidasyon
İnhibitörleri (Antioksidanlar)
Yakıt kararsızlığının nedenlerinden biri oksidasyon
reaksiyonlarıdır. Yakıtta çözünmüş olarak bulunan az miktardaki havanın
içerdiği oksijen, reaktif yakıt bileşenleriyle reaksiyona girer ve bu ilk
reaksiyonlar kompleks bir dizi zincir reaksiyonları tetikler. Antioksidanların
görevi zincirleri kırarak peroksitler, hidroperoksitler, çözünebilen ve
çözünmeyen gum ve partikül oluşmasını önlemektir. Olefinler içeren yakıtlarda
bu etki daha fazladır; çünkü olefin bileşikler diğer hidrokarbonlara kıyasla
oksijenle çok kolay reaksiyona girerek zincir reaksiyonları hemen tetikler.
1. Peroksitler, benzindeki vuruntu önleyici bileşikleri
parçalar, yakıt pompalarında aşınmaya neden olur, yakıt sisteminin plastik veya
elastomerik parçalarına zarar verir.
2. Çözünür gum motorda kalıntı yapar, çözünmeyen gum yakıt
filtrelerini tıkar.
3. Antioksidanlar yakıtların depolama stabilitesini artırır,
ancak termal stabilitesini etkilemez.
Antioksidanlar her tür benzinde, özellikle de olefin mikrarı
fazla olanlarda kullanılır. Distilasyon
kolonundan çekilen (straight-run) yakıtlarda az miktarda olefin bulunur; ancak
bunlarda doğal antioksidanlar da olduğundan bu yakıtların oksidasyon
dayanıklılıkları çok iyidir ve antioksidan katkı maddesi ilavesine gerek olmaz.
Hidrotreated işleminden geçirilen akımlarda olefinler hiç yoktur. Ancak,
hidrotreating işlemi, özellikle de hafif hidrotreating merkaptanları
uzaklaştırırken, doğal antioksidanları da yok eder, dolayısıyla yakıtın
kararlılığı azalır. Bu nedenle hidrotreated işleminden çıkan yakıta bazan
antioksidan katkı maddesi ilave edilir. Antioksidan kullanımı ürünün yapısına
göre genellikle 10-80 ppm aralığında değişir. Uçak benzinlerinde maksimum 24
mg/L’dir.
Tipik antioksidanlar fenolik inhibitörler (hindered fenoller),
aromatik nitrojenli bileşikler (fenilen diamin gibi), fosfosülfürize
terpenlerdir.
Fenolik inhibitörler zincir kırıcılardır (chain-breaking);
fenolün inhibitör etkisi, iki orto ve para konumlarına giren alkil gruplarıyla
önemli derecelerde artar. Yüksek sıcaklık uygulamalarında uçuculuğu çok düşük
olan metilenbis yapı diğer fenolik yapılara göre daha kararlı ve etkilidir.
Pas ve Korozyon
İnhibitörleri
Pas ve korozyon inhibitörleri metal yüzeyler üzerinde
koruyucu bir film tabakası oluşturarak su veya diğer korozif kirliliklerin
metalle temasını keserek metalin korozyona uğramasını engellerler. Korozyona
neden olan asidik yapılar katkı maddesi tarafından nötralleştirilerek zararlı
etkisi giderilir.
Bu amaçla kullanılan en yaygın katkı maddeleri sülfonatlar,
alkenil süksinik asitler, sübstitüe imidazolinler, aminler ve amin fosfatlardır.
Setan Sayısı Artırıcı
Katkı Maddeleri
Setan sayısı artırıcı katkı maddeleri dizel yakıtının
motorda yanma özelliğini düzeltir, motorda yanma gürültüsünü ve isi azaltır.
Yararları motor dizaynına, çalışma şekillerine göre değişir. En çok kullanılan
setan sayısı artırıcı 2-etilheksil nitrat (EHN, oktil nitrat) tır. EHN
sıcaklığa dayanıklı değildir, yanma odacığının yüksek sıcaklığında hızla
parçalanır; parçalanma ürünleri, yakıtın yanmaya başlamasına yardımcı olur ve
dolayısıyla yakıtın tutuşma süresi kısalır.
Sızdırmazlık Katkı
Maddesi
Yağlama yağları performans katkı maddelerinden olan
sızdırmazlık katkıları şişerek elastomerik sızdırmazlık sağlayan maddelerdir;
bunlar arasında organik fosfatlar ve aromatik hidrokarbonlar sayılabilir.
Sızıntı Saptayıcı
(Leak Detection)
Jet A ve Jet A-1 yakıtlarında kullanılmak üzere geliştirilmiş
olan ve ‘izci’ denilen katkı maddeleriyle yakıt doldurma boşaltma sistemlerinde
olabilecek kaçaklar saptanabilmektedir; bunlar gaz halindedir, çok düşük
konsantrasyonlarda kullanıldığında bile kaçak veya sızıntı noktalarını
gösterirler.
Sörfaktanlar (Yüzey
Gerilim Düşürücüler)
Sörfaktanlar, yüzey gerilimi düşürerek bir yakıt-su
emülsiyonunu kararlı hale dönüştüren polar organik bileşiklerdir; süzme veya
separatör yoluyla suyun ayrılma yeteneğini de bozarlar.
Aşağıda bazı sörfaktanlar ve kimyasal formülleri
verilmiştir.
Stabilizörler
Yakıt kararsızlığının nedenlerinden biri de asit-baz reaksiyonlarıdır.
Bu reaksiyonları önleyecek stabilizörler kuvvetli bazik aminlerdir, 50-150 ppm
aralığında kullanılırlar. Bu bileşikler asidik bileşiklerle belirli bir
kademeye kadar reaksiyona girerek yakıtta çözünebilen bileşikler meydana
getirirler. Yakıt kararsızlığı gum (yapışkan polimerik maddeler) oluşmasına,
dolayısıyla injektörlerde kalıntı ve partiküller meydana gelerek filtre ve
yakıt sistemlerinde tıkanmalara neden olur. Yakıta kararlılık özelliği
kazandıran katkı maddeleri yakıtın cinsine göre değişir. Kararlılık katkı
maddeleri çok-kademeli reaksiyon yolunun bir kademesini bloke ederek
reaksiyonların işleyişini bozar.
Sürtünme Düşürücüler
(Drag reducers)
Düşük viskoziteli petrol ürünlerinin akış özelliklerini
düzelten yüksek molekül ağırlıklı polimerlerdir. Örneğin, boru hattından akan
benzinle boru yüzeyi arasındaki sürtünmeyi azaltarak daha kolay pompalanmasını
sağlar, yani pompa verimini artırır. Yüksek molekül ağırlıklı polimerler
akışkanın boru içindeki türbülansını düşürür ve akış hızını %20-40 kadar
yükseltir. Kullanma oranı <15 ppm dir. Boru hattından geçen yakıttaki bu
katkı maddesi akış sırasında parçalanıp küçük moleküllere dönüştüğünden daha
sonra yakıtın motorda kullanılmasında herhangi bir performans kaybına neden
olmaz.
Sürtünme Katsayısı
Yükselticiler
Bir yağın sürtünme katsayısını yükselten maddelere sürtünme
modifiyerleri denilir. Organik fatty asitler ve amidler, domuz yağı ve yüksek
molekül ağırlıklı organik fosforik asit esterleri tipik sürtünme katsayısı
yükselticilerdir; bu tür modifiyerler otomotiv motor yağlarında kullanılırlar;
yakıt ekonomisi sağlarlar. Diğer bir tür sürtünme modifiyerleri yağda
süspansiyon halinde kullanılan katılardır; bunlar teflon (PTFE), grafit ve
molibden sülfürdür.
Viskozite İndeks
(veya Viskozite) Düzenleyiciler
Bir akışkanın viskozitesi ısıtıldığında azalır; veya başka
bir deyişle ısıtılan bir akışkan incelir. Akışkanların sıcaklık farkından fazla
etkilenmemesi için viskozite indeks düzenleyici (improver) katkı maddeleri
kullanılır. Özellikle çok dereceli (multigrade) yağların geniş bir sıcaklık
aralığında viskozitelerinin fazla değişmemesi veya değişikliğin belirli sınırlar
içinde kalması gerekir.
Viskozite indeks improverler uzun zincirli ve yüksek molekül
ağırlıklı (10,000-1 milyon) polimerlerdir; yağın relatif viskozitesini yüksek
sıcaklıklarda daha çok, düşük sıcaklıklarda daha az artırır. Bu bileşikler
soğukta sıkılaşıp kısalan, sıcakta esneyerek uzayan (ve genişleyen) yay veya
bobin gibi düşünülebilir. Esneyip genişleyen moleküller büyüyerek, incelen
yağın içinde bir direnç oluşturur ve yağın (veya akışkanın) viskozite kaybını
önemli ölçüde azaltır.
Tipik viskozite indeks düzenleyiciler polar gruplar içeren
polimetilmetakrilatlar, etilen-propilen kopolimerleri, stiren-dien
kopolimerleri, ve stiren-ester kopolimerleridir.
Vuruntu Önleyici
Katkı Maddeleri
Antiknock maddeler Tetraetil kurşun (TEL) ve tetrametil
kurşun (TML), manganez bileşikleri (metilsiklo pentadienil manganez trikarbonil
(MMT) ve demir bileşikleridir (ferrosen). TEL ve TML, önceleri benzinin oktan
sayısını yükseltmek amacıyla kullanılan katkı maddeleriydi, ancak uçak benzini
dışındaki ürünlerdeki kullanımı çok azalmıştır. Ferrosen (disiklopentadienil
demir) Avrupa pazarında az miktarlarda bulunsa da kullanımı yaygın olmayan bir
maddedir. TEL, uçak benzinlerinin en önemli katkı maddesidir; etilen dibromür
ve boyar madde ile karışım halinde kullanılır; etilen bromürün fonksiyonu
yakıtın yanmasıyla çıkan kurşun oksiti yakalamaktır; aksi halde kurşun oksit
valfler ve kıvılcım prizi üzerinde toplanarak motora zarar verir. Etilen
dibromür kurşun oksitle reaksiyona girerek kurşun bromür ve kurşun oksibromür
oluşturur.
TEL içeren benzin ilk olarak 1923 yılında pazarlandı ve
1960’lı yılların sonuna kadar, gelişen otomotiv sektörünün talepleri
doğrultusunda benzindeki konsantrasyonu derece derece artırılarak 2.5 g/gal.a
kadar yükseltildi. Bu yıllardan sonra rafinerilerde yeni ve gelişmiş
teknolojilerle daha az TEL kullanılarak yüksek oktanlı benzin üretimi başladı.
Böylece hızla artan araç sayısı, dolayısıyla zararlı emisyonları azaltmayı
hedefleyen bir takvim hazırlanarak benzin üretiminde TEL kullanımını sıfıra
indirecek bir döneme girildi (1996’da TEL miktarı 0.05 g/gal). Bugün benzinde
kullanılan vuruntu önleyici katkı maddeleri oksijenatlardır; etil tersiyer
bütil eter (ETBE), metil tersiyer bütil eter (MTBE), tersiyer amil metil eter
(TAME) ve diğer oksijenatlar, benzinin oktan sayısını yükseltir ve karbon
monoksit emisyonunu (çıkışını) azaltır.
Yağlayıcılar
Yağlayıcı özellik veren katkı maddeleri ağır hidrotreating
işleminden geçirilen akımların (dizel yakıtı gibi) zayıf yağlama özelliğini
düzeltmek için kullanılır. Bu bileşiklerde, metal yüzeylerle etkileşerek
koruyucu ince bir yüzey filmi oluşturan polar bir grup bulunur; oluşan film,
iki metal yüzeyi birbiriyle temas ettiğinde bir sınır yağlayıcısı gibi
davranır. En çok kullanılan yağlayıcı katkı maddeleri yağ (fatty) asitleri ve
bu asitlerin esterleridir; konsantrasyonları, fatty asitler için 10-50 ppm,
esterler (daha az polar olduklarından) için 50-250 ppm aralığında değişir.
