Um melhorador do índice de viscosidade (VII), ou modificador de viscosidade, é um polímero solúvel em óleo que reduz a perda de viscosidade do óleo à medida que este aquece — o efeito que torna possíveis os óleos multigrau, como o 5W-30. As suas cadeias permanecem compactas quando frias e expandem-se quando quentes, adicionando viscosidade exatamente onde o óleo de base a perde.
Para um formulador, a escolha de um VII é um exercício de equilíbrio: não é possível maximizar simultaneamente a eficiência de espessamento, a estabilidade ao cisalhamento e o baixo custo. O grau adequado depende da estabilidade ao cisalhamento (SSI) exigida pela sua especificação, dos objetivos de HTHS e de índice de viscosidade que deve atingir, dos riscos a baixas temperaturas e de formação de depósitos que deve evitar, e dos valores reais indicados nas fichas técnicas de cada polímero. Este guia aborda todos estes quatro aspectos.
A quem se destina este guia: formuladores de lubrificantes, misturadores e compradores com conhecimentos técnicos que selecionam um tipo de modificador de viscosidade — não uma definição de uma só linha.
O que faz um VII — e qual é o compromisso de que não se pode escapar?
Um VII quase não aumenta a viscosidade quando o óleo está frio e aumenta-a significativamente quando está quente. Esse espessamento dependente da temperatura permite que um óleo de base fino e de fácil bombeamento se comporte como um óleo muito mais espesso à temperatura de funcionamento — a base de um óleo multigrau.
O mecanismo consiste numa espiral que se expande e contrai com a temperatura: a baixas temperaturas, o polímero é pouco solúvel e contrai-se numa espiral compacta que mal afeta o fluxo; à medida que a temperatura aumenta, dissolve-se, a espiral incha e confere cada vez mais índice de viscosidade. É bastante simples — mas cria um compromisso do qual não se consegue escapar através do design. A eficiência do espessamento advém do elevado peso molecular, e é precisamente esse elevado peso molecular que o cisalhamento mecânico quebra. Os polímeros mais estáveis ao cisalhamento e mais eficientes são também os mais caros. Consegue-se otimizar dois dos três — eficiência de espessamento, estabilidade ao cisalhamento, custo — e o terceiro é o seu compromisso.
Por que é que isto importa: não existe um VII universalmente “melhor”, apenas o que melhor se adequa ao seu orçamento para o SSI, à sua meta de VI/HTHS e ao seu limite máximo de custos. Tudo o que se segue trata de estabelecer essa concessão de forma deliberada, em vez de por acaso.
Estabilidade ao cisalhamento (SSI): o valor que determina o seu VII
Se tiver de reter apenas um valor deste guia, que seja o índice de estabilidade ao cisalhamento. O SSI é a fração da viscosidade que um polímero contribui e que se perde após o óleo ser submetido a cisalhamento mecânico (ASTM D6278, o ensaio do injetor de Kurt Orbahn) — assim, um SSI mais baixo significa um polímero mais estável ao cisalhamento, e os VM comerciais de copolímeros de olefinas apresentam um SSI de aproximadamente 23–55.
A distinção que confunde as pessoas é entre perda temporária e perda permanente. Sob elevado cisalhamento, a cadeia do polímero estica-se e o óleo fica mais fluido — mas essa perda temporária de viscosidade reverte-se assim que o cisalhamento cessa. A perda permanente de viscosidade é diferente: a cadeia do polímero rompe-se efetivamente, e a viscosidade nunca volta ao valor que se misturou inicialmente. A perda permanente é o que faz o óleo sair do grau de viscosidade. Uma regra útil do “trapézio da perda de viscosidade”: a cisão da cadeia reduz tanto o KV como o HTHS de forma permanente, mas a perda de KV é sempre a maior das duas.
O valor mínimo de SSI necessário é determinado pela aplicação, e não por preferência:
- SSI ≤ 25 — típico para óleos de diesel e gasolina europeus
- SSI ≤ 35 — preferido para formulações de diesel norte-americanas
- SSI ≈ 55 — a estabilidade ao cisalhamento mais baixa geralmente aceitável para óleos de motor modernos
O afinamento por cisalhamento pode fazer com que um óleo perca um grau de viscosidade inteiro. Um óleo formulado para 5W-30 com um SSI demasiado elevado pode sofrer cisalhamento até atingir um 5W-20 em serviço — perdendo espessura de película antes da troca. É por isso que as especificações modernas estabelecem um KV100 mínimo após um ensaio de cisalhamento padronizado, e não apenas para óleo novo.
A lição para os misturadores: adequem o SSI ao tipo de utilização e ao intervalo de troca, e não ao polímero mais barato. Um óleo para serviços pesados com intervalo de troca prolongado ou um fluido para a transmissão sujeito a forte cisalhamento necessita de um grau com baixo SSI e estável ao cisalhamento para se manter na classe; um óleo para automóveis de passageiros com intervalo de troca curto pode tolerar mais. Os detalhes dos ensaios de cisalhamento independentes (Kurt Orbahn, sónico e o mais rigoroso ensaio KRL com rolamentos cônicos) são bem abordados pela Savant Labs.
OCP, PMA, HSD ou PIB — adequar a composição química ao seu óleo
Quatro famílias de polímeros abrangem quase todos os VII comerciais, e cada uma situa-se num ponto diferente no mapa de eficiência–cisalhamento–custo–baixa temperatura. Abaixo está a comparação entre elas, com valores representativos das próprias classes da CheMost, quando as fornecemos:
| Composição química | Eficiência de espessamento | Estabilidade ao cisalhamento | Baixa temperatura / notas | Tipo da CheMost |
|---|---|---|---|---|
| OCP (copolímero de olefina) | Elevado | SSI 20–45 (comercial 23–55) | Boa se o etileno for ≤ ~60%; baixo custo; VM multigrau dominante | Modificador de viscosidade OCP líquido (SSI 20–45) |
| EPM (etileno-propileno) | Elevado | SSI 23 | Polímero de base sólida, dissolvido pelo misturador; 51,5% de etileno | Polímero de base EPM (SSI 23) |
| PMA (polimetacrilato) | Baixo (~15% do peso molecular na estrutura principal, contra 80–90% no OCP) | Bom | Excelente a baixas temperaturas; também um redutor do ponto de fluidez; custo mais elevado | PMA (duplo VII / redutor do ponto de fluidez) |
| HSD (estireno-dieno hidrogenado, em estrela) | Muito elevado | Bom, mas com perda mais permanente do que o OCP com o mesmo SSI nominal | Excelente a baixas temperaturas; óleos premium para economia de combustível | — |
| PIB (poliisobutileno) | Pouco aumento de VI | — | Base para óleos multifuncionais com dispersante VII | — |
O OCP deve a sua posição dominante no mercado à elevada eficiência de espessamento e ao baixo custo. O teor de etileno é o fator determinante: acima de cerca de 60% de etileno, torna-se um OCP de baixa temperatura (LTOCP), mas se o teor for demasiado elevado, a cristalinidade prejudica a bombeabilidade a baixas temperaturas. O PMA é, contrariamente ao que se poderia esperar, um espessante menos eficiente do que o OCP, apesar do seu elevado peso molecular — apenas cerca de 15% da massa de um PMA reside na estrutura principal (em comparação com 80–90% num polímero de olefina), o que resulta numa cadeia mais curta de ponta a ponta. O que o PMA compensa é o desempenho a baixas temperaturas e uma vantagem adicional: os seus segmentos de cadeia longa (C14+) interagem com a cera, por isso funciona também como um redutor do ponto de fluidez. Os polímeros em estrela HSD oferecem uma eficiência muito elevada e boa estabilidade ao cisalhamento, mas sofrem uma perda mais permanente em condições de funcionamento severas. O PIB aumenta ligeiramente o índice de viscosidade (VI) e serve principalmente de estrutura para os multifuncionais do tipo dispersante-VII.
- Espessamento multigrau de baixo custo é a prioridade
- É necessário atingir um HTHS ≥ 3,5 cP
- Óleos de motor PCMO / HDDO
- A reologia a baixas temperaturas for crítica
- ATF, óleos para engrenagens, óleos de economia de energia
- Se pretender VII + redução do ponto de fluidez num único aditivo
O que isto significa para si: opte pelo OCP (ou um polímero base EPM) para um espessamento multigrau econômico e compatível com o HTHS; opte pelo PMA quando o fluxo a frio ou uma função dupla VII/PPD forem importantes. Uma advertência: as misturas de OCP e PMA proporcionam propriedades intermediárias úteis, mas uma mistura física concentrada dos dois é incompatível — combine-os ao nível do óleo acabado, não no concentrado. Consulte a gama completa de melhoradores do índice de viscosidade CheMost para opções de classes. Para obter informações básicas sobre as classes de polímeros, o relatório da STLE sobre melhoradores de VI é uma boa referência imparcial.
From the labFormulating motor oil or transmission fluid? CheMost supplies the chemistry.View engine oil packagesAjustar o VII às suas especificações: VI, HTHS e SAE J300
Um VII não é escolhido isoladamente — tem de garantir que o índice de viscosidade e o HTHS do óleo acabado se enquadram numa classe SAE J300. O seu ponto de partida é o óleo base: os óleos de base dos Grupos I e II da API têm um índice de viscosidade (VI) de 80–120, os do Grupo III e os PAO (Grupo IV) ultrapassam os 120, e um melhorador de índice de viscosidade eleva então um óleo multigrau acabado para cerca de 150–200+.
A norma SAE J300 classifica um óleo de duas formas simultaneamente: a classificação “W” (inverno) é determinada pela viscosidade de partida a frio e de bombeamento, enquanto a classificação não-W é determinada pela viscosidade cinemática a 100 °C e pela viscosidade HTHS a 150 °C e 10⁶ s⁻¹. Um óleo multigrau, como o 5W-30, deve satisfazer ambos os requisitos. A viscosidade HTHS é frequentemente a restrição determinante: muitos fabricantes de equipamento original (OEM) europeus especificam um valor mínimo de HTHS de 3,5 cP, independentemente da classificação, e é mais fácil manter esse valor acima de 3,5 cP com um OCP do que com um polímero de HTHS mais baixo.
Os dados publicados relativos a óleos SAE 5W-30 misturados com VM de copolímero de olefina mostram quão pouco polímero é realmente necessário:
KV100 ≈ 10 cSt
Teor de polímero OCP = 0,58–1,05 % em peso
HTHS (150 °C) = 2,88–3,07 cP
Na prática: defina primeiro o seu grau W e o valor-alvo de HTHS e, em seguida, escolha o polímero de menor custo que cumpra o seu limite de SSI para essa taxa de tratamento. Pode calcular o VI final a partir das viscosidades do óleo base e da mistura com a nossa calculadora do índice de viscosidade, ou indique-nos a sua classe alvo, o HTHS e o limite de SSI e recomendaremos uma classe de VII e uma taxa de tratamento — solicite uma amostra ou a ficha técnica completa (TDS) → (Os limites de grau aplicáveis são definidos pela norma SAE J300.)
Precauções na formulação
Existem alguns modos de falha que afetam os formuladores que alternam entre graus de VII:
- OCP com elevado teor de etileno e baixas temperaturas: o etileno aumenta a eficiência de espessamento, mas, acima de ~60%, a cristalinidade pode prejudicar a bombeabilidade a baixas temperaturas e contribuir para a formação de lamas. Equilibre o teor de etileno em função do seu objetivo de fluxo a frio.
- Fuligem e depósitos: um dispersante-VII (DVII) integra o controle da fuligem e dos depósitos no próprio modificador de viscosidade — vale a pena considerar para óleos diesel, em vez de adicionar separadamente um dispersante e um VII simples.
- Incompatibilidade entre OCP e PMA: os dois proporcionam uma reologia intermediária útil no óleo acabado, mas uma mistura física concentrada é incompatível — nunca pré-misture os concentrados.
- Tratamento excessivo: mais polímero não significa melhor desempenho. Para além do seu ponto ótimo, um redutor do ponto de fluidez proporciona apenas ganhos marginais e pode até causar a reversão do ponto de fluidez; a mesma disciplina aplica-se à taxa de tratamento com VII e aos orçamentos de fósforo, HTHS e custos que compartilha com o resto do pacote de aditivos.
Perguntas frequentes sobre o melhorador do índice de viscosidade
OCP ou PMA — qual o modificador de viscosidade que devo utilizar?
Utilize OCP (ou um polímero de base EPM) como opção padrão para um espessamento multigrau econômico e sempre que necessitar de um HTHS ≥ 3,5 cP — domina o mercado de VM para óleos de motor por uma boa razão. Opte pelo PMA quando a reologia a baixas temperaturas for crítica (ATF, óleos para engrenagens, óleos de economia de energia) ou quando pretender melhorar a viscosidade e reduzir o ponto de fluidez num único aditivo. Muitos óleos premium combinam ambos ao nível do óleo acabado.
Qual é um bom valor de HTHS, e será que quanto mais baixo, melhor?
Depende da aplicação. Muitos fabricantes de equipamento original (OEM) europeus e de veículos pesados exigem um HTHS mínimo de 3,5 cP para garantir a durabilidade dos rolamentos, por isso “bom”, neste contexto, significa ≥ 3,5 cP. Um HTHS mais baixo (até aos 2,3 mPa·s da classe SAE 16) melhora a economia de combustível, mas reduz a margem hidrodinâmica que protege os rolamentos — por isso, mais baixo é “melhor” apenas até ao ponto em que os requisitos de durabilidade do seu motor o permitirem.
Quanta viscosidade perde um óleo devido ao cisalhamento — pode descer um grau?
Sim. A perda permanente de viscosidade devido à cisão das cadeias poliméricas é irreversível e pode fazer com que um óleo desça um grau de viscosidade completo — um 5W-30 pode passar para um 5W-20 devido ao cisalhamento. A medida em que isso acontece depende do índice de estabilidade ao cisalhamento (SSI) do VII: um óleo com baixo SSI, estável ao cisalhamento, mantém a sua classe ao longo de intervalos de substituição prolongados e em condições de forte cisalhamento, enquanto um óleo com SSI elevado pode perder a sua classe antes da próxima mudança de óleo.
Qual é a diferença entre as viscosidades KV40, KV100 e HTHS?
KV40 e KV100 são viscosidades cinemáticas (em cSt) a 40 °C e 100 °C sem cisalhamento externo (ASTM D445), e ambas juntas determinam o índice de viscosidade (ASTM D2270). A HTHS é a viscosidade a alta temperatura e alto cisalhamento, medida a 150 °C e 10⁶ s⁻¹ (ASTM D4683), que simula um rolamento de motor em funcionamento. A HTHS é um melhor indicador da proteção dos rolamentos do que a KV100 isoladamente e está se tornando cada vez mais a meta das especificações.
Posso adicionar um VII diretamente ao óleo base para produzir um óleo multigrau?
Tecnicamente, espessa o óleo e aumenta o seu índice de viscosidade (VI), mas um lubrificante acabado necessita de um pacote completo de aditivos — antidesgaste (como o ZDDP), detergente, dispersante e antioxidante. Um VII, por si só, proporciona um óleo mais estável termicamente, mas sem a química de desempenho exigida por uma especificação. O VII é sempre um dos componentes de uma formulação equilibrada.
Os melhoradores do índice de viscosidade causam lamas?
Podem causar, se forem mal combinados. Os copolímeros de olefina com um teor de etileno excessivamente alto podem cristalizar a baixas temperaturas e contribuir para a formação de lamas, razão pela qual os OCP modernos equilibram o etileno em cerca de 50–60%. Os VII de polimetacrilato são, por natureza, mais resistentes a este fenômeno. É a seleção do grau, e não apenas a classe do polímero, que determina o resultado.
Sobre este guia
Este guia foi elaborado pela equipe de formulação de aditivos da CheMost, com base na literatura sobre tribologia e lubrificantes (STLE, Savant Labs e o capítulo de Stambaugh em “Chemistry and Technology of Lubricants”), nas normas ASTM, SAE e API citadas ao longo do texto e nas fichas técnicas dos próprios produtos da CheMost. A CheMost fornece aditivos para lubrificantes desde 2013, com apoio em documentação REACH e TSCA e inspeção por entidades independentes (SGS/Intertek/BV) disponível mediante pedido. Destina-se a formuladores e misturadores; não constitui uma aprovação OEM, e as alegações de desempenho do óleo acabado dizem respeito ao próprio óleo acabado.
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Referências e normas da indústria
- Canter, N. “Viscosity Index Improvers.” STLE Tribology & Lubrication Technology, setembro de 2011. stle.org
- “Testing Shear Stability and Viscosity Loss.” Savant Labs (laboratório de ensaios independente). savantlab.com
- Mathura, S. “Viscosity Index Improvers Explained” Precision Lubrication, 2024. precisionlubrication.com
- Stambaugh, R.L. “Viscosity index improvers and thickeners”, em Chemistry and Technology of Lubricants (Springer, 1992). link.springer.com
- Normas referenciadas: ASTM D2270 (VI), ASTM D445 (viscosidade cinemática), ASTM D6278/D6022 (estabilidade ao cisalhamento), ASTM D4683 (HTHS); SAE J300; Grupos de óleos de base da API.
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