Wachsester

3.5 Umweltverträgliche Schmierstoffe

Die treibenden Kräfte, die benötigt werden, um die Probleme zu reduzieren, die durch den Kontakt von Schmierstoffen mit der Umwelt verursacht werden, sind Umweltfakten, öffentliches Bewusstsein, staatliche Richtlinien und Vorschriften, Globalisierung der Märkte und wirtschaftliche Anreize. Die bevorzugte Vorgehensweise besteht darin, die Toxizität zu verringern und die biologische Abbaubarkeit zu erhöhen. Die Schmierstoffindustrie verwendet in ihrer Vermarktungsliteratur eine Vielzahl verwirrender Bezeichnungen, um Schmierstoffe hinsichtlich ihrer Beeinträchtigung der Umwelt zu klassifizieren. Einige dieser Begriffe, denen der gemeinsame Deskriptor ‚Umwelt‘ vorangestellt ist, umfassen: akzeptabel, angepasst, bewusst, gutartig, vorsichtig, kompatibel, anpassungsfähig, rücksichtsvoll, günstig, freundlich, harmlos, gerechtfertigt, neutral, ungiftig, positiv, vorzuziehen, schützend, verantwortlich, sicher, empfindlich, geeignet. Zum Beispiel hat Mobil seine Hydraulikflüssigkeiten der Linie Environmental Awareness Lubricants (EAL) eingeführt. Pennzoil verwendet die Terminologie ‚umweltfreundlich‘ für seine Motorenöle. Ebenso hat die Carl Bechem GmbH (Hagen, Deutschland) ein leistungsstarkes Sortiment an umweltfreundlichen Schmierstoffen und Additiven (Umlauföle, Fette, Bahnschmierstoffe usw.) entwickelt.). Umweltverträgliche Schmierstoffe werden in Refs diskutiert . Shell bevorzugt die Begriffe ‚umweltfreundliche Produkte‘ für seine Schmierstoffproduktlinie, die auf sorgfältig ausgewählten ungesättigten und gesättigten SEs oder fortschrittlicher Technologie RSO mit optimierten Additivpaketen basiert, um eine gute AW / EP-Leistung, Korrosionsschutz und Oxidationsstabilität zu erzielen. Shell Naturelle HF-E ist eine fortschrittliche biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeit. Petro-Canada Lubricants (Mississauga, ON) hat die EcoSia-Linie umweltverträglicher Produkte (inhärent bis leicht biologisch abbaubar) entwickelt.

Commercial ‘bio’ hydraulic fluids are made from non-renewable synthetic polyol esters. Traditionell ist diese Art von sicherer Umweltflüssigkeit in der Industrie als EA-Flüssigkeit bekannt, im Gegensatz zu einer biobasierten Flüssigkeit (siehe Abschnitt 12.3.1). Es gibt keine Standards für EA-Schmierstoffe oder Hydraulikflüssigkeiten. Ebenso gibt es keine Industrie- oder Leitfadenspezifikationen für EA-Flüssigkeiten und -Fette. Hersteller und Endverbraucher sind sich einig, dass ein Schmierstoff, der als EA-Typ eingestuft werden soll, biologisch abbaubar und ungiftig, aber nicht unbedingt biobasiert oder erneuerbar sein muss. Bis zur Entwicklung spezifischer Normen und Spezifikationen sollte die Qualifikation von Flüssigkeiten, die als EA angesehen werden sollen, von der Konformität mit EPA abhängen 560/6-82-002 (LC50 > 1000) und ASTM D 5864 (60% Umwandlung in CO2 in 28 Tagen) bezüglich Toxizität bzw. Einige EA-Schmierstoffe werden nur als ‚leicht biologisch abbaubar‘ eingestuft; Sie werden aus nicht erneuerbaren Ressourcen hergestellt.

Im Zusammenhang mit umweltfreundlichen Schmierstoffen sind andere häufig verwendete Begriffe ‚Lebensmittelqualität‘ und ‚grün‘. Obwohl einige Schmierstoffe als Lebensmittelqualität gekennzeichnet sind, von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassen wurden und ASTM-Standardprüfverfahren unterliegen, gibt es keine weltweite Standarddefinition oder Spezifikation für Umweltschmierstoffe, die Standardschmierstoffe ersetzen sollen. Schmierstoffe in Lebensmittelqualität werden im Allgemeinen in der Lebensmittelindustrie verwendet, wo ein zufälliger Kontakt mit Lebensmitteln auftreten kann. Schmierstoffe in Lebensmittelqualität können als EA-Schmierstoffe gelten oder nicht. Die meisten Schmierstoffe in Lebensmittelqualität basieren auf ungiftigem US Pharma Copaccia (USP) -Weißmineralöl, das die für EA-Schmierstoffe geltenden Kriterien für die biologische Abbaubarkeit nicht erfüllt. Eine grüne Flüssigkeit bezieht sich meist auf Schmiermittel auf Pflanzenölbasis.

Natürliche fette Öle wie CAS, Palmöl (PMO), RSO, SBO, SNO, TLW und Spermöl werden seit Jahren in Schmierstoffen verwendet. Triglyceride (mehr oder weniger ungesättigte Fettester) sind biologisch abbaubar und zeigen hervorragende tribologische Eigenschaften (niedriger Reibungskoeffizient (CoF), guter Verschleißschutz). Rapid Energy Services (Lafayette, LA) produziert und liefert eine Reihe umweltfreundlicher Schmierstoffprodukte wie Hydraulikflüssigkeiten (ISO-Viskositätsgrade von 22 bis 68), Durchdringungsöl, Kettenöl und Marineöl. Alle biobasierten Schmiermittelprodukte von Rapid, die aus nachwachsenden landwirtschaftlichen (natürlichen Samen-) Pflanzengrundölen hergestellt werden, sind in ihrer Leistung ihren erdölbasierten Gegenstücken gleich und bieten gleichzeitig eine vollständige biologische Abbaubarkeit. Die Grundöle und Zusatzstoffe in diesen Produkten bestehen und übertreffen die Kriterien der akuten Toxizität (LC50), die von der US EPA und US Fish and Wildlife angenommen wurden.

In Bezug auf die Eigenschaften sind Pflanzenölbasisbestände unterschiedlicher Natur als paraffinische und naphthenische Basisbestände der Gruppen I, II oder III. In der Biolubricants-Industrie scheinen RSO und Rapsöl die Basisöle der Wahl für biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeiten zu sein (verfügbar seit 1985). Ihr Anwendungsbereich ist jedoch aufgrund der im Vergleich zu Mineralölen geringeren Stabilität gegen thermische Oxidation und hydrolytische Beanspruchung sowie teilweise schlechteren Kaltfließeigenschaften begrenzt. Diese Grenzwerte können durch Zusatzstoffe oder durch die Verwendung von KOCHFELDERN auf der Basis von Raps-, Soja-, Mais- oder Sonnenblumenöl verbessert werden (siehe Abschnitt 5.3.1). Seit dem Aufkommen der EA-Kategorie ist eine neue Kategorie kommerzieller Hochleistungsschmierstoffe entstanden, die erneuerbar, nachhaltig, recycelbar und biologisch abbaubar ist, nämlich Renewable Lubricants, Inc. (RLI) stabilisierte KOCHFELDER (siehe Abschnitt 10.5.2).

SEs decken eine breite Palette von Chemikalien mit unterschiedlichen Qualitäten und Preisen ab (siehe Abschnitt 6.2.1). Für die Entwicklung von EA-Schmierstoffen müssen Ester ausgewählt werden, die die ökologischen Anforderungen erfüllen und günstigere Eigenschaften aufweisen als natürliche fette Öle. Die Chemie bietet eine große Auswahl an Möglichkeiten im Bereich SEs. Die wichtigsten chemischen Reaktionen zur Verbesserung der Eigenschaften von Estern sind Umesterung, (selektive) Hydrierung, Ozonolyse und Dimerisierung (siehe Kapitel 6).

SEs sind länger im Einsatz als jede andere Flüssigkeit auf synthetischer Basis. Sie wurden ursprünglich als Flugzeugtriebwerksschmierstoffe in den 1950er Jahren entwickelt und sind als solche noch immer im Einsatz. Für EA-Basisschmierstoffe sind die am häufigsten verwendeten synthetischen Ester Trimethylolpropan (TMP) – und Pentaerythritol (PE) -Polyolester. Viele Ester sind anfällig für Hydrolyse . Die hydrolytische Stabilität normaler Polyolester unterscheidet sich wenig von RSO, aber ihre Oxidationsbeständigkeit ist viel höher. Beide Eigenschaften sind bei komplexen Estern deutlich verbessert (siehe Abschnitt 6.2.1). Eine Verbesserung der hydrolytischen Stabilität wirkt sich jedoch in der Regel nachteilig auf die biologische Abbaubarkeit der Basisflüssigkeit aus. Mehrere komplexe Ester (mittelkettige, gesättigte Fettsäuren auf TMP oder anderen Polyolen) kombinieren ausgezeichnete thermol-oxidative Eigenschaften mit guter Hydrolysebeständigkeit und guter biologischer Abbaubarkeit. SEs gehören zu den besten biologisch abbaubaren Hydraulikflüssigkeiten. Sofern sie mit geeigneten Additiven formuliert sind, können sie ungiftig sein. Sie zeichnen sich durch hervorragende Schmiereigenschaften aus: Hohe Viskosität und geringe Reibung bei gleichzeitig guter Tieftemperatur- und Hochtemperaturliquidität sowie Alterungsstabilität. Sie sind für extreme temperaturbereich operationen. Durch die Verlängerung der Ölwechselintervalle bleiben synthetische Ester kostengünstig.

PAGs waren die ersten biologisch abbaubaren Öle auf dem Markt. Allerdings verschlechtern sich nicht alle PAGs gleich gut. Geschwindigkeit und Grad des biologischen Abbaus werden durch das Verhältnis von Propylen zu Ethylenoxid (PO / EO) gesteuert, wobei Polyethylenglykole (PEGs) biologisch abbaubarer sind. Polypropylenglykole (PPGs) sind nicht leicht biologisch abbaubar; Das gleiche gilt wahrscheinlich für Polybutoxylate (OSPs). Es überrascht nicht, dass die Geschwindigkeit und das Ausmaß der biologischen Abbaubarkeit mit zunehmendem Molekulargewicht abnehmen. PAG-Flüssigkeiten haben eine ausgezeichnete Stabilität im Bereich von – 45 bis 250 ° C und zeichnen sich dort aus, wo Brandgefahren ein Problem darstellen. Ölwechselintervalle (2000 h oder einmal im Jahr) sind ähnlich wie bei Mineralölen. Nicht alle Polyglykole sind wasserlöslich. EO-basierte Polyglykole sind gut wasserlöslich, schlecht mischbar mit Mineralölen und von hoher Polarität. Polyglykole mit hohem PO-Gehalt sind nicht oder nur wenig wasserlöslich, teilweise mit Mineralöl mischbar und deutlich weniger polar als PEGs. Hydraulikflüssigkeiten auf Polyglykolbasis (HEPGs) können aufgrund ihrer Wasserlöslichkeit Wasser enthalten.

PAGs können sehr gute technische Eigenschaften haben und sind im langfristigen praktischen Einsatz bekannt. Die Wasserlöslichkeit einiger Polyglykole (PEGs) und ihre Unverträglichkeit mit Mineralölen hat ihre Akzeptanz eingeschränkt. HEPGs werden vor allem in der Wasserversorgungsindustrie, in Off-Shore-Anwendungen und in der Kanalschleusenhydraulik als schnell biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeiten eingesetzt, insbesondere wenn die Anwendung zu einer unvermeidbaren Kontamination der Hydraulikflüssigkeit mit eindringendem Wasser führt. Polyglykolhydraulikflüssigkeiten sind seit mehreren Jahrzehnten erhältlich und werden insbesondere in der Lebensmittelindustrie, in Baumaschinen (Bagger) und in verschiedenen stationären Anlagen immer noch häufig eingesetzt. Die Verwendung von Polyglykolen nimmt jedoch aufgrund ihrer aquatischen Toxizität in Mischung mit Schmieradditiven und ihrer Unverträglichkeit mit Mineralölen und Dichtungsmaterialien ab. Die chemische Industrie macht große Fortschritte bei der Entwicklung biologisch abbaubarer, nicht wasserlöslicher PAGs. Dies könnten Alternativen zu Estern sein.

Niedrigviskose Poly-α-Olefine (PAO2) sind biologisch abbaubar. Bei der Formulierung von Schmierstoffen finden diese Grundstoffe jedoch nur eine begrenzte Anwendbarkeit. Der weltweite Marktanteil von PAOs beträgt etwa 1% (siehe Abschnitt 3.3).

Richtig formulierte Pflanzenöl- und SE-basierte Flüssigkeiten sind beide leicht biologisch abbaubar. Im Gegensatz zu mineralischen und synthetischen Äquivalenten sind EA-Schmierstoffe ungiftig und zersetzen sich in Wasser und CO2. Da EA-Flüssigkeiten biologisch abbaubar sind, werden sie in Gegenwart von Wasser und Bakterien abgebaut. Konzeptionell sollten EA-Flüssigkeiten regelmäßig überwacht werden, um sicherzustellen, dass kein biologischer Abbau stattfindet. Während die Grundstoffe von EA-Schmierstoffen nicht toxisch sind, können Additive in den Formulierungen zu einer Vielzahl von Toxizitäten führen.

Der VI der meisten EA-Flüssigkeiten entspricht oder übertrifft den VI von Flüssigkeiten auf Erdölbasis. Der Stockpunkt von nicht stabilisierten Hydraulikflüssigkeiten und Schmiermitteln auf Pflanzenölbasis kann für viele Anwendungen akzeptabel sein. EA-Schmierstoffe ergeben in der Regel gute Verschleißeigenschaften. Die meisten formulierten EA-Flüssigkeiten haben keine Schaumprobleme. Einige gängige Farben, die in Flüssigkeitssystemen verwendet werden, sind mit vielen EA-Flüssigkeiten nicht kompatibel. Polyurethan-Dichtungen sollten nicht mit EA-Flüssigkeiten verwendet werden und sollten durch Viton und Buna N ersetzt werden. Der Flüssigkeitshersteller sollte für spezifische Kompatibilitätsdaten für jedes in der Anwendung verwendete Material konsultiert werden. Die Entsorgungskosten für EA-Öle sind höher als für Mineralöle, da traditionelle Recycler sie nur ungern akzeptieren (siehe Abschnitt 14.7).

EA (Bio)Schmierstoffe werden in vielen Anwendungen benötigt, wie z. B. Kettensägeöle, Drahtseilschmierung, Schiffsöle, Außenbordmotorschmierstoffe, Schmierstoffe für die Lebensmittelindustrie, Hydraulikflüssigkeiten in der Forstwirtschaft, landwirtschaftliche Geräte und Baumaschinen, Aufzugsöle usw. In der Schmierstoffentwicklung besteht das größte Problem für jedes Produkt darin, den optimalen Kompromiss zwischen den entgegengesetzten Anforderungen an Langzeitstabilität und schnellen biologischen Abbau zu finden. Die erfolgreiche Anwendung biobasierter Materialien in der Schmierung in verschiedenen Industriebereichen erfordert ein gründliches Verständnis ihrer tribochemischen Eigenschaften. Beispielsweise beeinflussen Änderungen des Ungesättigtheitsgrades laterale Wechselwirkungen von Adsorbatmolekülen, die ihre Adsorption und damit ihre Grenzschmiereigenschaften verändern.

Die Formulierung biologisch abbaubarer Schmierstoffe ist eine Umkehrung des derzeit von Mineralöl dominierten Schmierstoffmarktes. Es wird angenommen, dass über 90% aller Schmierstoffe schnell biologisch abbaubar gemacht werden können. Heutzutage sind einige westeuropäische Länder und Skandinavien die größten Verbraucher von biologisch abbaubaren Schmierstoffen. In Deutschland waren 2005 5% der Schmierstoffgrundöle schnell biologisch abbaubare (natürliche und synthetische) Ester. Im Laufe der Jahre hat sich der Fokus auf Schmierstoffe von der biologischen Abbaubarkeit zur erneuerbaren verlagert. Dies beeinflusst das Design solcher Produkte.