Éster de cera

Bartz ha señalado con razón que ningún lubricante puede ser verdaderamente respetuoso con el medio ambiente (es decir, mejorar el medio ambiente); en el mejor de los casos, un lubricante puede permanecer neutral frente al medio ambiente (es decir, inofensivo) . Lo mejor que se puede esperar es que el lubricante afecte al medio ambiente en un grado aceptable (impacto mínimo). La consideración de los aspectos ambientales de los lubricantes debe abarcar todo el ciclo de vida, desde la producción hasta la eliminación (véanse también los capítulos 11 y 14). En particular, la producción y el uso de lubricantes no deben causar agotamiento de recursos, problemas de eliminación, formación de residuos o emisiones, deben tener un bajo consumo de energía, no deben representar riesgos para la salud, deben ser aceptables desde el punto de vista ecológico y degradables biológicamente rápidamente. La terminología utilizada en relación con la «compatibilidad medioambiental» es tanto subjetiva (no medible) como objetiva (medible). Los criterios subjetivos son respetuosos con el medio ambiente y compatibles con el medio ambiente. En el cuadro 3.11 se enumeran algunos criterios objetivos mensurables o demostrables. Los criterios objetivos para los «biolubricantes» son la biodegradabilidad de al menos el 60% según la OCDE 301 o el 80% según la CEC L-33-A-93. El cuadro 3.10 enumera los resultados típicos de biodegradabilidad de varios aceites base.

Commercial ‘bio’ hydraulic fluids are made from non-renewable synthetic polyol esters. Tradicionalmente, este tipo de fluido ambiental más seguro se conoce en la industria como fluido EA, en oposición a un fluido de base biológica (véase la sección 12.3.1). No hay estándares para lubricantes EA o fluidos hidráulicos. Del mismo modo, no hay especificaciones industriales o de guía para fluidos y grasas EA. Los fabricantes y los usuarios finales están de acuerdo en que, para que un lubricante se clasifique como un tipo EA, debe ser biodegradable y no tóxico, pero no necesariamente de base biológica o renovable. Hasta que se elaboren normas y especificaciones específicas, la calificación de los fluidos para ser considerados EA debe basarse en la conformidad con la EPA 560/6-82-002 (LC50 > 1000) y ASTM D 5864 (conversión del 60% a CO2 en 28 días) en relación con la toxicidad y la biodegradabilidad, respectivamente. Algunos lubricantes EA están clasificados como «fácilmente biodegradables»; están hechos de recursos no renovables.

En el contexto de los lubricantes respetuosos con el medio ambiente, otros términos comúnmente utilizados son «grado alimenticio» y «verde». Aunque algunos lubricantes se identifican como de grado alimenticio, han sido aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) y están sujetos a los procedimientos de prueba estándar de ASTM, no existe una definición o especificación estándar a nivel mundial para lubricantes ambientales destinados a reemplazar a los lubricantes estándar. Los lubricantes de grado alimenticio se utilizan generalmente en la industria alimentaria, donde puede ocurrir un contacto accidental con alimentos. Los lubricantes de grado alimenticio pueden calificar o no como lubricantes EA. La mayoría de los lubricantes de grado alimenticio se basan en aceite Mineral Blanco no tóxico de USP, que no cumple con los criterios de biodegradabilidad aplicables a los lubricantes EA. Un fluido verde se refiere principalmente a lubricantes a base de aceite vegetal.

Los aceites grasos naturales como CAS, aceite de palma (PMO), RSO, SBO, SNO, TLW y aceite de esperma se han utilizado en lubricantes durante años. Los triglicéridos (ésteres grasos más o menos insaturados) son biodegradables y presentan excelentes cualidades tribológicas (bajo coeficiente de fricción (CoF), buena protección contra el desgaste). Rapid Energy Services (Lafayette, LOS Ángeles) fabrica y suministra una gama de productos lubricantes respetuosos con el medio ambiente, como fluidos hidráulicos (grados de viscosidad ISO de 22 a 68), aceite penetrante, aceite para cadenas y aceite marino. Todos los productos lubricantes de base biológica de Rapid, formulados a partir de aceites de base vegetal agrícolas renovables (semillas naturales), tienen el mismo rendimiento que sus homólogos a base de petróleo, al tiempo que ofrecen biodegradabilidad completa. Los aceites base y aditivos de estos productos superan y superan los criterios de toxicidad aguda (LC50) adoptados por la EPA de EE.UU. y los Peces y la fauna silvestre de EE.UU.

En términos de propiedades, las reservas de base de aceite vegetal son de naturaleza más diferente que las reservas de base parafínicas y nafténicas de los grupos I, II o III. En la industria de los biolubricantes, el aceite de canola y RSO parecen ser los aceites base de elección para los fluidos hidráulicos biodegradables (disponibles desde 1985). Sin embargo, su rango de aplicabilidad es limitado en vista de una menor estabilidad contra la oxidación térmica y el estrés hidrolítico en comparación con los aceites minerales, y propiedades de flujo en frío parcialmente inferiores. Estos límites pueden mejorarse con aditivos o utilizando placas de cocción a base de aceites de canola, soja, maíz o girasol (véase la sección 5.3.1). Desde el advenimiento de la categoría EA, ha surgido una nueva categoría de lubricantes comerciales de alto rendimiento, que es renovable, sostenible, reciclable y biodegradable, a saber, Renewable Lubricants, Inc. PLACAS de COCCIÓN estabilizadas (RLI) TM (ver sección 10.5.2).

Las NSE abarcan una amplia gama de productos químicos con diferentes calidades y precios (véase la sección 6.2.1). Para el desarrollo de lubricantes EA, se deben seleccionar ésteres que cumplan con los requisitos ecológicos y tengan propiedades más favorables que los aceites grasos naturales. La química ofrece una amplia gama de posibilidades en el área de SEs. Las reacciones químicas más importantes para mejorar las propiedades de los ésteres son la transesterificación, la hidrogenación (selectiva), la ozonólisis y la dimerización (véase el capítulo 6).

Los SES han estado en uso durante más tiempo que cualquier otro fluido de base sintética. Se desarrollaron originalmente como lubricantes para motores de aviones a reacción en la década de 1950 y todavía se utilizan como tales. Para los lubricantes de base EA, los ésteres sintéticos más utilizados son los ésteres de trimetilolpropano (TMP) y poliol pentaeritritol (PE). Muchos ésteres son susceptibles a la hidrólisis . La estabilidad hidrolítica de los ésteres de poliol normales difiere poco del RSO, pero su resistencia a la oxidación es mucho mayor. Ambas propiedades han mejorado mucho en los ésteres complejos (véase la sección 6.2.1). Sin embargo, por lo general, una mejora en la estabilidad hidrolítica es perjudicial para la biodegradabilidad del fluido base. Varios ésteres complejos (de cadena media, ácidos grasos saturados en TMP u otros polioles) combinan excelentes características termoloxidantes con buena resistencia a la hidrólisis y buena biodegradabilidad. Los SES se encuentran entre los mejores fluidos hidráulicos biodegradables. Siempre que estén formulados con aditivos adecuados, pueden ser no tóxicos. Presentan excelentes propiedades de lubricación: características de alto VI y baja fricción combinadas con buena liquidez a baja y alta temperatura y estabilidad al envejecimiento. Son aplicables para operaciones de rango de temperatura extremo. Al extender los intervalos de cambio de aceite, los ésteres sintéticos se mantienen competitivos en costos.

Los PAGs fueron los primeros aceites biodegradables en el mercado. Sin embargo, no todos los PAGs se degradan igual de bien. La tasa y el grado de biodegradación se controlan mediante la relación entre el propileno y el óxido de etileno (PO/EO), siendo los polietilenglicoles (PEG) los más biodegradables. Los glicoles de polipropileno (PPG) no son fácilmente biodegradables; lo mismo puede decirse de los polibutoxilatos (OSP). No es sorprendente que la tasa y el grado de biodegradabilidad disminuyan con el aumento del peso molecular. Los fluidos PAG tienen una excelente estabilidad en el rango de − 45 a 250 °C y sobresalen donde los riesgos de incendio son una preocupación. Los intervalos de cambio de aceite (2000 h o una vez al año) son similares a los aceites minerales. No todos los poliglicoles son solubles en agua. Los poliglicoles a base de EO son altamente solubles en agua, poco miscibles con aceites minerales y de alta polaridad. Los poliglicoles con un alto contenido de PO no son solubles en agua, o solo ligeramente, hasta cierto punto miscibles con aceite mineral, y son significativamente menos polares que las clavijas. Como resultado de su solubilidad en agua, los fluidos hidráulicos a base de poliglicol (HEPG) pueden contener agua.

Los PAGs pueden tener muy buenas propiedades técnicas y son bien conocidos en el uso práctico a largo plazo. La solubilidad en agua de algunos poliglicoles (PEG) y su incompatibilidad con los aceites minerales ha limitado su aceptación. Los HEPG se utilizan principalmente en la industria de suministro de agua, en aplicaciones en alta mar y en sistemas hidráulicos de esclusas de canal como fluidos hidráulicos rápidamente biodegradables, en particular cuando la aplicación conduce a una contaminación inevitable del fluido hidráulico con agua ingresada . Los fluidos hidráulicos poliglicol han estado disponibles durante varias décadas y todavía se utilizan ampliamente, particularmente en la industria de procesamiento de alimentos, en maquinaria de construcción (excavadoras) y en diversas instalaciones estacionarias. Sin embargo, el uso de poliglicoles está disminuyendo debido a su toxicidad acuática cuando se mezclan con aditivos lubricantes y su incompatibilidad con aceites minerales y materiales de sellado. La industria química está dando grandes pasos para desarrollar PAGs biodegradables, no solubles en agua. Estas podrían ser alternativas a los ésteres.

Las poli-α-olefinas de baja viscosidad (PAO2) son biodegradables. Sin embargo, la aplicabilidad de estas existencias básicas en la formulación de lubricantes es limitada. La cuota de mercado mundial de las OPA es de aproximadamente el 1% (véase la sección 3.3).

El aceite vegetal correctamente formulado y los fluidos a base de SE son fácilmente biodegradables. A diferencia de los equivalentes a base de minerales y sintéticos, los lubricantes EA no son tóxicos y se descomponen en agua y CO2. Dado que los fluidos EA son biodegradables, se descompondrán en presencia de agua y bacterias. Conceptualmente, los fluidos EA deben monitorizarse periódicamente para garantizar que no se produzca biodegradación. Si bien las existencias básicas de lubricantes EA no son tóxicas, los aditivos en las formulaciones pueden provocar una amplia gama de toxicidad.

El VI de la mayoría de los fluidos EA cumple o excede el VI de los fluidos a base de petróleo. El punto de vertido de los fluidos hidráulicos y lubricantes no estabilizados a base de aceite vegetal puede ser aceptable para muchas aplicaciones. Los lubricantes EA normalmente producen buenas propiedades de desgaste. La mayoría de los fluidos EA formulados no tienen problemas de formación de espuma. Algunas pinturas comunes utilizadas en sistemas de fluidos son incompatibles con muchos fluidos EA. Los sellos de poliuretano no deben usarse con fluidos EA y deben reemplazarse por Viton y Buna N. Los fluidos EA son compatibles con aleaciones de acero y cobre y proporcionan una excelente protección contra la oxidación. Se debe consultar al fabricante del fluido para obtener datos de compatibilidad específicos para cada material utilizado en la aplicación. Los costes de eliminación de los aceites EA son mayores que los de los aceites minerales debido a la renuencia de los recicladores tradicionales a aceptarlos (véase la sección 14.7).

Los lubricantes EA (bio) se requieren en muchas aplicaciones, como aceites para motosierras, lubricación de cables, aceites marinos, lubricantes para motores fueraborda, lubricantes para la industria alimentaria, fluidos hidráulicos en silvicultura, equipos agrícolas y maquinaria de construcción, aceites para ascensores, etc. En el desarrollo de lubricantes, el mayor problema para cada producto es encontrar el compromiso óptimo entre los requisitos opuestos de estabilidad a largo plazo y degradación biológica rápida. La aplicación exitosa de materiales de base biológica en lubricación en diversos sectores industriales requiere un conocimiento profundo de sus propiedades triboquímicas. Por ejemplo, los cambios en el grado de insaturación afectan a las interacciones laterales de las moléculas de adsorbato, que cambian su adsorción y, por lo tanto, sus propiedades de lubricación límite.

La formulación de lubricantes biodegradables es un revés del mercado actual de lubricantes dominados por aceites minerales. Se acepta que más del 90% de todos los lubricantes podrían hacerse rápidamente biodegradables. Hoy en día, algunos países de Europa occidental y Escandinavia son los mayores consumidores de lubricantes biodegradables. En Alemania, el 5% de los aceites base lubricantes eran ésteres rápidamente biodegradables (naturales y sintéticos) en 2005. A lo largo de los años, el enfoque en los lubricantes ha pasado de la biodegradabilidad a la renovabilidad. Esto influye en el diseño de dichos productos.