Wax Ester

3.5 Environmentally acceptable lubricants

moottorivoiteluaineiden ympäristökontaktien aiheuttamien ongelmien vähentämiseksi tarvitaan ympäristötietoisuutta, yleistä tietoisuutta, hallituksen direktiivejä ja asetuksia, markkinoiden maailmanlaajuistumista ja taloudellisia kannustimia. Ensisijainen toimintatapa on vähentää myrkyllisyyttä ja lisätä biohajoavuutta. Voiteluaineteollisuus käyttää markkinointikirjallisuudessaan monia hämmentäviä nimityksiä voiteluaineiden luokittelemiseksi niiden ympäristöhaittojen perusteella. Joitakin näistä termeistä, joita edeltää yhteinen asiasana ”ympäristö”, ovat: hyväksyttävä, mukautettu, tietoinen, hyväntahtoinen, huolellinen, yhteensopiva, mukautuva, huomaavainen, suotuisa, ystävällinen, vaaraton, perusteltu, neutraali, myrkytön, positiivinen, parempi, suojaava, vastuullinen, turvallinen, herkkä, sopiva. Esimerkiksi Mobil on tuonut markkinoille Hydraulinesteiden Environmental Awareness Lubricants (EAL) – mallistonsa. Pennzoil käyttää moottoriöljyistään termiä ”ympäristöystävällinen”. Samoin Carl Bechem GmbH (Hagen, Saksa) on kehittänyt tehokkaan valikoiman ympäristöystävällisiä voiteluaineita ja lisäaineita (kiertoöljyt, rasvat, kiskovoiteluaineet jne.).). Ympäristön kannalta hyväksyttäviä voiteluaineita käsitellään refs: ssä . Shell suosii termejä ”ympäristöystävällisiä tuotteita” voiteluainelinjalleen, joka perustuu huolellisesti valittuihin tyydyttymättömiin ja tyydyttyneisiin SEs-tuotteisiin tai kehittyneeseen teknologiaan RSO optimoiduilla lisäainepaketeilla hyvän AW/EP-suorituskyvyn, korroosiosuojauksen ja hapettumisvakauden saavuttamiseksi. Shell Naturelle HF-E on edistyksellinen biohajoava hydraulineste . Petro-Canada Lubricants (Mississauga, ON) on kehittänyt Ecosia-sarjan ympäristöystävällisiä tuotteita (luonnostaan helposti biohajoavia).

Commercial ‘bio’ hydraulic fluids are made from non-renewable synthetic polyol esters. Perinteisesti tällainen turvallisempi ympäristöneste tunnetaan teollisuudessa EA-nesteenä biopohjaisen nesteen sijaan (KS.kohta 12.3.1). EA: n voiteluaineille tai hydraulinesteille ei ole standardeja. EA: n nesteille ja rasvoille ei myöskään ole olemassa toimiala-tai ohjevaatimuksia. Valmistajat ja loppukäyttäjät ovat yhtä mieltä siitä, että jotta voiteluaine voidaan luokitella EA-tyyppiseksi, sen olisi oltava biohajoava ja myrkytön, mutta ei välttämättä biopohjainen tai uusiutuva. Kunnes erityiset standardit ja eritelmät on laadittu, EA: ksi katsottavien nesteiden hyväksymisen olisi perustuttava EPA: n mukaisuuteen 560/6-82-002 (LC50 > 1000) ja ASTM D 5864 (60% muuntuminen CO2: ksi 28 päivässä) myrkyllisyyden ja biohajoavuuden osalta. Jotkin EA: n Voiteluaineet luokitellaan vain ”helposti biohajoaviksi”; ne on valmistettu uusiutumattomista luonnonvaroista.

ympäristöystävällisten voiteluaineiden yhteydessä muita yleisesti käytettyjä termejä ovat ”food grade” ja ”green”. Vaikka jotkin Voiteluaineet on tunnistettu elintarvikekelpoisiksi, ne on hyväksynyt Yhdysvaltain elintarvike-ja lääkevirasto (FDA) ja niihin sovelletaan ASTM-standardin mukaisia testausmenettelyjä, ei ole olemassa maailmanlaajuista standardimääritelmää tai spesifikaatiota ympäristövoiteluaineille, jotka on tarkoitettu korvaamaan standardivoiteluaineet. Elintarvikekäyttöön tarkoitettuja voiteluaineita käytetään yleensä elintarviketeollisuudessa, jossa voi sattua tahattomia ruokakontakteja. Elintarvikekäyttöön tarkoitetut voiteluaineet voivat olla EA: n voiteluaineita. Useimmat elintarvikekäyttöön tarkoitetut Voiteluaineet perustuvat myrkyttömään US Pharma copœia (USP)-Valkoiseen mineraaliöljyyn, joka ei täytä EA: n voiteluaineille asetettuja biohajoavuuskriteerejä. Vihreä neste viittaa useimmiten kasviöljypohjaisiin voiteluaineisiin.

luonnollisia rasvaöljyjä kuten CAS, palmuöljy (PMO), RSO, SBO, SNO, TLW ja spermaöljy on käytetty voiteluaineissa jo vuosia. Triglyseridit (enemmän tai vähemmän tyydyttymättömät rasva-esterit) ovat biohajoavia ja niillä on erinomaiset tribologiset ominaisuudet (alhainen kitkakerroin (COF), hyvä kulumissuoja). Rapid Energy Services (Lafayette, LA) valmistaa ja toimittaa erilaisia ympäristöystävällisiä voiteluaineita, kuten hydraulinesteitä (ISO-viskositeettilaadut 22-68), läpitunkevaa öljyä, ketjuöljyä ja meriöljyä. Kaikki Rapidin biopohjaiset Voiteluaineet, jotka on valmistettu uusiutuvista maatalouden (luonnonsiementen) kasvipohjaisista öljyistä, ovat suorituskyvyltään samanarvoisia kuin niiden öljypohjaiset vastineet ja tarjoavat täydellisen biohajoavuuden. Näiden tuotteiden perusöljyt ja lisäaineet läpäisevät ja ylittävät Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston (EPA) ja Yhdysvaltain kala-ja luonnonvaraisten eläinten (US Fish and Wildlife) hyväksymät välittömän myrkyllisyyden (LC50) kriteerit.

ominaisuuksiltaan kasviöljyn perusvarastot ovat luonteeltaan erilaisempia kuin parafiiniset ja nafteeniset ryhmän I, II tai III perusvarastot. Biohajoavien hydraulinesteiden perusöljyiksi (saatavilla vuodesta 1985) näyttävät bioliuotusteollisuudessa RSO ja canola oil. Niiden sovellettavuus on kuitenkin rajallinen, koska niiden stabiilisuus termistä hapettumista ja hydrolyyttistä stressiä vastaan on heikompi kuin mineraaliöljyjen, ja osittain huonommat kylmävirtausominaisuudet. Raja-arvoja voidaan parantaa lisäaineilla tai käyttämällä canola -, soija -, maissi-tai auringonkukkaöljypohjaisia keittolevyjä (KS.5.3.1 kohta). EA-luokan käyttöönoton jälkeen on syntynyt Uusi kaupallisten korkealaatuisten suorituskykyisten voiteluaineiden luokka, joka on uusiutuva, kestävä, kierrätettävä ja biohajoava, nimittäin Renewable Lubricants, Inc. (RLI)’s StabilizedTM-keittolevyt (KS.kohta 10.5.2).

SEs kattaa laajan valikoiman kemikaaleja, joiden laatu ja hinta vaihtelevat (KS.kohta 6.2.1). EA: n voiteluaineiden kehittämiseksi on valittava estereitä, jotka täyttävät ekologiset vaatimukset ja joilla on luontaisia rasvaöljyjä suotuisammat ominaisuudet. Kemia tarjoaa laajan valikoiman mahdollisuuksia SEs: n alueella. Tärkeimmät esterien ominaisuuksia parantavat kemialliset reaktiot ovat transesteröinti, (selektiivinen) vedytys, otsonolyysi ja dimerisaatio (katso Luku 6).

SEs on ollut käytössä pidempään kuin mikään muu synteettisiin pohjautuva neste. Ne kehitettiin alun perin lentokoneiden suihkumoottoreiden voiteluaineiksi 1950-luvulla ja ovat edelleen käytössä sellaisina. EA: n perusvoiteluaineissa yleisimmin käytetyt synteettiset esterit ovat trimetylolipropaani (TMP) ja pentaerytritoli (PE) polyoliesterit. Monet esterit ovat herkkiä hydrolyysille . Normaalien polyoliestereiden hydrolyyttinen stabiilisuus eroaa RSO: sta vain vähän, mutta niiden hapettumiskestävyys on paljon suurempi. Molemmat ominaisuudet paranevat huomattavasti kompleksisissa estereissä (KS.kohta 6.2.1). Yleensä hydrolyyttisen stabiilisuuden paraneminen on kuitenkin haitallista perusnesteen biohajoavuudelle. Useat kompleksiset esterit (keskiketjuiset, tyydyttyneet rasvahapot TMP: ssä tai muissa polyoleissa) yhdistävät erinomaiset termolioksidatiiviset ominaisuudet hyvään hydrolyysin kestävyyteen ja hyvään biohajoavuuteen. SEs ovat parhaita biohajoavia hydraulinesteitä. Jos ne on muotoiltu sopivilla lisäaineilla, ne voivat olla myrkyttömiä. Niillä on erinomaiset voiteluominaisuudet: korkea VI – ja alhainen kitkaominaisuus yhdistettynä hyvään matalan ja korkean lämpötilan likviditeettiin ja ikääntymisvakauteen. Niitä voidaan soveltaa äärilämpötilojen vaihteluvälin toimintaan. Pidentämällä öljynvaihtovälejä synteettiset esterit pysyvät kilpailukykyisinä.

Pagit olivat ensimmäiset biohajoavat öljyt markkinoilla. Kaikki paukut eivät kuitenkaan hajoa yhtä hyvin. Biohajoamisnopeutta ja-astetta säädellään Propeeni-etyleenioksidi (PO/EO) – suhteella, jossa polyeteeniglykolit (tapit) ovat biohajoavampia. Polypropeeniglykolit (PPGs) eivät ole helposti biohajoavia; sama pätee todennäköisesti polybutoksylaatteihin (OSPs). Ei ole yllättävää, että biohajoavuus vähenee molekyylipainon kasvaessa. PAG-nesteillä on erinomainen stabiilisuus-45-250 °C: n alueella ja Excelissä, jossa palovaarat ovat huolenaihe. Öljynvaihtovälit (2000 h tai kerran vuodessa) muistuttavat mineraaliöljyjä. Kaikki polyglykolit eivät ole vesiliukoisia. EO-pohjaiset polyglykolit ovat erittäin vesiliukoisia, huonosti sekoittuvia mineraaliöljyihin ja erittäin polaarisia. Polyglykolit, joiden PO-pitoisuus on korkea, eivät ole vesiliukoisia tai vain vähän, sekoittuvat jossain määrin mineraaliöljyyn ja ovat huomattavasti vähemmän polaarisia kuin tapit. Vesiliukoisuutensa vuoksi polyglykolipohjaiset hydraulinesteet (Hepg) voivat sisältää vettä.

Pageilla voi olla erittäin hyvät tekniset ominaisuudet ja ne tunnetaan hyvin pitkäaikaisessa käytännön käytössä. Joidenkin polyglykolien vesiliukoisuus ja niiden yhteensopimattomuus mineraaliöljyjen kanssa on rajoittanut niiden hyväksymistä. Hepg: tä käytetään pääasiassa vesihuoltoteollisuudessa, offshore-sovelluksissa ja kanavasulkuhydrauliikassa nopeasti biohajoavina hydraulinesteinä erityisesti silloin, kun käyttö johtaa hydraulinesteen väistämättömään saastumiseen sisäänvedetyllä vedellä . Polyglykolin hydraulinesteitä on ollut saatavilla useita vuosikymmeniä, ja niitä käytetään edelleen laajalti erityisesti elintarviketeollisuudessa, rakennuskoneissa (kaivinkoneissa) ja erilaisissa kiinteissä asennuksissa. Polyglykolien käyttö on kuitenkin vähenemässä, koska ne ovat vesieliöille myrkyllisiä, kun niitä sekoitetaan voiteluaineisiin ja koska ne eivät ole yhteensopivia mineraaliöljyjen ja tiivistemateriaalien kanssa. Kemianteollisuus on ottanut suuria harppauksia kehittääkseen biohajoavia, ei-vesiliukoisia Pageja. Nämä voisivat olla vaihtoehtoja estereille.

heikosti viskoosit poly-α-olefiinit (PAO2) ovat biohajoavia. Näitä perusvarastoja voidaan kuitenkin soveltaa vain rajoitetusti voiteluaineiden valmistuksessa. PAOs: n maailmanlaajuinen markkinaosuus on noin 1 prosentti (KS.kohta 3.3).

asianmukaisesti muotoiltu kasviöljy ja SE-pohjaiset nesteet ovat molemmat helposti biohajoavia. Toisin kuin mineraalipohjaiset ja synteettiset vastineet, EA: n voiteluaineet ovat myrkyttömiä ja hajoavat vedeksi ja CO2: ksi. Koska EA-nesteet ovat biohajoavia, ne hajoavat veden ja bakteerien läsnä ollessa. Käsitteellisesti EA-nesteitä on seurattava säännöllisesti sen varmistamiseksi, että biohajoavuutta ei tapahdu. Vaikka EA: n voiteluaineiden perusvarastot ovat myrkyttömiä, formulaatioissa olevat lisäaineet voivat johtaa monenlaiseen Myrkyllisyyteen.

useimpien EA-nesteiden Vi vastaa tai ylittää maaöljypohjaisten nesteiden VI: n. Stabiloimattomien kasviöljypohjaisten hydraulinesteiden ja voiteluaineiden jähmettymispiste voi olla hyväksyttävä monissa sovelluksissa. EA: n Voiteluaineet tuottavat yleensä hyviä kulumisominaisuuksia. Useimmissa EA-nesteissä ei ole vaahtoamisongelmia. Jotkin nestejärjestelmissä käytettävät yleismaalit ovat yhteensopimattomia monien EA-nesteiden kanssa. Polyuretaanitiivisteitä ei tule käyttää EA-nesteiden kanssa, ja ne tulisi korvata Viton-ja Buna N. EA-nesteet ovat yhteensopivia teräs-ja kupariseosten kanssa ja tarjoavat erinomaisen ruostesuojan. Nesteen valmistajalta on pyydettävä tarkat yhteensopivuustiedot kustakin hakemuksessa käytetystä materiaalista. EA-öljyjen hävittämiskustannukset ovat suuremmat kuin mineraaliöljyjen, koska perinteiset kierrättäjät eivät hyväksy niitä (KS. kohta 14.7).

EA (bio) – voiteluaineita tarvitaan monissa sovelluksissa, kuten moottorisahaöljyissä, vaijerivoitelussa, laivaöljyissä, perämoottorivoiteluaineissa, elintarviketeollisuuden voiteluaineissa, metsäteollisuuden hydraulinesteissä, maatalouskoneissa ja rakennuskoneissa, hissiöljyissä jne. Voiteluaineiden kehittämisessä jokaisen tuotteen suurin ongelma on löytää optimaalinen kompromissi vastakkaisten pitkän aikavälin stabiilisuuden ja nopean biologisen hajoamisen vaatimusten välillä. Biopohjaisten materiaalien onnistunut käyttö voitelussa eri teollisuudenaloilla edellyttää niiden tribokemiallisten ominaisuuksien perusteellista ymmärtämistä. Esimerkiksi epätyydyttävyysasteen muutokset vaikuttavat adsorbaattimolekyylien sivusuuntaisiin vuorovaikutuksiin, jotka muuttavat niiden adsorptiota ja siten niiden rajavoiteluominaisuuksia.

biohajoavien voiteluaineiden formulointi on vastakohta nykyisille mineraaliöljyvaltaisille voiteluainemarkkinoille. Hyväksytään, että yli 90 prosenttia kaikista voiteluaineista voitaisiin tehdä nopeasti biohajoaviksi. Nykyään jotkin Länsi-Euroopan maat ja Skandinavia ovat biohajoavien voiteluaineiden suurimpia kuluttajia. Saksassa 5% voiteluaineiden perusöljyistä oli nopeasti biohajoavia (luonnollisia ja synteettisiä) estereitä vuonna 2005. Voiteluaineiden painopiste on vuosien saatossa siirtynyt biohajoavuudesta uusiutuvuuteen. Tämä vaikuttaa tällaisten tuotteiden suunnitteluun.