Wax Ester

3.5 Environmentally acceptable lubricants

Le forze motrici necessarie per ridurre i problemi causati dai contatti dei lubrificanti con l’ambiente sono fatti ambientali, sensibilizzazione del pubblico, direttive e regolamenti governativi, globalizzazione dei mercati e incentivi economici. La linea d’azione preferita è ridurre la tossicità e aumentare la biodegradabilità. Nella sua letteratura di marketing l’industria dei lubrificanti utilizza un gran numero di denominazioni confuse per classificare i lubrificanti per quanto riguarda la loro compromissione dell’ambiente. Alcuni di questi termini, tutti preceduti dal descrittore comune ‘environmentally’, includono: accettabile, adattato, consapevole, benigno, attento, compatibile, conformabile, premuroso, favorevole, amichevole, innocuo, giustificato, neutro, non tossico, positivo, preferibile, protettivo, responsabile, sicuro, sensibile, adatto. Ad esempio, Mobil ha introdotto la sua linea di fluidi idraulici Environmental Awareness Lubricants (EAL). Pennzoil utilizza la terminologia “ecologico” per i suoi oli motore . Allo stesso modo, Carl Bechem GmbH (Hagen, Germania) ha sviluppato una gamma ad alte prestazioni di lubrificanti e additivi “ecologici” (oli per la circolazione, grassi, lubrificanti per rotaie, ecc.). I lubrificanti accettabili per l’ambiente sono discussi nei refs . Shell preferisce i termini “prodotti rispettosi dell’ambiente” per la sua linea di lubrificanti basata su SES insaturi e saturi accuratamente selezionati o RSO a tecnologia avanzata con pacchetti additivi ottimizzati per ottenere buone prestazioni AW / EP, protezione dalla corrosione e stabilità ossidativa. Shell Naturelle HF-E è un fluido idraulico biodegradabile avanzato . Petro-Canada Lubricants (Mississauga, ON) ha sviluppato la linea EcoSia di prodotti ecologicamente responsabili (intrinsecamente biodegradabili).

Commercial ‘bio’ hydraulic fluids are made from non-renewable synthetic polyol esters. Tradizionalmente, questo tipo di fluido ambientale più sicuro è noto nell’industria come fluido EA, al contrario di un fluido a base biologica (vedere Sezione 12.3.1). Non esistono standard per lubrificanti EA o fluidi idraulici. Allo stesso modo, non esistono specifiche di settore o guida per i fluidi e i grassi EA. I produttori e gli utenti finali concordano sul fatto che un lubrificante per essere classificato come un tipo EA dovrebbe essere biodegradabile e non tossico, ma non necessariamente bio-based o rinnovabile. Fino a quando non vengono sviluppati standard e specifiche specifiche, la qualificazione dei fluidi da considerare come EA dovrebbe basarsi sulla conformità con EPA 560/6-82-002 (LC50 > 1000) e ASTM D 5864 (conversione del 60% in CO2 in 28 giorni) per quanto riguarda rispettivamente la tossicità e la biodegradabilità. Alcuni lubrificanti EA sono classificati come solo “prontamente biodegradabili”; sono realizzati con risorse non rinnovabili.

Nel contesto dei lubrificanti ecocompatibili, altri termini comunemente usati sono “food grade” e “green”. Anche se alcuni lubrificanti sono identificati come food grade, sono stati approvati dalla Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti e sono soggetti a procedure di test standard ASTM, non esiste una definizione standard mondiale o una specifica per lubrificanti ambientali destinati a sostituire i lubrificanti standard. I lubrificanti per uso alimentare sono generalmente utilizzati nell’industria alimentare in cui può verificarsi un contatto accidentale con gli alimenti. I lubrificanti per uso alimentare possono o non possono qualificarsi come lubrificanti EA. La maggior parte dei lubrificanti per uso alimentare sono a base di olio minerale bianco non tossico US Pharma copœia (USP), che non soddisfa i criteri di biodegradabilità applicabili ai lubrificanti EA. Un fluido verde si riferisce principalmente a lubrificanti a base di olio vegetale.

Oli grassi naturali come CAS, olio di palma (PMO), RSO, SBO, SNO, TLW e olio di sperma sono stati utilizzati nei lubrificanti per anni. I trigliceridi (esteri grassi più o meno insaturi) sono biodegradabili e mostrano eccellenti qualità tribologiche (basso coefficiente di attrito (CoF), buona protezione dall’usura). Rapid Energy Services (Lafayette, LA) produce e fornisce una gamma di prodotti lubrificanti rispettosi dell’ambiente, come fluidi idraulici (gradi di viscosità ISO da 22 a 68), olio penetrante, olio per catene e olio marino. Tutti i prodotti lubrificanti a base biologica di Rapid, formulati a partire da oli base vegetali agricoli rinnovabili (semi naturali), hanno prestazioni uguali alle loro controparti a base di petrolio e offrono una completa biodegradabilità. Gli oli di base e gli additivi in questi prodotti superano e superano i criteri di tossicità acuta (LC50) adottati dagli Stati Uniti EPA e US Fish and Wildlife.

In termini di proprietà, gli stock di base di olio vegetale sono di natura più dissimile rispetto agli stock di base dei gruppi paraffinici e naftenici I, II o III. Nell’industria dei biolubrificanti, RSO e olio di canola sembrano essere gli oli base di scelta per i fluidi idraulici biodegradabili (disponibili dal 1985). Tuttavia, la loro gamma di applicabilità è limitata in considerazione della minore stabilità contro l’ossidazione termica e lo stress idrolitico rispetto agli oli minerali, e in parte inferiori proprietà di flusso a freddo. Questi limiti possono essere migliorati con additivi o utilizzando PIANI di cottura a base di oli di colza, soia, mais o girasole (vedere Paragrafo 5.3.1). Dall’avvento della categoria EA, è emersa una nuova categoria di lubrificanti commerciali di alta qualità, rinnovabili, sostenibili, riciclabili e biodegradabili, ovvero Renewable Lubricants, Inc. PIANI DI COTTURA stabilizzati TM (RLI) (vedere Paragrafo 10.5.2).

Le SE coprono un’ampia gamma di prodotti chimici con qualità e prezzi diversi (vedere Paragrafo 6.2.1). Per lo sviluppo dei lubrificanti EA, è necessario selezionare esteri che soddisfino i requisiti ecologici e abbiano proprietà più favorevoli rispetto agli oli grassi naturali. Chimica offre una vasta scelta di possibilità nella zona di SEs. Le reazioni chimiche più importanti per migliorare le proprietà degli esteri sono la transesterificazione, l’idrogenazione (selettiva), l’ozonolisi e la dimerizzazione (vedi Capitolo 6).

SEs sono stati in uso più a lungo di qualsiasi altro fluido a base sintetica. Sono stati originariamente sviluppati come lubrificanti per motori a reazione negli 1950 e sono ancora in uso come tali. Per i lubrificanti EA base, gli esteri sintetici più comunemente usati sono gli esteri di trimetilolpropano (TMP) e pentaeritritolo (PE) poliolo. Molti esteri sono suscettibili all’idrolisi . La stabilità idrolitica degli esteri normali del poliolo differisce poco da RSO, ma la loro resistenza di ossidazione è molto più alta. Entrambe le proprietà sono molto migliorate negli esteri complessi (vedere Paragrafo 6.2.1). Tuttavia, di solito un miglioramento della stabilità idrolitica è dannoso per la biodegradabilità del fluido di base. Diversi esteri complessi (catena media, acidi grassi saturi su TMP o altri polioli) combinano eccellenti caratteristiche termol-ossidative con una buona resistenza all’idrolisi e una buona biodegradabilità. SEs sono tra i migliori fluidi idraulici biodegradabili. A condizione che siano formulati con additivi adatti possono essere non tossici. Presentano eccellenti proprietà di lubrificazione: elevate caratteristiche di VI e basso attrito combinate con una buona liquidità a bassa e alta temperatura e stabilità all’invecchiamento. Sono applicabili per le operazioni estreme della gamma di temperature. Estendendo gli intervalli di cambio dell’olio, gli esteri sintetici rimangono competitivi.

PAGs sono stati i primi oli biodegradabili sul mercato. Tuttavia, non tutti i PAGS si degradano ugualmente bene. La velocità e il grado di biodegradazione sono controllati dal rapporto propilene / ossido di etilene (PO / EO), con i polietilenglicoli (PIOLI) più biodegradabili. I glicoli di polipropilene (PPGS) non sono facilmente biodegradabili; lo stesso vale probabilmente per i polibutossilati (OSP). Non sorprende che il tasso e l’entità della biodegradabilità diminuiscano con l’aumentare del peso molecolare. I fluidi PAG hanno un’eccellente stabilità nella gamma da – 45 a 250 °C ed eccellono dove i rischi di incendio sono una preoccupazione. Gli intervalli di cambio dell’olio (2000 h o una volta all’anno) sono simili agli oli minerali. Non tutti i poliglicoli sono solubili in acqua. I poliglicoli a base di EO sono altamente solubili in acqua, scarsamente miscibili con oli minerali e di alta polarità. I poliglicoli con un alto contenuto di PO non sono solubili in acqua, o solo leggermente, in una certa misura miscibili con olio minerale e sono significativamente meno polari dei PIOLI. Come risultato della loro solubilità in acqua, i fluidi idraulici a base di poliglicoli (HEPG) possono contenere acqua.

I PAG possono avere ottime proprietà tecniche e sono ben noti nell’uso pratico a lungo termine. L’idrosolubilità di alcuni poliglicoli (PIOLI) e la loro incompatibilità con gli oli minerali ha limitato la loro accettazione. Gli HEPG sono utilizzati principalmente nell’industria dell’approvvigionamento idrico, nelle applicazioni off-shore e nell’idraulica di bloccaggio del canale come fluidi idraulici rapidamente biodegradabili, in particolare quando l’applicazione porta a una contaminazione inevitabile del fluido idraulico con acqua ingerita . I fluidi idraulici poliglicolici sono disponibili da diversi decenni e sono ancora ampiamente utilizzati, in particolare nell’industria alimentare, nelle macchine edili (escavatori) e in vari impianti fissi. Tuttavia, l’uso di poliglicoli è in declino a causa della loro tossicità acquatica quando miscelati con additivi lubrificanti e della loro incompatibilità con oli minerali e materiali di tenuta. L’industria chimica sta facendo grandi passi avanti per sviluppare PAGS biodegradabili e non solubili in acqua. Questi potrebbero essere alternative agli esteri.

Le poli-α-olefine a bassa viscosità (PAO2) sono biodegradabili. Tuttavia, questi stock di base trovano solo un’applicabilità limitata nella formulazione di lubrificanti. La quota di mercato globale delle OPA è di circa l ‘ 1% (cfr.Sezione 3.3).

L’olio vegetale correttamente formulato e i fluidi a base di SE sono entrambi facilmente biodegradabili. A differenza degli equivalenti a base minerale e sintetica, i lubrificanti EA non sono tossici e si decompongono in acqua e CO2. Poiché i fluidi EA sono biodegradabili, si rompono in presenza di acqua e batteri. Concettualmente, i fluidi EA dovrebbero essere periodicamente monitorati per garantire che la biodegradazione non si verifichi. Mentre le scorte di base di lubrificanti EA non sono tossiche, gli additivi nelle formulazioni possono portare a un’ampia gamma di tossicità.

Il VI della maggior parte dei fluidi EA soddisfa o supera il VI dei fluidi a base di petrolio. Il punto di scorrimento di fluidi idraulici e lubrificanti a base di olio vegetale non stabilizzato può essere accettabile per molte applicazioni. I lubrificanti EA normalmente producono buone proprietà di usura. La maggior parte dei fluidi EA formulati non ha problemi di schiumatura. Alcune vernici comuni utilizzate nei sistemi fluidi sono incompatibili con molti fluidi EA. Le guarnizioni in poliuretano non devono essere utilizzate con fluidi EA e devono essere sostituite da Viton e Buna N. I fluidi EA sono compatibili con leghe di acciaio e rame e forniscono un’eccellente protezione dalla ruggine. Il produttore del fluido deve essere consultato per ottenere dati specifici di compatibilità per ciascun materiale utilizzato nell’applicazione. I costi di smaltimento degli oli EA sono superiori a quelli degli oli minerali a causa della riluttanza dei riciclatori tradizionali ad accettarli (cfr.Sezione 14.7).

I lubrificanti EA (bio) sono necessari in molte applicazioni come oli per motoseghe, lubrificazione di funi metalliche, oli marini, lubrificanti per motori fuoribordo, lubrificanti per l’industria alimentare, fluidi idraulici in silvicoltura, attrezzature agricole e macchine per l’edilizia, oli per ascensori, ecc. Nello sviluppo del lubrificante il problema più grande per ogni prodotto è quello di trovare il compromesso ottimale tra i requisiti opposti di stabilità a lungo termine e rapida degradazione biologica. L’applicazione di successo di materiali a base biologica nella lubrificazione in vari settori industriali richiede una conoscenza approfondita delle loro proprietà tribochimiche. Ad esempio, i cambiamenti nel grado di insaturazione influenzano le interazioni laterali delle molecole di adsorbato, che cambiano il loro adsorbimento e, quindi, le loro proprietà di lubrificazione al confine.

La formulazione di lubrificanti biodegradabili è un’inversione dell’attuale mercato dei lubrificanti dominato dagli oli minerali. È accettato che oltre il 90% di tutti i lubrificanti potrebbe essere reso rapidamente biodegradabile. Al giorno d’oggi, alcuni paesi dell’Europa occidentale e la Scandinavia sono i maggiori consumatori di lubrificanti biodegradabili. In Germania, nel 2005, il 5% degli oli base lubrificanti erano esteri biodegradabili (naturali e sintetici) rapidamente. Nel corso degli anni l’attenzione per i lubrificanti si è spostata dalla biodegradabilità alla rinnovabilità. Ciò influenza la progettazione di tali prodotti.