3.5 Miljømessig akseptable smøremidler
drivkreftene som trengs for å redusere problemene forårsaket av kontakter av smøremidler med miljøet er miljømessige fakta, offentlig bevissthet, offentlige direktiver og forskrifter, globalisering av markeder og økonomiske insentiver. Det foretrukne virkemiddelet er å redusere toksisitet og øke bionedbrytbarheten. I sin markedsføringslitteratur bruker smøremiddelindustrien svært mange forvirrende verdier for å klassifisere smøremidler med hensyn til deres forringelse av miljøet. Noen av disse begrepene, alle innledes med den vanlige beskrivelsen ‘miljø’, inkluderer: akseptabel, tilpasset, klar, godartet, forsiktig, kompatibel, konform, hensynsfull, gunstig, vennlig, ufarlig, berettiget, nøytral, ikke-giftig, positiv, foretrekke, beskyttende, ansvarlig, sikker, følsom, egnet. Mobil har for eksempel introdusert Sin Eal-serie (Environmental Awareness Lubricants) av hydraulikkvæsker. Pennzoil bruker terminologien ‘miljøvennlig’ for sine motoroljer . På Samme måte Har Carl Bechem GmbH (Hagen, Tyskland) utviklet et høytytende utvalg av miljøvennlige smøremidler og tilsetningsstoffer (sirkulasjonsoljer, fett, skinnesmøremidler, etc.). Miljømessig akseptable smøremidler er omtalt i refs . Shell foretrekker begrepene ‘miljøvennlige produkter’ for smøremiddelproduktlinjen basert på nøye utvalgte umettede og mettede SEs eller avansert TEKNOLOGI RSO med optimaliserte additivpakker for å gi god AW / EP-ytelse, korrosjonsbeskyttelse og oksidativ stabilitet. Shell Naturelle HF-E er en avansert biologisk nedbrytbar hydraulisk væske . Petro-Canada Lubricants (Mississauga, ON) har utviklet EcoSia-serien av miljøansvarlige produkter (iboende til lett biologisk nedbrytbare).Bartz har med rette påpekt at ingen smøremiddel kan være virkelig miljøvennlig( dvs. forbedre miljøet); i beste fall kan et smøremiddel forbli nøytralt mot miljøet (dvs .ufarlig). Det beste man kan håpe på er at smøremiddelet påvirker miljøet i en akseptabel grad (minimal innvirkning). Hensynet til miljøaspekter ved smøremidler bør dekke hele livssyklusen fra produksjon til avhending (Se Også Kapittel 11 og 14). Spesielt bør smøremiddelproduksjon og bruk ikke føre til uttømming av ressurser, avhendingsproblemer, dannelse av avfall eller utslipp, bør ha lavt energiforbruk, gi ingen helsefare, være økotoksikologisk akseptabelt og raskt biologisk nedbrytbart. Terminologien som brukes i forbindelse med miljøkompatibilitet er både subjektiv (ikke-målbar) og objektiv (målbar). Subjektive kriterier er miljøvennlige og miljøvennlige. Tabell 3.11 viser noen målbare eller bevisbare, objektive kriterier. Objektive kriterier for’ biosmøremidler ‘ er biologisk nedbrytbarhet på minst 60% I HENHOLD TIL OECD 301 eller 80% i henhold TIL CEC L-33-a-93. Tabell 3.10 viser typiske bionedbrytbarhetsresultater for ulike baseoljer.
Tabell 3.11. Objektive kriterier for miljøkompatibilitet
•
Bionedbrytbarhet
•
Kompatibilitet med konvensjonelle smøremidler og materialer
•
Økologisk toksisitet og fysiologisk sikkerhet
•
effektivitetsforbedringer, lavere energiforbruk
•
Utslippsreduksjon i bruk
•
Miljøetiketter
•
Ytelse, godkjenninger, oljeskiftintervaller
•
bruk av fornybare råvarer
•
Vann løselighet, vannforurensning
Etter Ref. .
Det er ikke noe slikt som et helt miljømessig godartet produkt. Miljøvennlige produkter er ment å ha enten lavere eller minimal innvirkning. ENVIRONMENTAL acceptable (EA) er et vanlig begrep for å håndtere miljømessige smøremidler. Det er ingen presis definisjon av miljømessig aksept av smøremidler, som kan omfatte et bredt spekter av potensielle miljøfordeler, som vist i Tabell 3.12. Ethvert krav om miljømessig aksept må støttes av passende tekniske bevis. Selv mange petroleumsbaserte smøremidler kan kreve en viss grad av miljømessig aksept, målt etter ulike standarder, for eksempel utvidet oljeavløpskapasitet. AV primær interesse for valg og bruk AV EA-smøremidler er å definere og måle produktattributtene som kan påvirke miljøet. Selvfølgelig må smøremidlene gi minimumskravene til ytelse på viktige områder for den gitte applikasjonen. MED ANDRE ord MÅ EA-smøremidler prestere på nivåer som tilsvarer de som oppnås ved konvensjonelle mineral-eller syntetisk-baserte smøremidler i utstyret, samtidig som de gir de ekstra egenskapene som reduserer den negative effekten ved utilsiktet utslipp i miljøet.
Tabell 3.12. Potential environmental benefits of biolubricants
| •
Renewable resource • Resource conservation • Pollutant source reduction • Low sulphur content • Recycling |
•
Reclamation • Disposability • Biodegradability • Ecotoxicity • Sustainability |
Commercial ‘bio’ hydraulic fluids are made from non-renewable synthetic polyol esters. Tradisjonelt er denne typen sikrere miljøvæske kjent i industrien som EN EA-væske, i motsetning til en biobasert væske (Se Avsnitt 12.3.1). DET finnes ingen standarder FOR EA-smøremidler eller hydraulikkvæsker. På samme måte er det ingen industri-eller veiledningsspesifikasjoner for EA-væsker og fett. Produsenter og sluttbrukere er enige om at for et smøremiddel som skal klassifiseres SOM EN EA-type, bør det være biologisk nedbrytbart og giftfritt, men ikke nødvendigvis biobasert eller fornybart. Inntil spesifikke standarder og spesifikasjoner er utviklet, kvalifisering av væsker som skal betraktes SOM EA bør stole på samsvar MED EPA 560/6-82-002 (LC50 > 1000) OG ASTM d 5864 (60% konvertering TIL CO2 på 28 dager) angående henholdsvis toksisitet og biologisk nedbrytbarhet. NOEN EA-smøremidler er vurdert som bare ‘lett biologisk nedbrytbare’; de er laget av ikke-fornybare ressurser.
i sammenheng med miljøvennlige smøremidler er andre vanlige begreper ‘matkvalitet ‘ og’grønn’. Selv om noen smøremidler er identifisert som matkvalitet, har blitt godkjent AV US Food And Drug Administration (FDA) OG er underlagt ASTM standard testprosedyrer, er det ingen verdensomspennende standarddefinisjon eller spesifikasjon for miljøsmøremidler som er ment å erstatte standard smøremidler. Mat-grade smøremidler brukes vanligvis i næringsmiddelindustrien hvor tilfeldig matkontakt kan oppstå. Mat-grade smøremidler kan eller ikke kan kvalifisere SOM EA smøremidler. De fleste smøremidler av næringsmiddelkvalitet er basert PÅ u. S. Pharma copœ Hvit Mineralolje (USP), som ikke oppfyller kriteriene for biologisk nedbrytbarhet som gjelder FOR EA-smøremidler. En grønn væske refererer hovedsakelig til vegetabilske oljebaserte smøremidler.
smøremiddelindustrien har gjort en betydelig innsats for å utvikle og markedsføre biologisk nedbrytbare smøremidler. Produksjonen av miljøvennlige, raskt biologisk nedbrytbare væsker for smøremidler basert på petrokjemikalier (F. Eks. PAOs, Pags og SEs) er beskrevet andre steder . DE mest populære EA – basevæskene er:
•
esteroljer;
•
PAGs; og
•
Lav viskositet PAOs (PAO2).
EA formuleringer krever helt forskjellige tilsetningsstoffer fra mineraloljer. Esteroljer omfatter:
•
vegetabilske oljer fra høstbare råvarer;
•
halvmettede, transesterifiserte esteroljer med naturlige fettsyrer (f.eks. trimetylolpropantrioleat);
•
fullmettede, syntetiske estere basert på kjemisk modifiserte vegetabilske oljer eller mineralolje (f. eks. diisotridecyladipat).Naturlige fettoljer som CAS, palmeolje (pmo), RSO, SBO, SNO, TLW og spermolje har blitt brukt i smøremidler i mange år. Triglyserider (mer eller mindre umettede fettestere) er biologisk nedbrytbare og viser gode tribologiske egenskaper (lav friksjonskoeffisient (CoF), god slitasjebeskyttelse). Rapid Energy Services (Lafayette, LA) produserer og leverer en rekke miljøvennlige smøremiddelprodukter, for eksempel hydraulikkvæsker (ISO-viskositetsklasser fra 22 til 68), penetrerende olje, kjedeolje og marin olje. Alle Rapids biobaserte smøremiddelprodukter, som er formulert fra fornybare landbruksbaserte (naturlige frø) plantebaseoljer, er like i ytelse til deres petroleumsbaserte kolleger, samtidig som de tilbyr fullstendig bionedbrytbarhet. Baseoljene og tilsetningsstoffene i disse produktene passerer og overgår kriteriene for akutt toksisitet (lc50) vedtatt AV US EPA og Us Fish and Wildlife.
når det gjelder egenskaper, er vegetabilske oljebasebestander mer ulik i naturen enn paraffiniske Og nafteniske Gruppe I, II eller III basisbestander. I biolubricants industrien, RSO og rapsolje synes å være baseoljer av valget for biologisk nedbrytbare hydraulikkvæsker (tilgjengelig siden 1985). Deres anvendelsesområde er imidlertid begrenset med tanke på lavere stabilitet mot termisk oksidasjon og hydrolytisk stress i forhold til mineraloljer, og delvis dårligere kaldstrømsegenskaper. Disse grensene kan forbedres med tilsetningsstoffer eller VED BRUK AV PLATETOPPER basert på raps, soya, mais eller solsikkeoljer (Se Avsnitt 5.3.1). SIDEN EA-kategorien kom, har det oppstått en ny kategori av kommersielle smøremidler av høy kvalitet, som er fornybare, bærekraftige, resirkulerbare Og biologisk nedbrytbare, Nemlig Renewable Lubricants, Inc. (RLI) S StabilizedTM PLATETOPPER (Se Avsnitt 10.5.2).SEs dekker et bredt spekter av kjemikalier med ulike kvaliteter og priser (Se Avsnitt 6.2.1). For UTVIKLING AV EA-smøremidler må estere velges som oppfyller de økologiske kravene og har gunstigere egenskaper enn naturlige fettoljer. Kjemi tilbyr et bredt utvalg av muligheter innen SEs. De viktigste kjemiske reaksjonene for å forbedre egenskapene til estere er transesterifisering, (selektiv) hydrogenering, ozonolyse og dimerisering (Se Kapittel 6).
SEs har vært i bruk lenger enn noen annen syntetisk basert væske. De ble opprinnelig utviklet som fly jetmotor smøremidler på 1950-tallet og er fortsatt i bruk som sådan. FOR EA base smøremidler er de mest brukte syntetiske estere trimetylolpropan (TMP) og pentaerythritol (PE) polyolestere. Mange estere er utsatt for hydrolyse . Hydrolytisk stabilitet av normale polyolestere varierer lite FRA RSO, men deres oksidasjonsmotstand er mye høyere. Begge egenskapene er mye forbedret i komplekse estere (Se Avsnitt 6.2.1). Imidlertid er vanligvis en forbedring i hydrolytisk stabilitet skadelig for basevæskens bionedbrytbarhet. Flere komplekse estere (middels kjede, mettede fettsyrer på TMP eller andre polyoler) kombinerer gode termoloksidative egenskaper med god hydrolysebestandighet og god bionedbrytbarhet. SEs er blant de beste biologisk nedbrytbare hydrauliske væskene. Forutsatt at de er formulert med egnede tilsetningsstoffer, kan de være giftfri. De har utmerkede smøreegenskaper: høy VI og lav friksjonsegenskaper kombinert med god likviditet ved lave og høye temperaturer og aldringsstabilitet. De er anvendelige for ekstreme temperaturområde operasjoner. Ved å utvide oljeskiftintervaller forblir syntetiske estere konkurransedyktige.PAGs var de første biologisk nedbrytbare oljene på markedet. Men ikke alle PAGs nedbrytes like bra. Hastighet og grad av bionedbrytning styres av forholdet propylen til etylenoksid (PO / EO), med polyetylenglykoler (Pinner) som er mer bionedbrytbare. Polypropylenglykoler (ppgs) er ikke lett biologisk nedbrytbare; det samme gjelder trolig for polybutoksylater (OSPs). Ikke overraskende reduseres hastigheten og omfanget av bionedbrytbarhet med økende molekylvekt. PAG-væsker har utmerket stabilitet i − 45 til 250 °C-serien og utmerker seg der brannfarer er en bekymring. Oljeskiftintervaller (2000 h eller en gang i året) ligner på mineraloljer. Ikke alle polyglykoler er vannløselige. EO-baserte polyglykoler er svært vannløselige, dårlig blandbare med mineraloljer og med høy polaritet. Polyglykoler med høyt PO-innhold er ikke vannløselige, eller bare litt, til en viss grad blandbare med mineralolje, og er betydelig mindre polare enn Pinner. Som et resultat av deres vannløselighet kan polyglykolbaserte hydrauliske væsker (HEPGs) inneholde vann.
PAGs kan ha svært gode tekniske egenskaper og er godt kjent i langsiktig praktisk bruk. Vannløseligheten til noen polyglykoler (Pinner) og deres inkompatibilitet med mineraloljer har begrenset deres aksept. HEPGs brukes primært i vannforsyningsindustrien, i offshore-applikasjoner og kanallåshydraulikk som raskt biologisk nedbrytbare hydraulikkvæsker, spesielt når applikasjonen fører til uunngåelig forurensning av hydraulikkvæsken med innblandet vann . Polyglykol hydrauliske væsker har vært tilgjengelig i flere tiår og er fortsatt mye brukt, spesielt i næringsmiddelindustrien, i anleggsmaskiner (gravemaskiner) og i ulike stasjonære installasjoner. Imidlertid er bruken av polyglykoler avtagende på grunn av deres akvatiske toksisitet når de blandes med smøreadditiver og deres inkompatibilitet med mineraloljer og tetningsmaterialer. Den kjemiske industrien gjør store fremskritt for å utvikle bionedbrytbare, ikke-vannløselige PAGs. Disse kan være alternativer til estere.
lavviskøse poly-α-olefiner (PAO2) er biologisk nedbrytbare. Imidlertid finner disse basislagrene bare begrenset anvendelighet i formuleringen av smøremidler. Den globale markedsandelen Til PAOs er omtrent 1% (Se Avsnitt 3.3).Riktig formulert vegetabilsk olje og SE-baserte væsker er begge lett biologisk nedbrytbare. I motsetning til mineral-og syntetisk baserte ekvivalenter, ER EA-smøremidler giftfri og dekomponerer i vann og CO2. SIDEN EA-væsker er biologisk nedbrytbare, vil de bryte ned i nærvær av vann og bakterier. Konseptuelt bør EA-væsker overvåkes regelmessig for å sikre at biologisk nedbrytning ikke forekommer. Mens BASISLAGRENE AV EA-smøremidler er giftfri, kan tilsetningsstoffer i formuleringene føre til et bredt spekter av toksisitet.
VI av DE FLESTE EA-væsker møter ELLER overgår VI av petroleumsbaserte væsker. Hellingspunktet for ikke-stabiliserte vegetabilske oljebaserte hydraulikkvæsker og smøremidler kan være akseptabelt for mange bruksområder. EA smøremidler produserer normalt gode slitasjeegenskaper. DE fleste formulerte EA-væsker har ikke skummende problemer. Noen vanlige malinger som brukes i væskesystemer er uforenlige med MANGE EA-væsker. Polyuretanforseglinger bør ikke brukes MED EA-væsker og bør erstattes Av Viton Og Buna N. EA-væsker er kompatible med stål-og kobberlegeringer og gir utmerket rustbeskyttelse. Væskeprodusenten bør konsulteres for spesifikke kompatibilitetsdata for hvert materiale som brukes i applikasjonen. Avfallskostnadene FOR EA-oljer er større enn for mineraloljer på grunn av motvilje fra tradisjonelle resirkulatorer til å akseptere DEM (Se Avsnitt 14.7).EA (bio) smøremidler er nødvendig i mange bruksområder som motorsagoljer, vaiersmøring, marine oljer, smøremidler for utenbordsmotorer, smøremidler for næringsmiddelindustrien,hydraulikkvæsker i skogbruk, landbruksutstyr og bygningsmaskiner, heisoljer, etc. I smøremiddelutvikling er det største problemet for hvert produkt å finne det optimale kompromisset mellom de motsatte kravene til langsiktig stabilitet og rask biologisk nedbrytning. Vellykket bruk av biobaserte materialer i smøring i ulike industrisektorer krever en grundig forståelse av deres tribokjemiske egenskaper. For eksempel påvirker endringer i graden av umetning laterale interaksjoner av adsorbatmolekyler, som forandrer adsorpsjonen og dermed deres grensesmøringsegenskaper.
Formulering av bionedbrytbare smøremidler er en omvendt av det nåværende mineraloljedominerte smøremiddelmarkedet. Det er akseptert at over 90% av alle smøremidler kan gjøres raskt biologisk nedbrytbare. I Dag er Noen Vesteuropeiske land Og Skandinavia de største forbrukerne av bionedbrytbare smøremidler. I Tyskland var 5% av smøremiddelbaseoljene raskt biologisk nedbrytbare (naturlige og syntetiske) estere i 2005. Gjennom årene har fokuset på smøremidler skiftet fra biologisk nedbrytbarhet til fornybarhet. Dette påvirker utformingen av slike produkter.
Beskrivelser som miljøvennlige eller kompatible smøremidler tyder på at det ikke er noen interaksjon med de naturlige omgivelsene. Siden et oljeaktig stoff flekker jorden, har begrepet ‘miljøtilpassede smøremidler’ blitt foreslått for å uttrykke minimal skade og fare for naturen . Det er flere kvalifikasjoner som gjør et miljøtilpasset smøremiddel (Tabell 3.13). Det ser ut til at ’tilpasset ‘ og’ akseptabelt ‘ er utskiftbare termer i denne sammenheng. Fremtidige smøremidler må være mer miljøtilpassede, ha høyere ytelse og lavere totale livssykluskostnader (LCC) enn dagens smøremidler . Etter hvert som miljøforskriftene blir mer restriktive, blir DET stadig vanskeligere å finne EA-smøremidler som overholder produsentens spesifikasjoner for turbiner, pumper, girstasjoner og annet utstyr. Akselererende forskning og utvikling innen EA smøremidler har vært drevet av offentlig etterspørsel, industri bekymringer og offentlige etater.
Tabell 3.13. Kvalifikasjoner av miljøtilpassede smøremidler
•
gode og stabile egenskaper
•
høyt ytelsesnivå
•
Relativ innhold av fornybart råmateriale
•
Biologisk Nedbrytbart (ASTM d 5864)
•
Ikke-giftig (EPA 560/6-82-002)
•
ingen bioakkumulerbarhet og biomagnifisering
•
Lav total livssykluskostnad (LCC)
•
energisparing og drivstofføkonomi
•
Samsvar med miljøforskrifter
etter ref. .