Wax Ester

3.5 milieuvriendelijke smeermiddelen

de drijvende krachten die nodig zijn om de problemen veroorzaakt door contacten van smeermiddelen met het milieu te verminderen zijn milieufeiten, bewustmaking van het publiek, richtlijnen en verordeningen van de overheid, globalisering van markten en economische prikkels. De voorkeur gaat uit naar het verminderen van de toxiciteit en het verhogen van de biologische afbreekbaarheid. In zijn marketingliteratuur gebruikt de smeermiddelenindustrie een groot aantal verwarrende benamingen om smeermiddelen te classificeren met betrekking tot hun aantasting van het milieu. Sommige van deze termen, Alle voorafgegaan door de gemeenschappelijke descriptor “milieu”, omvatten: aanvaardbaar, aangepast, bewust, goedaardig, voorzichtig, compatibel, conformeerbaar, Attent, gunstig, vriendelijk, onschadelijk, gerechtvaardigd, neutraal, niet-toxisch, positief, verkieslijk, Beschermend, verantwoordelijk, veilig, gevoelig, geschikt. Zo introduceert Mobil zijn milieubewustzijn smeermiddelen (eal) lijn van hydraulische vloeistoffen. Pennzoil gebruikt de term ‘milieuvriendelijk’ voor zijn motoroliën . Ook Carl Bechem GmbH (Hagen, Duitsland) heeft een hoogwaardig assortiment “milieuvriendelijke” smeermiddelen en additieven ontwikkeld (circulatieoliën, vetten, spoorsmeermiddelen, enz.). Milieuvriendelijke smeermiddelen worden besproken in refs . Shell geeft de voorkeur aan de termen ‘milieuvriendelijke producten’ voor haar smeermiddellijn op basis van zorgvuldig geselecteerde onverzadigde en verzadigde SEs of geavanceerde technologie RSO met geoptimaliseerde additievenpakketten voor goede Aw/EP-prestaties, corrosiebescherming en oxidatieve stabiliteit. Shell Naturelle HF-E is een geavanceerde biologisch afbreekbare hydraulische vloeistof . Petro-Canada Lubricants (Mississauga, ON) heeft de EcoSia lijn van milieuvriendelijke producten ontwikkeld (inherent aan gemakkelijk biologisch afbreekbaar).

Commercial ‘bio’ hydraulic fluids are made from non-renewable synthetic polyol esters. Traditioneel is dit type veiligere omgevingsvloeistof in de industrie bekend als een EA-vloeistof, in tegenstelling tot een biogebaseerde vloeistof (zie paragraaf 12.3.1). Er zijn geen normen voor EA smeermiddelen of hydraulische vloeistoffen. Ook zijn er geen industrie-of richtspecificaties voor EA-vloeistoffen en vetten. Fabrikanten en eindgebruikers zijn het erover eens dat een smeermiddel slechts als EA-type kan worden ingedeeld als het biologisch afbreekbaar en niet-toxisch is, maar niet noodzakelijkerwijs biobased of hernieuwbaar. Totdat specifieke normen en specificaties zijn ontwikkeld, moet de kwalificatie van vloeistoffen die als EA moeten worden beschouwd, afhankelijk zijn van conformiteit met EPA 560/6-82-002 (LC50 > 1000) en ASTM D 5864 (omzetting van 60% in CO2 in 28 dagen) betreffende respectievelijk toxiciteit en biologische afbreekbaarheid. Sommige smeermiddelen van EA zijn alleen “gemakkelijk biologisch afbreekbaar”; ze zijn gemaakt van niet-hernieuwbare bronnen.

in de context van milieuvriendelijke smeermiddelen zijn andere veelgebruikte termen “food grade” en “green”. Hoewel sommige smeermiddelen zijn geïdentificeerd als food grade, zijn goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) en zijn onderworpen aan ASTM standaard testprocedures, is er geen wereldwijde standaarddefinitie of specificatie voor milieu smeermiddelen bedoeld om standaard smeermiddelen te vervangen. Smeermiddelen van levensmiddelenkwaliteit worden over het algemeen gebruikt in de voedingsindustrie waar incidenteel contact met levensmiddelen kan voorkomen. Smeermiddelen voor levensmiddelen kunnen al dan niet als EA-smeermiddelen worden aangemerkt. De meeste smeermiddelen voor levensmiddelen zijn gebaseerd op niet-toxische US Pharma copoeia (USP) witte minerale olie, die niet voldoet aan de criteria voor biologische afbreekbaarheid die van toepassing zijn op EA-smeermiddelen. Een groene vloeistof verwijst meestal naar plantaardige olie gebaseerde smeermiddelen.de smeermiddelenindustrie heeft aanzienlijke inspanningen geleverd om biologisch afbreekbare smeermiddelen te ontwikkelen en op de markt te brengen. De productie van milieuvriendelijke, snel biologisch afbreekbare vloeistoffen voor smeermiddelen op basis van petrochemie (bv. Pao ‘ s, PAGs en SEs) is elders beschreven . De meest populaire EA-basisvloeistoffen zijn:

•

esteroliën;

•

PAGs; en

*

Pao ‘ s met lage viscositeit (PAO2).

natuurlijke vette oliën zoals CAS, palmolie (PMO), RSO, SBO, SNO, TLW en sperma olie worden al jaren gebruikt in smeermiddelen. Triglyceriden (min of meer onverzadigde vetzuren) zijn biologisch afbreekbaar en vertonen uitstekende tribologische eigenschappen (lage wrijvingscoëfficiënt (CoF), goede slijtbescherming). Rapid Energy Services (Lafayette, LA) produceert en levert een reeks milieuvriendelijke smeermiddelen, zoals hydraulische vloeistoffen (ISO viscositeitsklassen van 22 tot 68), penetrerende olie, kettingolie en mariene olie. Alle biogebaseerde smeermiddelproducten van Rapid, die zijn samengesteld uit hernieuwbare agrarische (natuurlijke zaad) plantaardige basisoliën, zijn qua prestaties gelijk aan hun op aardolie gebaseerde tegenhangers, terwijl ze volledige biologische afbreekbaarheid bieden. De basisoliën en additieven in deze producten passeren en overtreffen de criteria voor acute toxiciteit (LC50) die door de Amerikaanse EPA en Amerikaanse vissen en wilde dieren zijn vastgesteld.

in termen van eigenschappen zijn basisvoorraden plantaardige olie van nature ongelijkmatiger dan basisvoorraden van paraffinehoudende en nafteenhoudende groepen I, II of III. In de biolubricantenindustrie lijken RSO-en koolzaadolie de basisoliën bij uitstek voor biologisch afbreekbare hydraulische vloeistoffen (verkrijgbaar sinds 1985). De toepasbaarheid ervan is echter beperkt, gezien de lagere stabiliteit tegen thermische oxidatie en hydrolytische belasting in vergelijking met minerale oliën, en gedeeltelijk inferieure koudstroomeigenschappen. Deze grenswaarden kunnen worden verbeterd met additieven of met kookplaten op basis van canola -, soja -, maïs-of zonnebloemolie (Zie punt 5.3.1). Sinds de komst van de EA-categorie is een nieuwe categorie van commerciële hoogwaardige prestatiesmeermiddelen ontstaan, die hernieuwbaar, duurzaam, recycleerbaar en biologisch afbreekbaar zijn, namelijk Renewable Lubricants, Inc. (RLI)’s StabilizedTM kookplaten (zie punt 10.5.2).

Se ‘ s hebben betrekking op een breed scala van chemische stoffen met verschillende kwaliteiten en prijzen (Zie punt 6.2.1). Voor de ontwikkeling van EA-smeermiddelen moeten esters worden geselecteerd die aan de ecologische eisen voldoen en gunstiger eigenschappen hebben dan natuurlijke vette oliën. Chemie biedt een ruime keuze aan mogelijkheden op het gebied van SEs. De belangrijkste chemische reacties om de eigenschappen van esters te verbeteren zijn omestering, (selectieve) hydrogenering, ozonolyse en dimerisatie (zie hoofdstuk 6).

SEs zijn langer in gebruik dan enige andere vloeistof op synthetische basis. Ze werden oorspronkelijk ontwikkeld als vliegtuig jet engine smeermiddelen in de jaren 1950 en zijn nog steeds in gebruik als zodanig. Voor EA-basissmeermiddelen zijn de meest gebruikte synthetische esters trimethylolpropaan (TMP) en pentaerytritol (PE) polyolesters. Veel esters zijn gevoelig voor hydrolyse . Hydrolytische stabiliteit van normale polyolesters verschilt weinig van RSO, maar hun oxidatieweerstand is veel hoger. Beide eigenschappen zijn sterk verbeterd bij complexe esters (zie paragraaf 6.2.1). Echter, meestal een verbetering van hydrolytische stabiliteit is schadelijk voor de biologische afbreekbaarheid van de basisvloeistof. Verscheidene complexe esters (medium chain, verzadigde vetzuren op TMP of andere polyolen) combineren uitstekende thermol-oxidatieve eigenschappen met een goede hydrolysebestendigheid en goede biologische afbreekbaarheid. SEs behoren tot de beste biologisch afbreekbare hydraulische vloeistoffen. Mits ze zijn geformuleerd met geschikte additieven kunnen ze niet giftig zijn. Ze hebben uitstekende smeereigenschappen: hoge VI-en wrijvingseigenschappen gecombineerd met een goede liquiditeit bij lage en hoge temperaturen en verouderingsstabiliteit. Ze zijn toepasbaar voor operaties met een extreem temperatuurbereik. Door het verlengen van olieverversingsintervallen blijven synthetische esters kostenconcurrerend.

PAGs waren de eerste biologisch afbreekbare oliën op de markt. Echter, niet alle pagina ‘ s degraderen even goed. De snelheid en de mate van biologische afbraak worden gecontroleerd door de verhouding propyleen/ethyleenoxide (PO / EO), waarbij polyethyleenglycolen (haringen) het meest biologisch afbreekbaar zijn. Polypropyleen glycolen (PPG ‘ s) zijn niet gemakkelijk biologisch afbreekbaar; hetzelfde geldt waarschijnlijk voor polybutoxylaten (OSPs). Het is niet verrassend dat de snelheid en de mate van biologische afbreekbaarheid afnemen met een toenemend molecuulgewicht. Pag-vloeistoffen hebben een uitstekende stabiliteit in het bereik van-45 tot 250 °C en blinken uit waar brandgevaar een punt van zorg is. Olieverversingsintervallen (2000 uur of eenmaal per jaar) zijn vergelijkbaar met minerale oliën. Niet alle polyglycolen zijn wateroplosbaar. EO-gebaseerde polyglycolen zijn zeer wateroplosbaar, slecht mengbaar met minerale oliën, en van hoge polariteit. Polyglycolen met een hoog PO-gehalte zijn niet in water oplosbaar, of slechts lichtjes, tot op zekere hoogte mengbaar met minerale olie, en zijn aanzienlijk minder polair dan haringen. Door hun oplosbaarheid in water kunnen op polyglycol gebaseerde hydraulische vloeistoffen (HEPGs) water bevatten.

PAGs kunnen zeer goede technische eigenschappen hebben en zijn goed bekend in de praktijk op lange termijn. De oplosbaarheid in water van sommige polyglycolen (haringen) en hun incompatibiliteit met minerale oliën hebben hun acceptatie beperkt. HEPGs worden voornamelijk gebruikt in de watervoorzieningsindustrie, in off-shore toepassingen en kanaalsluishydraulica als snel biologisch afbreekbare hydraulische vloeistoffen, in het bijzonder wanneer de toepassing leidt tot onvermijdelijke verontreiniging van de hydraulische vloeistof met ingedrukt water . Polyglycol hydraulische vloeistoffen zijn al tientallen jaren verkrijgbaar en worden nog steeds veel gebruikt, met name in de voedselverwerkende industrie, in bouwmachines (graafmachines) en in diverse stationaire installaties. Het gebruik van polyglycolen neemt echter af vanwege hun aquatische toxiciteit bij vermenging met smeermiddelen en hun onverenigbaarheid met minerale oliën en afdichtingsmaterialen. De chemische industrie maakt grote stappen om biologisch afbreekbare, niet in water oplosbare PAGs te ontwikkelen. Dit kunnen alternatieven zijn voor esters.

laagviskeuze poly-α-olefinen (PAO2) zijn biologisch afbreekbaar. Deze basisvoorraden zijn echter slechts in beperkte mate toepasbaar in de formulering van smeermiddelen. Het wereldwijde marktaandeel van Pao ‘ s bedraagt ongeveer 1% (Zie punt 3.3).

goed geformuleerde plantaardige olie en vloeistoffen op basis van SE zijn beide gemakkelijk biologisch afbreekbaar. In tegenstelling tot minerale en synthetische equivalenten zijn ea-smeermiddelen niet giftig en ontleden ze in water en CO2. Omdat EA-vloeistoffen biologisch afbreekbaar zijn, breken ze af in aanwezigheid van water en bacteriën. Conceptueel moeten EA-vloeistoffen periodiek worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat er geen biologische afbraak optreedt. Hoewel de basisvoorraden van EA-smeermiddelen niet toxisch zijn, kunnen additieven in de formuleringen tot een breed scala van toxiciteit leiden.

de VI van de meeste EA-vloeistoffen voldoet aan of overschrijdt de VI van op aardolie gebaseerde vloeistoffen. Het gietpunt van niet-gestabiliseerde hydraulische vloeistoffen en smeermiddelen op basis van plantaardige olie kan voor vele toepassingen aanvaardbaar zijn. EA-smeermiddelen produceren normaal gesproken goede slijteigenschappen. De meeste geformuleerde EA-vloeistoffen hebben geen schuimproblemen. Sommige veel voorkomende verven die worden gebruikt in vloeistofsystemen zijn onverenigbaar met veel EA-vloeistoffen. Polyurethaanafdichtingen mogen niet worden gebruikt met EA-vloeistoffen en moeten worden vervangen door Viton-en Buna N. EA-vloeistoffen zijn compatibel met staal-en koperlegeringen en bieden uitstekende roestbescherming. De fabrikant van de vloeistof moet worden geraadpleegd voor specifieke compatibiliteitsgegevens voor elk materiaal dat in de aanvraag wordt gebruikt. De verwijderingskosten voor EA-oliën zijn hoger dan voor minerale oliën omdat traditionele recyclingbedrijven deze niet aanvaarden (Zie punt 14.7).

EA (bio)smeermiddelen zijn vereist in vele toepassingen zoals kettingzaagolie, staaldraadsmering, olie voor zeeschepen, smeermiddelen voor buitenboordmotoren, smeermiddelen voor de voedingsindustrie, hydraulische vloeistoffen in de bosbouw, landbouwmachines en bouwmachines, liftoliën, enz. Bij de ontwikkeling van smeermiddelen is het grootste probleem voor elk product het vinden van het optimale compromis tussen de tegengestelde eisen van langdurige stabiliteit en snelle biologische afbraak. Succesvolle toepassing van bio-based materialen in smering in verschillende industriële sectoren vereist een grondig begrip van hun tribochemische eigenschappen. Bijvoorbeeld, beïnvloeden de veranderingen in de graad van onverzadiging laterale interactie van adsorbaatmolecules, die hun adsorptie en, vandaar, hun grenssmering eigenschappen veranderen.

formulering van biologisch afbreekbare smeermiddelen is een omgekeerde van de huidige door minerale olie gedomineerde smeermiddelenmarkt. Aanvaard wordt dat meer dan 90% van alle smeermiddelen snel biologisch afbreekbaar kan worden gemaakt. Tegenwoordig zijn sommige West-Europese landen en Scandinavië de grootste consumenten van biologisch afbreekbare smeermiddelen. In Duitsland was in 2005 5% van de basisoliën voor smeermiddelen snel biologisch afbreekbaar (natuurlijke en synthetische) esters. In de loop der jaren is de focus op smeermiddelen verschoven van biologische afbreekbaarheid naar hernieuwbaarheid. Dit beïnvloedt het ontwerp van dergelijke producten.