Wax Ester

3.5 środki smarne przyjazne dla środowiska

siłą napędową potrzebną do zmniejszenia problemów spowodowanych kontaktem środków smarnych ze środowiskiem są fakty dotyczące środowiska, świadomość społeczna, dyrektywy i regulacje rządowe, globalizacja rynków i zachęty ekonomiczne. Preferowanym sposobem działania jest zmniejszenie toksyczności i zwiększenie biodegradowalności. W swojej literaturze marketingowej przemysł środków smarnych używa wielu mylących nazw do klasyfikacji środków smarnych ze względu na ich upośledzenie środowiska. Niektóre z tych terminów, wszystkie poprzedzone wspólnym deskryptorem „ekologicznie”, obejmują: akceptowalny, przystosowany, świadomy, łagodny, ostrożny, zgodny, zgodny, rozważny, korzystny, przyjazny, nieszkodliwy, uzasadniony, neutralny, nietoksyczny, pozytywny, preferowany, ochronny, odpowiedzialny, Bezpieczny, wrażliwy, odpowiedni. Na przykład firma Mobil wprowadziła linię płynów hydraulicznych EAL (Environmental Awareness Lubricants). Pennzoil używa terminologii „przyjazne dla środowiska” dla swoich olejów silnikowych . Podobnie firma Carl Bechem GmbH (Hagen, Niemcy) opracowała wysokowydajną gamę „przyjaznych dla środowiska” środków smarnych i dodatków (oleje obiegowe, smary, smary szynowe itp.). Przyjazne dla środowiska smary są omawiane w refs . Shell preferuje termin „produkty przyjazne dla środowiska” w odniesieniu do linii produktów smarnych opartych na starannie wyselekcjonowanych nienasyconych i nasyconych SEs lub zaawansowanej technologii RSO z zoptymalizowanymi pakietami dodatków, aby zapewnić dobrą wydajność AW/EP, ochronę przed korozją i stabilność oksydacyjną. Shell Naturelle HF-E to zaawansowany biodegradowalny płyn hydrauliczny . Petro-Canada Lubricants (Mississauga, ON) opracowało linię produktów ekologicznych EcoSia (z natury łatwo ulegających biodegradacji).

Commercial ‘bio’ hydraulic fluids are made from non-renewable synthetic polyol esters. Tradycyjnie ten rodzaj bezpieczniejszego płynu środowiskowego jest znany w przemyśle jako płyn EA, w przeciwieństwie do płynu na bazie biologicznej (patrz sekcja 12.3.1). Nie ma norm dla smarów EA ani płynów hydraulicznych. Podobnie nie ma specyfikacji branżowych ani wytycznych dotyczących płynów i smarów EA. Producenci i użytkownicy końcowi zgadzają się, że aby smar został zaklasyfikowany jako typ EA, powinien być biodegradowalny i nietoksyczny, ale niekoniecznie na bazie biologicznej lub odnawialnej. Do czasu opracowania szczegółowych norm i specyfikacji, kwalifikacja płynów, które należy uznać za EA, powinna opierać się na zgodności z EPA 560/6-82-002 (LC50 > 1000) i ASTM D 5864 (60% konwersji na CO2 w ciągu 28 dni) odpowiednio w odniesieniu do toksyczności i biodegradacji. Niektóre smary EA są oceniane jako „łatwo biodegradowalne”; są wykonane z nieodnawialnych zasobów.

w kontekście środków smarnych przyjaznych dla środowiska innymi powszechnie stosowanymi terminami są „spożywczy” i „zielony”. Chociaż niektóre smary są identyfikowane jako klasy spożywczej, zostały zatwierdzone przez Amerykańską Agencję ds. żywności i Leków (FDA) i podlegają standardowym procedurom testowania ASTM, nie ma światowej standardowej definicji ani specyfikacji dla smarów środowiskowych przeznaczonych do zastąpienia standardowych smarów. Smary klasy spożywczej są powszechnie stosowane w przemyśle spożywczym, gdzie może wystąpić przypadkowy kontakt z żywnością. Smary spożywcze mogą, ale nie muszą, kwalifikować się jako smary EA. Większość środków smarnych klasy spożywczej opiera się na nietoksycznym białym oleju mineralnym US Pharma copœia (USP), który nie spełnia kryteriów biodegradowalności mających zastosowanie do smarów EA. Zielony płyn odnosi się głównie do smarów na bazie oleju roślinnego.

naturalne oleje tłuszczowe, takie jak CAS, olej palmowy (PMO), RSO, SBO, SNO, TLW i olej plemnikowy są od lat stosowane w smarach. Triglicerydy (mniej lub bardziej nienasycone estry tłuszczowe) ulegają biodegradacji i wykazują doskonałe właściwości tribologiczne (niski współczynnik tarcia (CoF), dobra ochrona przed zużyciem). Rapid Energy Services (Lafayette, LA) produkuje i dostarcza szereg przyjaznych dla środowiska produktów smarnych, takich jak płyny hydrauliczne (stopnie lepkości ISO od 22 do 68), oleje penetrujące, oleje łańcuchowe i oleje okrętowe. Wszystkie produkty smarowe Rapid na bazie bio, które są formułowane z odnawialnych rolniczych (naturalnych nasion) roślinnych olejów bazowych, są takie same pod względem wydajności jak ich odpowiedniki na bazie ropy naftowej, oferując jednocześnie całkowitą biodegradowalność. Oleje bazowe i Dodatki zawarte w tych produktach spełniają i przekraczają kryteria ostrej toksyczności (LC50) przyjęte przez Amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA) oraz Amerykańską Agencję ds. ryb i dzikiej przyrody (Fish and Wildlife).

pod względem właściwości zapasy bazowe olejów roślinnych są bardziej odmienne od zapasów bazowych parafinowych i naftenowych z grupy I, II Lub III. W przemyśle biolubrykantów RSO i olej rzepakowy wydają się być olejami bazowymi z wyboru do biodegradowalnych płynów hydraulicznych (dostępne od 1985 roku). Jednak ich zakres zastosowania jest ograniczony ze względu na mniejszą stabilność przed utlenianiem termicznym i naprężeniami hydrolitycznymi w porównaniu z olejami mineralnymi oraz częściowo gorsze właściwości przepływu na zimno. Limity te można poprawić za pomocą dodatków lub za pomocą płyt grzewczych opartych na olejach rzepakowych, sojowych, kukurydzianych lub słonecznikowych (patrz punkt 5.3.1). Od czasu pojawienia się kategorii EA pojawiła się nowa kategoria komercyjnych wysokiej jakości środków smarnych, które są odnawialne, zrównoważone, nadające się do recyklingu i biodegradowalne, a mianowicie Renewable Lubricants, Inc. Płyty grzewcze StabilizedTM (RLI) (patrz punkt 10.5.2).

SEs obejmują szeroki zakres chemikaliów o różnych właściwościach i cenach (patrz punkt 6.2.1). W celu opracowania smarów EA należy wybrać estry, które spełniają wymogi ekologiczne i mają korzystniejsze właściwości niż naturalne oleje tłuszczowe. Chemia oferuje szeroki wybór możliwości w zakresie SEs. Najważniejsze reakcje chemiczne poprawiające właściwości estrów to transestryfikacja, (selektywne) uwodornienie, ozonoliza i dimeryzacja (patrz rozdział 6).

SEs są w użyciu dłużej niż jakikolwiek inny płyn na bazie syntetycznej. Zostały one pierwotnie opracowane jako smary do silników odrzutowych samolotów w 1950 roku i nadal są w użyciu jako takie. W przypadku smarów bazowych EA najczęściej stosowanymi estrami syntetycznymi są estry poliolowe trimetyloolpropanu (TMP) i pentaerytrytolu (PE). Wiele estrów jest podatnych na hydrolizę . Stabilność hydrolityczna normalnych estrów poliolowych niewiele różni się od RSO, ale ich odporność na utlenianie jest znacznie wyższa. Obie właściwości są znacznie lepsze w złożonych estrach (patrz punkt 6.2.1). Jednak zwykle Poprawa stabilności hydrolitycznej jest szkodliwa dla biodegradowalności płynu bazowego. Kilka złożonych estrów (średniołańcuchowe, nasycone kwasy tłuszczowe na TMP lub inne poliole) łączy doskonałe właściwości termolooksydacyjne z dobrą odpornością na hydrolizę i dobrą biodegradowalnością. SEs są jednymi z najlepszych biodegradowalnych płynów hydraulicznych. Pod warunkiem, że są formułowane z odpowiednimi dodatkami, mogą być nietoksyczne. Charakteryzują się doskonałymi właściwościami smarowymi: wysoką VI i niską tarciem w połączeniu z dobrą płynnością w niskich i wysokich temperaturach oraz stabilnością starzenia. Mają zastosowanie do pracy w ekstremalnych temperaturach. Dzięki wydłużeniu okresów wymiany oleju estry syntetyczne pozostają konkurencyjne cenowo.

Pag były pierwszymi biodegradowalnymi olejami na rynku. Jednak nie wszystkie Pag degradują się równie dobrze. Szybkość i stopień biodegradacji są kontrolowane przez stosunek propylenu do tlenku etylenu (PO / EO), przy czym GLIKOLE polietylenowe (kołki) są bardziej biodegradowalne. GLIKOLE polipropylenowe (PPGs) nie są łatwo biodegradowalne; to samo dotyczy prawdopodobnie Polibutoksylanów (OSP). Nic dziwnego, że szybkość i stopień biodegradowalności maleje wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej. Płyny PAG mają doskonałą stabilność w zakresie od -45 do 250 °C i doskonale sprawdzają się tam, gdzie zagrożenie pożarowe stanowi zagrożenie. Okresy wymiany oleju (2000 h lub raz w roku) są podobne do okresów wymiany olejów mineralnych. Nie wszystkie poliglikole są rozpuszczalne w wodzie. Poliglikole na bazie EO są wysoce rozpuszczalne w wodzie, słabo mieszają się z olejami mineralnymi i mają wysoką polarność. Poliglikole o wysokiej zawartości PO nie są rozpuszczalne w wodzie lub tylko nieznacznie tak, w pewnym stopniu mieszają się z olejem mineralnym i są znacznie mniej polarne niż Peg. Ze względu na rozpuszczalność w wodzie, płyny hydrauliczne na bazie poliglikolu (HEPGs) mogą zawierać wodę.

Pagi mogą mieć bardzo dobre właściwości techniczne i są dobrze znane w wieloletnim praktycznym zastosowaniu. Rozpuszczalność w wodzie niektórych poliglikoli (PEGI) i ich niezgodność z olejami mineralnymi ograniczyła ich akceptację. HEPGs są stosowane głównie w przemyśle wodociągowym, w zastosowaniach off-shore i hydraulice śluzy kanału jako szybko ulegające biodegradacji płyny hydrauliczne, w szczególności gdy zastosowanie prowadzi do nieuniknionego zanieczyszczenia płynu hydraulicznego wnikającą wodą . Płyny hydrauliczne poliglikolowe są dostępne od kilkudziesięciu lat i nadal są szeroko stosowane, szczególnie w przemyśle spożywczym, w maszynach budowlanych (koparkach) i w różnych instalacjach stacjonarnych. Jednakże stosowanie poliglikoli zmniejsza się ze względu na ich toksyczność dla środowiska wodnego po zmieszaniu z dodatkami smarowymi i ich niekompatybilność z olejami mineralnymi i materiałami uszczelniającymi. Przemysł chemiczny czyni wielkie postępy w opracowywaniu biodegradowalnych, nierozpuszczalnych w wodzie Pag. Mogą to być alternatywy dla estrów.

Poli-α-olefiny o niskiej lepkości (PAO2) ulegają biodegradacji. Jednak te podstawowe zapasy znajdują jedynie ograniczone zastosowanie w formułowaniu środków smarnych. Udział Pao w globalnym rynku wynosi około 1% (patrz punkt 3.3).

odpowiednio sformułowany olej roślinny i płyny na bazie SE są łatwo biodegradowalne. W przeciwieństwie do odpowiedników na bazie mineralnej i syntetycznej, smary EA są nietoksyczne i rozkładają się na wodę i CO2. Ponieważ płyny EA ulegają biodegradacji, rozkładają się w obecności wody i bakterii. Koncepcyjnie płyny EA powinny być okresowo monitorowane, aby upewnić się, że biodegradacja nie zachodzi. Podczas gdy podstawowe zapasy smarów EA są nietoksyczne, dodatki w preparatach mogą prowadzić do szerokiego zakresu toksyczności.

VI większości płynów EA spełnia lub przekracza VI płynów na bazie ropy naftowej. Temperatura krzepnięcia niezstabilizowanych płynów hydraulicznych i smarów na bazie oleju roślinnego może być dopuszczalna do wielu zastosowań. Smary EA zwykle zapewniają dobre właściwości zużycia. Większość sformułowanych płynów EA nie ma problemów z pienieniem. Niektóre popularne farby stosowane w układach płynów są niezgodne z wieloma płynami EA. Uszczelnienia poliuretanowe nie powinny być używane z płynami EA i powinny być zastąpione przez Viton i Buna N. płyny EA są kompatybilne ze stopami stali i miedzi i zapewniają doskonałą ochronę przed rdzą. Należy skonsultować się z producentem płynu w celu uzyskania szczegółowych danych dotyczących Zgodności dla każdego materiału użytego w aplikacji. Koszty usuwania olejów EA są wyższe niż w przypadku olejów mineralnych z powodu niechęci tradycyjnych podmiotów zajmujących się recyklingiem do ich przyjmowania (zob. sekcja 14.7).

smary EA (bio)są wymagane w wielu zastosowaniach, takich jak oleje do pił łańcuchowych, smarowanie lin stalowych, oleje okrętowe, smary do silników zaburtowych, smary dla przemysłu spożywczego, płyny hydrauliczne w leśnictwie, sprzęt rolniczy i maszyny budowlane, oleje do wind itp. W opracowywaniu środków smarnych największym problemem dla każdego produktu jest znalezienie optymalnego kompromisu między przeciwnymi wymaganiami długoterminowej stabilności a szybką degradacją biologiczną. Pomyślne zastosowanie materiałów pochodzenia biologicznego w smarowaniu w różnych sektorach przemysłu wymaga dogłębnego zrozumienia ich właściwości trybochemicznych. Na przykład zmiany stopnia nienasycenia wpływają na boczne interakcje cząsteczek adsorbatu, które zmieniają ich adsorpcję, a co za tym idzie, właściwości smarowania granicznego.

formulacja smarów biodegradowalnych jest odwrotnością obecnego zdominowanego przez oleje mineralne rynku smarów. Przyjmuje się, że ponad 90% wszystkich smarów może być szybko biodegradowalne. Obecnie niektóre kraje Europy Zachodniej i Skandynawia są największymi konsumentami biodegradowalnych smarów. W Niemczech w 2005 r. 5% olejów bazowych smarów było szybko biodegradowalnymi estrami (naturalnymi i syntetycznymi). Z biegiem lat nacisk na smary zmienił się z biodegradowalności na odnawialność. Wpływa to na projektowanie takich produktów.