Wax Ester

3.5 lubrifianți acceptabili pentru mediu

forțele motrice necesare pentru a reduce problemele cauzate de contactele lubrifianților cu mediul sunt faptele de mediu, conștientizarea publicului, directivele și reglementările guvernamentale, globalizarea piețelor și stimulentele economice. Cursul preferat de acțiune este reducerea toxicității și creșterea biodegradabilității. În literatura sa de marketing, industria lubrifianților folosește multe denumiri confuze pentru a clasifica lubrifianții în ceea ce privește deteriorarea mediului. Unii dintre acești Termeni, toți precedați de Descriptorul comun ‘ecologic’, includ: acceptabil, adaptat, conștient, benign, atent, compatibil, conform, atent, favorabil, prietenos, inofensiv, justificat, neutru, netoxic, pozitiv, preferabil, protector, responsabil, sigur, sensibil, potrivit. De exemplu, Mobil a introdus linia de fluide hidraulice pentru lubrifianți de conștientizare a mediului (EAL). Pennzoil folosește terminologia ‘ecologic’ pentru uleiurile sale de motor . În mod similar, Carl Bechem GmbH (Hagen, Germania) a dezvoltat o gamă de lubrifianți și aditivi de înaltă performanță (uleiuri de circulație, grăsimi, lubrifianți pentru șină etc.). Lubrifianții acceptabili din punct de vedere ecologic sunt discutați în refs . Shell preferă termenii ‘produse ecologice’ pentru linia sa de produse lubrifiante bazate pe ses nesaturate și saturate atent selectate sau tehnologie avansată RSO cu pachete de aditivi optimizați pentru a obține performanțe bune AW/EP, protecție la coroziune și stabilitate oxidativă. Shell Naturelle HF-E este un fluid hidraulic biodegradabil avansat . Petro-Canada Lubricants (Mississauga, ON) a dezvoltat linia EcoSia de produse responsabile pentru mediu (inerent biodegradabile).Bartz a subliniat pe bună dreptate că niciun lubrifiant nu poate fi cu adevărat ecologic (adică îmbunătățirea mediului); în cel mai bun caz, un lubrifiant poate rămâne neutru împotriva mediului (adică inofensiv) . Cel mai bun lucru pe care îl putem spera este că lubrifiantul afectează mediul într-un grad acceptabil (impact minim). Luarea în considerare a aspectelor de mediu ale lubrifianților ar trebui să acopere întregul ciclu de viață de la producție până la eliminare (a se vedea, de asemenea, capitolele 11 și 14). În special, producția și utilizarea lubrifianților nu ar trebui să provoace epuizarea resurselor, probleme de eliminare, formarea deșeurilor sau emisii, ar trebui să aibă un consum redus de energie, să nu prezinte riscuri pentru sănătate, să fie acceptabile din punct de vedere ecotoxicologic și să fie rapid degradabile din punct de vedere biologic. Terminologia utilizată în legătură cu’ Compatibilitatea mediului ‘ este atât subiectivă (nemăsurabilă), cât și obiectivă (măsurabilă). Criteriile subiective sunt ecologice și compatibile cu mediul. Tabelul 3.11 enumeră câteva criterii obiective măsurabile sau demonstrabile. Criteriile obiective pentru ‘biolubricanți’ sunt biodegradabilitatea de cel puțin 60% conform OCDE 301 sau 80% conform CEC L-33-a-93. Tabelul 3.10 enumeră rezultatele tipice de biodegradabilitate pentru diferite uleiuri de bază.

Commercial ‘bio’ hydraulic fluids are made from non-renewable synthetic polyol esters. În mod tradițional, acest tip de fluid de mediu mai sigur este cunoscut în industrie ca fluid EA, spre deosebire de un fluid pe bază de bio (a se vedea secțiunea 12.3.1). Nu există standarde pentru lubrifianții EA sau fluidele hidraulice. În mod similar, nu există specificații pentru industrie sau ghid pentru fluidele și grăsimile EA. Producătorii și utilizatorii finali sunt de acord că, pentru ca un lubrifiant să fie clasificat ca tip EA, acesta trebuie să fie biodegradabil și netoxic, dar nu neapărat bio sau regenerabil. Până la elaborarea standardelor și specificațiilor specifice, calificarea fluidelor care trebuie considerate EA ar trebui să se bazeze pe conformitatea cu EPA 560/6-82-002 (LC50 > 1000) și ASTM D 5864 (conversie de 60% în CO2 în 28 de zile) în ceea ce privește toxicitatea și, respectiv, biodegradabilitatea. Unii lubrifianți EA sunt clasificați ca fiind ușor biodegradabili; sunt fabricați din resurse neregenerabile.

în contextul lubrifianților ecologici, alți termeni folosiți în mod obișnuit sunt ‘grad alimentar’ și ‘verde’. Deși unii lubrifianți sunt identificați ca fiind de calitate alimentară, au fost aprobați de Administrația SUA pentru alimente și medicamente (FDA) și sunt supuși procedurilor de testare standard ASTM, nu există o definiție sau o specificație standard la nivel mondial pentru lubrifianții de mediu destinați să înlocuiască lubrifianții standard. Lubrifianții de calitate alimentară sunt utilizați în general în industria alimentară unde poate apărea contactul accidental cu alimentele. Lubrifianții de calitate alimentară se pot califica sau nu ca lubrifianți EA. Majoritatea lubrifianților de calitate alimentară se bazează pe ulei mineral alb netoxic us Pharma cop (USP), care nu îndeplinește criteriile de biodegradabilitate aplicabile lubrifianților EA. Un fluid verde se referă în principal la lubrifianți pe bază de ulei vegetal.

uleiuri grase naturale, cum ar fi CAS, ulei de palmier (PMO), RSO, SBO, SNO, TLW și ulei de spermă au fost folosite în lubrifianți de ani de zile. Trigliceridele (esteri grași mai mult sau mai puțin nesaturați) sunt biodegradabili și prezintă calități tribologice excelente (coeficient scăzut de frecare (CoF), protecție bună la uzură). Rapid Energy Services (Lafayette, LA) produce și furnizează o gamă de produse lubrifiante ecologice, cum ar fi fluide hidraulice (grade de vâscozitate ISO de la 22 la 68), ulei penetrant, ulei de lanț și ulei marin. Toate produsele lubrifiante Bio pe bază de Rapid, care sunt formulate din uleiuri de bază din plante agricole regenerabile (semințe naturale), au performanțe egale cu omologii lor pe bază de petrol, oferind în același timp biodegradabilitate completă. Uleiurile de bază și aditivii din aceste produse trec și depășesc criteriile de toxicitate acută (LC50) adoptate de US EPA și US Fish and Wildlife.

în ceea ce privește proprietățile, stocurile de bază de ulei vegetal sunt mai diferite ca natură decât stocurile de bază parafinice și naftenice din Grupa I, II sau III. În industria biolubricanților, uleiul RSO și canola par a fi uleiurile de bază alese pentru fluidele hidraulice biodegradabile (disponibile din 1985). Cu toate acestea, gama lor de aplicabilitate este limitată, având în vedere stabilitatea mai scăzută împotriva oxidării termice și a stresului hidrolitic în comparație cu uleiurile minerale și proprietățile parțial inferioare ale fluxului rece. Aceste limite pot fi îmbunătățite cu aditivi sau prin utilizarea de plite pe bază de uleiuri de rapiță, soia, porumb sau floarea soarelui (a se vedea secțiunea 5.3.1). De la apariția categoriei EA, a apărut o nouă categorie de lubrifianți comerciali de înaltă calitate, care este regenerabilă, durabilă, reciclabilă și biodegradabilă, și anume lubrifianți regenerabili, Inc. Plitele TM stabilizate (RLI) (a se vedea secțiunea 10.5.2).se acoperă o gamă largă de substanțe chimice cu calități și prețuri diferite (A se vedea secțiunea 6.2.1). Pentru dezvoltarea lubrifianților EA, trebuie selectați esteri care îndeplinesc cerințele ecologice și au proprietăți mai favorabile decât uleiurile grase naturale. Chimia oferă o gamă largă de posibilități în domeniul SEs. Cele mai importante reacții chimice pentru îmbunătățirea proprietăților esterilor sunt transesterificarea, hidrogenarea (selectivă), ozonoliza și dimerizarea (vezi capitolul 6).

Se au fost utilizate mai mult decât orice alt fluid pe bază de sinteză. Acestea au fost inițial dezvoltate ca lubrifianți pentru motoarele cu reacție ale aeronavelor în anii 1950 și sunt încă în uz ca atare. Pentru lubrifianții de bază EA, cei mai frecvent utilizați esteri sintetici sunt esterii trimetilolpropan (TMP) și pentaeritritol (PE) poliol. Mulți esteri sunt susceptibili la hidroliză . Stabilitatea hidrolitică a esterilor poliolici normali diferă puțin de RSO, dar rezistența lor la oxidare este mult mai mare. Ambele proprietăți sunt mult îmbunătățite în esterii complecși (a se vedea secțiunea 6.2.1). Cu toate acestea, de obicei, o îmbunătățire a stabilității hidrolitice este în detrimentul biodegradabilității fluidului de bază. Mai mulți esteri complexi (lanț mediu, acizi grași saturați pe tmp sau alți polioli) combină caracteristici termol-oxidative excelente cu o bună rezistență la hidroliză și o bună biodegradabilitate. SEs sunt printre cele mai bune fluide hidraulice biodegradabile. Cu condiția să fie formulate cu aditivi adecvați, acestea pot fi netoxice. Acestea prezintă proprietăți excelente de lubrifiere: caracteristici VI ridicate și frecare redusă, combinate cu o bună lichiditate la temperaturi scăzute și ridicate și stabilitate la îmbătrânire. Acestea sunt aplicabile pentru operațiuni cu temperaturi extreme. Prin extinderea intervalelor de schimbare a uleiului, esterii sintetici rămân competitivi.

PAGs au fost primele uleiuri biodegradabile de pe piață. Cu toate acestea, nu toate Pag-urile se degradează la fel de bine. Rata și gradul de biodegradare sunt controlate de raportul propilenă-oxid de etilenă (PO/EO), polietilen glicolii (PEGs) fiind cei mai biodegradabili. Glicolii din polipropilenă (PPGs) nu sunt ușor biodegradabili; același lucru este probabil valabil și pentru polibutoxilați (OSP). Nu este surprinzător că rata și gradul de biodegradabilitate se diminuează odată cu creșterea greutății moleculare. Fluidele PAG au o stabilitate excelentă în gama-45 până la 250 C și excelează în cazul în care pericolele de incendiu sunt o preocupare. Intervalele de schimbare a uleiului (2000 h sau o dată pe an) sunt similare cu uleiurile minerale. Nu toți poliglicolii sunt solubili în apă. Poliglicolii pe bază de EO sunt foarte solubili în apă, slab miscibili cu uleiurile minerale și cu polaritate ridicată. Poliglicolii cu un conținut ridicat de PO nu sunt solubili în apă sau doar puțin, într-o oarecare măsură miscibili cu uleiul mineral și sunt semnificativ mai puțin polari decât știfturile. Ca urmare a solubilității lor în apă, fluidele hidraulice pe bază de poliglicol (HEPGs) pot conține apă.

PAGs pot avea proprietăți tehnice foarte bune și sunt bine cunoscute în utilizarea practică pe termen lung. Solubilitatea în apă a unor poliglicoli (cuie) și incompatibilitatea lor cu uleiurile minerale le-au limitat acceptarea. Hepg – urile sunt utilizate în principal în industria de alimentare cu apă, în aplicații off-shore și hidraulică de blocare a canalelor ca fluide hidraulice rapid biodegradabile, în special atunci când aplicarea duce la contaminarea inevitabilă a fluidului hidraulic cu apă ingerată . Fluidele hidraulice cu poliglicol sunt disponibile de câteva decenii și sunt încă utilizate pe scară largă, în special în industria alimentară, în utilaje de construcții (excavatoare) și în diverse instalații staționare. Cu toate acestea, utilizarea poliglicolilor este în scădere din cauza toxicității lor acvatice atunci când sunt amestecate cu aditivi lubrifianți și a incompatibilității lor cu uleiurile minerale și materialele de etanșare. Industria chimică face pași mari pentru a dezvolta Pag-uri biodegradabile, nesolubile în apă. Acestea ar putea fi alternative la esteri.

poli-olefinele cu vâscozitate scăzută (PAO2) sunt biodegradabile. Cu toate acestea, aceste stocuri de bază găsesc doar o aplicabilitate limitată în formularea lubrifianților. Cota de piață globală a Opa este de aproximativ 1% (A se vedea secțiunea 3.3).

uleiul vegetal bine formulat și fluidele pe bază de SE sunt ambele ușor biodegradabile. Spre deosebire de echivalentele pe bază de minerale și sintetice, lubrifianții EA sunt netoxici și se descompun în apă și CO2. Deoarece fluidele EA sunt biodegradabile, acestea se vor descompune în prezența apei și a bacteriilor. Conceptual, fluidele EA trebuie monitorizate periodic pentru a se asigura că biodegradarea nu are loc. În timp ce stocurile de bază ale lubrifianților EA sunt netoxice, aditivii din formulări pot duce la o gamă largă de toxicitate.

VI-ul majorității fluidelor EA îndeplinește sau depășește VI-ul fluidelor pe bază de petrol. Punctul de turnare al lichidelor hidraulice și lubrifianților pe bază de ulei vegetal nestabilizat poate fi acceptabil pentru multe aplicații. Lubrifianții EA produc în mod normal proprietăți bune de uzură. Majoritatea fluidelor EA formulate nu au probleme de spumare. Unele vopsele comune utilizate în sistemele fluide sunt incompatibile cu multe fluide EA. Garniturile din poliuretan nu trebuie utilizate cu fluide EA și trebuie înlocuite cu Viton și Buna N. fluidele EA sunt compatibile cu aliajele de oțel și cupru și asigură o protecție excelentă la rugină. Producătorul de lichide trebuie consultat pentru date specifice de compatibilitate pentru fiecare material utilizat în aplicație. Costurile de eliminare pentru uleiurile EA sunt mai mari decât pentru uleiurile minerale din cauza reticenței reciclatorilor tradiționali de a le accepta (A se vedea secțiunea 14.7).

lubrifianții EA (bio)sunt necesari în multe aplicații, cum ar fi uleiurile de ferăstrău cu lanț, lubrifierea cablurilor de sârmă, uleiurile marine, lubrifianții pentru motoare exterioare, lubrifianții pentru industria alimentară, fluidele hidraulice din silvicultură, echipamentele agricole și mașinile de construcție, uleiurile pentru ascensoare etc. În dezvoltarea lubrifianților, cea mai mare problemă pentru fiecare produs este găsirea compromisului optim între cerințele opuse de stabilitate pe termen lung și degradare biologică rapidă. Aplicarea cu succes a materialelor bio în lubrifiere în diferite sectoare industriale necesită o înțelegere aprofundată a proprietăților lor tribochimice. De exemplu, modificările gradului de nesaturare afectează interacțiunile laterale ale moleculelor de adsorbat, care își schimbă adsorbția și, prin urmare, proprietățile lor de lubrifiere limită.

formularea lubrifianților biodegradabili este o inversare a pieței actuale a lubrifianților dominați de uleiurile minerale. Se acceptă faptul că peste 90% din toți lubrifianții ar putea fi biodegradabili rapid. În zilele noastre, unele țări din Europa de Vest și Scandinavia sunt cei mai mari consumatori de lubrifianți biodegradabili. În Germania, 5% din uleiurile de bază lubrifiante erau esteri rapid biodegradabili (naturali și sintetici) în 2005. De-a lungul anilor, accentul pus pe lubrifianți s-a mutat de la biodegradabilitate la regenerabilitate. Acest lucru influențează proiectarea unor astfel de produse.