Wax Ester

3.5 miljömässigt acceptabla smörjmedel

drivkrafterna som behövs för att minska problemen som orsakas av smörjmedlets kontakter med miljön är miljöfakta, allmänhetens medvetenhet, regeringsdirektiv och förordningar, globalisering av marknader och ekonomiska incitament. Den föredragna åtgärden är att minska toxiciteten och öka biologisk nedbrytbarhet. I sin marknadsföringslitteratur använder smörjmedelsindustrin många förvirrande valörer för att klassificera smörjmedel med avseende på deras försämring av miljön. Några av dessa termer, som alla föregås av den gemensamma beskrivningen ’miljömässigt’, inkluderar: acceptabel, Anpassad, medveten, godartad, försiktig, kompatibel, formbar, omtänksam, gynnsam, vänlig, ofarlig, motiverad, neutral, giftfri, positiv, föredragen, skyddande, ansvarig, säker, känslig, lämplig. Till exempel har Mobil introducerat sin EAL-serie (Environmental Awareness Lubricants) av hydraulvätskor. Pennzoil använder terminologin ’miljövänlig’ för sina motoroljor . På samma sätt har Carl Bechem GmbH (Hagen, Tyskland) utvecklat ett högpresterande sortiment av miljövänliga smörjmedel och tillsatser (cirkulationsoljor, fetter, järnvägssmörjmedel etc.). Miljömässigt acceptabla smörjmedel diskuteras i refs . Shell föredrar termerna ’miljövänliga produkter’ för sin smörjmedelsproduktlinje baserad på noggrant utvalda omättade och mättade SEs eller avancerad teknik RSO med optimerade tillsatspaket för att ge god Aw/EP-prestanda, korrosionsskydd och oxidativ stabilitet. Shell Naturelle HF – E är en avancerad biologiskt nedbrytbar hydraulvätska . Petro-Canada Lubricants (Mississauga, ON) har utvecklat EcoSia-serien av miljövänliga produkter (i sig till lätt biologiskt nedbrytbara).

Commercial ‘bio’ hydraulic fluids are made from non-renewable synthetic polyol esters. Traditionellt är denna typ av säkrare miljövätska känd inom industrin som en EA-vätska, i motsats till en biobaserad vätska (se avsnitt 12.3.1). Det finns inga standarder för EA smörjmedel eller hydraulvätskor. På samma sätt finns det inga bransch-eller styrspecifikationer för EA-vätskor och fetter. Tillverkare och slutanvändare är överens om att för att ett smörjmedel ska klassificeras som en EA-typ bör det vara biologiskt nedbrytbart och giftfritt, men inte nödvändigtvis biobaserat eller förnybart. Tills specifika standarder och specifikationer utvecklas, kvalificering av vätskor som ska betraktas som EA bör förlita sig på överensstämmelse med EPA 560/6-82-002 (LC50 > 1000) och ASTM D 5864 (60% omvandling till CO2 på 28 dagar) avseende toxicitet respektive biologisk nedbrytbarhet. Vissa EA smörjmedel är klassade som endast ’lätt biologiskt nedbrytbara’ ; de är gjorda av icke-förnybara resurser.

i samband med miljövänliga smörjmedel är andra vanliga termer ’livsmedelskvalitet’och ’ grön’. Även om vissa smörjmedel identifieras som livsmedelskvalitet, har godkänts av US Food and Drug Administration (FDA) och är föremål för ASTM-standardprovningsförfaranden, finns det ingen global standarddefinition eller specifikation för miljösmörjmedel avsedda att ersätta standardsmörjmedel. Smörjmedel av livsmedelskvalitet används vanligtvis i livsmedelsindustrin där oavsiktlig kontakt med livsmedel kan uppstå. Smörjmedel av livsmedelskvalitet kan eller inte kvalificeras som EA-smörjmedel. De flesta livsmedelsgodkända smörjmedel är baserade på icke-toxisk US Pharma Cop excepiia (USP) Vit mineralolja, som inte uppfyller kriterierna för biologisk nedbrytbarhet som gäller för EA-smörjmedel. En grön vätska avser mestadels vegetabiliska oljebaserade smörjmedel.

naturliga fettoljor som CAS, palmolja (PMO), RSO, SBO, SNO, TLW och spermolja har använts i smörjmedel i flera år. Triglycerider (mer eller mindre omättade fettestrar) är biologiskt nedbrytbara och visar utmärkta tribologiska egenskaper (låg friktionskoefficient (CoF), bra slitskydd). Rapid Energy Services (Lafayette, LA) tillverkar och levererar en rad miljövänliga smörjmedelsprodukter, såsom hydraulvätskor (ISO-viskositetskvaliteter från 22 till 68), penetrerande olja, kedjeolja och marinolja. Alla Rapids biobaserade smörjmedelsprodukter, som är formulerade från förnybara jordbruksbaserade (naturliga frö) växtbasoljor, är lika i prestanda som sina petroleumbaserade motsvarigheter samtidigt som de erbjuder fullständig biologisk nedbrytbarhet. Basoljorna och tillsatserna i dessa produkter passerar och överstiger akuta toxicitetskriterier (LC50) som antagits av US EPA och US Fish and Wildlife.

När det gäller egenskaper är vegetabiliska oljebaslager mer olika än paraffiniska och nafteniska grupp I, II eller III baslager. I biolubricants-industrin verkar RSO och canolaolja vara de basoljor som valts för biologiskt nedbrytbara hydraulvätskor (tillgängliga sedan 1985). Deras tillämpningsområde är dock begränsat med tanke på lägre stabilitet mot termisk oxidation och hydrolytisk stress jämfört med mineraloljor och delvis sämre kallflödesegenskaper. Dessa gränser kan förbättras med tillsatser eller genom att använda hällar baserade på raps, soja, majs eller solrosoljor (se Avsnitt 5.3.1). Sedan EA-kategorin kom fram har en ny kategori av kommersiella högkvalitativa smörjmedel uppstått, som är förnybara, hållbara, återvinningsbara och biologiskt nedbrytbara, nämligen förnybara smörjmedel, Inc. (RLI): s StabilizedTM-hällar (se avsnitt 10.5.2).

SEs täcker ett brett spektrum av kemikalier med olika kvaliteter och priser (se avsnitt 6.2.1). För utveckling av EA-smörjmedel måste estrar väljas som uppfyller de ekologiska kraven och har gynnsammare egenskaper än naturliga fettoljor. Kemi erbjuder ett brett utbud av möjligheter inom SEs-området. De viktigaste kemiska reaktionerna för att förbättra egenskaperna hos estrar är transesterifiering, (selektiv) hydrering, ozonolys och dimerisering (se Kapitel 6).

SEs har använts längre än någon annan syntetisk baserad vätska. De utvecklades ursprungligen som smörjmedel för flygplansmotorer på 1950-talet och används fortfarande som sådana. För EA-bassmörjmedel är de vanligaste syntetiska estrarna trimetylolpropan (TMP) och pentaerytritol (PE) polyolestrar. Många estrar är mottagliga för hydrolys . Hydrolytisk stabilitet hos normala polyolestrar skiljer sig lite från RSO, men deras oxidationsbeständighet är mycket högre. Båda egenskaperna förbättras avsevärt i komplexa estrar (se avsnitt 6.2.1). Men vanligtvis är en förbättring av hydrolytisk stabilitet skadlig för basvätskans biologiska nedbrytbarhet. Flera komplexa estrar (medelkedja, mättade fettsyror på TMP eller andra polyoler) kombinerar utmärkta termoloxidativa egenskaper med god hydrolysresistens och god biologisk nedbrytbarhet. SEs är bland de bästa biologiskt nedbrytbara hydraulvätskorna. Förutsatt att de är formulerade med lämpliga tillsatser kan de vara giftfria. De uppvisar utmärkta smörjegenskaper: höga VI-och lågfriktionsegenskaper i kombination med god låg – och högtemperaturlikviditet och åldringsstabilitet. De är tillämpliga för extrema temperaturintervall. Genom att förlänga oljebytesintervall förblir syntetiska estrar kostnadseffektiva.

PAGs var de första biologiskt nedbrytbara oljorna på marknaden. Men inte alla PAGs försämras lika bra. Hastighet och grad av biologisk nedbrytning styrs av förhållandet Propen till etylenoxid (PO/EO), med polyetylenglykoler (PEGs) som är mer biologiskt nedbrytbara. Polypropylenglykoler (PPGs) är inte lätt biologiskt nedbrytbara; detsamma gäller förmodligen för polybutoxylater (OSP). Inte överraskande minskar hastigheten och omfattningen av biologisk nedbrytbarhet med ökande molekylvikt. Pag-vätskor har utmärkt stabilitet i-45 till 250 C-serien och utmärker sig där brandrisker är ett problem. Oljebytesintervall (2000 h eller en gång om året) liknar mineraloljor. Inte alla polyglykoler är vattenlösliga. Eo-baserade polyglykoler är mycket vattenlösliga, dåligt blandbara med mineraloljor och med hög polaritet. Polyglykoler med högt PO-innehåll är inte vattenlösliga, eller bara något så, till viss del blandbara med mineralolja, och är betydligt mindre polära än pinnar. Som ett resultat av deras vattenlöslighet kan polyglykolbaserade hydraulvätskor (HEPGs) innehålla vatten.

PAGs kan ha mycket goda tekniska egenskaper och är välkända i långsiktig praktisk användning. Vattenlösligheten hos vissa polyglykoler (pinnar) och deras oförenlighet med mineraloljor har begränsat deras acceptans. HEPGs används främst inom vattenförsörjningsindustrin, i offshore-applikationer och kanallåshydraulik som snabbt biologiskt nedbrytbara hydraulvätskor, särskilt när applikationen leder till oundviklig förorening av hydraulvätskan med ingressat vatten . Polyglykol hydraulvätskor har funnits i flera decennier och används fortfarande i stor utsträckning, särskilt inom livsmedelsindustrin, i byggmaskiner (grävmaskiner) och i olika stationära installationer. Användningen av polyglykoler minskar emellertid på grund av deras akvatiska toxicitet när de blandas med smörjmedelstillsatser och deras oförenlighet med mineraloljor och tätningsmaterial. Den kemiska industrin gör stora framsteg för att utveckla biologiskt nedbrytbara, icke-vattenlösliga PAGs. Dessa kan vara alternativ till estrar.

lågviskösa Poly-olefiner (PAO2) är biologiskt nedbrytbara. Dessa baslager finner emellertid endast begränsad tillämplighet vid formulering av smörjmedel. PAOs globala marknadsandel är cirka 1% (Se avsnitt 3.3).

korrekt formulerad vegetabilisk olja och se-baserade vätskor är båda lätt biologiskt nedbrytbara. Till skillnad från mineral-och syntetbaserade ekvivalenter är EA-smörjmedel giftfria och sönderdelas i vatten och CO2. Eftersom EA-vätskor är biologiskt nedbrytbara kommer de att bryta ner i närvaro av vatten och bakterier. Konceptuellt bör EA-vätskor regelbundet övervakas för att säkerställa att biologisk nedbrytning inte sker. Medan BASLAGREN för EA-smörjmedel är giftfria kan tillsatser i formuleringarna leda till ett brett spektrum av toxicitet.

VI för de flesta EA-vätskor uppfyller eller överstiger vi för petroleumbaserade vätskor. Hällpunkten för icke-stabiliserade vegetabiliska oljebaserade hydraulvätskor och smörjmedel kan vara acceptabel för många tillämpningar. EA smörjmedel ger normalt goda slitegenskaper. De flesta formulerade EA-vätskor har inga skummande problem. Vissa vanliga färger som används i vätskesystem är oförenliga med många EA-vätskor. Polyuretantätningar ska inte användas med EA-vätskor och bör ersättas med Viton och Buna N. EA-vätskor är kompatibla med stål-och kopparlegeringar och ger utmärkt rostskydd. Vätsketillverkaren bör konsulteras för specifika kompatibilitetsdata för varje material som används i applikationen. Bortskaffningskostnaderna för EA-oljor är större än för mineraloljor på grund av att traditionella återvinningsföretag inte accepterar dem (se avsnitt 14.7).

EA (bio)smörjmedel krävs i många applikationer som motorsågoljor, vajersmörjning, marina oljor, utombordsmotorsmörjmedel, smörjmedel för livsmedelsindustrin, hydraulvätskor inom skogsbruk, jordbruksutrustning och byggmaskiner, hissoljor etc. Vid smörjmedelsutveckling är det största problemet för varje produkt att hitta den optimala kompromissen mellan motsatta krav på långsiktig stabilitet och snabb biologisk nedbrytning. Framgångsrik tillämpning av biobaserade material inom smörjning inom olika industrisektorer kräver en grundlig förståelse av deras tribokemiska egenskaper. Till exempel påverkar förändringar i graden av omättnad laterala interaktioner av adsorbatmolekyler, vilket förändrar deras adsorption och därmed deras gränssmörjningsegenskaper.

formulering av biologiskt nedbrytbara smörjmedel är en omvänd av den nuvarande mineraloljedominerade smörjmedelsmarknaden. Det är accepterat att över 90% av alla smörjmedel kan göras snabbt biologiskt nedbrytbara. Numera är vissa västeuropeiska länder och Skandinavien de största konsumenterna av biologiskt nedbrytbara smörjmedel. I Tyskland var 5% av smörjmedelsbasoljorna snabbt biologiskt nedbrytbara (naturliga och syntetiska) estrar 2005. Under åren har fokus på smörjmedel skiftat från biologisk nedbrytbarhet till förnybarhet. Detta påverkar utformningen av sådana produkter.