環保型潤滑脂往往忽略了其毒性

2016-09-06

環境友好潤滑脂在組成上與傳統的潤滑脂相同,只是在使用材料的選擇上有所不同,在考慮潤滑脂的使用性能的同時,還要兼顧其生產、使用及使用后對環境是否友好的問題。

1基礎油

基礎油作為潤滑脂的主要成分,主要應考慮的是其生物降解性、毒性以及安全性,環境友好潤滑脂的基礎油按類型大致可分為植物油類和合成油類。

植物油類基礎油有大豆油、蓖麻油、葵花籽油、菜籽油等,合成類基礎油主要有合成酯類油、聚a-烯烴等。目前主要使用的環保型潤滑脂的基礎油中,植物油大多使用菜籽油,合成油較多使用酯類油。

植物油作為基礎油,其優點有:無毒,具有極好的生物降解性、可再生性、良好的潤滑性能及高的粘度指數、低揮發性,處理過程需要的能量少,向環境擴散少。但同礦物油相比較,有以下的缺點:價格較高,氧化穩定性差,植物油的熱安定性低,由此引起潤滑脂的稠度變化大,低溫下容易結晶,所以使用的溫度范圍窄。

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合成酯類油與礦物油相比較,具有良好的耐熱氧化性能和優良的低溫性能,高粘度指數和低蒸發損失,同時還具有良好的生物降解性。作為生物降解潤滑脂的基礎油,由于植物油存在一定的局限性,所以對合成酯類油的研究就顯得尤為重要。制備潤滑脂時,根據產品大的要求可選擇一種或兩種酯類油作為基礎油,常用做潤滑脂基礎油的酯類油有二元酸雙酯、多元醇酯和復酯等。合成酯類油的生物降解性與其化學結構有很大關系,不同類的合成酯類油在特性上存在一定的差異。另一方面,合成酯類油的價格相對較高,這也是限制其大量被使用的一個主要原因。

聚a-烯烴油同礦物油相比較具有高閃點、低傾點、高粘度指數、低揮發性,而且同時具有優異的熱安定性和水解安定性。聚a-烯烴油對哺乳類動物無毒無刺激性。但是普遍錯誤地認為聚a-烯烴油的生物降解性不好,事實上,生物降解性是根據其粘度和分子量的不同而異的。一般粘度較低、分子量較小的聚a-烯烴油的生物降解性要好于粘度高、分子量大的聚a-烯烴油。所以在使用聚a-烯烴油作為EFG產品的基礎油時要權衡其毒性和生物降解性。

2稠化劑

稠化劑是潤滑脂中不可缺少的固體組分。它同基礎油一樣決定著潤滑脂的性能。潤滑脂的稠化劑主要有皂基稠化劑、烴基稠化劑、無機稠化劑和有機稠化劑等。作為EFG產品的稠化劑主要考慮的也是生物降解性、毒性以及安全性。雖然粘土和二氧化硅這些無機稠化劑在環境中不發生生物降解,但它們對環境也不會造成危害,所以可以使用。

目前,EFG產品的稠化劑大多使用鈣皂和鋰皂等皂基稠化劑。其中在以植物油為基礎油的生物降解潤滑脂中,菜籽油與鈣皂的組合較多,主要是因為使用鈣皂時制備工序中的加熱溫度較低,可防止植物油類基礎油氧化變質。鋰皂用做稠化劑時,制備工序中溫度較高,從潤滑脂的綜合性能考慮,以合成酯類油為基礎油的鋰基脂和復合鋰基脂是今后的發展主流。

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最近,在EFG產品的研制開發過程中,發現了一種新型的稠化劑——復合鈦基稠化劑。它除了具有優異的生物降解性以外,最大的特點是即使未加入添加劑的復合鈦基潤滑脂,也表現出極佳的物理化學性能。鈦皂與各種植物油構成的潤滑脂,生物降解性均超過90%。此外從毒性和安全性的角度研究表明,復合鈦基脂對生產者和使用者是安全的。

3添加劑

潤滑脂組分中除了基礎油和稠化劑之外,還經常加入第三種組分,以改善潤滑脂的性能,這類物質統稱為添加劑。根據所使用的環境、條件需要有極壓性、氧化安定性、防銹性等,而對于這些性能,添加劑起著非常重要的作用。以礦物油為基礎油的潤滑脂通常使用的抗氧化劑和極壓添加劑均能改善EFG產品的氧化安定性和極壓性。但是,這些添加劑對其生物降解性有一定的影響。到目前為止,很少有專門用于EFG產品的添加劑產品。EFG產品的添加劑要求具有低毒、低污染、可生物降解性;而傳統的添加劑分子主要從滿足潤滑油的使用性能角度出發,很少考慮到環保和健康等因素。添加劑的加入對基礎油本身的生物降解性能會有所影響,尤其會對基礎油生物降解過程中的微生物或酶有危害作用,從而影響基礎油的生物降解率。

研究表明,一般含有過渡金屬元素的添加劑和某些影響微生物活動和營養成分的清凈分散劑會降低潤滑脂的可生物降解性,而含N和P元素的添加劑因為能提供有利于微生物成長的養分可提高潤滑脂的可生物降解性。經過長期實驗和篩選,主要有以下幾種添加劑較適合在EFG產品中使用:抗氧化劑:胺、酚類;抗腐蝕劑:胺、脂肪酸衍生物;EP/抗磨劑:S-P化合物,二硫代氨基甲酸酯(無灰)。

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為同時滿足潤滑脂的生物降解性和EP性能,EP航磨添加劑最好選擇產自自然界的天然物質,這些物質經過硫化處理后可達到上述要求。例如研究發現,硫化脂肪能夠很好滿足以上要求。

潤滑脂添加劑能夠有效地改善其使用性能,有些使用場合必須添加某種有特殊作用的添加劑,但是往往這些添加劑會影響潤滑脂的生物降解性,還有較大的毒性和污染性,對環境造成嚴重的危害。

人們往往只考慮其對生物降解性的影響,忽略了其毒性。所以研制適用于環境友好潤滑脂的添加劑要全面研究其使用后的影響,真正實現EFG產品的目標,而這一工作在世界范圍內還剛剛起步。

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