環保型潤滑脂的生產和應用

　　陳惠卿

　　(長城潤滑油集團公司北京長發包裝材料廠,北京100094)

　　摘要：主要敘述了生產環保型潤滑脂的必要性及國外此類產品的生產方案及其應用。

　　關鍵詞：環境保護  潤滑脂  生產  應用

　　前言

　　入類是環境的產物,依賴自然環境生存和發展;入類又是自然環境的改造者,總是試圖使環境更加適合入類的生存與發展。但是入類的生產和生活活動有時會對環境產生負面影響。為了保護入類生存和發展的需要,中國政府在《國民經濟發展“九五’針劃和2010年遠景規劃綱要》中,將保護環境作為基本國策,提出了國家可持續發展戰略。為了貫徹實施國家可持續發展戰略,促進潤滑油、脂的發展,開發環保型潤滑劑很有必要。本文從環保角度出發,介紹幾種國外可生物降解無毒潤滑脂的生產和環保潤滑劑的應用情況。

　　1環保方面對潤滑脂的要求

　　近期,發達國家對環保型潤滑劑的需求呈穩定增長態勢。這一方面來自于政府要求使用環保型潤滑劑的政策不斷出臺,另一方面來自于用戶對環境友好型潤滑劑的需求。大多數合成油或礦物油從自身特性來說都是可降解的,也就是說,它們會不斷分解,慢慢從自然界中消失。但是在實際使用中,希望實現快速降解。

　　1.1可降解性

　　潤滑脂的可降解性可用幾種不同的方法進行評定。其中OECD301B方法是將潤滑脂置于含有普通土壤和污水細菌的水溶液中,通過測量油類轉化為CO₂的量來評定。如果被測物質在28天內有60%的碳轉化為CO₂,一般就認為這種物質可快速降解。

　　植物油和某些脂類可以達到快速降解的標準,而礦物油原料則不行。一般常用的礦物油28天內只有42%一49%的碳轉化為CO₂。

　　1.2毒性

　　在環保評價中,另一項重要的因素是毒性。潤滑脂的毒性一般來自于組成原料和添加劑的濃度,毒性在一定程度上取決于原料的選擇。潤滑油或脂可采用彩虹鯉魚進行毒性測試,即OECD203測試法。在測試時,魚被放置于不同濃度的油或脂溶液中,用96h以后使50%的魚致死的物質濃度值(μg/g)來表示毒性。一般來說,水溶液的毒性大于1000μg/g就認為這種潤滑劑可以接受。本文中討論的毒性標準大于5000μg/g。

　　環保型潤滑劑的可降解性和毒性標準見表1。

　　2可生物降解無毒潤滑脂的開發和生產【1】

　　開發和生產可生物降解的無毒潤滑脂,第一項工作是選擇具有可降解性和無毒,且符合產品性能要求的基礎油(天然植物油、合成醋類油、多元醇等)、添加劑(無毒、極壓、抗磨、抗氧等)和稠化劑(皂基和非皂基)。在此基礎上確定成脂工藝,使其在制備過程中對產品性能、毒性、可降解性等方面沒有不良影響。有3種適于制備可降解無毒潤滑脂的方法:

　　①粘土稠化劑稠化聚醚基礎油的極壓抗磨高溫潤滑脂;

　　②皂基稠化劑稠化聚醚基礎油的多效極壓抗收磨中溫潤滑脂;

　　③皂基稠化劑稠化植物油的極壓抗磨低溫和中溫潤滑脂。

　　制備潤滑脂的設備也是需要考慮的環節。雖然制備可降解、無毒潤滑脂不需特殊的設備,但設備的準備也很重要。如果沒有新設備可以使用,必須對原有設備進行徹底清理,以防普通潤滑脂污染可降解無毒潤滑脂。另外,包裝設備也是潤滑脂交叉污染的一個方面,需對包裝設備進行清理。

　　2.1粘土稠化劑稠化聚醚油制脂

　　對環保型潤滑脂來說,粘土稠化劑制備難度最小。有機粘土雖不易快速降解,但它是一種天然的無毒材料。用來激活粘土的極性物質在潤滑脂的制造過程中既可蒸發,也可留在潤滑脂中。一些活性劑如丙三醇,其本身極易降解。在制備過程中要求較低溫度,防止基礎油氧化。

　　(1)粘土稠化劑制脂工藝概述

　　A脂(見表2)是以粘土為稠化劑、聚醚油為基礎油的可降解無毒潤滑脂。制備時,為了使有機土很好地分散在基礎油中,在開口釜中將其攪拌加熱至60-71℃,加入丙三醇、水、抗氧劑,繼續加熱至100℃以上或采用抽真空使水蒸發。A脂的特性指標見表3。

　　(2)制備過程

　　①在一干凈的開口釜中加入50%-75%聚醚基礎油和一定比例的抗氧劑,循環、加熱至60-71℃

　　②向已加熱的聚醚油中加入有機土,啟動均化器或其他剪切設備進行剪切,時間為15-60min

　　③保持溫度和高剪切速度,加入丙三醇,繼續剪切30-60min

　　④循環、攪拌、加熱至104~116℃,脫水時有可能產生大量泡沫(溢釜),脫水完畢即物料稠化完畢,也可以采用抽真空的方法幫助脫水。

　　⑤泡沫消除后,繼續加熱至143℃,確保脫水完全,在143℃保溫30-45min

　　⑥全部脫水后急冷至低于93℃

　　⑦在93℃以下加入其他添加劑,用余量的聚醚油調整錐入度

　　2.2皂基稠化劑稠化聚醚油制脂

　　在制備可降解無毒潤滑脂時,用皂基稠化劑比用粘土稠化劑制備產品更具難度。其中一個原因是皂化所需的溫度較高,會引起基礎油的氧化和降解,應采取適當的保護措施。用ASTM D1962方法測定的幾種脂肪酸和可降解基礎油的皂化值見表4。

　　(1)皂基稠化劑制脂工藝概述

　　B脂(見表2)是用預制的金屬皂制備的可降解無毒潤滑脂。在有氮氣保護的密閉容器中,將預制的銼皂溶于基礎油中,濃度為20%-30%,加入抗氧劑。將稠化劑的濃縮液移至一個預熱的開口釜中,在開口釜中均化、冷卻、加入添加劑,完成整個工藝過程。這個工藝過程優于在溶解預制皂時用抗氧劑保護聚醚基礎油的方法。經驗表明,必須用密閉的容器使預制的鋰皂在聚醚油中溶解和分散。用開口釜制備這一過程會導致成品脂結構不穩定,表面呈現粒狀。B脂的性能見表3。

　　(2)制備過程

　　①向潔凈、冷卻的反應釜內加入一定比例的基礎油(使皂稠化劑的濃度為20%-30%)、所有的預制皂和一定比例的抗氧劑,密閉反應釜,并用氮氣保護,在60-90min內加熱至190-218℃。

　　②在清潔的調合釜中加入足夠的聚醚基礎油,并預熱,使反應釜中的物料移至調合釜時,稠化劑濃縮液濃度降至15%-20%。加熱至149-163℃。

　　③當反應釜溫度達到190-218℃時,保溫15-30min,用氮氣密封移至預先加熱的調合釜。

　　④啟動均化器或研磨機,溫度保持在149-163℃,均化稠化劑的濃縮液,均化1.5-3遍。

　　⑤加入冷油或應用適當的冷卻介質,使調合釜降溫。

　　⑥在82-93℃,加入全部添加劑并調整錐入度至合適的范圍。

　　B脂在許多方面得到了應用,比如水力發電的水閘門潤滑、水閘滑道潤滑、門鎖潤滑,以及其他向環境中釋入大量潤滑脂的地方。在這些地方應用可降解無毒極壓抗磨潤滑脂優于普通潤滑脂,但是它的自然可降解特性目前還未在閉式齒輪中應用。

　　2.3皂基稠化劑稠化植物油制脂

　　皂基稠化劑稠化植物油制脂在3種制備方法中難度最大。在生產中有2點需要注意,第一需要安裝測量儀表來確定皂化或脫水完全的溫度點,并通過加入基礎油的辦法來抑制反應;第二需要單獨的循環管線和閥門,防止皂化反應時堵塞。雖然有一定難度,但這種方法被證明有商業價值,并被潤滑脂制造商采用。

　　(1)皂基稠化劑制脂工藝概述

　　C脂(見表2)是由植物油、脂肪酸和氫氧化銼制備的可降解無毒潤滑脂。在開口釜中加入部分基礎油制備鋰皂,記錄反應過程,確定皂化和脫水完成的時間,從而確定在何時加入植物油來抑制反應。加熱濃縮皂液至其溶點,均化、分散、冷卻,加入添加劑,調整錐入度。C脂的性能指標見表3。

　　(2)制備過程

　　①釜上的所有循環管線獨立。用氮氣掃線,防止堵塞。

　　②向一個冷的釜內加入脂肪酸、氫氧化鋰和水。

　　③在攪拌下開始加熱至163-182℃,此過程無循環。

　　④皂化反應開始,混合物開始沸騰,釋放出反應的副產物。

　　⑤當脫水完畢后,快速加入基礎油,使釜內稠化劑的含量降至20%-25%。

　　⑥加入一定比例的抗氧劑,在攪拌下重新加熱至188-199℃。

　　⑦通過循環泵對物料進行循環剪切,時間60-90min,溫度保持在188-199℃。

　　⑧當溫度降至149-166℃時,均化或研磨2-3遍。

　　⑨均化后,冷卻至82-93℃,加入添加劑。可通過加入基礎油降溫。

　　⑩在82-93℃調整錐入度至合適范圍。

　　制備時的注意事項:

　　①在皂化反應之前,必須使泵送和循環管線獨立,否則易使管線堵塞;

　　②皂化反應開始階段十分迅速,適時地減弱反應很重要。

　　C脂主要應用于鐵路軌道的潤滑。

　　3環保型潤滑劑的應用和試驗圖

　　按潤滑機理來分,環保型潤滑劑的潤滑可分為以下3類:①邊界潤滑一軌道脂;②混合潤滑一多效脂;③彈性潤滑一液壓油。

　　3.1邊界潤滑

　　典型的環保潤滑劑邊界潤滑應用事例是在輪緣或鐵軌中加人軌道潤滑脂以減少摩擦和磨損。軌道潤滑脂重要的性能有泵送性、粘度和分油。

　　3.2混合潤滑

　　多效潤滑脂可在水力電氣透平機和泵上應用。混合潤滑區域內的使用環境和磨損評價見表5。

　　3.3彈性潤滑

　　彈性潤滑可以為轉動軸承、齒輪和凸輪提供最好的潤滑保護。環保型潤滑劑可用在多種液壓或水力方面。

　　環保潤滑劑應用于液壓系統的有代表性的數據見表6。

　　結論

　　(l)在發達國家,制造可降解無毒潤滑脂的生產方法已用于商業制造,相應產品也已在市場上有售。制造方法選擇主要依賴于已開發的用途和用脂水平。制造方法可以影響產品的一些特性,比如結構穩定性、水解安定性、泵送性和脂的應用溫度范圍。文中討論的只是制備可降解無毒潤滑脂的幾種有效途徑。

　　(2)用正確工藝生產的環保潤滑劑在不同的使用環境下體現出良好的抗磨性能和長壽命周期的特點。采用植物基和醋基基礎油調制的潤滑脂和潤滑油可以用于邊界潤滑、混合潤滑和彈性潤滑狀態。

　　參考文獻

　　1 Paul R. et al. The manufacture of biodegradable nontoxic lubricating grease. NLGI Spokemans,1999,63(11):25~29

　　2 S. Levipearson. et al. Environmental lubrication engineering,2000,56(4):40~45

　　收稿日期:2001-11-02

　　作者簡介:陳惠卿,大學本科,工程師。現從事潤滑脂的生產及科研工作。

　　摘自《石油商技》2002年4月第20卷第2期，由深圳優寶惠www.chinaeubod.com整理提供，EUBO提供全球領先潤滑解決方案！