環(huán)保型潤滑脂的生產(chǎn)和應(yīng)用

　　陳惠卿

　　(長城潤滑油集團(tuán)公司北京長發(fā)包裝材料廠,北京100094)

　　摘要：主要敘述了生產(chǎn)環(huán)保型潤滑脂的必要性及國外此類產(chǎn)品的生產(chǎn)方案及其應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：環(huán)境保護(hù)  潤滑脂  生產(chǎn)  應(yīng)用

　　前言

　　入類是環(huán)境的產(chǎn)物,依賴自然環(huán)境生存和發(fā)展;入類又是自然環(huán)境的改造者,總是試圖使環(huán)境更加適合入類的生存與發(fā)展。但是入類的生產(chǎn)和生活活動(dòng)有時(shí)會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。為了保護(hù)入類生存和發(fā)展的需要,中國政府在《國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展“九五’針劃和2010年遠(yuǎn)景規(guī)劃綱要》中,將保護(hù)環(huán)境作為基本國策,提出了國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。為了貫徹實(shí)施國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,促進(jìn)潤滑油、脂的發(fā)展,開發(fā)環(huán)保型潤滑劑很有必要。本文從環(huán)保角度出發(fā),介紹幾種國外可生物降解無毒潤滑脂的生產(chǎn)和環(huán)保潤滑劑的應(yīng)用情況。

　　1環(huán)保方面對潤滑脂的要求

　　近期,發(fā)達(dá)國家對環(huán)保型潤滑劑的需求呈穩(wěn)定增長態(tài)勢。這一方面來自于政府要求使用環(huán)保型潤滑劑的政策不斷出臺(tái),另一方面來自于用戶對環(huán)境友好型潤滑劑的需求。大多數(shù)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(huì)不斷分解,慢慢從自然界中消失。但是在實(shí)際使用中,希望實(shí)現(xiàn)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(jìn)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(xì)菌的水溶液中,通過測量油類轉(zhuǎn)化為CO₂的量來評定。如果被測物質(zhì)在28天內(nèi)有60%的碳轉(zhuǎn)化為CO₂,一般就認(rèn)為這種物質(zhì)可快速降解。

　　植物油和某些脂類可以達(dá)到快速降解的標(biāo)準(zhǔn),而礦物油原料則不行。一般常用的礦物油28天內(nèi)只有42%一49%的碳轉(zhuǎn)化為CO₂。

　　1.2毒性

　　在環(huán)保評價(jià)中,另一項(xiàng)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(jìn)行毒性測試,即OECD203測試法。在測試時(shí),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(zhì)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(rèn)為這種潤滑劑可以接受。本文中討論的毒性標(biāo)準(zhǔn)大于5000μg/g。

　　環(huán)保型潤滑劑的可降解性和毒性標(biāo)準(zhǔn)見表1。

　　2可生物降解無毒潤滑脂的開發(fā)和生產(chǎn)【1】

　　開發(fā)和生產(chǎn)可生物降解的無毒潤滑脂,第一項(xiàng)工作是選擇具有可降解性和無毒,且符合產(chǎn)品性能要求的基礎(chǔ)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(chǔ)上確定成脂工藝,使其在制備過程中對產(chǎn)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(chǔ)油的極壓抗磨高溫潤滑脂;

　　②皂基稠化劑稠化聚醚基礎(chǔ)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(shè)備也是需要考慮的環(huán)節(jié)。雖然制備可降解、無毒潤滑脂不需特殊的設(shè)備,但設(shè)備的準(zhǔn)備也很重要。如果沒有新設(shè)備可以使用,必須對原有設(shè)備進(jìn)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(shè)備也是潤滑脂交叉污染的一個(gè)方面,需對包裝設(shè)備進(jìn)行清理。

　　2.1粘土稠化劑稠化聚醚油制脂

　　對環(huán)保型潤滑脂來說,粘土稠化劑制備難度最小。有機(jī)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(zhì)在潤滑脂的制造過程中既可蒸發(fā),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(chǔ)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(chǔ)油的可降解無毒潤滑脂。制備時(shí),為了使有機(jī)土很好地分散在基礎(chǔ)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(xù)加熱至100℃以上或采用抽真空使水蒸發(fā)。A脂的特性指標(biāo)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(chǔ)油和一定比例的抗氧劑,循環(huán)、加熱至60-71℃

　　②向已加熱的聚醚油中加入有機(jī)土,啟動(dòng)均化器或其他剪切設(shè)備進(jìn)行剪切,時(shí)間為15-60min

　　③保持溫度和高剪切速度,加入丙三醇,繼續(xù)剪切30-60min

　　④循環(huán)、攪拌、加熱至104~116℃,脫水時(shí)有可能產(chǎn)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(xù)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(diào)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(shí),用皂基稠化劑比用粘土稠化劑制備產(chǎn)品更具難度。其中一個(gè)原因是皂化所需的溫度較高,會(huì)引起基礎(chǔ)油的氧化和降解,應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。用ASTM D1962方法測定的幾種脂肪酸和可降解基礎(chǔ)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(yù)制的金屬皂制備的可降解無毒潤滑脂。在有氮?dú)獗Ｗo(hù)的密閉容器中,將預(yù)制的銼皂溶于基礎(chǔ)油中,濃度為20%-30%,加入抗氧劑。將稠化劑的濃縮液移至一個(gè)預(yù)熱的開口釜中,在開口釜中均化、冷卻、加入添加劑,完成整個(gè)工藝過程。這個(gè)工藝過程優(yōu)于在溶解預(yù)制皂時(shí)用抗氧劑保護(hù)聚醚基礎(chǔ)油的方法。經(jīng)驗(yàn)表明,必須用密閉的容器使預(yù)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(huì)導(dǎo)致成品脂結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,表面呈現(xiàn)粒狀。B脂的性能見表3。

　　(2)制備過程

　　①向潔凈、冷卻的反應(yīng)釜內(nèi)加入一定比例的基礎(chǔ)油(使皂稠化劑的濃度為20%-30%)、所有的預(yù)制皂和一定比例的抗氧劑,密閉反應(yīng)釜,并用氮?dú)獗Ｗo(hù),在60-90min內(nèi)加熱至190-218℃。

　　②在清潔的調(diào)合釜中加入足夠的聚醚基礎(chǔ)油,并預(yù)熱,使反應(yīng)釜中的物料移至調(diào)合釜時(shí),稠化劑濃縮液濃度降至15%-20%。加熱至149-163℃。

　　③當(dāng)反應(yīng)釜溫度達(dá)到190-218℃時(shí),保溫15-30min,用氮?dú)饷芊庖浦令A(yù)先加熱的調(diào)合釜。

　　④啟動(dòng)均化器或研磨機(jī),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(yīng)用適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì),使調(diào)合釜降溫。

　　⑥在82-93℃,加入全部添加劑并調(diào)整錐入度至合適的范圍。

　　B脂在許多方面得到了應(yīng)用,比如水力發(fā)電的水閘門潤滑、水閘滑道潤滑、門鎖潤滑,以及其他向環(huán)境中釋入大量潤滑脂的地方。在這些地方應(yīng)用可降解無毒極壓抗磨潤滑脂優(yōu)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(yīng)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(chǎn)中有2點(diǎn)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(diǎn),并通過加入基礎(chǔ)油的辦法來抑制反應(yīng);第二需要單獨(dú)的循環(huán)管線和閥門,防止皂化反應(yīng)時(shí)堵塞。雖然有一定難度,但這種方法被證明有商業(yè)價(jià)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(chǔ)油制備鋰皂,記錄反應(yīng)過程,確定皂化和脫水完成的時(shí)間,從而確定在何時(shí)加入植物油來抑制反應(yīng)。加熱濃縮皂液至其溶點(diǎn),均化、分散、冷卻,加入添加劑,調(diào)整錐入度。C脂的性能指標(biāo)見表3。

　　(2)制備過程

　　①釜上的所有循環(huán)管線獨(dú)立。用氮?dú)鈷呔�,防止堵塞。

　　②向一個(gè)冷的釜內(nèi)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(huán)。

　　④皂化反應(yīng)開始,混合物開始沸騰,釋放出反應(yīng)的副產(chǎn)物。

　　⑤當(dāng)脫水完畢后,快速加入基礎(chǔ)油,使釜內(nèi)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(huán)泵對物料進(jìn)行循環(huán)剪切,時(shí)間60-90min,溫度保持在188-199℃。

　　⑧當(dāng)溫度降至149-166℃時(shí),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(chǔ)油降溫。

　　⑩在82-93℃調(diào)整錐入度至合適范圍。

　　制備時(shí)的注意事項(xiàng):

　　①在皂化反應(yīng)之前,必須使泵送和循環(huán)管線獨(dú)立,否則易使管線堵塞;

　　②皂化反應(yīng)開始階段十分迅速,適時(shí)地減弱反應(yīng)很重要。

　　C脂主要應(yīng)用于鐵路軌道的潤滑。

　　3環(huán)保型潤滑劑的應(yīng)用和試驗(yàn)圖

　　按潤滑機(jī)理來分,環(huán)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(huán)保潤滑劑邊界潤滑應(yīng)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(jī)和泵上應(yīng)用。混合潤滑區(qū)域內(nèi)的使用環(huán)境和磨損評價(jià)見表5。

　　3.3彈性潤滑

　　彈性潤滑可以為轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、齒輪和凸輪提供最好的潤滑保護(hù)。環(huán)保型潤滑劑可用在多種液壓或水力方面。

　　環(huán)保潤滑劑應(yīng)用于液壓系統(tǒng)的有代表性的數(shù)據(jù)見表6。

　　結(jié)論

　　(l)在發(fā)達(dá)國家,制造可降解無毒潤滑脂的生產(chǎn)方法已用于商業(yè)制造,相應(yīng)產(chǎn)品也已在市場上有售。制造方法選擇主要依賴于已開發(fā)的用途和用脂水平。制造方法可以影響產(chǎn)品的一些特性,比如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、水解安定性、泵送性和脂的應(yīng)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(chǎn)的環(huán)保潤滑劑在不同的使用環(huán)境下體現(xiàn)出良好的抗磨性能和長壽命周期的特點(diǎn)。采用植物基和醋基基礎(chǔ)油調(diào)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(tài)。

　　參考文獻(xiàn)

　　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(xué)本科,工程師。現(xiàn)從事潤滑脂的生產(chǎn)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(yōu)寶惠www.chinaeubod.com整理提供，EUBO提供全球領(lǐng)先潤滑解決方案！