环保型润滑脂的生产和应用

　　陈惠卿

　　(长城润滑油集团公司北京长发包装材料厂,北京100094)

　　摘要：主要叙述了生产环保型润滑脂的必要性及国外此类产品的生产方案及其应用。

　　关键词：环境保护  润滑脂  生产  应用

　　前言

　　入类是环境的产物,依赖自然环境生存和发展;入类又是自然环境的改造者,总是试图使环境更加适合入类的生存与发展。但是入类的生产和生活活动有时会对环境产生负面影响。为了保护入类生存和发展的需要,中国政府在《国民经济发展“九五’针划和2010年远景规划纲要》中,将保护环境作为基本国策,提出了国家可持续发展战略。为了贯彻实施国家可持续发展战略,促进润滑油、脂的发展,开发环保型润滑剂很有必要。本文从环保角度出发,介绍几种国外可生物降解无毒润滑脂的生产和环保润滑剂的应用情况。

　　1环保方面对润滑脂的要求

　　近期,发达国家对环保型润滑剂的需求呈稳定增长态势。这一方面来自于政府要求使用环保型润滑剂的政策不断出台,另一方面来自于用户对环境友好型润滑剂的需求。大多数合成油或矿物油从自身特性来说都是可降解的,也就是说,它们会不断分解,慢慢从自然界中消失。但是在实际使用中,希望实现快速降解。

　　1.1可降解性

　　润滑脂的可降解性可用几种不同的方法进行评定。其中OECD301B方法是将润滑脂置于含有普通土壤和污水细菌的水溶液中,通过测量油类转化为CO₂的量来评定。如果被测物质在28天内有60%的碳转化为CO₂,一般就认为这种物质可快速降解。

　　植物油和某些脂类可以达到快速降解的标准,而矿物油原料则不行。一般常用的矿物油28天内只有42%一49%的碳转化为CO₂。

　　1.2毒性

　　在环保评价中,另一项重要的因素是毒性。润滑脂的毒性一般来自于组成原料和添加剂的浓度,毒性在一定程度上取决于原料的选择。润滑油或脂可采用彩虹鲤鱼进行毒性测试,即OECD203测试法。在测试时,鱼被放置于不同浓度的油或脂溶液中,用96h以后使50%的鱼致死的物质浓度值(μg/g)来表示毒性。一般来说,水溶液的毒性大于1000μg/g就认为这种润滑剂可以接受。本文中讨论的毒性标准大于5000μg/g。

　　环保型润滑剂的可降解性和毒性标准见表1。

　　2可生物降解无毒润滑脂的开发和生产【1】

　　开发和生产可生物降解的无毒润滑脂,第一项工作是选择具有可降解性和无毒,且符合产品性能要求的基础油(天然植物油、合成醋类油、多元醇等)、添加剂(无毒、极压、抗磨、抗氧等)和稠化剂(皂基和非皂基)。在此基础上确定成脂工艺,使其在制备过程中对产品性能、毒性、可降解性等方面没有不良影响。有3种适于制备可降解无毒润滑脂的方法:

　　①粘土稠化剂稠化聚醚基础油的极压抗磨高温润滑脂;

　　②皂基稠化剂稠化聚醚基础油的多效极压抗收磨中温润滑脂;

　　③皂基稠化剂稠化植物油的极压抗磨低温和中温润滑脂。

　　制备润滑脂的设备也是需要考虑的环节。虽然制备可降解、无毒润滑脂不需特殊的设备,但设备的准备也很重要。如果没有新设备可以使用,必须对原有设备进行彻底清理,以防普通润滑脂污染可降解无毒润滑脂。另外,包装设备也是润滑脂交叉污染的一个方面,需对包装设备进行清理。

　　2.1粘土稠化剂稠化聚醚油制脂

　　对环保型润滑脂来说,粘土稠化剂制备难度最小。有机粘土虽不易快速降解,但它是一种天然的无毒材料。用来激活粘土的极性物质在润滑脂的制造过程中既可蒸发,也可留在润滑脂中。一些活性剂如丙三醇,其本身极易降解。在制备过程中要求较低温度,防止基础油氧化。

　　(1)粘土稠化剂制脂工艺概述

　　A脂(见表2)是以粘土为稠化剂、聚醚油为基础油的可降解无毒润滑脂。制备时,为了使有机土很好地分散在基础油中,在开口釜中将其搅拌加热至60-71℃,加入丙三醇、水、抗氧剂,继续加热至100℃以上或采用抽真空使水蒸发。A脂的特性指标见表3。

　　(2)制备过程

　　①在一干净的开口釜中加入50%-75%聚醚基础油和一定比例的抗氧剂,循环、加热至60-71℃

　　②向已加热的聚醚油中加入有机土,启动均化器或其他剪切设备进行剪切,时间为15-60min

　　③保持温度和高剪切速度,加入丙三醇,继续剪切30-60min

　　④循环、搅拌、加热至104~116℃,脱水时有可能产生大量泡沫(溢釜),脱水完毕即物料稠化完毕,也可以采用抽真空的方法帮助脱水。

　　⑤泡沫消除后,继续加热至143℃,确保脱水完全,在143℃保温30-45min

　　⑥全部脱水后急冷至低于93℃

　　⑦在93℃以下加入其他添加剂,用余量的聚醚油调整锥入度

　　2.2皂基稠化剂稠化聚醚油制脂

　　在制备可降解无毒润滑脂时,用皂基稠化剂比用粘土稠化剂制备产品更具难度。其中一个原因是皂化所需的温度较高,会引起基础油的氧化和降解,应采取适当的保护措施。用ASTM D1962方法测定的几种脂肪酸和可降解基础油的皂化值见表4。

　　(1)皂基稠化剂制脂工艺概述

　　B脂(见表2)是用预制的金属皂制备的可降解无毒润滑脂。在有氮气保护的密闭容器中,将预制的锉皂溶于基础油中,浓度为20%-30%,加入抗氧剂。将稠化剂的浓缩液移至一个预热的开口釜中,在开口釜中均化、冷却、加入添加剂,完成整个工艺过程。这个工艺过程优于在溶解预制皂时用抗氧剂保护聚醚基础油的方法。经验表明,必须用密闭的容器使预制的锂皂在聚醚油中溶解和分散。用开口釜制备这一过程会导致成品脂结构不稳定,表面呈现粒状。B脂的性能见表3。

　　(2)制备过程

　　①向洁净、冷却的反应釜内加入一定比例的基础油(使皂稠化剂的浓度为20%-30%)、所有的预制皂和一定比例的抗氧剂,密闭反应釜,并用氮气保护,在60-90min内加热至190-218℃。

　　②在清洁的调合釜中加入足够的聚醚基础油,并预热,使反应釜中的物料移至调合釜时,稠化剂浓缩液浓度降至15%-20%。加热至149-163℃。

　　③当反应釜温度达到190-218℃时,保温15-30min,用氮气密封移至预先加热的调合釜。

　　④启动均化器或研磨机,温度保持在149-163℃,均化稠化剂的浓缩液,均化1.5-3遍。

　　⑤加入冷油或应用适当的冷却介质,使调合釜降温。

　　⑥在82-93℃,加入全部添加剂并调整锥入度至合适的范围。

　　B脂在许多方面得到了应用,比如水力发电的水闸门润滑、水闸滑道润滑、门锁润滑,以及其他向环境中释入大量润滑脂的地方。在这些地方应用可降解无毒极压抗磨润滑脂优于普通润滑脂,但是它的自然可降解特性目前还未在闭式齿轮中应用。

　　2.3皂基稠化剂稠化植物油制脂

　　皂基稠化剂稠化植物油制脂在3种制备方法中难度最大。在生产中有2点需要注意,第一需要安装测量仪表来确定皂化或脱水完全的温度点,并通过加入基础油的办法来抑制反应;第二需要单独的循环管线和阀门,防止皂化反应时堵塞。虽然有一定难度,但这种方法被证明有商业价值,并被润滑脂制造商采用。

　　(1)皂基稠化剂制脂工艺概述

　　C脂(见表2)是由植物油、脂肪酸和氢氧化锉制备的可降解无毒润滑脂。在开口釜中加入部分基础油制备锂皂,记录反应过程,确定皂化和脱水完成的时间,从而确定在何时加入植物油来抑制反应。加热浓缩皂液至其溶点,均化、分散、冷却,加入添加剂,调整锥入度。C脂的性能指标见表3。

　　(2)制备过程

　　①釜上的所有循环管线独立。用氮气扫线,防止堵塞。

　　②向一个冷的釜内加入脂肪酸、氢氧化锂和水。

　　③在搅拌下开始加热至163-182℃,此过程无循环。

　　④皂化反应开始,混合物开始沸腾,释放出反应的副产物。

　　⑤当脱水完毕后,快速加入基础油,使釜内稠化剂的含量降至20%-25%。

　　⑥加入一定比例的抗氧剂,在搅拌下重新加热至188-199℃。

　　⑦通过循环泵对物料进行循环剪切,时间60-90min,温度保持在188-199℃。

　　⑧当温度降至149-166℃时,均化或研磨2-3遍。

　　⑨均化后,冷却至82-93℃,加入添加剂。可通过加入基础油降温。

　　⑩在82-93℃调整锥入度至合适范围。

　　制备时的注意事项:

　　①在皂化反应之前,必须使泵送和循环管线独立,否则易使管线堵塞;

　　②皂化反应开始阶段十分迅速,适时地减弱反应很重要。

　　C脂主要应用于铁路轨道的润滑。

　　3环保型润滑剂的应用和试验图

　　按润滑机理来分,环保型润滑剂的润滑可分为以下3类:①边界润滑一轨道脂;②混合润滑一多效脂;③弹性润滑一液压油。

　　3.1边界润滑

　　典型的环保润滑剂边界润滑应用事例是在轮缘或铁轨中加人轨道润滑脂以减少摩擦和磨损。轨道润滑脂重要的性能有泵送性、粘度和分油。

　　3.2混合润滑

　　多效润滑脂可在水力电气透平机和泵上应用。混合润滑区域内的使用环境和磨损评价见表5。

　　3.3弹性润滑

　　弹性润滑可以为转动轴承、齿轮和凸轮提供最好的润滑保护。环保型润滑剂可用在多种液压或水力方面。

　　环保润滑剂应用于液压系统的有代表性的数据见表6。

　　结论

　　(l)在发达国家,制造可降解无毒润滑脂的生产方法已用于商业制造,相应产品也已在市场上有售。制造方法选择主要依赖于已开发的用途和用脂水平。制造方法可以影响产品的一些特性,比如结构稳定性、水解安定性、泵送性和脂的应用温度范围。文中讨论的只是制备可降解无毒润滑脂的几种有效途径。

　　(2)用正确工艺生产的环保润滑剂在不同的使用环境下体现出良好的抗磨性能和长寿命周期的特点。采用植物基和醋基基础油调制的润滑脂和润滑油可以用于边界润滑、混合润滑和弹性润滑状态。

　　参考文献

　　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

　　作者简介:陈惠卿,大学本科,工程师。现从事润滑脂的生产及科研工作。

　　摘自《石油商技》2002年4月第20卷第2期，由深圳优宝惠www.chinaeubod.com整理提供，EUBO提供全球领先润滑解决方案！