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干货 | 润滑油再掀起可持续发展风潮




添加剂技术的绿色发展


受可持续发展的影响,绿色添加剂正在摆脱低产量、高成本、渐进式改进和利基润滑剂应用的无限循环。绿色添加剂关注原材料的来源,而不仅仅是它们的性能。


乔治亚州卡明 BioRenewable Solutions 的顾问 Jeffery L. Yost 观察到,全球对生物基产品的兴趣日益浓厚,这可能预示着润滑油、润滑脂和金属加工液体中可持续添加剂和基础油化学制品的使用发生了戏剧性的转变。


欧盟对碳中和的推动正刺激着生物基可再生化学品的创新。Yost 解释说:“欧盟坚决要通过明确的目标、投资减少碳足迹,到2050年实现碳中和。每个欧盟国家都通过了第二个可再生能源指令,该指令促进了可再生资源中的能源使用。”


Yost预测,在未来十年内,欧盟对可持续生物基产品的需求将给供应带来压力、提高价格并推动创新。“例如,生产生物燃料对粗妥尔油的需求不断增加,已经影响了妥尔油脂肪酸及用于金属加工液的蒸馏妥尔油的供应。”



今年2月,美国重新加入了《巴黎气候协定》。这是一项国际条约,要求其成员国控制温室气体排放,以便将本世纪全球气温上升限制在比工业化前水平高 2 摄氏度的范围内,可以实施税收激励和惩罚措施,以帮助实现碳中和目标。


他还指出,包括通用汽车、捷豹路虎、沃尔沃和福特在内的主要汽车制造商已经宣布了电动汽车的生产目标,并承诺到2040年实现碳中和。这些目标很可能会影响主机厂关于由不可再生材料制成的传统润滑油、加工液和金属加工液使用政策。


“生物基润滑油并不是什么新鲜事。直到现在,客户都没有动力为生物基支付更多费用来替代低成本的化石基产品。”Yost告诉 Lubes'n'Greases, “在过去的几年里,世界发生了翻天覆地的变化。我坚信我们正处于创新的复兴之中,我们将在未来 5 到 10 年或更早的时间内看到有趣的可持续生物可再生产品的推出。我们需要通过开发创新的润滑剂、润滑脂、金属加工液及其组件来为这种变化做好准备。”


位于印第安纳波利斯的 Biosynthetic Technologies 最近推出了 Biocea 添加剂,以响应对极具吸引力的高性能、环境可接受的金属加工液配方的增长预测。据该公司的营销负责人 Debby Neubauer 称,这些添加剂是使用公司的专利 estolide 技术从蓖麻油中制备的。Estolides 是一类生物基油,在烷基主链上含有脂肪酸基团和二级酯键。


她报告说,这些添加剂在模拟金属成型过程的扭转压缩测试中给出了理想的结果。在扭转压缩试验期间,摩擦系数是当空心圆柱体的平端在施加压力下相对于固定板旋转时测量的。


Coefficient of Friction——摩擦系数

Coefficient of friction data mineral oil and processed sunflower oil with a phosphorous additive and phosphorous and hydroxide functionalization——含磷添加剂、磷和氢氧化物功能化的矿物油及加工葵花籽油的摩擦系数数据

Sliding Speed (mm/sec)——矿物油(参考)

Mineral oi (reference)——矿物含量(参考)

ColFadol 1800+P additive——ColFadol 1800+P 添加剂

ColFadol 1800——ColFadol 1800

ColFadol 1800(OH)——ColFadol 1800(OH)

ColFadol 2300(P)——ColFadol 2300(P)

Sliding Speed (mm/sec)——滑动速度(毫米/秒)


Neubauer 指出,基于 estolide 的添加剂是可生物降解的、非生物累积性和无毒的。它们没有气味,也没有引起皮肤刺激或过敏的迹象。目前,产品可用于纯油、溶解油、半合成和合成金属加工液。


环保消泡剂


据 Functional Products Inc. 技术和开发副总裁 Erik Willett 称,该公司是第一家开发环保消泡剂以列入欧盟生态标签润滑物质分类清单的供应商。要获得该清单的资格,物质必须满足生物降解性、生物累积性、毒性和可持续性的标准。由列表中的成分配制而成的润滑剂符合欧盟生态标签标准,并符合美国船舶通用许可证对环境可接受的润滑剂的要求。


消泡剂是破坏气泡和控制泡沫的关键添加剂。飞溅应用、高速泵和齿轮可能会在润滑剂中夹带空气,导致产生影响润滑的泡沫,气蚀,油槽溢出以及机械故障。


Willett 解释说:“消泡剂的选择通常会给配方带来挑战,因为消泡剂的性能取决于特定的基础油。聚丙烯酸丁酯消泡剂传统上在相对非极性的矿物油中效果很好,因为它们具有恰到好处的溶解度,可以帮助它们干扰泡沫中的油气界面。


“但是 [环境可接受的润滑剂] 基础油通常比矿物油更具极性,而且聚丙烯酸丁酯太易溶解而无法成为有效的消泡剂。我们从多种丙烯酸酯单体中合成共聚物消泡剂,并调整它们的极性以在 EAL 中获得最佳性能,如植物油和合成酯。”


功能性产品明确了对安全、无害消泡剂的特殊需求。“许多消泡剂以煤油、甲苯或非常轻的石油为基础,具有高度易燃性及吸入和水生污染的风险。一些苯衍生物也有被标记为致癌物。当配方师完成了创建 EAL 的所有工作,之后别无选择只能添加具有这些特性的消泡剂时,这很遗憾。”


该公司的两种生物基消泡剂均不易燃且可生物降解,并且没有水生毒性。它们设计用于齿轮油和液压油,可在市场上买到。


根据 Willett 的说法,DF-500 是一种不含硅的丙烯酸共聚物,可改善豆油、菜籽油和其他脂肪酸基酯、多元醇酯(如三甲基丙烷三油酸酯)和简单酯(如油酸酯和硬脂酸酯)中的空气释放。他指出,不建议将其用于二酯和短链多元醇(因为它们极性太强),或者用于非极性太强的可生物降解的聚 α 烯烃。然而,它在植物油与高极性酯或 PAO 的混合物中是有效的,其中极性与添加剂互补。


表1-丙烯酸共聚物消泡剂(DF-500


另一种消泡剂 DF-400 是基于有机硅的,适用于各种植物基和合成酯、矿物油、PAO 和其他基础油。Willett 说,该配方含有专有的“绿色”溶剂系统,而不是可能造成安全隐患的传统芳香油或异链烷烃。


表2-硅酮基消泡剂(DF-400


他解释说,这两种消泡剂都根据 ASTM D892 泡沫试验在一系列配方中进行了测试。在此测试中,将消泡剂在基础油中的稀释溶液倒入两个 1 升的玻璃钢瓶中,温度分别为 24°C 和 93°C。空气通过连接在多孔石头上的玻璃管吹入,并浸入液体中 5 分钟。在空气流动中断后立即以毫米为单位测量泡沫高度,并在静止 10 分钟后再次测量。表 1 和表 2 显示了将每种消泡剂添加到各种液压油和齿轮油之前及之后的泡沫高度。


Willett 总结说,在 ASTM D892 测试中,两种添加剂都显着减少了多种配方中的发泡。



通过高电压处理技术优化植物油性能


菜籽油、亚麻籽、大豆、向日葵和棕榈油等植物油是常见的可持续基础油原料。在植物中,三种脂肪酸和一种甘油反应生成一种油分子,该分子含有带有碳氧键的羧基,这些羧基是极性的,可以粘附在金属上。油还可以包含不饱和碳双键以及非极性烃部分。具有极性和非极性成分的分子倾向于吸附在固体表面上并分散固体颗粒。


对于润滑油来说,植物油化学物质具有生物降解性、润滑性、高闪点和良好的溶解能力,即溶解添加剂和分散污染物的能力等优点。缺点是粘度相对较低,水解、氧化和热稳定性有限。


总部位于比利时的 Green Frix S.A. 的技术和业务开发人员 Frederic Danneaux 解释说,该公司设计的技术类似于另一种自然现象—— 闪电 ——来改变植物油的化学性质,用作润滑油添加剂。闪电是当大气中的分子形成等离子体时发生的静电放电 —— 一种极热的带正电离子和带负电的自由电子的气体,可携带电流,例如在云和树或建筑物之间。高电压处理或电离化是指有意使用放电来修饰有机分子。



在 20 世纪,高电压处理被用于处理鱼油以减少它们的气味,并使用菜籽油混合物来降低其倾点以润滑飞机发动机。包括比利时布鲁塞尔和中国苏州的 MicRos Lubrication Technologies 以及根特的 Voltrion BV 和比利时库尔塞勒的 Elektrion 在内的公司目前都使用放电方法进行润滑剂应用。


Danneaux 解释说,Green Frix 探索了高电压处理技术,重新设计了该技术,从反应器和电极组件的几何形状到气体、电源和泵的选择,以包括控制良好的等离子体和优化的设备。该公司开发了程序来更严格地控制其过程,并且现已扩大了专利技术的规模。


根据其专利,Green Frix 使用金属电极和介电(非导电)层的分层“三明治”在充气反应器中产生等离子体。将油喷到各层上,或浸入电极组件,之后对加工过的油进行过滤,持续监测其粘度,然后再次加工或用完并包装。


Green Frix 可以加工植物油,以制造各种在 40˚C下粘度为 68 至 6,000 厘沲的产品。该公司表示,它还可以设计具有特定流变性的产品。一些产品被列在 LuSC 清单上或被注册为 NSF HX-1,这意味着它们可用于配制 H1 注册的,可能会接触到食品的润滑剂。


Danneaux 解释说,等离子体可以产生不同的效果,具体取决于油、等离子体气体和加工参数的选择。等离子体可以氢化或加氢,并将碳双键转化为更稳定的单键,这可以提高油的热稳定性和氧化稳定性。同样,等离子体可以添加一个官能团,改变油分子吸附在金属上的能力并减少摩擦和磨损。


Shear-thinning and Relaxation Behavior of Plasma-treated Plant Oils——等离子处理植物油的剪切稀化和松弛特性

Dynamic viscocity ColFadol 700——ColFadol 700动态粘度

Dynamic viscocity ColFadol 1500——ColFadol 1500动态粘度

Dynamic viscocity SunFadol 2300——SunFadol 2300动态粘度

Gradual thear from 1m-1 1000g-1——从1m-1逐渐增加到1000g-1

Shear :1m-1 ——剪切:1m-1

Shear :1000m-1 ——剪切:1000m-1

Time(s)——时间


流变的控制或物质的流动及弹性行为取决于使用等离子体从有机分子中添加或去除电子以形成不稳定的自由基,这些自由基迅速反应形成具有分支或网状结构的较大分子。Danneaux 评论说,可以对油进行加工以调整其剪切稀化特性,使其在较低的剪切速率下粘性更大,而在较高的剪切速率下粘性较低。这有助于防止出现不想要的滑粘行为。


现在等离子处理等技术的进步可以提供许多可能的选择来生产各种可再生、可持续的生物基添加剂,以备将来用于润滑剂。


来源:网络