隨著我國綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的不斷推進(jìn)，節(jié)能、環(huán)保、低碳、高效已經(jīng)成為各行業(yè)在發(fā)展過程中必須面對的新要求，潤滑油行業(yè)亦無法避免。數(shù)據(jù)顯示，2019年我國潤滑油消費(fèi)量約6480kt，按淘汰率60%測算，產(chǎn)生的廢棄潤滑油約為3880kt。以我國當(dāng)前廢棄潤滑油平均回收利用率為70%測算，每年仍有約1160kt廢棄潤滑油去向不明，主要是進(jìn)入了一些非正規(guī)回收機(jī)構(gòu)，還有一小部分自然消耗/泄漏或被無序排放。
目前我國潤滑油主體結(jié)構(gòu)仍以礦物油為主，可見泄漏或排放至環(huán)境中的礦物油數(shù)量仍很龐大，而礦物油型潤滑劑的生物降解性差，當(dāng)它散落到地面或者進(jìn)入水中將逐漸堆積形成不易降解的碳?xì)浠衔铮苯游廴就寥篮退?；且廢礦物油中含有可揮發(fā)性的苯系物、多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物和少量重金屬，被《國家危險(xiǎn)廢物名錄》歸為HW08類具有毒性和易燃性的危險(xiǎn)廢物。因此，潤滑油脂的泄漏和廢棄潤滑油脂的非正規(guī)處置或無序排放都會(huì)給生態(tài)環(huán)境和人們的身體健康帶來極大的危害。
為保護(hù)環(huán)境和發(fā)展經(jīng)濟(jì)，國內(nèi)外已將"潤滑劑與環(huán)境問題"提到議事日程，許多國家制定了環(huán)境保護(hù)條例，提出了明確的保護(hù)要求，并致力于可生物降解潤滑劑的開發(fā)和研究。
我國相關(guān)環(huán)保法規(guī)也在不斷完善，特別是《中華人民共和國長江保護(hù)法》已于2021年3月1日起施行，《中華人民共和國黃河保護(hù)法》也于2023年4月1日起施行。這兩部法律的實(shí)施使長江和黃河流域內(nèi)的水污染防治、生態(tài)修復(fù)和綠色發(fā)展有了明確的法律依據(jù)和制度保障。兩部法律明確要求流域內(nèi)各企業(yè)開展產(chǎn)業(yè)升級(jí)和清潔化改造，推動(dòng)企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新減少污染物排放。其中，含油污水是重點(diǎn)關(guān)注對象，而潤滑油脂的泄漏和無序排放則是造成含油污水的一大來源。因此，兩大流域內(nèi)各庫區(qū)、水電站以及航行船舶、碼頭用潤滑劑的生物降解性成為關(guān)注的焦點(diǎn)。
環(huán)保法規(guī)的日臻完善已經(jīng)逐步倒逼國內(nèi)潤滑油行業(yè)開始研發(fā)和應(yīng)用相關(guān)可生物降解潤滑劑，而非像以往僅停留在關(guān)注和研究層面?？梢灶A(yù)見，今后國內(nèi)可生物降解潤滑劑市場需求潛力將得到進(jìn)一步挖掘和釋放，發(fā)展速度將逐漸加快。因此，針對國內(nèi)環(huán)境敏感區(qū)域的潤滑需求，開發(fā)可生物降解潤滑劑具有重要的生態(tài)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)認(rèn)可度較高的可生物降解潤滑劑的定義是:"根據(jù)OECD 301或ASTMD5864 測試標(biāo)準(zhǔn)，將測試潤滑劑樣品與測試溶液混合后，經(jīng)過28天的分解過程，超過60%的潤滑劑樣品被降解，并且殘留物是水、二氧化碳、微生物等無害物質(zhì)"。由于潤滑劑中基礎(chǔ)油占比在80%~90%甚至更高，因此潤滑劑的生物降解性基本由其所用基礎(chǔ)油的生物降解性決定。
添加劑在一定程度上會(huì)影響潤滑劑的生物降解性能，但只要其無致癌性，不含氯、亞硝酸鹽和重金屬，毒性較低，則其對生物降解性的影響權(quán)重遠(yuǎn)低于基礎(chǔ)油。因此，可生物降解基礎(chǔ)油是開發(fā)可生物降解潤滑劑的關(guān)鍵因素。
目前，API標(biāo)準(zhǔn)I類，Ⅱ類，Ⅲ類基礎(chǔ)油為礦物油，因其分子結(jié)構(gòu)和精制程度不同而存在較寬的降解范圍，其降解率在20.3%~58.2%之間，均屬于難降解物質(zhì)；IV類基礎(chǔ)油為聚α-烯烴(PAOs)，100℃運(yùn)動(dòng)黏度小于4mm/s的PAO2，PAO4等可生物降解，但更高黏度的PAOs生物降解率低，也屬于不可生物降解的基礎(chǔ)油；V類基礎(chǔ)油包括合成烴類、合成酯、聚醚、聚苯醚、硅油、全氟聚醚、磷酸酯及烷基萘等，其中除合成酯具有固有的生物降解屬性外，其它V類基礎(chǔ)油基本都較難降解。因此，目前可用的可生物降解基礎(chǔ)油主要為植物油和合成酯兩大類。
植物油具有潤滑性好、無環(huán)境毒害、資源可再生等優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格處于礦物油與合成酯之間，但存在高溫抗氧化性和水解穩(wěn)定性較差、低溫性能不佳以及品質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，使用場合受限較多，一般要通過生物改性或化學(xué)改性后才能使用，目前有在熱帶地區(qū)作為變壓器油以及改性后作為基礎(chǔ)油使用的案例。
合成酯基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)類型多，可調(diào)控性強(qiáng)，具有固有的生物降解性、低毒及原材料可再生等優(yōu)勢綜合性能良好，唯一不足就是成本顯著高于礦物油和植物油。
由于以往國內(nèi)環(huán)保法規(guī)缺失或不明晰，較高成本的合成酯雖然具有良好的生物降解性和潛在的顯著生態(tài)價(jià)值，但在滿足同等技術(shù)需求的前提下，出于直接的經(jīng)濟(jì)性考量，基礎(chǔ)油選型時(shí)往往會(huì)讓步于礦物油。但在當(dāng)前環(huán)保法規(guī)不斷趨嚴(yán)的情況下，這種情況正在逐漸改變，合成酯無疑成為開發(fā)可生物降解潤滑劑的最佳基礎(chǔ)油選擇，正以其優(yōu)異的綜合性能成為可生物降解潤滑劑行業(yè)關(guān)注，研究及應(yīng)用的熱點(diǎn)。
合成酯的結(jié)構(gòu)類型主要有單酯、雙酯、多元醇酯、芳香酯、聚酯及復(fù)酯等，不同結(jié)構(gòu)類型的合成酯具有各自的性能特點(diǎn)及主要應(yīng)用領(lǐng)域。
(1)單酯的黏度低，潤滑性良好，主要應(yīng)用于金屬加工液中。
(2)雙酯的化學(xué)性能穩(wěn)定，蒸汽壓低，熱分解溫度高，氧化安定性良好，主要應(yīng)用于車用油、齒輪油和其它工業(yè)潤滑油脂中。
(3)多元醇酯的潤滑性好，蒸汽壓低，熱分解溫度高，較低的揮發(fā)性、高閃點(diǎn)、良好的熱安定性、對添加劑的溶解能力強(qiáng)且生物降解性能好，綜合性能優(yōu)異，主要應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)油、冷凍機(jī)油、壓縮機(jī)油、高溫鏈條油、難燃液壓油、金屬加工油/液、車用油、齒輪油和其它工業(yè)潤滑油脂中。
(4)芳香酯的蒸汽壓低，熱分解溫度高，氧化安定性能良好，主要應(yīng)用于高溫鏈條油及壓縮機(jī)油中。
(5)聚酯的黏度覆蓋范圍廣，與礦物油的相溶性好，潤滑性能突出，黏度指數(shù)高，剪切穩(wěn)定，具有優(yōu)異的氧化安定性、水解安定性和油膜強(qiáng)度，主要應(yīng)用于車用油、齒輪油、金屬加工油和其它工業(yè)潤渭油脂中。
(6)復(fù)酯的黏度覆蓋范圍廣，潤滑性能突出，黏度指數(shù)高，熱安定性好，主要應(yīng)用于車用油、齒輪油、金屬加工油和其它工業(yè)潤滑油脂中。
雖然合成酯具有固有的生物降解屬性，但其生物降解率與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；同時(shí)，合成酯的分子質(zhì)量也對其生物降解率有重要的影響，不同結(jié)構(gòu)以及相同結(jié)構(gòu)不同分子質(zhì)量的合成酯的生物降解率也存在較大差異。
此外，不同生物降解率測定方法所得結(jié)果也存在一定的差異。不同結(jié)構(gòu)的合成酯生物降解率差異較大，而且同一結(jié)構(gòu)的合成酯生物降解性也存在著較大的差異，表現(xiàn)為生物降解率數(shù)據(jù)是一個(gè)較寬的范圍，說明合成酯的精細(xì)結(jié)構(gòu)與生物降解性之間存在必然的聯(lián)系。因此，合成酯的生物降解性不能一概而論，并非所有合成酯都具有良好的生物降解性，必須結(jié)合其分子結(jié)構(gòu)、原材料來源、分子質(zhì)量等因素進(jìn)行具體分析。
根據(jù)目前的研究結(jié)果來看，單酯、雙酯由于分子結(jié)構(gòu)較簡單且分子質(zhì)量較小，其生物降解性普遍較好，僅小部分支鏈化度較高的單酯和雙酯的生物降解率較低，多元醇酯與之類似，全部由直鏈酸制備的多元醇酯生物降解率較高。但實(shí)際應(yīng)用中，為了保證多元醇酯的低溫性能以及與冷媒相溶性等需求，制備時(shí)需要使用一定比例的支鏈酸，會(huì)對多元醇酯的生物降解率造成一定的負(fù)面影響，支鏈酸比例越高，生物降解率越低；鄰苯二甲酸酯和偏苯酸酯由于含有苯環(huán)，整體生物降解率較低；二聚酸酯則由于分子質(zhì)量較高生物降解率不佳；主體結(jié)構(gòu)類似于PAOs的聚酯決定了其缺乏生物降解性，其生物降解率與PAOs或礦物油相當(dāng)，即生物降解率隨著黏度或分子質(zhì)量的增加而迅速下降；多元醇復(fù)酯有一定的生物降解性，但其生物降解率與其制備原材料來源以及分子質(zhì)量或黏度密切相關(guān)，使用時(shí)須仔細(xì)篩選。
因此，目前可生物降解潤滑劑多以雙酯和多元醇酯為主。
文章來源：《上海潤滑油信息》
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