Nhiều người đã nói và viết về chất bôi trơn phân hủy sinh học trong vài năm qua. Các nhà sản xuất và pha chế các sản phẩm này khuyến khích sử dụng chất phân hủy sinh học dựa trên tầm quan trọng của khả năng phân hủy sinh học và không độc hại.
Nhưng các vấn đề về hiệu suất – như độ ổn định oxy hóa, bảo vệ chống mài mòn, độ ổn định thủy phân , đặc tính nhiệt độ – độ nhớt và các yếu tố chi phí – thường chỉ được trình bày ở những nơi mà các tính năng này mang lại lợi thế cho nhà sản xuất cụ thể. Hai lớp chính của chất bôi trơn phân hủy sinh học, dầu thực vật và chất tổng hợp, đã được mô tả và ghi chép đầy đủ, khi so sánh với chất bôi trơn gốc dầu khoáng truyền thống.
Tuy nhiên, có rất ít thông tin được cung cấp bởi các công ty dầu mỏ lớn hoặc nhà sản xuất các sản phẩm phân hủy sinh học này liên quan đến hướng dẫn ứng dụng hoặc việc bảo trì các sản phẩm này sau khi chúng được sử dụng làm chất bôi trơn máy móc.
Người sử dụng công nghiệp của các sản phẩm này phải được chuẩn bị để xử lý chất bôi trơn phân hủy sinh học hơi khác so với dầu gốc khoáng tiêu chuẩn. Để hiểu các yêu cầu về ứng dụng và bảo trì này, cần phải xem xét các loại chất bôi trơn phân hủy sinh học khác nhau để chỉ ra những ưu điểm và nhược điểm của chúng.
Dầu thực vật
Dầu thực vật bao gồm ngô, đậu tương, hạt cải dầu (canola), hướng dương, đậu phộng, dầu ô liu và những loại khác. Ở dạng tự nhiên, những loại dầu này chủ yếu bao gồm các cấu trúc phân tử triglyceride và do đó chúng có những hạn chế về hiệu suất, đáng chú ý nhất là độ ổn định nhiệt, thủy phân và oxy hóa kém . Ví dụ, hầu hết các loại dầu thực vật tự nhiên không thể chịu được nhiệt độ hồ chứa lớn hơn 80ºC (176ºF).
Ngoài ra, nước, dù chỉ với một lượng nhỏ vài trăm phần triệu, cũng là kẻ thù tự nhiên của dầu thực vật và có thể gây ra các vấn đề về tạo bọt và biến chất nghiêm trọng. Nói chung, các loại dầu này cũng thể hiện khả năng chảy lạnh thấp. Mặt khác, hầu hết các loại dầu tự nhiên này có chất lượng bôi trơn tốt do bản chất phân cực của chúng.
Điều này cung cấp lực hút kim loại tốt và cũng làm cho chúng trở thành dung môi tốt để giúp giữ bụi bẩn và mảnh vỡ khỏi bề mặt kim loại. Cấu trúc phân tử của chúng tạo ra chỉ số độ nhớt và độ nhớt tự nhiên cao . Việc sửa đổi gen cũng đã khắc phục được nhiều vấn đề về độ ổn định nhiệt và oxy hóa, đặc biệt là đối với dầu đậu nành và dầu hạt cải.
 |
|
Hình 2. Dầu thủy lực sử dụng trong thiết bị di động có thể được làm từ hỗn hợp của dầu diester tổng hợp và dầu hạt cải (hạt cải dầu) để mang lại đặc tính độ nhớt ở nhiệt độ tuyệt vời và độ ổn định oxy hóa tốt – ngay cả trong điều kiện vận hành lạnh hơn ở vùng khí hậu phía Bắc.
|
Dầu tổng hợp
Các chất bôi trơn phân hủy sinh học tổng hợp chính hiện nay bao gồm:
Polyalphaolefin (PAO)
Chúng thể hiện các đặc tính tuyệt vời ở nhiệt độ thấp, nhưng có xu hướng làm co lại vật liệu làm kín cao su.
Diesters
Chúng có đặc tính chống oxy hóa tốt và đặc tính làm phồng niêm phong.
Polyalkylene Glycols (Còn được gọi là Polyglycols hoặc PAGs)
PAGs có thể hòa tan trong nước (ethyleneoxide) và không hòa tan trong nước (propylene oxide). PAGs hòa tan trong nước là lý tưởng thích hợp cho chất bôi trơn chống cháy. Một nhược điểm của PAGs là chúng có xu hướng nhũ hóa nước trong một số thiết bị nhất định, chẳng hạn như hộp số, điều này sẽ gây ra bọt, cặn và ăn mòn.
Một nhược điểm lớn của cả PAO và PAG là khả năng hòa tan kém đối với các chất phụ gia. Bởi vì bản thân các chất phụ gia cũng phải có khả năng phân hủy sinh học, điều này hạn chế các chất phụ gia có thể được sử dụng để tạo công thức chất bôi trơn phân hủy sinh học hiệu quả từ PAO và PAGs.
Ngày nay, một số nhà sản xuất đang pha trộn diesters với PAO để tạo thành dầu gốc có thể phân hủy sinh học, có khả năng hòa tan tốt, chống lại quá trình oxy hóa và có đặc tính độ nhớt tốt ở nhiệt độ. Những người khác đang trộn diesters tổng hợp với dầu hạt cải để mang lại kết quả tương tự.
 |
|
Hình 3. Trong các xưởng cưa, việc sử dụng chất bôi trơn thanh xích, lưỡi cưa và dẫn hướng cưa có thể phân hủy sinh học là rất quan trọng vì dầu sẽ xâm nhập vào môi trường ngay sau khi sử dụng. Chất bôi trơn dẫn hướng cưa được sử dụng ở đây được làm từ dầu hạt cải tự nhiên, có thể phân hủy sinh học hơn 99% trong 21 ngày.
|
Trước khi bạn chuyển đổi. . .
Rõ ràng, chất bôi trơn phân hủy sinh học được mong muốn cho các thiết bị được sử dụng trong các ngành tài nguyên nhất định, chẳng hạn như lâm nghiệp, khai thác mỏ, thăm dò và sản xuất dầu khí hoặc bất cứ nơi nào mà chất bôi trơn có thể tiếp xúc với môi trường.
Các cân nhắc thực tế liên quan đến việc chuyển đổi từ chất bôi trơn gốc khoáng sang chất lỏng phân hủy sinh học thường bị bỏ qua. Các chất bôi trơn phân hủy sinh học này có thể khác nhau về đặc điểm của chúng và việc chuyển đổi cần thiết để sử dụng hiệu quả chúng không hoàn toàn đơn giản như xả dầu khoáng đã sử dụng và đổ vào chất bôi trơn phân hủy sinh học mới.
Trước khi chuyển đổi sang chất bôi trơn phân hủy sinh học, trước tiên cần phải xem xét các đặc tính hoạt động và thiết kế của hệ thống bôi trơn, chẳng hạn như nhiệt độ hoạt động, áp suất và tốc độ dòng chảy, loại vật liệu làm kín hoặc ống được sử dụng, khả năng nhiễm bẩn, chẳng hạn như nước hoặc bụi bẩn và chất lượng của hệ thống lọc hiện tại có đủ cho chất lỏng mới hay không.
Một cân nhắc quan trọng nhất cũng thường bị bỏ qua, đó là liệu chất lỏng phân hủy sinh học mới có tương thích với dầu khoáng hay không. Nếu không, các vấn đề nghiêm trọng có thể xảy ra nếu tất cả dầu khoáng cũ không được xả kỹ khỏi hệ thống trước khi lắp đặt chất lỏng mới.
Các triệu chứng của sự chuyển đổi kém hoặc không hoàn toàn thành chất lỏng phân hủy sinh học bao gồm tạo bọt nghiêm trọng, con dấu bị rò rỉ, bộ lọc bị cắm, độ mòn cao hơn bình thường trên một số bộ phận (chẳng hạn như bơm thủy lực ) và tăng nhiệt độ hoạt động.
Điều gì sẽ đi đến đâu
Vậy đâu là nơi tốt nhất để sử dụng từng loại chất lỏng phân hủy sinh học được thảo luận ở trên? Để chuyển đổi thành công trong các ứng dụng cụ thể, người dùng nên xem xét những điều sau:
- Dầu thực vật: Những sản phẩm này lý tưởng cho các ứng dụng như bôi trơn lưỡi cưa hoặc ổ đĩa xích, nơi chất bôi trơn được sử dụng trên cơ sở “một lần” và ở những nơi yêu cầu độc tính thấp. Chúng cũng rất thích hợp để sử dụng trong các hệ thống thủy lực áp suất thấp đến trung bình, hoặc truyền động bánh răng chịu tải nhẹ, nơi nhiệt độ hoạt động thường không vượt quá 60ºC (140ºF) và nơi có ít khả năng bị nước xâm nhập hoặc nhiễm bẩn cao.Khi có nguy cơ nhiễm bẩn, các bộ lọc phải được kiểm tra thường xuyên hơn, do khả năng lọc của các chất lỏng này thấp hơn. Hộp số và hệ thống thủy lực phải được xả kỹ để loại bỏ cặn bẩn, cặn và bùn trước khi sử dụng chất bôi trơn gốc thực vật để tránh bất kỳ khả năng không tương thích không cần thiết nào. Cũng có thể có một số phản ứng tiêu cực với các vật liệu bịt kín như neoprene và nitrile.
- Polyalphaolefin: PAO có thể phân hủy sinh học đang được tăng cường sử dụng làm dầu thủy lực và động cơ, đặc biệt là trong các ứng dụng khí hậu lạnh và nơi áp suất thủy lực cao. Các loại dầu này cũng đang được lựa chọn sử dụng làm chất bôi trơn bánh răng do khả năng cung cấp nhiệt độ vận hành thấp hơn và hệ số ma sát thấp hơn, cả hai đều giúp giảm mài mòn.Các sản phẩm này thường tương thích với dầu khoáng và do đó, không có yêu cầu xả rộng trước khi chuyển đổi trừ khi nhà sản xuất yêu cầu. PAO có ảnh hưởng tiêu cực đến một số vật liệu làm kín gây ra co ngót, vì vậy rò rỉ ban đầu có thể là một vấn đề.
- Diesters: Những chất lỏng phân hủy sinh học này là chất bôi trơn tuyệt vời cho máy nén và tuabin. Chất lỏng diester có thể có tác động tiêu cực đến một số bề mặt sơn hoặc vecni nhất định, do khả năng thanh toán và tẩy rửa đặc biệt của chúng, vì vậy, sẽ là khôn ngoan khi loại bỏ sơn khỏi bất kỳ bề mặt tiếp xúc bên trong nào như bể chứa, trước khi chuyển đổi.
Ngoài ra, những chất lỏng này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến vật liệu làm kín, và phớt fluorocarbon nên được xem xét cho các ứng dụng này.
- Polyglycols: PAGs có thể là polyethylene hoặc polypropylene oxide, với khả năng hòa tan trong nước khác nhau tùy theo loại. PAGs làm từ polyethylene có khả năng hòa tan trong nước cao, kém hòa trộn với dầu khoáng và rất phân cực. Do đó, cần tiến hành xả sạch toàn bộ hệ thống trước khi chuyển đổi từ các sản phẩm gốc dầu khoáng. Khả năng hòa tan trong nước của chúng giúp cung cấp khả năng phân hủy sinh học, nhưng cũng gây bất lợi trong các ứng dụng chất bôi trơn, vì sự nhiễm bẩn nước tự do có xu hướng xảy ra nhanh chóng.
Điều kiện giới hạn cho dầu phân huỷ sinh học
Ngoài ra, trọng lượng riêng cao của các chất lỏng này có xu hướng làm tăng khả năng lưu giữ các chất gây ô nhiễm dạng hạt rắn (đó là các hạt ít bị lắng hơn). Để bù đắp mối đe dọa này, hệ thống lọc nên được sửa đổi hoặc nâng cấp để đảm bảo rằng các bề mặt chịu lực không tiếp xúc với mức độ ô nhiễm cao. Bộ lọc ba micron được lắp đặt trong một dòng bên có lợi trong việc kiểm soát ô nhiễm trong các ứng dụng thủy lực.
Nhiệt độ vận hành phải được kiểm soát để tránh bay hơi quá mức và không cần thiết của các chất lỏng có thể trộn lẫn trong nước này. Nhiệt độ hoạt động được khuyến nghị nên được giữ trong phạm vi khoảng 50ºC đến 60ºC (122ºF đến 140ºF).
Một lưu ý khác khi sử dụng chất lỏng tan trong nước và gốc nước có thể phân hủy sinh học trong ứng dụng thủy lực là hư hỏng lỗ hổng đối với van giảm áp có thể được yêu cầu duy trì ở vị trí xả hoặc mở trong thời gian dài. Sự xâm thực của pha hơi có thể gây mòn chân van do áp suất hơi cao, có thể dẫn đến hỏng van xả sớm. Việc lựa chọn van thích hợp trước khi chuyển đổi cần được xem xét.
 |
|
Hình 4. Sản xuất điện có mối liên hệ chặt chẽ với các hệ thống sông. Nguy cơ ảnh hưởng xấu đến môi trường do rò rỉ hoặc tràn dầu khoáng là một mối quan tâm nghiêm trọng. Các thử nghiệm vận hành xác nhận rằng dầu phân hủy sinh học diester ngang bằng hoặc cao hơn dầu gốc khoáng về khả năng phục vụ của nó trong các ứng dụng tuabin. Nghiên cứu cũng xác nhận rằng dầu thực vật (canola) không thích hợp khi sử dụng ổ trục bọc chì babbitt trong thiết bị tuabin. Dầu hạt cải cho thấy sự gia tăng tính axit do tính ổn định thủy phân kém, dẫn đến sự ăn mòn của vật liệu chì babbitt tăng lên.
|
Giữ cho nó tiếp tục
Người ta nói rằng chất bôi trơn có trong một bộ phận của máy móc cũng là một thành phần của máy móc đó. Do đó, nó phải được bảo trì và giám sát tình trạng của nó giống như chính máy. Thật không may, tình trạng của chất bôi trơn thường bị bỏ qua cho đến khi một vấn đề phát sinh và chỉ khi đó, bất kỳ ai mới có vẻ lo lắng về việc bảo dưỡng chất bôi trơn.
Một nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do nhiều người trong ngành công nghiệp có xu hướng tự ý mở rộng cống thoát dầu mà không hề nghĩ đến hậu quả. Trong hầu hết các trường hợp, chất bôi trơn phân hủy sinh học, chẳng hạn như PAO tổng hợp hoặc dầu thực vật, có thể đắt gấp ba, bốn hoặc năm lần giá dầu khoáng. Những người sử dụng thường cố gắng thu hồi vốn đầu tư ban đầu của họ bằng cách bỏ qua những suy nghĩ thông thường và mở rộng đường thoát dầu mà không có chương trình phân tích dầu được lựa chọn cẩn thận, được lên lịch thường xuyên .
Nói chung, dầu phân hủy sinh học cần được bảo trì và giám sát trong quá trình sử dụng giống như dầu gốc khoáng. Chúng phải được giữ mát, sạch và khô (không có nước) và tình trạng của chúng phải được theo dõi thường xuyên theo lịch trình bằng cách sử dụng các kỹ thuật phân tích dầu sẵn có.
Cụ thể, chất bôi trơn phân hủy sinh học phải được theo dõi về độ nhớt (ở cả 40ºC và 100ºC); hàm lượng nước tự do (sử dụng một kỹ thuật chính xác như thử nghiệm Karl Fischer ); số axit (có thể cung cấp dấu hiệu chính xác về bất kỳ sự gia tăng ôxy hóa nào ) và sự nhiễm bẩn của hạt rắn (sử dụng kỹ thuật kiểm tra đếm hạt).
Bất kỳ kết quả nào chỉ ra rằng vấn đề đang phát triển phải được điều tra và điều chỉnh tình trạng, nếu đạt được tuổi thọ sử dụng thỏa đáng từ chất bôi trơn phân hủy sinh học.
Hệ số ma sát
Hệ số ma sát (COF) của chất bôi trơn thể hiện khả năng giảm thiểu lực cản ma sát giữa các thành phần chuyển động của chất bôi trơn. COF là đơn vị đo lực cần thiết để di chuyển một vật có kích thước cố định (diện tích bề mặt và trọng lượng) trên bề mặt thử nghiệm và được cung cấp bằng pound lực.
Kết quả thử nghiệm hai đĩa này đã được báo cáo bởi Rolf Luther trong Chất bôi trơn và Bôi trơn. Hình (bên phải) thể hiện sự so sánh khả năng chịu tải giữa dầu khoáng và polyol ester (trimethylolpropane ester hoặc TMP-Ester).
Điều kiện thử nghiệm này chỉ ra rằng POE này có hệ số ma sát xấp xỉ một nửa dầu khoáng có độ nhớt tương đương. Có sự khác biệt giữa dầu khoáng và PAO và các chất tổng hợp khá
