环境友好润滑脂在组成上与传统的润滑脂相同,只是在使用材料的选择上有所不同,在考虑润滑脂的使用性能的同时,还要兼顾其生产、使用及使用后对环境是否友好的问题。
基础油作为润滑脂的主要成分,主要应考虑的是其生物降解性、毒性以及安全性,环境友好润滑脂的基础油按类型大致可分为植物油类和合成油类。
植物油类基础油有大豆油、蓖麻油、葵花籽油、菜籽油等,合成类基础油主要有合成酯类油、聚a-烯烃等。目前主要使用的环保型润滑脂的基础油中,植物油大多使用菜籽油,合成油较多使用酯类油。
植物油作为基础油,其优点有:无毒,具有极好的生物降解性、可再生性、良好的润滑性能及高的粘度指数、低挥发性,处理过程需要的能量少,向环境扩散少。但同矿物油相比较,有以下的缺点:价格较高,氧化稳定性差,植物油的热安定性低,由此引起润滑脂的稠度变化大,低温下容易结晶,所以使用的温度范围窄。
合成酯类油与矿物油相比较,具有良好的耐热氧化性能和优良的低温性能,高粘度指数和低蒸发损失,同时还具有良好的生物降解性。作为生物降解润滑脂的基础油,由于植物油存在一定的局限性,所以对合成酯类油的研究就显得尤为重要。制备润滑脂时,根据产品大的要求可选择一种或两种酯类油作为基础油,常用做润滑脂基础油的酯类油有二元酸双酯、多元醇酯和复酯等。合成酯类油的生物降解性与其化学结构有很大关系,不同类的合成酯类油在特性上存在一定的差异。另一方面,合成酯类油的价格相对较高,这也是限制其大量被使用的一个主要原因。
聚a-烯烃油同矿物油相比较具有高闪点、低倾点、高粘度指数、低挥发性,而且同时具有优异的热安定性和水解安定性。聚a-烯烃油对哺乳类动物无毒无刺激性。但是普遍错误地认为聚a-烯烃油的生物降解性不好,事实上,生物降解性是根据其粘度和分子量的不同而异的。一般粘度较低、分子量较小的聚a-烯烃油的生物降解性要好于粘度高、分子量大的聚a-烯烃油。所以在使用聚a-烯烃油作为EFG产品的基础油时要权衡其毒性和生物降解性。
稠化剂是润滑脂中不可缺少的固体组分。它同基础油一样决定着润滑脂的性能。润滑脂的稠化剂主要有皂基稠化剂、烃基稠化剂、无机稠化剂和有机稠化剂等。作为EFG产品的稠化剂主要考虑的也是生物降解性、毒性以及安全性。虽然粘土和二氧化硅这些无机稠化剂在环境中不发生生物降解,但它们对环境也不会造成危害,所以可以使用。目前,EFG产品的稠化剂大多使用钙皂和锂皂等皂基稠化剂。其中在以植物油为基础油的生物降解润滑脂中,菜籽油与钙皂的组合较多,主要是因为使用钙皂时制备工序中的加热温度较低,可防止植物油类基础油氧化变质。锂皂用做稠化剂时,制备工序中温度较高,从润滑脂的综合性能考虑,以合成酯类油为基础油的锂基脂和复合锂基脂是今后的发展主流|。
最近,在EFG产品的研制开发过程中,发现了一种新型的稠化剂——复合钛基稠化剂。它除了具有优异的生物降解性以外,最大的特点是即使未加入添加剂的复合钛基润滑脂,也表现出极佳的物理化学性能。钛皂与各种植物油构成的润滑脂,生物降解性均超过90%。此外从毒性和安全性的角度研究表明,复合钛基脂对生产者和使用者是安全的。
润滑脂组分中除了基础油和稠化剂之外,还经常加入第三种组分,以改善润滑脂的性能,这类物质统称为添加剂。根据所使用的环境、条件需要有极压性、氧化安定性、防锈性等,而对于这些性能,添加剂起着非常重要的作用。以矿物油为基础油的润滑脂通常使用的抗氧化剂和极压添加剂均能改善EFG产品的氧化安定性和极压性。但是,这些添加剂对其生物降解性有一定的影响。到目前为止,很少有专门用于EFG产品的添加剂产品。EFG产品的添加剂要求具有低毒、低污染、可生物降解性;而传统的添加剂分子主要从满足润滑油的使用性能角度出发,很少考虑到环保和健康等因素。添加剂的加入对基础油本身的生物降解性能会有所影响,尤其会对基础油生物降解过程中的微生物或酶有危害作用,从而影响基础油的生物降解率。研究表明,一般含有过渡金属元素的添加剂和某些影响微生物活动和营养成分的清净分散剂会降低润滑脂的可生物降解性,而含N和P元素的添加剂因为能提供有利于微生物成长的养分可提高润滑脂的可生物降解性。经过长期实验和筛选,主要有以下几种添加剂较适合在EFG产品中使用:抗氧化剂:胺、酚类;抗腐蚀剂:胺、脂肪酸衍生物;EP/抗磨剂:S-P化合物,二硫代氨基甲酸酯(无灰)。
为同时满足润滑脂的生物降解性和EP性能,EP航磨添加剂最好选择产自自然界的天然物质,这些物质经过硫化处理后可达到上述要求。例如研究发现,硫化脂肪能够很好满足以上要求。
润滑脂添加剂能够有效地改善其使用性能,有些使用场合必须添加某种有特殊作用的添加剂,但是往往这些添加剂会影响润滑脂的生物降解性,还有较大的毒性和污染性,对环境造成严重的危害。
人们往往只考虑其对生物降解性的影响,忽略了其毒性。所以研制适用于环境友好润滑脂的添加剂要全面研究其使用后的影响,真正实现EFG产品的目标,而这一工作在世界范围内还刚刚起步。

