近代发展史就是一部机械革命史,它给人类发展带来巨大的进步,大大地提高了生产力,使人们的生活有了革命性的变化。但是这一切却让环境付出了非常大的甚至是无可挽回的代价。不过,亡羊补牢为时未晚,上世纪 60~70 年代起,人们就已经提出“绿色环保”这个大课题。绿色表示平和,亦表示安全,显示万物生机勃勃。人类能体会到的环境是三维的,包括“海陆空”。
在日常的生产活动中各种润滑剂无处不在,用途广泛,耗量巨大。那么用过的、泄漏的润滑剂会到哪里去?当然,可以通过再生和人为分解处理掉大部分,但是仍然有数量可观的润滑剂会通过各种渠道进入土壤和水域。据 10 多年前的统计;当时全世界每年约有 500~1000 万吨油基化学品进入生物圈,严重污染陆地、江河和海洋。危害生活环境和生态平衡。研究表明:传统的矿物油型润滑剂生物降解性很差;矿物油对地下水污染可长达 100 年,0.1 微克/每克的含量就足以降低海洋中鱼虾 20%的寿命。利用微生物将复杂的矿物油型润滑剂在较短的时间内分解为对环境不造成污染的 CO2和 H2O,这就是“生物降解”。前面已经说过,传统的矿物油型润滑剂很难被生物降解。因此“绿色润滑剂”这个概念就出现了。绿色润滑剂的基本描述是:其生物降解性能要好,且不具有生态毒性。“绿色”润滑剂和传统矿物油型润滑剂一样,其组成要素也是基础油和添加剂,这两个要素各自也必须是“绿色”的,才能使最终的润滑剂也是“绿色”的。
“绿色”润滑剂基础油主要有聚醚、合成酯和天然植物油。聚醚的生物降解性与其分子结构及分子量有很大关系,同时因为它溶于水,其应用范围受到限制。不过应用在乳化型金属加工液中代替传统矿物油是一个不错的选择。合成酯作为高性能润滑剂的基础油在航空领域已得到广泛应用。合成酯的热稳定性及低温性能突出,粘度指数高,具有优良的摩擦学性能,中等到优良的生物降解性能,低毒性。但水解安定性较差,价格相对较高。合成酯的生物降解性能与其化学结构有关,通常支链和芳环的引入会降低合成酯的生物降解性能。如邻苯二甲酸酯、1,2,4-苯三甲酸酯、1,2,4,5-苯四甲酸酯的生物降解率分别为 38%、6%和 0%。用于润滑剂的合成酯通常是双酯或新戊基多元醇酯。其分子量大,挥发性低,热稳定性高,能满足较苛刻的工况润滑。植物油是最早使用的润滑剂之一,它有优良的润滑性能,粘度指数高,无毒和易生物降解且可再生。由于天然植物油稳定性较差,加之自身的生物降解性能和易氧化性,导致其易腐败产生酸性物质。天然植物油的不饱和酸含量越高,其低温流动性越好,而氧化安定性越差。这主要是植物油的 C=C 双键造成的。因此它就成为植物油作为“绿色”润滑剂的主要缺陷。通常通过对植物油进行氢化和酯交换等化学改性的方法减少植物油双键含量,提高它的抗氧化性能。同时也有利用现代生物技术培育某些油料作物,获取高油酸含量的植物油。当然也可将合成酯与植物油结合使用。对菜籽油基础油的改性表明,其不但具有优良的润滑性,同时具有良好的抗氧化性、抗腐蚀性和生物降解性。
“绿色”润滑剂组成的另一个要素添加剂自然也必须是“绿色”的。因为如果采用传统添加剂则会对基础油本身的生物降解性能造成不良影响,尤其会对基础油降解过程中的活性微生物有有害作用。除了正常的功能外,“绿色”添加剂应该具备低毒、低污染、可生物降解等性能。一般认为:含有过渡金属元素的添加剂和某些影响微生物活性的清净分散剂会降低润滑剂的生物降解性,而含有 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,可提高润滑剂的生物降解能力(生物降解率至少大于 20%),无致癌物、不含氯和亚硝酸盐、不含金属。通常认为:硫化脂肪酸是非常适用于“绿色”润滑剂的极压抗磨添加剂。酚型抗氧剂有较好的生物降解性。作为润滑脂的稠化剂硬脂酸钙、12-羟基硬脂酸锂、12-羟基硬脂酸铝也较适合生物降解。
润滑剂的“绿色”进程任重道远,现在和未来应在以下方面下功夫:“绿色”基础油的研究开发;“绿色”添加剂的开发研究;“绿色”润滑剂的研究开发;“绿色”润滑剂生物降解能力的评定方法的开发和除了生物降解更需深层次地研究润滑剂在更大范畴(包括空气中)的“绿色”问题。