روغنهای زیستتخریبپذیر: نحوه استفاده و نگهداری
در چند سال گذشته در مورد روانکنندههای زیستتخریب پذیر مطالب زیادی گفته و نوشته شده است. تولیدکنندگان این محصولات، مواد زیست تخریبپذیر را برای استفاده بر اساس اهمیت زیست تخریبپذیری و غیرسمی بودن تبلیغ میکنند. اما مسائل مربوط به عملکرد – مانند پایداری اکسیداسیون، محافظت در برابر سایش، پایداری هیدرولیتیک، ویژگیهای ویسکوزیته، دما و عوامل هزینه – معمولاً فقط در جایی ارائه میشوند که این ویژگیها مزیتی برای سازنده خاص ایجاد کند. دو دسته اصلی روانکنندههای زیست تخریبپذیر، روغنهای گیاهی و مصنوعی، در مقایسه با روانکنندههای سنتی مبتنی بر روغن معدنی به خوبی مستند شدهاند. با این حال، اطلاعات کمی توسط شرکتهای نفتی بزرگ یا تولیدکنندگان این محصولات در رابطه با دستورالعملهای کاربرد یا نگهداری از این محصولات پس از استفاده به عنوان روانکننده ماشین ارائه شده است.
مصرفکنندگان صنعتی این محصولات باید آمادگی داشته باشند که روانکنندههای زیستتخریبپذیر تا حدودی متفاوت از روغنهای پایه معدنی استاندارد رفتار کنند. برای درک این الزامات کاربردی، لازم است انواع روانکنندههای زیستتخریبپذیر را مرور کنیم تا به مزایا و معایب آنها اشاره کنیم.
روغنهای گیاهی
روغنهای گیاهی شامل ذرت، سویا، کلزا (کلزا)، آفتابگردان، بادامزمینی، روغن زیتون و غیره است. در شکل طبیعی خود، این روغنها عمدتاً از ساختارهای مولکولی تری گلیسیرید تشکیل شدهاند و به همین دلیل دارای محدودیتهای عملکردی به ویژه پایداری حرارتی، قابلیت هیدرولیتیک و اکسیداسیون ضعیف هستند. به عنوان مثال، بیشتر روغنهای گیاهی طبیعی نمیتوانند دمای مخزن بیش از 80 درجه سانتیگراد (176 درجه فارنهایت) را تحمل کنند. علاوه بر این، آب، حتی در مقادیر کم چند صد در میلیون، دشمن طبیعی روغنهای گیاهی است و میتواند باعث مشکلات جدی مانند کفکردن و تخریب شود. به طور کلی، این روغنها همچنین توانایی جریان یافتن در دمای سرد را از خود نشان میدهند. قابلیت جریان سرد به عملکرد یک سیال، اغلب یک روغن یا روانکننده، در دماهای پایین اشاره دارد. قابلیتهای جریان سرد در کاربردهایی که تجهیزات در محیطهای سرد یا در شرایط آب و هوایی سرد کار میکنند بسیار مهم است. از سوی دیگر، بیشتر این روغنهای طبیعی به دلیل ماهیت قطبیشان، خاصیت روانکنندگی خوبی دارند. این امر جاذبه خیس شدن فلز (metalwetting attraction) خوبی را فراهم کرده، همچنین آنها را به حلالهای خوبی برای کمک به حفظ کثیفی و زباله از سطوح فلزی تبدیل میکند. “جاذبه خیس شدن فلز” به توانایی یک سیال، به طور معمول یک روانکننده یا خنککننده، برای خیس کردن موثر سطح اجزای فلزی اشاره دارد. این ویژگی در کاربردهای صنعتی مختلف که سطوح فلزی نیاز به روغنکاری، سرد شدن یا محافظت در برابر خوردگی دارند ضروری است.
ساختار مولکولی روغنهای گیاهی ویسکوزیته طبیعی و شاخص ویسکوزیته بالایی را فراهم میکند. لازم به ذکر است تغییرات ژنتیکی در ساختار گیاه همچنین بر بسیاری از مشکلات پایداری حرارتی و اکسیداتیو، به ویژه با روغن سویا و کانولا، غلبه کرده است.
مقاله "مزایا و معایب روانکنندههای زیستتخریبپذیر" مروری بر محدویتها و مزایای این روانکارها دارد.
روغنهای گیاهی دارای شاخص ویسکوزیته (VI) بسیار بالایی هستند. یکی دیگر از خواص مهم روغنهای گیاهی نقطه اشتعال بالای آنها است.
مقاله "روغن زیستتخریبپذیر چگونه کار میکند؟" شما را در درک کارکرد این روغنها یاری میکند.
با توجه به زیستتخریبپذیری روانکنندهها، ما عمدتاً در مورد روانکنندههایی صحبت میکنیم که به راحتی زیستتخریبپذیر هستند و از روغنهای گیاهی و برخی پایههای استرهای مصنوعی فرموله شدهاند.
مقاله "پلیآلفائولفینها: ساختاری بهینه در فرمولاسیون روانکار" اطلاعاتی را در مورد این ترکیبات ارائه میدهد.
پلیآلفائولفین حاوی ساختارهای حلقهای، پیوندهای دوگانه، گوگرد، اجزای نیتروژن یا هیدروکربنهای مومی نیست. عدم وجود این ساختارها منجر به ایجاد یک روغن پایه بسیار غیر قطبی با شاخص ویسکوزیته بالا میشود.
مقاله "روغن مصنوعی پلیآلکیلنگلیکول" به تعریف این دسته از روانکارها میپردازد.
آنها به عنوان روغن کمپرسور در واحدهای چرخشی و رفت و برگشتی، روغن دنده حلزونی، روانکارهای مقاوم در برابر آتش مانند گریس نسوز، سیالات فلزکاری و به عنوان مایع ترمز استفاده میشوند.
روغنهای مصنوعی
روانکنندههای زیستتخریبپذیر مصنوعی اولیه موجود در بازار فعلی عبارتند از:
- پلیآلفائولفینها (PAOs): اینها خواص عالی در دمای پایین را نشان میدهند، اما تمایل به کوچک شدن مواد لاستیکی دارند.
- دیاسترها: اینها ویژگیهای آنتیاکسیدانی خوبی دارند و خاصیت تورم مهر و موم دارند.
- پلیآلکیلنگلیکول (همچنین به عنوان پلیگلیکول یا PAG شناخته میشود): PAGها میتوانند هم محلول در آب (اتیلن اکسید) و هم نامحلول در آب (اکسید پروپیلن) باشند. PAGهای محلول در آب برای روانکنندههای مقاوم در برابر آتش مناسب هستند. یکی از معایب PAGها تمایل آنها به امولسیون کردن آب در تجهیزات خاص مانند جعبه دنده است که باعث ایجاد کف، لجن و خوردگی میشود. یکی از معایب اصلی هر دو PAO و PAG حلالیت ضعیف آنها در مواد افزودنی است. از آنجایی که خود مواد افزودنی نیز باید زیستتخریبپذیر باشند، این امر افزودنیهایی را که میتوان برای فرموله کردن روانکنندههای زیستتخریب پذیر موثر از PAO و PAG استفاده کرد، محدود میکند.
امروزه، برخی از تولیدکنندگان دیاسترها را با PAOها ترکیب میکنند تا روغنهای پایهای تشکیل دهند که زیستتخریبپذیر هستند و حلالیت خوبی دارند. این ترکیبات در برابر اکسیداسیون مقاوم هستند و ویژگیهای ویسکوزیته دمایی خوبی دارند. برخی دیگر از تولیدکنندگان نیز در حال ترکیب دیاسترهای مصنوعی با روغن کانولا هستند تا نتایج مشابهی ارائه دهند.
قبل از اینکه تغییر دهید. . .
بدیهی است که روانکنندههای زیستتخریبپذیر برای تجهیزات مورد استفاده در صنایع خاص، مانند جنگلداری، معدن و اکتشاف یا هر جا که خود روانکننده ها ممکن است با محیط تماس داشته باشند، مطلوب هستند. ملاحظات عملی مرتبط با تبدیل از روانکنندههای پایه معدنی به سیالات زیستتخریبپذیر اغلب نادیده گرفته میشوند. این روانکنندههای زیستتخریبپذیر ممکن است در ویژگیهای خود متفاوت باشند و استفاده موثر آنها به سادگی تخلیه روغن معدنی استفاده شده و جایگزین کردن آن با روانکننده زیستتخریبپذیر جدید نیست. قبل استفاده از یک روانکننده زیستتخریبپذیر، ابتدا لازم است ویژگیهای عملکردی و طراحی سیستم روانکاری، مانند دمای عملیاتی، فشارها و نرخ جریان، نوع آببندی یا مواد شلنگ مورد استفاده، احتمال آلودگی، مانند آب یا گرد و غبار و کثیفی و اینکه آیا کیفیت سیستم تصفیه موجود برای سیال جدید کافی است یا خیر در نظر گرفته شود.
مهمترین نکته ای که اغلب نادیده گرفته میشود، این است که آیا سیال زیستتخریبپذیر جدید با روغن معدنی سازگار است یا خیر. اگر اینطور نباشد، اگر قبل از نصب سیال جدید، تمام روغن معدنی قدیمی به طور کامل از سیستم پاک نشود، ممکن است مشکلات جدی ایجاد شود. علائم تبدیل ضعیف یا ناقص از سیال معدنی به سیالات زیستتخریبپذیر عبارتند از کف شدید، نشت آببندی، فیلترهای مسدود شده، سایش بیش از حد معمول در برخی قطعات (مانند پمپ هیدرولیک) و افزایش دمای کار.
برای تبدیل موفقیتآمیز در برنامههای خاص، کاربران باید موارد زیر را در نظر بگیرند
- روغنهای گیاهی: این محصولات به طور ایدهآل برای کاربردهایی مانند روغنکاری تیغه کارخانه چوببری یا روانکاری زنجیرهای که در آن روانکننده به صورت یکبار مصرف استفاده میشود و در مواردی که سمیت کم مورد نیاز است، مناسب هستند. آنها همچنین برای استفاده در سیستمهای هیدرولیک فشار کم تا متوسط، یا درایوهای دندهای با بارهای سبک که دمای کار معمولاً از 60 درجه سانتیگراد (140 درجه فارنهایت) تجاوز نمیکند و احتمال کمی برای ورود آب یا آلودگی زیاد وجود دارد، مناسب هستند. در مواردی که خطر آلودگی وجود دارد، به دلیل فیلترپذیری کمتر این سیالات، فیلترها باید بیشتر مورد بازرسی قرار گیرند. جعبهدندهها و سیستمهای هیدرولیک باید قبل استفاده از روانکنندههای پایه گیاهی برای حذف زباله و لجن کاملاً شسته شوند تا از هرگونه احتمال ناسازگاری غیر ضروری جلوگیری شود. همچنین ممکن است واکنش منفی به مواد آببندی مانند نئوپرن و نیتریل وجود داشته باشد.
- پلیآلفائولفینها: PAOهای زیستتخریبپذیر بهعنوان روغنهای هیدرولیک و موتور، بهویژه در کاربردهای آبی و هوای سرد و جاهایی که فشار هیدرولیک بالا است، استفاده بیشتری پیدا میکنند. این روغن ها همچنین به دلیل توانایی آنها در ارائه دمای عملیاتی پایینتر و ضریب اصطکاک کمتر، به عنوان روانکننده دنده استفاده میشوند که هر دو ویژگی به کاهش سایش کمک میکنند. این محصولات به طور کلی با روغنهای معدنی سازگار هستند و در نتیجه هیچ نیازی به شستشوی گسترده قبل از تبدیل وجود ندارد مگر اینکه توسط سازنده مورد نیاز باشد. PAOها بر روی برخی از مواد آببندی که باعث انقباض می شوند اثر منفی دارند، بنابراین نشت اولیه ممکن است مشکلساز باشد.
- دیاسترها: این سیالات زیستتخریب پذیر روانکننده های عالی برای کمپرسورها و توربینها هستند. سیالات دیاستر ممکن است بر روی سطوح خاصی از لاک یا رنگ تأثیر منفی بگذارند که به حلالیت و شویندگی استثنایی که دارند برمی گردد. بنابراین عاقلانه است که قبل استفاده از آنها رنگ را از سطوح تماس داخلی مانند مخزن جدا کنید. علاوه بر این، این سیالات می توانند بر روی مواد آببندی تأثیر منفی بگذارند و برای این کاربردها باید مهر و مومهای فلوروکربنی در نظر گرفته شود.
- پلیگلیکولها: PAGها میتوانند بر پایه پلیاتیلن یا پلیپروپیلن اکسید باشند، که میزان حلالیت آنها در آب متفاوت است. PAGهای مبتنی بر پلیاتیلن بسیار محلول در آب هستند، با روغنهای معدنی اختلاط ضعیفی دارند و بسیار قطبی هستند. در نتیجه، شستشوی کامل سیستم باید قبل استفاده از این محصولات انجام شود. حلالیت آنها در آب به ارائه تجزیهپذیری زیستی کمک میکند، اما در کاربردهای روانکننده نیز مضراتی را به دنبال دارد، زیرا آلودگی آب آزاد به سرعت رخ میدهد. علاوه بر این، وزن مخصوص بالای این سیالات باعث افزایش احتباس آلاینده ذرات جامد میشود (یعنی ذرات کمتر مستعد تهنشین شدن هستند). برای جبران این تهدید، سیستمهای فیلتراسیون باید اصلاح یا ارتقاء داده شوند تا اطمینان حاصل شود که سطوح یاتاقان در معرض سطوح بالای آلودگی قرار نمیگیرند. فیلترهای سه میکرونی نصب شده در یک جریان جانبی برای کنترل آلودگی در کاربردهای هیدرولیک مفید هستند. دمای عملیاتی باید کنترل شود تا از تبخیر بیش از حد و غیر ضروری این سیالات قابل امتزاج با آب جلوگیری شود. دمای کارکرد توصیه شده باید در محدوده 50 درجه سانتیگراد تا 60 درجه سانتیگراد (122 درجه فارنهایت تا 140 درجه فارنهایت) حفظ شود.
یکی دیگر از ملاحظات هنگام استفاده از سیالات زیستتخریبپذیر مبتنی بر آب و محلول در آب در کاربردهای هیدرولیک، آسیب کاویتاسیون به دریچههای کاهش فشار است که ممکن است لازم باشد برای مدت طولانی در حالت تخلیه یا باز باقی بمانند. کاویتاسیون فاز بخار میتواند باعث فرسایش نشیمنگاه سوپاپ به دلیل فشار بخار بالا شود که میتواند منجر به خرابی زودرس شیر تخلیه شود. انتخاب صحیح شیر قبل از تبدیل باید در نظر گرفته شود. آسیب کاویتاسیون به فرسایش یا تخریب سطوح مواد ناشی از تشکیل و فروپاشی حبابهای بخار در یک سیال اشاره دارد. این پدیده معمولاً در سیستمهای سیال دینامیکی مانند پمپها، پروانهها، شیرها و سیستمهای هیدرولیک رخ میدهد، جایی که تغییرات سریع فشار شرایطی را برای کاویتاسیون ایجاد میکند.
گفته شده است که روان کننده موجود در یک قطعه ماشین نیز جزء آن ماشین است. بنابراین باید مانند خود دستگاه از نظر وضعیت نگهداری و نظارت شود. متأسفانه، وضعیت روانکننده اغلب نادیده گرفته میشود تا زمانی که مشکلی ایجاد شود و تنها پس از آن به نظر میرسد کسی نگران تعمیر و نگهداری روانکننده باشد. یکی از دلایل این وضعیت تمایل بسیاری در صنعت به گسترش خودسرانه تخلیه روغن بدون توجه به عواقب آن است. در بیشتر موارد، روانکنندههای زیستتخریبپذیر، مانند PAOهای مصنوعی یا روغنهای گیاهی، میتوانند سه، چهار یا پنج برابر قیمت روغن معدنی قیمت داشته باشند. کاربران اغلب تلاش میکنند تا سرمایه اولیه خود را با نادیده گرفتن عقل سلیم و گسترش تخلیه روغن بدون برنامه منظم و یا بدون انجام دقیق آنالیز روغن، جبران کنند.
به طور کلی، روغنهای زیستتخریبپذیر باید در حین استفاده مانند روغنهای پایه معدنی نگهداری و نظارت شوند. آنها باید خنک، تمیز و خشک (بدون آب) نگهداری شوند و وضعیت آنها باید بر اساس برنامهریزی منظم و با استفاده از تکنیکهای آنالیز روغن در دسترس کنترل شود.
به طور خاص، روانکنندههای زیستتخریبپذیر باید از نظر ویسکوزیته (در هر دو دمای 40 درجه سانتیگراد و 100 درجه سانتیگراد) کنترل شوند. محتوای آب آزاد (با استفاده از یک تکنیک دقیق مانند آزمایش کارل فیشر)؛ عدد اسیدی (که میتواند نشانه دقیقی از هر گونه افزایش در اکسیداسیون ارائه دهد) و آلودگی ذرات جامد (با استفاده از تکنیکهای تست شمارش ذرات) از جمله سایر پارامترهایی است که باید مورد بررسی قرار گیرد. هر نتیجهای که نشان میدهد مشکلی در حال توسعه است باید بررسی شود و شرایط اصلاح شود تا عمر مفید روانکنندههای زیستتخریبپذیر به دست آید.
منبع
Leugner, L. (2019) Biodegradable oils – how to apply and maintain. https://www.machinerylubrication.com/Read/511/biodegradable-oils.
سوالات متداول
روغنهای زیست تخریبپذیر از منابع تجدیدپذیر به دست میآیند و به گونهای فرموله میشوند که در معرض شرایط محیطی مانند نور خورشید، اکسیژن و میکروارگانیسمها به مواد بیضرر تجزیه شوند. از سوی دیگر، روغنهای معمولی از سوختهای فسیلی به دست میآیند و به آسانی تجزیه نمیشوند و در صورت نشت یا ریختن، خطرات زیستمحیطی بالقوه ایجاد میکنند.
در بسیاری از موارد، روغنهای زیستتخریبپذیر بدون نیاز به تغییرات با تجهیزات موجود سازگار هستند. با این حال، مشورت با سازنده تجهیزات یا متخصص روانکار برای اطمینان از سازگاری و عملکرد بهینه ضروری است. در برخی موارد، درزگیرها، واشرها یا سایر اجزا ممکن است نیاز به تعویض یا ارتقا داشته باشند تا روغنهای زیست تخریبپذیر را در خود جای دهند.د.
سرعت تجزیه زیستی به عوامل مختلفی از جمله نوع روغن، شرایط محیطی و وجود میکروارگانیسمها بستگی دارد. در شرایط ایدهآل، برخی از روغنهای زیستتخریبپذیر میتوانند در عرض چند هفته تا چند ماه تجزیه شوند، در حالی که برخی دیگر ممکن است بیشتر طول بکشد. با این حال، توجه به این نکته ضروری است که تخریب کامل ممکن است تحت هر شرایطی رخ ندهد و آثار باقیمانده ممکن است در محیط باقی بماند.
