ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВА, МАСЕЛ И СПЕЦИАЛЬНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
Все сорта топлива, смазочные материалы и специальные жидкости в той или иной степени ядовиты (токсичны) и огнеопасны, а топлива и органические растворители к тому же еще и взрывоопасны. Поэтому необходимо хорошо знать основные экологические свойства топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей, которые воздействуют на человека и окружающую среду и могут проявляться при хранении, транспортировании или использовании. К наиболее важным относятся: токсичность, пожароопасность, взрывоопасность и способность электризоваться. Развитие современного общества связано с использованием энергии. в связи с ускорением научно-технического прогресса исключительно важная роль отводится топливно-энергетическим ресурсам. при складывающейся структуре современного производства большую роль составляют жидкие и газообразные виды топлива - газ, дизельное топливо, бензин, мазут и различные масла в качестве основного энергетического средства всех мобильных машин (автомобилей, тракторов, комбайнов), благодаря компактности, экономичности и малой удельной массе (кг/кВт) господствующее положение заняли двигатели внутреннего сгорания (ДВС) - карбюраторные и дизельные с точки зрения экономии жидкого топлива, а также уменьшения загрязнения окружающей среды все более активно находит применение газовое топливо, таковым является выделяющийся при добыче нефти попутный газ, пропано-бутановая смесь, получаемая при переработке нефти, природный, а также генераторный газ - продукт сухой переработки дерева или угля. Несмотря на богатые природные ресурсы нашей страны и большой объем производства топлива, требуется экономное использование топливно-энергетических ресурсов. чтобы решить эту задачу необходимо знать и применять в производстве характеристики и свойства энергоносителей, с одной стороны, а с другой стороны характеристики машин и механизмов где они применяются, чтобы повысить надежность и долговечность этих устройств в эксплуатации.
Влияние смазочных материалов на биосферу и человека весьма разнопланово и определяется многими факторами. Оно проявляется на этапах производства, применения, регенерации и утилизации отработанных продуктов.
В условиях применения экологический аспект проблемы определяется химическим составом смазочного материала, параметрами работы узлов трения (давление, температура и т.п.), а также профессиональным уровнем персонала. Условия применения определяют степень и скорость «старения» смазочного материала, накопление экологически опасных соединений.
В решении экологических проблем применения смазочных материалов существуют два направления. Первое — улучшение качества и разработка новых, экологически безопасных продуктов. Второе — утилизация и регенерация отработанных смазочных материалов, важнейших техногенных отходов.
Товарные смазочные материалы содержат основу — базовое масло (от 70 до 90%) из нефтяного, альтернативного или смешанного сырья, а также присадки и добавки различного функционального назначения. Важнейшими свойствами базовых масел и присадок, определяющими их потенциальную опасность, являются токсичность, канцерогенность, стабильность состава и свойств, испаряемость и биоразлагаемость, а также взрывопожаро-опасность.
Токсичность нефтяных маселповышается с ростом их молекулярной массы, кислотного числа, с увеличением в их составе доли аренов, смол и соединений серы. Соединения с разветвленной боковой цепью менее токсичны, чем нормального строения. Циклические соединения обычно токсичнее алифатических, ненасыщенные более токсичны, чем насыщенные. Опасность увеличивается с ростом растворимости масляных компонентов в жидкостях (прежде всего, в воде и животных жирах), что повышает возможность их проникания в экосистемы и живые организмы.
Нефтяные масла, кроме обычной токсичности, обладают фитотоксичностью— способностью к ожиганию растений, зависящей от химического состава и физико-химических свойств масел. Это свойство наиболее важно при использовании масел в природных экосистемах (лесная промышленность) и агроценозах (сельское хозяйство).
Наиболее фитотоксичными компонентами нефтяных масел являются непредельные и ароматические углеводороды, которые при окислении кислородом воздуха образуют кислоты, обладающие фитоцидным действием.
Канцерогенность.Ряд соединений масляных фракций нефти обладает канцерогенностью. Наиболее сильными канцерогенами в нефтяных маслах являются арены (ПДК 0,01—100 мг/ м3), олефины (1 — 10 мг/м3), соединения серы (0,8—50 мг/м3), азота (0,01—2 мг/м3) и кислорода (0,1—50 мг/м3). Особую опасность представляют биологически активные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — соединения с конденсированными бензольными кольцами. ПАУ различаются по числу и расположению таких колец и алкильных заместителей и могут содержать в молекуле гетероатомные функциональные группы (кислород-, азот-, серосодержащие). Биологической активностью обладают би- и трициклические соединения; к наиболее канцерогенным относят высшие ангулярные ПАУ с числом колец от 4 до 7. Вещества с числом колец более 7 в составе масел неизвестны. Гибридные циклоалканоарены также канцерогенны.
Наиболее безопасными в токсикологическом отношении из числа нефтяных являются масла нафтено-парафинового основания.
Показателем канцерогенности в большинстве стран служит содержание в масле бенз-апирена, суммарное токсическое действие которого примерно в 10 000 раз выше по сравнению с оксидами азота. Масла содержат не более 50 млн"бенз-апирена, а прочие ПАУ присутствуют в количестве порядка от миллиона до триллиона. (большинство составляют соединения с алкильными боковыми цепями). При длительном воздействии на кожу нефтяные масла способны вызвать дерматиты и в некоторых случаях — раковые заболевания.
В целом, товарные базовые масла отличает малая токсичность при непосредственном контакте с объектами окружающей среды. В процессе эксплуатации техники канцерогенность нефтяных масел может повышается: отработанные масла и отработавшие газы двигателей содержат ПАУ типа бензантрацена, бензфлуорантена, бензальфапирена и др.
Испаряемость.Основу нефтяных дистиллятных смазочных масел, как правило, составляют фракции нефти с пределами выкипания 350—500°С. Повышенная испаряемость масел, т.е. потеря легких фракций, наблюдается преимущественно в условиях применения смазочного масла. Это приводит к повышенному расходу масла.
Нефтяные масла имеют невысокие значения давления насыщенных паров, и отравление их парами — явление чрезвычайно редкое.
Масла могут проникать в организм даже через неповрежденную кожу, растворяясь в жирах и жироподобных веществах, покрывающих кожу (особенно легко под давлением при повышенных температурах). На слизистые оболочки органов дыхания и глаз масла оказывают раздражающее действие как в жидком, так и в парообразном состоянии. Пары масел не вызывают отравления при кратковременном контакте, они не взрывоопасны.
Влияние масла на состав автомобильных отработавших газов.Совершенствование конструкции двигателя и увеличение сроков службы моторных масел ведут к росту нагрузок на последние, что негативно отражается на составе отработавших газов. Предпочтительно применение высокоиндексных базовых масел, синтетических масел полиолефинового типа и сложных эфиров, вязкостных присадок с малой степенью деструкции в процессе эксплуатации, нетоксичных присадок, продукты сгорания которых нейтральны по отношению к окружающей среде и не отравляют каталитические нейтрализаторы отработавших газов.
Стабильность состава и свойств масел.Сохраняемость и совместимость масел с прочими техногенными материалами характеризуют физическая стабильность и испаряемость. Изменения свойств масел возможны при длительном хранении в результате испарения легких фракций. Совместимость масел с конструкционными материалами — в основном неметаллическими, резинами, каучуками характеризуется тем, что при контакте с маслом детали, выполненные из данных материалов, не изменяют свои размеры и свойства, не набухают и не теряют эластичности.
Биоразлагаемость и биостойкость масел.При хранении и эксплуатации техники во влажной атмосфере химический состав масла и свойства ухудшаются за счет поражения масла микроорганизмами. Избыток влаги активирует питательную среду для развития грибков и бактерий. Для работы в такой атмосфере требуется повышенная биостойкость смазочных материалов, достигаемая применением биоцидных присадок.
При попадании смазочных материалов в окружающую природную среду необходима высокая биоразлагаемость, обеспечивающая быстрое самоочищение экосистем от загрязнений. Это требование относится в первую очередь к смазочным материалам, используемым в экологически уязвимых областях — лесной промышленности, сельском хозяйстве, стройиндустрии, медицине. Современные международные нормы для биоразлагаемости смазочных материалов составляют не ниже 70% за 21 сутки.
