Od nowoczesnych olejów i smarów oczekujemy przede wszystkim zachowania wysokich parametrów użytkowych w całym okresie użytkowania. Dotyczy to również zastosowania w warunkach odbiegających od standardowych, takich jak bardzo wysokie lub niskie temperatury, a także przy produkcji wyrobów, których przypadkowy kontakt z tymi środkami może mieć wpływ na bezpieczeństwo konsumentów, np. w przemyśle spożywczym czy farmaceutycznym.
Źródło: Trilux
Producenci olejów i smarów są dziś pod presją użytkowników oczekujących wysokich parametrów użytkowych i wydajności, a ponadto regulacji prawnych związanych bezpieczeństwem, w tym z ochroną środowiska, wprowadzanych przez wiele krajów na świecie. To duże wyzwanie dla działów badawczych głównych producentów takich środków i substancji. Jak podano w najnowszym, opublikowanym w lipcu tego roku przez Transparency Market Research (TMR), badaniu „Lubricants Market – Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends, and Forecast 20142020”, rynek producentów jest w znacznym stopniu skonsolidowany. Dziesięciu głównych producentów w 2013 r. skupiało w sobie razem 65,78% światowego rynku. Czołowe firmy, takie jak: Royal Dutch Shell, Chevron, Total, ExxonMobil i BP, obejmują swoją działalnością cały łańcuch wartości światowego rynku środków smarnych. Jak przewidują analitycy TMR, w najbliższych latach to ci dostawcy będą rywalizować na rynku, a nowi gracze mogą napotykać trudności z wejściem i ekspansją ze względu na siłę funkcjonujących już marek.
W raporcie zwraca się uwagę na nowy trend, jakim jest wprowadzenie i rozwój środków smarnych na bazie komponentów „bio” (oleje roślinne, estry itp.). Nadal są one drogie w porównaniu z produktami wykonanymi na bazie olejów syntetycznych lub mineralnych, jednak oczekuje się, że przepisy dotyczące ochrony środowiska będą stymulowały rozwój tego segmentu rynku. Na przykład Międzynarodowa Organizacja Morska (IMO) wydała w 2013 r. zalecenie dla armatorów w sprawie wykorzystania środków smarnych przyjaznych środowisku (EALs). Obecnie prowadzone są prace badawczo-rozwojowe mające na celu opracowanie ekonomicznie opłacalnych i wydajnych środków smarnych na bazie naturalnej, które będą miały potencjał do zastąpienia produktów syntetycznych. Według informacji zawartych w raporcie TMR w 2013 r. olej mineralny stanowił bazę 84,70% (objętościowo) dostępnych na rynku światowym środków smarnych. W 2020 r. udział tego rodzaju produktów ma spaść do 82,79%.
Oczekuje się, że globalny rynek środków smarnych wzrośnie z 39 140,12 tys. ton w 2013 r. do 44 165,11 tys. ton w 2020 r., a skumulowany roczny wskaźnik wzrostu w latach 20142020 wyniesie ok. 1,72%.
Przemysł spożywczy i farmaceutyczny
Środki smarne stosowane w branżach spożywczej i farmaceutycznej, tam gdzie występuje ryzyko kontaktu z wytwarzanymi produktami, poza spełnianiem takich samych wymagań fizykochemicznych oraz związanych z eksploatacją jak w innych gałęziach przemysłu, muszą spełniać dodatkowe kryteria związane z bezpieczeństwem konsumentów. W opracowaniu przygotowanym przez koncern Total wymienia się takie dodatkowe specyficzne wymagania, jak brak: toksyczności, działania fizjologicznego, zapachu, smaku i niepowodowanie zabarwień. Dzieli się też środki smarne stosowane w przemyśle spożywczym na: stopniowo zanikające (tzw. suchy film), ciekłe, emulsje wodno-olejowe, smary plastyczne i stałe. W przypadku produktów żywnościowych uznawane jest za dopuszczalne stężenie środków smarnych na poziomie 10 mg/kg (ppm). Nie mogą one też zawierać żadnych dodatków uszlachetniających zawierających metale ciężkie. Jako zagęszczacze i wypełniacze stosuje się najczęściej proste mydła wapniowe lub kompleksowe zawierające Al, Ca i Li oraz nieorganiczne zagęszczacze krzemionkowe, bentonity i PTFE (teflon). Jak informuje w swoim opracowaniu Total, dozwolone są również kompleksowe sulfoniany wapnia, a zabronione mydła proste innych metali (Al, Na, Ba, Li), zagęszczacze nieorganiczne lub grafit, poliuretany oraz metaliczne (Ag, Cu, Mo, Zn).
Warto zauważyć, że wymagania związane z zapewnieniem bezpieczeństwa konsumentów dotyczą nie tylko konsekwencji związanych z zanieczyszczeniem samych produktów w trakcie procesu produkcyjnego, ale też środków smarnych używanych do produkcji opakowań i w procesie pakowania.
Nowoczesne zautomatyzowane linie produkcyjne ograniczają ryzyko zanieczyszczenia w wyniku awarii. Jednak nawet przy sprawnych urządzeniach i maszynach zawsze występuje kontakt produktów z elementami maszyn, które są smarowane.
Na rynku dostępna jest bogata oferta środków smarnych przeznaczonych dla branży spożywczej. Grupa FUCHS oferuje gamę produktów CASSIDA oraz FM spełniających takie wymagania. Również Loctite (marka Henkel) oferuje smary przemysłowe mające dopuszczenie do stosowania w przemyśle spożywczym oraz specjalne produkty do utrzymania w ruchu części gumowych i wykonanych z tworzyw sztucznych. Producent łożysk – niemiecka firma FAG (Schaeffler Group) – oferuje smar do łożysk tocznych Arcanol FOOD2, a hiszpański producent sprężarek i kompresorów – firma Josval – olej z atestem NSF H1 do kontaktu z żywnością, przeznaczony do smarowania sprężarek śrubowych i tłokowych, nadający się do zastosowań w przemyśle spożywczym oraz w sektorze klinicznym. Linie produktów dla przemysłu spożywczego mają też polskie i światowe koncerny petrochemiczne, np. Orlen Oil (smary Vesta). To oczywiście tylko wybrane przykłady.
Do ciężkiej pracy i nie tylko
Trudne warunki pracy występują również w przemyśle spożywczym, np. w piekarnictwie. Przykładem produktu, który zapewnia smarowanie w trudnych warunkach, jest wysokotemperaturowy smar do łańcuchów firmy OKS – OKS 387, dystrybuowany m.in. przez firmę Megart. Jest to smar syntetyczny z grafitem, przeznaczony do bardzo obciążonych miejsc smarowania przy ekstremalnych temperaturach. Olej bazowy paruje bez pozostałości i bezzapachowo powyżej +200°C, a smarowanie suche zapewnione jest do temperatury +600°C. Znajduje on zastosowanie np. przy smarowaniu łańcuchów w systemach transportowych urządzeń piekarniczych. Smar ten ma kategorię NSF H1.
Można powiedzieć, że na polskim rynku jest obecnie duży wybór środków smarnych przeznaczonych do pracy w wysokich temperaturach. Kolejnym przykładem jest oferowany przez firmę SKF smar wysokotemperaturowy LGED 2, przeznaczony do pracy w trudnych warunkach. Jest to smar plastyczny na bazie syntetycznego oleju fluorowego, z politetrafluoroetylenowym (PTFE) jako środkiem zagęszczającym. Jak podaje firma, sprawdza się on w skrajnie wysokich temperaturach – w zakresie od +180°C do +240°C oraz w agresywnych warunkach, takich jak środowisko kwasowe lub zasadowe, próżnia lub obecność tlenu. Cechy charakterystyczne to: odporność na utlenianie, minimalne straty wskutek parowania w wysokich temperaturach, skuteczna ochrona przed korozją, długi okres eksploatacji w otoczeniu wysoce reaktywnych, agresywnych substancji, np. heksanu lub tlenu w fazie gazowej.
Z kolei do pracy w warunkach skrajnie wysokich nacisków i w niskiej temperaturze SKF poleca smar LGWM 1 o niskiej konsystencji, na bazie oleju mineralnego, zagęszczony za pomocą mydła litowego, z dodatkami uodporniającymi na duże ciśnienie. Szczególnie nadaje się on do smarowania łożysk pracujących równocześnie przy obciążeniu promieniowym i osiowym. Jego cechy według SKF to: dobre tworzenie filmu olejowego w temperaturach aż do 30°C, tłoczność aż do zakresu niskich temperatur, ochrona przed korozją oraz odporność na działanie wody. Typowe zastosowania to m.in. wały główne turbin wiatrowych i aplikacje wykorzystujące łożyska baryłkowe wzdłużne.
Obecnie do pracy w trudnych warunkach, w wysokich temperaturach i jednocześnie w szerokich zakresach temperatur (od 90 do +250°C), coraz częściej wykorzystuje się smary PFPE – na bazie fluorowanych olejów syntetycznych. Jednak nie wszystkie smary PFPE mają podobne właściwości i wybór właściwego oleju bazowego jest tu kluczowy. Do rodziny smarów syntetycznych PFPE należy np. MOLYKOTE G-6000 – wysokotemperaturowy smar do łożysk o zakresie temperatur od 40 do +200°C. Ma dobre właściwości w wysokich i niskich temperaturach, dobrze chroni przed korozją i jest stabilny mechanicznie.
W 2014 r. firma Klüber Lubrication wprowadziła syntetyczny smar Klübertherm HB 88-182, przeznaczony do długotrwałego smarowania łożysk tocznych. Jest produkowany na bazie termicznie stabilnego oleju, zagęszczacza teflonowego (PTFE) i specjalnych dodatków. Smar Klübertherm HB 88-182 wypełnia lukę między smarami na bazie olejów perfluoropolieterowych (PFPE), odpowiednich do pracy w wysokich temperaturach, a konwencjonalnymi smarami wysokotemperaturowymi, szybko dochodzącymi do granicy możliwości w warunkach wysokich obciążeń cieplnych. Jak podaje firma, w wysokich temperaturach nie tworzy pozostałości i osadów, jest odporny na hydrolizę i chroni smarowane elementy przed korozją. Zaletą smaru jest lepsza biodegradowalność niż środków produkowanych na bazie olejów PFPE.
Szczególne wymagania w stosunku do środków smarnych ma branża i przemysł lotniczy. Smary Krytox™ zostały opracowane przez DuPont na początku 1960 r. z myślą potrzebach oraz wymaganiach smarowania w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Dziś są to smary syntetyczne, stale unowocześniane. Muszą działać w wysokiej próżni i ekstremalnych temperaturach, znosić ekspozycję na paliwa, utleniacze i promieniowanie. Spełniają różnorodne specyfikacje wojskowe i sprzętowe, m.in.: MIL PRF-27617, CAGE Code No. 50JY2 i No. 43S57, FSN, NSN 9150-01-008-0498 oraz NATO G-398. W niektórych zastosowaniach, np. w silnikach wentylatorów, smar z serii Krytox™ może zapewnić wydajność w całym okresie użytkowania urządzenia.
Każda branża przemysłowa ma swoje specjalne potrzeby i wymagania w stosunku do środków smarnych. Szczególnie w hutnictwie i górnictwie panują ekstremalne warunki pracy maszyn i urządzeń. W hutnictwie to wysokie temperatury i obciążenia, a w przypadku górnictwa to szeroki zakres temperatur, zapylenie i duża wilgotność. Oferta rynkowa wyspecjalizowanych produktów jest bardzo zróżnicowana. Tylko nasi krajowi potentaci – Orlen Oil i Lotos Oil – mają do zaoferowania po kilkadziesiąt różnych produktów. Praktycznie do każdego zastosowania i do każdych, nawet specjalnych warunków eksploatacji można dobrać właściwy środek smarny. Warto skorzystać z wiedzy i doświadczenia wyspecjalizowanych w takich produktach dystrybutorów.
Wymagania dotyczące środków smarnych stosowanych w przemyśle spożywczym
Na świecie powszechnie korzysta się z zaleceń i wymagań amerykańskiej agencji rządowej Food and Drug Administration (FDA). W praktyce środki smarne przeznaczone dla przemysłu spożywczego muszą spełniać normy NSF (National Sanitation Foundation) – amerykańskiej organizacji pozarządowej, która zapewnia rozwój standardów, rejestrację produktów i je certyfikuje. NSF dzieli środki smarne klasy spożywczej na dwie kategorie: NSF H1 – środki smarne dopuszczone do incydentalnego kontaktu z żywnością, oraz NSF H2 – standardowe środki smarne niedopuszczone do kontaktu z żywnością. Jeśli smar ma certyfikat H1, oznacza to, że jego skład jest zgodny z przepisami FDA, a także spełnia takie wymagania, jak: obojętność zapachowa, smakowa, fizjologiczna oraz jest obojętny dla żywności, w tym ma odporność na specjalne środki dezynfekcyjne i czyszczące.
Z naszych rodzimych norm związanych z bezpieczeństwem w przemyśle spożywczym warto wymienić PN-EN 1672-2+A1:2009 – „Maszyny dla przemysłu spożywczego. Pojęcia podstawowe. Część 2: Wymagania z zakresu higieny”, a zwłaszcza PN-EN ISO 21469:2006 – „Bezpieczeństwo maszyn. Środki smarne mogące przypadkowo kontaktować się z produktem. Wymagania w zakresie higieny”. W jej zakres wchodzą zagrożenia dla higieny, wymagania dotyczące higieny oraz wskazówki dla użytkownika dotyczące higienicznego przechowywania i używania środków smarnych.
W Polsce odpowiednie certyfikaty wydaje Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego – Państwowy Zakład Higieny (NIZP – PZH). Przy okazji warto wspomnieć, że od środków smarnych stosowanych w przemyśle spożywczym niekiedy wymaga się też certyfikatów związanych z zachowaniem przepisów religijnych, rytualnych. Dotyczy to żydowskich przepisów koszerności – certyfikaty Kosher i muzułmańskich Halal (zgodności z prawem islamskim).
Podsumowanie
Obecnie stajemy przed nowymi wyzwaniami. Obserwujemy np. proces intensywnej robotyzacji w przemyśle spożywczym zarówno przy samej produkcji, jak i przy pakowaniu żywności, z czym wiąże się zastosowanie odpowiednich dopuszczonych smarów. Z kolei na zautomatyzowanych liniach montażu części i podzespołów produkowanych masowo poleca się obecnie jako alternatywę woski do smarowania na „sucho”. Zapewniają one film woskowy (suchy w dotyku), który nie tylko dobrze smaruje, ale też chroni przed korozją i nie zanieczyszcza procesu technologicznego. Postęp technologiczny w trybologii jest dziś bardzo szybki i skupiony nie tylko na przeciwdziałaniu tarciu, ale też ochronie środowiska naturalnego i bezpieczeństwie użytkowania środków smarnych.
Autor: Bohdan Szafrański jest od początku lat 90. związany z branżą informatyczną. Ukończył studia podyplomowe z zakresu informatyki i telekomunikacji na Politechnice Warszawskiej. Zajmował się zagadnieniami normalizacyjnymi w Polskim Komitecie Normalizacyjnym. Publicysta, dziennikarz. Obecnie publikuje m.in. w prasie specjalistycznej skierowanej do służb utrzymania ruchu w przemyśle.
Tekst pochodzi ze specjalnego wydania „Smary i Oleje 2016/2017”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
