潤滑劑的前世今生

藝康

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場空間的不斷擴(kuò)大，食品飲料行業(yè)得到了空前的發(fā)展，生產(chǎn)方式快速向規(guī)?；⒓谢?、自動化、超高速化轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)效率大幅提高。單條啤酒、飲料生產(chǎn)線的罐裝速度從5000瓶/小時提升到40000瓶/小時，甚至更快，而不斷提高的罐裝速度及不斷更新的包裝類型對輸送帶的潤滑方式和潤滑效果提出了巨大的挑戰(zhàn)。

潤滑的本質(zhì)

所謂潤滑就是用具有特殊性質(zhì)的材料（液體、氣體、固體等）將發(fā)生相對運動的摩擦表面分隔開來，避免兩摩擦表面直接接觸，變干摩擦為潤滑材料分子間的摩擦，達(dá)到降低磨損，延長設(shè)備使用壽命的效果。對于啤酒、飲料生產(chǎn)線輸送帶，主要存在的摩擦為：瓶子與鏈板之間，鏈板與鏈板導(dǎo)條之間的滑動摩擦及鏈板節(jié)環(huán)處的滾動摩擦。據(jù)文獻(xiàn)介紹，干摩擦狀態(tài)下的磨損率可達(dá)邊界摩擦?xí)r的105倍。潤滑劑的使用，使得各介質(zhì)間的摩擦形式由干摩擦轉(zhuǎn)化成邊界摩擦，在減少倒瓶率的同時，極大地降低了磨損率，提高了生產(chǎn)效率。

潤滑方式的發(fā)展

早期輸送帶的潤滑方式采用皂液浸泡槽，即利用浸泡鏈板的方式用皂液進(jìn)行潤滑。雖然這種方式在一定程度上解決了倒瓶及設(shè)備磨損問題，解決了潤滑的“有”和“無”的問題，但是隨著生產(chǎn)線速度的提高，一系列弊端逐漸體現(xiàn)—倒瓶問題、衛(wèi)生環(huán)境惡化、生產(chǎn)成本增加等都嚴(yán)重影響其使用。在此情況下，亟需對該潤滑方式進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)生產(chǎn)的發(fā)展，于是集中潤滑系統(tǒng)迅速地推廣開來。

集中潤滑系統(tǒng)由中央泵站、控制系統(tǒng)、管道和噴嘴組成。潤滑劑泵入管道內(nèi)與水進(jìn)行在線混和，之后被分配到生產(chǎn)線的各個區(qū)域，通過噴嘴噴灑到鏈板上，實現(xiàn)對鏈板的潤滑。其優(yōu)勢在于，可以根據(jù)各個區(qū)域?qū)τ跐櫥Ч牟煌?，調(diào)整噴淋時間及潤滑劑的濃度，節(jié)省生產(chǎn)成本，并且簡化了操作流程。

近年來，隨著環(huán)保意識和節(jié)水節(jié)能意識逐步深入人心，干潤滑逐漸取代傳統(tǒng)的濕潤滑并成為主流，特別是在飲料行業(yè)PET包裝線。干潤滑的特點在于潤滑劑在使用過程中不需要與水進(jìn)行混和，通過壓縮空氣將產(chǎn)品原液分配到生產(chǎn)線的各個區(qū)域，或用噴嘴噴淋，或用毛刷涂抹的方式使?jié)櫥瑒┰阪湴迳闲纬梢粚臃€(wěn)定的邊界膜，從而達(dá)到潤滑鏈板的目的。干潤滑的出現(xiàn)極大地改善了生產(chǎn)衛(wèi)生環(huán)境，降低了生產(chǎn)水耗及污水處理的成本，使行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

不同潤滑劑產(chǎn)品的“得與失”

對于輸送帶而言，為達(dá)到良好的潤滑效果，所用的潤滑劑需能在鏈板表面形成邊界膜?，F(xiàn)在市場上使用的絕大多數(shù)潤滑劑都是以表面活性劑為主要成分的產(chǎn)品，表面活性劑具有油性的疏水基團(tuán)，具有很好的潤滑性能；同時又有親水端，可以展現(xiàn)出較好的水溶性。親水端吸附在不銹鋼或玻璃基體表面，長碳鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)則在基體上定向排列，在鏈板與被輸送物之間形成極薄的邊界膜，從而產(chǎn)生潤滑作用。同時，表面活性劑能降低水的表面張力，能有效實現(xiàn)潤滑劑在輸送鏈條表面的擴(kuò)散和粘附。

在實際應(yīng)用過程中，潤滑劑產(chǎn)品不僅需要具備優(yōu)良的潤滑性能，還需要具備耐硬水性能（阻垢）、清潔性能、良好的抑菌性能、與包材的兼容性能（塑料瓶包裝線）。

早期的潤滑劑產(chǎn)品多以皂基類濕潤滑劑為主，這類產(chǎn)品主要成分是陰離子表面活性劑（長鏈脂肪酸鹽）。由于具有很好的表面延展性，這類產(chǎn)品具有優(yōu)良的潤滑效果。不過缺點也很多，如泡沫多、耐硬水性差、抑菌性差等。另外，由于產(chǎn)品的堿性特點，使得其與PET、PC材質(zhì)不兼容，容易造成包材的應(yīng)力破裂問題，嚴(yán)重影響該類產(chǎn)品的使用效果，如今只有少數(shù)的生產(chǎn)線仍使用該類產(chǎn)品。

脂肪胺類潤滑劑是現(xiàn)在主流的濕潤滑產(chǎn)品，該類潤滑劑主要成分是脂肪胺有機(jī)酸鹽，屬于陽離子表面活性劑，由長鏈脂肪胺（C12-18）與有機(jī)酸合成產(chǎn)生。這類產(chǎn)品具有優(yōu)良的潤滑效果，較好的抑菌性；由于該類脂肪胺衍生物屬于弱酸弱堿鹽，堿性水質(zhì)環(huán)境下不穩(wěn)定，會水解成疏水的脂肪胺，產(chǎn)生沉淀物；同時，脂肪胺陽離子可以與水中的硫酸根離子、碳酸根離子等反應(yīng)生成不溶于水的脂肪胺無機(jī)酸鹽，會導(dǎo)致潤滑管道和噴嘴的堵塞。使用過程中需要注意水質(zhì)的影響，同時，為防止噴嘴的堵塞，需要定期用酸性清洗液對潤滑系統(tǒng)進(jìn)行清洗。

非離子表面活性劑類和磷酸酯類潤滑劑是近年來新型的濕潤滑劑產(chǎn)品。出色的潤滑性能使其能適用于罐裝速度不斷提高的生產(chǎn)線，低泡性也讓生產(chǎn)衛(wèi)生環(huán)境得以更好的改善。正是技術(shù)上的優(yōu)勢，它們正逐步取代脂肪胺類產(chǎn)品成為高速生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品。

傳統(tǒng)的濕潤滑產(chǎn)品雖然通過不斷地更新改進(jìn)以適應(yīng)著包裝線技術(shù)的發(fā)展，但是仍然存在諸多短板：①由于潤滑劑成分在輸送帶鏈板表面形成的邊界膜不夠穩(wěn)定，一系列的機(jī)械作用及物理化學(xué)作用會導(dǎo)致邊界膜的破裂，為防止摩擦形式由邊界摩擦轉(zhuǎn)化成干摩擦，造成磨損及倒瓶問題，需要加大潤滑劑的噴淋頻率，從而造成水耗的增加，潮濕的環(huán)境也會帶來一系列衛(wèi)生問題。②潤滑劑需要和水混和使用，潤滑劑成分的穩(wěn)定性會受到水質(zhì)的影響，形成沉淀物，造成噴嘴堵塞問題。

進(jìn)入新世紀(jì)以來，可持續(xù)發(fā)展、環(huán)保、水節(jié)能等主題逐漸被食品飲料行業(yè)接受，各種與其相關(guān)的新技術(shù)新產(chǎn)品不斷地被引入行業(yè)。而干潤滑技術(shù)正借著這個趨勢逐步引領(lǐng)改變著鏈帶潤滑劑未來的發(fā)展方向。干潤滑劑產(chǎn)品通常不與水混和使用，產(chǎn)品原液出色的界面附著性能，使得少量的產(chǎn)品就可以達(dá)到較好的潤滑效果。

如今，干潤滑產(chǎn)品比較成熟地應(yīng)用于塑料輸送帶/PET瓶包裝線上。干潤滑產(chǎn)品類型通常是硅油乳化液，硅油通過表面活性劑的作用，與水形成O/W乳化體系。其使用時不需要與水混和，而是通過壓縮空氣將乳化液直接噴淋到輸送帶鏈板上，硅油對于非極性的塑料表面具有很好的吸附性，可以形成穩(wěn)定的邊界膜，極少量的產(chǎn)品可以達(dá)到非常出色的潤滑效果。整個生產(chǎn)線由于沒有水的介入，會保持干凈整潔的環(huán)境，同時降低了生產(chǎn)水耗和下游污水處理費用，初步統(tǒng)計，一條普通生產(chǎn)線一天可節(jié)水近20噸。雖然具有省水，保持干凈的衛(wèi)生狀況等優(yōu)點，但是鏈帶的類型、新舊程度、生產(chǎn)線布局、各段運行速度、是否有水灑入鏈帶等等因素都會影響其使用效果。所以在選擇潤滑劑前，我們需要對整條生產(chǎn)線的特點有一定的了解。今后，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新型的干潤滑產(chǎn)品逐漸會克服一些使用短板，從而得到更為廣泛的應(yīng)用。

而對于不銹鋼鏈板而言，由于生產(chǎn)線的特性和目前技術(shù)的局限性，半干潤滑產(chǎn)品會逐步成為該領(lǐng)域的主導(dǎo)。雖然產(chǎn)品需要與水混和使用，但是由于產(chǎn)品具有較好的界面吸附性能，可以通過減少噴淋頻率（相對于濕潤滑），在節(jié)水的同時滿足生產(chǎn)線對潤滑效果的要求。雖然該類產(chǎn)品在國內(nèi)剛剛起步，隨著產(chǎn)品技術(shù)的不斷完善，相信在不久的將來，該類產(chǎn)品會綻放出絢麗的光芒。