สารหล่อลื่นชีวภาพมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสนับสนุนความต้องการด้านการปกป้องสิ่งแวดล้อม มีการบรรยายถึงสารหล่อลื่นชีวภาพ 2 ประเภทหลัก ได้แก่ น้ำมันจากพืช และน้ำมันสังเคราะห์ ซึ่งมีการบันทึกไว้เป็นอย่างดีเมื่อเปรียบเทียบกับสารหล่อลื่นพื้นฐานที่ใช้น้ำมันแร่แบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม มีข้อมูลเพียงเล็กน้อยที่บริษัทน้ำมันรายใหญ่หรือผู้ผลิตสารหล่อลื่นชีวภาพเหล่านี้ได้ให้ไว้ เกี่ยวกับแนวทางการใช้งานและการบำรุงรักษาสารหล่อลื่นเมื่อเริ่มใช้งานจริงกับเครื่องจักร ผู้ใช้งานในภาคอุตสาหกรรมต้องเตรียมตัวที่จะปฏิบัติต่อสารหล่อลื่นชีวภาพแตกต่างจากน้ำมันแร่แบบปกติ เพื่อให้เข้าใจข้อกำหนดด้านการใช้งานและการบำรุงรักษา จึงจำเป็นต้องทบทวนประเภทต่าง ๆ ของสารหล่อลื่นชีวภาพ พร้อมทั้งชี้ให้เห็นถึงข้อดีและข้อเสียของแต่ละประเภท
น้ำมันพื้นฐานจากพืช
ตัวอย่างเช่น น้ำมันข้าวโพด น้ำมันถั่วเหลือง น้ำมันคาโนลา น้ำมันดอกทานตะวัน น้ำมันถั่วลิสง น้ำมันมะกอก
ในสภาพธรรมชาติ น้ำมันเหล่านี้ประกอบด้วยโครงสร้างโมเลกุลประเภทไตรกลีเซอไรด์เป็นหลัก ส่งผลให้มีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพ เช่น ความเสถียรด้านความร้อน ความเสถียรต่อไฮโดรไลซิส (การแตกตัวด้วยน้ำ) และการต้านการเกิดออกซิเดชัน (การเสื่อมจากการสัมผัสออกซิเจน) ที่ต่ำ
ตัวอย่างเช่น น้ำมันพืชธรรมชาติโดยส่วนใหญ่ไม่สามารถทนอุณหภูมิของถังเก็บที่สูงกว่า 80°C (176°F) ได้ แม้แต่น้ำเพียงเล็กน้อยไม่กี่ร้อยส่วนในล้านส่วน (PPM) ก็ถือเป็นศัตรูของน้ำมันพืช และสามารถก่อให้เกิดปัญหาโฟมและการเสื่อมสลายได้ น้ำมันพืชโดยทั่วไปยังมีข้อเสียในเรื่องการไหลตัวที่อุณหภูมิต่ำ (Cold Flow)
ข้อดีของน้ำมันพืช
ในทางกลับกัน น้ำมันพืชเหล่านี้มีคุณสมบัติการหล่อลื่นที่ดีเนื่องจากมีลักษณะขั้วโมเลกุล (Polar Nature) ซึ่งทำให้สามารถเกาะติดกับโลหะได้ดี และยังสามารถละลายสิ่งสกปรกออกจากพื้นผิวโลหะได้
โครงสร้างโมเลกุลของน้ำมันพืชให้ความหนืดและดัชนีความหนืด (Viscosity Index) ที่สูงตามธรรมชาติ และด้วยการดัดแปลงพันธุกรรม (Genetic Modification) ได้ช่วยแก้ปัญหาความเสถียรด้านความร้อนและการเกิดออกซิเดชัน โดยเฉพาะในน้ำมันถั่วเหลืองและน้ำมันคาโนลา
การใช้งานสารหล่อลื่นชีวภาพ
การใช้สารหล่อลื่นชีวภาพเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมที่อาจมีน้ำมันรั่วไหลลงสู่สิ่งแวดล้อม เช่น การทำป่าไม้ การทำเหมืองแร่ การผลิตน้ำมันและก๊าซบางประเภท
ตัวอย่างการใช้งานที่เหมาะสม
- น้ำมันหล่อลื่นโซ่เลื่อยในโรงเลื่อยไม้
- น้ำมันหล่อลื่นใบเลื่อย
- น้ำมันหล่อลื่นตัวนำเลื่อย (ในกรณีนี้ น้ำมันจะถูกใช้แล้วปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยตรง)
เหมาะสำหรับ ระบบไฮดรอลิกแรงดันต่ำถึงปานกลาง ระบบเกียร์ที่รับน้ำหนักเบาที่อุณหภูมิการทำงานไม่เกิน 71°C (140°F) และมีโอกาสปนเปื้อนน้ำหรือละอองฝุ่นน้อย
ข้อควรพิจารณาก่อนการเปลี่ยนมาใช้สารหล่อลื่นชีวภาพ
ลักษณะของสารหล่อลื่นชีวภาพอาจแตกต่างจากน้ำมันแร่ทั่วไปอย่างมาก
การเปลี่ยนมาใช้สารหล่อลื่นชีวภาพ ไม่ได้ง่ายแค่ การระบายน้ำมันเก่าออกแล้วเติมน้ำมันใหม่เข้าไปเท่านั้น ก่อนจะทำการเปลี่ยน ควรพิจารณา:
- อุณหภูมิการทำงาน
- ความดันและอัตราการไหลในระบบ
- ประเภทของวัสดุปิดผนึกและท่อที่ใช้
- ความเสี่ยงต่อการปนเปื้อน เช่น น้ำ ฝุ่น หรือสิ่งสกปรก
- คุณภาพของระบบกรอง ว่าเพียงพอสำหรับน้ำมันใหม่หรือไม่
ความเข้ากันได้กับน้ำมันแร่
ประเด็นที่สำคัญที่สุดคือความเข้ากันได้ของน้ำมันชีวภาพกับน้ำมันแร่ ถ้าไม่เข้ากัน และมีน้ำมันแร่เหลืออยู่ในระบบ อาจทำให้เกิดปัญหาต่าง ๆ เช่น ฟองมากผิดปกติ ซีลรั่ว (โดยเฉพาะถ้าใช้ซีลนีโอพรีนหรือไนไตรล์) ไส้กรองอุดตัน การสึกหรอสูงขึ้นในชิ้นส่วนบางอย่าง (เช่น ปั๊มไฮดรอลิก) อุณหภูมิการทำงานเพิ่มสูงขึ้น ดังนั้นหากน้ำมันใหม่ไม่เข้ากับน้ำมันเก่า ต้อง ล้างระบบอย่างละเอียด ก่อนการเปลี่ยนถ่าย
กลุ่มของสารหล่อลื่นชีวภาพประเภทสังเคราะห์
ถัดไปคือกลุ่มของน้ำมันสังเคราะห์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ได้แก่
Polyalphaolefins (PAOs)
ใช้กันมากขึ้นใน น้ำมันไฮดรอลิก น้ำมันเครื่องยนต์ (โดยเฉพาะในสภาพอากาศหนาวเย็น)
และในระบบที่ความดันไฮดรอลิกสูงถึง 7,000 PSI หรือมากกว่า
ข้อดี
- ใช้งานได้ในอุณหภูมิกว้าง
- ดัชนีความหนืดสูง
- ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ลดการสึกหรอ
ข้อเสีย
- อาจทำให้วัสดุปิดผนึกบางชนิดหดตัว (เกิดการรั่วในช่วงแรก)
Diester
ดีเยี่ยมสำหรับเครื่องอัดอากาศ (Compressor) และกังหัน (Turbine)
ข้อควรระวัง
- ละลายสีและเคลือบได้ง่าย เพราะมีคุณสมบัติทำความสะอาดสูง
- ควรลอกสีที่สัมผัสกับน้ำมันภายใน เช่น ในถังพักน้ำมัน และล้างระบบอย่างทั่วถึงก่อนใช้งาน
Polyglycols (PAGs)
เป็นสารหล่อลื่นที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและทนไฟได้ ไม่เข้ากันกับน้ำมันแร่ และสามารถส่งผลเสียต่อวัสดุปิดผนึกและสี
ข้อเสียเพิ่มเติม
ละลายน้ำได้ ทำให้มีแนวโน้มที่จะปนเปื้อนด้วยน้ำได้ง่าย ควรใช้ไส้กรองละเอียด (3 ไมครอน) เพื่อกรองสิ่งสกปรก
การควบคุมอุณหภูมิและการเลือกวาล์ว
ต้องควบคุมอุณหภูมิการทำงานของ Polyglycol ให้อยู่ระหว่าง 50°C ถึง 60°C เพื่อหลีกเลี่ยงการระเหยของน้ำต้องระวังวาล์วระบายแรงดัน (Pressure Relief Valves) ที่ต้องเปิดค้างนาน ๆ เพราะอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนจากโพรงอากาศ (Cavitation) ซึ่งทำให้วาล์วเสียหายเร็ว ควรเลือกวาล์วที่เหมาะสมก่อนการใช้งาน
การตรวจสอบสภาพของน้ำมันชีวภาพระหว่างการใช้งาน
การตรวจสอบไม่แตกต่างจากน้ำมันไฮดรอลิกพื้นฐาน:
- การทดสอบความสะอาด (Contamination Testing)
- ใช้วิธีนับอนุภาคอิเล็กทรอนิกส์ ขนาด 4, 6 และ 14 ไมครอน
- รายงานโดยใช้รหัสความสะอาด ISO 4406
- ตัวอย่างเช่น ระบบ Vickers ต้องไม่เกินระดับ 16/13/12
- การทดสอบปริมาณน้ำ (Water Content Testing)
- น้ำเป็นศัตรูของสารหล่อลื่นทุกประเภท โดยเฉพาะน้ำมันพืช
- ต้องควบคุมความชื้นไม่ให้เกิน 500 PPM
- ใช้การทดสอบแบบ Karl Fischer เพื่อวัดความชื้นอย่างแม่นยำ
- การทดสอบค่าความเป็นกรด (Total Acid Number – TAN)
- ค่าความเป็นกรดต้องไม่เพิ่มเกิน 1.5 mg KOH/gm
- การทดสอบความหนืด (Viscosity Testing)
- ความหนืดต้องไม่เปลี่ยนแปลงเกิน 10% จากค่ามาตรฐาน
- ต้องวัดที่ 40°C และ 100°C เพื่อตรวจสอบอัตราการเฉือนของความหนืด (Shear Rate)
หมายเหตุ ควรทำการทดสอบเหล่านี้ตามรอบการบำรุงรักษาที่กำหนด เช่น ทุก ๆ 350-500 ชั่วโมงการทำงาน เพื่อยืดอายุการใช้งานของสารหล่อลื่น
โดย L. (Tex) Leugner
