植物油在潤滑油上的用途
Vegetable oil usage in lubricants

by Ilija Gawrilow, Business Development Manager for spectrum ingredients
INFORM (AOCS), Volume 15 (11), November 2004


每年進入生物環境內的500~1,000萬公噸石油基質油化學品，其中約40%係從溢出物(Spill)，工業及市區廢棄物與排放物，煉油過程副產物以及船舶引擎排放物而來。由於對環境的關心高漲，以致植物油正在尋找其在工業上及運輸上的應用，做為潤滑油等用途，以利環保。

這些油脂，對於資源再生性與生物可分解性上，提供了重要的環境裨益，同時又在一連串的應用上提供可滿足的作業功效。合成酯類基質液油，雖然亦提供了上述有關裨益，但其價格高昂而令人不敢問津。目前有各種原料可供為製造植物性潤滑油。近來，全世界生產1億2,500萬公噸的植物油而經採用這些植物油，尤其高度飽和脂肪，可配製潤滑油，但卻遭遇到其獨特的挑戰，蓋因其三甘油酯擁有低溫高粘性，氧化不穩定性，加水不穩定性等，問題所致。

天然潤滑油歷史: (Natural Lubricants History)

橄欖油早在紀元前1650年就供為潤滑油。由橄欖、油菜籽、萞麻籽、棕櫚籽、抹香鯨、豬、羊等，製煉所得各種油脂，從紀元50年到19世紀初，一直供給人類使用做為潤滑油，但這些天然油脂擁有穩定性上的限制。

從18世紀末的工業革命一直到19世紀，促進採用價廉而加熱與氧化穩定性良好潤滑油的需求。經於1930年起，計劃努力以開發廣泛溫度使用範圍的合成潤滑油而目前植物油由於價廉並且可從可再生的資源製供，以致可供為合成酯類的生物可分解性替代油脂，做為潤滑油而引起有關產業的注目。

現代用途: (Modern uses)
通常，植物油係被應用在機械裝置上，其油滑油洩漏不可避免或該裝置系統，係經設計採用損耗性潤滑油予以作業者，諸如:

  • 二衝程引擎油(Two stroke engine oils)

  • 機器鋸油(Chainsaw bar oils)

  • 油壓機油(Hydraulic oils)

  • 離型油(Mold release oils)

  • 農場、礦場及林場用裝置(Farming, mining & forestry equipments)

  • 開放齒輪潤滑油(Open gear lubricants)

  • 滑膏(Grease)

  • 燃料油(Fuels)

潤滑特性功效: (Lubrication issues)

油脂的流動性，係由於分子組成，分子內作用力以及分子量而異。大部份價廉的植物油並不能當做潤滑油，蓋因其含有太飽和或太不飽和脂肪酸所致。飽和脂肪酸含有太多的結晶性脂肪，而當溫度降低時，會引起裝置阻塞作用而影響作業。單元不飽和脂肪酸的油脂能夠呈現最佳氧化穩定性及低溫流動性佳。高穩定性而低傾瀉點(Pour point)的植物油，可經由轉換所有的脂肪酸基為單元不飽和脂肪酸基，以製供為潤滑油。因此，潤滑基質油，必須擁有脂肪酸的平衡而最好以高層次單元不飽和而最低限度多元不飽和者為宜，並且供為冷寒氣候使用時，以完全不含飽和脂肪者為理想。

表-1係與礦物油比較，有關植物油的上述特性例。不像大部份的礦物油，而植物油擁有甚高的粘度指數(Viscosity index)。此係基準油在40℃與100℃之間的粘度相對變化值並表示在擴大溫度範圍內的粘度變化。植物油比礦物油(石油系油脂)擁有較高閃火點(Flash point)而其傾瀉點與礦物油相當。礦物油更易促使傾瀉點抑制添加劑(Pour point depressant additives)發生作用效果，猶如可抑制礦物油中的石臘奏效，然而大部份的植物臘質卻不易產生效果。但仍不必擔憂植物油做為潤滑油的缺點。礦物油若未予添加有關抑制添加劑，亦不能符合大部份潤滑功能。為提升改進基質油的添加劑，計有抗氧化劑(Antioxidants)，清潔劑(Detergents)，分散劑(Dispersants)，增稠劑(Thickeners)，摩擦調節劑(Friction modsfiers)，粘度調節劑(Viscosity modifiers)，傾瀉點抑制劑(Pour point depressants)，抗摩損劑(Anti wear agents)，抗泡劑(Foam inhibitors)，鐵與腐蝕抑制劑(Rust & corrosion inhibitors)，抗乳化劑(Demulsifiers)以及其他添加劑(例如色料及生物滅絕劑Biocides)。

所欲植物油特性: (Desired Vegetable Oil Characteristics)

明年，環境友善潤滑油的全球市場，將平衡成長而最大的需求在於歐洲及加拿大等，最具環境意識及有關規制的諸國家。潤滑油產業能夠利用油籽生物科技的優點，予以製造能夠與目前在潤滑油產業所使用穩定添加劑互相溶解的較佳功能基質油脂。

選擇適宜的植物油以供這個產業，將依賴該油脂是否較價廉，低溫度可使用性，以及可接受的氧化及加熱穩定性為要。就特殊用途而言，其對某些添加劑的相溶性，將對其製造為必需者。擁有碘價(IV)50~130的植物油可供為理想的油壓機油。IV 50以下者，由於缺乏不飽和性而傾瀉點太高。然而IV 130以上者，則趨於氧化不穩定化。某些植物油所含的脂肪酸，例如棕櫚油，趨於比礦物油更容易粘貼在金屬表面，以致改善潤滑性。

應用測試: (Application testing)

潤滑油配方，在典型上須經許多次篩選測試(Screen tests)以評估其效果，而供為特殊應用。一旦通過大部份或全部篩選測試，則最後就可供為實際上的終端裝置使用測試。在其測試結論，係以評估沈澱物的生成，酸價提升，配方劣變，損耗，磨損(Scuffing)，重量損失，以及其他性狀為要。隨各應用場合擁有各種特定試驗以及其粘貼性為要。

潛力市場: (Potential markets)

如下列表，潤滑油可分為兩大主要部門: 引擎潤滑油與非引擎潤滑油。引擎油滑系統係可能最具挑戰者而要求其作業功效並且在許多引擎上應用時植物油並未符合技術與作業功效的需求。在引擎油方面，最為有希望者為二衝程及四衝程引擎油。非引擎油在潤滑特性上，較不需擁有技術上及功效上的需求，以致成為植物油基質潤滑油最為具潛力的商機。

在植物油基質潤滑油市場，能夠成功暢銷的關鍵因素，在於擁有技術品質，作業功效，價格及安全使用等，優勢。對於最有希望的市場部門，就其市場規模及各項應用上的特定品質予以覆查評論如下。

二衝程引擎油: (Two-cycle engine oils)

二衝程引擎(Two-cycle engine)在設計上，會排出部份未燃燒的燃料及潤滑油。船尾馬達(Out board motor)，由於直接排放廢氣到水域，以致尤其產生有關環境污染問題。因此，在歐洲，業已規制其使用植物油基質的潤滑油才行，而在世界各地區亦依然要求遵守。價格問題仍為關心而當政府立法加強要求時，其市場將增進成長。植物油基質油，必須擁有良好的低溫作業特性，優良氧化穩定性，以及與汽油的混合性為要。

美國潛力市場規格: 5~7萬公噸

潤滑油可分為引擎油與非引擎油兩部門:

油壓機油: (Hydraulic fluids)

植物油可供為抗磨損油壓機油的最具有成長潛力的潤滑油。立即需求的市場有加拿大與歐洲諸國，而美國市場正在追隨其發展與使用這類型系統。在此部門的關鍵成長方向，係在於宣導與其他商品油比較擁有高度作業功效與價值。

在此部門的應用，其裨益在於良好的生物可分解性(Biodegradability)，低毒性，抗磨損性(Anti-wear properties)，抗性與抗銅腐蝕性，良好的過濾性，傾瀉點(Pour point)大約-20°F，與通常的油壓機封臘的可相溶性，可與礦物油及合成酯類的混合性，然而卻憂慮其不良加熱及氧化穩定性。為了促其成功發揮作業功效，製造廠務必與主要油壓機油廠商及經銷商合作配合才行。

美國力市場規模: 35萬公噸，而實際短期市場約為1萬公噸。

齒輪潤滑油: (Gear oil lubricants)

在此部門推動使用植物油，係由於其被考量為損耗潤滑油(Loss lubricants)而容易產生對環保敏感地區的威脅所致。其市場趨勢係在分割較高與較低品質產品。最具潛力使用的部門為航海業(尤其船尾馬達)、礦業、農業以及食品機械業。

美國潛力市場規模: 5萬公噸(開放齒輪)(Open gear)
                                  4萬公噸(密閉齒輪)(Closed gear)

金屬加工潤滑油(Metalworking fluids): 當採用牛類油(Neat oil)及清漆(Varnish)有問題者，諸如鋁鑄造(Casting)及輾壓(Rolling)，則高穩定性液體植物油，可供為適宜應用的潤滑油。高穩定性的這些油脂，配合其低毒性，可促使其應用在工作人員曝露在礦物油霧(Mineral oil mists)作業條件而呼吸或接觸皮膚，會引起問題者。在美國，其金屬加工廠，由於其廢水排放而受到政府管制施壓並受工作者工會(Workers’ Union)對其作業人員經曝露受害有關顧慮。

美國潛力市場規模: 54萬公噸

紡織潤滑油(Textile lubricants):

某些植物油，係供用在紡織及纖維製造上，以潤滑纖維，使得能夠適應其加工過程，諸如，紡絲及織布作業。植物油比礦物油的作業功效為佳，蓋因它不像礦物油會產生油霧，使工作人員容易損傷而卻擁有生物可分解性。它又擁有相當於礦物油的作業功效特性，如棕櫚油酸油(Palm olein)可適於這些用途。

高溫穩定性與潤滑性，係做為紡織潤滑油的關鍵作業功效特性。油酸，芥酸以及椰子脂肪酸的酯類(Esters)，可供為各種纖維加工之用。紡織潤滑油的製造廠商，預測目前編織用潤滑油，雖然採用礦物油基質潤滑油，然而將來可能逐漸轉換改用植物油，以利改進。類似這些的其他潤滑部門，由於環保關心與健康因素而將鼓勵並加速轉換為植物油基質潤滑油系統。

美國潛力市場規模: 4萬5,000公噸

滑膏基質潤滑油(Grease base fluids):
此類潤滑油，係由市場來推動其產品規範，於是，廠商希望更多種包裝產品，更少組成份並且其產品擁有差異化。環境關連力量並非其關鍵掌控因素，但若植物油產品能夠維持作業功效層次，則它將成為賣點。對產品的最高需求，在於礦業、農業以及鐵路有關部門而擁有最佳價格與作業功效，將獲取市場需求。

美國潛力場規模: 100萬公噸

食品機用潤滑油(Food machinery lubricants):
在美國，其食品加工係擁有5,000億美元規模產業，其中生產機械裝置佔28億美元。其所有機械裝置，諸如，輪送機、混合機、封罐機、封蓋機等，均擁有穩定的潤滑油需求。棕櫚油及棕櫚油酸油，係甚為符合這種產業上的應用，蓋因它對於金屬表面擁有良好的粘貼性並且棕櫚油的熔點在33~36℃，方便予以應用所致。

美國潛力市場規模: 每年7億美元以上的需求。

機器鋸潤滑油(Chainsaw bar lubricants):

這個市場，較不須要高度技術而在基本上，任何油脂經配合一些粘性添加劑即可供用。它係成熟的市場而以價格為基準。即以最低價為宜，但為了要順暢經營，而業者必須使其產品擁有差異化為要。將來，它可能經予以規制其使用植物性基質油。目前，尚無其工業規範而各廠商自行訂定其各自的規格。其主要性質，在於40℃及100℃的粘度，粘度指數(Viscosity index, VI)，閃火點(Flash point)以及粘著性(Tackiness)。

美國潛力市場規模: 4萬5,000公噸

金屬加工(Metalworking):
鋼鐵及鋁鑄造廠(Foundries)所使用潤滑油，經設計能夠適應高溫而且可承受嚴重振動與打擊，並且擁有一玫性的高度負荷為要。輾壓廠(Rolling mill)、熔爐廠(Furnaces)、鑄造廠(Foundries)均係屬不良環境條件而必須顧慮予以處理，以利環保為宜。其所使用的潤滑油，務必符合最佳安全標準，無毒性並且環境友善為要。它係屬熱式與冷式輾壓油(Hot & cold rolling oils)(尤其鋁加工業的熱式輾壓為甚)及切割油(Cutting oils)有關市場。在這個產業，需要良好穩定性及最佳壓力作業功效的潤滑油。

對於鋼鐵產業，植物油的裨益，在於經予燃燒後剩留在金屬表面的殘留物，可賦予金屬表面更為光亮而且更能擦亮而且更能擦亮，乃其特點。

展望(Forecast):
雖然全球整個潤滑油的需求狀況，由於它係成熟的市場，其成長率較低，並且在某些部門的需求降低，以致呈現陰鬱而沈默，但卻在品質成長方面擁有整體的商機，亦即產品的革新，服務及其系統，均有所進展。

經由判斷能夠鼓舞增進植物油基質潤滑油的使用如下:

  • 其價格務必比通常產品相當或較低為宜。

  • 新的立法予以規制。

  • 比通常產品的作業技術功效相當或更佳。

  • 由供應商提供更多的產品資訊，供認知。

  • 經由職業與環境醫療專家提供有關建議以供改進。

此係確實包括棕櫚油基質系統在內的新奇植物油基質潤滑油。雖然未曾予以對棕櫚油(包括棕櫚油酸油)做了許多研究，但經由遺傳工程改進的棕櫚油，其飽和性減少而單元不飽和性增加，因此，將來必能扮演其獨特作業功效。