《食品安全導刊》刊號:CN11-5478/R 國際:ISSN1674-0270

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潤滑劑的前世今生

2016-07-18 09:32:55 來(lái)源: 食品安全導刊

□ 藝康 供稿
    進(jìn)入21世紀以來(lái),隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)空間的不斷擴大,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?;?、集中化、自動(dòng)化、超高速化轉變,生產(chǎn)效率大幅提高。單條啤酒、飲料生產(chǎn)線(xiàn)的罐裝速度從5000瓶/小時(shí)提升到40000瓶/小時(shí),甚至更快,而不斷提高的罐裝速度及不斷更新的包裝類(lèi)型對輸送帶的潤滑方式和潤滑效果提出了巨大的挑戰。
    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(dòng)的摩擦表面分隔開(kāi)來(lái),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,達到降低磨損,延長(cháng)設備使用壽命的效果。對于啤酒、飲料生產(chǎn)線(xiàn)輸送帶,主要存在的摩擦為:瓶子與鏈板之間,鏈板與鏈板導條之間的滑動(dòng)摩擦及鏈板節環(huán)處的滾動(dòng)摩擦。據文獻介紹,干摩擦狀態(tài)下的磨損率可達邊界摩擦時(shí)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化成邊界摩擦,在減少倒瓶率的同時(shí),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備磨損問(wèn)題,解決了潤滑的“有”和“無(wú)”的問(wèn)題,但是隨著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)速度的提高,一系列弊端逐漸體現—倒瓶問(wèn)題、衛生環(huán)境惡化、生產(chǎn)成本增加等都嚴重影響其使用。在此情況下,亟需對該潤滑方式進(jìn)行改進(jìn)以適應生產(chǎn)的發(fā)展,于是集中潤滑系統迅速地推廣開(kāi)來(lái)。
    集中潤滑系統由中央泵站、控制系統、管道和噴嘴組成。潤滑劑泵入管道內與水進(jìn)行在線(xiàn)混和,之后被分配到生產(chǎn)線(xiàn)的各個(gè)區域,通過(guò)噴嘴噴灑到鏈板上,實(shí)現對鏈板的潤滑。其優(yōu)勢在于,可以根據各個(gè)區域對于潤滑效果的不同要求,調整噴淋時(shí)間及潤滑劑的濃度,節省生產(chǎn)成本,并且簡(jiǎn)化了操作流程。
    近年來(lái),隨著(zhù)環(huán)保意識和節水節能意識逐步深入人心,干潤滑逐漸取代傳統的濕潤滑并成為主流,特別是在飲料行業(yè)PET包裝線(xiàn)。干潤滑的特點(diǎn)在于潤滑劑在使用過(guò)程中不需要與水進(jìn)行混和,通過(guò)壓縮空氣將產(chǎn)品原液分配到生產(chǎn)線(xiàn)的各個(gè)區域,或用噴嘴噴淋,或用毛刷涂抹的方式使潤滑劑在鏈板上形成一層穩定的邊界膜,從而達到潤滑鏈板的目的。干潤滑的出現極大地改善了生產(chǎn)衛生環(huán)境,降低了生產(chǎn)水耗及污水處理的成本,使行業(yè)實(shí)現可持續發(fā)展。
    不同潤滑劑產(chǎn)品的“得與失”
    對于輸送帶而言,為達到良好的潤滑效果,所用的潤滑劑需能在鏈板表面形成邊界膜?,F在市場(chǎng)上使用的絕大多數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,具有很好的潤滑性能;同時(shí)又有親水端,可以展現出較好的水溶性。親水端吸附在不銹鋼或玻璃基體表面,長(cháng)碳鏈疏水基團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(shí),表面活性劑能降低水的表面張力,能有效實(shí)現潤滑劑在輸送鏈條表面的擴散和粘附。
    在實(shí)際應用過(guò)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(xiàn))。
    早期的潤滑劑產(chǎn)品多以皂基類(lèi)濕潤滑劑為主,這類(lèi)產(chǎn)品主要成分是陰離子表面活性劑(長(cháng)鏈脂肪酸鹽)。由于具有很好的表面延展性,這類(lèi)產(chǎn)品具有優(yōu)良的潤滑效果。不過(guò)缺點(diǎn)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(diǎn),使得其與PET、PC材質(zhì)不兼容,容易造成包材的應力破裂問(wèn)題,嚴重影響該類(lèi)產(chǎn)品的使用效果,如今只有少數的生產(chǎn)線(xiàn)仍使用該類(lèi)產(chǎn)品。
    脂肪胺類(lèi)潤滑劑是現在主流的濕潤滑產(chǎn)品,該類(lèi)潤滑劑主要成分是脂肪胺有機酸鹽,屬于陽(yáng)離子表面活性劑,由長(cháng)鏈脂肪胺(C12-18)與有機酸合成產(chǎn)生。這類(lèi)產(chǎn)品具有優(yōu)良的潤滑效果,較好的抑菌性;由于該類(lèi)脂肪胺衍生物屬于弱酸弱堿鹽,堿性水質(zhì)環(huán)境下不穩定,會(huì )水解成疏水的脂肪胺,產(chǎn)生沉淀物;同時(shí),脂肪胺陽(yáng)離子可以與水中的硫酸根離子、碳酸根離子等反應生成不溶于水的脂肪胺無(wú)機酸鹽,會(huì )導致潤滑管道和噴嘴的堵塞。使用過(guò)程中需要注意水質(zhì)的影響,同時(shí),為防止噴嘴的堵塞,需要定期用酸性清洗液對潤滑系統進(jìn)行清洗。
    非離子表面活性劑類(lèi)和磷酸酯類(lèi)潤滑劑是近年來(lái)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(xiàn),低泡性也讓生產(chǎn)衛生環(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(lèi)產(chǎn)品成為高速生產(chǎn)線(xiàn)的主要產(chǎn)品。
    傳統的濕潤滑產(chǎn)品雖然通過(guò)不斷地更新改進(jìn)以適應著(zhù)包裝線(xiàn)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定,一系列的機械作用及物理化學(xué)作用會(huì )導致邊界膜的破裂,為防止摩擦形式由邊界摩擦轉化成干摩擦,造成磨損及倒瓶問(wèn)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(huì )帶來(lái)一系列衛生問(wèn)題。②潤滑劑需要和水混和使用,潤滑劑成分的穩定性會(huì )受到水質(zhì)的影響,形成沉淀物,造成噴嘴堵塞問(wèn)題。
    進(jìn)入新世紀以來(lái),可持續發(fā)展、環(huán)保、水節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(zhù)這個(gè)趨勢逐步引領(lǐng)改變著(zhù)鏈帶潤滑劑未來(lái)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(zhù)性能,使得少量的產(chǎn)品就可以達到較好的潤滑效果。
    如今,干潤滑產(chǎn)品比較成熟地應用于塑料輸送帶/PET瓶包裝線(xiàn)上。干潤滑產(chǎn)品類(lèi)型通常是硅油乳化液,硅油通過(guò)表面活性劑的作用,與水形成O/W乳化體系。其使用時(shí)不需要與水混和,而是通過(guò)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,可以形成穩定的邊界膜,極少量的產(chǎn)品可以達到非常出色的潤滑效果。整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)由于沒(méi)有水的介入,會(huì )保持干凈整潔的環(huán)境,同時(shí)降低了生產(chǎn)水耗和下游污水處理費用,初步統計,一條普通生產(chǎn)線(xiàn)一天可節水近20噸。雖然具有省水,保持干凈的衛生狀況等優(yōu)點(diǎn),但是鏈帶的類(lèi)型、新舊程度、生產(chǎn)線(xiàn)布局、各段運行速度、是否有水灑入鏈帶等等因素都會(huì )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(xiàn)的特點(diǎn)有一定的了解。今后,隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,新型的干潤滑產(chǎn)品逐漸會(huì )克服一些使用短板,從而得到更為廣泛的應用。
    而對于不銹鋼鏈板而言,由于生產(chǎn)線(xiàn)的特性和目前技術(shù)的局限性,半干潤滑產(chǎn)品會(huì )逐步成為該領(lǐng)域的主導。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(guò)減少?lài)娏茴l率(相對于濕潤滑),在節水的同時(shí)滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)對潤滑效果的要求。雖然該類(lèi)產(chǎn)品在國內剛剛起步,隨著(zhù)產(chǎn)品技術(shù)的不斷完善,相信在不久的將來(lái),該類(lèi)產(chǎn)品會(huì )綻放出絢麗的光芒。
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