Zdravotní a bezpečnostní hlediska obráběcích kapalin a jejich používání

Dávno před začátkem průmyslové revoluce věděli řemeslníci, že opotřebení součástí nebo nástrojů lze snížit použitím vhodného maziva. S rozvojem průmyslové výroby byly tyto zkušenosti využívány a zdokonalovány, takže už počátkem 20. století se v zámečnických dílnách používaly jednoduché procesní kapaliny, jako např. rostlinný nebo ropný olej. A také první emulze, které jako emulgátor používaly draselné mýdlo. Ukázalo se, že mají dostatečné mazací účinky a chladí mnohem lépe než olej. Dalším zdokonalováním obou typů vznikla první generace procesních kapalin, které se vyznačovaly tím, že se používalo vše, co plnilo základní funkce.
V období mezi světovými válkami docházelo k dalšímu zdokonalování těchto kapalin a jejich funkčních vlastností. Kapaliny používané v tomto období, které trvalo až do 80. let minulého století, lze považovat za 2. generaci. Dnešní procesní kapaliny 3. generace se vyznačují důrazem kladeným na ekologii, zdravotní nezávadnost a bezpečnost při používání i při jejich likvidaci. Projevuje se to velkými změnami ve složení kapalin – nejen v případě přísad, kde dlouhodobě osvědčené látky mizí a místo nich se hledají bezpečné náhrady, ale i v sortimentu základových olejů.

Omezení složek v dřívějších letech
V průběhu desetiletí, kdy jsou v průmyslu procesní kapaliny používány, docházelo a stále dochází ke změnám jejich složení. K výrazným změnám ve složení chladicích mazacích kapalin (a tím i jejich technických a aplikačních vlastností) vedly i zákony na ochranu životního prostředí, na ochranu zdraví pracujících, vodohospodářské zákony, i zákony o chemických látkách.
Už počátkem 80. let nastal na základě studie Světové zdravotnické organizace, která hodnotila riziko karcinogenity polycyklických aromátů (PCA), příklon v základových olejích k hluboko rafinovaným resp. hydrokrakovaným olejům. Např. USA omezily obsah PCA v olejích reglementováním rafinačních podmínek (tlak vodíku, teplota), zatímco v Německu byla omezena hodnota obsahu PCA stanovením limitu α-benzpyrénu. V Čechách a na Slovensku se obsah PCA stanovuje podle metodiky IP 346 extrakcí do dimetylsulfoxidu, přičemž mezní hodnota je 3 %. Tyto poznatky o PCA a požadavky zákonodárců různých zemí vedly k tomu, že významní uživatelé, zvláště z oblasti automobilového průmyslu, ve svých interních předpisech stanovili nové limity obsahu škodlivých látek, které nebylo při použití naftenických základových olejů možno dodržet, což vedlo k reformulaci složení chladicích mazacích kapalin mísitelných s vodou. Jako základové oleje se začaly používat parafinické rozpouštědlové rafináty nebo oleje připravené hydrokrakováním. To si vyžádalo optimalizaci emulgačních systémů s ohledem na jejich horší emulgovatelnost a vedlo to i k nové generaci produktů.
Dalším hřebíkem do rakve klasických receptur bylo zpřísňování legislativy v oblasti zákonů o odpadech a ochraně životního prostředí. Novelizace zákona o odpadech v roce 1986 v SRN prakticky znamenala „trest smrti“ pro chlórparafiny. Likvidace odpadů obsahujících nad 2 % chlóru se stala kvůli vysokým nárokům při jejich likvidaci mimořádně drahá a proto se prosadil trend produktů neobsahujících chlór. EU zareagovala na informaci o potencionální karcinogenitě chlórovaných parafinů s krátkými řetězci jejich zákazem roku 2002, na Slovensku bylo jejich použití zakázáno od 1. 1. 2004, v ČR byly zařazeny na seznam látek, jejichž uvádění na trh je omezeno.
V roce 1993 Německo v chladicích mazacích látkách prakticky zakázalo používání dietanolaminů (byl stanoven limit max. 0,2 %), jež mohou spolu s dusitany vést ke vzniku karcinogenních nitrosaminů. Tato skutečnost však byla výrobcům a uživatelům obráběcích kapalin známa už v polovině 70. let a vedla k tomu, že dusitany byly z receptur vypuštěny a nahrazeny jinými protikorozními prostředky. Dietanolamin byl nahrazen primárními a terciárními aminy, které se však ve svých vlastnostech značně odlišují od sekundárního dietanolaminu, což komplikovalo vývoj nových emulzí. Zároveň byly na trh uvedeny produkty neobsahující boraminy, protože Němci ve své důslednosti prohlásili, že nelze vyloučit zanesení sekundárních aminů z čisticích a protikorozních prostředků a protože chladicím mazacím kapalinám chybí inhibitor tvorby nitrosaminů, musí se jeho obsah kontrolovat.
Další zpřísnění přineslo omezení obsahu zinku v odpadních vodách na 2 mg/litr, což vedlo k vypuštění zinkdithiofosfátu z formulace obráběcích kapalin a postupnému přechodu k hydraulickým olejům bez obsahu zinku, protože netěsnostmi v systémech obráběcích strojů se hydraulické oleje dostávají do náplní pracovních emulzí.
V zákonodárství Německa i EU postupně přicházela další zpřísnění. V roce 1966 byly limity pro páry a aerosoly zavedeny i pro chladicí mazací kapaliny a oleje v pracovním prostředí, což vedlo k rozšíření tzv. nízkoodpařivých olejů na bázi esterových olejů resp. olejů hydrokrakovaných. Roku 1998 vstoupila v platnost směrnice EU o biocidech, která stanovuje, že v rámci schvalovacího procesu se biocidní produkty musí podrobit hodnocení rizika. Podle současného stavu pod tuto směrnici nespadají chladicí mazací kapaliny, pokud jejich biocidní aktivita není v podkladech explicitně (např. v návodu nebo technické informaci) zdůrazněna. Předpokládá se však, že po ukončení přechodného období to bude znamenat konec pro více než 75 % biocidů na trhu kvůli vysokým nákladům na schválení účinné látky. V obráběcích kapalinách se to projeví nutností výměny neschválených biocidů za jiné.

Další postupná omezení v současnosti
Již několik let platí nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1907/2006 (REACH - Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals) a postupně nabývají platnosti jeho termínované zákonné požadavky. Řada jich již platí a nyní probíhá autorizace chemických látek u ECHA (Evropská chemická agentura).
V současnosti se nás dotýká i další evropské nařízení (ES) č. 1272/2008 o klasifikaci, označování a balení látek a směsí (Classification, Labelling and Packaging of Substances and Mixtures - CLP), které zavedl do Evropy Globální harmonizovaný systém (GHS) klasifikace a označování. Od prosince 2010 je v souvislosti s CLP zákonem požadováno klasifikování a označování chemických látek podle tohoto nařízení, i když pro již dodávané látky je období odkladu až do roku 2015.
Jednou z látek, které se používají jako složka procesních kapalin nebo jako výchozí látka pro přísady, je kyselina boritá. Kyselina boritá a určité boritany sodné splňují jedno z kriterií nebezpečnosti pro SVHC (Substances of Very High Concern, tedy látky vzbuzující mimořádné obavy) a jsou již téměř 10 let doporučeny pro klasifikaci jako toxické pro reprodukci. Kvůli ochraně lidského zdraví a životního prostředí stanovuje REACH čtyřkrokový postup, který má ověřit, jestli je skutečně nutné je vyřadit z trhu. Stručně jej lze shrnout takto:
•    Identifikace jako SVHC.
•    Zařazení na Seznam kandidátů.
•    Priorizace pro autorizaci.
•    Přidání na seznam Annex XIV látek podléhajících autorizaci.
V žádné fázi tohoto postupu není jisté, že látka nacházející se v jedné fázi bude postupovat do následující. Avšak jesliže se látka dostane do závěrečné fáze, může být stažena z trhu pro všechny případy použití (až na výjimky), pro které nebyla autorizace udělena, nebo pro které nelze demonstrovat, že rizika pro lidské zdraví a pro životní prostředí jsou odpovídajícím způsobem kontrolována.
Kyselina boritá a tetraboritany sodné se dostaly do druhé fáze tohoto postupu a na seznam kandidátů byly přidány v červnu 2010. Pro jejich dodavatele to znamená určité povinnosti, ale neomezuje to jejich použití. Ovšem kyselina boritá je důležitá pro procesní kapaliny jako výchozí látka pro výrobu antikorozních přísad, které jsou nejčastěji vyráběny reakcí a následnou tvorbou komplexů z kyseliny borité a alkanolaminů. Reakční produkty v těchto přísadách jsou chemické látky, které vyžadují vlastní registraci podle REACH a ohlášení podle CLP.
Podobná je situace s biocidy uvolňujícími formaldehyd - používané biocidy nyní musí být rozsáhle testovány na všechna nebezpečí, která představují pro lidské zdraví a pro životní prostředí. Od 1. 1. 2013 platí nová direktiva o biocidech, která zahrnuje aktivní účast ECHA. Bude zachován dvoukrokový autorizační proces a nové aktivní látky a biocidní produkty s nízkými riziky budou mít přístup k autorizaci EU místo současné autorizace na úrovni členských států unie. Shromažďování údajů by mělo být snadnější a výsledky zkoušek bude možno sdílet.
Všechna taková omezení, jakým je ohrožena kyselina boritá, mají přímý dopad na přípustné složení procesních kapalin a na jejich dostupnost. Výsledkem pak je:
- Menší rozmanitost kapalin na trhu. Velcí uživatelé kapalin mají obavy z používání látek typu SVHC, a dávají přednost výrobkům, které je neobsahují. Určité průmyslové obory mají vlastní seznamy látek, které jsou nežádoucí v používaných přípravcích. Tím přímo i nepřímo omezují složení dostupných složek, což vede k redukci sortimentu výrobků, které z nich lze vyrobit.
- Vyšší náklady na suroviny a vyšší ceny konečných výrobků. Látky vyřazované z použití jsou zpravidla nahrazovány látkami dražšími – nejen proto, že obsahují dražší složky nebo používají dražší suroviny, ale i proto, že vyžadují nový rozsáhlý výzkum a vývoj. Často je také nutno místo určitého množství původní složky použít větší množství nové. To vše se projeví v konečné ceně hotového výrobku.
- Zdánlivě „nebezpečnější“ označování výrobků, přestože jejich složení se nezměnilo. S tím, jak vstupují v platnost nové předpisy, se zpřísněnými limity obsahu nebezpečných látek, dochází k tomu, že přípravek dosud neoznačovaný nyní podléhá označení jako nebezpečný.
- Formulace nových produktů je vyvolávána také nutností náhrady surovin kvůli standardizaci. V souvislosti s platností REACH a nezbyností autorizace řada výrobců racionalizuje sortiment výrobků a nejčastěji ze sortimentu vypadávají nestandardní látky vyráběné v malém množství, kde by náklady na autorizaci neúnosně zvýšily jejich cenu.

Provozní vlivy na procesní kapaliny
Každá procesní kapalina je během používání ovlivňována látkami, které se do ní postupně dostávají, a které je nutno vždy považovat za znečištění, protože zpravidla nežádoucím způsobem postupně stále více ovlivňují nejen její složení, ale i její výkonnostní a zdravotní charakteristiky. Moderní kapaliny nabízejí vysokou stabilitu a dlouhou životnost, což přináší jak pozitivní důsledky – snižování nákladů na kapalinu, tak negativní – dochází ke značnému růstu obsahu nečistot v kapalině. Veškeré látky, které se do procesní kapaliny postupně dostávají lze rozdělit na tři základní skupiny – pevné, kapalné a biologické znečištění.
Pevné znečištění představují látky, které se do kapaliny dostanou z okolního prostředí na nářadí nebo na obráběných dílech, s vodou použitou k míchání kapaliny nebo jiným, často nahodilým způsobem. Také obráběný materiál – železo, hořčík, hliník, kadmium - se může uvolňovat do procesní kapaliny a výrazně ovlivňovat její provozní i zdravotní vlastnosti. Všechny tyto nečistoty mohou přitahovat a shlukovat jemné kovové nebo grafitové částice za vzniku pevných, polotuhých nebo lakovitých úsad. Protože se každá procesní kapalina za provozu odpařuje, je pro tvorbu a množství pevných nečistot rozhodující koncentrace kapaliny, obsah úkapových olejů, tvrdost vody používané pro míchání i doplňování kapaliny a relativní vlhkost. Zimní období často přináší další dva vlivy zvyšující tvorbu pevných nečistot. Studená voda má vyšší tendenci vytvářet na hladině mýdelnaté povlaky. Nízká relativní vlhkost vede k vyššímu odpařování vody z procesní kapaliny, zvyšování koncentrace a nutnosti doplňování další vody, což způsobuje zahušťování anorganických solí obsažených v kapalině a jejich postupné přeměně na polotekuté, lepivé až tuhé usazeniny. Významný vliv mají pevné nečistoty také na podráždění pokožky a dermatitidy, protože obsahují vysoce koncentrované soli a zbytky – zvláště když jsou na místech, kterých se dotýká obsluha. Řešením je pravidelné oplachování interiéru stroje, které zabrání akumulaci nečistot a úsad.
Podobně i kapalné znečištění představuje směs nežádoucích látek, které se buď mohou postupně vyloučit jako pevné úsady, nebo zůstávají v kapalné fázi a ovlivňují složení procesní kapaliny. Typickým příkladem je tzv. úkapový olej, což jsou všechny nežádoucí oleje, které se během používání dostávají do procesní kapaliny. Mohou pocházet z mnoha zdrojů, např. olej na součásti z předchozích operací, nebo uniklý z hydraulického systému, z kluzného vedení, z vřetene nebo z převodů.
Úkapový olej může být příčinou mnoha problémů, např. zvýšenou tvorbou aerosolů nebo dýmu, destabilizací elmulze, skvrn na některých kovech, zhoršením životnosti nástrojů, zhoršením kvality obráběného povrchu, ale také např. obtížnější likvidací použité procesní kapaliny. Úkapové oleje v komplexní směsi se složkami provozované procesní kapaliny představují zdroj podráždění pokožky a vzniku dermatitid nebo dokonce alergických reakcí. K tomu významně přispívají také různé organické látky a mikroorganizmy, které se dostanou do procesních kapalin mísitelných s vodou, a mohou dráždit pokožku nebo sliznice dýchacích orgánů, dokonce i vytvářet toxické látky.
U procesních kapalin mísitelných s vodou dochází k jejich promíchání s úkapovým olejem, což vede k několika problémům. V první řadě reaguje s emulgátorem, kterého je v kapalině jen omezené množství a tím ovlivňuje stabilitu původní emulze. V emulzi je pak směs různých základových olejů různého typu, které vyčerpávají přítomný emulgátor, takže může dojít k oddělování přebytečného „směsného“ oleje. Viskozita úkapového oleje se pravděpodobně liší od základového oleje emulze. To ovlivňuje velikost olejových kapek v emulzi, což může zhoršit životnost nástrojů i kvalitu obráběného povrchu. Přísady z hydraulického oleje, např. zinek, se mohou postupně rozptýlit do vodní fáze, což má nežádoucí důsledky při likvidaci kapaliny a vypuštění do odpadní vody. 
Během dlouhého života moderní procesní kapaliny na ni působí řada vnějších vlivů, které jsou zpravidla negativní a představují její znečištění. Čím lépe se podaří toto znečištění minimalizovat, tím déle je možné udržet kapalinu v dobrém provozním stavu, což je bezpečnou cestou k dosahování minimálních celkových nákladů a maximální výkonnosti obráběcího stroje.

 Ing. Petr Dobeš, CSc., Cimcool Europe B.V.
 

Publikováno: 12. 11. 2013 | Počet zobrazení: 6401 795