國內外環烷基潤滑油的安全與健康問題研究進展

馬丙水，郭春梅，汪梅影，任天輝

（1.中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，新疆克拉瑪依 834003;2.上海交通大學化學化工學院，上海 200240）

國內外環烷基潤滑油的安全與健康問題研究進展

馬丙水1，2，郭春梅1，汪梅影1，任天輝2

（1.中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，新疆克拉瑪依 834003;2.上海交通大學化學化工學院，上海 200240）

REACH法規的出臺促使環烷基潤滑油出口必須提供產品的毒性學和生態學特性資料以及高關注度物質含量檢測，環烷基潤滑油中的稠環芳烴物質與油品的毒性學和生態學特性息息相關，是歐盟國家最受關注的物質，盡快組建符合GLP標準的實驗室，建立潤滑油毒性學和生態學測試方法是當務之急。

REACH法規;稠環芳烴;毒性學;生態學

0 引言

環烷基原油是世界各類原油中最寶貴的資源之一，儲量占原油總儲量很小。目前世界上只有美國、委內瑞拉和中國擁有環烷基原油。環烷基潤滑油獨特優勢在于低傾點、低殘炭、溶解性優異、熱穩定性好、析氣性好，其特定的應用領域是變壓器油、冷凍機油、工藝油、油墨、白油、光亮油，國外對于環烷基潤滑油的安全與健康問題研究較早并取得了一定進展，目前國內對環烷基潤滑油的安全與健康問題也日益管制并開展了一些相應工作。

1 國外油品公司對環烷基潤滑油生態學研究

評價環烷基潤滑油對環境的影響要進行環烷基潤滑油壽命周期分析。壽命周期分析主要是評價環烷基潤滑油從加工、運輸、使用直至最終分解所有環節對環境的總影響。目前國內還沒有對環烷基潤滑油進行壽命周期分析，尼納斯公司［1］按照瑞典的EPS（產品設計中環境優先戰略）系統進行過分析和評價，環境影響按ELU（環境負荷單位）計算。尼納斯公司的環烷基潤滑油都經過加氫處理，考慮到生產排放以及生物降解等因素，最終計算得到的環境影響是0.0660 ELU/kg。評價環烷基潤滑油對生態的影響主要是對環烷基潤滑油的生物降解和生物聚集能力進行評估。

環烷基潤滑油從分子結構上來說，主要包括鏈烷烴、環烷烴、芳香烴等，以下是它們結構示意圖。

不是所有的有機物質可在微生物作用下分解。通常來說，分子越簡單，生物降解的越快。帶雙鍵的分子，芳環和雜原子降解的要慢得多。越復雜的分子越難分解。鏈烷烴和環烷烴，是最容易由細菌生物降解的烴類。鏈烷烴比環烷烴降解要容易，直鏈烷烴比帶支鏈的要容易，只有幾個環的環烷基比帶很多環的要容易。細菌分解芳烴更為困難，芳環數越少，生物降解越快。苯是芳烴類中最易降解的，而稠環芳烴（PCA）很難降解。從環境和生態的角度來看，使用石蠟基和環烷基油品沒有什么區別，因為它們都容易降解，而稠環芳烴對環境的影響最大，這些物質最穩定，很難降解。

某種物質在生物體內聚集的原因是其在生物脂肪中的溶解能力比在水中大得多，造成其在生物體內的濃度隨時間的遷移而增大，逐漸在脂肪組織中聚集，而不是被血液吸收，并由肝臟和腎排出。我們熟悉的例子就是DDT和PCB。環烷基潤滑油生物聚集能力由環烷基潤滑油在辛醇和水的分配系數的對數來表示［2］，該值若大于3，說明油品可能在生物體內集聚。一般來說，油品烴類分子的大小決定了在生物體內集聚的情況，分子越小就越容易在人體內集聚。

2 國外油品公司對環烷基潤滑油毒性學研究

環烷基潤滑油對人類健康的危害程度可以從高到完全無危險，這完全取決于所選的環烷基潤滑油的結構組成和應用過程。簡而言之，環烷基潤滑油的精制程度決定是否會對人類健康造成危害。環烷基潤滑油毒性學研究主要包括環烷基潤滑油的短期作用和長期作用。

2.1 環烷基潤滑油的短期作用

1984年尼納斯公司委托英國的Hazleton試驗室［2］，針對不同類型的基礎油在兔子身上進行了動物實驗，考察環烷基潤滑油、石蠟基潤滑油以及不同油品黏度對皮膚試驗的影響。試驗符合OECD指南404，油品涂抹在兔子背上刮過的區域。當油品清洗后，經過1 h、24 h、48 h和72 h后對皮膚進行研究，記錄發炎和腫大現象。算出12只動物在24 h和72 h后總的分數，除以6得出從0～16的刺激指數，根據刺激指數的大小劃分為4檔。刺激指數和分類見表1，測試結果見表2。

表1 刺激分類

表2 測試結果

從表2可以看出，石蠟基和環烷基潤滑油對皮膚的刺激效果基本相同，輕質油品也未表現出比重質油品有更大的刺激作用，40℃運動黏度為20 mm2/s左右的油品刺激性偏大。

2.2 環烷基潤滑油的長期作用

環烷基潤滑油對人引起的長期作用主要是進行環烷基潤滑油誘變和致癌能力評估，誘變和致癌都與損害人類基因有關。由于環烷基潤滑油包含多種化學物質，對誘變和致癌能力評估只能基于整個油品的試驗，而不是對所包含的單個化學物質進行試驗。

2.2.1 環烷基潤滑油誘變能力評估

誘變能力是物質危害性的一個標準，它驗證的是影響DNA分子的能力。誘變會導致基因代碼的改變，并不是生物器官會發生突變。誘變能力測試明顯的缺點是誘變性和致癌性等特性沒有絕對聯系。若環烷基潤滑油是誘變性的，并不意味著誘變會導致癌癥，損害生殖能力或其他風險。優點是誘變能力測試只需要細菌，而不需試驗動物，既快速又相對便宜。

誘變能力測試常用的方法是艾姆斯試驗［2］。艾姆斯試驗方法是當細菌接觸誘變物質時，氨基酸依賴型的沙門氏菌變異回氨基酸非依賴型，并且菌群開始生長。將艾姆斯試驗用于石油產品的是美孚公司，該公司發現艾姆斯試驗與老鼠皮膚涂抹試驗存在一定的關聯性。環烷基潤滑油樣品用環己烷稀釋并用DMSO抽提，得到油品的芳烴組分，將其與倉鼠的肝臟勻漿、沙門氏菌（通常是T98菌株）加入到瓊脂板中，48 h后進行菌落計數，菌群數目與誘變性成正比，艾姆斯試驗的示意圖見圖1。

圖1 艾姆斯試驗示意

艾姆斯試驗測試結果最簡單的是使用劑量響應曲線的標準線性回歸分析，斜率表示誘變指數（MI），也可以使用非線性回歸分析方法以及計算誘變潛力指數（MPI）方法。誘變指數大于1可認為發生誘變，誘變潛力指數大于3同樣也可認為發生誘變。圖2、圖3展示了兩條測定曲線結果，一條是未發生誘變，另一條是發生誘變。

圖2 未發生誘變的測定曲線

圖3 發生誘變的測定曲線

尼納斯公司進行了不同餾分油誘變指數與蒸餾點50%餾出溫度關聯性研究，測定結果見圖4。

圖4 蒸餾點50%餾出溫度與誘變指數關聯性

從圖4可以看到蒸餾點50%餾出溫度范圍在350～450之間的餾分油的誘變指數最高，原因是在此溫度范圍的烴類都是三環烴類。重油的誘變指數較低，可能在50%蒸餾點溫度之上不可能找到苯并（a）芘這種物質。

除了艾姆斯試驗，另一個誘變性測試方法就是DNA加合物測試。DNA加合物是由稠環芳烴物質激發，在腫瘤起源的初始階段有著重要作用。這個方法測試環烷基潤滑油中的哪些物質依附在DNA上，然后將依附在DNA上有誘變性的物質分離出來并進行測定。將來自于小牛皮上的DNA和DMSO抽提物以及肝勻漿互相接觸，經過DNA萃取后，酶的水解作用開始，加合物形成并以32P的同位素作為標記，帶有32P同位素標記的加合物通過高效液相色譜定量計算。這個方法存在的問題是DNA加合物測試與動物的皮膚涂抹實驗沒有發現相關性。

2.2.2 環烷基潤滑油致癌性能力評估

化學物質引發癌癥的一般方式是使人類基因物質的特定部位產生突變，即所謂的致癌基因。在確定環烷基潤滑油是否具有致癌性時，通常采用流行病學研究或動物試驗。流行病學研究很昂貴且耗時，因為人們通常接觸過致癌物質數十年之后才發展成癌癥。但為了考查某種物質是否具有致癌性，最終的評價手段是進行動物試驗。基于倫理角度考慮，應盡量減少動物試驗，采用替代方法進行評估。目前的實驗已經證實環烷基潤滑油中的稠環芳烴物質是致癌的主要因素。歐盟采用IP346［2］的方法進行潤滑油中稠環芳烴（PCA）含量測試，并對IP346方法與老鼠涂抹實驗的結果進行關聯性研究。

圖5顯示了不同PCA含量的油品與老鼠涂抹實驗的關聯性，圖由CONCAWE數據庫提供，橫坐標是環烷基和石蠟基潤滑油的稠環芳烴含量，縱坐標是基于老鼠皮膚涂抹試驗結果。曲線清楚地表明無論是石蠟基還是環烷基潤滑油在稠環芳烴含量低于3%的情況下沒有致癌性。皮膚腫瘤的百分比與通過IP346方法測得的稠環芳烴含量相關聯，因此歐盟決定采用IP346作為標記方法。必須指出的是IP346方法是針對未使用過的潤滑油基礎油以及不含瀝青質的潤滑油，如再生油不適合此方法。中國石油潤滑油公司的環烷基高壓加氫潤滑油的IP346值低于3%，符合環保要求。圖5還表明，低精制程度的油品，如餾分油和芳烴抽出油，根據IP346具有高PAC含量，對老鼠有致癌性，必須用骷髏和交叉的骨頭標記。

圖5 PCA含量與老鼠涂抹實驗關聯性

3 國外油品公司對環烷基潤滑油誘變性和致癌性評估方法之間的關聯性

3.1 不同稠環芳烴測試方法與誘變性和致癌性關聯性

目前的研究已經證實環烷基潤滑油中的稠環芳烴物質是誘變性和致癌性的主要因素。稠環芳烴屬芳香烴類以及相關的硫、氮化合物，含有三個或更多的閉合芳環，這些芳環上可帶有短烷基或環烷基取代基。分析油品中稠環芳烴含量的方法有很多種，比如IP346方法、HPLC法以及GC－MS法等。目前IP346是被國際上認可的確定油品是否需要標記的方法。因為按IP346測定的PCA含量與致癌性有良好的關聯性。然而另一方面IP346沒有對PCA較好地定量表征，原因在于IP346并非直接測定PCA含量，而是測定DMSO抽出相中的物質含量。分析DMSO相就可發現除了稠環芳烴外，還包括了單環芳烴以及環烷基。也就是說，IP346方法測定的PCA含量要大于實際油品中的稠環芳烴含量。HPLC法測定的稠環芳烴基本符合環烷基潤滑油中的實際含量，然而通過HPLC法測定的PCA含量與老鼠皮膚涂抹實驗并無關聯性，也就不被國際上所認同作為標記方法。

對于稠環芳烴的定義還有另外一種方式就是PAH，它的范圍要小于PCA，因為PAH只是含有碳氫而沒有雜原子的稠環芳烴物質。PAH的測定通常是實驗室內部方法，通過使用GC－MS來測定。尼納斯公司檢測了兩個不同餾程范圍的減壓餾分油，測試結果見表3。

表3 尼納斯餾分油的測試分析

以VGO1和VGO2基礎油為原料，在實驗室加氫裝置上選擇三種不同的加氫工藝條件和參數，目的是降低PCA含量達到低于3%的要求，測試結果見表4和表5。

表4 不同工藝條件餾分油分析結果

表5 不同工藝條件餾分油PAH含量mg/kg

續表

從表5可以看出單個PAH含量很低的環烷基潤滑油在艾姆斯試驗中也有較高的誘變指數，這說明有其他的分子（并不是通過GC－MS測定的PAH）有較高的誘變指數。也就是說，單個PAH與環烷基潤滑油的誘變性和致癌性沒有相關性。

3.2 艾姆斯試驗與IP346方法關聯性

艾姆斯試驗的方法建立較早，由于存在一定爭議，一直沒能成為官方標準。圖6是美國的Covance實驗室做的誘變指數和油品IP346測試結果的關聯性研究結果。

圖6 艾姆斯試驗結果和IP346方法測定的PCA含量關系

Covance實驗室對8個不同類型的潤滑油樣品（PCA含量從0到15）進行艾姆斯試驗，試驗結果以誘變指數和誘變潛力指數表示。從圖6可以看出艾姆斯試驗結果和通過IP346方法測定的PCA含量有很好的相關性。

3.3 DNA加合物測試和艾姆斯試驗以及IP346方法相關性（見圖7）

圖7 DNA加合物測試和艾姆斯試驗以及IP346方法關聯性

從圖7可以看出DNA加合物測試與艾姆斯試驗和IP346測試結果有較低的相關性。對一種類型油品來說，艾姆斯試驗和IP346兩種方法與皮膚試驗有相對好的相關性，因此DNA加合物測試與皮膚試驗有較差的相關性。

4 中國石油潤滑油公司對環烷基潤滑油安全與健康問題研究

歐洲新化學指令《化學品注冊、評估、授權和限制制度》即REACH法規［3］的實施促使國內潤滑油生產制造商日益關注環烷基潤滑油安全與健康問題。注冊是REACH法規的主要要素，未經注冊的化學物質將不能在歐盟市場上生產或進口。注冊要提供的主要信息包括每種物質的固有特性（如物理化學特性、毒性學特性和生態學特性）以及對人體健康和環境風險的評估。尤其是高度關注物質必須先獲得歐盟化學品管理局的生產或進口許可。申請者要證明所使用的化學物質的危險性可以得到有效地控制，并證明該化學物質的社會經濟效益超過其危險性，且沒有適宜的可替代品。需要經過許可的物質［1］是CMRs、PBTs（持久的、生物累積的和有毒的物質）和vPvBs（非常持久、高生物累積性的物質）。REACH法規的主要內容見表6。

表6 REACH法規對出口到歐盟國家成品制造商的要求

4.1 REACH法規預注冊工作及可能含有的高關注度物質

預注冊是REACH法規對分階段物質提出的注冊前的簡單登記要求，包括英文名稱、CAS號或者EC號等信息，REACH法規下物質的定義超出了可以用單一分子式表達的純粹的化學物質的概念。由于潤滑油的組成非常復雜且加工工藝有所不同，因此不可能列出所有已知物質的CAS編號。而是根據不同的加工工藝對工藝流程進行編號，并且將其當作化學物質處理。每個工藝流程由一個CAS編號和一個EINECS編號確定。所有的環烷基潤滑油都可通過這兩種產品目錄之一查閱到。目前中國石油潤滑油公司已經完成了環烷基潤滑油注冊工作，見表7。

表7 環烷基潤滑油預注冊表

2011－12－19 歐盟化學品管理局（ECHA）公布了第六批20項高關注度物質清單，目前高關注度物質（SVHC）共73項。針對環烷基潤滑油而言，油品中可能含有的高關注度物質見表8。

表8 環烷基潤滑油中可能含有的高關注度物質

4.2 環烷基潤滑油SGS檢測

SGS通標公司作為世界上最大的第三方檢驗公司的成員，是世界上最大的從事檢驗、實驗和認證的公司。SGS通標標準技術服務有限公司檢測中心符合CNAL/AC01:2003《檢測和校準試驗室認可準則》（等同于ISO/IEC:17025:1999《檢測和校準試驗室能力的通用要求》）并獲中國實驗室國家標準認可委員會認可證書。根據使用環烷基潤滑油行業要求同時基于對人體健康和環境保護方面的需要，特別是出口到歐盟國家，必須提供權威檢測機構出具的多種分析檢測報告，否則相關產品將會受到限制。中國石油潤滑油公司對其生產的環烷基潤滑油產品進行SGS檢測，檢測結果見表9。

表9 SGS檢測結果mg/kg

續表

歐盟ROHS六項測試是基于2002/95/EC指令即電子電器設備限用特定有害物質指令，該指令要求均勻材質所含的鉛、汞、六價鉻、多溴聯苯和多溴聯苯醚，最高濃度不得超過質量的0.1%;均勻材質物料所含的鎘，最高濃度不得超過質量的0.01%。中國石油潤滑油公司的7個典型產品沒有檢測到上述各種有害物質。

PAHs（多環芳烴化合物）是由二個或多個苯環互相鍵結形成各類型的碳氫化合物，它是環境荷爾蒙的一種。2007年11月20日，依據德國設備安全法所制定的自愿性安全測試認證，AtAV委員會通過決議強制要求測試PAHs（16項）項目，測定方法ZEK01.1－08，于2008年4月1日起實施。產品中PAHs的最大濃度限值見表10，中國石油潤滑油公司的7個典型產品都符合最大濃度限值。

表10 產品中PAHs的最大濃度限值mg/kg

鄰苯二甲酸酯是增塑劑的一種，廣泛用于高分子橡塑產品中，在橡塑原料加工時，添加可塑劑可以改變塑膠成形時的物理性質，使其物理性質變為較為柔軟，易于加工。PVC材料中添加鄰苯二甲酸酯類塑化劑，加熱后會釋放有毒致癌物質、傷害生殖系統并降低智商。

表11是各國和地區執行的關于鄰苯二甲酸酯的相關指令，由于橡膠填充油也屬于增塑劑的一種必須進行檢測，中國石油潤滑油公司的五種橡膠填充油產品沒有檢測到鄰苯二甲酸酯類物質，符合表11相關指令要求。

表11 鄰苯二甲酸酯指令

PAHs（8項）測試基于2005/69/EC《關于限制稠環芳烴（PAHs）的指令》，該指令規定:直接投入市場的添加油或用于制造輪胎（客車輪胎、輕型和重型卡車輪胎、醫用車輪胎及摩托車胎）的添加油中8種PAHs的限量為:苯并（a）芘（BaP）低于1 mg/kg，或8種PAHs總含量低于10 mg/kg。中國石油潤滑油公司的五種橡膠填充油產品符合2005/69/EC《關于限制稠環芳烴（PAHs）的指令》。

壬基苯酚是一種環境激素，它會打亂生物的內分泌功能，進而導致生物的生殖器官出現異常現象，它主要應用在潤滑油添加劑、樹脂改性劑、樹脂及橡膠穩定劑等領域。2003年，歐盟指令2003/53/EC正式頒布并要求所有成員國強制執行指令要求壬基苯酚作為成品或原料，其濃度等于或大于0.1%時，不得在市場上銷售或使用。中國石油潤滑油公司的五種橡膠填充油產品沒有檢測到壬基苯酚，符合上述指令。

REACH法規包括注冊、評估、許可和限制等核心過程，期間涉及很多化學物質性能的詳實信息，且需要由歐盟認可的實驗室出具檢測報告。中國石油潤滑油公司對其所屬環烷基潤滑油產品的進行SGS檢測項目還未能提供環烷基潤滑油生態學和毒性學資料的詳實信息以及高關注度物質含量檢測，還需進一步完善分析。

5 結論

REACH法規需要涉及環烷基潤滑油生態學和毒性學資料的詳實信息，且需要由歐盟認可的實驗室出具檢測報告［4］。歐盟國家認可通過GLP（實驗室良好行為規范原則）認證的實驗室出具的測試報告，由于我國的實驗室未達到GLP標準而導致所出具的試驗結果在歐盟不予認可，被要求重新提供通過GLP認證的實驗室報告，這將會大大增加環烷基潤滑油在歐盟登記的負擔。因此，我國應盡快組建符合GLP標準的實驗室，開展GLP實驗室認證工作，并建立潤滑油毒性學和生態學測試方法。

［1］Nynas Naphthenics AB.Health and Safety Aspects of Naphthenic Oil［M］.Nynas Naphthenics，2005.

［2］BS2000:Part346:1996，Determination of Polycyclic Aromatics in Unused Lubricating Base Oils and Asphaltum Free Petroleum Fractions－Dimethyl Sulphoixide Extraction Refractive Index Method［S］.

［3］王鵬，李文樂，楊延翔.歐盟REACH法規實施進展及中國石油應對情況［J］.當代石油化工，2010（6）:27－31.

［4］陳惠卿.沉著應對REACH法規帶來的挑戰［J］.熱點關注，2008（2）:13－14.

Research Prog ress on Safety＆Healthy of Domestic and Foreign Naphthenic Lub ricating Oils

MA Bing－shui1，2，GUO Chun－m ei1，WANG M ei－ying1，REN Tian－hui2
（1.PetroChina Lanzhou Lubricating Oil R＆D Institute，Karam ay 834003，China; 2.Shanghai Jiaotong University Chem istry and Chem ical Engineering College，Shanghai200240，China）

The introduction of the REACH regulation prom pted exports of naphthenic lubricating oil to provide toxicological and ecological characteristics data of product and the contentm easurem ent of Substances of Very High Concern（SVHC）.Polycyclic arom atic hydrocarbons in naphthenic lubricating oilare closely related to toxicologicaland ecologicalcharacteristics and become SVHC of the EU countries.It is urgency to establish the GLP standard laboratory as w ellas toxicologicaland ecological testmethods of lubricating oilas soon as possible.

REACH regulation;polycyclic arom atic hydrocarbon;toxicology;ecology

TE626.3

A

1002-3119（2012）06-0019-10

2012－06－25。

馬丙水（1978－），男，工程師，2005年畢業于新疆大學化學化工學院，獲碩士學位，現從事潤滑油產品研發，已公開發表論文5篇。