国内外环烷基润滑油的安全与健康问题研究进展

马丙水，郭春梅，汪梅影，任天辉

（1.中国石油兰州润滑油研究开发中心，新疆克拉玛依 834003;2.上海交通大学化学化工学院，上海 200240）

国内外环烷基润滑油的安全与健康问题研究进展

马丙水1，2，郭春梅1，汪梅影1，任天辉2

（1.中国石油兰州润滑油研究开发中心，新疆克拉玛依 834003;2.上海交通大学化学化工学院，上海 200240）

REACH法规的出台促使环烷基润滑油出口必须提供产品的毒性学和生态学特性资料以及高关注度物质含量检测，环烷基润滑油中的稠环芳烃物质与油品的毒性学和生态学特性息息相关，是欧盟国家最受关注的物质，尽快组建符合GLP标准的实验室，建立润滑油毒性学和生态学测试方法是当务之急。

REACH法规;稠环芳烃;毒性学;生态学

0 引言

环烷基原油是世界各类原油中最宝贵的资源之一，储量占原油总储量很小。目前世界上只有美国、委内瑞拉和中国拥有环烷基原油。环烷基润滑油独特优势在于低倾点、低残炭、溶解性优异、热稳定性好、析气性好，其特定的应用领域是变压器油、冷冻机油、工艺油、油墨、白油、光亮油，国外对于环烷基润滑油的安全与健康问题研究较早并取得了一定进展，目前国内对环烷基润滑油的安全与健康问题也日益管制并开展了一些相应工作。

1 国外油品公司对环烷基润滑油生态学研究

评价环烷基润滑油对环境的影响要进行环烷基润滑油寿命周期分析。寿命周期分析主要是评价环烷基润滑油从加工、运输、使用直至最终分解所有环节对环境的总影响。目前国内还没有对环烷基润滑油进行寿命周期分析，尼纳斯公司［1］按照瑞典的EPS（产品设计中环境优先战略）系统进行过分析和评价，环境影响按ELU（环境负荷单位）计算。尼纳斯公司的环烷基润滑油都经过加氢处理，考虑到生产排放以及生物降解等因素，最终计算得到的环境影响是0.0660 ELU/kg。评价环烷基润滑油对生态的影响主要是对环烷基润滑油的生物降解和生物聚集能力进行评估。

环烷基润滑油从分子结构上来说，主要包括链烷烃、环烷烃、芳香烃等，以下是它们结构示意图。

不是所有的有机物质可在微生物作用下分解。通常来说，分子越简单，生物降解的越快。带双键的分子，芳环和杂原子降解的要慢得多。越复杂的分子越难分解。链烷烃和环烷烃，是最容易由细菌生物降解的烃类。链烷烃比环烷烃降解要容易，直链烷烃比带支链的要容易，只有几个环的环烷基比带很多环的要容易。细菌分解芳烃更为困难，芳环数越少，生物降解越快。苯是芳烃类中最易降解的，而稠环芳烃（PCA）很难降解。从环境和生态的角度来看，使用石蜡基和环烷基油品没有什么区别，因为它们都容易降解，而稠环芳烃对环境的影响最大，这些物质最稳定，很难降解。

某种物质在生物体内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，造成其在生物体内的浓度随时间的迁移而增大，逐渐在脂肪组织中聚集，而不是被血液吸收，并由肝脏和肾排出。我们熟悉的例子就是DDT和PCB。环烷基润滑油生物聚集能力由环烷基润滑油在辛醇和水的分配系数的对数来表示［2］，该值若大于3，说明油品可能在生物体内集聚。一般来说，油品烃类分子的大小决定了在生物体内集聚的情况，分子越小就越容易在人体内集聚。

2 国外油品公司对环烷基润滑油毒性学研究

环烷基润滑油对人类健康的危害程度可以从高到完全无危险，这完全取决于所选的环烷基润滑油的结构组成和应用过程。简而言之，环烷基润滑油的精制程度决定是否会对人类健康造成危害。环烷基润滑油毒性学研究主要包括环烷基润滑油的短期作用和长期作用。

2.1 环烷基润滑油的短期作用

1984年尼纳斯公司委托英国的Hazleton试验室［2］，针对不同类型的基础油在兔子身上进行了动物实验，考察环烷基润滑油、石蜡基润滑油以及不同油品黏度对皮肤试验的影响。试验符合OECD指南404，油品涂抹在兔子背上刮过的区域。当油品清洗后，经过1 h、24 h、48 h和72 h后对皮肤进行研究，记录发炎和肿大现象。算出12只动物在24 h和72 h后总的分数，除以6得出从0～16的刺激指数，根据刺激指数的大小划分为4档。刺激指数和分类见表1，测试结果见表2。

表1 刺激分类

表2 测试结果

从表2可以看出，石蜡基和环烷基润滑油对皮肤的刺激效果基本相同，轻质油品也未表现出比重质油品有更大的刺激作用，40℃运动黏度为20 mm2/s左右的油品刺激性偏大。

2.2 环烷基润滑油的长期作用

环烷基润滑油对人引起的长期作用主要是进行环烷基润滑油诱变和致癌能力评估，诱变和致癌都与损害人类基因有关。由于环烷基润滑油包含多种化学物质，对诱变和致癌能力评估只能基于整个油品的试验，而不是对所包含的单个化学物质进行试验。

2.2.1 环烷基润滑油诱变能力评估

诱变能力是物质危害性的一个标准，它验证的是影响DNA分子的能力。诱变会导致基因代码的改变，并不是生物器官会发生突变。诱变能力测试明显的缺点是诱变性和致癌性等特性没有绝对联系。若环烷基润滑油是诱变性的，并不意味着诱变会导致癌症，损害生殖能力或其他风险。优点是诱变能力测试只需要细菌，而不需试验动物，既快速又相对便宜。

诱变能力测试常用的方法是艾姆斯试验［2］。艾姆斯试验方法是当细菌接触诱变物质时，氨基酸依赖型的沙门氏菌变异回氨基酸非依赖型，并且菌群开始生长。将艾姆斯试验用于石油产品的是美孚公司，该公司发现艾姆斯试验与老鼠皮肤涂抹试验存在一定的关联性。环烷基润滑油样品用环己烷稀释并用DMSO抽提，得到油品的芳烃组分，将其与仓鼠的肝脏匀浆、沙门氏菌（通常是T98菌株）加入到琼脂板中，48 h后进行菌落计数，菌群数目与诱变性成正比，艾姆斯试验的示意图见图1。

图1 艾姆斯试验示意

艾姆斯试验测试结果最简单的是使用剂量响应曲线的标准线性回归分析，斜率表示诱变指数（MI），也可以使用非线性回归分析方法以及计算诱变潜力指数（MPI）方法。诱变指数大于1可认为发生诱变，诱变潜力指数大于3同样也可认为发生诱变。图2、图3展示了两条测定曲线结果，一条是未发生诱变，另一条是发生诱变。

图2 未发生诱变的测定曲线

图3 发生诱变的测定曲线

尼纳斯公司进行了不同馏分油诱变指数与蒸馏点50%馏出温度关联性研究，测定结果见图4。

图4 蒸馏点50%馏出温度与诱变指数关联性

从图4可以看到蒸馏点50%馏出温度范围在350～450之间的馏分油的诱变指数最高，原因是在此温度范围的烃类都是三环烃类。重油的诱变指数较低，可能在50%蒸馏点温度之上不可能找到苯并（a）芘这种物质。

除了艾姆斯试验，另一个诱变性测试方法就是DNA加合物测试。DNA加合物是由稠环芳烃物质激发，在肿瘤起源的初始阶段有着重要作用。这个方法测试环烷基润滑油中的哪些物质依附在DNA上，然后将依附在DNA上有诱变性的物质分离出来并进行测定。将来自于小牛皮上的DNA和DMSO抽提物以及肝匀浆互相接触，经过DNA萃取后，酶的水解作用开始，加合物形成并以32P的同位素作为标记，带有32P同位素标记的加合物通过高效液相色谱定量计算。这个方法存在的问题是DNA加合物测试与动物的皮肤涂抹实验没有发现相关性。

2.2.2 环烷基润滑油致癌性能力评估

化学物质引发癌症的一般方式是使人类基因物质的特定部位产生突变，即所谓的致癌基因。在确定环烷基润滑油是否具有致癌性时，通常采用流行病学研究或动物试验。流行病学研究很昂贵且耗时，因为人们通常接触过致癌物质数十年之后才发展成癌症。但为了考查某种物质是否具有致癌性，最终的评价手段是进行动物试验。基于伦理角度考虑，应尽量减少动物试验，采用替代方法进行评估。目前的实验已经证实环烷基润滑油中的稠环芳烃物质是致癌的主要因素。欧盟采用IP346［2］的方法进行润滑油中稠环芳烃（PCA）含量测试，并对IP346方法与老鼠涂抹实验的结果进行关联性研究。

图5显示了不同PCA含量的油品与老鼠涂抹实验的关联性，图由CONCAWE数据库提供，横坐标是环烷基和石蜡基润滑油的稠环芳烃含量，纵坐标是基于老鼠皮肤涂抹试验结果。曲线清楚地表明无论是石蜡基还是环烷基润滑油在稠环芳烃含量低于3%的情况下没有致癌性。皮肤肿瘤的百分比与通过IP346方法测得的稠环芳烃含量相关联，因此欧盟决定采用IP346作为标记方法。必须指出的是IP346方法是针对未使用过的润滑油基础油以及不含沥青质的润滑油，如再生油不适合此方法。中国石油润滑油公司的环烷基高压加氢润滑油的IP346值低于3%，符合环保要求。图5还表明，低精制程度的油品，如馏分油和芳烃抽出油，根据IP346具有高PAC含量，对老鼠有致癌性，必须用骷髅和交叉的骨头标记。

图5 PCA含量与老鼠涂抹实验关联性

3 国外油品公司对环烷基润滑油诱变性和致癌性评估方法之间的关联性

3.1 不同稠环芳烃测试方法与诱变性和致癌性关联性

目前的研究已经证实环烷基润滑油中的稠环芳烃物质是诱变性和致癌性的主要因素。稠环芳烃属芳香烃类以及相关的硫、氮化合物，含有三个或更多的闭合芳环，这些芳环上可带有短烷基或环烷基取代基。分析油品中稠环芳烃含量的方法有很多种，比如IP346方法、HPLC法以及GC－MS法等。目前IP346是被国际上认可的确定油品是否需要标记的方法。因为按IP346测定的PCA含量与致癌性有良好的关联性。然而另一方面IP346没有对PCA较好地定量表征，原因在于IP346并非直接测定PCA含量，而是测定DMSO抽出相中的物质含量。分析DMSO相就可发现除了稠环芳烃外，还包括了单环芳烃以及环烷基。也就是说，IP346方法测定的PCA含量要大于实际油品中的稠环芳烃含量。HPLC法测定的稠环芳烃基本符合环烷基润滑油中的实际含量，然而通过HPLC法测定的PCA含量与老鼠皮肤涂抹实验并无关联性，也就不被国际上所认同作为标记方法。

对于稠环芳烃的定义还有另外一种方式就是PAH，它的范围要小于PCA，因为PAH只是含有碳氢而没有杂原子的稠环芳烃物质。PAH的测定通常是实验室内部方法，通过使用GC－MS来测定。尼纳斯公司检测了两个不同馏程范围的减压馏分油，测试结果见表3。

表3 尼纳斯馏分油的测试分析

以VGO1和VGO2基础油为原料，在实验室加氢装置上选择三种不同的加氢工艺条件和参数，目的是降低PCA含量达到低于3%的要求，测试结果见表4和表5。

表4 不同工艺条件馏分油分析结果

表5 不同工艺条件馏分油PAH含量mg/kg

续表

从表5可以看出单个PAH含量很低的环烷基润滑油在艾姆斯试验中也有较高的诱变指数，这说明有其他的分子（并不是通过GC－MS测定的PAH）有较高的诱变指数。也就是说，单个PAH与环烷基润滑油的诱变性和致癌性没有相关性。

3.2 艾姆斯试验与IP346方法关联性

艾姆斯试验的方法建立较早，由于存在一定争议，一直没能成为官方标准。图6是美国的Covance实验室做的诱变指数和油品IP346测试结果的关联性研究结果。

图6 艾姆斯试验结果和IP346方法测定的PCA含量关系

Covance实验室对8个不同类型的润滑油样品（PCA含量从0到15）进行艾姆斯试验，试验结果以诱变指数和诱变潜力指数表示。从图6可以看出艾姆斯试验结果和通过IP346方法测定的PCA含量有很好的相关性。

3.3 DNA加合物测试和艾姆斯试验以及IP346方法相关性（见图7）

图7 DNA加合物测试和艾姆斯试验以及IP346方法关联性

从图7可以看出DNA加合物测试与艾姆斯试验和IP346测试结果有较低的相关性。对一种类型油品来说，艾姆斯试验和IP346两种方法与皮肤试验有相对好的相关性，因此DNA加合物测试与皮肤试验有较差的相关性。

4 中国石油润滑油公司对环烷基润滑油安全与健康问题研究

欧洲新化学指令《化学品注册、评估、授权和限制制度》即REACH法规［3］的实施促使国内润滑油生产制造商日益关注环烷基润滑油安全与健康问题。注册是REACH法规的主要要素，未经注册的化学物质将不能在欧盟市场上生产或进口。注册要提供的主要信息包括每种物质的固有特性（如物理化学特性、毒性学特性和生态学特性）以及对人体健康和环境风险的评估。尤其是高度关注物质必须先获得欧盟化学品管理局的生产或进口许可。申请者要证明所使用的化学物质的危险性可以得到有效地控制，并证明该化学物质的社会经济效益超过其危险性，且没有适宜的可替代品。需要经过许可的物质［1］是CMRs、PBTs（持久的、生物累积的和有毒的物质）和vPvBs（非常持久、高生物累积性的物质）。REACH法规的主要内容见表6。

表6 REACH法规对出口到欧盟国家成品制造商的要求

4.1 REACH法规预注册工作及可能含有的高关注度物质

预注册是REACH法规对分阶段物质提出的注册前的简单登记要求，包括英文名称、CAS号或者EC号等信息，REACH法规下物质的定义超出了可以用单一分子式表达的纯粹的化学物质的概念。由于润滑油的组成非常复杂且加工工艺有所不同，因此不可能列出所有已知物质的CAS编号。而是根据不同的加工工艺对工艺流程进行编号，并且将其当作化学物质处理。每个工艺流程由一个CAS编号和一个EINECS编号确定。所有的环烷基润滑油都可通过这两种产品目录之一查阅到。目前中国石油润滑油公司已经完成了环烷基润滑油注册工作，见表7。

表7 环烷基润滑油预注册表

2011－12－19 欧盟化学品管理局（ECHA）公布了第六批20项高关注度物质清单，目前高关注度物质（SVHC）共73项。针对环烷基润滑油而言，油品中可能含有的高关注度物质见表8。

表8 环烷基润滑油中可能含有的高关注度物质

4.2 环烷基润滑油SGS检测

SGS通标公司作为世界上最大的第三方检验公司的成员，是世界上最大的从事检验、实验和认证的公司。SGS通标标准技术服务有限公司检测中心符合CNAL/AC01:2003《检测和校准试验室认可准则》（等同于ISO/IEC:17025:1999《检测和校准试验室能力的通用要求》）并获中国实验室国家标准认可委员会认可证书。根据使用环烷基润滑油行业要求同时基于对人体健康和环境保护方面的需要，特别是出口到欧盟国家，必须提供权威检测机构出具的多种分析检测报告，否则相关产品将会受到限制。中国石油润滑油公司对其生产的环烷基润滑油产品进行SGS检测，检测结果见表9。

表9 SGS检测结果mg/kg

续表

欧盟ROHS六项测试是基于2002/95/EC指令即电子电器设备限用特定有害物质指令，该指令要求均匀材质所含的铅、汞、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚，最高浓度不得超过质量的0.1%;均匀材质物料所含的镉，最高浓度不得超过质量的0.01%。中国石油润滑油公司的7个典型产品没有检测到上述各种有害物质。

PAHs（多环芳烃化合物）是由二个或多个苯环互相键结形成各类型的碳氢化合物，它是环境荷尔蒙的一种。2007年11月20日，依据德国设备安全法所制定的自愿性安全测试认证，AtAV委员会通过决议强制要求测试PAHs（16项）项目，测定方法ZEK01.1－08，于2008年4月1日起实施。产品中PAHs的最大浓度限值见表10，中国石油润滑油公司的7个典型产品都符合最大浓度限值。

表10 产品中PAHs的最大浓度限值mg/kg

邻苯二甲酸酯是增塑剂的一种，广泛用于高分子橡塑产品中，在橡塑原料加工时，添加可塑剂可以改变塑胶成形时的物理性质，使其物理性质变为较为柔软，易于加工。PVC材料中添加邻苯二甲酸酯类塑化剂，加热后会释放有毒致癌物质、伤害生殖系统并降低智商。

表11是各国和地区执行的关于邻苯二甲酸酯的相关指令，由于橡胶填充油也属于增塑剂的一种必须进行检测，中国石油润滑油公司的五种橡胶填充油产品没有检测到邻苯二甲酸酯类物质，符合表11相关指令要求。

表11 邻苯二甲酸酯指令

PAHs（8项）测试基于2005/69/EC《关于限制稠环芳烃（PAHs）的指令》，该指令规定:直接投入市场的添加油或用于制造轮胎（客车轮胎、轻型和重型卡车轮胎、医用车轮胎及摩托车胎）的添加油中8种PAHs的限量为:苯并（a）芘（BaP）低于1 mg/kg，或8种PAHs总含量低于10 mg/kg。中国石油润滑油公司的五种橡胶填充油产品符合2005/69/EC《关于限制稠环芳烃（PAHs）的指令》。

壬基苯酚是一种环境激素，它会打乱生物的内分泌功能，进而导致生物的生殖器官出现异常现象，它主要应用在润滑油添加剂、树脂改性剂、树脂及橡胶稳定剂等领域。2003年，欧盟指令2003/53/EC正式颁布并要求所有成员国强制执行指令要求壬基苯酚作为成品或原料，其浓度等于或大于0.1%时，不得在市场上销售或使用。中国石油润滑油公司的五种橡胶填充油产品没有检测到壬基苯酚，符合上述指令。

REACH法规包括注册、评估、许可和限制等核心过程，期间涉及很多化学物质性能的详实信息，且需要由欧盟认可的实验室出具检测报告。中国石油润滑油公司对其所属环烷基润滑油产品的进行SGS检测项目还未能提供环烷基润滑油生态学和毒性学资料的详实信息以及高关注度物质含量检测，还需进一步完善分析。

5 结论

REACH法规需要涉及环烷基润滑油生态学和毒性学资料的详实信息，且需要由欧盟认可的实验室出具检测报告［4］。欧盟国家认可通过GLP（实验室良好行为规范原则）认证的实验室出具的测试报告，由于我国的实验室未达到GLP标准而导致所出具的试验结果在欧盟不予认可，被要求重新提供通过GLP认证的实验室报告，这将会大大增加环烷基润滑油在欧盟登记的负担。因此，我国应尽快组建符合GLP标准的实验室，开展GLP实验室认证工作，并建立润滑油毒性学和生态学测试方法。

［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］王鹏，李文乐，杨延翔.欧盟REACH法规实施进展及中国石油应对情况［J］.当代石油化工，2010（6）:27－31.

［4］陈惠卿.沉着应对REACH法规带来的挑战［J］.热点关注，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。

马丙水（1978－），男，工程师，2005年毕业于新疆大学化学化工学院，获硕士学位，现从事润滑油产品研发，已公开发表论文5篇。