生物可降解液壓油的研究方向

徐自偉

（中國石油玉門油田分公司，甘肅酒泉 735200）

生物可降解液壓油又稱環境友好型液壓油，即指油品即滿足液壓系統使用性能要求，且自身及損耗產物又不會對環境造成損害，或在一定程度上為環境所允許，其中包括：具有優良的可生物降解性、生態毒性小、對環境污染小和資源可再生等。目前，歐美、日本等國家已經展開了對生物可降解潤滑劑的研究，一些著名的大公司已經陸續有產品問世，并且建立了合適的可生物降解性能評定方法。

潤滑油的可生物降解性是生物可降解液壓油最重要的指標。生物降解性就是污染物被環境微生物降解的可能性，例如大分子物質被活性微生物（細菌）分解為CO2和H2O的能力，這其中包含了物質的消耗與能量的轉換，這樣就可以通過定量測定生物降解過程中的總有機碳（TOC）和溶解有機碳（DOC）來衡量生物降解性。

由于目前國際上還沒有通用的潤滑劑生物降解性評定方法，但是已經有多種成熟的實驗方法可用于評價測試。最常用的方法有生物降解經合組織（OECD）301系列、美國實驗材料學會（ASTM）方法以及歐洲協調委員會（CEC）方法等（見表1）。

表1 生物降解性的各項評定方法

1 可生物降解液壓油的組成

現在大部分的潤滑劑都是由基礎油和添加劑調和而成的，基礎油是液體潤滑劑的重要組成部分，所占比例一般在80%～90%，甚至更高，因此基礎油對潤滑劑性能起著決定性的作用。由于基礎油在潤滑劑中所占比例很高，所以可生物降解潤滑劑的降解性主要由基礎油的降解性決定的。ISO（國際標準化組織）于2002年3月1日公布了生物降解液壓油的規格ISO 15380，該規格將可降解液壓油分為4個系列：

（1）HESS:合成酯型（非水溶性）。酯類油具有優異的氧化安定性和摩擦性能。

（2）HETG：甘油三脂（非水溶性植物油型）。該類油比礦物油的熱負荷低，氧化安定性差。

（3）HEPR：聚-α-烯烴和有關烴類產品。低相對分子質量的PAO及相應的衍生物是可生物降解的，但比大多數的酯類油和植物油的降解速度慢得多。

（4）HEPG：聚乙二醇型（水溶性）主要用于供水工業、航海設備，為可快速降解的液壓油液。

ISO 15380標準可生物降解液壓油的4個系列中的基礎油主要包括合成酯、植物油、合成烴（PAO）和乙二醇等。目前國外有使用植物油和合成酯作為基礎油的報道，也有部分同時使用植物油和合成酯。

1.1 基礎油

1.1.1 合成酯 合成酯作為高性能的潤滑劑基礎油，廣泛用于航空領域，近年來由于燃料發動機技術的進步，它也被用在發動機潤滑油上，以彌補礦物油自身的某些缺陷。作為液壓油基礎油，常用的合成酯型基礎油結構主要有PETE（季戊四醇四酯）、TMPT（三羥甲基丙烷三庚酯）、TMP（三羥甲基丙烷三油酸酯）等，其優點有：無毒、生物降解性好、優良的粘溫性和低溫流動性，良好的熱氧化穩定性和低揮發性以及與添加劑的良好感受性。這些特性與礦物油相近，所以合成酯型基礎油可以在生物可降解液壓油中推廣。但是合成酯的價格較昂貴，現階段僅用在一些高端科技及國防設備中，而對常規設備的使用則不經濟，所以改進合成酯的工藝技術將是今后的主攻方向。

表2 幾種合成酯型基礎油的性質

1.1.2 植物油 與礦物油相比，植物油是可再生性資源，來源廣泛，無毒且容易生物降解，但是其熱穩定性、低溫流動性及氧化安定性均不理想；與酯類油相比，植物油價格低廉，原料易得，成本較低。植物油主要成分是脂肪酸三甘油酯。植物油中含有大量的不飽和酸，所以其氧化安定性變的很差，一般來說不飽和度越高，其低溫流動性越好，但是其氧化安定性越差?，F在普通的植物油性能肯定是無法滿足現代液壓系統要求的，就需要通過一定的技術來實現其質量的提高。例如菜籽油（三甘油脂）可在施加一定條件后連續改進成：菜籽油→油酸甘油酯→三羥甲基丙烷三油酸酯→三羥甲基丙烷三硬脂酸酯，通過對菜籽油的改進其性能大大提高，但是其成本也增加了。其他的植物油也可以通過酯交換、氫化、環氧化等來改善其雙鍵，避免油質劣化。

1.1.3 其他可生物降解的基礎油 另外，生物可降解基礎油還包括聚-α-烯烴油（PAO）、聚醇醚類、聚異構烴等。其中PAO具有優良的理化特性，例如：

（1）粘度范圍寬，粘溫性好，粘度指數高（見表3）；

表3 聚-α-烯烴油的粘度等級

（2）低溫流動性好，傾點低，熱氧化安定性好。

（3）與礦物油和其他合成油的相容性好，有良好的添加劑感受性。

工業生產PAO，目前主要采用石蠟裂解法和乙烯聚合法兩種，其中乙烯聚合法所得產品質量較高。

綜上所述，目前對于液壓油基礎油的選擇及其性能的提高和改善將是今后研究的重點和難點，隨著生物技術的發展，運用基因改良技術可以大大改善植物油的抗氧化安定性以及高溫穩定性；現階段主要著重開發高性能的合成酯，并且期待能在制備工藝、降低生產成本等方面能夠取得新的突破。

2 可生物降解添加劑

一般來說，影響液壓油性能、安全環保等方面最明顯、靈活性最大的應該是添加劑?，F代的液壓油為了滿足實際生產過程的使用要求，就必須在基礎油中添加各種各樣的添加劑。這就要求添加劑本身具有可生物降解性，由于世界各國對這項工作的研究起步較晚，現在市面上能真正稱得上可生物降解性的添加劑少之又少。因此，為了滿足實際生產需要，還是允許在基礎油中添加不可生物降解的添加劑，對其添加量有嚴格要求的前提下，還必須保證所用添加劑是低毒，或者無毒的。

另外一點值得提出，那就是加入的添加劑對環境的不利影響一般都比基礎油要大，同時也可能影響到基礎油自身的生物降解性。目前適合可生物降解潤滑劑的添加劑還很少，而添加劑是影響液壓油性能的核心，因此大力研究適于環境友好潤滑劑的各種添加劑是發展可生物降解潤滑劑的重要前提。德國“藍色天使”組織對可生物降解潤滑劑的添加劑作了如下規定：（1）無致癌物，無致基因誘變，畸變物；（2）不含氯和亞硝酸鹽；（3）不含金屬（除最大可含 0.1%鈣外）；（4）最大使用7%的具有潛在可生物降解的添加劑（OECD 302B法規定，生物降解率大于20%）；（5）可添加2%不可生物降解的添加劑，但必須是低毒，對可生物降解的添加劑則無限制（根據OECD301A-E）；（6）水污染等級最大為1（德國化學法）。由此可見，可生物降解潤滑劑對添加劑要求的重要特征之一便是毒性及對環境的影響要盡可能的小。

研究表明，一般含有過渡金屬元素的添加劑和某些影響微生物活性和營養成分的清凈分散劑會降低潤滑劑的生物降解性。而含N和P元素的添加劑因為能提供有利于微生物生長的營養成分，可提高潤滑劑的生物降解性。

國外目前正在積極開展各種基礎油和添加劑對環境影響的調查，研究基礎油和添加劑的相容性，開發新產品的同時把生態設計的概念納入其中，綜合考慮產品性能與生態環境問題，最終目標是使產品在滿足使用性能的基礎上具有良好的環境性能。由于滿足可生物降解的添加劑的研究才剛剛起步，因此可生物降解添加劑的研究具有廣闊的前景。

3 結語

（1）隨著世界各國對環境的重視，各種新型液壓技術不斷涌現，液壓油裝置也正在向高效、高壓、高速方向發展，這就需要發展性能更加優良、滿足更為苛刻工作條件的與環境兼容性更好的潤滑劑來替代部分現有礦物潤滑油。

（2）應加強對可降解液壓油從基礎油到添加劑的研究和開發，在提高液壓油性能的同時又可與環境友好兼容，開發出新型的環境友好潤滑劑，以適應時代的發展要求。

（3）中國應參考其他國家的生物可降解液壓油標準，加快制定適合我國發展需求的生物可降解液壓油標準，促進我國經濟可持續發展。

（4）我國植物油資源豐富，研制利用植物油生產可降解潤滑劑的新技術，不僅可以減少環境污染，還可以減少原油進口。因此，應盡快研究植物油改良技術，對于我國具有特殊重要的意義。

[1]郭太勤，蔣明俊，郭小川.生物可降解潤滑劑的特點及發展[J］.后勤工程學院學報，2005，20（1）：77-79.

[2]董浚修.潤滑原理及潤滑油[M］.北京：中國石化出版社，1998.

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