一種環境友好液壓油的研究及應用

吳郡

（天津歐陸寶新材料科技有限公司，天津300000）

1 環境友好液壓油的性能特點[1]

1.1 潤滑性能

液壓系統對液壓油的潤滑性能有一定的要求，尤其是工作壓力高的液壓系統。環境友好液壓油的潤滑性能通過齒輪機試驗、四球試驗、飛輪試驗、振蕩銷-盤試驗、高頻摩擦試驗等模擬方法進行評價，采用液壓泵是最好的液壓油潤滑性能評價方法。

1.2 氧化安定性能

液壓油的氧化安定性直接影響其使用性能和使用壽命，作為環境友好液壓油同樣需要具備良好的氧化安定性能。通常液壓油的使用溫度越高，越容易發生氧化，使用壽命也會降低。

1.3 防腐蝕性能

液壓元件的腐蝕、銹蝕會很大程度影響液壓系統工作的精度和壽命，植物油和酯類油型液壓油對液壓泵的黃銅材料腐蝕性較大，需考慮加入生物降解腐蝕抑制劑加以控制。

1.4 水解安定性能

某些類型液壓系統很難排除水的污染，有水存在時，酯類油型液壓油易水解，產生有機酸，有機酸進一步催化酯的水解，增大液壓油的腐蝕性。由于水解不穩定性較難控制，一方面應該盡量減少或消除水的污染，另一方面選擇合適原材料，從根本上解決水解問題。

1.5 與材料的相容性

環境友好液壓油與橡膠、涂料、塑料等應有良好的相容性。相容性隨液壓油與材料的搭配及使用條件而變化。

1.6 過濾性

液壓系統安裝有過濾器，用來減少雜質引起的液壓系統磨損、失靈等故障。使用環境友好液壓油需采用混合過濾器，來解決液壓系統雜質過濾問題。

1.7 抗泡性和空氣釋放性能

抗泡性和空氣釋放性能是環境友好液壓油的重要使用性能。液壓油產生氣泡會造成系統壓力不穩定、動作精度下降、加快氧化過程等不良后果，因此要求液壓油具有良好的抗泡性和空氣釋放性，即液壓油在使用過程中產生的氣泡少，溶解在液壓油中的小氣泡較容易釋放出來。

1.8 生物降解性及毒性

在生物降解性和毒性方面，德國“藍色天使”認可的環境友好液壓油應滿足生物降解性大于80%，所有成分必須無污染或水危害等級為0～1。基礎油是影響環境友好液壓油生物降解性能的決定因素。植物油、酯類油具有良好的生物降解性，是環境友好液壓油的主要基礎油。

2 環境友好液壓油使用性能與生態效能評估[2]

面對當下潤滑材料使用過程中所帶來的一系列環境污染問題，在潤滑材料滿足設備使用性能要求的前提下，著重考慮潤滑材料的生態效能，即潤滑材料的可生物降解性和毒性，滿足環保要求，保護生態健康，走可持續發展道路。

潤滑材料的生物降解就是以微生物實現生化氧化。氧化的第一步是碳氫化合物斷裂成長鏈羧酸，然后在酶的作用下分解成乙酸，最后通過檸檬酸循環生成二氧化碳和水。總的來說，生物降解的產物與化學氧化和燃燒的產物一樣，但是生物降解的中間產物導致了氨基酸的形成，進一步產生了蛋白質和新的細胞物質。

環境友好液壓油的生態效能主要取決于基礎油的生物降解性能。添加劑通常只是次要的因素，但是環境友好液壓油的添加劑必須是有潛在的可生物降解性，是可接受的生態毒性。如果某種添加劑有毒，就會抑制微生物的生長，其生物降解性能也會變差。

同時，環境友好液壓油不僅有好的生物降解能力，而且應具備很低的生態毒性。這是兩個不同的概念，有些有毒物質可以生物降解，降解后生成非毒物質；有些物質降解后的產物比原物質有更強的毒性。因此，環境友好液壓油的生物降解性要好，而且生態毒性及毒性累積性要小。所以，這就要求我們在生產制造環境友好液壓油在選擇原料的時候，選擇真正意義上的環境友好基礎油和環境友好添加劑，進而滿足環保要求和對環境的適合性：可更新的資源；環境接受的加工過程/低能耗、低廢物、低排放；無毒；生態適合的；用后容易生物降解的；無處理和回收循環的問題。

3 環境友好液壓油生產制造原料選擇

3.1 植物油的生物降解性能

天然植物油具有優良的生物降解性能，其中高芥菜籽油顯示了更好的生物降解性能。由于天然植物油中的甘油酯基易水解，酯基鏈中的不飽和雙鍵易受微生物攻擊發生氧化，因此使它具有較強的生物降解能力。但是，天然植物油的熱氧化穩定性不好、低溫性能差及易水解等缺點。

針對植物油存在的缺點和不足，對植物油進行改性處理：A、對植物油進行化學改性；B、通過添加劑進行輔助彌補；C、通過改性植物種植技術制取高油酸的植物油。提高植物油的氧化穩定性能是其作為環境友好液壓油基礎油的關鍵。常規使用的化學改性方法：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。環境友好潤滑劑操作溫度對比為：標準菜籽油-20～80℃；高油酸菜籽油-30～130℃；多元醇酯-65～250℃；

3.2 合成烴（PAO）的生物降解性能

PAO具有高閃點、高燃點、高粘度指數、熱穩定性好、氧化穩定性好、水解穩定性好和低傾點及低揮發性等優點。PAO基礎油的生物降解性隨粘度的增加而降低，因此PAO基礎油的生物降解性與粘度之間有一定的關系。高粘度PAO（6cst及以上）是不能快速生物降解的，粘度為2～4cst的PAO是很容易生物降解的，粘度相當的PAO和礦物基礎油生物降解率的比較：PAO2 95%；PAO4 75%；PAO6 30%；多元醇酯約100%；雙酯約100%；MVI-2/中粘度指數基礎油20%；HVI-2/加氫精制高粘度指數基礎油65%。

3.3 合成酯的生物降解性能

合成酯除了具備PAO的性能特點外，酯類油的分子結構中含有較高活性的酯基基團，易于吸附在金屬表面形成牢固的潤滑油膜，其四球試驗和SRV（高溫摩擦磨損試驗機）試驗數據表現出色，見表1。另外，大部分酯類油毒性較低和生物降解性較好，因為毒性和生物降解性是評價生態毒性的關鍵所在。部分酯類油的毒性，見表2。

綜上對PAO和酯類油的所述，在生產制造環境友好液壓油時，可選擇合適粘度的PAO和酯類油作為環境友好液壓油的基礎油，來滿足環境友好的要求。對一個潤滑劑而言，特別是環境友好潤滑材料而言，基礎油是基礎，添加劑是關鍵。開發生物降解潤滑劑，要求添加劑所含酚、胺、各種雜環環合物、磷酸衍生物、有機金屬絡合物和有機金屬鹽及其分解產物都應對水、土壤和大氣沒有太大的污染。因此，添加劑不僅應滿足潤滑材料對設備的使用性能，同時減少對環境污染的不利影響。生物降解潤滑劑對添加劑要求的最重要特性是毒性及其對環境的不利影響，通常添加劑對生物降解性好的天然基礎油有不良影響，選擇添加劑的標準要考慮以下因素：1)低毒性（最大WGK 1）；2)無致癌、致殘誘變因素；3)不含氯和亞硝酸鹽；4)好的生物降解性（OECD 301法，大于 70%）；5)一個配方中可潛在可生物降解的添加劑最多占7%。

表1 四球試驗和SRV試驗數據

表2 酯類油的毒性

3.4 環境友好液壓油添加劑——硫化脂肪酸酯極壓/抗磨劑

硫化脂肪酸酯作為極壓抗磨劑，其生物降解性好，降解性在80%以上，是公認的環境友好潤滑劑的極壓抗磨添加劑。硫化天然三甘油酯不僅有極好的擠壓性和抗磨性，而且還有提高油性的作用。參考大量的文獻數據，綜合考慮極壓性/抗磨性/銅系金屬腐蝕及對環境的影響的考慮，硫化物-15是脂肪酸（三羥甲基丙烷油酸酯、菜籽油）基礎油最適合的極壓/抗磨劑。

3.5 環境友好液壓油添加劑——抗氧化劑

改善植物油抗氧化安定性的方法除了對植物油進行改性外，抗氧化添加劑的使用也十分重要。作為環境友好潤滑油（菜籽油作為基礎油）的抗氧化劑，酚系抗氧劑的抗氧化性能比胺系抗氧劑好。表3所示為酚型抗氧劑對菜籽油的抗氧化性能，表4所示為在菜籽油中幾種抗氧劑的生物降解情況。

表3 酚型抗氧劑對菜籽油的抗氧化性能

表4 菜籽油溫度80～110℃時幾種抗氧劑在不同時間的生物降解情況單位：%

3.6 環境友好液壓油添加劑——防銹劑

標準防銹試驗評價結果表明，無灰型生物降解性丁二酸衍生物防銹劑要滿足菜籽油的防銹性能比三羥甲基丙烷油酸酯基礎油的防銹性能要困難。為了滿足防銹要求，最適合選用三羥甲基丙烷油酸酯作為環境友好液壓油的基礎油。

綜上所述，環境友好液壓油可以通過合理科學選擇上述原料，調配出符合真正意義上的環境友好潤滑材料，開發以植物油、合成烴、合成酯及環境友好添加劑為原料的環境兼容液壓油，在滿足設備使用性能的同時，更多的是有利益環境保護，平衡生態效能。

4 環境友好液壓油的應用

4.1 環境友好液壓油常規技術參數

項目 內控指標 測試方法運動粘度（40℃）/cSt 41.4～50.6 ASTM D445粘度指數 ≥155 ASTM D2270閃點（開口）/℃ ≥230 ASTM D92傾點℃ ≤-35 ASTM D97破乳化值/min ≤20 ASTM D1401銅片腐蝕/100℃，3h ≤1a ASTM D130清潔度 ≤15/13 ISO4406水分/% ≯痕跡 ASTM D1744四球機試驗 ≤0.4 ASTM D4172 Vickers泵試驗/93℃，20.7MPa葉片總失重/mg ≤15 VickersM-2952-S環失重/mg ≤75橡膠相容性/100h硬度變化/級 ≤-15～+10 ASTM D2240體積變化/% ≤-3～+20抗拉強度損失/% ≤50生物降解試驗/% ≥80 EPA560/6-82-003毒性試驗對水的危害WGK級 ≤0 Bewertung Wassrgc對魚的危害/48h，LC50 ≤1000 OECD 203

4.2 環境友好液壓油的應用

環境友好液壓油可廣泛應用于配備齒輪泵、葉片泵及柱塞泵等高壓液壓循環系統中，特別是在使用過程中會造成直接環境污染的場所及液壓設備，比如：船舶、鉆井設備、污水處理廠設備、港口起重機、環衛垃圾車、割草機等。同時，環境友好液壓油使用壽命長，從而降本增效。液壓系統運行平穩，設備加工精度高，可滿足當前高壓、高速、大流量、大功率、高效率、低噪音及高度集成化的液壓設備。更重要的是環境友好液壓油在能滿足設備使用性能的同時，最大限度的改善了生態效能，使環境友好液壓油在使用性能與生態效能之間得以合理平衡，也激發了我們“潤滑+環保+節能”的現代潤滑新理念。