一种环境友好液压油的研究及应用

吴郡

（天津欧陆宝新材料科技有限公司，天津300000）

1 环境友好液压油的性能特点[1]

1.1 润滑性能

液压系统对液压油的润滑性能有一定的要求，尤其是工作压力高的液压系统。环境友好液压油的润滑性能通过齿轮机试验、四球试验、飞轮试验、振荡销-盘试验、高频摩擦试验等模拟方法进行评价，采用液压泵是最好的液压油润滑性能评价方法。

1.2 氧化安定性能

液压油的氧化安定性直接影响其使用性能和使用寿命，作为环境友好液压油同样需要具备良好的氧化安定性能。通常液压油的使用温度越高，越容易发生氧化，使用寿命也会降低。

1.3 防腐蚀性能

液压元件的腐蚀、锈蚀会很大程度影响液压系统工作的精度和寿命，植物油和酯类油型液压油对液压泵的黄铜材料腐蚀性较大，需考虑加入生物降解腐蚀抑制剂加以控制。

1.4 水解安定性能

某些类型液压系统很难排除水的污染，有水存在时，酯类油型液压油易水解，产生有机酸，有机酸进一步催化酯的水解，增大液压油的腐蚀性。由于水解不稳定性较难控制，一方面应该尽量减少或消除水的污染，另一方面选择合适原材料，从根本上解决水解问题。

1.5 与材料的相容性

环境友好液压油与橡胶、涂料、塑料等应有良好的相容性。相容性随液压油与材料的搭配及使用条件而变化。

1.6 过滤性

液压系统安装有过滤器，用来减少杂质引起的液压系统磨损、失灵等故障。使用环境友好液压油需采用混合过滤器，来解决液压系统杂质过滤问题。

1.7 抗泡性和空气释放性能

抗泡性和空气释放性能是环境友好液压油的重要使用性能。液压油产生气泡会造成系统压力不稳定、动作精度下降、加快氧化过程等不良后果，因此要求液压油具有良好的抗泡性和空气释放性，即液压油在使用过程中产生的气泡少，溶解在液压油中的小气泡较容易释放出来。

1.8 生物降解性及毒性

在生物降解性和毒性方面，德国“蓝色天使”认可的环境友好液压油应满足生物降解性大于80%，所有成分必须无污染或水危害等级为0～1。基础油是影响环境友好液压油生物降解性能的决定因素。植物油、酯类油具有良好的生物降解性，是环境友好液压油的主要基础油。

2 环境友好液压油使用性能与生态效能评估[2]

面对当下润滑材料使用过程中所带来的一系列环境污染问题，在润滑材料满足设备使用性能要求的前提下，着重考虑润滑材料的生态效能，即润滑材料的可生物降解性和毒性，满足环保要求，保护生态健康，走可持续发展道路。

润滑材料的生物降解就是以微生物实现生化氧化。氧化的第一步是碳氢化合物断裂成长链羧酸，然后在酶的作用下分解成乙酸，最后通过柠檬酸循环生成二氧化碳和水。总的来说，生物降解的产物与化学氧化和燃烧的产物一样，但是生物降解的中间产物导致了氨基酸的形成，进一步产生了蛋白质和新的细胞物质。

环境友好液压油的生态效能主要取决于基础油的生物降解性能。添加剂通常只是次要的因素，但是环境友好液压油的添加剂必须是有潜在的可生物降解性，是可接受的生态毒性。如果某种添加剂有毒，就会抑制微生物的生长，其生物降解性能也会变差。

同时，环境友好液压油不仅有好的生物降解能力，而且应具备很低的生态毒性。这是两个不同的概念，有些有毒物质可以生物降解，降解后生成非毒物质；有些物质降解后的产物比原物质有更强的毒性。因此，环境友好液压油的生物降解性要好，而且生态毒性及毒性累积性要小。所以，这就要求我们在生产制造环境友好液压油在选择原料的时候，选择真正意义上的环境友好基础油和环境友好添加剂，进而满足环保要求和对环境的适合性：可更新的资源；环境接受的加工过程/低能耗、低废物、低排放；无毒；生态适合的；用后容易生物降解的；无处理和回收循环的问题。

3 环境友好液压油生产制造原料选择

3.1 植物油的生物降解性能

天然植物油具有优良的生物降解性能，其中高芥菜籽油显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，酯基链中的不饱和双键易受微生物攻击发生氧化，因此使它具有较强的生物降解能力。但是，天然植物油的热氧化稳定性不好、低温性能差及易水解等缺点。

针对植物油存在的缺点和不足，对植物油进行改性处理：A、对植物油进行化学改性；B、通过添加剂进行辅助弥补；C、通过改性植物种植技术制取高油酸的植物油。提高植物油的氧化稳定性能是其作为环境友好液压油基础油的关键。常规使用的化学改性方法：菜籽油→油酸甘油酯→三羟甲基丙烷三油酸酯→三羟甲基丙烷三硬脂酸酯。环境友好润滑剂操作温度对比为：标准菜籽油-20～80℃；高油酸菜籽油-30～130℃；多元醇酯-65～250℃；

3.2 合成烃（PAO）的生物降解性能

PAO具有高闪点、高燃点、高粘度指数、热稳定性好、氧化稳定性好、水解稳定性好和低倾点及低挥发性等优点。PAO基础油的生物降解性随粘度的增加而降低，因此PAO基础油的生物降解性与粘度之间有一定的关系。高粘度PAO（6cst及以上）是不能快速生物降解的，粘度为2～4cst的PAO是很容易生物降解的，粘度相当的PAO和矿物基础油生物降解率的比较：PAO2 95%；PAO4 75%；PAO6 30%；多元醇酯约100%；双酯约100%；MVI-2/中粘度指数基础油20%；HVI-2/加氢精制高粘度指数基础油65%。

3.3 合成酯的生物降解性能

合成酯除了具备PAO的性能特点外，酯类油的分子结构中含有较高活性的酯基基团，易于吸附在金属表面形成牢固的润滑油膜，其四球试验和SRV（高温摩擦磨损试验机）试验数据表现出色，见表1。另外，大部分酯类油毒性较低和生物降解性较好，因为毒性和生物降解性是评价生态毒性的关键所在。部分酯类油的毒性，见表2。

综上对PAO和酯类油的所述，在生产制造环境友好液压油时，可选择合适粘度的PAO和酯类油作为环境友好液压油的基础油，来满足环境友好的要求。对一个润滑剂而言，特别是环境友好润滑材料而言，基础油是基础，添加剂是关键。开发生物降解润滑剂，要求添加剂所含酚、胺、各种杂环环合物、磷酸衍生物、有机金属络合物和有机金属盐及其分解产物都应对水、土壤和大气没有太大的污染。因此，添加剂不仅应满足润滑材料对设备的使用性能，同时减少对环境污染的不利影响。生物降解润滑剂对添加剂要求的最重要特性是毒性及其对环境的不利影响，通常添加剂对生物降解性好的天然基础油有不良影响，选择添加剂的标准要考虑以下因素：1)低毒性（最大WGK 1）；2)无致癌、致残诱变因素；3)不含氯和亚硝酸盐；4)好的生物降解性（OECD 301法，大于 70%）；5)一个配方中可潜在可生物降解的添加剂最多占7%。

表1 四球试验和SRV试验数据

表2 酯类油的毒性

3.4 环境友好液压油添加剂——硫化脂肪酸酯极压/抗磨剂

硫化脂肪酸酯作为极压抗磨剂，其生物降解性好，降解性在80%以上，是公认的环境友好润滑剂的极压抗磨添加剂。硫化天然三甘油酯不仅有极好的挤压性和抗磨性，而且还有提高油性的作用。参考大量的文献数据，综合考虑极压性/抗磨性/铜系金属腐蚀及对环境的影响的考虑，硫化物-15是脂肪酸（三羟甲基丙烷油酸酯、菜籽油）基础油最适合的极压/抗磨剂。

3.5 环境友好液压油添加剂——抗氧化剂

改善植物油抗氧化安定性的方法除了对植物油进行改性外，抗氧化添加剂的使用也十分重要。作为环境友好润滑油（菜籽油作为基础油）的抗氧化剂，酚系抗氧剂的抗氧化性能比胺系抗氧剂好。表3所示为酚型抗氧剂对菜籽油的抗氧化性能，表4所示为在菜籽油中几种抗氧剂的生物降解情况。

表3 酚型抗氧剂对菜籽油的抗氧化性能

表4 菜籽油温度80～110℃时几种抗氧剂在不同时间的生物降解情况单位：%

3.6 环境友好液压油添加剂——防锈剂

标准防锈试验评价结果表明，无灰型生物降解性丁二酸衍生物防锈剂要满足菜籽油的防锈性能比三羟甲基丙烷油酸酯基础油的防锈性能要困难。为了满足防锈要求，最适合选用三羟甲基丙烷油酸酯作为环境友好液压油的基础油。

综上所述，环境友好液压油可以通过合理科学选择上述原料，调配出符合真正意义上的环境友好润滑材料，开发以植物油、合成烃、合成酯及环境友好添加剂为原料的环境兼容液压油，在满足设备使用性能的同时，更多的是有利益环境保护，平衡生态效能。

4 环境友好液压油的应用

4.1 环境友好液压油常规技术参数

项目 内控指标 测试方法运动粘度（40℃）/cSt 41.4～50.6 ASTM D445粘度指数 ≥155 ASTM D2270闪点（开口）/℃ ≥230 ASTM D92倾点℃ ≤-35 ASTM D97破乳化值/min ≤20 ASTM D1401铜片腐蚀/100℃，3h ≤1a ASTM D130清洁度 ≤15/13 ISO4406水分/% ≯痕迹 ASTM D1744四球机试验 ≤0.4 ASTM D4172 Vickers泵试验/93℃，20.7MPa叶片总失重/mg ≤15 VickersM-2952-S环失重/mg ≤75橡胶相容性/100h硬度变化/级 ≤-15～+10 ASTM D2240体积变化/% ≤-3～+20抗拉强度损失/% ≤50生物降解试验/% ≥80 EPA560/6-82-003毒性试验对水的危害WGK级 ≤0 Bewertung Wassrgc对鱼的危害/48h，LC50 ≤1000 OECD 203

4.2 环境友好液压油的应用

环境友好液压油可广泛应用于配备齿轮泵、叶片泵及柱塞泵等高压液压循环系统中，特别是在使用过程中会造成直接环境污染的场所及液压设备，比如：船舶、钻井设备、污水处理厂设备、港口起重机、环卫垃圾车、割草机等。同时，环境友好液压油使用寿命长，从而降本增效。液压系统运行平稳，设备加工精度高，可满足当前高压、高速、大流量、大功率、高效率、低噪音及高度集成化的液压设备。更重要的是环境友好液压油在能满足设备使用性能的同时，最大限度的改善了生态效能，使环境友好液压油在使用性能与生态效能之间得以合理平衡，也激发了我们“润滑+环保+节能”的现代润滑新理念。