吳郡

（天津歐陸寶新材料科技有限公司，天津300000）

1 環(huán)境友好液壓油的性能特點(diǎn)[1]

1.1 潤(rùn)滑性能

液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油的潤(rùn)滑性能有一定的要求，尤其是工作壓力高的液壓系統(tǒng)。環(huán)境友好液壓油的潤(rùn)滑性能通過齒輪機(jī)試驗(yàn)、四球試驗(yàn)、飛輪試驗(yàn)、振蕩銷-盤試驗(yàn)、高頻摩擦試驗(yàn)等模擬方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用液壓泵是最好的液壓油潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)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(huán)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(fā)生氧化，使用壽命也會(huì)降低。

1.3 防腐蝕性能

液壓元件的腐蝕、銹蝕會(huì)很大程度影響液壓系統(tǒng)工作的精度和壽命，植物油和酯類油型液壓油對(duì)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(tǒng)很難排除水的污染，有水存在時(shí)，酯類油型液壓油易水解，產(chǎn)生有機(jī)酸，有機(jī)酸進(jìn)一步催化酯的水解，增大液壓油的腐蝕性。由于水解不穩(wěn)定性較難控制，一方面應(yīng)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(huán)境友好液壓油與橡膠、涂料、塑料等應(yīng)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(tǒng)安裝有過濾器，用來減少雜質(zhì)引起的液壓系統(tǒng)磨損、失靈等故障。使用環(huán)境友好液壓油需采用混合過濾器，來解決液壓系統(tǒng)雜質(zhì)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(huán)境友好液壓油的重要使用性能。液壓油產(chǎn)生氣泡會(huì)造成系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定、動(dòng)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(chǎn)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(guó)“藍(lán)色天使”認(rèn)可的環(huán)境友好液壓油應(yīng)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(jí)為0～1?；A(chǔ)油是影響環(huán)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(huán)境友好液壓油的主要基礎(chǔ)油。

2 環(huán)境友好液壓油使用性能與生態(tài)效能評(píng)估[2]

面對(duì)當(dāng)下潤(rùn)滑材料使用過程中所帶來的一系列環(huán)境污染問題，在潤(rùn)滑材料滿足設(shè)備使用性能要求的前提下，著重考慮潤(rùn)滑材料的生態(tài)效能，即潤(rùn)滑材料的可生物降解性和毒性，滿足環(huán)保要求，保護(hù)生態(tài)健康，走可持續(xù)發(fā)展道路。

潤(rùn)滑材料的生物降解就是以微生物實(shí)現(xiàn)生化氧化。氧化的第一步是碳?xì)浠衔飻嗔殉砷L(zhǎng)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(huán)生成二氧化碳和水。總的來說，生物降解的產(chǎn)物與化學(xué)氧化和燃燒的產(chǎn)物一樣，但是生物降解的中間產(chǎn)物導(dǎo)致了氨基酸的形成，進(jìn)一步產(chǎn)生了蛋白質(zhì)和新的細(xì)胞物質(zhì)。

環(huán)境友好液壓油的生態(tài)效能主要取決于基礎(chǔ)油的生物降解性能。添加劑通常只是次要的因素，但是環(huán)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(tài)毒性。如果某種添加劑有毒，就會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)，其生物降解性能也會(huì)變差。

同時(shí)，環(huán)境友好液壓油不僅有好的生物降解能力，而且應(yīng)具備很低的生態(tài)毒性。這是兩個(gè)不同的概念，有些有毒物質(zhì)可以生物降解，降解后生成非毒物質(zhì)；有些物質(zhì)降解后的產(chǎn)物比原物質(zhì)有更強(qiáng)的毒性。因此，環(huán)境友好液壓油的生物降解性要好，而且生態(tài)毒性及毒性累積性要小。所以，這就要求我們?cè)谏a(chǎn)制造環(huán)境友好液壓油在選擇原料的時(shí)候，選擇真正意義上的環(huán)境友好基礎(chǔ)油和環(huán)境友好添加劑，進(jìn)而滿足環(huán)保要求和對(duì)環(huán)境的適合性：可更新的資源；環(huán)境接受的加工過程/低能耗、低廢物、低排放；無毒；生態(tài)適合的；用后容易生物降解的；無處理和回收循環(huán)的問題。

3 環(huán)境友好液壓油生產(chǎn)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(yōu)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(fā)生氧化，因此使它具有較強(qiáng)的生物降解能力。但是，天然植物油的熱氧化穩(wěn)定性不好、低溫性能差及易水解等缺點(diǎn)。

針對(duì)植物油存在的缺點(diǎn)和不足，對(duì)植物油進(jìn)行改性處理：A、對(duì)植物油進(jìn)行化學(xué)改性；B、通過添加劑進(jìn)行輔助彌補(bǔ)；C、通過改性植物種植技術(shù)制取高油酸的植物油。提高植物油的氧化穩(wěn)定性能是其作為環(huán)境友好液壓油基礎(chǔ)油的關(guān)鍵。常規(guī)使用的化學(xué)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(huán)境友好潤(rùn)滑劑操作溫度對(duì)比為：標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)、高燃點(diǎn)、高粘度指數(shù)、熱穩(wěn)定性好、氧化穩(wěn)定性好、水解穩(wěn)定性好和低傾點(diǎn)及低揮發(fā)性等優(yōu)點(diǎn)。PAO基礎(chǔ)油的生物降解性隨粘度的增加而降低，因此PAO基礎(chǔ)油的生物降解性與粘度之間有一定的關(guān)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(dāng)?shù)腜AO和礦物基礎(chǔ)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(shù)基礎(chǔ)油20%；HVI-2/加氫精制高粘度指數(shù)基礎(chǔ)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(diǎn)外，酯類油的分子結(jié)構(gòu)中含有較高活性的酯基基團(tuán)，易于吸附在金屬表面形成牢固的潤(rùn)滑油膜，其四球試驗(yàn)和SRV（高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)）試驗(yàn)數(shù)據(jù)表現(xiàn)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?yàn)槎拘院蜕锝到庑允窃u(píng)價(jià)生態(tài)毒性的關(guān)鍵所在。部分酯類油的毒性，見表2。

綜上對(duì)PAO和酯類油的所述，在生產(chǎn)制造環(huán)境友好液壓油時(shí)，可選擇合適粘度的PAO和酯類油作為環(huán)境友好液壓油的基礎(chǔ)油，來滿足環(huán)境友好的要求。對(duì)一個(gè)潤(rùn)滑劑而言，特別是環(huán)境友好潤(rùn)滑材料而言，基礎(chǔ)油是基礎(chǔ)，添加劑是關(guān)鍵。開發(fā)生物降解潤(rùn)滑劑，要求添加劑所含酚、胺、各種雜環(huán)環(huán)合物、磷酸衍生物、有機(jī)金屬絡(luò)合物和有機(jī)金屬鹽及其分解產(chǎn)物都應(yīng)對(duì)水、土壤和大氣沒有太大的污染。因此，添加劑不僅應(yīng)滿足潤(rùn)滑材料對(duì)設(shè)備的使用性能，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境污染的不利影響。生物降解潤(rùn)滑劑對(duì)添加劑要求的最重要特性是毒性及其對(duì)環(huán)境的不利影響，通常添加劑對(duì)生物降解性好的天然基礎(chǔ)油有不良影響，選擇添加劑的標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(yàn)和SRV試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 酯類油的毒性

3.4 環(huán)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(rèn)的環(huán)境友好潤(rùn)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(xiàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮極壓性/抗磨性/銅系金屬腐蝕及對(duì)環(huán)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(chǔ)油最適合的極壓/抗磨劑。

3.5 環(huán)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(duì)植物油進(jìn)行改性外，抗氧化添加劑的使用也十分重要。作為環(huán)境友好潤(rùn)滑油（菜籽油作為基礎(chǔ)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(duì)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(duì)菜籽油的抗氧化性能

表4 菜籽油溫度80～110℃時(shí)幾種抗氧劑在不同時(shí)間的生物降解情況單位：%

3.6 環(huán)境友好液壓油添加劑——防銹劑

標(biāo)準(zhǔn)防銹試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)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(chǔ)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(huán)境友好液壓油的基礎(chǔ)油。

綜上所述，環(huán)境友好液壓油可以通過合理科學(xué)選擇上述原料，調(diào)配出符合真正意義上的環(huán)境友好潤(rùn)滑材料，開發(fā)以植物油、合成烴、合成酯及環(huán)境友好添加劑為原料的環(huán)境兼容液壓油，在滿足設(shè)備使用性能的同時(shí)，更多的是有利益環(huán)境保護(hù)，平衡生態(tài)效能。

4 環(huán)境友好液壓油的應(yīng)用

4.1 環(huán)境友好液壓油常規(guī)技術(shù)參數(shù)

項(xiàng)目 內(nèi)控指標(biāo) 測(cè)試方法運(yùn)動(dòng)粘度（40℃）/cSt 41.4～50.6 ASTM D445粘度指數(shù) ≥155 ASTM D2270閃點(diǎn)（開口）/℃ ≥230 ASTM D92傾點(diǎn)℃ ≤-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(jī)試驗(yàn) ≤0.4 ASTM D4172 Vickers泵試驗(yàn)/93℃，20.7MPa葉片總失重/mg ≤15 VickersM-2952-S環(huán)失重/mg ≤75橡膠相容性/100h硬度變化/級(jí) ≤-15～+10 ASTM D2240體積變化/% ≤-3～+20抗拉強(qiáng)度損失/% ≤50生物降解試驗(yàn)/% ≥80 EPA560/6-82-003毒性試驗(yàn)對(duì)水的危害WGK級(jí) ≤0 Bewertung Wassrgc對(duì)魚的危害/48h，LC50 ≤1000 OECD 203

4.2 環(huán)境友好液壓油的應(yīng)用

環(huán)境友好液壓油可廣泛應(yīng)用于配備齒輪泵、葉片泵及柱塞泵等高壓液壓循環(huán)系統(tǒng)中，特別是在使用過程中會(huì)造成直接環(huán)境污染的場(chǎng)所及液壓設(shè)備，比如：船舶、鉆井設(shè)備、污水處理廠設(shè)備、港口起重機(jī)、環(huán)衛(wèi)垃圾車、割草機(jī)等。同時(shí)，環(huán)境友好液壓油使用壽命長(zhǎng)，從而降本增效。液壓系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，設(shè)備加工精度高，可滿足當(dāng)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(shè)備。更重要的是環(huán)境友好液壓油在能滿足設(shè)備使用性能的同時(shí)，最大限度的改善了生態(tài)效能，使環(huán)境友好液壓油在使用性能與生態(tài)效能之間得以合理平衡，也激發(fā)了我們“潤(rùn)滑+環(huán)保+節(jié)能”的現(xiàn)代潤(rùn)滑新理念。