CN115786029B

CN115786029B - 一种可降解的水基液压液及其制备方法、应用

Info

Publication number: CN115786029B
Application number: CN202211322718.3A
Authority: CN
Inventors: 何应扬; 何智威; 杨兰林; 何瑞鹏
Original assignee: Guangzhou Dongsu Petroleum D&e Equipment Co ltd
Current assignee: Guangzhou Dongsu Petroleum D&e Equipment Co ltd
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-10-29
Anticipated expiration: 2042-10-25
Also published as: CN115786029A

Abstract

本发明公开了一种可降解的水基液压液及其制备方法、应用，包括按重量百分比计的以下成分：水20‑70％、防冻剂10‑40％、润滑剂4‑6％、增稠剂6‑20％、液压液助剂10‑16％。本发明还提供了上述可降解水基液压液的制备方法。本发明的水基液压液具有良好的抗磨性能，同时不含有矿物油成分，在使用过程中不会乳化失效。另外，本发明的水基液压液能够生物降解，在较低含水量的情况下，14天时平均降解率为62％左右，达到快速生物降解水平；28天后平均生物降解率为70.4％，对环境友好，对人体无毒害。

Description

一种可降解的水基液压液及其制备方法、应用

技术领域

本发明涉及液压系统介质技术领域，尤其涉及一种水基液压液及其制备方法、应用。

背景技术

在机械设备中通常采用液压系统来进行动力转换和运动系统控制，而液压油则是重要的液压工作介质。传统的油基液压介质包括矿油型液压油和合成型液压油。其中矿油型液压油的使用领域最广泛，是通过蒸馏提炼从石油原料中制成。受限于提炼技术，一般矿物型液压油内里成分比较复杂，并且在应用一段时间后，会出现乳化失效的情况，对液压系统造成影响。另外，在日常使用的过程中，液压系统可能会有液压油泄露的情况，而作废的液压油属于污染物，生物降解性差，毒性高，会对人体和环境造成危害。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种可降解的水基液压液，能够解决现有液压油乳化失效和难生物降解的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种可降解的水基液压液的制备方法，解决现有液压油制备要求高的问题。

本发明的第三个目的在于提供一种可降解的水基液压液的应用。

本发明的第一个目的采用以下技术方案实现：

一种可降解的水基液压液，包括按重量百分比计的以下成分：水20-70％、防冻剂10-40％、润滑剂4-6％、增稠剂6-20％、液压液助剂10-16％。

进一步地，所述防冻剂为丙二醇或乙二醇中的一种或两种的组合物。

进一步地，所述润滑剂为聚乙二醇。

进一步地，所述增稠剂为十二羟基硬脂酸锂或三乙醇胺中的一种或两种的组合物。

进一步地，按可降解的水基液压液重量百分比计，所述液压液助剂包括以下成分：抑菌剂2-6％、防闪锈剂3-5％、防腐剂2-3％、和消泡剂1-2％。

进一步地，所述抑菌剂为羟乙基六氢均三嗪。

进一步地，所述消泡剂为PPG、PEG、二元酸或脂肪酸中的一种或两种以上的组合物。

进一步地，所述防腐剂为2-羟基乙胺或有机酸中和剂中的一种或两种的组合物；所述有机酸中和剂为胺类。

进一步地，所述防闪锈剂为脂肪酸多元醇酯、多元醇、蔗糖或脂肪酸中的一种或两种以上的组合物。

进一步地，所述可降解的水基液压液包括按重量百分比计的以下成分：

进一步地，所述液压液含有100-200ppm的着色剂。

本发明的第二个目的采用以下技术方案实现：

一种可降解的水基液压液的制备方法，包括以下步骤：

S1、将水、防冻剂、润滑剂、增稠剂、液压液助剂进行混合，得混合物料；

S2、将所述混合物料加热搅拌后，冷却到室温后进行过滤，制备成水基液压液。

进一步地，步骤S2中加热温度为35-60℃；搅拌时间为60-120分钟。

本发明的第三个目的采用以下技术方案实现：

一种可降解的水基液压液的应用，所述可降解的水基液压液用于液压系统中。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的水基液压液具有良好的抗磨性能，能有效降低金属与金属、金属与橡胶密封件的磨损；同时本申请水基液压液不含有矿物油成分，使用过程中不会乳化失效；另外，本申请水基液压液的剪切安定性好，剪切后粘度变化率低。

(2)本发明的水基液压液能够生物降解，无污染对环境友好，对人体无毒害，在较低含水量的情况下，14天时平均降解率为62％左右，能够快速被生物降解，28天后平均生物降解率为70.4％，降解率好，又因其生物毒害低，因此能够广泛的适用于陆地、海洋钻井平台的液压设备。

(3)另外，经测试本发明的水基液压液具有良好的金属相容性和弹性体相容性，不腐蚀金属且不改变弹性体的物理性能和体积，同时具有抗溶胀的效果。

(4)本发明的水基液压液制备方法简单易操作，适用于多种工业用途和场景。

附图说明

图1为本发明液压液降解百分率变化曲线对比图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在液压系统中，常采用液压油或液压液作为工作介质，起着能量传递、抗磨、系统润滑、防腐、防锈、冷却等作用。国际标准ISO 6743/4将液压油分为两大类，一类为以矿物油或合成油为基础的液压油，另一类为抗燃液压液。其中，矿油型液压油是通过蒸馏提炼的方法从石油中获取基础油成分，广泛应用于各个领域。一般矿物型液压油内里成分比较复杂，可能包含多种化合物，包括：油、丁醇、酯(例如邻苯二甲酸酯，如DEHP，和己二酸酯，如己二酸二(2-乙基己基)酯)、聚亚烷基二醇(PAG)、有机磷酸酯(例如磷酸三丁酯)、有机硅、烷基化芳烃、聚α烯烃(PAO)(例如聚异丁烯)、腐蚀抑制剂(包括酸清除剂)、抗腐蚀添加剂等。

传统的液压油在使用过程中往往会出现很多问题，例如液压油应用一段时间后会乳化失效。另外，在日常使用的过程中，液压系统可能会有液压油泄露的情况。而作废的液压油属于污染物，生物降解性差，毒性高对土壤有较大污染性，其刺激性气味也危害人体健康，并且有易燃易爆的隐患。随意存储、转移、处置废机油会造成较大污染环境风险问题。因此，本发明提供一种可降解的水基液压液及其制备方法、应用。

进一步地，所述水为纯水、蒸馏水或去离子水的一种或两种以上的组合物。

进一步地，所述防冻剂为丙二醇、乙二醇中的一种或两种的组合物。

进一步地，所述润滑剂为聚乙二醇；所述聚乙二醇，具有优良的润滑性、保湿性、分散性、粘接性，能降低金属与金属、金属与橡胶密封件的磨损，能够溶于水及液体其他组份相容，对生物毒害性低。

进一步地，所述增稠剂为十二羟基硬脂酸锂或三乙醇胺中的一种或两种的组合物；所述增稠剂具被对液体增稠作用外，同时能提升液体的润滑性及稳定性。

所述三乙醇胺在高温时能够与脂肪酸反应形成脂肪酸三乙醇胺酯，能够保护金属表面，防止氧化，具有金属缓蚀的效果。在低温时能与有机酸反应生成盐，具有可生物降解的特性。

进一步地，所述抑菌剂为羟乙基六氢均三嗪；所述羟乙基六氢均三嗪是一种广谱、高效、低毒的抑菌剂，能以任意比例溶于水，并且对金属无腐蚀性。

进一步地，所述消泡剂为PPG、PEG、二元酸、脂肪酸中的一种或两种以上的组合物。

具体地，所述消泡剂中的PEG、PPG以及所述润滑剂中的聚乙二醇均为高分子聚合物，也能够起到润滑剂的作用；所述消泡剂中的脂肪酸也能够与增稠剂中的三乙醇胺，形成铵盐或者酯类，进一步防止液压系统使用过程中，金属有可能氧化生锈和腐蚀的问题。

进一步地，所述防腐剂为2-羟基乙胺、有机酸中和剂中的一种或两种的组合物；所述有机酸中和剂为胺类。

具体地，所述胺类有机酸中和剂稳定性较好，挥发性较慢，能够起到更长时间的防腐效果；所述2-羟基乙胺和有机酸中和剂能溶于水，与氧气和金属接触时，能形成防止金属腐蚀的氧化膜，对金属表面进行钝化，从而起到防腐缓蚀作用。

进一步地，所述述防闪锈剂为脂肪酸多元醇酯、多元醇、蔗糖或脂肪酸中的一种或两种以上的组合物；所述防闪锈剂中的脂肪酸能够与增稠剂中的三乙醇胺，防腐剂中的2-羟基乙胺和有机酸中和剂反应，形成铵盐或者酯类，进一步防止液压系统使用过程中，金属氧化生锈和腐蚀的问题。

进一步地，所述液压液含有100-200ppm的着色剂，用于水基液压液使用时进行区分及泄露识别。

一种可降解的水基液压液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

进一步地，所述S1步骤中，将防冻剂、抑菌剂、防闪锈剂、防腐剂、润滑剂、增稠剂和水先进行混合，得混合物料。

进一步地，所述S2步骤中，加热温度为35-60℃；搅拌时间为60-120分钟。

进一步地，所述S2步骤中，加热搅拌过程中分批次间隔加入抗泡沫剂及着色剂，使混合物料得到充分的搅拌及颜色均匀。

进一步地，所述S2步骤中，以20-300L/min流量对冷却后的混合物料过滤30分钟；优选的，以50L/min流量进行过滤。

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1-5的一种水基液压液，按质量百分比计，原料组成如表1所示：

表1水基液压液原料组成

实施例1-5的一种水基液压液，均按照如下方法进行制备，具体步骤如下：

(1)混合步骤：将水、防冻剂、润滑剂、增稠剂、液压液助剂中的抑菌剂、防闪锈剂和防腐剂分别加入反应釜内，得混合物料；

(2)加热搅拌步骤：将所述混合物料进行加热至45℃，加入液压液助剂中的消泡沫剂及着色剂，同时搅拌90分钟，得消泡着色后的混合物料；所述液压液助剂中的消泡沫剂及着色剂在搅拌过程中分多次加入；

(3)冷却过滤步骤：所述消泡着色后的混合物料冷却到25℃后，过滤得一种水基液压液。

对比例1

与实施例3相比，本对比例中不添加作为润滑剂的聚乙二醇，制备方法同实施例1-5的制备方法。

对比例2

与实施例3相比，本对比例中不添加增稠剂中的三乙醇胺和十二羟基硬脂酸锂，制备方法同实施例1-5的制备方法。

对比例3

所述对比例3为L-HM32抗磨液压油。

耐用性、相容性及生物降解性测试

1.耐用性测试

对实施例1-5和对比例1-3进行耐用性测试。根据GB/T 3142-2019，测定本申请水基液压液的承载能力；根据NB/SH/T 0189-2017，通过四球法测定本申请水基液压液的抗磨损性能；根据GB/T 265-1988，测定本申请水基液压液的剪切前后的粘度变化率，测试结果如表2所示。

表2实施例1-5与对比例1-3的耐用性测试结果

测试项目	最大无卡咬负荷	磨斑直径	粘度变化率(40℃)
				单位	N	mm	％
试验方法	GB/T 3142-2019	NB/SH/T 0189-2017	GB/T 265-1988
				实施例1	487	0.45	-3.95
实施例2	490	0.45	-3.92
				实施例3	510	0.42	-3.71
实施例4	504	0.44	-3.78
				实施例5	508	0.48	-4.12
对比例1	425	0.55	-4.37
				对比例2	416	0.57	-5.12
对比例3	524	0.40	-3.62

由表2可以看出，实施例1-5最大无卡咬负荷均高于480N，有较好的抗压性，磨斑直径均小于0.5mm，有较好的抗磨性：其中实施例3的抗压、抗磨性能最佳，最大无卡咬负荷为510N，磨斑直径为0.42mm。其中，对比例1的最大无卡咬负荷为425N，小于实施例3；磨斑直径为0.55mm，大于实施例3的0.42mm；可见，与对比例1相比，不添加作为润滑剂的聚乙二醇，其抗磨和抗压性能相较实施例3差。对比例2的最大无卡咬负荷为416N，小于实施例3；磨斑直径为0.57mm，大于实施例3的0.42mm；可见，与对比例2相比，该对比例中不添加增稠剂中的三乙醇胺和十二羟基硬脂酸锂，抗磨性能也不如实施例3。对比例3的最大无卡咬负荷为524N，略大于实施例3的510N；磨斑直径为0.40mm，略小于实施例3的0.42mm；与对比例3相比，各项性能略优于实施例3，说明实施例3水基液压液性能接近液压油。本申请中的润滑剂和增稠剂均起到了抗磨和抗压的作用。

另一方面，实施例1-5的剪切安定性较好，在40℃下，剪切后粘度变化率均低于-4.2％，低于对比例1的-4.37％粘度变化率和对比例2的-5.12％的粘度变化率，其中实施例3的粘度变化率最低，为-3.71％，说明其剪切安定性在实施例1-5中最佳，并且与含市售的耐磨液压油对比例3相比，仅仅略高于对比例3的粘度变化率0.09％。综上所述，实施例3整体的耐用性最优，性能接近市售的耐磨液压油。

2.稳定性和相容性测试

对实施例1-5进行稳定性和相容性测试，其中包括：根据ISO 4263-2:2003标准进行稳定性测试为液压油氧化安定性测试(TOST)；根据SH/T 0752-2005标准进行金属防腐蚀性试验；根据GB/T 14832-2008标准进行液压液体的相容性试验。

其中，弹性体相容性试验是通过测量浸泡后对应的试验弹性体标准试样的物理性能，来对本申请的液压液组合物进行评价，试验使用的弹性体为丁腈橡胶(NBR1)，各试验结果如表3所示。

表3实施例3稳定性和相容性测试测试结果

由表3可知，经稳定性试验后，实施例1-5的不溶物含量均低于0.1％(m/m)，氧化稳定性较好，不易乳化。同时，实施例1-5的金属抗腐蚀性试验均合格，与金属相容性好；使用实施例1-5的液压液组合物与分别弹性体进行试验后，试验结果显示，弹性体的体积变化率低，溶胀程度小，物理性能变化低。其中，以实施例3中的组分制成的液压液，其与弹性体的相容程度最好，对弹性体的物理性能改变最低。

3.生物降解性测试

对本申请的实施例3作为受试物进行生物降解性测试，测试方法采用GB/T21856-2008(OECD-301B)快速生物降解试验法。该试验分为四个组别，进行3次平行试验：

(1)受试物处理组：包括受试物、接种物和试验培养基

(2)空白对照组：包括接种物和试验培养基

(3)程序对照组：包括参比物、接种物和试验培养基

(4)毒性对照组：包含受试物、参比物、接种物和试验培养基

进一步地，参比物为苯甲酸钠，苯甲酸钠能够被生物降解。

进一步地，所述接种物为经处理后的新鲜活性污泥。

快速生物降解试验法通过测试上述组别28天的CO₂产生量来确定降解率，降解率用受试物产生的CO₂量占ThCO₂的百分率来表示，所述百分率经过只含接种物的空白对照组的数据校正。

实施例3生物降解率平行组试验结果如表4、图1所示：

表4生物降解率(％)

根据GB/T 21856-2008，试验进行到14天的CO₂产生量若达到理论二氧化碳产生量(ThCO₂)的60％时(即生物降解率大于等于60％)，可视为具有快速生物降解能力。由表4和图1可知，在试验第14天时，实施例3的生物降解率为62.7％，即生物降解率超过60％，达到快速生物降解的通过水平。在试验第28天时，实施例3的生物降解率平均值为70.4％，接近程序对照组的生物降解率。需要说明的是一般而言含水量越高生物降解率越高，而本发明所述的水基液压液在较低含水量的情况下就能达到快速生物降解的通过水平，可见其具有良好的生物降解性。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种可降解的水基液压液，其特征在于，包括按重量百分比计的以下成分：水20-70％、防冻剂10-40％、润滑剂4-6％、增稠剂6-20％、液压液助剂10-16％；

所述防冻剂为丙二醇或乙二醇中的一种或两种的组合物；所述润滑剂为聚乙二醇；所述增稠剂为三乙醇胺或三乙醇胺和十二羟基硬脂酸锂的组合物；

按可降解的水基液压液重量百分比计，所述液压液助剂包括抑菌剂2-6％、防闪锈剂3-5％、防腐剂2-3％和消泡剂1-2％；

所述抑菌剂为羟乙基六氢均三嗪；所述消泡剂为脂肪酸和PPG、PEG或二元酸中的一种或两种以上的组合物；所述防腐剂为2-羟基乙胺和有机酸中和剂的组合物；所述有机酸中和剂为胺类；

所述防闪锈剂为脂肪酸和脂肪酸多元醇酯、多元醇或蔗糖中的一种或两种以上的组合物；

所述液压液还包括100-200ppm的着色剂；

所述的一种可降解的水基液压液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将水、防冻剂、润滑剂、增稠剂、液压液助剂进行混合，得混合物料；S2、将所述混合物料加热搅拌后，冷却到室温后进行过滤，制备成水基液压液；

S2中加热温度为35-60℃；搅拌时间为60-120分钟。

2.根据权利要求1所述一种可降解的水基液压液，其特征在于，包括按重量百分比计的以下成分：

水45-60%；

防冻剂15-30%；

润滑剂 4-6%；

增稠剂 8-12%；

抑菌剂 3-6%；

防闪锈剂 4-5%；

防腐剂2-3%；

消泡剂1-2%。

3.权利要求1或2所述的一种可降解的水基液压液在液压系统中的应用。