KR100324957B1 - 그리스 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그리스 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그리스 조성물에 있어서, 기유로서 실리콘오일 61 ∼ 47 중량%, 증주제로서 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 35 ∼ 40 중량%, 실리카에어로겔 3 ∼ 8 중량% 및 극압첨가제 1∼ 5 중량%가 함유되어, 내마모성, 내열성, 내한성, 저온에서의 저토오크성 및 점착성이 향상되어 자동차 및 우주 항공 분야에 응용될 수 있는 그리스 조성물에 관한 것이다.

Description

그리스 조성물{Grease composition}
본 발명은 그리스 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그리스 조성물에 있어서, 기유로서 실리콘오일 61 ∼ 47 중량%, 증주제로서 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 35 ∼ 40 중량%, 실리카에어로겔 3 ∼ 8 중량% 및 극압첨가제 1∼ 5 중량%가 함유되어, 내마모성, 내열성, 내한성, 저온에서의 저토오크성 및 점착성이 향상되어 자동차 및 우주 항공 분야에 응용될 수 있는 그리스 조성물에 관한 것이다.
그리스는 기유에 증주제를 혼합하여 제조한 반고체 형태의 윤활제로서, 주로 큰 하중이 걸리거나 열이 많이 나는 기계부 및 급유를 자주하기가 불편한 장소에 쓰이게 된다. 특히, 저온 유동성을 그리스의 기유로는 디에스테르 오일 및 실리콘 오일이 주로 사용되고, 증주제로서는 금속비누, 실리카에어로겔 및 카본 블랙이 사용된다.
그리스의 기유로서 주로 사용되는 실리콘 오일은 온도에 따른 점성 계수의 변화가 작고, 응고점이 낮아 저온에서도 유동성을 잃지 않으며, 화학적으로 비활성을 나타내고, 표면 장력이 낮고, 발수성, 소포성 및 이형작용을 가지며 전기 절연성이 높은 특성을 가지고 있어 그 응용범위가 매우 넓다.
또한, 그리스에 첨가되는 증주제는 기유에 비뉴튼성을 부여하여 반고체상으로 유지하는 역할을 한다. 통상적으로 사용되는 증주제로서는 금속비누(metallic soap), 우레아계, 실리카에어로겔, 벤토나이트 및 카본블랙이 있다. 이중, 금속비누는 지방산의 금속염으로 비누 증주제의 주 원료는 지방산과 금속 수산화물로 분류된다. 지방산은 주로 정제 스테아린산이 사용되며, 금속원으로는 리튬 또는 나트륨 등의 알칼리 금속, 칼슘 또는 바륨 등의 알칼리 토류금속의 수산화물이 사용된다. 그러나, 증주제의 금속성분이 산화 및 부식을 일으키는 촉매로 작용할 수 있기 때문에, 그리스 조성물의 산화안정성과 열안정성이 떨어지고, 고하중 윤활조건에 있어 사용하기가 힘들고, 내마모성이 낮아지는 문제점들이 있다.
한편, 우레아계 증주제는 디우레아, 트리우레아, 테트라우레아 및 폴리우레아가 사용되며, 이들 우레아계 증주제는 금속비누에 비해 열안정성, 산화안정성, 마찰특성 및 내수성이 우수한, 실리콘 오일에서의 친화성이 좋지 않다.
이와같이 증주제의 선택에 따라, 그리스 조성물의 물리, 화학적 성질이 크게 달라지므로 이러한 증주제의 선택이 매우 중요하게 된다.
특히 그리스 조성물은 각종 첨단기기 및 자동차, 우주항공 분야에 응용되고있으나, 실리콘 오일을 기유로 하여 제조된 그리스는 내마모성 및 극압성이 낮아 금속 대 금속간의 고하중 윤활 조건 사용에 제약을 받는다. 이를 극복하기 위하여 실리콘의 주쇄의 메틸기를 플루오린으로 치환시킨 플루오로실리콘 오일이 있으나, 일반적으로 사용되는 디메틸실리콘 오일이나, 디페닐실리콘 오일에 비해 매우 고가이기 때문에 극압성 문제를 해결하기 위해 첨가제의 사용이나 특수 증주제의 사용이 고려되어야 한다.
따라서, 본 발명에서는 종래 그리스 조성물이 가질 수 없었던 높은 점착성과 저온 유동성, 내마모성 및 열안정성을 동시에 만족시키기 위하여 그리스 조성물에 고점도 실리콘 오일과 증주제로 PTFE를 사용하여 자동차 및 우주항공 분야에 널리 응용될 수 있는 그리스 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 기유, 증주제 및 첨가제로 이루어진 그리스 조성물에 있어서, 기유로서 실리콘 오일 61 ∼47 중량%, 증주제로서 폴리테트라플루오르에틸렌
(polytetrafluoroethylene, 이하 PTFE라 함.) 35 ∼ 40 중량%, 실리카 에어로젤 3 ∼ 8중량% 및 극압첨가제로서 안티몬디티오카바메이트 1 ∼ 5 중량%가 함유되어 있는 그리스 조성물을 그 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 실리콘 오일을 기유로 사용한 실리콘 그리스 조성물에 있어, 증주제로서 PTFE를 사용하여 실리콘 그리스의 극압성을 향상시키며, 내열성 및 내한성을 증가시키는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 그리스 조성물에서 기유로서 사용된 실리콘 오일은 반응성 실란(silane)을 반응시켜 실리콘의 말단에 트리메틸기 또는 페닐기가 결합된 형태를 가지고 있다. 실리콘 오일은 저온에서 작게 꼬여있는 코일 상태를 하고 있고, 고온에서는 풀어진 코일 상태로 되어 온도에 따라 점성이 증가한다. 주로 사용되어지는 실리콘 오일은 디메틸실리콘 및 디페닐실리콘이며, 이들 실리콘 오일은 비교적 넓은 온도 범위(-40 ∼ +205℃)에서 잘 견딜 수 있고, 온도에 따른 점성 계수가 낮아 점도 변화가 적고, 응고점이 낮아 저온에서도 유동성을 잃지 않으며, 화학적으로 비활성을 띠며, 표면 장력이 낮고, 발수성, 소포성 및 이형 작용을 가지며 전기 절연성이 높은 특성을 가지고 있어 그 응용범위가 매우 넓다.
본 발명에서 기유로서 사용된 실리콘 오일은 유리전이온도가 -130℃이고, 20,000 ∼ 30,000 cSt(25℃)의 고점도인 것을 사용하여 높은 점착성을 갖게 하는 것이 바람직하다.
특히, 본 발명에 있어서, 그리스 조성물의 반고체상을 유지시키고 극압성을 증가시키기 위해 증주제로 사용된 PTFE 분말은 -(CF2-CF2)-의 반복단위를 가지고 있고, 결정성의 고분자로 융점(Tm)이 327℃이며, 표면장력이 크기 때문에 내수성이 뛰어나고, 내마모성, 내열성 및 내한성을 더욱 높일 수 있다.
본 발명에서 증주제로 사용된 PTFE 분말은 그리스 조성물에 대하여 35 ∼40 중량%로 첨가하는 것이 바람직한데, 만일 35 중량% 미만으로 사용될 경우, 주도(??度: 그리스 경도의 척도 KSM 2032)가 높아지고, 유분리가 심해지게 되어 바람직하지 못하며, 40 중량%를 초과하여 사용될 경우 제조 공정에서 유동성이 저하되고, 불균일한 분산이 되므로 더 이상의 효과가 나타나지 않게 되어 이 또한 바람직하지 못하다.
본 발명에서는, PTFE 분말의 실리콘 오일내에서 균일한 분산을 위해 실리카에어로겔을 그리스 조성물에 대하여 3 ∼ 8 중량%가 첨가된다. 만일, 그 사용 함량이 3 중량% 미만이면 PTFE 분말의 분산에 도움이 되지 않으며, 8 중량%가 초과되면 내수성이 나빠진다.
또한, 본 발명에서는, 그리스 조성물에 극압첨가제 및 산화방지제로서 안티몬디티오카바메이트를 그리스 조성물에 대하여 1 ∼ 5 중량%로 사용하게 되는데, 1 중량% 미만으로 사용될 경우 극압성 및 산화방지성에 문제가 되고, 5 중량%를 초과하여 사용할 경우 더 이상 효과의 증가가 나타나지 않는다.
이외에 본 발명은 그리스 조성물을 제조하는데 있어, 첨가제로서 그리스 조성물의 효과적인 마모방지를 위하여 몰리브데늄디티오카바메이트를 사용하거나, 상승효과를 나타내는 징크디티오포스페이트를 사용할 수 있으며, 통상적으로 첨가되는 방청첨가제, 점착력 향상제 및 동판부식 방지제 등이 사용될 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 그리스 조성물은 종래 그리스 조성물보다 내수성 및 기계적 안정성 등의 물성을 동시에 만족하고, 특히 마찰저감이 우수하게 개선되어 자동차 및 우주항공용 그리스로서 사용하기에 효과적이다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은 바,본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 3
실리콘 그리스 조성물을 제조하기 위해, 다음 표 1의 조성과 함량으로 그리스 조성물을 제조하였다.
비교예는 기존에 증주제로 사용되던 리튬 비누(Li)를 사용하여 표 1의 조성을 함유한 실리콘 그리스 조성물을 제조하였다.
상기 표 1의 조성물을 이용하여 제조된 실리콘 그리스 조성물의 물성을 측정하기 위하여 다음과 같은 방법을 사용하였다.
[시험예]
1. 혼화주도 :
경도를 측정하기 위해 KSM 2032 방법을 사용하여 산출하였다.
2. 이유도 :
100℃ 온도에서 시간(24h)에 따른 유분리 특성을 측정하기 위해 KS M2050 방법을 사용하여 측정하였다.
3. 4구 마모 시험 :
내마모성을 측정하기 위해 ASTM D2266 방법을 사용하여 산출하였다(10㎏·70℃·1200rpm·1h).
4. 저온 토오크 :
저온에서의 유동 특성을 측정하기 위해 ASTM D1084 방법을 사용하여 산출하였다.(-40℃)
상기 표 2에서 알 수 있듯이 비교예 1과 2는 실리콘 오일을 사용하여 겉보기 점도는 실시예와 유사하고 점착성은 좋으나, 4구 마모시험 결과 실시예보다 내마모성이 매우 낮고, 비교예 3은 PAO를 기유로 하여 실시예보다 내마모성은 우수하나, 겉보기 점도 시험결과 점착성이 매우 떨오진다. 본 발명의 실시예의 경우 내마모성 및 점착성이 모두 우수함을 알 수 있고, 유분리성 및 내열성도 향상됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 그리스 조성물은 실리콘 오일과 PTFE 증주제의 사용으로 내마모성 및 저온에서의 저토오크성 증가 및 점착성의 향상의 효과가 있으므로 자동차나 우주항공 분야에 사용하기에 적합하다.

Claims (1)

  1. 기유, 증주제 및 첨가제로 이루어진 그리스 조성물에 있어서, 기유로서 점도가 20,000 ∼ 30,000 cSt인 실리콘 오일 47 ∼61 중량%, 증주제로서 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene,PTFE) 35 ∼ 40 중량%, 실리카에어로겔 3 ∼ 8중량% 및 극압첨가제로서 안티몬디티오카바메이트 1 ∼ 5 중량%가 함유되는 것임을 특징으로 하는 그리스 조성물.
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