KR100346352B1 - 윤활유 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 윤활유 조성물에 관한 것으로서, 이 윤활유 조성물은 기유 91 내지 96.2 중량%, 부식 방지제 0.6 내지 1.4 중량%, 소포제 0.2 내지 0.8 중량%, 극압 첨가제 0.6 내지 1.5 중량%, 산화 방지제 0.4 내지 0.9 중량%, 마찰 조절제 0.7 내지 1.6 중량%, 마모 방지제 0.2 내지 1.0 중량% 및 점도 증진제 1.1 내지 1.8 중량%를 포함한다. 이 윤활유 조성물은 장기간 사용가능하므로, 윤활유 조성물을 교체함에 따른 경제적, 시간적 손실을 줄일 수 있고, 교체되는 윤활유 조성물에 따른 환경 오염을 줄일 수 있다.

Description

윤활유 조성물{LUBRICANT OIL COMPOSITION}

[산업상 이용 분야]

본 발명은 윤활유 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 오랜 기간 사용할 수 있는 윤활유 조성물에 관한 것이다.

[종래 기술]

자동차나 각종의 산업용 장비에서 사용되는 엔진은 회전 중에 많은 부품끼리 서로 마찰되며, 경우에 따라서는 고속으로 마찰하는 경우가 있다. 이러한 마찰로 인하여 에너지 손실이 생기며, 또한 부품끼리의 마찰은 그 부품을 마모시켜 수명을 짧게 하고, 엔진의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 마찰을 방지하기 위하여, 윤활유 조성물을 사용하며, 윤활유 조성물은 냉각 작용, 밀봉 작용, 완충 작용 및 청정 작용 등을 한다.

이러한 윤활유 조성물은 석유 또는 동식물유 등의 윤활 원료유를 용제 추출, 황산 및 활성 백토 처리 등 재래식 공정과 수소화 정제법 등으로 제조되며, 기유(base oil)와 다양한 첨가제로 구성된다. 첨가제로는 산화방지제, 부식 방지제, 점도지수 향상제, 기포발생 방지제 등이 사용되고 있다.

이러한 윤활유 조성물은 사용도중 과열로 인해 수명을 다하게 되어 통상 자동차의 경우를 예로 들어 설명하면 주로 약 5,000∼10,000㎞ 정도를 주행하고 나면 윤활유 조성물의 수명이 다하게 되어 새로운 윤활유 조성물로 교환을 해야하기 때문에 교환에 따른 경제적인 부담은 물론 주기적으로 이를 점검해야 함으로 인해 시간적인 손실이 역시 막대하였다. 특히 윤활유 조성물의 경우는 주로 정비업소나 전문적인 수리 업소에 의뢰를 해야하기 때문에 불필요한 경비의 지출을 초래함은 물론 최근에 들어서 심각하게 대두되고 있는 환경 공해의 발생에도 한몫을 하고 있어서 이의 개선책이 요구되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 오랜 기간 동안 사용할 수 있는 윤활유 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 경제적인 윤활유 조성물을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기유 91 내지 96.2 중량%; 부식 방지제 0.6 내지 1.4 중량%; 소포제 0.2 내지 0.8 중량%; 극압 첨가제 0.6 내지 1.5 중량%; 산화 방지제 0.4 내지 0.9 중량%; 마찰 조절제 0.7 내지 1.6 중량%; 마모 방지제 0.2 내지 1.0 중량%; 및 점도 증진제 1.1 내지 1.8 중량%를 포함하는 윤활유 조성물을 제공한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 첨가제의 함량을 조절하여 장기간 사용할 수 있고, 그 성능을 최적화한 윤활유 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 윤활유 조성물은 기유와 첨가제로 구성된다. 본 발명에서 사용한 첨가제로는 부식 방지제, 소포제, 극압 첨가제, 산화 방지제, 마찰 조절제, 마모 방지제 및 점도 증진제를 포함한다.

부식 방지제는 윤활이 이루어져야할 금속 표면을 외부 화학적 공격으로부터 보호하기 위하여 사용된다. 일반적인 부식의 원인으로는 윤활유 자체의 산화로 인한 산성 물질, 내연 기관처럼 연료 및 윤활유의 연소로 인한 산성 물질, 및 외부로부터 혼입되는 산성 불순물, 슬러지 또는 과산화물 등이 있다. 기유 자체도 전체적으로 비극성을 나타내므로 어느 정도 부식을 방지하는 기능이 있으나, 부식 방지 효과를 증가시키기 위하여 부식 방지제를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 부식 방지제로는 설퍼라이즈드 올레핀(sulphurized olefin), 포스포설퍼라이즈드 테르펜(phosphosulphurized terpenes) 또는 설퍼라이즈드 테르펜(sulphurized terpenes)등의 테르펜(terpenes) 또는 징크 디티오포스페이트(zinc dithiophosphate)를 사용할 수 있다. 본 발명의 윤활유 조성물에 포함되는 부식 방지제의 함량은 0.6 내지 1.4 중량%이며, 바람직하게는 0.7 내지 1.2 중량%이다. 부식 방지제의 함량이 0.6 중량% 미만인 경우에는 금속 산화 현상 또는 슬러지 생성 등으로 인한 부식 및 순환 계통 장애가 우려되며, 1.4 중량%를 초과하는 경우에는 유동성이 둔화되는 겔 현상이 발생하는 문제점이 있다.

소포제는 기계 장비의 운전 특성상, 윤활유 조성물이 심하게 휘저어지는 등의 여러 원인에 의해 기계 장비의 윤활유 조성물 유면 위에 발생할 수 있는 거품을 방지하여 윤활 작용을 원활토록 해주는 역할을 한다. 이러한 소포제로는 디메틸실리콘 등의 실리콘 계통의 고분자 화합물 또는 폴리메타크릴레이트가 주로 사용될 수 있다. 본 발명의 윤활유 조성물에 포함되는 소포제의 함량은 0.2 내지 0.8 중량%이며, 바람직하게는 0.3 내지 0.6 중량%이다. 소포제의 함량이 0.2 중량% 미만인 경우에는 기포 생성으로 인하여 불완전 연소된 연료가 공기 중의 수증기와 혼합되어 생성되는 일종의 불완전 연소 가스인 브로바이개스를 형성하여 산화되는 문제점이 있고, 0.8 중량%를 초과하는 경우에는 윤활유 조성물이 혼탁해져 오히려 성능을 저하시킬 수 도 있다..

극압 첨가제는 고온 및 고하중의 윤활 조건에서 금속간 마찰 및 마모를 감소시키고, 마모면의 거칠음을 감소시켜 소음 감소 및 슬러지 발생을 막아주는 역할을 한다. 이러한 극압 첨가제로는 설퍼라이즈드 지방(sulphurized fats), 올레핀, 아민 포스페이트, 클로리네이티드 하이드로카본(chlorinated hydrocarbon) 또는 유기 산의 납염(lead salts of organic acids)을 사용할 수 있다. 본 발명의 윤활유 조성물에 포함된 극압 첨가제의 함량은 0.6 내지 1.5 중량%이며, 바람직하게는 0.7 내지 1.3 중량%이다. 극압 첨가제의 함량이 0.6 중량% 미만인 경우에는 엔진 부품중 실린더 및 메인 베어링의 스크러칭이 발생하여 손상되는 문제점이 있고, 1.5 중량%를 초과하는 경우에는 산화의 원인인 슬러지가 자체적으로 형성되는 문제점이 있다.

산화 방지제는 윤활유 조성물의 산화에 대한 저항력을 감소시켜 유효 사용 수명을 연장시키는 역할을 한다. 광유계 오일의 산화는 화학적으로 반응성이 크고 불안정한 유기 과산화물 생성으로 인한 산화 연쇄 반응으로 일어난다. 산화 방지제는 이러한 산화 연쇄 반응 과정을 방해하여 산의 생성을 방지하고 내구성을 증가시키는 중요한 역할을 한다. 이러한 산화 방지제로 사용되는 화합물에는 두 가지 종류가 있다. 첫째는 반응 중간 생성체인 유기 과산화물과 반응함으로써 연쇄 반응을 중단시키는 것으로 주로 페놀 또는 아민 계통의 물질이 사용된다. 두 번째로는 윤활유와 이 윤활유가 사용되는 기계 장치의 금속 표면과 반응하여 이들 금속에 의한 산화 촉매 효과를 방해하는 것으로 주로 유용성의 황/인 계통의 화합물, 즉 유기 설파이드 또는 유기 포스포러스 화합물이 사용될 수 있으며, 또한, 힌더드 페놀(hindered phenols) 또는 징크 디티오포스페이트를 사용항 수 있다. 본 발명의 윤활제 조성물에 포함되는 산화 방지제의 함량은 0.4 내지 0.9 중량%이며, 바람직하게는 0.5 내지 0.7 중량%이다. 산화 방지제의 함량이 0.4 중량% 미만인 경우에는 산화나 열화가 빠르게 진행되어 윤활유가 제기능을 하지 못하는 문제점이 있고, 0.9 중량%를 초과하는 경우에는 연소실 내에 카본 및 슬러지를 발생시켜 연비의 저하 및 배기 가스과다 배출의 문제점이 있다.

마찰 조절제는 금속간의 접촉으로 인한 급속한 마멸을 감소시켜 주고 마찰열이 생기지 않도록 마찰면을 최소화시켜주며, 자동차의 연비를 개선하는 역할을 한다. 이러한 마찰 조절제로는 지방산, 합성 에스테르, 트리크레실 포스페이트(tricrecyl phosphate) 또는 징크 디알킬디티오포스페이트(zinc dialkyldithio phosphates)를 사용할 수 있다. 본 발명의 윤활유 조성물에 포함되는 마찰 조절제의 함량은 0.7 내지 1.6 중량%이며, 바람직하게는 0.8 내지 1.4 중량%이다. 마찰 조절제의 함량이 0.7 중량% 미만인 경우에는 피스톤 및 실린더 내부에 마찰로 인한 스크래치로 엔진 수명의 저하 및 출력 저하의 문제점이 있고, 1.6 중량%를 초과하는 경우에는 윤활유의 조기 감소 및 응고 등의 문제점이 있다.

마모 방지제는 미끄럼 마찰이 요구되는 곳에 코팅을 시켜 마찰 금속 표면상에 보호막을 형성하고 마모를 방지하는 역할을 한다. 이러한 마모 방지제로는 아연 또는 몰리브덴을 사용할 수 있으며, 마모 방지제의 함량은 0.2 내지 1.0 중량%이며, 바람직하게는 0.4 내지 0.8 중량%이다. 마모 방지제의 함량이 0.2 중량% 미만인 경우에는 피스톤링의 조기 마모 등의 문제점이 있고, 1.0 중량%를 초과하는 경우에는 오일 감소 및 슬러지 생성의 문제점이 있다.

점도 증진제는 작동 기계에 오일의 밀착 효과와 오일의 강력한 점착성을 갖게 하여 점도를 유지시켜 주며, 이에 따라 연료 소비, 오일 소모량을 감소시키고, 저온 시동성을 향상시키는 역할을 한다. 일반적으로 윤활유 조성물은 사용가능한 점도 범위가 규격화되어 있으며, 자동차용 윤활유 조성물로 사용할 경우에는 85 이상의 점도 지수(viscosity index)를 갖아야 사용할 수 있다. 이러한 점도 증진제로는 폴리머 또는 하이드로지네이티드 스티렌(hydrogenated styrene)을 사용할 수 있으며, 주로 분자량 20,000 내지 1,000,000 범위의 유용성 폴리머를 사용한다. 점도 증진제의 대표적인 예로는 폴리이소부틸렌, 폴리아크릴레이트 또는 부타디엔 코폴리머를 사용할 수 있다. 본 발명의 윤활유 조성물에 포함되는 점도 증진제의 함량은 1.1 내지 1.8 중량%이며, 바람직하게는 1.2 내지 1.6 중량%이다. 점도 증진제의 함량이 1.1 중량% 미만인 경우에는 점도가 떨어져 윤활 기능 저하 문제점이 있고, 1.8 중량%를 초과하는 경우에는 피스톤의 유동성 저하 및 순환 계통의 흐름방해에 문제점이 있다.

기유로는 광유 또는 합성유를 사용하며, 기유의 함량은 91 내지 96.2 중량%이며, 바람직하게는 92.4 내지 95.4 중량%이다. 기유의 함량이 91 중량% 미만인 경우에는 유동성이 둔화됨으로 시동 및 연비 저하의 문제점이 있고, 96.2 중량%를 초과하는 경우에는 산화 및 마모로 인한 내구성에 문제점이 있다.

이러한 구성의 본 발명의 윤활유 조성물을 제조하는 방법은 다음과 같다.

부식 방지제, 소포제, 극압 첨가제, 산화 방지제, 마찰 조절제, 마모 방지제 점도 증진제를 혼합하여 첨가제 혼합물을 제조한다. 이 첨가제 혼합물에 기유를 첨가한다. 이 혼합 공정은 60 내지 80℃의 혼합 탱크(Mixing-tank)에서 실시하며, 이 온도 범위를 벗어나는 경우에는 변질 또는 완전한 배합에 문제점이 있다.

기유의 첨가 방법은 기유를 한번에 첨가할 수 도 있지만, 먼저 소량, 예를 들어 약 10 내지 20 중량%를 첨가하여 1차 혼합하고, 나머지 기유를 첨가하여 2차 혼합하는 방법을 사용하는 것이 고점도인 기유와 첨가제 혼합물을 더욱 균일하게 혼합할 수 있어서 바람직하다. 1차 및 2차 혼합을 실시하는 경우에는 1차 혼합은 60 내지 70℃의 서브 탱크(sub-tank)에서 실시하고, 2차 혼합은 70 내지 80℃의 혼합 탱크(mixing-tank)에서 실시한다.

혼합 탱크의 온도를 유지하면서, 50 내지 60분간 혼합한다. 얻어진 혼합물을 완충 탱크(buffer tank)로 이송한다. 이 완충 탱크에서, 기유와 첨가제가 더욱 균일하게 혼합된다. 완충 탱크로 이송한 후, 0.8 내지 1시간 동안 방치하여 윤활유 조성물을 제조한다.

이러한 본 발명의 윤활유 조성물은 각 첨가제의 함량을 최적화함에 따라 장기간 사용할 수 있고, 내구성 등의 물성이 우수하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 사용한 중량%는 전체 윤활유 조성물 중량에 대한 중량%이다.

(실시예 1)

부식 방지제로 포스포설퍼라이즈드 테르펜 0.9 중량%, 소포제로 디메틸 실리콘 0.4 중량%, 극압 첨가제로 클로리네이티드 하이드로카본 0.95 중량%, 산화 방지제로 징크 디티오포스페이트 1.8 중량%, 마찰 조절제로 지방산 1.3 중량%, 마모 방지제로 몰리브데늄 0.5 중량% 및 점도 증진제로 폴리이소부틸렌 1.29 중량%를 혼합하여 첨가제 혼합물을 제조하였다. 이 첨가제 혼합물 7.14 중량%와 기유 10 중량%를 70℃의 서브 탱크(sub-tank)에 첨가하여 1차 블랜딩을 실시하였다.

1차 블랜딩된 혼합물을 혼합 탱크로 이송한 뒤, 기유 82.86 중량%를 첨가하여 78℃로 가열하였다. 78℃를 유지하면서, 50분간 블랜딩하였다.

이어서, 블랜딩된 혼합물을 완충 탱크로 이송하였다. 완충 탱크로 이송한 후, 1시간 동안 방치하여 윤활유 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 1의 방법으로 제조된 윤활유 조성물과, 종래의 윤활유 조성물을 이용하여 내구성 실험을 실시하였다. 내구성 테스트 방법에는 샷시 다이나모 테스트(chassis dynamo test)와 실차 테스트 방법이 있으며, 본 발명에서는 고출력 및고부하가 동시에 적용되는 사항인 실차 테스트를 실시하였다.

실차 테스트는 시내 버스와 고속 버스를 이용하여 실험하였으며, 각 실험 방법 및 결과는 다음과 같다.

1) 시내 버스를 이용한 실험

시내 버스로 사용한 차량은 대우 BS106으로서, 2대에는 실시예 1의 윤활유 조성물을 사용하고, 2대에는 종래 윤활유 조성물을 사용하였다. 사용한 차량을 119,000㎞의 주행 거리를 주행하게 한 후, 윤활유 조성물의 소모량을 측정하였다. 그 결과 실시예 1의 윤활유 조성물을 사용한 차량 2대에서 소모된 윤활유 조성물의 소모량은 평균 6.3ℓ/월인데 반하여, 종래 윤활유 조성물을 사용한 차량 2대의 소모량은 평균 29ℓ/월로 나타났다. 즉, 실시예 1의 윤활유 조성물의 소모량이 훨씬 적으므로 장기간 사용할 수 있다. 또한, 실시예 1의 윤활유 조성물의 물성과 119,000㎞의 주행 거리를 주행한 후의 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 하기 표 2에서, A와 B는 실시예 1의 윤활유 조성물을 사용한 2대의 차량을 구별하기 위하여 부여한 참고 번호이다. 또한, 하기 표 2에서 석검이란 한국 석유 품질 검사소에서 측정한 값을 말한다.

항목	단위	시료 물성 결과치	시험 방법
		테스트전		A	B
인화점	COC, ℃	232	218	218	KSM-2044
유동점	℃	-37.5	-35	-30	KSM-2002
동점도	40℃	cSt	92.45	120.6	134.6	KSM-2014
동점도	100℃	cSt	13.22	15.81	17.36
점도지수(석검)		142	139	142
점도지수(한국유화)			143	143
산화안정도(165.5℃, 24h)	점도비		0.92			KSM-2021
	전산가 증가	㎎ KOH/g	0.27			KSM-2004
	락카도		없음			KSM-2004
저온겉보기점도	-20℃, P	37.2			KSM-2004
전산값	㎎, KOH/g		3.71	2.89	KSM-2004
알카리값	㎎ KOH/g		7.38	8.35
황산회분	중량%		0.8935	0.8931	KSM-2002
밀도	g/㎤, 15℃				KSM-2044

상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 실시예 1의 윤활유 조성물은 119,000㎞를 주행한 후에도 점도 지수가 사용가능한 점도 지수인 85를 훨씬 초과하는 약 140을 나타내므로, 장기간 사용할 수 있음을 알 수 있다. 이에 반하여 종래 윤활유 조성물은 초기에는 보통, 120 내지 140이며, 특별히 150 이상 되는 윤활유 조성물도 있으나, 약 10,000㎞ 이상을 주행한 후에는 90 이하로 급격하게 떨어지게 되므로, 장기간 사용할 수 없다.

2) 고속 버스를 이용한 실험

고속 버스로 사용한 차량은 AME939E로서, 3대에는 실시예 1의 윤활유 조성물을 사용하였으며, 2대에는 종래 윤활유 조성물을 사용하였다. 각 차량을 185,000㎞의 주행 거리로 달리게 한 후, 실시예 1의 윤활유 조성물과 종래 윤활유 조성물의 점도 지수를 측정하였다. 그 결과 실시예 1의 윤활유 조성물은 사용가능한 점도 지수인 85보다 큰 95를 나타내는 데 반하여, 종래 윤활유 조성물은 85 미만을 나타내었다. 따라서, 실시예 1의 윤활유 조성물이 종래 윤활유 조성물보다 장기간사용가능함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 윤활유 조성물은 장기간 사용가능하므로, 윤활유 조성물을 교체함에 따른 경제적, 시간적 손실을 줄일 수 있고, 교체되는 윤활유 조성물에 따른 환경 오염을 줄일 수 있다.

Claims (3)

1. (정정)

   a) 광유 또는 합성유인 기유 91 내지 96.2 중량%;

   b) 셀퍼라이즈드 올레핀(sulphurized olefin), 포스포설퍼라이즈드

   테르펜(phosphosulphurized terpenes), 설퍼라이즈드 테르펜(sulphurized

   terpenes), 및 징크 디티오포스페이트(zinc dithiophosphate)로 이루어지

   는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 부식 방지제 0.6 내지 1.4 중량%;

   c) 디메틸 실리콘, 또는 폴리메타크릴레이트인 소포제 0.2 내지 0.8 중량%;

   d) 설퍼라이즈드 지방(sulphurized fats), 올레핀, 아민 포스페이트, 클로리

   네이티드 하이드로카본(chlorinated hydrocarbon), 및 유기 산의

   납염(lead salts of organic acids)으로 이루어지는 군으로부터 1 종 이

   상 선택되는 극압 첨가제 0.6 내지 1.5 중량%;

   e) 폐놀계 화합물, 아민계 화합물, 유기 설파이드 화합물, 유기 포스포러스

   화합물, 힌더드 페놀(hindered phenols), 징크 디티오포스페이트로 이루

   어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 산화 방지제 0.4 내지 0.9 중량%;

   f) 지방산, 합성 에스테르, 트리크레실 포스페이트(tricrecyl phosphate),

   및 징크 디알킬디티오 포스페이트(zinc dialkyldithio phosphate)로 이루

   어지는 군으로부터 1 종 이상 선택되는 마찰 조절제 0.7 내지 1.6

   중량%;

   g) 아연 또는 몰리브덴인 마모 방지제 0.2 내지 1.0 중량%; 및

   h) 폴리이소부틸렌, 폴리아크릴레이트, 및 부타디엔 코폴리머로 이루어지는

   군으로부터 1 종 이상 선택되는 점도 증진제 1.1 내지 1.8 중량%

   를 포함하는 윤활유 조성물.
2. (정정)

   제1항에 있어서,

   상기 윤활유 조성물이 기유 92.4 내지 95.4 중량%; 부식 방지제 0.7 내지 1.2 중량%; 소포제 0.3 내지 0.6 중량%; 극압 첨가제 0.7 내지 1.3 중량%; 산화 방지제 0.5 내지 0.7 중량%; 마찰 조절제 0.8 내지 1.4 중량%; 마모 방지제 0.4 내지 0.8 중량%; 및 점도 증진제 1.2 내지 1.6 중량%를 포함하는 것인 윤활유 조성물.
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