KR100364853B1 - 에스테르계와 광유계의 혼합기제를 포함하는 유압작동유조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기제, 산화방지제, 내마모성 첨가제, 증점제, 부식방지제 및 소포제를 포함하는 유압작동유에 있어서, 기제로서 에스테르계 기제 5∼95중량부와 광유계 기제 95∼5중량부를 혼합사용한 것으로서, 이는 에스테르계 기제의 우수성과 광유계 기제의 가격경쟁력이 조합되어 합성유계와 동등 수준의 성능과 물성치를 가지며, 가격경쟁력을 확보할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 수명단축을 최소화할 수 있으므로 유압작동유 뿐만 아니라 첨가제의 선택에 따라 압축기유 및 기계유로도 사용이 가능하다.
Description
본 발명은 에스테르 기제와 광유계 기제의 혼합기제를 포함하는 유압작동유 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에스테르계 기제와 석유추출물을 혼합사용한 기제에 적절한 첨가제를 첨가하여 이루어진 유압작동유 조성물에 관한 것이다.
본 발명자들은 통상적으로 광물유를 기유로 사용하는 데 있어서의 문제점인 윤활성의 부족, 고속 및 고압 장비에의 부적절성, 화재에 대한 상대적인 위험성, 고온분위기에서의 사용은 바람직하지 않은 점을 해결하고, 또한 석유계 유압작동유의 문제점, 즉 점도지수가 낮아 온도변화에 따른 점도변화가 심하여 적정점도의 유지가 대단히 어려우며 이를 보강하기 위해 여러 가지의 폴리머를 점도지수향상제로 사용하나 장비의 운전 중 전단응력에 의한 폴리머의 파괴에 따라 급격한 점도 및 점도지수 강하현상이 나타나는 점 등을 개선하기 위하여 노력한 결과로, 폴리올에스테르계 유압작동유를 개발하여 기특허받은 바 있다(대한민국특허 제88842호). 이를 기초로 하여 보다 발전된 형태인 고온-무촉매 반응을 이용한 유압작동유에 대하여도 출원하여 기 특허받았으며(대한민국특허 제169565호), 이후 거듭된 연구의 결과로 기제 자체의 점도조절이 가능하며, 열산화 및 고압에 따른 전단현상을 최소화할 수 있는 고품질의 새로운 유압작동유를 개발하기에 이르렀다(대한민국특허 제201759호).
이에, 본 발명자들은 그 동안의 축적된 기술을 바탕으로 에스테르계 기제의 우수성과 광유계 기제의 가격 경쟁력을 적정 수준으로 조합하여 새로운 제품을 개발하기 위해 연구노력하던 중, 에스테르계 기제와 광유계 기제를 조합하고 여기에 적량의산화방지제, 내마모첨가제, 내하중첨가제, 증점제, 부식방지제 및 소포제 등을 첨가한 결과, 합성유계에 근접하는 성능과 물성치를 얻고, 보다 저렴한 가격으로 시장경쟁력을 향상시킬 수 있으면서도 수명단축은 최소화할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 합성유계에 근접하는 수준의 성능과 물성치를 가지며, 보다 저렴한 가격으로 시장경쟁력을 확보할 수 있으면서, 수명단축을 최소화할 수 있는 유압작동유 조성물을 제공하는 데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유압작동유 조성물은 기제, 산화방지제, 내마모성 첨가제, 증점제, 부식방지제 및 소포제 등를 포함하는 것으로서, 여기서 기제는 에스테르계 기제 5∼95중량부와 광유계 기제 95∼5중량부로 이루어진 것임을 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 유압작동유는 기제로서 에스테르 기제와 광유계 기제를 혼합하여 사용한 데 그 특징이 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 에스테르 기제로는 본 출원인에 의해 출원되어 기 특허받은 바 있는 에스테르 기제, 구체적으로 대한민국 특허 제88842호, 제169565호 및 제201795호에 제시된 폴리올 에스테르 기제를 사용하는 것이 바람직하며, 그 외에 국내외적으로 구입가능한 이염기성 에스테르, 예를들어 아디페이트계(adipate), 아젤레이트계(azelate), 세바케이트계(sebacate) 또는 프탈레이트계 (phthalate)를 사용할 수 있으며, 정제처리한 유지도 사용할 수 있다. 이때, 정제처리한 유지는 동물성 또는 식물성 정제유지일 수 있다.
여기서 본 출원인에 의해 출원되어 기특허된 폴리올 에스테르계 기제에 대하여 간략하게 기재하면 다음과 같다.
대한민국특허 제88842호:
탄소수 6∼20의 포화 또는 불포화지방산과, 하기 식(Ⅰ)의 다가알코올을 사용하여 질소분위기하에 180∼240℃의 온도로 5∼24시간 동안 유기산, 유기산 또는 유기주석촉매하에 반응시켜 부분중합한 폴리올에스테르.
대한민국특허 제169565호:
탄소수 6~20의 포화 또는 불포화지방산과 하기식(I)의 다가알콜을 사용하여 질소분위기 하에서 120~260℃의 온도로 5~40 시간 동안 무촉매로 반응시켜 부분 종합한 폴리올에스테르.
대한민국특허 제201759호:
하기식(I)의 탄소수 6∼24의 포화 또는 불포화지방산, 하기식(II)의 폴리머릭애시드 및 하기식(III)의 이염기산의 혼합산(배합비 : Polymeric acid 및 이염기산 0∼10.0중량부)을 하기식(IV)의 다가알코올과 질소분위기하에서 120∼280℃의 온도로5∼40시간 동안 반응시켜 부분중합한 폴리올에스테르.
한편, 광유계 기제로는 특별히 한정되는 것은 아니며, 국내 및 국외에서 공급되는 정제된 광유계 기제를 대부분 사용할 수 있다. 그런데, 지나치게 저점도이거나 고점도인 기제는 유압작동유의 특성상 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있으므로 40℃에서의 동점도가 5∼1,000cSt 정도인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 에스테르계 기제와 광유계 기제를 혼합함에 있어서 에스테르계 기제 5∼95중량부에 광유계 기제를 95∼5중량부로 혼합할 수 있는 바, 만일 에스테르계 기제의 혼합량이 5중량부 미만이면 윤활성, 용해성의 부족 및 난연성의 결여와 같은 문제가 제기될 수 있으며, 95중량부를 초과하여 첨가되면 가격경쟁력 약화와 같은 문제가 발생될 수 있다.
한편, 본 발명의 유압작동유는 통상의 첨가제를 포함할 수 있는 바, 산화방지제, 내마모성 첨가제, 내하중첨가제, 증점제, 부식방지제 또는 소포제를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 산화방지제는 다음 화학식 1로 표시되는 페닐나프틸아민계가 가장 효과적이나, 기제의 혼합비에 따라 페닐계, 인산에스테르계 및 인산에스테르의 금속염(일예로 Zn-DTP) 등의 산화방지제를 함께 사용할 수 있다.
산화방지제의 첨가량은 0.1∼10.0중량부, 바람직하게는 0.5∼3.0중량부인 바, 일반적으로 0.5중량부 미만이면 그 효과가 미미하며 7.0중량부를 초과하는 경우 산화방지의 효과는 기대할 수 있으나, 유제의 변색 및 난연성 효과저하 등의 문제가 제기될 수 있다.
상기 식에서, R1은 수소원자 또는 탄소수 1∼10의 알킬기이다.
내하중 및 내마모성 첨가제로는 다음 화학식 2로 표시되는 바와 같은 인산에스테르의 아민염계가 가장 효과적이며, 인산에스테르의 금속염, 알릴계 인산에스테르 또는 황화물을 병용하면 그 효과를 상승시킬 수 있다. 그 첨가량은 0.05∼7.0중량부, 바람직하게는 0.1∼2.0중량부이다.
상기 식에서, R2및 R3는 서로 같거나 다른 것으로서, 수소원자 또는 탄소수 1∼10의 알킬기이고, X는 수소원자 또는 탄소수 1∼10의 알킬기이다.
한편, 증점제로는 올레핀 공중합체, 폴리메타아크릴레이트 등을 사용할 수있으며, 전단안정성이 우수하고 점도변화가 적은 분자량 20만 이하, 바람직하게는 5만 이하의 폴리메타아크릴레이트가 적당하다. 이때, 저분자량 및 고분자량의 증점제를 조합하면 저온유동성과 점도지수를 함께 보완할 수 있다. 그 첨가량은 윤활유 조성물의 목표점도에 따라 달라질 수 있으나, 0.1∼5.0중량부, 바람직하게는 0.5∼3.0중량부로 첨가될 수 있다.
그밖에 필요에 따라 0.01∼2.0중량부의 부식방지제 및 소포제 등을 첨가할 수 있다.
상술한 바와 같은 첨가제들은 윤활유 조성물에서 매우 필요한 것이나, 적량 범위를 벗어나 과량으로 첨가시에는 난연성 효과를 감소시키고, 전단에 의한 점도강하, 찌꺼기의 생성 및 유제변색 등의 원인이 될 수 있으므로 그 첨가량을 조절해야 한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(1)시험조건의 선정
유압작동유는 윤활유가 필요한 기계 및 장비의 특성을 고려하여 한국공업규격(KS M2113)에서 공업용 윤활유의 점도를 규정하므로, 본 발명에서는 한국공업규격중 점도규격은 KS M2113을 준수하였으며, 기타 시험항목에서도 한국공업규격을 준수하여 시험하였다. 또한, 윤활유의 성능평가에서 중요한 항목이지만 한국공업규격에 분류되어 있지 않은 항목에 대해서는 별도의 규정, 예를들어 ASTM 또는 JIS 등을 인용하였다.
(2)원료의 선정
본 발명에서 사용된 윤활유 기제 및 첨가제 등은 본 발명자들이 제조한 원료를 비롯하여 일반시중에서 구입할 수 있는 것을 사용하였으나, 안정된 성상 및 성능을 위하여 아래의 물성치를 갖는 것을 사용하였다.
①기 특허된 에스테르 기제 - 외관: 3.0(ASTM 색상) 이하, 이물질이 없을 것, 산가: 5.0mg KOH/g 이하, 동점도: 2∼100(40℃, cSt)
②시중구매 에스테르 기제 - 외관: 3.0(ASTM 색상) 이하, 이물질이 없을 것, 산가: 5.0mg KOH/g 이하, 동점도: 2∼500(40℃, cSt)
③광유계 기제 - 외관: 4.0(ASTM 색상) 이하, 이물질이 없을 것, 산가: 3.0mg KOH/g 이하, 동점도: 2∼1,000(40℃, cSt)
④지방유(동물성, 식물성) - 외관: 3.0(ASTM 색상) 이하, 이물질이 없을 것, 산가: 5.0mg KOH/g 이하, 동점도: 15∼300(40℃, cSt)
⑤첨가제 - 외관: 이물질이 없을 것, 순도: 개질제로서의 gkafikd이 30% 이상
실시예 1∼30
다음 표 1 및 2에 나타낸 바와 같은 조성 및 함량으로 본 발명에 따른 유압작동유를 제조하였다.
| (단위: 중량부) | |||||||||
| 실시예 | 에스테르계 기제 | 광유계 기제 | 산화방지제 | 증점제 | 내마모성 첨가제 | 부식방지제 | 소포제 | ||
| 기특허 폴리올에스테르 기제 | 시판 에스테르 기제 | 동물성 또는식물성 정제유지 | |||||||
| 1 | 5.0 | - | - | 90.0 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 2 | 15.0 | - | - | 80.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 3 | 25.0 | - | - | 70.0 | 1.0 | 2.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 4 | 35.0 | - | - | 60.0 | 1.0 | 2.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 5 | 45.0 | - | - | 50.0 | 1.0 | 2.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 6 | 55.0 | - | - | 40.0 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 7 | 65.0 | - | - | 30.0 | 2.0 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 8 | 75.0 | - | - | 20.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 9 | 85.0 | - | - | 10.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 10 | 90.0 | - | - | 5.0 | 1.5 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 11 | 5.0 | 5.0 | - | 85.0 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 12 | 10.0 | 15.0 | - | 70.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 13 | 20.0 | 25.0 | - | 50.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 14 | 30.0 | 35.0 | - | 30.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 15 | 45.0 | 45.0 | - | 5.0 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| (단위: 중량부) | |||||||||
| 실시예 | 에스테르계 기제 | 광유계 기제 | 산화방지제 | 증점제 | 내마모성 첨가제 | 부식방지제 | 소포제 | ||
| 기특허 폴리올에스테르 기제 | 시판 에스테르 기제 | 동물성 또는식물성 정제유지 | |||||||
| 16 | 5.0 | - | 5.0 | 85.0 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 17 | 10.0 | - | 15.0 | 70.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 18 | 20.0 | - | 25.0 | 50.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 19 | 30.0 | - | 35.0 | 30.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 20 | 45.0 | - | 45.0 | 5.00 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 21 | 5.0 | - | 5.0 | 85.0 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 22 | 10.0 | - | 20.0 | 65.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 23 | 20.0 | - | 25.0 | 50.0 | 1.0 | 2.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 24 | 30.0 | - | 35.0 | 30.0 | 1.0 | 2.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 25 | 45.0 | - | 45.0 | 5.0 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 26 | - | - | 5.0 | 90.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 27 | - | - | 20.0 | 65.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 28 | - | - | 45.0 | 50.0 | 1.5 | 1.5 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 29 | - | - | 65.0 | 30.0 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
| 30 | - | - | 90.0 | 5.0 | 2.0 | 1.0 | 적량 | 적량 | 적량 |
상기 실시예에 따라 얻어진 유압작동유에 대하여 인화점, 유동점, 점도지수, 산화안정성, 내마모성, 내하중성 및 전단시험 등을 측정하여 그 결과를 다음 표 3 및 4에 나타내었다.
여기서, 산화안정성은 회전봄베식 산화안정도시험기를 사용하여 ASTM D2272에 의거 시험하였고, 내마모성은 FALEX 내마모성 시험기를 이용하여 ASTM D2670에 의거 시험하였으며, 내하중성은 소다식 4구시험기(750rpm, kg/㎠)를 이용하여 KS M2026에의거 측정하였고, 전단시험은 DIN 51382(250cycles)로 시험하였다.
| 인화점(℃) | 유동점(℃) | 점도지수 | 산화안정성 | 내마모성 | 내하중성 | 전단시험 | |
| 1 | 200이상 | -10.0 이하 | 120 이상 | 300분 이상 | 50Teeth 이하 | 4.5이상 | 15% 이하 |
| 2 | 220 이상 | -10.0 이하 | 120 이상 | 300분 이상 | 50Teeth 이하 | 4.5 이상 | 15% 이하 |
| 3 | 230 이상 | -15.0 이하 | 130 이상 | 300분 이상 | 50Teeth 이하 | 4.5 이상 | 10% 이하 |
| 4 | 240 이상 | -15.0 이하 | 130 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 10% 이하 |
| 5 | 250 이상 | -25.0 이하 | 140 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 10% 이하 |
| 6 | 250 이상 | -25.0 이하 | 140 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 7% 이하 |
| 7 | 250 이상 | -25.0 이하 | 140 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 7% 이하 |
| 8 | 260 이상 | -25.0 이하 | 150 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 7% 이하 |
| 9 | 270 이상 | -25.0 이하 | 150 이상 | 200분이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 5% 이하 |
| 10 | 270 이상 | -25.0 이하 | 150 이상 | 200분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 5% 이하 |
| 11 | 200 이상 | -10.0 이하 | 120 이상 | 300분 이상 | 50Teeth 이하 | 4.5 이상 | 15% 이하 |
| 12 | 220 이상 | -10.0 이하 | 120 이상 | 300분 이하 | 50Teeth 이하 | 4.5 이상 | 10% 이하 |
| 13 | 230 이상 | -15.0 이하 | 130 이상 | 300분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 10% 이하 |
| 14 | 240 이상 | -15.0 이하 | 130 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 7% 이하 |
| 15 | 250 이상 | -25.0 이하 | 140 이상 | 200분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 7% 이하 |
| 인화점(℃) | 유동점(℃) | 점도지수 | 산화안정성 | 내마모성 | 내하중성 | 전단시험 | |
| 16 | 200 이상 | -10.0 이하 | 120 이상 | 300분 이상 | 50Teeth 이하 | 4.5 이상 | 15% 이하 |
| 17 | 220 이상 | -10.0 이하 | 130 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 10% 이하 |
| 18 | 230 이상 | -15.0 이하 | 140 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 10% 이하 |
| 19 | 240 이상 | -20.0 이하 | 150 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 10% 이하 |
| 20 | 250 이상 | -20.0 이하 | 160 이상 | 200분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 10% 이하 |
| 21 | 220 이상 | -15.0 이하 | 120 이상 | 300분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 15% 이하 |
| 22 | 240 이상 | -20.0 이하 | 130 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 10% 이하 |
| 23 | 250 이상 | -20.0 이하 | 150 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 10% 이하 |
| 24 | 270 이상 | -25.0 이하 | 160 이상 | 200분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 10% 이하 |
| 25 | 270 이상 | -25.0 이하 | 160 이상 | 200분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 10% 이하 |
| 26 | 220 이상 | -10.0 이하 | 120 이상 | 300분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 15% 이하 |
| 27 | 220 이상 | -10.0 이하 | 130 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.0 이상 | 10% 이하 |
| 28 | 240 이상 | -15.0 이하 | 150 이상 | 250분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 10% 이하 |
| 29 | 260 이상 | -15.0 이하 | 160 이상 | 200분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 7% 이하 |
| 30 | 270 이상 | -20.0 이하 | 170 이상 | 200분 이상 | 50Teeth 이하 | 5.5 이상 | 7% 이하 |
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 에스테르계 기제와 광유계 기제를 적정하게 혼합하고 여기에 산화방지제 등의 첨가제를 첨가하여 이루어진 유압작동유 조성물은 에스테르계 기제의 우수성과 광유계 기제의 가격경쟁력이 조합되어 합성유계에 근접하는 성능과 물성치를 가지며, 가격경쟁력을 확보할 수 있게 되었을 뿐만 아니라, 수명단축을 최소화할 수 있으므로 유압작동유 뿐만 아니라 첨가제의 선택에 따라 압축기유로도 사용이 가능하다.
Claims (6)
- 기제, 산화방지제, 내마모성 첨가제, 증점제, 부식방지제 및 소포제를 포함하는 유압작동유에 있어서,상기 기제는 에스테르계 기제 5∼95중량부와 광유계 기제 95∼5중량부로 이루어진 것임을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
- 제 1 항에 있어서,에스테르계 기제는 폴리올에스테르 기제, 이염기성 에스테르 기제 및 정제유지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
- 제 2 항에 있어서,이염기성 에스테르 기제는 아디페이트계, 아젤레이트계, 세바케이트계 및 프탈레이트계로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
- 제 2 항에 있어서,정제유지는 식물성 정제유지 또는 동물성 정제유지인 것임을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
- 제 1 항에 있어서,산화방지제는 다음 화학식 1로 표시되는 페닐나프틸 아민계, 페닐계 및 인산에스테르의 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로서, 그 함량은 0.1∼10.0중량부인 것임을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.화학식 1상기 식에서, R1은 수소원자 또는 탄소수 1∼10의 알킬기이다.
- 제 1 항에 있어서,내마모성 첨가제는 다음 화학식 2로 표시되는 인산에스테르의 아민염계, 아릴포스페이트계, 인산에스테르의 금속염 및 황화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로서, 그 함량은 0.1∼7.0중량부인 것임을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.화학식 2상기 식에서, R2및 R3는 서로 같거나 다른 것으로서, 수소원자 또는 탄소수 1∼10의 알킬기이고, X는 수소원자 또는 탄소수 1∼10의 알킬기이다.
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