KR100742921B1 - 비아연계 유압작동유 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비아연계 유압작동유 조성물에 관한 것으로, 기유 100중량부당 트리페닐 포스포로티오네이트(triphenyl phosphorothionate) 0.3-0.8중량부, 애쉬리스 디티오-포스페이트(ashless dithio-phosphate) 0.3-0.8중량부 및 톨루트리아졸 유도체(tolutriazole derivate) 0.2-0.5중량부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비아연계 유압작동유 조성물이 제공된다. 본 발명의 유압작동유 조성물은 아연이 중합되지않아 물의 존재하에서 황산아연 및 디알킬인산아연과 같은 슬러지가 적게 생성될 뿐만아니라 열안정성, 산화안정성 및 내마모성이 우수하다.
유압작동유, 제트엔디티피, 극압제, 마모방지제, 방청제, 슬러지, 비아연계

Description

비아연계 유압작동유 조성물{ZINC-FREE HYDRAULIC OIL COMPOSITION}
본 발명은 비아연계 유압작동유 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 고압의 유압시스템에서 슬러지가 발생되지않으며 열안정성, 산화안정성 및 내마모성이 우수한 새로운 유압작동유 조성물에 관한 것이다.
유압작동유는 유압설비에서 동력을 유효하게 전달하기 위해 사용되는 것으로, 적당한 윤활성을 지니고 각부의 유체 마찰 저항이 작아야 하고 내마모성이 커야한다.
종래에 유압작동유 조성물 분야에 있어서, 디알킬디티오인산아연(제트엔디티피(ZnDTP))이 첨가제로 많이 사용되어왔다. 디알킬디티오인산아연은 산화방지성능, 부식방지성능, 내하중성능 및 내마모성능을 갖는 다기능형 첨가제이다.
상기 디알킬디티오인산아연의 구조는 하기 화학식 1로 나타낸다.
Figure 112001031599518-pat00001
단, R은 원료인 알코올 또는 알킬 페놀계의 탄화수소기를 나타내며, 사용되는 알코올 종류에 따라 그 성능이 달라지며, 1급(Primary) 알킬 및 2급(Secondary) 알킬과 같은 알킬 및 아릴의 2종류로 분류된다.
디알킬디티오인산아연의 마모방지기구는 디알킬디티오인산아연중의 황과 인이 금속과 반응하여 황화철 및 인산염을 형성함으로써 마모를 방지한다. 즉, 디알킬디티오인산아연이 분해되어 금속표면에 화학식 2와 같이 폴리포스페이트의 피막을 형성하여 마모를 방지한다.
Figure 112001031599518-pat00002
한편, 유압작동유의 산화는 하기 반응식 1과 같은 기구로 이루어진다.
개시반응: RH → Rㆍ
연쇄반응: Rㆍ + O2 →ROOㆍ
ROOㆍ + RH →ROOH + Rㆍ
즉, 빛, 열 및 금속 등에 의해 라디칼(Rㆍ)이 생성되고 이 라디칼은 산소와 반응하여 퍼옥시라디칼(ROOㆍ)이 된다. 퍼옥시라디칼은 다른 분자와 반응하여 과산화물(ROOH)의 라디칼을 생성한다. 과산화물은 더 분해되어 라디칼(ROOㆍ, Rㆍ)이 되고 이들은 다시 연쇄반응에 투입되므로 산화를 촉진하여 최종적으로 케톤, 알데히드, 산 및 이들의 중축합물이 된다.
디알킬디티오인산아연의 산화방지 기구는 라디칼 보촉제로서 라디칼과 결합하여 안정화하거나, 과산화물을 분해 안정화하여 라디칼의 공급원을 감소시킴으로써 유압작동유의 산화를 방지한다.
이와 같이 산화방지성능, 부식방지성능, 내하중성능 및 마모방지성능을 갖는 상기 디알킬디티오인산아연은 그 성능을 발휘한 후 슬러지로 변하는데 슬러지의 주요성분은 황산아연(ZnSO4), 디알킬인산아연(Zinc dialkyl phosphate), 폴리포스페이트(Polyphosphate), 마모입자, 분진, 녹 및 물 등으로 구성되어있다. 이중에서 설비의 외부요인으로부터 침입한 마모입자, 분진, 녹 및 물 등을 제외한 슬러지 성분의 생성메카니즘은 다음과 같다.
디알킬디티오인산아연은 과산화수소와 반응하여 황산아연으로 변하고, 디알 킬인산아연은 비교적 낮은 온도(예, 60℃ 이하)에서 물 존재하에 생성된다. 물의 존재하에서 P=S 이중결합은 P=O 이중결합으로 변하게 된다. 또, 유압작동유의 작동온도가 높은 온도(예, 80℃ 이상)에서 디알킬디티오인산아연은 폴리포스페이트로 분해된다. 이와 같이, 다기능 첨가제인 디알킬디티오인산아연은 압력이 높고, 작동온도가 높은 사용조건일 경우에, 조기에 슬러지가 발생되어 각종 밸브류의 스풀(spool)에 부착되어 밸브 오동작을 발생시키고, 유압시스템의 필터 엘리먼트의 눈막힘을 발생시켜 유압시스템의 유량감소 및 압력감소 원인이 되어 설비고장을 발생시킨다.
이와 같이, 현재 많이 사용되고 있는 디알킬디티오인산아연은 슬러지를 많이 발생시키는 문제가 있다.
이에 본 발명의 목적은 고온 고압하에서 슬러지가 적게 발생하는 유압작동유 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열안정성, 산화안정성 및 내마모성이 우수한 유압작동유 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일견지에 의하면,
기유 100중량부당
Figure 112001031599518-pat00003
(단, R은 C3~C27 알킬기임)
의 트리페닐 포스포로티오네이트(triphenyl phosphorothionate) 0.3-0.8중량부,
Figure 112001031599518-pat00004
의 애쉬리스 디티오-포스페이트(ashless dithio-phosphate) 0.3-0.8중량부 및
Figure 112001031599518-pat00005
(단, R은 C7~C40 히드로카빌기이며 그리고 R'는 C6~C30 알킬기임)
의 톨루트리아졸 유도체(tolutriazole derivate) 0.2-0.5중량부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비아연계 유압작동유 조성물이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명자는 종래의 유압작동유 조성물에 트리페닐 포스포로티오네이트, 애쉬리스 디티오-포스페이트 및 톨루트리아졸 유도체를 특정한 조성비로 첨가함으로써, 유압작동유가 예기치않게 우수한 열안정도, 산화안정도 및 내마모성능을 제공함을 발견하였다.
또한, 디알킬디티오인산아연 대신에, 본 발명의 특정한 조성의 3가지 성분(트리페닐 포스포로티오네이트, 애쉬리스 디티오-포스페이트 및 톨루트리아졸 유도체)을 사용할 경우, 유압작동유 조성물은 디알킬디티오인산아연을 사용하는 경우에 비하여 고온 고압의 유압시스템에서 발생하기쉬운 슬러지가 적게 발생됨을 발견하였다.
즉, 본 발명의 유압작동유 조성물은 아연(Zn)이 중합되어 있지 않기 때문에, 물의 존재하에서 디알킬디티오인산아연과 같이 황산아연 및 디알킬인산아연이 생성되지않는 유압작동유 조성물이다.
하기 화학식 3의 트리페닐 포스포로티오네이트는 극압제로서 고하중의 윤활면에서 유막이 파괴되어 금속접촉이 일어날 우려가 있는 경우에 금속과 반응하여 금속표면에 극압막(極壓膜)을 생성하므로써 금속간의 마찰에의한 눌러붙음현상이나 마모를 방지하는 작용을 한다.
[화학식 3]
Figure 112001031599518-pat00006
(단, R은 C3~C27 알킬기임)
본 발명에 따라, 상기 트리페닐 포스포로티오네이트는 기유 100중량부에 대하여 0.3-0.8중량부로 포함된다. 상기 트리페닐 포스포로티오네이트는 이러한 범위내에서 하기에 기술되는 다른 2 성분과 함께 최적의 성능을 나타내어, 우수한 열안정도, 산화안정도 및 내마모성능을 제공한다. 만일 이러한 범위를 벗어나는 경우, 사용도중 먼지, 물, 산소 및 금속입자 등과 같은 각종 이물질의 영향으로 유압작동유의 열화물질인 슬러지가 발생되거나, 소포성이 저하되거나 또는 내마모성이 저하될 수 있다.
하기식 4의 상기 애쉬리스 디티오-포스페이트는 비아연계 마모방지제로서 황과 인이 금속과 반응하여 황화철 및 인산염을 형성함으로써 마모를 방지하며 하기 화학식 4를 갖는다.
[화학식 4]
Figure 112001031599518-pat00007
상기 애쉬리스 디티오-포스페이트는 기유 100중량부에 대하여 0.3-0.8중량부부로 유압작동유에 포함된다. 그 이유는 상기 트리페닐 포스포로티오네이트와 마찬가지로 이러한 범위내에서 다른 2 성분과 함께 균형적으로 기능을 나타내어 최적의 성능을 나타내며, 만일 이러한 범위를 벗어나는 경우, 특히 내마모성이 저하될 수 있다.
나아가, 본 발명의 유압작동유 조성물은 방청제로서 화학식 5의 톨루트리아졸 유도체를 포함한다.
[화학식 5]
Figure 112001031599518-pat00008
(단, R은 C7~C40 히드로카빌기이며 그리고 R'는 C6~C30 알킬기임)
상기 톨루트리아졸 유도체는 강한 극성기와 큰 친유기를 갖고있어 극성기에 의해 철표면에 흡착되며 또한 친유기에 의해 기유에 용해된다. 따라서 상기 톨루트리아졸 유도체는 철표면에 보호유막을 형성하여 철이 이온화되어 용해하면서 공기와 접촉하여 Fe(OH)2로 침적되는 것을 예방한다. 이와 같은 보호유막은 철표면에 흡착하여 수분과 치환하여 수분이나 산소의 직접적인 접촉을 막아준다.
상기 톨루트리아졸 유도체는 기유 100중량부에 대하여 0.2-0.5중량부로 포함된다. 만일 이러한 범위를 벗어나는 경우, 보호유막이 충분히 형성되지않거나 혹은 다른 2 성분과 함께 균형적으로 기능을 나타내지못하여 특히, 녹이 발생될 수 있다.
일반적으로 유압작동유는 기유, 방청제, 산화방지제, 극압제, 마모방지제, 청정분산제 및 기타 첨가제로 구성되며, 주로 다기능 첨가제인 디알킬디티오인산아연 이 사용되는데 반하여, 본 발명의 유압작동유 조성물은 특히, 아연을 함유하지않는 성분들(트리페닐 포스포로티오네이트, 애쉬리스 디티오-포스페이트 및 톨루트 리아졸 유도체)로 이루어져 현저히 슬러지의 발생을 감소시킨다.
나아가, 본 발명의 유압작동유 조성물에 일반적으로 사용되는 상기 성분과 다른 극압제, 마모방지제 및 방청제 그리고 유압작동유의 성능을 필수적으로 발휘할 수 있도록 첨가되는 기본 성분인 산화방지제, 청정분산제 및 기타 첨가제로 폴리부텐, 액체 실리콘 및 폴리이소부틸렌 등이 첨가될 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명의 유압작동유 조성물은 제철소 유압설비에서 가장 많이 사용되는 동점도인 ISO VG 22, 32, 46, 68(ISO 3448에서 규정하는 점도등급중 유압작동유의 점도 등급)을 제공하며, 서보(servo) 유압시스템이나 비례(proportional) 유압시스템에 유용하며, 비아연계 유압작동유의 대표점도인 ISO VG 32에 대한 성능으로 우수한 열안정도, 산화안정도 및 내마모성을 나타낸다. 본 발명의 유압작동유는 제철소 유압설비 뿐만 아니라 굴삭기와 같은 중장비 및 선박시설 등을 포함하는 산업체에서 사용하는 유압설비에 적용 가능하다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예
기유 100중량부에 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 각 유압작동유 조성물을 제조하였다. 본 실시예에서 제조된 발명예의 유압작동유 조성물은 상기한 바와 같이, 본 발명의 유압 작동유 성분외에 첨가될 수 있는 다른 극압제, 마모방지제 및 방청제 그리고 유압작동유의 성능을 필수적으로 발휘할 수 있도록 첨가되 는 기본 성분인 산화방지제, 청정분산제 및 기타 첨가제로 폴리부텐, 액체 실리콘 및 폴리이소부틸렌을 포함하여 구성되었다.
각 조성물에 대하여 점도(측정법: KS M 2014), 열안정도(측정법: ASTM D2070), 산화안정도(측정법: ASTM D943) 및 내마모성(측정법: ASTM D2882)을 측정하여 표 1에 함께 나타내었다.
Figure 112001031599518-pat00009
(1) 방청제, 톨루트리아졸 유도체(tolurtiazole derivate)
(2) 에스테르계, 알케닐 숙신산(alkenyl succnic aids)
(3) 방향족 아민계 산화방지제, 페닐알파나프틸 아민(phenyl-α-naphtyl amine)
(4) 극압제, 트리페닐 포스포로씨오네이트(triphenyl phosphorothionate)
(5) 마모방지제, 애쉬리스 디씨오포스페이트(ashless dithio-phosphate)
(6) 마모방지제, 디알킬디티오인산아연(ZnDTP)
(7) 청정분산제, 설포네이트(sulfonate)
(8) 폴리부텐(polybutene), 액체실리콘, 폴리이소부틸렌(polyisobutylene)
(9) 열안정도(ASTM D2070), 슬러지 생성량(mg/100㎤), 168Hr@135℃
(10) 산화안정도(ASTM D943), TOST(터빈 오일 안정성 시험) life, Hr
(11) 내마모성(ASTM D2882), Vickers-V-104C(140bar, 250Hr, 1200rpm, 79.4℃), 링(ring)과 베인(vane)의 중량 손실(mg)
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 비아연계 내마모첨가제로 제조한 유압작동유의 내마모성능은 종래예의 경우 베인과 링의 마모량이 15mg이었으나, 발명예 1-3의 경우 12-14mg으로 우수한 성능을 나타내었다.
열안정도는 슬러지의 생성량이 종래예의 경우 10mg/100㎤이었으나, 발명예 1-3은 4-6mg/100㎤으로 40-60%까지 감소하였으며, 산화안정성은 종래예의 경우 2500시간이나 발명예 1-3은 3,800-4,000시간으로 52-60%까지 증가하였다.
또한, 발명예 1-3과 비교하여 비교예 1 및 2는 모든 첨가제의 성분이 발명예와 동일하나 본 발명의 유압작동유 조성물의 중량부 - 기유 100중량부당 트리페닐 포스포로티오네이트 0.3-0.8중량부, 애쉬리스 디티오포스페이트 0.3-0.8중량부 및 톨루트리아졸 유도체 0.2-0.5중량부 - 를 벗어나기 때문에 첨가제간의 균형이 이루어지지않아, 열안정도는 발명예 1-3에 비하여 슬러지가 83-133% 증가된 11-14mg/100㎤ 생성되었으며, 산화안정도는 발명예 1-3에 비하여 300-1300Hr 적게 나타났으며 그리고 내마모성능은 발명예에 비하여 29-79% 증가한 18-25mg으로 나타나 종래예보다 성능(열안정도, 산화안정도 및 내마모성)이 저조한 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명은 기유 100중량부당 트리페닐 포스포로티오네이트를 0.3-0.8중량부로, 애쉬리스 디티오포스페이트를 0.3-0.8중량부로 그리고 톨루트리아졸 유도체를 0.2-0.5중량부로 한정한다.
상기 실시예로부터, 본 발명의 유압작동유 조성물은 고온 및 고압 유압설비 또는 서보 유압시스템이나 비례 유압시스템에 적용될 경우, 종래에 유압설비에 문제를 야기시키던 슬러지의 발생을 크게 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 유압작동유의 수명을 종래의 3-5년에서 7-8년으로 연장시켜 원가절감에 기여할 수 있을 것으로 예측된다.
본 발명의 유압작동유 조성물은 아연이 중합되지않아 물의 존재하에서 황산아연 및 디알킬인산아연과 같은 슬러지가 적게 생성될 뿐만아니라 열안정성, 산화안정성 및 내마모성이 우수하다.

Claims (2)

  1. 기유 100중량부당
    [화학식 3]
    Figure 112001031599518-pat00010
    (단, R은 C3~C27 알킬기임)
    의 트리페닐 포스포로티오네이트(triphenyl phosphorothionate) 0.3-0.8중량부,
    [화학식 4]
    Figure 112001031599518-pat00011
    의 애쉬리스 디티오-포스페이트(ashless dithio-phosphate) 0.3-0.8중량부 및
    [화학식 5]
    Figure 112001031599518-pat00012
    (단, R은 C7~C40 히드로카빌기이며 그리고 R'는 C6~C30 알킬기임)
    의 톨루트리아졸 유도체(tolutriazole derivate) 0.2-0.5중량부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비아연계 유압작동유 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유압작동유 조성물은 적용점도가 ISO VG 22, 32, 46, 68 임 특징으로 하는 조성물.
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