KR100920740B1 - 베이스오일을 이용한 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등의제조방법 - Google Patents

베이스오일을 이용한 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베이스오일(Base Oil)을 이용하여 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등을 제조하는 방법에 관한 것으로, 베이스오일에 아민계화합물과 몰리브덴화합물 및 내마모제와 청정제 그리고 분산제와 금속불활성제 및 소포제 등의 첨가제를 각 성분비율에 맞도록 첨가하여줌으로써 각 성분들이 서로 시너지 효과를 발생하게 하여 제조된 윤활유조성물은 점도 및 저유동성과 낮은 증발량 및 청정성 그리고 분산성 및 내마모성이 우수한 것으로 내산화성을 높이기 위한 방법으로 특별히 아민계화합물과 몰리브덴화합물을 특정 혼합비율로 교반하여 줌으로써 엔진을 보호하고 윤활유의 교환주기를 더욱 연장시켜 주는 방식의 베이스오일을 이용한 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등의 제조방법에 관한 것이다.
베이스오일, 윤활유조성물, 첨가제, 내연기관.

Description

베이스오일을 이용한 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등의 제조방법{A PROCESS USE TO BY BASE OIL FOR ENGIN OIL AND MOTOR OIL ECT}
본 발명은 베이스오일을 이용하여 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등을 제조함에 있어서, 최근 들어서 내연기관 엔진의 단위 배기량 당 출력이 지속적으로 늘어나고 있으며 차량성형형상의 공기저항계수가 낮아져 윤활유에 미치는 열적 부하가 증가하여 윤활유의 수명을 단축시킴에 따른 내연기관엔진의 마모 및 산화성 증가를 방지하기 위하여 베이스오일에 적절한 첨가제를 혼합하여 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 현재 에너지의 효율적 이용과 지구온난화 방지를 위해 이산화탄소 등 자동차 배기가스에 대한 규제가 점점 엄격해지고 있으며 이러한 환경규제에 대응하기 위하여 자동차 등 내연기관에 사용되는 윤활유의 연비 향상적 개발이 미흡하여 통상적으로 윤활유를 제조하는데 있어서 베이스유에 산화방지제를 혼합하여 일반적으로 메르캅토계 및 폐놀계를 산화방지제로 사용함으로 인하여 윤활유의 산화방지 성능에 일정한 한계가 있었으며 최근 들어서 내연기관 엔진의 단위배기량 당 출력이 지속적으로 늘어남과 동시에 차량의 성형제작형상이 점점 공기저항계수가 낮아져 윤활유에 미치는 엔진의 열적 부하가 증가함에 따라 통상의 윤활유 온도가 10℃상승하면 산화속도는 2.5배 정도 상승하여 내연기관의 엔진윤활유의 수명을 단축시키는 문제점 등을 해소하기 위한 것이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등의 내연기관용 윤활유 조성물을 제조함에 있어서 베이스오일 65.0~95.0중량%, 아민계화합물 0.05~2.5중량%, 몰리브덴화합물 0.05~2.0중량%, 내마모제 0.5~2.5중량%, 청정제 1.0~7.0중량%, 점도지수향상제 0.05~20.0중량% 및 소포제 0.0005~0.01중량%의 비율로 혼합하여 사용되는 방법으로 제조되어 해결하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 베이스오일을 이용한 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등의 제조방법을 실제에 적용함으로써 제조오일을 장시간 사용 후에도 낮은 수준의 마찰손실을 유지하며, 슬러지 발생과 침전물발생억제 및 장시간 저장된 후에도 질적 저하가 없으며, 또한 내산화성이 크게 향상되고 녹방지성, 분산성, 극압성 및 점도를 동시에 만족시킬 수 있는 특성효과를 기득 시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예들을 표와 도면을 통하여 상세하게 설명한다.
도 1은 육상유와 엔진오일 및 모터오일의 조성물첨가순서공정도를 나타낸다.
먼저 제 1단계에서 사용되는 베이스오일(Base Oil)은 원유를 상압에서 증류할 때 남은 상압잔사유를 더욱더 정제하여 얻은 탄소수 10에서 50 사이의 점성을 지니는 유분으로서 기계장치의 윤활에 사용하는 윤활유의 총칭 개념으로서 합성 탄화수소와 광유 및 에스테르로부터 선택되어 지는데 이것은 종래의 공지의 것이 사용된다.
상기와 같은 베이스오일은 100℃에서 점도가 2~40센티스톡(cSt)범위, 바람직하게는 3~20센티스톡(cSt) 범위인 것을 사용하며 그 센티스톡(cSt) 미만인 것은 금속 간의 접촉을 막는 유막을 형성하지 못하게 되어 마찰과 마모가 증가하고 윤활유의 증발량이 증가하게 되며 40센티스톡(cSt) 초과시에는 윤활유의 점성저항에 따른 동력의 손실이 증가하게 되고 저온에서도 점도가 크게 증가하여 내연기관의 시동이 어렵거나 윤활유 작용처로 이동이 되지 않는 경우가 발생한다.
또한 베이스 오일은 합성탄화수소와 광유 및 에스테르를 단독 또는 혼합하여 사용하고 이러한 베이스오일은 65.0~95.0중량% 범위로 사용하며, 바람직하게는 70.0~85.0중량%범위이고, 65.0중량%미만으로 사용하면 첨가제의 과다한 투여로 인한 저온점도 증대 혹은 첨가제의 베이스오일로의 용해성이 저하되는 문제점이 있으며, 95.0중량% 초과시 첨가제 투여량의 저하로 내연기관용 윤활유로서의 기준성능을 만족하지 못함으로 베이스오일은 100℃에서 점도가 2~40센티스톡(cSt) 범위, 바람직하게는 3~20센티스톡(cSt) 범위인 것을 사용하고 65.0~95.0중량% 범위, 바람직하게는 70.0~85.0중량% 범위로 사용하여야 한다.
제 2단계에서는 상기와 같은 적정범위의 베이스오일에 아민계화합물을 첨가하는 단계로서 아민계화합물은 윤활유의 산화방지를 담당하는 기능을 하며 구체적으로 N-페닐-1, 2-페닐디아민, 3-히드록시디페닐아민, 페닐-알파-나프틸아민, N-페닐-1, 4-페닐렌디아민, 디부틸디페닐아민, 디옥틸디페닐아민 및 디노닐디페닐아민 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나 아민계첨가제 외의 투여 첨가제를 고려하여 불반응이 적은 특성이 있는 종을 선정하여 사용하는 것이 좋으며, 이러한 아민계화합물은 0.05~2.5중량% 범위를 사용하며 0.05중량% 미만으로 사용하면 산화방지성능이 약해지는 문제점이 발생하며 2.5중량% 초과하면 경쟁흡착 및 금속부식 등의 부작용이 발생한다.
제 3단계에서는 베이스오일에 아민계화합물이 첨가되어 있는 상태에서 몰리브덴화합물을 첨가하는 단계로써 몰리브덴화합물은 윤활유의 내마모첨가제 용도로 사용하며 0.05~2.0중량% 범위로 사용하며 0.05중량% 미만으로 사용할 경우에는 내마모성이 저하되는 문제점이 발생하고 2.0중량% 초과시 경쟁흡착 및 금속부식 그리고 회분계 이물질발생 등의 문제점이 생기는데 구체적으로 몰리브데튬 디티오카바메이트, 몰리브데늄 디티오포스페이트 및 몰리브데늄 아민 화합물 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하며 몰리브데늄 디티오카바메이트는 300℃ 이상의 고온에서도 우수한 내마모성과 마찰조정 기능을 가지며 300℃이상의 온도에서 분해되는 특성이 있는데, 알킬체인이 길 경우 분해온도가 높아지며 오일에 대한 용해도도 좋아지고 효과도 더욱 길어지며, 몰리브데늄 디티오포스페이트는 150~200℃ 온도범위에서 분해되며 효과가 즉시 나타나고 몰리브데늄 아민 화합물은 230~250℃에서 분해되는 특성이 있으며 보다 나은 효과를 위해서는 몰리브데늄 디티오카바메이트를 사용하는 것이 좋고, 상기의 몰리브덴화합물과 아민계화합물은 1:1~1:6의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 적격인데 1:1 비율 미만으로 사용시 아민계화합물의 투여량 부족으로 기본 산화방지성능의 저하가 있고, 1:6 비율 초과 사용시 몰리브덴첨가제와 아민계화합물의 상승작용이 크지않고 몰리브덴화합물의 중량이 일정할 경우 아민계화합물의 투입량이 늘어나서 제조원가 상승이 과대해져 바람직하지 못하다.
제 4단계에서는 내마모제를 첨가하는데 아연-디안킬디티오포스페이트를 사용하며 0.5~2.5중량% 범위로 사용하고 0.5중량% 미만이면 내마모성의 저하로 마모량의 증가가 발생하는 문제점이 있으며 2.5중량%초과시 타 첨가제와의 경쟁흡착의 문제점이 발생한다.
제 5단계에서는 청정제 투입의 단계로서 청정제는 1.0~7.0중량% 범위로 사용하며 1.0미만으로 사용시 청정성 저하의 문제점이 발생하고 7.0중량%를 초과하여 사용할 시에는 경쟁흡착 및 회분계 이물질생성 등의 문제점이 발생하며 칼슘-설포이트, 칼슘-살리실레이트 등에서 선택하여 사용한다.
제 6단계에서는 분산제를 투입첨가하는 단계로써 분산제는 2.0~10.0중량% 범위로 사용하며 2.0중량% 미만으로 사용시엔 탄소덩어리인 검댕 등을 분산하는 분산성의 저하로 점도증가와 마모증가 등의 문제점이 있으며, 10.중량%를 초과하여 사용시는 경쟁흡착의 문제점이 발생하며 폴리이소부틸렌 숙신이미드, 폴리이소부틸렌, 폴리알킬아크릴레이드 등에서 택일하여 사용한다.
제 7단계는 점도지수 향상제를 0.5~20.0중량% 범위로 사용하며 0.5중량% 미만으로 사용시에는 점도지수향상 및 저온유동성 향상의 효과가 떨어지는 문제점이 있으며 20.0중량%를 초과하여 사용시엔 점도지수향상제의 전단으로 인한 점도저하 및 전단부위의 산화로 인한 윤활유의 열화 등의 문제점이 발생하며 폴리메타이크릴레이트, 에틸렌프로필렌코폴리머, 폴리알킬스틸렌 등에서 선택하여 사용한다.
마지막 단계인 제 8단계에서는 소포제가 0.0005~0.01중량% 범위로 사용하며 0.0005중량% 미만으로 사용시엔 파포, 억포 성능이 저하되고 소포제 입자가 윤활유의 용기 바닥에 가라앉는 문제점이 발생하여 실리카, 디메틸폴리실록산, 디에틸실리케이트 등 중에서 선택하여 사용한다.
하기의 <표 1>은 제 1단계의 베이스오일을 60~80℃로 가열해 가면서 제 2단계에서 제 8단계까지의 첨가제를 순차적으로 각각 투여하여 첨가제 간 부반응을 일 으키지 않게 하는 조건하에서 혼합하여 육상유와 엔진오일 및 모터오일조성물을 제조하고 제조된 조성물을 ASTM D 7098(Thin-Film Oxigen Uptake Test, 이하 TFOUT라 함)의 내산화 성능시험표준에 따라서 내산화 성능시험을 하였고 그 실시예 1~3의 물성을 측정하여 도표화 하였다.
<표 1>
구분 (중량%) 베이스오일-1 베이스오일-2 M 아민 화합물 Z C Sm S V TFOUT 결과(분)
A-1 A-2
실시예1 40.5 36.999 0.7 2.0 - 1.2 4.0 5.1 0.001 9.5 186
실시예2 40.5 36.999 0.7 - 2.0 1.2 4.0 5.1 0.001 9.5 195
실시예3 40.5 36.999 0.7 1.0 1.0 1.2 4.0 5.1 0.001 9.5 198
＊ 베이스오일-1 : API베이스오일분류상 GroupⅢ, 100℃점도 4.2cSt.
＊ 베이스오일-2 : API베이스오일분류상 GroupⅢ, 100℃점도 6.4cSt.
＊ M : 몰리브덴화합물, A-1 : 디페닐아민, A-2 : 3-히드록시디페닐아민,
Z : 내마모제, C : 청정제, Sm :분산제, S : 소포제, V : 점도지수향상제
하기의 <표 2>는 상기의 실시예와 동일하게 육상유와 엔진오일 및 모터오일조성물을 제조하되 비교예1은 몰리브덴화합물을 배제하고 제조하며, 비교예2는 아민화합물 배제, 비교예3은 몰리브덴화합물과 아민화합물 모두 배제, 비교예4는 몰리브덴화합물과 아민화합물의 혼합비율 미만으로 제조하고, 비교예5는 몰리브덴화합물과 아민화합물의 혼합비율을 초과하여 제조하였고 제조된 육상유와 엔진오일 및 모터오일조성물을 실시예 1~3과 동일하게 내산화성능 시험을 하여 결과를 <표 2>로 나타냈다.
<표 2>
구분 (중량%) 베이스오일-1 베이스오일-2 M 아민 화합물 Z C Sm S V TFOUT 결과(분)
A-1 A-2
비교예1 40.5 37.699 - 2.0 - 1.2 4.0 5.1 0.001 9.5 114
비교예2 40.5 38.999 0.7 - - 1.2 4.0 5.1 0.001 9.5 121
비교예3 40.5 39.699 - - - 1.2 4.0 5.1 0.001 9.5 61
비교예4 40.5 38.499 0.7 0.5 - 1.2 4.0 5.1 0.001 9.5 127
비교예5 40.5 37.499 0.25 2.0 - 1.2 4.0 5.1 0.001 9.5 131
상기의 <표 1>과 <표 2>에서 알 수 있듯이 실시예 1~3의 내연기관용 육상유, 엔진오일, 모터오일 조성물은 내산화성능이 우수하며 비교예 1~5의 수지조성물은 내산화성능이 크게 떨어지는 것을 알 수 있으므로 본 안출에 따른 내연기관용 육상유, 엔진오일, 모터오일 등의 조성물은 내산화력이 크게 향상되고 녹 방지성과 분산성 그리고 극압성 및 점도를 동시에 만족시킬 수 있는 장점이 있는 발명이다.
도 1은 육상유와 엔진오일 및 모터오일 조성물 첨가 공정도.

Claims (2)

  1. 베이스오일(Base Oil)을 이용하여 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등을 제조하는 방법에 관한 것으로 베이스오일 65.0~95.0중량%를 마련하는 제 1단계와, 아민계화합물 0.05~2.5중량%를 첨가하는 제 2단계를 거쳐 몰리브덴화합물 0.05~2.0중량%를 첨가하는 제 3단계와, 내마모제 0.5~2.5중량%를 첨가하는 제 4단계 및 청정제 1.0~7.0중량%로 첨가하는 제 5단계, 그리고 분산제 2.0~10.0중량%를 첨가하는 제 6단계와 점도지수향상제 0.5~20.0중량%를 첨가하는 제 7단계 및 소포제 0.0005~0.01중량%를 첨가하는 제 8단계를 거쳐 제조가 완료되는 방법.
  2. 제 1항에 있어서 베이스오일:아민계화합물:몰리브덴화합물:내마모제:청정제:분산제:점도지수향상제:소포제=65.0~95.0:0.05~2.5:0.05~2.0:0.5~2.5:1.0~7.0:2.0~10.0:0.5~20.0:0.0005~0.01의 혼합비율로 육상유와 엔진오일 및 모터오일 등을 제조하는 방법.
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