KR101046837B1 - 서방형 윤활유 첨가제 겔 - Google Patents

서방형 윤활유 첨가제 겔 Download PDF

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Abstract

첨가제 성분을 유체로 서서히 방출시키기 위해 2종 이상의 윤활유 첨가제를 겔화하여 형성시킨 윤활유 첨가제 겔을 개시한다. 이러한 윤활유 첨가제 겔은 오일과 같은 유체와 접촉했을 때 구성 성분인 윤활유 첨가제로 서서히 방출되어 윤활유와 같은 윤활 유체로서 작용한다.
서방성, 윤활유 첨가제, 겔

Description

서방형 윤활유 첨가제 겔{SLOW RELEASE LUBRICANT ADDITIVES GEL}
본 발명은 유체에 서서히 방출되는 겔형 윤활유 첨가제에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 여과되는 오일에 서서히 방출되는, 즉 서서히 방출되어 오일의 총 유효 수명 기간 중 상당 기간 동안 첨가제의 방출이 지속되는 엔진 윤활유 첨가제 겔에 관한 것이다.
오일 필터에 첨가되는 서방형 윤활유 첨가제는 공지되어 있다. 이러한 필터 일부에 사용되는 첨가제는 열가소성 중합체에 혼합되어, 처리되는 오일에 서서히 용해되게 된다(예를 들어, 미국 특허 4,075,098 참조). 다른 경우에는 상승된 엔진 온도에서 오일-침투성인 중합체에 첨가제가 포함되기도 한다(예컨대, 미국 특허 4,066,559 참조). 또 다른 경우에는, 오일 불용성이지만 오일 습윤성인 입자에 첨가제가 포함되기도 한다(예컨대, 미국 특허 5,478,463 참조). 또 다른 경우에는, 점도 개량제로서 작용할 수 있는 오일 용해성 고체 중합체를 오일 필터 내부에 제공하고, 이 중합체에 추가 첨가제를 첨가하거나 첨가하지 않을 수 있다(예컨대, 미국 특허 4,014,794 참조).
이러한 시스템들은 여과되는 오일로 윤활유 첨가제를 도입시킬 수는 있지만, 일반적으로 첨가제를 오일 중으로 서서히 방출시키기 위해 불활성 담체를 필요로 한다. 즉, 서방성 달성에는 캡슐, 천공 시이트, 배플, 특수 연료분사장치 및/또는 또 다른 구획 등과 같은 복잡한 기계적 시스템이 요구된다(예컨대, 미국 특허 5,718,258 참조).
따라서, 오일(본원에서는 윤활유를 의미함)과 같은 유체에 첨가제를 서방적으로 계량주입하는데 있어서 불활성 담체 또는 복잡한 기계적 시스템을 필요로 하지 않는 서방형 윤활유 첨가제가 제공된다면 매우 바람직할 것이다.
발명의 개요
본 발명자들은 본 발명에 따르면 윤활유 첨가제 겔이 윤활유 첨가제를 오일과 같은 유체에 서서히 제공할 수 있다는 것을 발견했다. 보다 구체적으로, 본 발명자들은 오일 용해성 윤활유 첨가제 겔이 오일 필터를 통해 흐르는 오일에 노출되면 자신의 성분인 윤활유 첨가제 부분으로 서서히 용해된다는 것을 발견했다. 이러한 겔의 용해 속도는 매우 느리고 이러한 겔이 자신의 성분인 윤활유 첨가제로 용해되기 때문에, 이러한 첨가제는 사실상 서방적으로, 여과되는 오일에 유입될 수 있다. 따라서, 이러한 첨가제는 윤활유 첨가제의 서방성을 달성하기 위해 종래 시스템에서 요구되었던 복잡한 기계적 시스템이나 중합체 백본과 같은 불활성 담체 또는 비윤활유 첨가제 기질 없이 그대로 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 윤활유 첨가제 겔 형태의 오일 윤활유 첨가제와 오일을 접촉시킴으로서 1종 이상의 윤활유 첨가제를 오일로 서서히 공급하는 새로운 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 과염기성(overbased) 청정제를 숙신이미드 분산제와 혼합하여 제조한 윤활유 첨가제를 함유하는 윤활유 첨가제 패키지를 당해의 신규 조성물로서 제공한다.
또한, 본 발명은 내연기관과 같은 상업적 및/또는 산업적 시스템에 유용한 신규 오일 필터를 제공한다. 이러한 필터는 하우징, 필터를 통해 흐르는 오일로부터 특정 물질을 제거하기 위한 필터 및 오일 중으로 서서히 방출시키기 위한, 상기 하우징 내부의 오일 용해성 윤활유 첨가제를 함유하되, 이러한 오일 용해성 윤활유 첨가제의 적어도 일부가 윤활유 첨가제 겔 형태인 것이다.
본 발명은 이에 국한되지 않는 내연기관, 정치기관, 윤활 기계 시스템, 유압시스템 등을 비롯한 모든 유체 상태조절(conditioning) 장치에 사용될 수 있다.
본 발명은 이하 도면을 참조로 하면 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 오일 필터의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 또 다른 오일 필터의 모식도이다.
상세한 설명
본 발명에 따르면, 유체 상태조절 장치에 윤활유 첨가제 겔 형태의 서방형 윤활유 첨가제 패키지가 제공된다. 이러한 윤활유 첨가제 겔은 윤활 기계 시스템의 성능 조건에 적합하도록 특별하게 배합된 겔형 윤활유의 성분을 서서히 방출시키기 위한 목적으로 윤활 기계 시스템에 사용된다. 또한, 겔형 윤활유 첨가제 성분의 서방성은 유체를 상태조절한다. 이러한 윤활 기계 시스템에는 내연(SI 및 CI 모두) 기관, 천연가스 엔진, 정치기관, 공작용 냉각 시스템, 중속 및 고속 선박 디젤 엔진, 윤활 기계 시스템, 산업용 윤활 시스템, 오일 필터, 유압 장치, 변속 장치 등이 포함되지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
필터 구조
도 1에 개략적으로 도시한 본 발명의 오일 필터는 일반적으로 하우징(12), 오일로부터 특정 오염물을 제거하기 위한 필터 매질 부재(14) 및 종판(16)으로 이루어진 오일 필터(10)이다. 종판(16)은 일반적으로 각각 화살표 A, B 및 C로 표시한 방향으로 오일이 필터(10)로 유입된 뒤 필터 부재(14)를 통해 통과한 다음 필터(10)로부터 배출되도록 정렬된 유입 개구부(18)와 배출 개구부(20)를 한정한다.
오일 윤활유 첨가제 겔(22)은 필터 내에서 오일과 친밀하게 접촉되는 형식으로 하우징(12) 내에 보유된다. 제시된 특정 구체예에서 윤활유 첨가제 겔(22)은 하우징(12)의 하부에 있는 저장소(24)에서 테플론 망상 스크린(26)과 천공판(28)에 의해 한정되어 있다. 오일은 스크린(26)과 천공판(28)의 망눈을 통해 화살표 D 및 E로 표시한 방향으로 이동하면서 윤활유 첨가제 겔(22)과 접촉한다. 본 발명에 따르면, 윤활유 첨가제 겔(22)은 2종 이상의 오일 용해성 윤활유 첨가제를 혼합하여 윤활유 첨가제 겔(22)을 형성시킴으로써 제조되는 겔이다. 이러한 윤활유 첨가제 겔은 관찰되는 바와 같이 필터(10)에서 오일에 노출될 때 자신의 성분인 윤활유 첨가제로 서서히 용해되어 오일에 혼입되는 첨가제가 된다. 이러한 윤활유 첨가제 겔(22)은 화학 조성을 적당히 조절하면 윤활유 첨가제 겔(22)이 자신의 성분인 윤활유 부분으로 용해되는 속도를 쉽게 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 오일 필터의 다른 구체예는 도 2에 도시한 것으로서, 여기서 유사 참조부호는 도 1의 오일 필터에 존재하는 것과 같은 부재를 나타낸다. 이러한 도 2의 필터 구조는 도 1의 필터 구조와 유사하나, 예외적으로 필터로 유입된 모든 오일 또는 오일 대부분이 윤활유 첨가제 겔(122)과 접촉하도록 하기 위해 종판(116) 부근에 저장소(124)를 배치했다. 도 1의 필터에서는 오일 일부가 화살표 F로 표시한 바와 같이 저장소(24)를 우회하기도 한다. 이와 같이, 필터에 유입된 오일이 겔(22/122)과 접촉하는 비율과, 이에 따라 이 겔이 자신의 성분인 윤활유 부분으로 용해되는 속도는 저장소(24/124)의 디자인과 위치를 적당히 선택함에 따라 추가적으로 조절될 수 있다는 것도 인식할 수 있을 것이다.
예를 들어, 상기 설명에서는 윤활유 첨가제 겔(22)이 오일 필터의 바닥에서 저장소 내에 침적되어 있는 것으로 나타냈지만, 윤활유 첨가제 겔이 오일과 친밀한 접촉을 형성하기만 한다면 어떠한 형태, 구조 및/또는 배치도 사용할 수 있다. 예를 들어, 윤활유 첨가제 겔은 경우에 따라 필터 부재(14) 위에 침적될 수도 있다. 또는, 앞서 제시한 미국 특허 4,014,749; 4,061,572; 4,066,559; 4,075,097; 4,075,098; 4,144,166; 4,144,169; 4,751,901; 5,327,861; 5,552,040 및 5,718,258에 기술된 바와 같은 다른 임의의 기계 시스템과 배치도 사용할 수 있다. 필터와 같은 기계 내의 겔의 위치 또는 겔에 서서히 접근하여 유체 중으로 방출시키는 필터 외측의 임의의 위치; 존재한다면 겔을 유지시키는 기구; 필터 홀더(holder) 또는 겔 홀더와 같은 장치의 구성; 또는 디자인은 절대적인 것이 아니며, 일반적으로 서방제 또는 서방형 기계에 공지된 모든 양태가 사용될 수 있는 것으로 인식되어야 한다.
또한, 상기 구조는 오일 필터에 대해서만 예시하였지만, 본 발명의 윤활유 첨가제 겔은 모든 윤활 기계 장치에 사용될 수 있는 바, 상기 오일 필터는 여과되는 오일을 윤활유 첨가제 겔과 접촉시키는 모든 구조물일 수 있다.
윤활유 첨가제 겔
현대의 자동차 윤활유는 일반적으로 정제 또는 합성 기유(base oil) 모원료(stock)와 예비제조된 윤활유 첨가제 패키지를 혼합함으로써 제조된다. 이러한 윤활유 첨가제 패키지는 일반적으로 다양한 여러 윤활유 첨가제를 차례로 함께 혼합하여 패키지를 형성시킴으로써 제조한다. 윤활유 첨가제는 액체 형태인 경우에 취급과 측정이 보다 용이하기 때문에 보통 고체인 첨가제는 다른 성분에 첨가하기에 앞서, 담체로서 작용하는 기유 모원료 소량에 용해시키는 것이 일반적이다. 또한, 취급과 측정을 보다 더 용이하게 하기 위하여 최종 윤활유 패키지에 보통 추가량, 예컨대 40wt%의 기유를 첨가하기도 한다.
대부분의 윤활유는 다양한 여러 윤활유 첨가제를 함유한다. 윤활유 첨가제의 혼합물을 함유하는 윤활유 첨가제 패키지를 제조하는 경우에 산업에서는 첨가제 패키지에 때로 불필요한 겔이 비제어적으로 형성되는 경우가 있는 것으로 밝혀진 바 있다. 어떤 경우에는 사용되는 첨가제의 종류 및/또는 양에 따라 2종 이상의 윤활유 첨가제가 배합될 때 겔이 형성되는 것으로 관찰된 바도 있다(예컨대, 미국 특허 6,140,279 참조). 이러한 겔은 최종 유체, 예컨대 이러한 겔이 관찰되는 최종 오일의 유동학적 성질에 악영향을 미치는 바 실제상에서는 항상 발생되지 않아야 한다. 본 발명은 오일 필터 및 다른 기계 윤활 장치에 윤활유 첨가제 겔을 도입시킴으로써 윤활유 첨가제 겔의 형성 및 이의 적용을 제어하는 것이다. 이러한 윤활유 첨가제 겔의 제어 형성은 이 겔이 제조되는 윤활유 첨가제를 최종 유체로 공급하는데 있어서 서방제로서 작용한다.
겔은 2종 이상의 물질의 혼합물을 함유하고 액체라기 보다는 고체와 보다 유사한 반고체 상태로 존재하는 물질이다[본원에 참고인용되는 문헌 Parker, Dictionary of Scientific and Technical Terms, Fifth Edition, McGraw Hillⓒ 1994 및 Larson "The Structure and Rheology of Complex Fluids", Chapter 5, Oxford University Press, New York, ⓒ1999 참조]. 겔의 유동학적 성질은 소규모 진폭 진동 전단 시험으로 측정할 수 있다. 이 시험은 겔의 구조 특성을 측정하며 저장 탄성율(탄성 에너지의 저장을 나타냄)과 손실 탄성율(탄성 에너지의 점성 분산을 나타냄)이라는 용어를 제공한다. 손실 탄성율/저장 탄성율의 비는 손실 탄젠트 또는 "tan delta(Δδ)"로도 표현하는 것으로서, 액체형 물질인 경우에는 >1이고 고체형 물질인 경우에는 <1 이다.
본 발명에 따르면, 2종 이상의 오일 용해성 윤활유 첨가제를 배합함으로써 형성되는 임의의 겔이 윤활유 첨가제 겔(22)을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 윤활유 첨가제 겔에는 이하 명세서에 설명되는 바와 같은, 분산제 배합 시 형성된 겔, 분산제와 산의 배합 시 형성된 겔, 분산제와 염기 배합 시 형성된 겔, 분산제와 과염기성 청정제 배합 시 형성된 겔이 있으며, 이에 국한되는 것은 아니다. 이러한 겔의 tan 델타 값은 일 구체예에서는 약 ≤1, 다른 일 구체예에서는 약 ≤ 0.75, 다른 일 구체예에서는 약 ≤0.5, 또는 다른 일 구체예에서 약 ≤0.3인 것이다.
본 발명에 따라 특정 용도가 발견된 겔의 한 종류에는 과염기성 청정제와 무회분 숙신이미드 분산제의 배합을 통해 겔화를 일으키는 겔이 있다. 이 구체예에서, 청정제 대 분산제의 비는 일반적으로 약 10:1 내지 약 1:10 범위이고, 보다 바람직하게는 약 5:1 내지 약 1:5 범위, 약 4:1 내지 약 1:1 범위, 보다 더 바람직하게는 약 4:1 내지 약 2:1 범위이다. 또한, 과염기성 청정제의 TBN은 일반적으로 100 이상, 보다 일반적으로 300 이상, 또는 보다 더 일반적으로 350 이상 또는 보다 더욱 더 일반적으로 400 이상이다. 과염기성 청정제의 혼합물이 사용되는 경우에는 적어도 하나의 청정제가 상기와 같은 범위의 TBN가를 갖는 것이어야 한다. 하지만, 이러한 혼합물의 평균 TBN이 상기와 같은 범위의 TBN가에 상응하는 것이어도 좋다.
일 구체예에서, 겔에 존재하는 바람직한 무회분 분산제는 폴리이소부테닐 숙신이미드이다. 폴리이소부테닐 숙신이미드 무회분 분산제는 수평균분자량("Mn")이 약 300 내지 10,000 범위인 폴리이소부틸렌을 말레산 무수물과 함께 반응시켜 폴리이소부테닐 숙신산 무수물("PIBSA")을 제조한 뒤, 이와 같이 얻은 산물을 일반적으로 분자당 1 내지 10개의 에틸렌 디아민 기를 함유하는 폴리아민과 접촉시킴으로써 일반적으로 제조되는 시중에서 입수용이한 산물이다. 이와 같이 수득된 분산제는 일반적으로 여러 화합물의 혼합물로부터 제조되며, 아민 치환 정도(즉, 아미노기 대 카르보닐 기의 당량비 또는 N:CO 비), 말레산 무수물 변환율(즉, 말레산 무수물 이 PIB로 변환되는 몰비, 예컨대 본원에 참고인용되는 미국 특허 4,234,435에 정의되어 있음), PIB기의 Mn 및 제조방식(열 이용 숙신화 대 Cl2 이용 숙신화)을 비롯한 다양한 여러 변수들을 특징적으로 나타낼 수 있다. 다른 폴리아민(예, 폴리프로필렌 아민)과 다른 알케닐 분절(예, 폴리프로페닐)로 제조된 유사 화합물도 사용할 수 있다. 이러한 종류의 무회분 분산제는 예컨대 본원에 참고인용되는 미국 특허 4,234,435에 기술되어 있다.
보통, 이러한 폴리이소부테닐 숙신이미드 무회분 분산제의 N:CO 비는 약 0.6 내지 1.6, 보다 일반적으로는 약 0.7 내지 1.4, 또는 보다 더 일반적으로는 0.7 내지 1.2이다. 추가로 또는 대안적으로,이러한 폴리이소부테닐 숙신이미드 무회분 분산제의 말레산 무수물 변환율은 보통 약 1.3, 보다 일반적으로 적어도 약 1.5 또는 심지어 1.6 또는 그 이상이다. 추가로 또는 대안적으로, 이러한 폴리이소부테닐 숙신이미드 무회분 분산제의 폴리이소부테닐 분절의 Mn은 보통 ≥약 350, 보다 일반적으로 적어도 약 1200, 적어도 약 1500 또는 심지어 1800 또는 그 이상인 것이다. 추가로 또는 대안적으로, 이러한 폴리이소부테닐 숙신이미드 무회분 분산제는 또한 열 생산된 PIBSA(DA 또는 직접 첨가식 PIBSA로도 알려져 있음) 보다 높은 변환율로 PISA를 생산하기 때문에 열 이용 숙신화 보다 Cl2 이용 숙신화를 통해 제조한다.
사용되는 윤활유 첨가제 겔에는 다양한 부가 성분이 용해되거나 분산되어 포함된다. 또한, 이러한 겔은 일반적으로 정제형이거나 합성형인 비교적 소량의 기유 모원료를 함유하는데, 그 이유는 이러한 다수의 첨가제가 전술한 바와 같이 상기 기유 모원료에 용해된다면 가장 쉽게 공급되고, 저장되고 취급될 수 있기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 윤활유 첨가제 겔은 일반적으로 적어도 약 30wt%, 보다 일반적으로 약 50wt%, 보다 더 일반적으로 60wt%, 보다 더욱 더 70wt%, 또는 보다 더욱 더 일반적으로 80wt%가 겔이고, 나머지는 이하 본 명세서에 기술되는 바와 같은 다른 성분인 것이다. 물론, 본 발명의 겔은 필요하다면 100% 겔로 구성될 수도 있다.
현재 시중에서 입수용이한 윤활유에는 다양한 여러 종류의 오일 용해성 윤활유 첨가제가 첨가되어 있다. 그 예에는 청정제, 분산제, 극압제, 마모감소제, 산화방지제, 점도 지수 개량제, 소포제, 이의 혼합물 등이 있다.
오일 용해성 청정제는 당해 기술분야에 공지된 것으로서, 과염기성 설폰산염, 페네이트, 살리실산염, 카르복실산염 등이 포함되지만 이에 국한되는 것은 아니다. 이러한 청정제는 예컨대 미국 특허 5,484,542 및 이 특허에 인용된 다수의 다른 특허 및 공보에 기술되어 있다. 이러한 특허 및 공보의 모든 개시내용은 본 발명에 참고원용된다. 청정제의 조합물을 사용하여도 좋다. 청정제는 최종 유체 배합물 중에 이 조성물의 약 0.1% 내지 약 25중량% 범위, 바람직하게는 약 1 내지 약 20중량%, 보다 바람직하게는 약 3 내지 약 15중량% 범위로 존재한다.
청정제에는 과염기성 설폰산칼슘 청정제가 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다. 이러한 시판용 산물은 일반적으로 이산화탄소를 석회(수산화칼슘) 및 알킬벤젠 설폰산염 비누의 혼합물과 반응시켜 탄산칼슘 함유 미셀을 형성시킴으로써 제조된다. 1당량 이상의 석회와 이산화탄소를 이용하면 산물 청정제가 특성이 염기성이 된다. 이러한 물질은 산물의 염기 수용력에 대한 척도인 총염기가("TBN")를 통해서 편리하게 설명되기도 한다. TBN이 10 내지 400 범위인 과염기성 청정제가 일반적인 윤활유 청정제로서 사용된다. 칼슘 외에 다른 금속, 예컨대 Mg, Ba, Sr, Na 및 K을 함유하는 과염기성 청정제도 첨가되기도 한다.
오일 용해성 분산제는 다양한 종류가 또한 공지되어 있다. 이러한 분산제는 혼합물로 사용될 수 있다. 분산제는 최종 유체 배합물 중에 이 조성물의 약 0.1 내지 약 25wt%, 바람직하게는 약 1 내지 약 20wt%, 보다 바람직하게는 약 3 내지 약 15wt% 범위로 존재한다. 오일 용해성 분산제에는 무회분형 분산제 및 중합체 분산제가 포함되지만 이에 국한되는 것은 아니다. 무회분형 분산제는 비교적 고분자량 탄화수소 사슬에 극성기가 부착되어 있는 것을 특징으로 한다. 일반적인 무회분형 분산제에는 일반적인 하기 화학식을 비롯한 다양한 화학식으로 표시되는 N-치환된 장쇄 알케닐 숙신이미드가 포함된다:
Figure 112005002227136-pct00001
이 식에서, 각 R1은 독립적으로 알킬기, 흔히 분자량이 500 내지 5000인 폴리이소부틸기이고, R2는 알케닐기, 일반적으로 에틸렌일(C2H4)기이다. 숙신이미드 분산제는 본원에 참고원용된 미국 특허 4,234,435에 보다 상세하게 설명되어 있다. 이 특허에 기술된 분산제는 특히 본 발명에 따른 겔 생산에 효과적이다.
무회분 분산제의 다른 종류는 고분자량 에스테르이다. 이러한 물질은 미국 특허 3,381,022에 보다 상세하게 설명되어 있다.
또 다른 무회분 분산제의 종류는 마니히 분산제이다. "마니히 분산제"는 알킬기의 탄소원자수가 약 30개 이상인 알킬 페놀과 알데하이드(구체적으로 포름알데하이드) 및 아민(구체적으로 폴리알킬렌 폴리아민)의 반응 산물이다. 이러한 산물의 예는 미국 특허 3,036,003 및 3,980,569에 기술되어 있다. 특히 다음과 같은 화학식(다양한 여러 이성질체 등도 포함됨)으로 표시되는 마니히 염기가 매우 바람직하다:
Figure 112005002227136-pct00002
이러한 물질은 미국 특허 3,634,515에 보다 상세히 설명되어 있다.
또 다른 분산제 종류는 카르복실산 분산제이다. 이러한 "카르복실산 분산제"의 예는 영국 특허 1,306,529 및 다수의 미국 특허, 예컨대 미국 특허 3,219,666, USP 4,234,435 및 Re. 26,433에 기술되어 있다.
아민 분산제는 비교적 고분자량의 지방족 할로겐화물과 아민, 바람직하게는 폴리알킬렌 폴리아민의 반응 산물이다. 이의 예는 미국 특허 3,275,554 및 미국 특허 3,565,804에 기술되어 있다.
중합체 분산제는 데실 메타크릴레이트, 비닐 데실 에테르 및 고분자량 올레핀과 같은 오일 용해성 단량체와, 아미노알킬 아크릴레이트 또는 아크릴아미드와 폴리-(옥시에틸렌)-치환된 아크릴레이트 같은 극성 치환체 함유 단량체의 공중합체 이다. 이러한 중합체 분산제의 예는 미국 특허 3,329,658 및 3,702,300에 개시되어 있다.
분산제는 또한 임의의 다양한 시약과의 반응을 통해 후처리될 수도 있다. 이러한 시약에는 우레아, 티오우레아, 디머캅토티아디아졸, 이황화탄소, 알데하이드, 케톤, 카르복실산, 탄화수소 치환된 숙신산 무수물, 니트릴, 에폭사이드, 붕소 화합물 또는 인 화합물 등이 있다. 이러한 처리를 설명하는 참고 사항은 미국 특허 4,654,403에 기술되어 있다.
오일 용해성 극압(extreme pressure) 내마모성 첨가제에는 황이나 염소황 EP제, 염소화된 탄화수소 EP제, 또는 인 EP제, 또는 이의 혼합물이 포함되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 이러한 EP제의 예에는 염소화된 왁스, 유기 황화물 및 폴리설파이드, 예컨대 벤질디설파이드, 비스-(클로로벤질)디설파이드, 디부틸 테트라설파이드, 가황 고래기름, 올레산의 가황 메틸 에스테르, 가황 알킬페놀, 가황 디펜텐, 가황 테르펜 및 가황 디엘-엘더 부가생성물; 인황화된 탄화수소, 예컨대 황화인과 터펜틴 또는 올레산메틸의 반응 산물, 이탄화수소 및 삼탄화수소 인산염, 즉 디부틸 인산염, 디헵틸 인산염, 디사이클로헥실 인산염, 펜틸페닐 인산염과 같은 인에스테르; 디펜틸페닐 인산염, 트리데실 인산염, 디스테아릴 인산염 및 폴리프로필렌 치환된 페놀 인산염; 금속 티오카르밤산염, 예컨대 디옥틸디티오카르밤산 아연 및 헵틸페놀 이산 바륨, 예컨대 디사이클로헥실 포스포로디티오산 아연 및 포스포로디티오산 조합물의 아연염이 사용될 수 있다. 오일 용해성 EP제는 최종 유체 배합물의 약 0 내지 10중량%, 바람직하게는 약 0.25 내지 약 5중량%, 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2.5중량% 범위로 함유된다.
오일 용해성 산화방지제에는 알킬 치환 페놀, 예컨대 2,6-디-tert 부틸-4-메틸 페놀, 페네이트 설파이드, 인황화된 테르펜, 가황 에스테르, 방향족 아민 및 힌더드 페놀이 포함되나, 이에 국한되는 것은 아니다. 산화방지제의 다른 예는 수성 KOH와 같은 염기성 촉매작용 조건하에서 아크릴레이트 에스테르와 2,6-디알킬페놀을 가열하여 제조할 수 있는 힌더드 에스테르 치환된 페놀이다. 이의 혼합물을 사용할 수도 있다. 산화방지제는 일반적으로 최종 유체 배합물의 약 0 내지 약 12중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 6중량%, 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 약 3중량% 범위로 첨가된다.
공지된 소포제에는 디메틸 실리콘(더 많이 첨가) 등과 같은 유기 실리콘이 있으나 이에 국한되는 것은 아니다. 이의 혼합물을 사용할 수도 있다. 소포제는 일반적으로 최종 유체 배합물의 약 0 내지 약 1중량%, 바람직하게는 약 0.02 내지 약 0.5중량%, 보다 바람직하게는 0.05 내지 약 0.2중량% 범위로 사용된다.
또한 점도 개량제도 공지되어 있으며 시중에서 입수용이하다. 점도 개량제의 혼합물을 사용해도 좋다. 점도 개량제는 최종 유체 배합물의 약 0 내지 약 20%, 바람직하게는 약 5 내지 약 15%, 보다 바람직하게는 약 7 내지 약 10% 범위로 사용된다. VI 개량제는 점도 향상성과 분산제 성질을 동시에 제공하는 것이다. 분산제-점도 개량제의 예에는 비닐 피리딘, N-비닐 피롤리돈 및 N,N'-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(질소 함유 단량체의 예)가 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다. 1종 이 상의 알킬 아크릴레이트의 중합 또는 공중합에 의해 수득되는 폴리아크릴레이트도 점도 개량제로서 유용하다.
작용기첨가(functionalized) 중합체도 점도 지수 개량제로서 사용할 수 있다. 이러한 중합체의 일반적인 종류 가운데, 올레핀 공중합체와 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 공중합체가 있다. 작용기첨가 올레핀 공중합체는 예컨대 미국 특허 4,089,794에 기술된 바와 같이 말레산 무수물과 같은 활성 단량체와 접목된 뒤 알코올 또는 아민에 의해 유도체화된 에틸렌과 프로필렌의 공중합체일 수 있다. 이러한 다른 공중합체에는 미국 특허 4,068,056에 기술된 바와 같은, 질소 화합물과 반응하거나 접목된 에틸렌과 프로필렌의 공중합체가 있다. 폴리아크릴레이트 에스테르의 유도체는 분산제 점도 지수 개질 첨가제로서 공지되어 있다. 분산제 아크릴레이트 또는 폴리메타크릴레이트 점도 개량제, 예컨대 RohMax 제품인 Acryloid™ 985 또는 Viscoplex™ 6-054가 특히 유용하다. 미국 특허 4,014,794에 예시된 PIB, 메타크릴레이트, 폴리알킬스티렌, 에틸렌/프로필렌 및 에틸렌/프로필렌/1,4-헥사디엔 중합체와 같은 고형 오일용해성 중합체 역시 점도 지수 개량제로서 사용될 수 있다.
부가 성분
전술한 바와 같이, 본 발명의 특이적 장점은 윤활유 첨가제 겔(22)이 그대로, 즉 부가 성분 없이 사용될 수 있다는 것인데, 그 이유는 윤활유 첨가제를 지지 또는 계량하기 위해 종래 장치에 사용되었던 종류의 불활성 담체가 불필요하기 때문이다. 물론, 필요한 경우에는 이러한 불활성 담체를 사용할 수는 있다. 또한, 다 른 활성 성분, 즉 여과되는 오일에 유리한 기능을 제공하는 성분도 윤활유 첨가제 겔(22)에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 겔 형성 반응에 참여하지 않는 부가의 오일 용해성 윤활유 첨가제가 필요하다면 첨가될 수 있다. 또한, 미국 특허 6,045,692에 예시된 바와 같은 PTFE, MoS2 및 흑연과 같은 추가 미립자 첨가제도 포함될 수 있다. 이러한 특허의 개시내용은 본원에 참고원용되었다. 또한, 상기 배경 기술편에서 언급한 특허문헌에 기술된 고체, 오일 용해성 및 오일 습윤성 입자도 첨가될 수 있다.
사실상, 불활성 담체가 실질적으로 함유되지 않지만 1종 이상의 부가 첨가제를 상당량 함유하는 윤활유 첨가제 겔이 본 발명에 있어서 특히 바람직한 것이다. 즉, 불활성 담체 존재 유무에 관계없이 상기 부가 윤활유 첨가제를 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35% 또는 심지어 40% 또는 그 이상 함유하는 윤활유 첨가제 겔은 본 발명에 있어서 특히 바람직한 것이다. 비겔화성 추가 성분으로서 산화방지제, 점도 지수 개량제, 마모감소제, 소포제 및/또는 부가 오일 용해성 윤활유 첨가제를 함유하는 윤활유 첨가제 겔이 유용하다.
본 발명을 보다 상세히 설명하기 위하여 다음 실시예를 제시한다. 이러한 실시예에서는 2종의 다른 윤활유 배합물을 시험했다. 각 배합물에는 Mn이 2000인 PIB 중합체를 Cl2 이용 숙신화하여 제조한, N:CO 비가 0.83이고 말레산 무수물 변환율이 1.6인 PIB-숙신이미드 분산제를 사용했다. 각 배합물에는 또한 총염기가가 300 또 는 400인 과염기성 Ca-알킬설폰산염 청정제를 첨가했다. 또한, 산화방지제로서 노닐화된 디페닐아민을 각 배합물에 첨가했다. 이러한 2종의 다른 배합물의 조성은 하기 표 1에 제시한 바와 같다.
성분 배합물 A(wt%) 배합물 B(wt%)
300TBN Ca-청정제 15 5
400TBN Ca-청정제 - 10
PIB-숙신이미드 분산제 5 5
산화방지제 5 5
합계 25 25
상기 배합물은 전술한 성분을 상기 제시된 순서대로 함께 혼합하여 제조했다. 이와 같이 제조된 혼합물은 그 다음 실온에서 1주 동안 방치하거나 60 내지 100℃로 약 1시간 동안 가열했다. 그 다음, 손실 탄젠트인 tanδ로 측정되는 각 배합물의 겔 성질은 소규모 진폭 진동 전단 측정 실험으로 분석한 결과 배합물 A는 겔을 형성하지 않는(tanδ값 >>1.0) 반면, 배합물 B는 tanδ값이 약 0.3인 겔을 형성한다는 것을 확인했다.
운전 시험
여과되는 오일로 서서히 방출되는 본 발명의 겔형 윤활유 첨가제의 성질은 운전 시험으로 측정했다. 이 운전 시험은 1989년 혼다 어코드(Honda Accord)를 각 시험마다 366 마일까지 운전하여 실시했는데, 이 중 절반은 고속도로에서 주행하고 나머지 절반은 교통신호가 있는 도로에서 주행했다. 각 시험을 시작할 때 어코드의 4쿼트 기름통에 새 발보린 4계절용 10w-40 자동차 윤활유를 넣고, 여과된 자동차 윤활유 시료를 주기적으로 채취하여 청정제 농도를 측정했다. 청정제 농도는 2가지 다른 방식, 즉 ICP법으로 측정되는 윤활유 중의 칼슘 퍼센트와, ASTM D4739에 따라 측정되는 총염기가를 통해 측정했다.
도 2에 도시한 개략적 구조를 가진 FRAM PH3593A 오일 필터를 사용하여 3가지 시험을 독립적으로 수행했다. 제1 시험에서는 윤활유 첨가제를 함유하지 않는 대조군 No.1을 필터에 첨가했다. 제2 시험, 비교예 A에서는, 비겔형 배합물 A 약 25g을 필터의 "오염"면(이 도면의 122) 위인 압력 조절 밸브 상부에 배치했다. 제3 시험인 실시예 1에서는 본 발명에 따른 겔형 배합물 B 약 25g을 필터에 첨가했다.
수득되는 결과는 하기 표 2에 정리했다:
운전 시험-청정제 농도
Ca% TBN
마일 대조군 1 비교예 A 실시예 1 대조군 1 비교예 A 실시예 1
0 0.1841 0.1925 0.1928 5.7 5.9 6
9 0.2251 0.2102 6.6 6.9
16 0.1916 5.7
48 0.1937 5.6
67 0.2319 6.6
116 0.2013 5.2
117 0.2322 6.7
137 0.2299 6.3
210 0.1977 5.5
260 0.1998 5.2
366 0.2441 6.8
표 2로부터 알 수 있듯이, 대조군 필터에 의해 여과되는 오일의 Ca 농도는 시험 동안 거의 일정하게 유지되어, 청정제 농도(Ca의 유일한 급원)가 일정함을 보여주었다. 이에 반해, 비겔형 배합물 A가 사용된 비교예 A의 청정제 농도는 비교적 높은 수준으로 즉시 증가하여 시험 동안 이 수준을 유지하였다. 이것은 비겔형 혼합물에 존재하는 윤활유 첨가제가 윤활유에 서서히 방출되는 것이 아니라 필터가 사용되자마자 첨가제 대부분이 방출된다는 것을 시사한다. 하지만, 본 발명에 따른 실시예 1에서는 Ca 농도가 시험 진행 동안 서서히 증가하여 시험 종결 시까지 여전히 증가되었다. 이는, 본 시험의 필터에서 겔형 윤활제 첨가제가 여과되는 오일에 서서히 방출된다는 것을 시사하며, 이를 통해 겔형 윤활제 첨가제의 서방성이 입증되었다.
정치기관 시험
본 시험은 최대 출력이 6500와트인 전기발생기 위의 정치식 혼다 모델 ES6500 359cc, 12.2hp(max) 내연기관을 사용한 것을 제외하고는 상기 운전 시험을 반복하여 수행했다. 상기 기관에는 2.25gpm 속도로 여과되는 1.5쿼트 용량의 기름통이 구비되어 있다. 이러한 기관은 평균 오일 온도 93℃에서 연속(즉, 일정 동력)하여 작동시켰으며, 6oz./일의 보충 속도로 오일 보충도 필요로 했다.
4가지 시험, 즉 윤활제 무첨가 대조군, 배합물 A를 사용한 비교예 및 배합물 B를 사용한 본 발명의 2가지 실시예를 진행했다. 실시예 3에서는 다른 실시예들과 달리 배합물 B를 충전한 후 필터가 사용되기 전에 필터 외부를 약 100 내지 200℃로 약 5분 동안 가열했다. 이 실시예의 목적은 열이 필터 성능에 악영향을 미치는지를 확인하기 위한 것이다.
수득되는 결과는 하기 표 3에 정리했다.
정치기관 시험-세정제 농도
Ca% TBN
시간 대조군 2 비교예 B 실시예 2 실시예 3 대조군 2 비교예 B 실시예 2 실시예 3
0 0.1925 0.1925 0.1925 0.1925 5.9 5.9 5.9 5.9
24 0.1968 0.3135 0.2069 0.2650 5.2 7.9 5.3 5.8
48 0.1996 0.3036 0.2278 0.2131 4.7 7.3 5.5 5.9
72 0.2024 0.2184 0.2246 4.8 8.2 5.5 4.9
96 0.1939 0.3384 0.2198 0.2253 5.0 8.1 5.2 5.0
120 0.2073 0.3268 0.2241 0.2300 4.4 7.7 5.0 5.2

이전 운전 시험에서와 같이, 본 정치 시험에서도 비겔형 배합물 A가 사용된 경우에는 Ca 농도가 비교적 높게 증가하여 여과 직후 일정 상태 값에 이르렀다. 이에 반해, 본 발명에 따른 겔형 배합물 B가 사용된 경우에는 Ca 농도가 매우 느리게 증가하였다. 이것은 고무적인 겔의 서방성을 또 다시 입증하는 것이다. 실시예 3은 또한 상업적인 착색 조작이 고무적인 겔의 성능에 악영향을 미치지 않는다는 것을 보여주었다.
정치기관 시험-백(bag)에 넣은 첨가제
본 시험은 윤활유 첨가제 배합물을 필터에 첨가하기에 앞서 LLDPE(선형 저밀도 폴리에틸렌) 백에 주입한다는 점을 제외하고는 전술한 정치기관 시험을 반복하여 수행했다. 이것은 첨가제 배합물의 취급 용이성을 제공하기 위한 것으로서, 백은 작동 온도에서 오일과 접촉시 용해 또는 용융되어, 여과되는 오일과 접촉되게 첨가제 겔 배합물을 방출시키는 재료로 제조했다.
3가지 시험, 즉 첨가제 패키지를 첨가하지 않은 대조군, 배합물 A를 사용한 비교예 및 배합물 B를 사용한 본 발명의 실시예를 진행시켰다. 수득되는 결과는 하 기 표 4에 정리했다.
정치기관 시험-세정제 농도
Ca% TBN
시간 대조군 3 비교예 C 실시예 4 대조군 3 비교예 C 실시예 4
0 0.1925 0.1925 0.1925 5.9 5.9 5.9
24 0.1892 0.2056 4.6 5.5
48 0.1871 0.2017 4.5 8.3 5.2
72 0.1955 0.3020 0.2058 3.5 8.4 5.2
96 오일 유출 0.3015 0.2211 오일 유출 8.2 4.1
120 0.2638 0.2194 7.1 4.2

전술한 정치기관 시험에서와 같이, 본 시험에서도 겔형태의 윤활유 첨가제 패키지는 서방성을 기본으로 윤활유 첨가제를 여과되는 오일로 제공하는 반면, 비겔형의 거의 동일한 첨가제 패키지를 함유하는 거의 동일한 필터는 그렇지 못함을 보여주었다.
이상, 본 발명의 몇가지 구체예를 제시하였으나 이의 변형이 본 발명의 취지와 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 이루어질 수 있다는 것을 인식하고 있어야 한다. 이러한 변형은 모두 이하 청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (17)

  1. 청정제 또는 과염기성 청정제, 염기, 및 분산제로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 2종 이상의 윤활유 첨가제의 겔화; 또는 분산제 및 산의 혼합물의 겔화에 의해 형성되고,
    유체 중으로 윤활유 첨가제 성분을 방출시키는 윤활유 첨가제 겔 형태인, 1종 이상의 윤활유 첨가제를 함유하는 윤활유 첨가제 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 분산제가 무회분 분산제, 중합체 분산제 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 윤활유 첨가제 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 청정제가 설폰산염, 페네이트, 살리실산염, 카르복실산염 또는 이의 혼합물이고, 분산제가 N-치환된 장쇄 알케닐 숙신이미드, 폴리이소부테닐 숙신이미드, 고분자량 에스테르, 마니히 염기, 아민 분산제, 중합체 분산제 또는 이의 혼합물을 함유하는 그룹 중에서 선택되는 것인 윤활유 첨가제 패키지.
  4. 제2항에 있어서, 윤활유 첨가제 겔이 겔 형성에 관여하지 않는 부가 윤활유 첨가제를 1종 이상 함유하되, 이러한 부가 윤활유 첨가제가 산화방지제, 소포제, 마모 감소제, 점도 개량제, 극압제 및 이의 혼합물을 함유하는 그룹 중에서 선택되는 것인 윤활유 첨가제 패키지.
  5. 제1항에 있어서, 패키지의 30wt% 이상이 TBN이 300 이상인 과염기성 청정제와 하기 (a) 내지 (d)에 제시된 성질 중 적어도 하나의 성질을 보유하는 폴리이소부테닐 숙신이미드 분산제를 혼합하여 형성된 겔로 구성되고, tanδ값이 <1인 윤활유 첨가제 패키지:
    (a) N:CO 비가 0.6 내지 1.6인 폴리이소부테닐 숙신이미드,
    (b) 말레산 무수물 변환율이 1.3 이상인 폴리이소부테닐 숙신이미드,
    (c) 폴리이소부테닐 분절의 Mn이 1200 이상인 폴리이소부테닐 숙신이미드, 및
    (d) Cl2 이용 숙신화에 의해 제조된 폴리이소부테닐 숙신이미드.
  6. 제1항의 정의에 따른 윤활유 첨가제 겔과 유체를 접촉시키는 단계를 포함하는, 유체에 1종 이상의 윤활유 첨가제를 공급하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 분산제가 N-치환된 장쇄 알케닐 숙신이미드, 폴리이소부테닐 숙신이미드, 고분자량 에스테르, 마니히 염기, 아민 분산제, 중합체 분산제 또는 이의 혼합물을 함유하는 그룹 중에서 선택되고 청정제가 설폰산염, 페네이트, 살리실산염, 카르복실산염 또는 이의 혼합물을 함유하는 그룹 중에서 선택되는 것이 특징인 방법.
  9. 하우징, 필터를 통해 흐르는 오일로부터 특정 물질을 제거하기 위한 필터 및 오일 중으로 방출시키기 위한 윤활유 첨가제를 함유하되, 이러한 윤활유 첨가제가 제1항의 정의에 따른 윤활유 첨가제 겔 형태인, 윤활 시스템용 오일 필터.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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