KR101305076B1 - Manufacture method of extreme-pressure additive for lubricant using sulfur - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지방산과 알코올을 반응시켜 생성된 지방산에스테르를 황과 반응시켜 극압성과 윤활성을 향상시킨 윤활유용 극압첨가제의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 촉매의 존재하에서 지방유와 알콜을 반응시켜 지방산에스테르를 생성시키는 지방산에스테르 생성과정; 및 상기 지방산에스테르 생성과정에서 생성된 지방산에스테르에 황을 첨가하여 반응시켜 황계 극압첨가제를 생성시키는 황계 극압첨가제 생성과정;을 포함하는 황을 이용한 윤활유용 극압첨가제의 제조방법을 제공한다. The present invention relates to a method for producing an extreme pressure additive for lubricating oil in which a fatty acid ester produced by reacting a fatty acid with an alcohol is reacted with sulfur to improve extreme pressure and lubricity.
According to the present invention, a fatty acid ester production process of producing fatty acid esters by reacting fatty oil with alcohol in the presence of a catalyst; It provides a method of producing a polar pressure additive for lubricating oil using a sulfur comprising a; and a sulfur-based extreme pressure additive generating step of reacting by adding sulfur to the fatty acid ester produced in the fatty acid ester production step to produce a sulfur-based extreme pressure additive.
Description
본 발명은 황을 이용한 윤활유용 극압첨가제의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 설명하면, 지방산과 알코올을 반응시켜 생성된 지방산에스테르를 황과 반응시켜 극압성과 윤활성을 향상시킨 윤활유용 극압첨가제의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing an extreme pressure additive for lubricating oil using sulfur. More specifically, the present invention relates to a method for producing an extreme pressure additive for lubricating oil in which fatty acid esters formed by reacting fatty acids with alcohols are reacted with sulfur to improve extreme pressure and lubricity.
종래, 내연 기관이나 자동 변속기, 완충기 및 파워 스티어링 등의 구동계 기기 등에는 그 작동을 원활하게 하기 위해 윤활유가 사용되고 있지만, 고출력, 고하중 하에서는 윤활 성능이 부족하기 때문에, 윤활면이 마찰ㆍ마모되어 결국에는 소부(燒付; 눌어붙음)를 일으킨다고 알려져 있다. 따라서 극압 첨가제나 내마모제 등을 배합한 윤활유가 사용되고 있다. Conventionally, lubricating oil is used to smoothly operate an internal combustion engine, a drive system such as an automatic transmission, a shock absorber, and a power steering, but since the lubricating performance is insufficient under high power and high load, the lubricating surface is friction and wear and eventually It is known to cause baking. Therefore, the lubricating oil which mix | blended extreme pressure additives, an antiwear agent, etc. is used.
그러나, 종래의 극압 첨가제는 기타 첨가제와의 상호 작용에 의해 충분한 소부 방지 효과가 발휘되지 않거나, 금속을 부식하거나 내마모성이 저하되는 등 충분히 만족할 수 있는 것이 아니었다. However, the conventional extreme pressure additives were not sufficiently satisfactory, such as not exhibiting sufficient bake-preventing effect by interaction with other additives, corroding metals, or reducing wear resistance.
또한 절삭 가공, 연삭 가공 또는 소성 가공 등의 금속 가공에 사용되는 금속 가공유는 광유나 합성계 탄화수소유에 알코올류, 지방산에스테르류, 지방산 등의 유성제나 극압 첨가제를 배합함으로써 제조되어 가공성을 향상시키고자 하는 시도가 이루어지고 있다. In addition, metal processing oils used in metal processing, such as cutting, grinding or plastic working, are manufactured by mixing oils, fatty acid esters, fatty acids such as alcohols or extreme pressure additives with mineral oils or synthetic hydrocarbon oils to improve workability. Is being done.
그러나, 이러한 금속 가공유에는 생산성의 향상이나 에너지 절약의 관점에서 가공성을 더욱 향상시킬 수 있는 새로운 가공유가 요망되고 있다. 동시에 종래부터 극압 첨가제로서 폭넓게 사용되고 있는 염소계 극압 첨가제는 인체에 피부병을 발생시키거나, 대상 금속에 녹을 발생시키는 등 작업 환경을 악화시키는 원인이기 때문에 그의 사용을 제한하는 경향이 있다. However, a new process oil is desired for such a metal processing oil which can further improve workability from the viewpoint of productivity improvement or energy saving. At the same time, chlorine-based extreme pressure additives, which have been widely used as extreme pressure additives in the past, tend to limit their use because they cause deterioration of the working environment, such as causing skin diseases on the human body or rust on the target metal.
상기한 바와 같은 요망에 대응한 금속 가공유로서, 기유(基油)에 활성황을 함유하는 황화 올레핀과 과염기성 술포네이트를 첨가한 유제(油劑)가 시판되었다. 상기 시판된 금속 가공유는 내용착성이 양호하고, 공구의 이상 마모(예를 들면, 결함 등)나 가공면의 뜯김을 방지할 수 있는 성능을 가지고 있다. 그러나 비교적 저부하의 마찰이 반복되는 가공에서는, 활성황에 의한 공구의 부식 마모가 진행되어 공구의 교환 또는 재연마까지의 기간이 짧아지기 때문에, 생산 능률을 저해하는 경우가 많았다. 반대로 처음부터 이상 마모가 문제가 되지 않는 금속 가공에서도 오히려 생산 능률의 저하를 초래하는 경우가 자주 있었다. As metal working oils in response to the above-mentioned demands, commercially available emulsions are obtained by adding sulfided olefins containing active sulfur and overbased sulfonates to base oils. The commercially available metalworking oil has good weldability and has the ability to prevent abnormal wear (for example, defects) of the tool and tearing of the processing surface. However, in a process in which friction with a relatively low load is repeated, the wear and tear of the tool by the active sulfur progresses, and the period until the replacement or regrinding of the tool is shortened, which often hampered the production efficiency. On the contrary, in the case of metal processing where abnormal abrasion is not a problem from the beginning, the production efficiency is often lowered.
이어서, 작동유(作動油)는 예를 들면 유압 기기나 장치 등의 유압 시스템에서 동력 전달, 힘의 제어 및 완충 등의 작동에 사용되는 동력 전달 유체이며, 접동 부분의 윤활 기능도 행하고 있다. Next, the working oil is a power transmission fluid used for operation such as power transmission, force control, and damping in a hydraulic system such as a hydraulic device or a device, and also performs a lubrication function of the sliding portion.
이러한 작동유에서는 특히 하중 소부 방지성 및 내마모성이 우수할 것이 불가결한 기본적 성능이며, 따라서 광유나 합성유 등의 기유에 극압 첨가제나 마모 방지제 등을 배합함으로써 상기 성능이 부여되어 있다. 그러나, 종래의 극압 첨가제는 하중 소부 방지 효과는 충분하여도 내마모성이 불충분하거나, 부식 마모를 발생시키는 등 충분히 만족할 수 있는 것이 아니었다. In these hydraulic fluids, in particular, it is essential performance to be excellent in load-preventing resistance and wear resistance. Therefore, the above-described performance is provided by incorporating extreme pressure additives, abrasion inhibitors, and the like into base oils such as mineral oil and synthetic oil. However, the conventional extreme pressure additives were not sufficiently satisfactory, even if the load-preventing effect was sufficient, such as insufficient wear resistance or corrosion corrosion.
또한 기어유 특히 자동차용 기어유는, 최근 적재량의 증가 또는 고속 도로망의 발달에 의한 장거리 수송 등의 운전 조건의 가혹화나, 갱유(更油) 간격의 연장 등에 따라, 내마모성 및 산화 안정성의 향상이 급무가 되었다.In addition, gear oils, especially automotive gear oils, are rapidly increasing wear resistance and oxidative stability due to severe driving conditions such as long-distance transportation due to recent increase in load or development of a high-speed road network, extension of gang oil intervals, and the like. Became.
지금까지 윤활유 기유에 대하여 황화 유지, 황화 올레핀, 인산계나 티오인산계 화합물 및 디티오인산아연 등의 극압 첨가제 또는 내마모 첨가제를 주로 배합하였지만, 내마모성, 산화 안정성, 마모 계수비(저속/고속)의 감소가 한층 더 요구되고 있다. Until now, lubricating oil base oils mainly contained sulfide oils, sulfide olefins, phosphoric acid or thiophosphoric acid compounds, and extreme pressure additives such as zinc dithiophosphate or anti-wear additives, but they have high wear resistance, oxidation stability, and abrasion coefficient ratio (low speed / high speed). More reduction is needed.
종래 윤활유의 극압 첨가제로서, 황계 극압 첨가제가 주로 사용되었다. 이 황계 극압 첨가제는 분자 내에 황원자를 가지며, 기유에 용해 또는 균일하게 분산되어 극압 효과를 발휘하는 것이고, 예를 들면, 황화 유지, 황화 지방산, 황화 에스테르, 폴리술피드, 황화 올레핀, 티오카르바메이트류, 티오테르펜류 및 디알킬티오디프로피오네이트류 등이 알려져 있다. 그러나, 이들 황계 극압 첨가제는 금속을 부식시키거나, 기타 첨가제와의 상호 작용에 의해 소부 방지 효과가 충분히 발휘되지 않거나, 또는 내마모성이 불충분하다는 등의 문제점을 갖기 때문에, 반드시 만족할 수 있는 것은 아니었다.As extreme pressure additives of conventional lubricating oils, sulfur-based extreme pressure additives have been mainly used. This sulfur-based extreme pressure additive has sulfur atoms in a molecule and dissolves or uniformly disperses in base oil to exert an extreme pressure effect. For example, sulfurized oils, sulfurized fatty acids, sulfided esters, polysulfides, sulfided olefins and thiocarbamates And thioterpenes, dialkylthiodipropionates and the like are known. However, these sulfur-based extreme pressure additives were not necessarily satisfactory because they had problems such as corrosion of the metal, interaction with other additives, or insufficient fire-preventing effect, or insufficient wear resistance.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 극압 첨가제에 비해 우수한 내하중 성능과 내마모성을 가질 뿐만 아니라, 비철금속에 대한 부식성이 낮은 윤활유용으로서 사용되는 황을 이용한 윤활유용 극압첨가제의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and has a load resistance and wear resistance superior to the conventional extreme pressure additives, as well as the extreme pressure additive for lubricants using sulfur used as a lubricant for low corrosion resistance to nonferrous metals The purpose is to provide a manufacturing method.
본 발명에 의하면, 촉매의 존재하에서 지방유와 알콜을 반응시켜 지방산에스테르를 생성시키는 지방산에스테르 생성과정; 및 상기 지방산에스테르 생성과정에서 생성된 지방산에스테르에 황을 첨가하여 반응시켜 황계 극압첨가제를 생성시키는 황계 극압첨가제 생성과정;을 포함하는 황을 이용한 윤활유용 극압첨가제의 제조방법을 제공한다. According to the present invention, a fatty acid ester production process of producing fatty acid esters by reacting fatty oil with alcohol in the presence of a catalyst; It provides a method of producing a polar pressure additive for lubricating oil using a sulfur comprising a; and a sulfur-based extreme pressure additive generating step of reacting by adding sulfur to the fatty acid ester produced in the fatty acid ester production step to produce a sulfur-based extreme pressure additive.
한편, 상기 지방유는 대두유, 팜유, 돈지 및 올레인산 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.On the other hand, the fatty oil is characterized in that one selected from soybean oil, palm oil, pork and oleic acid.
한편, 상기 지방산에스테르 생성과정은 촉매의 존재하에서 지방유와 알콜을 18시간 내지 24시간의 반응시간 동안 반응시키되, 알콜의 비점 이상의 온도를 유지한 상태에서 반응시키면서 증발하게 되는 알콜을 냉각시켜 상기 냉각된 알콜을 미반응된 지방유와 계속적으로 반응시켜 지방산에스테르를 생성하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the fatty acid ester is produced by reacting the fatty oil and alcohol in the presence of a catalyst for a reaction time of 18 hours to 24 hours, while cooling the alcohol that is evaporated while reacting while maintaining the temperature above the boiling point of the alcohol The alcohol is continuously reacted with the unreacted fatty oil to produce fatty acid esters.
한편, 상기 지방산에스테르 생성과정에서 생성된 지방산에스테르는 내부에 존재하는 수분을 제거한 상태인 것을 특징으로 한다.On the other hand, the fatty acid ester produced in the fatty acid ester production process is characterized in that the state is removed from the water.
한편, 상기 황계 극압첨가제 생성과정은 상기 지방산에스테르 내부에 남아 있는 수분을 제거하는 수분제거과정; 및 수분이 제거된 지방산에스테르에 황을 첨가한 후, 일정한 온도에 도달할 때까지 단계적으로 승온시키면서 황을 지방산에스테르와 반응시켜 황계 극압첨가제가 생성되도록 하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the sulfur-based extreme pressure additive production process is a water removal process for removing the water remaining in the fatty acid ester; And adding sulfur to the fatty acid ester from which water has been removed, and reacting the sulfur with the fatty acid ester while gradually raising the temperature until the temperature reaches a constant temperature, thereby producing a sulfur-based extreme pressure additive.
한편, 상기 황계 극압첨가제 생성과정은 상기 지방산에스테르 100 중량부에 대하여, 상기 황을 1 내지 8 중량부를 첨가하여 반응시키는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the sulfur-based extreme pressure additive production process is characterized in that for reacting by adding 1 to 8 parts by weight of the sulfur with respect to 100 parts by weight of the fatty acid ester.
본 발명은 지방산과 알코올을 반응시켜 생성된 지방산에스테르를 황과 반응시켜 극압성과 윤활성을 향상시킨 효과가 있다. The present invention has the effect of improving the extreme pressure and lubricity by reacting the fatty acid ester produced by reacting the fatty acid and alcohol with sulfur.
또한 본 발명에 의한 극압첨가제는 기존의 극압첨가제에 비해 냄새가 나지 않을 뿐만 아니라 내극압성 및 내마모성이 우수한 효과가 있다. In addition, the extreme pressure additive according to the present invention does not smell as compared to the existing extreme pressure additives, and has an effect of excellent polar pressure resistance and wear resistance.
또한 본 발명에 의한 극압첨가제는 가격 또한 저렴하여 비용을 절감시킬 수 있고, 기존의 수입품을 대체할 수 있어 국내의 내수발전에 기여할 수 있는 효과가 있다. In addition, the extreme pressure additive according to the present invention can also reduce the cost and also low cost, it is possible to replace the existing imports there is an effect that can contribute to domestic domestic power generation.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 1kg의 하중일 때 Timken 시험을 한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 3kg의 하중일 때 Timken 시험을 한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 5kg의 하중일 때 Timken 시험을 한 결과를 나타내는 그래프이다. 1 is a graph showing the results of the Timken test when the load of 1kg according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a graph showing the results of the Timken test when the load of 3kg according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the results of the Timken test when the load of 5kg according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명에 의한 극압첨가제의 제조방법은 i)촉매의 존재하에서 지방유와 알콜을 반응시켜 지방산에스테르를 생성시키는 지방산에스테르 생성과정과, ii)상기 지방산에스테르 생성과정에서 생성된 지방산에스테르에 황을 첨가하여 반응시켜 황계 극압첨가제를 생성시키는 황계 극압첨가제 생성과정을 포함한다. The method for preparing an extreme pressure additive according to the present invention comprises the following steps: i) a fatty acid ester production process for producing a fatty acid ester by reacting fatty oil with alcohol in the presence of a catalyst, and ii) adding sulfur to the fatty acid ester produced in the fatty acid ester production process. Reacting to produce a sulfur-based extreme pressure additive.
여기서, 상기 지방유는 대두유, 팜유, 돈지 및 올레인산 중에서 선택된 하나인 것이 바람직하다. 이는 아래의 실시예를 통해 설명될 것이다.Here, the fatty oil is preferably one selected from soybean oil, palm oil, pork oil and oleic acid. This will be explained through the following examples.
여기서, 지방산에스테르의 생성과정을 살펴보면 아래식과 같다. Here, looking at the production process of fatty acid ester is as follows.
지방산 + 알콜 → 지방산에스테르 + 물Fatty acid + alcohol → fatty acid ester + water
(RCOOH + ROH → R-O-CO-R' + H2O)(RCOOH + ROH → RO-CO-R '+ H 2 O)
지방유는 지방산과 글리세롤이 포함된 것을 말하며, 따라서 지방산은 지방유에서 글리세롤을 뺀 것을 말한다. 그러므로 지방유에는 지방산이 포함되어 있으므로 위 식처럼 지방산으로서 알콜과 반응하며, 반응한 후에 지방산에스테르 및 물이 생성되며, 또한 지방산에스테르의 하부에는 비중이 낮은 글리세롤이 남게 된다. 지방산에 간략히 설명하면, 지방산은 1개의 카르복시기(-COOH)를 가지는 탄화수소사슬의 카르복실산으로 1가의 카르복실산을 말하며, 지방산은 탄소사슬이 포화(단일결합)인 포화지방산과 이중, 3중결합형태로 이루어진 불포화지방산으로 이루어져 있다. Fatty oil refers to the inclusion of fatty acids and glycerol, and therefore fatty acids refers to fatty oil minus glycerol. Therefore, since fatty oil contains fatty acids, it reacts with alcohol as fatty acid as above, and after the reaction, fatty acid ester and water are produced, and glycerol with low specific gravity remains in the lower part of fatty acid ester. In brief, the fatty acid is a carboxylic acid of a hydrocarbon chain having one carboxyl group (-COOH), and refers to a monovalent carboxylic acid, and a fatty acid is a double or triplet with a saturated fatty acid having a carbon chain saturated (single bond). It consists of unsaturated fatty acids in a bound form.
상기 지방산에스테르 생성과정은 촉매의 존재하에서 지방유와 알콜을 18시간 내지 24시간의 반응시간 동안 반응시키되, 알콜의 비점 이상의 온도를 유지한 상태에서 반응시키면서 증발하게 되는 알콜을 냉각시켜 상기 냉각된 알콜을 미반응된 지방유와 계속적으로 반응시켜 지방산에스테르를 생성하는 것이 바람직하다. 여기서 알콜은 일반적인 메탄올을 사용하였고, 환류냉각기를 통해 다시 메탄올을 리턴하면서 반응이 지속적으로 이루어지게 함으로써 원료비를 절감함과 동시에 반응속도를 향상시킬 수 있는 것이다. 상기 지방산에스테르 생성과정을 통해 생성된 지방산 에스테르는 NMR이나 GC의 시험기를 통해 확인할 수 있다. The fatty acid ester production process reacts the fatty oil with alcohol in the presence of a catalyst for 18 to 24 hours, but cools the alcohol to be evaporated while reacting while maintaining the temperature above the boiling point of the alcohol. It is preferred to continuously react with unreacted fatty oil to produce fatty acid esters. In this case, alcohol is used as general methanol, and the reaction is continuously performed while returning methanol through the reflux cooler, thereby reducing the raw material cost and improving the reaction rate. Fatty acid ester produced through the fatty acid ester production process can be confirmed through a tester of NMR or GC.
상기 시험과정에서 수없이 시험을 반복한 끝에 반응시간이 최소 18시간이 지나야 완전한 지방산 에스테르를 얻을 수가 있었다.After repeating the test a number of times in the test process, the reaction time was at least 18 hours to obtain a complete fatty acid ester.
한편, 상기 지방산에스테르 생성과정에서 생성된 지방산에스테르는 내부에 존재하는 수분을 제거시키도록 함이 바람직하다. 이는 추후에 황과의 반응성을 높이도록 하기 위함이다. On the other hand, the fatty acid ester produced in the fatty acid ester production process is preferably to remove the water present in the interior. This is to increase the reactivity with sulfur in the future.
또한 지방산의 특성상 메탄올과 정확한 양으로 반응시키기 힘들기 때문에 메탄올을 과잉으로 투입하여 반응하고 난 후의 남은 메탄올은 회수하고 이를 리턴하면서 또 다시 지방산과 반응시켜 지방산 에스테르를 생성시키게 되는 것이다. In addition, due to the nature of the fatty acid it is difficult to react with the methanol in an exact amount, the excess methanol after the reaction is added to recover the methanol and return it while reacting with the fatty acid again to produce a fatty acid ester.
상기 황계 극압첨가제 생성과정은 상기 지방산에스테르 내부에 남아 있는 수분을 제거하는 수분제거과정과, 수분이 제거된 지방산에스테르에 황을 첨가한 후 일정한 온도에 도달할 때까지 단계적으로 승온시키면서 황을 지방산에스테르와 반응시켜 황계 극압첨가제가 생성되도록 하는 과정을 포함한다. 아래 화학식에 이러한 과정이 잘 나타나 있다. 여기서 황이라 함은 유황이라고도 불리우는 노란색의 황을 의미한다. The sulfur-based extreme pressure additive production process is a water removal process for removing the water remaining inside the fatty acid ester, sulfur is added to the fatty acid ester from the water is removed step by step to increase the temperature until a certain temperature is reached And reacting with sulfur to produce sulfur-based extreme pressure additives. This is illustrated in the formula below. Sulfur here means yellow sulfur, also called sulfur.
황계 극압첨가제 생성과정에서 수분제거과정이 포함되는 이유는 혹시나 미량의 수분이 남아 있을 경우 황과의 반응이 잘 이루어지지 않기 때문에 황과의 반응성을 고려해 수분을 다시 한번 제거하는 과정을 거치게 되는 것이다. The reason why the moisture removal process is included in the process of producing the sulfur-based extreme pressure additive is that the reaction with sulfur is not performed well in case there is a small amount of water, and thus the water is removed once again in consideration of the reactivity with sulfur.
또한 온도는 단계적으로 올리게 되는데, 그 이유는 온도를 급하게 올리게 되면 반응물의 색상이 검게 변하거나 황이 녹지 않고 일부 석출하는 현상이 발생할 수 있기 때문이다. 그리고 황이 탄화되어 유리된 상태로 남아 있거나 탄화된 황으로 인해 냄새가 심하게 날 수도 있기 때문이다. In addition, the temperature is raised step by step, because if the temperature is raised rapidly, the color of the reactants may turn black or the precipitation of sulfur may not occur. This is because sulfur may be carbonized and remain in a free state or odor may be severe due to carbonized sulfur.
정상적으로 반응이 이루어지면 초기의 반응물의 색상이 노란색에서 갈색으로 변함을 알 수 있다. If the reaction proceeds normally, the color of the initial reactant can be seen to change from yellow to brown.
한편, 상기 황계 극압첨가제 생성과정은 상기 지방산에스테르 100 중량부에 대하여, 상기 황을 1 내지 8 중량부를 첨가하여 반응시키는 것이 바람직하다. 그 이유는 여기서 황의 함량을 너무 낮게 하면 반응성이 낮아질 우려가 있으며, 황의 함량을 너무 높게 하면 반응을 한 후 황이 남아 있는 현상이 발생할 우려가 있기 때문이다. On the other hand, the sulfur-based extreme pressure additive production process is preferably reacted by adding 1 to 8 parts by weight of sulfur with respect to 100 parts by weight of the fatty acid ester. The reason is that if the sulfur content is too low, the reactivity may be lowered. If the sulfur content is too high, sulfur may remain after the reaction.
이하에 실시예를 통해 본 발명이 더 상세히 설명되지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.The present invention is described in more detail with reference to the following Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
지방유 중에서 대두유(soybean oil)를 선택하여 사용하였다. 상기 대두유의 일반적인 물성은 아래 [표 1]과 같다. 그리고 알콜은 대표적인 메탄올을 사용하였고, 촉매로는 사인산을 사용하였음을 알려둔다. 실시예를 두 가지 과정 즉, 지방산 에스테르 생성과정과 황계 극압첨가제 생성과정으로 나누어서 설명하기로 한다. Soybean oil was selected from fatty oils. General physical properties of the soybean oil are shown in Table 1 below. It is noted that alcohol used representative methanol, and citric acid was used as a catalyst. The embodiment will be divided into two processes, namely, fatty acid ester production and sulfur-based extreme pressure additive production.
구분sample
division
먼저 지방산에스테르 생성과정으로 i)2리터용 둥근플라스크에 대두유 200㎖, 메탄올 1200㎖, 그리고 촉매인 사인산 1.0g을 넣고, 환류냉각기를 설치한 다음 교반하면서 서서히 온도를 올려 약 70℃를 유지하면서 반응을 진행한다. ii)메탄올의 비점이 약 64.7℃이고, 반응온도가 70℃이므로 메탄올이 계속 증발하게 되는데, 환류냉각기를 통해 액체로 된 메탄올이 리턴하면서 반응이 지속적으로 이루어지게 한다. iii)반응시간을 18시간 내지 24시간 이내로 하여 최종적으로 반응을 종료한 후, 지방산에스테를 생성을 확인하며, 이때 상부층은 비중에 의하여 에스테르층, 하부층은 글리세롤트ㅇ으로 분리되는데 이 액을 상온으로 냉각한 다음 분액깔대기로 옮겨 상부의 에스테르층만 회수하여 촉매로 첨가한 사인산으로 산성이 된 에스테르액을 가성소다(NaOH)나 수산화칼륨(KOH)로 중화시킨다. iv)중화를 한 다음, 지방산에스테르화 생성과정에서 생성된 발생하는 수분을 약 120℃로 가열하여 제거한다. v)최종적으로 만들어진 지방산에스테르는 공기 중의 수분 등이 침투하지 않도록 아르곤이나 질소가스 등으로 위를 채운 후 변질하지 않도록 봉인하여 보관하며, 하부의 글리세롤은 따로 분리하여 사용하며, 반응하고 남은 메탄올도 회수하도록 한다. 이때 지방산 에스테르가 제대로 반응이 되었는지는 NMR이나 GC의 시험기를 통해 확인이 가능하다. First of all, i) 200 liters of soybean oil, 1200 ml of methanol, and 1.0 g of citric acid as catalyst were installed in a round flask for fatty acid ester, and a reflux cooler was installed. Proceed with the reaction. ii) Methanol has a boiling point of about 64.7 ℃ and the reaction temperature of 70 ℃ methanol continues to evaporate, the return of the liquid methanol through the reflux cooler to continue the reaction. iii) After the reaction is finished within 18 to 24 hours, the reaction is finally confirmed, and fatty acid esters are produced. At this time, the upper layer is separated into an ester layer and a lower layer is separated into glycerol by specific gravity. After cooling, the solution is transferred to a separatory funnel, and only the upper ester layer is recovered. The ester solution, which has been acidified with citric acid added as a catalyst, is neutralized with caustic soda (NaOH) or potassium hydroxide (KOH). iv) After neutralization, water generated during the fatty acid esterification process is removed by heating to about 120 ° C. v) The final fatty acid esters are filled with argon or nitrogen gas to prevent penetration of moisture in the air, and then sealed and stored to prevent them from being altered.The lower glycerol is used separately and the remaining methanol is recovered. Do it. At this time, it can be confirmed whether the fatty acid ester is properly reacted through a tester of NMR or GC.
그 다음, 황계 극압첨가제 생성과정으로 i)앞서 생성한 지방산 에스테르를 반응기(500㎖ 사구 플라스크)에 넣어 120℃로 승온하여 탈수시킨다(미량의 수분이라도 미연에 제거하여야 차후 황과의 반응이 잘 이루어짐, 특히 교반속도를 600rpm으로 하여 30여분 동안 이 온도를 유지하면서 교반하면 거의 수분이 제거됨). ii) 탈수가 끝나면 황을 1g 내지 8g정도 취하여 반응기에 넣고 계속 승온시켜 130℃가 되면 서서히 승온시킨다. iii)150℃에 달하면 약 5분에 1℃씩 정도 승온시킨다(온도를 급하게 올리게 되면 반응물의 색상이 갑자기 검게 변하거나 황이 녹지 않고 일부 석출하는 현상이 발생할 있고, 황이 탄화되어 유리된 상태로 일부 남아 있거나 탄화된 황으로 냄새가 심하게 날 수도 있기 때문임). iv)170℃가 되면 반응을 종결한 후, 황계 극압첨가제를 생성하게 된다. 이때 최종 반응시간은 약 2시간 정도 소요되었으며, 정상적으로 반응이 이루어지면 초기의 반응물의 색상이 노란색에서 갈색으로 변함을 알 수 있고, 반응기 내부에 황의 잔류물이 없음을 확인할 수 있다. Then, as a sulfur-based extreme pressure additive production process i) the fatty acid ester produced in advance in the reactor (500ml four-necked flask), the temperature is raised to 120 ℃ dehydration (regardless of the amount of water to be removed in the future it is well reacted with sulfur. In particular, stirring at 600 rpm to maintain this temperature for 30 minutes almost eliminates moisture). ii) After dehydration, take 1g to 8g of sulfur, put it in a reactor, and keep it warmed up. iii) When the temperature reaches 150 ° C, the temperature is increased by 1 ° C for about 5 minutes. (If the temperature is raised rapidly, the color of the reactant suddenly turns black or the sulfur does not melt, and some of the sulfur is carbonized and remains free. Or strong odor with sulfurized carbon). iv) When the temperature reaches 170 ° C., the reaction is terminated to produce a sulfur-based extreme pressure additive. In this case, the final reaction time was about 2 hours, and when the reaction was normally performed, it can be seen that the color of the initial reactant changed from yellow to brown, and there was no residue of sulfur in the reactor.
따라서 지방유로서 대두유와 알콜인 메탄올, 촉매로 사인산을 사용하여 지방산 에스테르를 생성시켰고, 여기에 황을 첨가하여 최종적으로 황계 극압첨가제를 생성시켰다.
Therefore, fatty acid esters were produced using soybean oil, methanol as fatty oil, and hydrochloric acid as catalyst, and sulfur was added to finally produce sulfur-based extreme pressure additive.
지방유 중에서 팜유(palm oil)를 선택하여 사용하였다. 상기 팜유의 일반적인 물성은 아래 [표 2]과 같다. 그리고 알콜은 대표적인 메탄올을 사용하였고, 촉매로는 사인산을 사용하였음을 알려둔다. 실시예 2는 실시예 1의 대두유 대신 팜유를 사용한 것을 제외하고는 최종 황계 극압첨가제의 생성과정은 동일하므로 여기에서는 생략하기로 한다. Palm oil was selected from fatty oils. General physical properties of the palm oil are shown in Table 2 below. It is noted that alcohol used representative methanol, and citric acid was used as a catalyst. Example 2 is the same as the production process of the final sulfur-based extreme pressure additive except that palm oil instead of soybean oil of Example 1 will be omitted here.
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지방유 중에서 돈지(lard oil)를 선택하여 사용하였다. 상기 돈지의 일반적인 물성은 아래 [표 3]과 같다. 그리고 알콜은 대표적인 메탄올을 사용하였고, 촉매로는 사인산을 사용하였음을 알려둔다. 실시예 3은 실시예 1의 대두유 대신 돈지를 사용한 것을 제외하고는 최종 황계 극압첨가제의 생성과정은 동일하므로 여기에서는 생략하기로 한다. Among oils, lard oil was selected and used. General physical properties of the larch is as shown in Table 3 below. It is noted that alcohol used representative methanol, and citric acid was used as a catalyst. Example 3 is the same as the production process of the final sulfur-based extreme pressure additive except for using larch instead of soybean oil of Example 1 will be omitted here.
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지방유 중에서 올레인산을 선택하여 사용하였다. 상기 올레인산의 일반적인 물성은 아래 [표 4]과 같다. 그리고 알콜은 대표적인 메탄올을 사용하였고, 촉매로는 사인산을 사용하였음을 알려둔다. 실시예 4는 실시예 1의 대두유 대신 올레인산을 사용한 것을 제외하고는 최종 황계 극압첨가제의 생성과정은 동일하므로 여기에서는 생략하기로 한다. Oleic acid was selected from fatty oils. General physical properties of the oleic acid are shown in Table 4 below. It is noted that alcohol used representative methanol, and citric acid was used as a catalyst. In Example 4, except that oleic acid is used instead of soybean oil of Example 1, the process of producing the final sulfur-based extreme pressure additive is the same, and thus will be omitted here.
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[비교예 1]Comparative Example 1
시중에서 구입한 황계 극압제를 사용하였다.
A commercially available sulfur-based extreme pressure agent was used.
최종적으로 실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1에 대해 황계 극압첨가제의 성능을 테스트하기 위해 i)냄새 테스트, ii)동활성도 테스트, iii)Four ball 테스트, iv)Timken 테스트를 시행하였다. 여기서, 냄새 테스트 및 동활성도 테스트는 황계 극압첨가제 자체의 성능 테스트이며, 인화점 검사, Four ball 테스트, Timken 테스트는 기유를 황계 극압첨가제와 혼합했을 때의 성능 테스트를 나타낸다. Finally, for Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, i) smell test, ii) dynamic activity test, iii) Four ball test, and iv) Timken test were performed to test the performance of the sulfur-based extreme pressure additive. Here, the odor test and the dynamic activity test are performance tests of the sulfur-based extreme pressure additive itself, and the flash point test, the Four ball test, and the Timken test represent the performance tests when the base oil is mixed with the sulfur-based extreme pressure additive.
아래에서 [표 5]는 냄새 테스트 및 동활성도 검사를 나타내고, [표 6]은 Four ball 테스트, [표 7]은 1kg 하중, [표 8]은 3kg 하중, [표 9]는 5kg 하중의 Timken 테스트를 나타낸다. 그리고 [표 7] 내지 [표 9]에 대한 결과는 도 1 내지 도 3에 나타내었다. Table 5 shows odor test and dynamic activity test, Table 6 shows Four ball test, Table 7 shows 1kg load, Table 8 shows 3kg load and Table 9 shows 5kg Timken Indicates a test. And the results for Tables 7 to 9 are shown in FIGS.
[표 5]의 상부는 지방산 에스테르와 황을 반응시킨 모든 제품의 냄새를 확인하기 위해 건강한 남자 6명과 여자 2명을 상대로 각각의 제품을 시중의 황계 극압첨가제와 첨가된 황함량별로 냄새를 확인한 것이다. 그 결과, [표 5]에서 보는 바와 같이, 시중의 황계 극압첨가제(비교예 1)과 상대 비교시 대두유(실시예 1) 및 돈지(실시예 3)에서 좋은 결과치를 나타내었다. The upper part of Table 5 shows the odors of all healthy men and two women in order to identify the odors of all products reacted with fatty acid esters and sulfur. . As a result, as shown in [Table 5], good results were obtained in soybean oil (Example 1) and pig paper (Example 3) when compared with commercial sulfur-based extreme pressure additives (Comparative Example 1).
[표 5]의 하부는 동활성도를 확인하기 위해 KS M 2018 동판부식 시험방법을 이용하여 제품의 동활성도를 측정한 결과이다. 그 결과, [표 5]에서 보는 바와 같이, 돈지(실시예 3)와 합성한 지방산 에스테르는 동활성도가 황함량이 증가하여도 동활성도를 띄지 않는 걸로 나타났으며, 나머지 지방산 에스테르들은 황함량이 증가될수록 동활성도가 높아지는 것을 확인할 수 있었다. The lower part of Table 5 shows the results of measuring the copper activity of the product using the KS M 2018 copper corrosion test method to confirm the copper activity. As a result, as shown in [Table 5], fatty acid esters synthesized with lard (Example 3) showed that the copper activity was not shown even when the sulfur content was increased, and the remaining fatty acid esters were sulfur content. It could be confirmed that the higher the activity, the higher the activity.
[표 5]를 통해 냄새와 동활성도에 대한 물성치를 평가한 결과, 시중의 황계 극압첨가제(비교예 1)과 비교시 돈지로 에스테르를 합성한 지방산 에스테르(실시예 3)가 가장 우수하다는 것을 알 수 있었다. As a result of evaluating the physical properties of the odor and the copper activity through Table 5, it was found that the fatty acid ester (Example 3) which synthesized the ester of lactic acid was the best compared to the commercial sulfur-based extreme pressure additive (Comparative Example 1). Could.
그리고 Four ball 시험은 윤활유의 극압성 및 내마모성을 판단하는 방법으로 이에 대한 ASTM에 대한 판단기준으로 seizure load는 부하를 mild한 영역으로부터 점차적으로 증가시킬 때 최초로 금속표면의 과대한 마모(scuffing)가 발생되는 부하점을 나타내며, 주로 기유(base oil)의 점도와 내마모성 첨가제의 영향을 받으며, welding load는 부하가 매우 높은 영역에서 윤활막이 완전히 파괴되고 금속 표면간의 직접적인 접촉에 의해 두 표면의 융착(welding)이 발생되는 부하점으로 주로 극압첨가제의 영향을 받는다. Four ball test is a method of judging the extreme pressure and abrasion resistance of lubricating oil. As a criterion for ASTM, seizure load causes excessive scuffing of metal surface for the first time when load is gradually increased from mild area. It is mainly affected by the viscosity of base oil and anti-wear additives. Welding load is welded on both surfaces by direct contact between metal surface and lubrication film is completely destroyed in very high load area. This occurs load point is mainly affected by extreme pressure additives.
[표 6]은 Four ball 시험한 결과인데, seizzure load는 시중의 황계 극압첨가제(비교예 1), 실시예 3(돈지) 및 극압첨가제가 첨가되지 않은 시료 모두가 160kg을 나타내고 있어 윤활유 첨가제의 영향이 없음을 보이고 있으며, welding load는 극압첨가제가 첨가되지 않은 시료 및 시중의 황계 극압첨가제(비교예 1)가 첨가된 시료에 비해 본 발명에 의한 실시예 3이 첨가된 시료의 극압성이 매우 우수함을 알 수 있었다. [Table 6] shows the results of the four ball test, and the seizzure load shows 160kg of all sulfur-based extreme pressure additives (Comparative Example 1), Example 3 (donji), and the samples without extreme pressure additives. The welding load is excellent in the extreme pressure of the sample to which Example 3 according to the present invention is added compared to the sample to which the extreme pressure additive is not added and the commercial sulfur-based extreme pressure additive (Comparative Example 1). And it was found.
또한 scar도 극압제 무첨가시료 및 시중의 황계 극압첨가제(비교예 1)가 첨가된 시료에 비해 본 발명에 의한 실시예 3이 첨가된 시료가 낮게 나타나기 때문에 제품의 금속표면을 잘 보호하여 금속 표면의 손상을 감소시킨다는 것을 알 수 있었다. In addition, the scars of the samples containing Example 3 according to the present invention were lower than those of the samples containing the extreme pressure-free sample and the commercial sulfur-based extreme pressure additive (Comparative Example 1). It was found to reduce damage.
그리고 Timken 시험은 윤활유의 극압성을 판단하는 방법으로 이에 대한 ASTM에 대한 판단기준으로 O.K value는 회전 cup과 고정 block에 일정한 손상을 일으키는 즉, 윤활막을 파괴시키지 않는 최대부하를 말하며, 이때 O.K value를 넘으면 극대한 마모가 발생하여 마찰면의 plastic flow와 마모입자들의 cold welding에 의하여 마찰면의 edge부분에 거친표면을 유발시킨다. Timken test is a method of judging the extreme pressure of lubricating oil. As a criterion for ASTM, the OK value refers to the maximum load that causes constant damage to the rotating cup and the fixed block, that is, does not destroy the lubricating film. If exceeded, extreme wear occurs, causing rough surface at the edge of friction surface by plastic flow of friction surface and cold welding of wear particles.
[표 7] 내지 [표 9] 및 도 1 내지 도 3은 Timken 시험한 결과인데, 1kg, 3kg, 5kg의 하중에서 각각의 극압첨가제의 함량별로 생기는 저항값을 측정하여 나타낸 값이다. 그 결과 극압첨가제의 함량이 늘어날수록 저항값은 줄어들며, 극압첨가제의 함량이 5%부터 저항값이 현저하게 줄어드는 현상이 생기며, 8%에서부터는 극압첨가제의 함량이 증가해도 저항값은 많이 줄어들지 않는 것으로 나타났다. [Table 7] to [Table 9] and Figures 1 to 3 are the results of the Timken test, it is a value shown by measuring the resistance value generated by the content of each extreme pressure additive at a load of 1kg, 3kg, 5kg. As a result, the resistance value decreases as the content of the extreme pressure additive increases, and the resistance value significantly decreases from 5% of the extreme pressure additive, and the resistance value does not decrease much even if the content of the extreme pressure additive increases from 8%. appear.
따라서 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 1의 첨가제의 함량이 증가할수록 대체적으로 저항값은 줄어들지만, 어느 일정 이상의 첨가제의 함량부터는 저항값이 크게 줄어들지 않음을 알 수 있었고, 비교예 1과 나머지 실시예들을 비교했을 때, 비슷한 수준의 저항값을 유지함을 알 수 있었다. Therefore, as the content of the additives of Examples 1, 3, 4 and Comparative Example 1 increases, the resistance value generally decreases, but the resistance value does not significantly decrease from the content of any one or more additives. Comparing Example 1 with the rest of the examples, it can be seen that a similar level of resistance is maintained.
종합해 보면, 비수용성 절삭유제나 소성가공유에 극압첨가제로 사용가능한 지방산 에스테르(대두유, 돈지, 팜유, 올레인산)를 황과 반응시킨 본 발명의 극압첨가제는 Four ball 테스트로 시험한 결과 황계 극압첨가제가 첨가되지 않은 제품보다 극압성이 매우 증대할뿐만 아니라 기존의 황계 극압첨가제(비교예 1)와 비교해서도 극압성이 더 우수함을 알 수 있었다. In summary, the extreme pressure additive of the present invention, in which a fatty acid ester (soybean oil, lard, palm oil, oleic acid) which can be used as an extreme pressure additive in a non-aqueous cutting oil or a plasticizer, is reacted with sulfur, the sulfur-based extreme pressure additive is added. It was found that the extreme pressure was much higher than that of the non-product, and the extreme pressure was superior to the conventional sulfur-based extreme pressure additive (Comparative Example 1).
그리고 기존 황계 극압첨가제로 사용되고 있는 국내산 극압첨가제보다 본 발명에 의한 극압첨가제가 우수하여 절삭유 및 소성가공유에 적용시 우수한 작업성으로 인해 유제의 수명을 연장시킬 수 있을 것으로 판단되며, 시중의 황계 극압첨가제(비교예 1)과 비교해서 극압성이 우수할 뿐만 아니라 가격도 매우 저렴하여 비용절감이 가능함을 알 수 있었다. In addition, since the extreme pressure additive according to the present invention is superior to the domestic extreme pressure additive used as an existing sulfur-based extreme pressure additive, it is judged that it can extend the life of the emulsion due to its excellent workability when applied to cutting oil and plastic processing, and commercial sulfur-based extreme pressure additive. Compared with (Comparative Example 1), it was found that not only the pressure resistance was excellent but also the price was very low, thus reducing the cost.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the embodiments disclosed in the present specification are intended to illustrate rather than limit the present invention, and the scope and spirit of the present invention are not limited by these embodiments. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (6)
상기 지방산에스테르 생성과정에서 생성된 지방산에스테르에 황을 첨가하여 반응시켜 황계 극압첨가제를 생성시키되, 상기 지방산에스테르 내부에 남아 있는 수분을 제거하는 수분제거과정과, 수분이 제거된 지방산에스테르에 황을 첨가한 후, 일정한 온도에 도달할 때까지 단계적으로 승온시키면서 황을 지방산에스테르와 반응시켜 황계 극압첨가제가 생성되도록 하는 과정을 포함하는 황계 극압첨가제 생성과정;을 포함하되,
상기 지방유는 대두유, 팜유, 돈지 및 올레인산 중에서 선택된 하나이며, 상기 지방산에스테르 생성과정은 촉매의 존재하에서 지방유와 알콜을 18시간 내지 24시간의 반응시간 동안 반응시키되, 알콜의 비점 이상의 온도를 유지한 상태에서 반응시키면서 증발하게 되는 알콜을 냉각시켜 상기 냉각된 알콜을 미반응된 지방유와 계속적으로 반응시켜 지방산에스테르를 생성하며, 상기 지방산에스테르 생성과정에서 생성된 지방산에스테르는 내부에 존재하는 수분을 제거한 상태인 것을 특징으로 하는 황을 이용한 윤활유용 극압첨가제의 제조방법.
Fatty acid ester production process of producing fatty acid ester by reacting fatty oil with alcohol in the presence of a catalyst; And
Sulfur is added to the fatty acid ester produced during the fatty acid ester production to react to produce a sulfur-based extreme pressure additive, and a water removal process for removing water remaining in the fatty acid ester and sulfur is added to the fatty acid ester from which the water is removed. Then, the sulfur-based extreme pressure additive generating process comprising the step of reacting sulfur with fatty acid ester while producing a sulfur-based extreme pressure additive while gradually raising the temperature until a constant temperature is reached;
The fatty oil is one selected from soybean oil, palm oil, pork oil and oleic acid, and the fatty acid ester production process reacts fatty oil and alcohol in the presence of a catalyst for a reaction time of 18 hours to 24 hours, while maintaining a temperature above the boiling point of alcohol. Cooling the alcohol to be evaporated while reacting at and continuously reacting the cooled alcohol with the unreacted fatty oil to produce a fatty acid ester, the fatty acid ester produced in the fatty acid ester production process to remove the water present therein Method for producing an extreme pressure additive for lubricating oil using sulfur, characterized in that.
상기 황계 극압첨가제 생성과정은 상기 지방산에스테르 100 중량부에 대하여, 상기 황을 1 내지 8 중량부를 첨가하여 반응시키는 것을 특징으로 하는 황을 이용한 윤활유용 극압첨가제의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The sulfur-based extreme pressure additive production process of the sulfur-based extreme pressure additive for the lubricant using sulfur, characterized in that for reacting by adding 1 to 8 parts by weight of sulfur with respect to 100 parts by weight of the fatty acid ester.
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