KR101389180B1

KR101389180B1 - 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물 및 이것을 구비한 기계 시스템

Info

Publication number: KR101389180B1
Application number: KR1020087025896A
Authority: KR
Inventors: 유지 시타라; 고이치 요시다
Original assignee: 제이엑스 닛코닛세키에너지주식회사
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2014-04-24
Also published as: CN101405375B; EP2000524A4; US7973000B2; CN101405375A; EP2000524B1; EP2000524A9; WO2007116642A1; JPWO2007116642A1; US20090176668A1; EP2000524A2; TWI432566B; KR20090009207A; TW200736382A

Abstract

본 발명은 윤활성, 내마모성, 에너지 절약성이 우수하고 신뢰성이 높은, 터빈유, 공작 기계유, 금속 가공유, 소성 가공유, 절삭유, 압축기유, 진공 펌프유, 전기 접점유, 그리스 또는 머신유로서 이용되는 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물 및 이것을 구비한 기계 시스템을 제공한다. 전동 요소의 접동 부분의 마모를 저감하는 조성물이고, 아미드기를 1개 또는 2개 포함하여 입체 망상 구조를 형성하는 아미드 화합물과, 100 ℃에서의 동점도가 25 ㎟/s 이하, 점도 지수가 120 이상인 액상 기유 성분으로 구성되고, 상기 아미드 화합물 및 액상 기유 성분 이외의 성분을 실질적으로 포함하지 않는 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물, 및 전동 요소의 접동 부분에 상기의 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물을 구비한 기계 시스템에 관한 것이다.

전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물, 아미드 화합물, 액상 기유 성분, 입체 망상 구조

Description

전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물 및 이것을 구비한 기계 시스템{SEMI-SOLID LUBRICANT COMPOSITION FOR TRANSMISSION ELEMENT AND MECHANICAL SYSTEM PROVIDED WITH THE SAME}

본 발명은 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물 및 이것을 구비한 기계 시스템에 관한 것으로, 특히 터빈유, 공작 기계유, 금속 가공유, 소성 가공유, 절삭유, 압축기유, 진공 펌프유, 전기 접점유, 또는 머신유의 대체 윤활제로서 사용할 수 있는, 기어, 연동 나사, 캠, 벨트, 체인, 와이어 로프 등 기계적으로 동력을 전달하는 전동 요소를 윤활하는 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물 및 이것을 이용한 기계 시스템에 관한 것이다.

자동차, 건설 기계, 농업 기계, 열차, 항공기, 선박이나 가정 전화 제품, OA 기기, 정밀 기계 등에서는 고신뢰성은 물론, 자원 절약, 에너지 절약이 강하게 요구되고 있다. 이들 기계의 조립이나 부품 등의 제조 가공에는 소성 가공 기기, 공작 기계, 사출 성형기, 프레스기, 단압기, 연삭기, 압축기, 진공 펌프 등의 각종 기계 시스템이 채택되고, 정밀도가 높은 가공, 고신뢰성, 자원 절약, 에너지 절약화가 요구되고 있다. 또한, 이러한 기계 시스템에는 접동, 마찰, 윤활 등의 작용을 이용하여 기계적으로 동력을 전달하는 전동 기계 요소인 기어, 운동 나사, 캠, 벨트, 체인, 와이어 로프 등이 이용되고 있다. 그리고, 각각의 용도에 따라서, 터빈유, 공작 기계유, 금속 가공유, 소성 가공유, 절삭유, 압축기유, 진공 펌프유, 전기 접점유, 또는 머신유로도 불리는 각종 윤활유, 윤활제, 그리스, 고체 윤활제가 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 이용되고 있다. 이러한 기계 시스템에 이용되는 윤활유나 그리스 등에 대해서도 신뢰성이 높고, 윤활성, 에너지 절약성이 우수하고, 환경을 오손하기 어려운 것이 요망되고 있다.

또한, 그리스로서는 일반적으로 광유, 폴리-α-올레핀, 실리콘유, 불소화에테르, 지방산 에스테르 등의 합성유, 식물유 등의 액상 기유에 증조제로서 금속 비누나 우레아 화합물을 배합한 것이 주로 이용되고 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공고 (소)50-027047호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (소)58-053991호 공보

특허 문헌 3: 일본 특허 공개 (소)56-053194호 공보

특허 문헌 4: 일본 특허 공개 (소)56-032594호 공보

특허 문헌 5: 일본 특허 공개 (평)06-116581호 공보

특허 문헌 6: 일본 특허 공개 제2000-2300186호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

본 발명자는 광유계 및/또는 합성계의 액상 윤활기유, 비스아미드 및/또는 모노아미드, 또한 마찰 조정제를 함유하는 열가역성 겔상의 윤활성을 갖는 조성물을 제안하고 있다(국제 공개 WO2006/051671호 공보).

그러나 최근, 상기 기계 시스템의 고기능화, 소형화, 장기 수명화가 강하게 요구되고 있고, 윤활제에는 보다 나은 고성능화, 특히 에너지 절약성이 우수하고, 극소량의 유량으로 마모를 억제하여 윤활하는 것이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 윤활성, 내마모성, 에너지 절약성이 우수하고, 신뢰성이 높은, 터빈유, 공작 기계유, 금속 가공유, 소성 가공유, 절삭유, 압축기유, 진공 펌프유, 전기 접점유, 그리스 또는 머신유의 대체로서 이용할 수 있는 저마찰계수이고 내마모성이 우수한 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물 및 이것을 구비한 기계 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명자는 열가역성을 나타내는 반고체상 물질을 포함하는 윤활제 조성물은 종래의 그리스와 동일하게 반고체상이고, 또한 동일한 경도를 지니면서, 그리스에 비하여 윤활성이 우수하고, 구체적으로는 내마모성이 좋고, 장기 수명화에 공헌하면서, 저마찰이기 때문에, 각종 용도의 마찰 저항의 감소, 나아가서는 에너지 절약화에 기여할 수 있음을 발견하였다. 또한, 종래의 그리스와는 달리, 가열·냉각에 의한 액상과 반고체상을 몇 번이나 반복할 수 있고, 게다가 윤활성 등의 기본 특성은 변화하지 않는다. 이 특성을 이용하여, 본 발명의 윤활제 조성물을 가열하여 액상화시킨 상태로 정밀 여과를 행하는 것이 가능하고, 윤활제 중의 미세한 먼지나 이물질까지도 제거할 수 있어, 매우 고도로 정제된 윤활제 조성물을 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 윤활제 조성물은 클리어런스가 좁은 정밀한 기계 시스템에도 바람직하게 사용할 수 있다. 본 발명은 이러한 지견에 기초하여 완성되었다.

즉, 본 발명은 다음과 같은 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물을 구비한 기계 시스템이다.

(1) 전동 요소의 접동 부분의 마모를 저감하는 조성물이고, 아미드기를 1개 또는 2개 포함하여 입체 망상 구조를 형성하는 아미드 화합물과, 100 ℃에서의 동점도가 25 ㎟/s 이하, 점도 지수가 120 이상인 액상 기유 성분으로 구성되고, 상기 아미드 화합물 및 액상 기유 성분 이외의 성분을 실질적으로 포함하지 않는 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물.

(2) 상기 아미드 화합물 및 액상 기유 성분 이외의 성분이 분자량 1000 이상의 고분자 성분이고, 그의 함유량이 3 질량％ 이하인 상기 (1)에 기재된 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물.

(3) 아미드 화합물이 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 1종 이상의 화합물이고, 그의 함유량이 0.1 내지 70 질량％인 상기 (1)에 기재된 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물.

(화학식 1 내지 3에 있어서, R¹, R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶은 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화 쇄상 탄화수소기이고, R²는 수소, 또는 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화 쇄상 탄화수소기이고, A¹ 및 A²는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기, 또는 탄소수 7 내지 10의 알킬페닐렌기로부터 선택되는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기임)

(4) 액상 기유 성분이 폴리-α-올레핀, 지방산 에스테르, 실리콘유로부터 선택되는 1종 이상류로 이루어지는 합성유인 상기 (1)에 기재된 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물.

(5) 전동 요소가 기어, 운동 나사, 체인 중 하나 이상인 상기 (1)에 기재된 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물.

(6) 기어, 운동 나사, 체인의 하나 이상의 전동 요소를 포함하고, 전동 요소의 접동 부분에 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물을 구비한 기계 시스템.

<발명의 효과>

본 발명은 특정한 아미드 화합물과 액상 기유 성분을 포함하는 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물이므로, 기계 시스템이 가동 중에는 접동부의 온도 상승에 의해, 액상의 윤활유제가 되어 양호한 윤활성(높은 내마모성, 저마찰계수)을 나타 내고, 정지시 또는 접동부를 분리하면 냉각되어 반고체상이 된다. 따라서, 양호한 윤활성, 에너지 절약, 장기 수명이라는 특징에 더하여, 오일 누출, 오일 떨어짐 등에 의한 환경의 오손을 방지할 수 있다.

도 1은 윤활제 조성물을 SRV 마찰 시험한 후, 각 디스크 표면에 생긴 마찰 흔적을 실체 현미경(배율: 약 30배)을 통해서 촬영한 사진으로서, 도 1의 (a), (b) 및 (c)는 각각 실시예 1, 비교예 1 및 2의 사진이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

〔아미드 화합물〕

본 발명에서 이용하는 아미드 화합물은 아미드기를 1개 또는 2개 포함하여 입체 망상 구조를 형성하는 겔상의 화합물로서, 액상 기유 성분과 혼합하여 반고체상 물질(본 발명의 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물)을 형성하는 반고체상화 성분이다. 예를 들면, 지방산 모노아미드, 지방산 비스아미드, 또는 이들의 혼합물을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 아미드기를 3개 포함하는 화합물인 지방산 트리아미드를 포함할 수 있다.

아미드기를 1개 포함하는 화합물인 지방산 모노아미드는 하기 화학식 1로 표시된다.

<화학식 1>

여기서, R¹은 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화된 쇄상 탄화수소기, R²는 수소, 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화된 쇄상 탄화수소기이다. 쇄상 탄화수소기의 수소의 일부는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 수산기 등의 치환기로 치환될 수도 있다.

구체적으로는 라우르산아미드, 팔미트산아미드, 스테아르산아미드, 베헨산아미드, 히드록시스테아르산아미드 등의 포화지방산아미드, 올레산아미드나 에루크산아미드 등의 불포화지방산아미드, 및 스테아릴스테아르산아미드나 올레일올레산아미드 등의 장쇄지방산과 장쇄아민에 의한 치환 아미드류(상기 화학식 1에서 R²가 수소가 아닌 모노아미드)의 어느 하나일 수도 있다. 그러나, 고온에서 사용되는 점을 고려하면, 비스아미드에 가까운 분자량을 갖는 치환 아미드가 바람직하다. 바람직하게 이용되는 모노아미드는 융점이 50 내지 200 ℃가 바람직하고, 특히 바람직하게는 80 내지 180 ℃이고, 또한 분자량이 100 내지 1000, 특히 바람직하게는 150 내지 800이다.

아미드기를 2개 포함하는 화합물인 지방산 비스아미드로서는 디아민의 산아미드이거나, 디산의 산아미드의 어느 하나일 수도 있다. 바람직하게 이용되는 비스아미드는 융점이 80 내지 250 ℃, 특히 바람직하게는 100 내지 200 ℃이고, 분자량이 240 내지 2000, 특히 바람직하게는 290 내지 1500이다.

바람직하게 이용되는 디아민의 산아미드는 하기 화학식 2로 표시된다.

<화학식 2>

여기서, R³, R⁴는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화된 쇄상 탄화수소기이고, A¹은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기 또는 탄소수 7 내지 10의 알킬페닐렌기로부터 선택되는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다.

바람직하게 이용되는 디산의 산아미드는 화학식 3으로 표시된다.

<화학식 3>

여기서, R⁵, R⁶은 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화된 쇄상 탄화수소기이고, A²는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기 또는 탄소수 7 내지 10의 알킬페닐렌기로부터 선택되는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다.

디아민의 산아미드로서는 에틸렌비스스테아르산아미드, 에틸렌비스이소스테아르산아미드, 에틸렌비스올레산아미드, 메틸렌비스라우르산아미드, 헥사메틸렌비스올레산아미드, 헥사메틸렌비스히드록시스테아르산아미드, m-크실릴렌비스스테아르산아미드 등이 바람직하고, 또한, 디산의 산아미드로서는 N,N'-디스테아릴세박산아미드 등이 바람직하다. 이들 중에서도, 에틸렌비스스테아르산아미드가 특히 바 람직하다.

또한, 아미드기를 3개 포함하는 화합물인 지방산 트리아미드로서, 하기 화학식 4로 표시되는 것을 이용할 수 있다.

여기서, R⁷, R⁸, R⁹는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 25의 포화 또는 불포화된 쇄상 탄화수소기, 지환식 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기이고, M은 아미드기(-CO-NH-), A³, A⁴, A⁵는 각각 독립적으로 단결합 또는 탄소수 5 이하의 알킬렌기이다.

화학식 4로 표시되는 화합물은 다수 있지만, 본 발명에 바람직하게 사용할 수 있는 화합물로서 구체적으로는 N-아실아미노산디아미드 화합물을 들 수 있다. 이 화합물의 N-아실기는 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지의 포화 또는 불포화된 지방족 아실기 또는 방향족 아실기, 특히는 카프로일기, 카프릴로일기, 라우로일기, 미리스토일기, 스테아로일기로 이루어지는 것이 바람직하고, 또한 아미노산으로서는 아스파라긴산, 글루타민산으로 이루어지는 것이 바람직하고, 또한, 아미드기의 아민은 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지의 포화 또는 불포화된 지방족 아민, 방향족 아민 또는 지환식 아민, 특히는 부틸아민, 옥틸아민, 라우릴아민, 이소스테아릴아민, 스테아릴아민, 시클로헥실아민, 벤질아민 등이 바람직하다. 특히, 구체적인 화합물로서 N-라우로일-L-글루타민산-α,γ-디-n-부틸아미드가 바람직하 다.

〔액상 기유 성분〕

본 발명에 있어서, 액상 기유 성분으로서는 100 ℃에서의 동점도가 25 ㎟/s 이하, 점도 지수가 90 이상인 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 동점도는 1.0 내지 25 ㎟/s가 보다 바람직하고, 1.7 내지 25 ㎟/s가 특히 바람직하다. 점도 지수는 90 내지 160이 보다 바람직하고, 120 내지 150이 특히 바람직하다. 그 밖의 물성으로서, 유동점은 -10 ℃ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 -20 ℃ 이하이고, 인화점 150 ℃ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 155 ℃ 이상이다.

액상 기유 성분으로서, 구체적으로는 광유, 폴리-α-올레핀, 에틸렌·α-올레핀 공중합체, 알킬나프탈렌, 지방산 에스테르(예를 들면, 디에스테르, 폴리올에스테르 등), 에테르(예를 들면, 폴리알킬렌글리콜, 페닐에테르, 불소화에테르 등), 실리콘유, 불소화유 등의 합성유를 사용할 수 있다. 광유 및 합성유는 각각 복수 종을 적절하게 혼합하여 사용할 수 있고, 또한 광유와 합성유를 적절한 비율로 혼합하여 이용하는 것도 가능하다. 또한, 이들 액상 기유에 여러 가지의 첨가제를 처방한 것을 이용할 수도 있다.

광유는, 일반적으로 원유를 상압 증류하거나 또는 감압 증류하여 얻어지는 유출유를 각종 정제 공정으로 정제한 윤활유 증류분을 기유로 하여, 이것을 그대로 또는 이것에 각종 첨가제 등을 조합하여 제조된다. 상기 정제 공정은 수소화 정제, 용제 추출, 용제 탈왁스, 수소화 탈왁스, 황산 세정, 백토 처리 등이고, 이들을 적절하게 조합하고 적절한 순서로 처리하여, 본 발명에 바람직한 광유계의 윤활 기유를 얻을 수 있다. 다른 원유 또는 유출유를 다른 공정의 조합, 순서에 의해 얻어진, 성상이 다른 복수의 정제유의 혼합물도 바람직한 기유로서 사용할 수 있다.

합성유는 내열성이 높은, 예를 들면 폴리-α-올레핀(PAO), 저분자량 에틸렌·α-올레핀 공중합체, 알킬나프탈렌, 지방산 에스테르, 에테르류, 실리콘, 불소화유 등을 단독으로 또는 조합하여 기유로서 사용할 수 있다. 합성유 중에서도 폴리-α-올레핀(PAO) 및 에틸렌·α-올레핀 공중합체는 모두 올레핀 단량체의 중합체이고, 반응 중합도를 컨트롤함으로써 점도나 그 밖의 물성을 조정할 수 있는 점에서, 액상 기유 성분으로서 바람직하게 사용할 수 있다. PAO에 대해서는 1-데센 이나 1-도데센, 또는 1-테트라데센 등의 올레핀 올리고머를 중합하여, 중합도 2 내지 10의 범위에서, 이들 중합물을 점도 조정(100 ℃에서의 동점도가 1 내지 25 ㎟/s)를 위해 적절하게 배합한 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 에틸렌·α-올레핀 공중합체도 에틸렌과 탄소수 3 내지 10의 올레핀 올리고머를 공중합하여, 100 ℃에서의 동점도가 1 내지 25 ㎟/s로 조정한 것을 바람직하게 사용할 수 있다.

지방산 에스테르는 알코올과 지방산을 탈수축합 반응하여 얻을 수 있지만, 본 발명에 있어서는 화학적인 안정성의 면에서, 디에스테르 및 폴리올에스테르를 바람직한 액상 기유 성분으로서 들 수 있다. 디에스테르로서는 탄소수 4 내지 14의 이염기산과 탄소수 5 내지 18의 알코올과의 에스테르가 바람직하게 이용된다. 여기서, 이염기산으로서는, 구체적으로는 아디프산, 아젤라산, 세박산, 운데칸이산, 도데칸이산 등을 들 수 있으며, 아디프산, 아젤라산, 세박산이 바람직하다. 알코올로서는 탄소수가 6 내지 12의 1가 알코올, 특히 8 내지 10의 탄화수소기에 분지를 갖는 1가 알코올이 바람직하다. 구체적으로는 2-에틸헥산올, 3,5,5-트리메틸헥산올, 데실알코올, 라우릴알코올, 올레일알코올 등을 들 수 있다.

또한, 폴리올에스테르로서는 네오펜틸글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄, 디-(트리메틸올프로판), 트리-(트리메틸올프로판), 펜타에리트리톨, 디-(펜타에리트리톨), 트리-(펜타에리트리톨) 등의 힌더드알코올과 탄소수 1 내지 24의 지방산과의 에스테르가 바람직하다. 지방산에 있어서, 그의 탄소수는 특별히 제한되는 것이 아니지만, 탄소수 1 내지 24의 지방산 중에서도, 윤활성의 점에서 탄소수 3 이상인 것이 바람직하고, 탄소수 4 이상인 것이 보다 바람직하고, 탄소수 5 이상인 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 7 이상인 것이 특히 바람직하다. 구체적으로는, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 노난산, 데칸산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산, 테트라데칸산, 펜타데칸산, 헥사데칸산, 헵타데칸산, 옥타데칸산, 노나데칸산, 이코산산, 올레산 등을 들 수 있으며, 이들 지방산은 직쇄상 지방산, 분기상 지방산의 어느 하나일 수도 있고, 또한 α 탄소 원자가 4급 탄소 원자인 지방산(네오산)일 수도 있다.

에테르류는 에테르 결합을 갖는 유기 화합물이고, 대표적으로는 다음 화학식 5 또는 화학식 6으로 표시된다.

여기서, R¹⁰ 및 R¹¹은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 나타내고, A⁶은 1종 또는 2종 이상의 탄소수 2 내지 4의 알킬렌옥시드 단위 5 내지 300개로 구성된 중합쇄를 나타낸다.

상기 화학식 6에 있어서, R¹² 내지 R¹⁴는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 나타내고, A⁷ 내지 A⁹는 각각 독립적으로 1종 또는 2종 이상의 탄소수 2 내지 4의 알킬렌옥시드 단위 5 내지 300개로 구성된 중합쇄를 나타낸다. R¹⁰내지 R¹⁴는 바람직하게는 각각 수소, 메틸기, 이소프로필기, 이소부틸기, 또는 tert-부틸기이고, 특히 모두가 메틸기인 것이 바람직하다. A⁶내지 A⁹의 알킬렌옥시드 단위로서는 에틸렌옥시드 단위 또는 프로필렌옥시드 단위가 바람직하고, 중합쇄는 블럭 공중합쇄, 랜덤 공중합쇄 또는 교대 공중합쇄일 수도 있다. 중합쇄의 알킬렌옥시드 단위의 개수는 폴리에테르의 점도가 소정의 범위가 되도록 설정된다.

구체적인 폴리에테르로서는 폴리알킬렌글리콜 또는 그의 유도체, 폴리비닐에테르 등을 들 수 있으며, 양쪽 말단이 알킬기인 폴리알킬렌글리콜 유도체 또는 폴리비닐에테르가 바람직하다.

실리콘인 폴리오르가노실록산은 다음 화학식 7로 표시한 바와 같이 Si-O-의 주쇄를 갖고, 그의 중합도에 따라 점도가 다르다.

여기서 R¹⁵, R¹⁶은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 나타내고, B¹ 내지 B⁴는 각각 독립적으로 수소, 탄화수소(메틸기, 이소프로필기, 이소부틸기, tert-부틸기, 또는 페닐기 등), 또는 할로겐기(불소, 요오드, 브롬 등)이고, 특히 모두가 메틸기, 또는 일부가 페닐기인 것이 가격적으로 바람직하다.

불소화유는 다음 화학식 8 및 화학식 9로 표시할 수 있다.

상기 화학식 8 및 9에 있어서, R¹⁷, R¹⁸, R¹⁹, R²⁰은 각각 독립적으로 수소, 및 또는 알킬기(탄소수 1 내지 6)이다. 또한 B⁵, B⁶, B⁷, B⁸은 각각 독립적으로 F, CF₃, C₂F₅, C₆H₅, C₆F₅ 등이다.

〔반고체상 물질〕

본 발명에서 말하는 반고체상이란, 종래의 그리스와 동일하게 액체와 같은 유동성을 나타내지 않고, 액상화하는 온도로 가열되지 않는 한, 어느 정도의 경도를 유지하는 상태를 말한다. 바람직하게는 JIS K2220 「그리스」에 규정되어 있는 점조도(consistency)에 의해 경도를 분류하면, 본 발명의 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물은 혼화 점조도가 20 내지 475, 특히 40 내지 475이고, 그리스에 적용되어 있는 점조도 번호 000호 내지 6호의 범위, 및 이들 범위를 초과하는 경도로 분류되는 것이다.

반고체상 물질의 제조 방법은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 액상 기유 성분과 아미드 화합물(반고체상화 성분)을 소정량 측량하여, 아미드 화합물의 융점 이상으로 가열하면서 교반하여 균일하게 용해시킨 후, 냉각하여 반고체형으로 할 수 있다. 또한, 아미드 화합물을 알코올계, 케톤계, 탄화수소계 등의 용제에 일단 용해시키고, 이들 용해액을 액상 기유에 배합하여, 균일하게 혼합한 후, 적절한 공지된 방법으로 용제를 제거하여 반고체상 작동 매체를 얻을 수도 있다. 또한 다양한 첨가제를 처방한 것을 이용할 수도 있다.

또한, 본 발명의 반고체상 윤활제 조성물은 상기한 액상 기유 성분과 아미드 화합물(반고체상화 성분) 이외의 성분을 실질적으로 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 즉, 점착제나 점조물 등의 고분자 화합물을 포함하지 않고, 특히, 분자량 1000 이상의 고분자 성분을 실질적으로 포함하지 않는다. 상기 고분자 성분은 포함한다고 해도, 그의 함유량이 겨우 3 질량％ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 고분자 성분으로서, 구체적으로는 미소 결정질 왁스, 바셀린, 페트로락탐, 폴리이소프렌고무, 폴리이소부텐고무 등을 들 수 있다.

본 발명의 반고체상 윤활제 조성물은 액상 기유 성분과 반고체상화 성분(아미드 화합물)을, 액상 기유 성분/반고체상화 성분비(질량)로서 30/70 내지 99.9/0.1의 비율로 배합하여 제조할 수 있다. 액상 기유 성분/반고체상화 성분비(질량)는 50/50 내지 99.5/0.5가 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 60/40 내지 99/1이다. 이러한 비율로 액상 기유 성분과 아미드 화합물을 혼합하면 반고체상 윤활제 조성물이 형성된다. 액상 기유 성분 및 아미드 화합물은 각각 단독으로 이용하거나, 2종 이상의 적절한 비율로 조합하여 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 반고체상 윤활제 조성물은 아미드 화합물의 융점 이상으로 가열하면 액상이 되기 때문에, 정밀 여과를 행하여 불순물, 협잡물이 적은 고도로 정제된 윤활제 조성물을 얻을 수 있다. 여기서 정밀 여과란, 각종 전동 요소 시스템에 있어서의 클리어런스에 들어가, 윤활 특성상 문제점을 일으킬 수 있는 이물질을 제거하는 것이고, 그 이물질의 크기는 5 내지 100 ㎛이고, 1 내지 10 ㎛의 여과구멍을 갖는 필터로 물리적으로 여과하는 것을 의미한다. 따라서, 이와 같이 고도로 정제된 반고체상 윤활제 조성물은 고도의 정밀도가 요구되는 좁은 클리어런스의 정밀 기계 시스템, 전자 기기 등에 바람직하게 사용할 수 있다.

〔그 밖의 첨가제〕

본 발명의 반고체상 윤활제 조성물은 반고체상 물질에 통상의 윤활제로서의 성능을 부여하기 위해서 이용되고 있는 공지된 산화 방지제, 방청제, 마모 방지제, 극압제, 유성제, 소포제, 금속 불활성화제 등을 적절하게 배합하여 제조할 수 있다.

〔적용할 수 있는 시스템〕

본 발명의 반고체상 윤활제 조성물은 양호한 윤활성(높은 내마모성, 저마찰계수)을 나타냄과 동시에, 환경의 열적 에너지에 의한 상태 변화(승온에 의한 액상화와 강온에 의한 반고체상화(겔화))를 반영구적으로 반복한다. 구체적으로는 사용되는 기계의 접동 부위에 있어서 벌크 온도 영역성(실온 내지 수십 ℃, 예를 들면 0 내지 80 ℃)에서는 반고체상(겔상)을 유지하고, 국부적인 고온 영역(예를 들면 50 내지 250 ℃, 또는, 사용되는 기계의 벌크 온도보다도 20 ℃ 이상 높은 온도)에서만 액상이 되므로, 오일 누출, 오일 떨어짐 등에 의한 환경의 오손을 방지할 수 있다.

따라서, 종래 그리스가 사용되어 있던 용도를 포함하여 이하와 같은 용도에 사용할 수 있다. 예를 들면, 수력, 화력, 원자력을 비롯한 발전소에서의 터빈 발전 장치나 각종 보조 기기의 윤활 부위에 이용된다. 또한, 제철소를 비롯한 금속 가공 분야에서 사용되는 각종 산업 기계 시스템, 구체적으로는 압연기나 소성 가공기 등의 테이블 롤러, 체인 구동, 기어 커플링 등에도 이용할 수 있다. 공작 기계, 사출 성형기, 프레스기, 단압기, 연삭기 등에서의 운동 나사, 기어, 벨트, 체인 등의 정밀 구동 기구 부위의 윤활에 적용된다. 또한 수송 시스템이라도 그리스 윤활이 이용되는 부위, 예를 들면, 자동차에 있어서는 등속 조인트, 유니버설 조인트 등의 파워 트레인계나, 액튜에이터, 스타터, 기어, 알터네이터, 스플라인, 오버러닝 등의 엔진부 주변, 랙 앤 피니온, 틸트텔레스코프 등의 스티어링 주변, 서스펜션의 볼 조인트 기구, 제동 장치나 샤시, 또한, 도어의 핸들부, 도어 체크, 도어 힌지, 도어록 액튜에이터, 도어 라채트, 키 실린더, 전동 미러, 시트 벨트, 시트, 윈도우 레귤레이터, 각종 스위치 등의 윤활 부위를 들 수 있다. 자동 이륜차, 자전거 등의 체인 구동 부위, 유압 쇼벨, 휠 로더, 불도저, 크레인 등의 건설 기계의 가이드 부시부(guide bushing), 농업 기계, 벌초 기계, 체인 소우 등의 기어부, 체인 구동부도 바람직한 용도로 들 수 있다. 또한, 철도 시스템으로서는 변속 기어부를 비롯하여, 레일의 궤도 전환 개소 등에 바람직하게 이용된다. 항공기나 선박의 기어나, 접동부도 들 수 있다.

또한, 익숙한 기계 시스템으로서는 FD, CD, DVD, 자기 테이프, 디지털 테이프 등의 기록 매체를 구동하는 회전 기계의 접동부나, 프린터, 팩시밀리, 복사기 등의 OA 기기, 에어컨, 냉장고, 청소기, 전자 레인지, 세탁기, 건강 마사지기 등의 가정 전화 제품에 있어서의 접동부, 컴퓨터 내의 하드디스크 구동부, 필름 카메라, 디지탈 카메라 등의 셔터 기구부, 렌즈 구동부, 시계의 접동부 등은 정밀 여과를 행하여 고도로 정제된 윤활제 조성물의 바람직한 용도로서 들 수 있다. 또한, 진공 펌프, 반도체 제조 장치, 항공 우주 관련 기기에는 진공용 그리스로서 사용할 수 있다.

이하에 본 발명의 실시예를 도시하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

〔액상 기유 성분〕

액상 기유 성분으로서, 하기의 4종류의 기유 A 내지 D를 이용하였다.

기유 A: 폴리-α-올레핀(PAO; 1-데센 중합체인 폴리-α-올레핀 합성 기유, ExxonMobil 제조, Spectrasyn 8)

기유 B: 지방산 에스테르(이소스테아릴네오펜틸글리콜에스테르)

기유 C: 실리콘유(디메틸 실리콘 합성 기유, 신에쯔 가가꾸 제조, KF96-100cs)

기유 D: 광유에 S-P계 극압제를 배합한 시판 공작 기계용 다목적유, 재팬에너지 제조, JOMO 레이터스 220)

기유 A 내지 D의 성상을 표 1에 나타내었다.

〔아미드 화합물〕

액상 기유에 배합하여, 반고체상 겔을 형성하기 위해서 반고체상화 성분으로서 이하의 아미드 A와 아미드 B의 2종류의 아미드 화합물을 이용하였다.

아미드 A: 에틸렌비스스테아르산아마이드(닛본 가세이 제조, 슬리팩스 E), 융점 145 ℃

아미드 B: 스테아릴스테아르산아마이드(닛본 가세이 제조, 닛카아마이드 S), 융점 100 ℃

〔증조제〕

종래의 범용 그리스와의 비교를 목적으로, 비교예로서 일반적인 그리스를 제조하기 위해서, 증조제로서 리튬 비누(스테아르산리튬)와 디우레아를 이용하였다.

〔반고체상 윤활제 조성물의 제조〕

본 발명에 의한 반고체상 윤활제 조성물(실시예 1 내지 6)은 상기한 액상 기유 성분과 아미드 화합물(반고체상화 성분)을 이용하여 이하의 절차로 제조하였다.

스테인레스제 비이커에 액상 기유 및 아미드 화합물을 표 2의 각각 상부에 나타내는 비율(중량부)로 소정량 계량해 넣고, 탁상 전자 히터를 이용하여, 아미드 화합물의 융점 이상(융점+20 ℃)으로 가온하면서 교반하였다(온도는 열전대로 측정하였다). 균일하게 용해한 것을 육안으로 관찰하여 판단한 후, 균일 용해액을 내열 유리 용기(내경 60 mm×높이 90 mm)에 약 100 mL를 옮기고, 방냉하여 반고체상 윤활제 조성물을 제조하였다.

또한, 비교예 1 및 2의 그리스는 액상 기유와 증조제(리튬 비누 및 디우레아)를 표 2의 각각 상부에 나타내는 비율(중량부)로 소정량 계량해 넣고, 혼련기로 충분히 혼련하여 제조하였다.

또한, 비교예 3은 아미드 화합물이나 증조제를 배합하지 않은 시판되는 SP계 공작 기계용 다목적유 그 자체이다.

〔평가 방법〕

상기한 바와 같이 하여 제조한 반고체상 윤활제 조성물(실시예 1 내지 6) 및, 그리스 및 SP계 공작 기계용 다목적유(비교예 1 내지 3)에 대해서 이하의 성능 평가 시험을 실시하여, 평가하였다. 점조도 및 정밀 여과의 가부의 시험 결과를 표 2에 나타내고, 윤활성의 평가 결과를 표 3에 나타내었다.

〔점조도〕

JIS K2220에 따라서, 1/4 조도계(consistency meter)로 불혼화 점조도를 측정하였다. 표 2에는 이 점조도에 상당하는 점조도 번호도 병기하였다.

〔정밀 여과의 가부〕

정밀 여과의 실시 가능 여부, 및 여과 후의 샘플의 상태를 평가한 폴리테트라플루오로에틸렌제 정밀 필터(멤브레인사 제조, 여과 구멍 5 ㎛)를 배치한 로트 상에 공시유를 50 g 계량해 취하고, 150 ℃의 고온조에 1시간 정치하여, 여과를 실시하였다. 정밀 필터를 눈 막힘 없이 여과를 실시할 수 있고, 여과 전과 동일한 상태(냉각에 의해 반고체상)로 회복한 경우를 여과 「가능」으로 판단하고, 한편, 눈 막힘이 생겨 정밀 필터를 통과할 수 없거나, 또는 여과에 의해서 액상 기유 성분과 증조제 성분으로 분리를 일으키는(오일 분리) 등, 원래의 균일한 반고체상의 상태로 회복할 수 없는 경우를 여과 「불가」로 판단하였다.

〔윤활성〕

실시예 1과 7 및 비교예 1 내지 3의 공시유에 대해서 셸 4 구 마모 시험과 SRV 마찰 시험을 실시하여 윤활성(내마모성 및 마찰계수)를 평가하였다.

셸 4 구 마모 시험은 ASTM D4172B에 따라서, 4개의 시험구를 만족시키는 양의 공시유를 컵 홀더에 주입하여, 각 공시유에 대해서 다음 시험 조건으로 시험하여 시험구의 마모 흔적 직경을 측정하였다. 한편, 정밀 여과가 가능하였던 공시유는 정밀 여과 후의 공시유에 대해서도 셸 4 구 마모 시험을 실시하였다.

실시예 1, 비교예 1 및 2:

속도: 1200 rpm, 유압 하중: 2.94 MPa(30 kgf/㎠), 온도: 실온, 시간: 30분

비교예 3:

속도: 1800 rpm, 유압 하중: 3.92 MPa(40 kgf/㎠), 온도: 실온, 시간: 30분

SRV 마찰 시험은 ASTM D5706에 따른 SRV 장치를 이용한 볼 온 디스크 마찰 시험기를 이용하여, 디스크(재질 SUJ-2) 표면에 상기 5개의 공시유를 0.5 g 도포하고, 소정의 시험 조건(하중: 100 N(10.17 kgf/㎠), 진폭수: 50 Hz, 진폭폭: 1.5 mm, 온도: 40 ℃, 시간: 30분)으로 실시하고, 정상 상태(30분 경과시)에서의 마찰계수, 및 시험 후의 디스크의 마모 흔적 직경을 측정하였다.

또한, 디스크 표면의 마모 상태를 실체 현미경으로 관찰하였다. 그의 광학 현미경 사진을 도 1에 나타내었다. 도 1의 (a), (b) 및 (c)는 각각 실시예 1, 비교예 1 및 2의 윤활제 조성물의 SRV 마모 시험에 있어서의 각 디스크 표면의 마모 흔적의 실체 현미경 사진이다.

표 2의 실시예 1 내지 6에 기재한 어떠한 액상 기유도 아미드 화합물을 배합하여, 반고체상 윤활제 조성물로 제조할 수 있었다. 또한, 이들 실시예 1 내지 6의 윤활제 조성물은 점조도 번호 000호 내지 6호 또는 6호를 초과하는 경도를 갖는 것이었다. 비교예 1, 2의 점조도 번호는 2호이고, 비교예 3은 반고체상을 나타내지 않는다.

점조도 번호 2호의 실시예 1과 비교예 1, 2의 윤활성을 비교하면, 실시예 1에서는 셸 4 구 시험에서의 마모 흔적 직경이 작고 내마모성이 우수하다. 또한, SRV 시험에서의 마찰계수도 낮고, 시험구 및 디스크의 마모 흔적도 작고, 경미함(도 1 참조)을 알 수 있었다. 또한 정밀 여과 시험에서는, 실시예는 모두 정밀 여과가 가능하고, 여과 후에도 냉각하면 원래의 반고체상이 되어, 내마모성에도 변화는 보이지 않았다.

한편, 비교예 1의 리튬 비누 그리스에서는 정밀 필터를 통과하였으나, 냉각하자 액상 기유 성분과 증조제 성분이 분리되어 원래의 상태로 되돌아가지 않았다. 또한, 비교예 2의 우레아그리스는 정밀 필터를 통과하지 않고 정밀 여과에는 이르지 않았다. 비교예 2의 SP계 공작 기계용 다목적유는 정밀 여과가 가능하지만, 실시예 6에 비하여 내마모성, 마찰계수가 떨어졌다.

이상으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반고체상 윤활제 조성물은 범용 그리스에 비하여 윤활 성능이 우수하고, 특히 마모의 감소 및 저마찰화가 가능하기 때문에, 본 발명의 조성물을 터빈유, 공작 기계유, 금속 가공유, 소성 가공 유, 절삭유, 압축기유, 진공 펌프유, 전기 접점유, 또는 머신유로서, 전동 요소, 예를 들면 기어, 연동 나사, 캠, 벨트, 체인, 와이어 로프 등의 기구로 이루어지는 기계 시스템에 적용하여 이용함으로써 에너지 절약 효과를 기대할 수 있고, 또한 내마모성이 높은 점에서 기계 시스템의 장기 수명화에 기여하는 것이 기대된다. 또한 정밀 여과가 가능하기 때문에, 반고체상 윤활제 조성물 중의 극히 미세한 이물질까지도 제거하는 것이 가능하기 때문에, 고도로 정제된 윤활제 조성물이 요구되는 정밀한 기계 시스템, 특히 전자 기기 등의 용도로도 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims

전동 요소의 접동 부분의 마모를 감소하는 조성물이고, 아미드기를 1개 또는 2개 포함하여 입체 망상 구조를 형성하는 아미드 화합물과, 100 ℃에서의 동점도가 25 ㎟/s 이하, 점도 지수가 120 이상인 액상 기유 성분으로 구성되고,

상기 아미드 화합물이 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 1종 이상의 화합물이고,

상기 아미드 화합물 및 액상 기유 성분 이외의 분자량 1000 이상의 고분자 성분의 함유량이 3 질량％ 이하인 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물.

<화학식 1>

<화학식 2>

<화학식 3>

(화학식 1 내지 3에 있어서, R¹, R³, R⁴, R⁵및 R⁶은 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화 쇄상 탄화수소기이고, R²는 수소, 또는 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화 쇄상 탄화수소기이고, A¹ 및 A²는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기임)
제1항에 있어서, 아미드 화합물이 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 1종 이상의 화합물이고, 그의 함유량이 0.1 내지 70 질량％인 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물.

<화학식 1>

<화학식 2>

(화학식 1 또는 2에 있어서, R¹, R³ 및 R⁴는 각각 독립적으로 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화 쇄상 탄화수소기이고, R²는 수소, 또는 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화 쇄상 탄화수소기이고, A¹은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기임)
제1항에 있어서, 액상 기유 성분이 폴리-α-올레핀, 지방산 에스테르, 실리콘유로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 합성유인 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물.
제1항에 있어서, 전동 요소가 기어, 운동 나사, 체인 중 하나 이상인 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물.
기어, 운동 나사, 체인 중 하나 이상의 전동 요소를 포함하고, 전동 요소의 접동 부분에 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전동 요소용 반고체상 윤활제 조성물을 구비한 기계 시스템.
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