KR101420433B1

KR101420433B1 - 유압작동유 조성물

Info

Publication number: KR101420433B1
Application number: KR1020070122870A
Authority: KR
Inventors: 류재곤; 박철우
Original assignee: 에스케이루브리컨츠 주식회사
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2014-07-16
Also published as: KR20090055965A

Abstract

본 발명은 유압작동유 조성물, 보다 구체적으로는, API(American Petroleum Institute) 분류 중 그룹 3에 해당하는 윤활기유를 포함하여 이루어지는 에너지 절감형 유압작동유 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따라 제조된 유압작동유 조성물은 유압 시스템에서 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 우수한 내구성을 보여준다.

유압작동유, 에너지 절감, 윤활기유

Description

유압작동유 조성물{Hydraulic fluid composition}

본 발명은 광유계 기유를 사용하는 유압작동유 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 API(American Petroleum Institute) 기유 분류에 의한 그룹 3에 속하는 윤활기유로 이루어지며 에너지 사용량 절감 효과가 있는 유압작동유 조성물에 관한 것이다.

자동차 및 산업 기계 관련 기술은 그 효율을 증대시키는 방향으로 지속적으로 진보되고 있다. 이러한 효율의 향상은 연료 또는 에너지 사용량을 줄임으로써 유한한 자원을 절약하고, 이산화탄소 배출량을 줄여 지구 온난화를 방지하는 데 궁극적인 목적이 있다.

특히, 유압장비의 효율을 향상시키기 위해 여러 가지 방법이 사용되고 있는데, 그 예로는 유압 펌프나 유압 모터의 작동 속도를 높이고, 유압시스템의 압력을 증가시키는 것 등을 들 수 있다. 건설 장비와 같은 이동식 유압장비는 펌프와 모터 등 유압 부품의 크기를 줄이고 유압유 저장 탱크의 크기를 줄이는 등 무게를 줄임으로써 에너지 효율을 높이고 있다.

이러한 기계적인 개선뿐만 아니라 유압작동유의 개선을 통해서도 유압장비의 효율을 향상시켜 에너지를 절감할 수 있다.

윤활유를 통한 에너지 절감은 가솔린 엔진유의 경우 1980년대 초부터 적용되기 시작하여, 1993년부터는 연비 향상이 가솔린엔진유의 규격으로 채택되어 사용되었다(ILSAC GF 1, International Lubricant Standardization and Approval Committee). 특히 북미에서는 CAFE(Corporate Average Fuel Economy) 규정을 통해 자동차 연비를 규제하고 있기 때문에, 자동차 제조업체들은 엔진, 자동차 자체의 개선 외에도 연비 향상형 윤활유를 사용함으로써 적은 양의 연비라도 향상시키고자 노력하고 있다.

일반적으로, 윤활유를 이용한 에너지 절감은 두 가지 방법으로 접근된다. 하나는 윤활유의 점도를 낮추는 것이고 나머지는 마찰을 줄이는 것이다. 저점도 윤활유는 고점도유에 비해 점성 저항이 적기 때문에 에너지를 줄일 수 있으며, 마찰을 줄이는 경우에는 경계윤활상태에서의 에너지 소비를 줄일 수 있다. 윤활유의 경계 윤활 상태에서의 마찰은 일반적으로 금속 표면에 작용하는 첨가제의 상호 작용을 최적화함으로써 최소화될 수 있다.

일반적으로 유압작동유는 API 분류 중 그룹 1에 속하는 윤활기유를 원료로 하여 제조된다. 그러나 API 분류의 그룹 1에 속하는 윤활기유로 제조된 유압작동유는 유압유 자체의 산화안정성이 약해서 슬러지를 생성하는 등의 부작용이 발생할 뿐만 아니라 저온에서 점도가 크게 증가하기 때문에 사용 가능 온도가 높은 단점이 있다.

본 발명은 상기 관점에서 이루어진 것으로 유압장비를 오래도록 안정되게 사용할 수 있게 할 뿐만 아니라 유압장비의 효율을 향상시킬 수 있는 유압작동유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유압작동유 조성물은, 40℃에서의 동점도가 5~100, 또는 5~40 mm²/s이고, 점도 지수가 120 이상이며, 아닐린점이 100 이상이고, 유동점이 -12.5℃ 이하이며, 방향족 성분이 0.1 wt% 이하이고, 황 및 질소 성분이 0.01 wt% 이하이며, ASTM D 2887법에 의한 모사 증류시험(simulated distillation)에서 20% 유출온도가 350℃ 이상이고, 50% 유출온도가 400℃ 이상이며, 90% 유출온도가 450℃이상인 윤활기유로 이루어진다.

본 발명에 따라 API 분류 중 3 그룹에 속하는 고점도 지수의 윤활기유를 이용하여 제조된 유압작동유를 사용하는 경우에는, 유압 장비의 효율이 증대되고, 소음이 감소되며, 유압 장비의 내구성이 향상되는 효과가 있다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 의한 유압작동유는 감압가스유를 경질연료유로 전환시키는 연료유 수소화 분해공정에서 부산되는 미전환유를 감압 분류하는 공정; 분류된 유분을 각기 촉매 탈랍시키는 공정; 탈랍된 유분을 수소 첨가 마무리 반응시키는 공정; 및 경질 탄화수소 분별증류하는 공정을 거쳐 얻어진 윤활기유 중에서, 40℃에서의 동점도가 5~100, 또는 5~40 mm²/s이고, 점도 지수가 120 이상이며, 아닐린점이 100 이상이고, 유동점이 -12.5℃ 이하이며, 방향족 성분이 0.1 wt% 이하이고, 황 및 질소 성분이 0.01 wt% 이하이며, ASTM D 2887법에 의한 모사 증류시험(simulated distillation)에서 20% 유출온도가 350℃이상이고, 50% 유출온도가 400℃이상이며, 90% 유출온도가 450℃이상인, API 분류 중 그룹 3에 속하는 윤활기유를 원료로 하여 제조된다.

통상적으로, 윤활기유는 API(American Petroleum Institute)의 기유 분류에 의하여 하기 표 1에 나타난 바와 같이 5가지 그룹으로 나누어진다. API 기유 분류는 엔진유 개발 과정에서 기유 대체시 엔진 시험의 필요성 여부를 판단하기 위한 기준으로 제정되었지만, 기유의 품질을 분류하는 용도로도 사용되고 있다.

API 기유 분류에 의한 5개의 그룹은 조성과 품질에 따라 나누어지는데, 그룹 Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅲ는 광유계 기유이고 그룹 Ⅳ 및 그룹 Ⅴ는 합성유이다. 광유계 기유 중에서 그룹의 번호가 크면 기유의 품질이 좋다고 볼 수 있다.

그룹 Ⅰ의 기유는 종래의 용제 정제 프로세스로 제조된 것으로서, 원유 중에 함유되어 있는 윤활유 성능에 장애가 되는 성분을 용제로 추출 제거하여 얻는다. 그룹 Ⅱ, Ⅲ에 속하는 윤활기유는 일반적인 용제 정제 공정으로는 얻을 수 없고 수소화 분해 프로세스를 이용하여 얻는다. 그룹 Ⅲ에 속하는 윤활기유는 연료유 분해 공정 중에서 연료로 전환되지 않은 유분을 사용하여 제조하기 때문에 점도지수가 그룹 Ⅱ에 속하는 윤활기유보다 높게 나온다.

윤활기유의 API 분류

API그룹	황 (wt%)		포화탄화수소 (%)	점도지수
그룹 Ⅰ	> 0.03	및/또는	< 90	80 ~ 120
그룹 Ⅱ	= 0.03	및	=90	80 ~ 120
그룹 Ⅲ	= 0.03	및	=90	= 120
그룹 Ⅳ	모든 폴리알파올레핀(PAOs)
그룹 Ⅴ	그룹 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ 포함되지 않은 모든 기유

본 발명에 의한 유압 작동유는 유압장비의 효율을 증대시키고 유압작동유의 내구성을 향상시키기 위해, API 기유 분류에 의한 그룹 3 기유에 속하는 윤활기유 중에서, 40℃에서의 동점도가 5~100, 또는 5~40 mm²/s이고, 점도 지수가 120 이상이며, 아닐린점이 100 이상이고, 유동점이 -12.5℃ 이하이며, 방향족 성분이 0.1 wt% 이하이고, 황 및 질소 성분이 0.01 wt% 이하이며, ASTM D 2887법에 의한 모사 증류시험(simulated distillation)에서 20% 유출온도가 350℃이상이고, 50% 유출온도가 400℃이상이며, 90% 유출온도가 450℃이상인 윤활기유를 사용한다. 본 발명에 사용되는 그룹 3에 속하는 기유의 대표적인 물성을 그룹 1 및 2에 해당하는 특정기유의 물성과 비교하여 하기 표 2에 나타내었다.

각 기유의 물리화학적 성상

	그룹 I	그룹 Ⅱ	그룹 Ⅲ
비중	0.8671	0.8525	0.8413
동점도@40℃, mm²/sec	33.23	30.25	35.94
동점도@100℃, mm²/sec	5.64	5.41	6.46
점도지수	108	114	133
CCS@-20℃, cP	1860	1520	1410
아닐린점, ℃	106	116	125
유동점, ℃	-15	-17.5	-12
Noack 증발량, wt.%	14.4	9.9	6.2

한편, 본 발명에 따른 유압작동유 조성물에는 마찰조정제, 청정분산제, 부식방지제, 소포제, 마모방지제, 산화방지제, 점도지수향상제, 유동점강하제 등의 첨가제가 사용되며, 상기 성분들 이외에도, 구체적인 용도 및 요구되는 기능에 따라, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 통상적으로 첨가되는 기타 첨가제가 더 포함될 수 있다. 이들 첨가제의 전체 혼합량은 유압작동유 조성물 전체 질량을 기준으로 5 중량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1 중량% 이하이다.

마찰조정제는 경계 윤활영역 및 혼합윤활 영역에서 마찰을 줄여주는 역할을 하는 첨가제로서, 글리세롤모노올레이트 등이 사용될 수 있으며, 그 바람직한 사용량은 0.01~1.0 중량%이다.

청정분산제는 한 종류 이상의 청정제로 구성된다. 청정분산제는 유압장비 내부에서 고온 바니쉬나 락커와 같은 피스톤 퇴적물을 줄이는 역할을 하는 첨가제로서, 동시에 산 중화 작용도 하며, 작은 고체 입자를 유중에 부유시키는 역할을 한다. 유압작동유에는 주로 유기산과 금속염으로 이루어진 계면활성제가 청정분산제로 사용된다. 청정분산제는 예를 들면 술폰산 금속염과 페놀 금속염(페네이트)와 같은 하나 또는 하나 이상의 유기산 금속염 성분으로 구성될 수 있으며, 특히 칼슘 또는 마그네슘 살리실레이트 및/또는 칼슘 또는 마그네슘 페네이트를 사용하는 것이 바람직하고, 유압작동유 조성물 총중량에 대하여 바람직하게는 0.1~4 중량%가 사용된다.

부식방지제는 윤활유와 접촉하는 금속의 부식을 방지하는 역할을 하는 첨가제이다. 벤조 트리아졸이나 티오디아졸과 같은 화합물이 부식방지제로 사용될 수 있으며, 0.01~3 중량% 더욱 바람직하게는 0.01~1.5 중량%가 사용된다.

소포제는 폴리메타아크릴레이트 형의 소포제를 사용할 수 있으며, 바람직한 사용량은 0.001~0.3 중량%이다.

마모방지제는 금속 부품의 마모를 줄여주는 역할을 한다. 디알킬디티오인산아연(Zinc dialkyl dithiophosphate, ZDDP)은 매우 널리 사용되는 마모방지제로서, ZDDP는 Zn[SP(S)(OR¹)(OR²)]₂ 와 같은 구조식을 가지며, 여기서 R¹과 R²는 탄소수 1~18, 더 바람직하게는 탄소수 2~12인 탄화수소이다. 본 발명에 따른 유압작동유 조성물에는 트리알킬포스페이트 및 트리아릴 포스페이트도 마모방지제로 사용될 수 있는데, 이 중 트리알킬포스페이트의 구체적인 예로는 트리부틸포스페이트, 트리펜틸포스페이트, 트리헥실포스페이트 등이 있고, 트리아릴포스페이트로는 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트 등을 예로 들 수 있다. 마모방지제는 0.2~4 중량%가 사용되는 것이 바람직하다.

산화방지제는 유압작동유가 사용 중에 열화(deteriration)되는 것을 방지하는 역할을 한다. 유압작동유가 산화되면 유압장비 내부의 금속에 바니쉬와 슬러지를 축적시키며 점도가 상승한다. 적절한 산화방지제로는 2,6-디-t-부틸-4-알킬페놀과 같은 페놀계 산화방지제 또는 디알킬디아민과 같은 아민계 산화방지제를 사용할 수 있으며, 그 바람직한 사용량은 유압작동유의 총량에 대해 0.01~1.5 중량%이다.

점도지수향상제는 유압작동유가 보다 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있게 한다. 본 발명에서는 폴리메타아크릴레이트 형의 점도지수향상제를 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량은 0.01~5 중량%인 것이 바람직하다.

유동점 강하제는 유체가 흐를 수 있는 최저 온도를 낮춰주는 역할을 한다. 본 발명에 따른 유압작동유 조성물에는 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아마이드가 유동점 강하제로서 사용될 수 있으며, 바람직한 사용량은 0.01~1.5 중량%이다.

유압작동유 제조에 있어서 첨가제를 사용하는 경우에는, 사용되는 첨가제를 윤활 기유 또는 적절한 용매에 용해시킨 첨가제 농축물의 형태로 만들어 사용하는 것이 일반적이다. 첨가제 농축물은 앞서 설명한 각 첨가제를 하나의 농축물로 만들 수도 있다. 보통 첨가제 농축물 중에서 실제 첨가제의 총량은 1~90 중량%, 더욱 바람직하게는 20~80 중량%, 더욱 더 바람직하게는 30~60 중량%이다.

유압작동유 첨가제 농축물의 조성

첨가제	중량 %
윤활기유	Balanced
마모방지제	0.2~4
산화방지제	0.01~1.5
부식방지제	0.01~1.5

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

본 발명에 따른 API의 3 그룹에 속하는 윤활기유 중 100℃에서의 동점도가 4 cSt인 것 15.00 wt%와 6 cSt인 것 83.25 wt%를 기유로 사용하고, 상술한 첨가제 농축물 1.00 wt%와, 소포제(폴리메타아크릴레이트) 0.01~0.10 wt%, 유동점 강하제(폴리메타아크릴레이트) 0.20 wt%, 및 마찰조정제(글리세롤모노올레이트) 0.50 wt%를 50~60℃에서 혼합하여 V104C 베인 펌프 시험기로 성능을 평가하였다.

실시예 2

본 발명에 따른 API의 3 그룹에 속하는 윤활기유 중 100℃에서의 동점도가 4 cSt인 것 15.00 wt%와 6 cSt인 것 83.75 wt%를 기유로 사용하고, 상술한 첨가제 농축물 1.00 wt%와 소포제(폴리메타아크릴레이트) 0.05 wt%, 및 유동점 강하제(폴리 메타 아크릴레이트) 0.20 wt%를 50~60℃에서 혼합하여 V104C 베인 펌프 시험기로 성능을 평가하였다.

비교예 1 및 2

실시예 2와 동일하게 조성물을 제조하되 비교예 1은 API 그룹 1에 속하는 기유 중 100N에 해당하는 것 10 wt%와 150N에 해당하는 것 88.75 wt%를 사용하였으며, 비교예 2에서는 그룹 2 기유 중 150N의 점도 등급에 해당하는 것을 기유로 사용하였다.

상기 실시예 및 비교예는 산업용 윤활유의 ISO(International Standard Organization)점도 분류에 적합하도록 동급의 기유를 혼합하여 사용한 것이다.

		실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
본 발명의 기유 4cSt(@ 100℃)		15.00	15.00
본 발명의 기유 6cSt(@ 100℃)		83.25	83.75
그룹 1 기유 100N		-	-	10.00	-
그룹 1기유 150N		-	-	88.75	-
그룹 2 기유 150N		-	-	-	98.75
첨가제농축물		1.00	1.00	1.00	1.00
소포제		0.05	0.05	0.05	0.05
유동점강하제		0.20	0.20	0.20	0.20
마찰조정제		0.50	-	-	-
동점도 @ 40℃, mm²/sec		32.49	32.61	31.57	31.17
동점도 @ 100℃, mm²/sec		6.06	6.08	5.32	5.55
점도지수		136	136	100	116
유동점, ℃		-32.5	-32.5	-32.5	-32.5
Vane Pump 시험	전력사용량(kW/h)	4.85	4.89	4.99	4.94
Vane Pump 시험	Oil Flow Rate(lpm)	26.297	26.262	26.02	26.10
슬러지 생성량, mg		79	70	653	78

본 발명에 따른 유압작동유의 성능을 비교예와 비교하기 위해 사용한 시험법은 다음과 같다

(1) Vane Pump 시험은 ASTM D 2882 시험법에 의거하여 실시하였다. 그러나 본 발명의 결과를 설명하기 위해 유압 시스템의 압력을 1000 psi로 설정하여 시험하였으며 펌프 유입되는 유압작동유의 온도는 70℃로 설정하였다.

(2) 슬러지 생성량은 200 ml의 시험유를 비이커에 주입한 후 철봉과 구리봉을 잘 닦아 엇갈리게 하여 오일에 담근 다음 140℃에서 20일간 산화시킨 후 생성된 슬러지를 여과하여 무게를 측정하여 구하였다.

(3) 비중은 ASTM D 1298에 의거하여 측정하였다.

(4) 동점도는 ASTM D 445에 의거하여 측정하였다.

(5) 점도지수는 ASTM D 2270에 의거하여 측정하였다.

(6) 유동점은 ASTM D 97에 의거하여 측정하였다.

상기 실험결과로부터, 본 발명에 따른 유압작동유를 사용한 경우에는, API 분류의 1 또는 2 그룹에 속하는 기유를 사용하여 제조된 유압작동유를 사용한 경우에 비하여, 전력 사용량이 크게 감소되는 것을 알 수 있었다.

또한 슬러지 생성량에 있어서도, 본 발명에 따른 유압작동유는, 비교예 1에 따른 유압작동유에 비하여 현저하게 적은 슬러지가 생성되고, 동일한 조건에 의한 실시예 2와 비교예 2를 비교하더라도 본 발명에 따른 실시예 2의 유압작동유에 상대적으로 적은 양의 슬러지가 생성되기 때문에, 본 발명에 따른 유압작동유를 사용하는 경우 유압 장비의 구동시에 발생되는 소음을 크게 줄일 수 있으며, 유압 장비의 내구성도 현저하게 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.

Claims

감압가스유를 경질연료유로 전환시키는 연료유 수소화 분해공정에서 부산되는 미전환유를 감압 분류하는 공정; 상기 분류된 유분을 각기 촉매 탈랍시키는 공정; 상기 탈랍된 유분을 수소 첨가 마무리 반응시키는 공정; 및 얻어진 경질 탄화수소를 분별증류하는 공정을 거쳐 얻어지며, 40℃에서의 동점도가 5~40 ㎟/s이고, 점도 지수가 120 이상이며, 아닐린점이 100 이상이고, 유동점이 -12.5℃ 이하이며, 방향족 성분이 0.1 wt% 이하이고, 황 및 질소 성분이 0.01 wt% 이하이며, ASTM D 2887법에 의한 모사 증류시험(simulated distillation)에서 20% 유출온도가 350℃ 이상이고, 50% 유출온도가 400℃ 이상이며, 90% 유출온도가 450℃이상인 윤활기유 95~100 중량%를 포함하여 이루어지는 유압작동유 조성물.
제1항에 있어서, 마찰조정제, 청정분산제, 부식방지제, 소포제, 마모방지제, 산화방지제, 점도지수향상제 및 유동점강하제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 5 중량% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
삭제
제2항에 있어서, 상기 마찰조정제는 글리세롤모노올레이트인 것을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
제2항에 있어서, 상기 청정분산제는 칼슘 살리실레이트, 마그네슘 살리실레이트, 칼슘 페네이트 및 마그네슘 페네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
제2항에 있어서, 상기 부식방지제는 벤조트리아졸 또는 티오디아졸인 것을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
제2항에 있어서, 상기 소포제는 폴리메타아크릴레이트 타입의 소포제인 것을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
제2항에 있어서, 상기 마모방지제는 디알킬디티오인산아연인 것을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
제2항에 있어서, 상기 산화방지제는 2,6-디-t-부틸-4-알킬페놀 또는 디알킬디아민인 것을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
제2항에 있어서, 상기 점도지수향상제는 폴리메타아크릴레이트 형태인 것을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.
제2항에 있어서, 상기 유동점강하제는 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유압작동유 조성물.