KR101516951B1 - 윤활 그리스 조성물 - Google Patents

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다우 코닝 도레이 캄파니 리미티드
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Abstract

(A) 기유; (B) 우레아 화합물 5 내지 10 중량%; (C) 인산염 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 인 화합물 0.5 내지 20 중량% 및 (D) 지방산 금속염 0.5 내지 40 중량%를 포함하는 윤활 그리스 조성물. 상기 윤활 그리스 조성물은 이를 금속 부재와 플라스틱(특히, 유리섬유 보강 플라스틱) 부재로 이루어진 미끄럼 대우의 표면에 도포시, 마찰 계수를 감소시키고, 내구 수명을 상당히 연장시킬 수 있도록 한다.
오일, 우레아 화합물, 인산염, 인 화합물, 지방산 금속염, 윤활 그리스 조성물,

Description

윤활 그리스 조성물{Lubricating grease composition}
본 발명은 윤활 그리스 조성물 및 보다 특히는, 금속 부재와 플라스틱 부재로부터 제조된 미끄럼 대우(sliding pair)들 사이 및/또는 금속 부재들 사이에 도포시, 이들 미끄럼 대우들 간의 우수한 윤활 특성을 제공하는 윤활 그리스 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 금속 부재 및 유리섬유 보강 플라스틱 부재로부터 제조된 미끄럼 대우들 사이의 우수한 윤활 특성을 제공하는 윤활 그리스 조성물에 관한 것이다.
자동차 부재, 가전 제품, 사무실 자동화 장치, 오디오-비디오 장치 분야에서, 산업적 트렌드는 금속 부재, 예를 들면, 금속 기어 등과 같은 부재, 및 특히 미끄럼 부재를 상기 생활용품의 중량 감소면에서 또는 이의 비용 감소면에서 플라스틱 부재로 대체하는 것을 주시하는 것이다. 이러한 대체의 예로는 차량의 스티어링 기구(mechanism)에 포함된 와이퍼 모터 또는 전력 보조 스티어링과 관련된 감속 기어에 사용되는 플라스틱 기어와 금속 기어의 조합이 있다. 한편, 소형화의 경향으로 상기 기구의 하중 및 미끄럼 속도가 증가되고 있으며, 미끄럼 조건은 더 높은 전달 효율을 위해 더욱 가혹해지고 있다. 이러한 산업적 트렌드를 위해, 윤활 그리스 조성물에 요구되는 성능은 더 높아지고 있으며, 이렇게 필요한 성능을 만족시키기에 충분히 낮은 이의 마찰 특성 및 내구성을 성취하기가 더욱 어려워지고 있다. 따라서, 특정 미분된 폴리테트라플루오로에틸렌을 함유하는 그리스 조성물을 사용하는 것이 제안되고 있다. 제안된 조성물은 상호반응 부재 사이에 윤활 필름으로 형성되며, 부재의 마멸을 제한하고, 상기 가혹한 조건하에서도 미끄럼 부재의 내구 수명을 개선시킨다(참조: 특허 문헌 1).
유리섬유 보강 플라스틱(예: 유리섬유 보강 폴리아미드 또는 다른 유기 수지)은 우수한 인장 강도, 굴곡탄성률 및 다른 기계적 특성을 가지며, 이러한 미끄럼 플라스틱 부재의 하중 및 미끄럼 속도의 증가를 위해 상기 필요한 성능을 만족시킨다. 그러나, 보강 플라스틱 부재가 보강없는 플라스틱 부재에 비하여 기계적 강도가 우수할 지라도, 이들은 장기간 성능면에서 불충분하며, 심지어 통상적인 그리스 조성물의 사용은 시간이 경과함에 따라 이의 기계적 강도 특성의 열화로부터 이들 물질을 보호할 수 없다.
특허 문헌 2 및 특허 문헌 3은 극압 내마모성 첨가제로서 인산삼칼슘 및 탄산칼슘 뿐만 아니라, 증점제로서 폴리우레아 및 칼슘 비누를 함유하는 윤활 그리스 조성물을 기술하고 있다. 특허 문헌 4는 인산삼칼슘 및 광유 화합물을 함유하는 윤활 그리스 조성물을 기술하고 있으며, 특허 문헌 5는 증점제로서 인산삼칼슘 및 우레아 화합물을 함유하는 윤활 그리스 조성물을 기술하고 있다. 이러한 윤활 그리스 조성물이 금속 부재들 끼리의 대우에 사용시 우수한 성능을 보임에도 불구하고, 이들은 플라스틱 부재의 미끄럼 성능을 개선하기에는 불충분하다. 보다 특히, 이들은 유리섬유 보강 플라스틱으로부터 제조된 부재의 미끄럼 특성을 개선하기에 충분한 성능을 나타내지 못한다. 또한, 미끄럼 대우가 금속 부재와 상기 플라스틱 부재(특히, 유리섬유 보강 플라스틱)로 이루어지는 경우에, 금속 카운터부재의 미끄럼 표면을 현저히 손상시킨다. 상기 특허 문헌의 윤활 그리스 조성물은 상기 기술한 문제점들을 해결하기에 불충분하다.
[특허 문헌 1] 일본국 미심사 특허출원 공개공보 제2001-89778호
[특허 문헌 2] 공개공보 제S64-26698호
[특허 문헌 3] 공개공보 제H04-41714호
[특허 문헌 4] 공개공보 제H04-65119호
[특허 문헌 5] 공개공보 제H08-157859호(US4743671에 대응함)
본 발명의 목적은 상기한 가혹한 조건하에서 사용되더라도, 윤활부에 대한 마찰 계수를 감소시키고, 윤활부의 내구 수명을 연장시킬 수 있는 윤활 그리스 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 금속 부재와 플라스틱(특히, 유리섬유 보강 플라스틱) 부재로 이루어진 미끄럼 대우의 표면에 도포시, 윤활부에 대한 마찰 계수를 감소시키고, 윤활부의 내구 수명을 연장시킬 수 있는 윤활 그리스 조성물을 제공하는 것이다.
상기 문제점들을 해결하기 위해 연구한 결과, 본 발명자는 이러한 문제점들이 인산염, 메타인산염, 이인산염(피로포스페이트), 삼인산염(트리폴리포스페이트), 아인산염, 이아인산염 또는 차아인산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 인 화합물 및 지방산 금속염을 포함하는 윤활 그리스 조성물을 사용함으로써 해결될 수 있음을 밝혀냈다.
더욱이, 본 발명자는 상기 문제점들이 (A) 기유(base oil); (B) 우레아 화합물 5 내지 10 중량%; (C) 인산염, 메타인산염, 이인산염(피로포스페이트), 삼인산염(트리폴리포스페이트), 아인산염, 이아인산염 및 차아인산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 인 화합물 0.5 내지 20 중량% 및 (D) 지방산 금속염 0.5 내지 40 중량%를 포함하는 윤활 그리스 조성물을 사용함으로써 해결될 수 있음을 밝혀냈다.
본 발명은 특히 다음에 관한 것이다:
[1] 인산염, 메타인산염, 이인산염(피로포스페이트), 삼인산염(트리폴리포스페이트), 아인산염, 이아인산염 및 차아인산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 인 화합물 및 지방산 금속염을 포함하는, 윤활 그리스 조성물.
[2] (A) 기유(base oil); (B) 우레아 화합물 5 내지 10 중량%; (C) 인산염, 메타인산염, 이인산염(피로포스페이트), 삼인산염(트리폴리포스페이트), 아인산염, 이아인산염 및 차아인산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 인 화합물 0.5 내지 20 중량% 및 (D) 지방산 금속염 0.5 내지 40 중량%를 포함하는, 윤활 그리스 조성물.
[3] 상기 항목 [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 지방산 금속염이 탄소수가 8 내지 22인 하이드록시모노카복실 지방산 또는 모노카복실 지방산의 금속염 1종 이상이고, 상기 지방산 금속염은 리튬, 마그네슘, 나트륨 및 알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는, 윤활 그리스 조성물.
[4] 상기 항목 [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 인 화합물이 분말화된 피로인산아연 및/또는 인산삼칼슘인, 윤활 그리스 조성물.
[5] 상기 항목 [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 지방산 금속염이 스테아르산 또는 하이드록시스테아르산의 금속염 1종 이상이고, 상기 지방산 금속염은 리튬, 마그네슘, 나트륨 및 알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는, 윤활 그리스 조성물.
[6] 상기 항목 [1] 내지 [5]에 있어서, 플라스틱 부재를 포함하는 습동부(friction pair)를 윤활시키기 위한, 윤활 그리스 조성물의 용도.
[7] 상기 항목 [1] 내지 [5]에 있어서, 유리섬유 보강 플라스틱 부재를 포함하는 습동부를 윤활시키기 위한, 윤활 그리스 조성물의 용도.
[8] 상기 항목 [1] 내지 [5]에 있어서, 플라스틱 부재와 금속 부재를 포함하는 습동부를 윤활시키기 위한, 윤활 그리스 조성물의 용도.
[9] 상기 항목 [1] 내지 [8]에 있어서, 차량에서 습동부를 윤활시키기 위한, 윤활 그리스 조성물의 용도.
본 발명에 의해 제공되는 윤활 그리스 조성물은 이들이 가혹한 조건하에 사용될 지라도, 윤활부에 대한 마찰 계수를 감소시키고, 윤활부의 내구 수명을 연장시킬 수 있도록 한다. 더욱이, 본 발명의 윤활 그리스 조성물은 이것이 금속 부재와 플라스틱(특히, 유리섬유 보강 플라스틱) 부재로 이루어진 미끄럼 대우의 표면에 도포시, 윤활부에 대한 마찰 계수를 감소시키고, 윤활부의 내구 수명을 연장시키는 윤활 그리스 조성물을 제공할 수 있도록 한다.
본 발명을 수행하기 위한 최상의 형태
(A) 기유:
본 발명의 그리스 조성물에 사용되는 기유에 대한 특별한 제한은 없으며, 기유는 종류가 특별히 제한되지 않는다. 이의 예로는 파라핀계 광유, 디에스테르, 폴리올-에스테르 또는 유사한 에스테르계 합성 오일; 폴리-α-올레핀, 에틸렌과 α-올레핀의 코-올리고머, 폴리부텐 또는 유사한 합성 탄화수소 오일; 알킬렌 디페닐 에테르, 폴리알킬렌 에테르 또는 유사한 에테르계 합성 오일; 디에스테르 및 폴리올 에스테르 또는 유사한 에스테르계 오일 및 폴리디메틸실리콘, 폴리메틸페닐 실리콘 또는 유사한 실리콘 오일이 포함된다. 상기 오일중 가장 바람직한 것은, 플라스틱 부재에 대한 충격 전달을 감소시키고, 우수한 내열성을 가지며, 저온 밸런스를 생성하고, 응력 균열로부터 플라스틱 물질을 보호할 수 있는 합성 탄화수소 오일이다. 폴리알킬렌 에테르, 폴리올 에테르, 및 폴리메틸페닐 실리콘 또한 응력 균열로부터 플라스틱 물질을 보호하기에 적합하다. 이들 기유는 둘 이상의 혼합물로 사용될 수 있다. 1종 이상으로 이루어지는 기유의 동점도가 40℃에서 5 내지 500 ㎟/s의 범위인 것이 또한 바람직하다.
(B) 우레아 화합물:
본 발명의 윤활 그리스 조성물에 함유되는 우레아 화합물은 기유의 증점제로서 사용된다. 이 성분은 고온에서의 우수한 내산화열화성을 제공하고, 플라스틱으로부터 제조된 것을 포함한, 윤활부의 내구 수명을 연장하기 위해 권장된다. 상기 우레아 화합물의 특정 예로는 다음이 있다: 디-우레아 화합물, 트리-우레아 화합물 및 테트라-우레아 화합물, 폴리-우레아 화합물(상기 디-우레아 화합물, 트리-우레아 화합물, 테트라-우레아 화합물은 제외) 또는 유사한 우레아 화합물; 및 우레아-우레탄 화합물, 디우레탄 화합물 또는 다른 우레탄 화합물이나, 상기 화합물들의 혼합물. 디-우레아 화합물, 우레아-우레탄 화합물, 디우레탄 화합물 또는 상기 화합물들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
가장 바람직한 우레아 화합물은 하기 화학식 1의 디우레탄 화합물, 우레아-우레탄 화합물 및 디-우레아 화합물을 포함할 수 있다:
A-CONH-R-NHCO-B
상기 화학식 1에서, A 및 B는 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 화학식 -NHR1, -NR2R3 또는 -OR4의 그룹(여기서, R1, R2, R3 및 R4는 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 탄소수가 6 내지 20인 탄화수소 그룹을 나타낸다)을 나타낸다. R1, R2, R3 및 R4로 표시되는 탄화수소 그룹은, 예를 들면, 직쇄 또는 측쇄형 분자 구조를 갖고 탄소수가 6 내지 20인 알킬 그룹, 직쇄 또는 측쇄형 분자 구조를 갖는 알케닐 그룹, 사이클로알킬 그룹, 알킬사이클로알킬 그룹, 아릴 그룹, 알킬아릴 그룹, 아릴알킬 그룹 등을 나타낼 수 있다. 탄소수가 6 내지 20인 직쇄 또는 측쇄형의 알킬 그룹, 사이클로알킬 그룹 또는 알킬아릴 그룹이 바람직하며, 옥타데실 그룹, 사이클로헥세닐 그룹 또는 톨루일 그룹이 가장 바람직하다.
상기 화학식 1에서, R은 2가 탄화수소 그룹을 나타낸다. 이러한 2가 탄화수소 그룹은 직쇄 또는 측쇄형의 알킬렌 그룹, 직쇄 또는 측쇄형의 알케닐렌 그룹, 사이클로알킬렌 그룹, 아릴렌 그룹, 알킬아릴렌 그룹 및 아릴알킬렌 그룹 등을 예로 들 수 있다. R로 표시되는 2가 탄화수소 그룹은 6 내지 20개의 탄소 원자, 바람직하게는 6 내지 15개의 탄소 원자를 함유하도록 권장된다. R로 표시되는 2가 탄화수소 그룹의 특정 예는 다음과 같다: 에틸렌 그룹, 2,2-디메틸-4-메틸헥실렌 그룹 또는 하기 화학식 2 내지 11로 표시되는 그룹, 이들 중 화학식 3 및 화학식 5로 표시되는 2가 탄화수소 그룹이 가장 바람직하다.
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화학식 1의 우레아 화합물은 100 내지 200℃의 온도에서 기유 속에서 화학식 OCN-R-NCO의 디이소시아네이트와 화학식 R1NH2, R2R3NH 및 R4OH의 화합물 또는 이들의 혼합물을 반응시켜 수득할 수 있다. 여기서, R1, R2, R3 및 R4는 상기 정의한 바와 같은 그룹을 나타낸다.
본 발명의 윤활 그리스 조성물에 함유되는 우레아 화합물의 양은 임의적일 수 있다. 또한, 우레아 화합물을 윤활 그리스 조성물의 전체 양의 0 내지 20 중량%의 양으로 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 특히 윤활 플라스틱 부재(특히, 유리섬유 보강 플라스틱으로부터 제조된 부재)의 내구 수명을 연장하기 위하여, 5 내지 10 중량%의 양으로 우레아 화합물을 함유하는 것이 권장된다. 우레아 화합물이 권장된 상한을 초과하는 양으로 사용된다면, 윤활 그리스 조성물은 너무 경질이 되어, 충분한 윤활 성능을 제공할 수 없게 된다.
본 발명의 윤활 그리스 조성물은 인산염, 메타인산염, 이인산염(피로포스페이트), 삼인산염(트리폴리포스페이트), 아인산염, 이아인산염 또는 차아인산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 인 화합물(C) 및 탄소수가 8 내지 24인 지방산 금속염(D)을 함유함을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 의해 제공되는 윤활 그리스 조성물은 플라스틱(특히, 유리섬유 보강 플라스틱)으로부터 제조된 윤활부에 대한 마찰 계수를 감소시키고, 윤활부의 내구 수명을 연장시킬 수 있다.
상기 성분 (C)는 윤활 그리스 조성물의 전체 양에 대해 0.5 내지 20 중량%의 양으로 포함되며, 성분 (D)는 0.5 내지 40 중량%의 양으로 포함될 것이 권장된다. 보다 바람직하게는, 성분 (C)는 1 내지 15 중량%의 양으로 포함되며, 성분 (D)는 1 내지 30 중량%의 양으로 포함된다. 상기 성분 (C) 및 (D)를 함유하는 이러한 윤활 그리스 조성물은 이들이 가혹한 조건하에서 사용되더라도, 윤활부에 대한 마찰 계수를 감소시키고, 윤활부의 내구 수명을 연장시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명의 윤활 그리스 조성물은 금속 부재와 플라스틱(특히, 유리섬유 보강 플라스틱) 부재로 이루어진 미끄럼 대우의 표면에 도포시, 윤활부에 대한 마찰 계수를 감소시키고, 윤활부의 내구 수명을 연장시키는 윤활 그리스 조성물을 제공할 수 있다. 성분 (C) 및 (D)의 보다 상세한 설명은 하기에 제공된다.
성분 (C)는 인산염, 메타인산염, 이인산염(피로포스페이트), 삼인산염(트리 폴리포스페이트), 아인산염, 이아인산염 및 차아인산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 인 화합물이다. 이러한 성분 (C)와 성분 (D)를 윤활 그리스 조성물에 첨가하면 윤활 그리스 조성물에 고체 윤활제 기능이 부여됨으로써, 윤활부에 대한 마찰 계수 감소 효과를 장기화시키고, 이의 내구 수명을 연장하게 된다.
인산염의 특정 예는 PO4 3-로 표시되는 카운터 음이온을 갖는 금속염이다. 바람직한 염은 하기 식으로 표시된다: Na3PO4, Ca3(PO4)2, AlPO4, Zn3(PO4)2, FePO4, Fe3(PO4)2, Sn3(PO4)2, Pb3(PO4)2 등. 인산염은 본 발명에서 상기 예시된 종류로 특별히 제한되지 않는다. 메타인산염의 특정 예는 PO3-, P3O9 3-, P4O12 4-로 표시되는 카운터 음이온을 갖는 금속염 또는 유사한 금속염이다. (NaPO3)n, K3P3O9, K2Na2(P4O12) 등이 가장 바람직하다. 그러나, 메타인산염은 본 발명에서 상기 예시된 종류로 특별히 제한되지 않는다. 이인산염(피로포스페이트)의 특정 예는 P2O7 4-로 표시되는 카운터 음이온을 갖는 금속염이다. 가장 바람직한 것은 다음의 피로포스페이트이다: Ca2P2O7, Pb2P2O7, Fe4(P2O7)3, Zn2P2O7, Sn2P2O7 등. 그러나, 이인산염은 본 발명에서 상기 예시된 종류로 특별히 제한되지 않는다. 삼인산염(트리폴리포스페이트)의 특정 예는 P3O10 5-로 표시되는 카운터 음이온을 갖는 금속염이다. 가장 바람직한 것은 다음의 트리폴리포스페이트이다: Zn5(P3O10), Na5P3O10 등. 그러나, 삼인산염은 본 발명에서 상기 예시된 종류로 특별히 제한되지 않는다. 아인산염은 PHO2-로 표시되는 카운터 음이온을 갖는 금속염을 예로 들 수 있다. 가장 바람직한 것은 다음 화학식의 아인산염이다: ZnHPO3, PbHPO3 등. 그러나, 아인산염은 본 발명에서 상기 예시된 종류로 특별히 제한되지 않는다. 이아인산염(피로포스파이트)은 P2H5O5 2-로 표시되는 카운터 음이온을 갖는 금속염을 예로 들 수 있다. 가장 바람직한 것은 Na2P2H2O5이다. 그러나, 가능한 피로포스파이트는 이 화합물로 제한되지 않는다. 차아인산염은 PH2O2 -로 표시되는 카운터 음이온을 갖는 금속염을 예로 들 수 있다. 가장 바람직한 것은 NaPH2O2 등이다. 그러나, 가능한 차아인산염은 이 화합물로 제한되지 않는다. 윤활 그리스 조성물에 보다 균일한 분산성을 제공하고, 윤활부에 대한 마찰 계수를 감소시키는 유효 기간을 장기화하기 위하여, 성분 (C)는 분말 형태, 특히 미분된 형태로 사용되도록 권장된다. 인 화합물은 미분된 형태로 성분 (C)로서 사용하기에 보다 바람직하고, 가장 바람직한 것은 다음으로 예시된다: 화학식 Zn2P2O7의 피로인산아연, 화학식 Ca3(PO4)2의 인산삼칼슘 및 화학식 AlPO4의 인산알루미늄. 이들 화합물은 개별적으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.
성분 (C)는 윤활 그리스 조성물에 0.5 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량% 및 가장 바람직하게는 2 내지 10 중량%의 양으로 포함되도록 권장된다. 성분 (C)가 제시된 하한 미만인 양으로 사용된다면, 성분 (D)와 배합하는 경우에도, 충분한 윤활 성능을 제공할 수 없다. 제시된 상한을 초과하는 양으로 성분 (C)를 첨가하면 효과를 개선할 수 없고, 오히려 수득된 그리스를 더 경질로 만들어, 본 발명에 사용하기에 덜 효율적으로 되게 한다.
성분 (D)는 지방산의 금속염이다. 이 성분은 기유에 대해 증점제의 기능을 갖는다. 본 발명에서, 이 성분과 성분 (C)의 혼합은 장기간 동안 윤활부에 대한 마찰 계수를 감소시키고, 이의 내구 수명을 상당히 연장할 수 있다. 특히, 그리스 조성물에서 성분 (C) 및 (D)의 혼합은 금속 부재와 플라스틱(특히, 유리섬유 보강 플라스틱) 부재로 이루어진 윤활부의 내구 수명을 연장하고, 마찰에 의해 가열되기 용이하다. 더욱이, 성분 (D)는 기유의 증점제이다. 그러나, 그리스 조성물의 적점(dropping point)의 감소를 방지하기 위하여, 기유의 증점제로서 성분 (B)를 함께 사용할 것을 권장한다.
지방산의 금속염의 특정 예는 금속 비누의 제조시 사용되는, 동물성 오일 또는 식물성 오일(예: 종자 오일)로부터 유도되는 지방산의 금속염 뿐만 아니라, 모노카복실 지방산 또는 하이드록시모노카복실 지방산의 금속염이다. 모노카복실 지방산 또는 하이드록시모노카복실 지방산의 금속염, 특히 탄소수가 8 내지 22인 상기 지방산의 금속염이 바람직하다. 다음은 상기 모노카복실 지방산의 금속염의 특정 예이다: 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 베헨산, 미리스톨레산, 팔미톨레산, 올레산 또는 리놀레산의 금속염. 다음은 하이드록시모노카복실산의 금속염의 특정 예이다: 12-하이드록시스테아르산, 14-하이드록시스테아르산, 16-하이드록시스테아르산, 6-하이드록시스테아르산 또는 9,10-하이드록시스테아르산의 금속염. 상기 지방산의 금속염은 리튬, 아연, 마그네슘, 나트륨 또는 알루미늄의 지방산 염으로부터 선택된 1종 이상의 금속염을 포함할 수 있다. 금속 부재와 플라스틱(특히, 유리섬유 보강 플라스틱) 부재로부터 제조된 윤활부의 내구 수명에 있어서의 보다 효율적인 개선면에서, 직쇄 모노카복실 지방산 또는 직쇄 하이드록시모노카복실 지방산의 금속염, 특히 리튬염을 사용하도록 권장된다. 가장 바람직한 금속염은 리튬 스테아레이트 및 리튬 12-하이드록시스테아레이트이다.
상기 성분 (D)는 본 발명의 그리스 조성물의 전체 양에 대해 0.5 내지 40 중량%, 바람직하게는 1 내지 30 중량%의 양으로 포함하도록 권장된다. 성분 (D)가 제시된 하한 미만인 양으로 사용된다면, 본 발명의 효과는 이 성분이 성분 (C)와의 혼합물로 사용되더라도, 미미할 수 있다. 권장된 상한을 초과하는 양으로 성분 (D)를 사용하면 원하는 효과를 제공할 수 없고, 오히려 윤활 그리스 조성물의 점도를 증가시킬 수 있으며, 윤활부의 표면에 이러한 윤활제를 스프레딩(spreading)시키기가 어려워진다.
경우에 따라, 본 발명의 윤활 그리스 조성물은 통상 사용되는 첨가제와 혼합할 수 있다. 이러한 첨가제는, 예를 들면, 산화방지제, 극압제, 방청제, 부식방지제, 금속불활성제, 염료, 색상안정제, 증점제 및 구조안정제 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 윤활 그리스 조성물은 상기 성분 (A) 내지 (D)를 혼합하여 제조할 수 있다. 경우에 따라, 윤활 그리스 조성물은 베이스 그리스에 인산 금속염, 지방산 금속염 또는 다른 첨가제를 가하고, 교반한 다음, 모든 성분들을 혼합하여 제조할 수 있다. 경우에 따라, 윤활 그리스 조성물은 혼합물을 로울 밀 등을 통해 통과시켜 가공할 수 있다. 베이스 그리스가 지방산의 금속염을 함유한다면, 조성물은 단지 베이스 그리스와 인산의 금속염을 혼합한 다음, 로울 밀 등을 통해 통과시켜 제조할 수 있다. 이 조성물의 가장 바람직한 제조 방법은 기유(A)에 대한 증점제로서 우레아 화합물(B)을 함유하는 베이스 그리스를 인산의 금속염, 지방족 산의 금속염 및 다른 첨가제와 혼합한 다음, 로울 밀로 처리하여 가공하는 것이다. 또한, 본 발명의 윤활 그리스 조성물의 제조에 적합한 다른 방법이 있다. 상기 제조 방법은 윤활 그리스 조성물의 기유(A)와 우레아 화합물(B)의 원료를 예비 혼합하는 단계로 이루어진다. 상기 예비 혼합물을 용융 및 교반시켜, 우레아 화합물(B)을 기유에 분산된 형태로 제조한 다음, 인산 금속염, 지방산 금속염 및 다른 첨가제를 기유에 가하고, 모든 성분들을 교반하여, 수득된 혼합물을 로울 밀을 통해 통과시켜 가공한다.
본 발명의 윤활 그리스 조성물은 금속, 플라스틱, 세라믹 또는 다른 물질로부터 제조된 부재의 표면에 윤활막을 형성한다. 이들 윤활막은 플라스틱 부재, 특히 유리섬유 보강 플라스틱으로부터 제조된 부재의 내구 수명을 상당히 개선한다. 더욱이, 본 발명의 윤활 그리스 조성물을 금속 부재와 플라스틱 부재를 포함하는 습동부에 도포하는 경우에, 특히 미끄럼 대우가 금속 부재 및 유리섬유 보강 플라스틱 부재로 이루어진다면, 각 부재의 내구 수명을 연장시킬 수 있는 장기간 지속되는 윤활막을 형성한다. EP(즉, 극압; extreme-pressure) 첨가제(예: 이들은 특허 문헌 3 내지 5에 제시되어 있다)를 함유하는 통상의 윤활 그리스 조성물은 마찰열의 효과하에 강한 윤활막을 생성함으로써, 미끄럼 운동에 참여하는 금속 부재들 끼리의 대우의 마모 및 손상을 억제할 수 있다.
그러나, EP 첨가제를 함유하는 이들 윤활 그리스는 이들 그리스가 플라스틱 부재(특히, 열복사 특성이 우수한 유리섬유 보강 플라스틱 부재)와 금속 부재를 포함하는 습동부에 도포되는 경우, 충분한 윤활 특성을 제공하지 못하는데, 이는 이의 표면 온도가 마찰열에 의해 습동부에 윤활막을 형성하기에 충분하게 상승하지 않기 때문이다. 통상의 윤활 그리스와 달리, 본 발명의 윤활 그리스는 심지어 금속-플라스틱 습동부의 표면, 특히 방열성(heat-radiating property)이 우수한 유리섬유 보강 플라스틱 부재와 금속 부재를 포함하는 습동부의 표면에 대해서 조차도 효과적인 윤활막을 형성할 수 있다. 이러한 윤활 그리스는 금속 부재의 마모마멸 및 손상을 제한하고, 이의 내구 수명을 연장시킬 수 있도록 한다.
본 발명의 그리스 조성물로 윤활시키기에 적합한 플라스틱 물질은 모든 범용 플라스틱 및 엔지니어링 플라스틱, 특히 유리 섬유로 보강시킬 수 있는 것들이다. 이러한 플라스틱의 예는 다음과 같다: 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), ABS 수지(ABS), 페놀 수지(PF), 에폭시 수지(EP), 폴리아세탈(POM), 나일론(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리이미드(PI), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 등.
상기 윤활 그리스 조성물은 우수한 마찰 감소 효과를 특징으로 하며, 이는 장기간 동안 높은 수준으로 유지된다. 따라서, 본 발명의 그리스는 등속 기어 및 변속 기어 윤활용 그리스로서, 볼 베어링, 로울러 베어링 등의 윤활용 그리스로서, 및 차량, 철도, 자동차 등의 베어링 윤활용 그리스로서 사용되기에 특히 적합하다. 특히, 본 발명의 윤활 그리스는 유리섬유 보강 플라스틱 부재 및 금속 부재를 포함하는 금속 웜 기어(worm gear) 및 바퀴 기어로 이루어지는 습동부를 포함하는 전기-구동 파워-보조 스티어링(EPS) 기구, 와이퍼 모터(wiper motor), 윈도우 레귤레이터(window regulator) 또는 유사한 기구의 부재를 윤활시키기 위하여 차량에 사용하기에 적합하다.
본 발명을 실시예 및 비교 실시예를 참조하여 추가로 기술한다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예로 제한되지 않음을 알아야 한다.
[윤활 그리스 조성물(금속 부재와 플라스틱 부재로 이루어진 미끄럼 대우를 윤활시키기 위해 사용되는)의 평가 방법: 스즈키-형 시험 장치에 의한 평가(1)]
시험편은 스틸 S45C(이후에는, S45C 시험편으로 언급함) 및 30% 유리-보강된 나일론(이후에는, PA46GF30 시험편으로 언급함)으로부터 내경이 20 ㎜이고, 외경은 25.6 ㎜이며, 높이는 15 ㎜인 중공 원통형 바디(도 1)의 형태로 제조한다.
약 0.1 g의 윤활 그리스 조성물로 피복된 PA46GF30 시험편 및 S45C 시험편으로 이루어진 대우(pair)를 20 ㎫의 하중 및 100 ㎜/s의 미끄럼 속도로 120분 동안 시험한다. 내구 수명 시험은, S45C 시험편의 미끄럼 표면으로부터 약 1 ㎜의 깊이에서 온도가 160℃에 도달할 때까지 또는, 급격히 상승한 마찰력에 의해 유발되는 소부(燒付: seizure)가 미끄럼 표면에서 관찰될 때 까지 수행한다. 시험 시간이 120분을 초과하는 순간에 최고 온도를 기록한다. 시험 동안, 마찰 계수는 시험편의 가장 안정한 부분에서 기록한다.
[윤활 그리스 조성물의 평가(금속 부재들 끼리의 대우의 경우): 스즈키-형 시험 장치에 의한 평가(2)]
약 0.1 g의 윤활 그리스 조성물로 피복된 S45C 시험편으로 이루어진 대우를 20 ㎫의 하중 및 100 ㎜/s의 미끄럼 속도로 120분 동안 시험한다. 내구 수명(분)은 시험 장치가 기기의 토크 제어 기능에 의해 정지되는 순간에 기록한다. 최고 온도(℃)는 S45C 시험편의 미끄럼 표면으로부터 약 1 ㎜의 깊이에서 측정한다. 또한, 시간 X(분)은 시험의 개시시로부터 시험편에서 소부가 발생할 때 까지 경과된 시간으로서 평가한다[이후에는, "X분 후, 소부"로 언급함]. 소부가 시험 개시 순간에 바로 일어나면, 최고 온도(℃)는 "측정 불가"로 표시한다.
[실시예 1 내지 6, 비교 실시예 1, 비교 실시예 2]
표 1에 제시된 기유 및 지방산 금속염(증점제)으로 구성된 베이스 그리스를 표 1에 제시된 다양한 첨가제와 혼합한 다음, 성분들을 교반하고, 3-로울 밀을 통해 통과시켜 일본어 표기 "티오-도 2번(tyo-do No. 2)"[= 조도(consistency) 2번] 등급 윤활 그리스 조성물(단 어떠한 첨가제도 함유하지 않는, 베이스 그리스 자체로 이루어진 비교 실시예 1의 윤활 그리스 조성물은 제외)을 제조한다. 시험은 S45C 시험편 및 PA46GF30 시험편을 사용하여 상기 기술한 방법에 의해 수행한다. 수득된 윤활 그리스 조성물을 사용함에 의해 미끄럼 부재 상에서 나타나는 마찰 계수, 내구 수명(분) 및 최고 온도(℃)를 평가한다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
[실시예 7 내지 14, 비교 실시예 3 내지 5]
폴리-α-올레핀(40℃에서의 점도: 47 ㎟/s)을 공통적인 기유로서 사용한다. 기유 1/2 중량 및 아민 혼합물(사이클로헥실아민 및 스테아릴아민을 8:2 몰 비로 혼합함)을 반응기로 가하여 혼합물 (1)을 형성한 다음, 70 내지 80℃의 온도로 가열한다. 한편, 기유 나머지 1/2 중량 및 디페닐메탄 디이소시아네이트로부터 다른 혼합물 (2)를 제조한다. 이 혼합물 (2)를 다른 반응기로 가하고, 70 내지 80℃의 온도로 가열한 다음, 교반한다. 이 혼합물의 온도는 반응의 발열 효과하에 상승되며, 이렇게 가열된 혼합물을 이 조건하에서 30분 동안 교반한 다음, 온도를 다시 170 내지 180℃에 도달하게 하고, 성분들을 이 온도에서 30분 동안 유지시킨다. 그 결과, 폴리-α-올레핀 속에서 디우레아 화합물이 합성된다. 반응 혼합물을 냉각시키고, 표 2에 제시된 다양한 첨가제와 혼합하여 교반한 다음, 3-로울 밀을 통해 통과시킨다. 그 결과, 일본어 표기 "티오-도 2번"(= 조도 2번) 등급 윤활 그리스 조성물(단 어떠한 첨가제도 함유하지 않는, 베이스 그리스 자체로 이루어진 비교 실시예 3의 윤활 그리스 조성물은 제외)이 제조된다. 시험은 S45C 시험편 및 PA46GF30 시험편을 사용하여 상기 기술한 방법에 의해 수행한다. 수득된 윤활 그리스 조성물을 사용함에 의해 미끄럼 부재 상에서 나타나는 마찰 계수, 내구 수명(분) 및 최고 온도(℃)를 평가한다. 결과는 표 2에 제시되어 있다.
[실시예 15 및 16]
표 3에 제시된 다양한 첨가제를 표 3에 제시된 기유 및 지방산 금속염(증점제)으로 구성된 베이스 그리스에 가하고, 교반하여, 3-로울 밀을 통해 통과시킴으로써 상기 [실시예 1 내지 6 및 비교 실시예 1과 2]에서와 동일한 방법으로 일본어 표기 "티오-도 2번"(= 조도 2번) 등급 윤활 그리스 조성물을 제조한다. 수득된 윤활 그리스를 S45C 시험편(즉, 금속 부재들 끼리의 미끄럼 대우)의 표면에 도포한 다음, 윤활 그리스 조성물의 내구 수명(분) 및 최고 온도(℃)를 평가한다. 결과는 표 3에 제시되어 있다.
[실시예 17 및 비교 실시예 6과 7]
실시예 7 내지 14 및 비교 실시예 3 내지 5와 유사하게, 폴리-α-올레핀 속에서 디우레아 화합물을 합성한다. 반응 혼합물을 냉각시킨 후에, 표 3에 제시된 다양한 첨가제와 혼합하고, 생성된 혼합물을 교반하여, 3-로울 밀을 통해 통과시킨 다음, 일본어 표기 "티오-도 2번"(= 조도 2번) 등급 윤활 그리스 조성물(단 어떠한 첨가제도 함유하지 않는, 베이스 그리스 자체로 이루어진 비교 실시예 6의 윤활 그리스 조성물은 제외)을 제조한다. 시험은 미끄럼 대우로서 S45C 시험편들을 사용하여 상기한 방법에 의해 수행한다. 윤활 그리스 조성물의 내구 수명(분) 및 최고 온도(℃)를 평가한다. 결과는 표 3에 제시되어 있다.
Figure 112008083229411-pct00011
Figure 112008083229411-pct00012
Figure 112008083229411-pct00013
* 시험 장치의 토크 제어 기능에 의해 시험 장치가 정지될 때 까지의 시간임.
표 1 내지 3에 사용된 약어는 다음의 의미를 갖는다:
PAO: 폴리-α-올레핀(40℃에서의 점도: 68 ㎟/s)
PAOU: 폴리-α-올레핀(우레아계 증점제 함유)(40℃에서의 점도: 47 ㎟/s)
PAE: 폴리알킬렌 에테르(40℃에서의 점도: 105 ㎟/s)
POE: 폴리올 에스테르(40℃에서의 점도: 52 ㎟/s)
PMPS: 폴리메틸페닐 실리콘(40℃에서의 점도: 70 ㎟/s)
St_Li: 리튬 스테아레이트
12OH_Li: 리튬 12-하이드록시스테아레이트
PP_Zn: 피로인산아연
P_Ca: 인산삼칼슘
St_Ca: 칼슘 스테아레이트
St_Zn: 아연 스테아레이트
St_Mg: 마그네슘 스테아레이트
St_Na: 나트륨 스테아레이트
St_Al: 알루미늄 스테아레이트
PTFE: 분말화된 폴리테트라플루오로에틸렌 수지
[표 1에 포함된 데이터의 평가 결과]
실시예 1 내지 6과 관련된 윤활 그리스 조성물이 S45C 시험편(금속 부재) 및 PA46GF30 시험편(유리섬유 보강 플라스틱 부재)으로 이루어진 습동부의 미끄럼 표면을 윤활시키기 위하여 사용되는 모든 경우에, 마찰 계수는 감소되며, 0.03을 초과하지 않는다. 실시예 1 내지 3 및 6에서, 내구 수명은 120분보다 더 길다. 한편, 리튬 스테아레이트를 포함하지 않는 비교 실시예 1의 그리스가 윤활제로서 사용되는 경우에, 마찰 계수의 감소는 관찰되지 않으며, 내구 수명은 2분으로 제한된다. 폴리테트라플루오로에틸렌 수지(PTFE)를 5% 양으로 함유하는 비교 실시예 2의 그리스는, 고체 윤활제로서 공지된 분말화된 PTFE가 마찰 계수의 감소를 위해 사용되었지만, 마찰 계수도, 내구 수명도 개선되지 않았다.
[표 2에 포함된 데이터의 평가 결과]
실시예 7 내지14의 윤활 그리스 조성물은 증점제로서 우레아 화합물을 함유한다. 이들 그리스 조성물이 S45C 시험편(금속 부재) 및 PA46GF30 시험편(유리섬유 보강 플라스틱 부재)으로 이루어진 습동부의 미끄럼 표면을 윤활시키기 위하여 사용되는 경우에, 마찰 계수는 0.03 미만으로 감소되고, 내구 수명은 실시예 8 내지 14에서 120분보다 더 길어진다. 한편, 인 화합물도, 지방산 금속염도 함유하지 않는 비교 실시예 3의 그리스 조성물의 경우에, 마찰 계수는 높고, 내구 수명은 2분보다 더 길지않다. 또한, 비교 실시예 4 및 5의 경우에, 윤활 그리스 조성물은 단지 인 화합물 또는 단지 지방산 금속염만을 함유한다. 이들 첨가제를 개별적으로 첨가하더라도, 마찰 계수의 감소도, 내구 수명의 증가도 관찰되지 않는다.
[표 3에 포함된 데이터의 평가 결과]
실시예 15 내지 17과 관련된 윤활 그리스 조성물이 S45C 시험편(금속 부재들 끼리의 대우)에 대한 윤활제로서 사용되는 모든 경우에, 이의 내구 수명은 30분을 초과한다. 상기 실시예들에서, 시험이 시험 장치에 의해 중단되더라도, S45C 시험편들에 대해 어떠한 소부도 관찰되지 않는다. 한편, 첨가제를 함유하지 않는 우레아-증점된 그리스의 경우(비교 실시예 6)에, 시험 개시 직후에 소부가 일어나고, 시험을 계속할 수 없었다. 우레아-증점된 그리스에 5 중량%의 피로인산아연만을 단독으로 첨가한 비교 실시예 7의 경우도, 소부가 시험을 개시한 지 4분 후에 일어나기 때문에, 원하는 결과를 얻을 때까지 시험을 완결지을 수 없었다.
[도면의 간단한 설명]
도 1a 및 도 1b는 스즈키-형(Suzuki-type) 시험 장치에서 그리스 조성물의 평가를 위해 사용되는 시험편의 각각의 상면도 및 측면도이다.

Claims (11)

  1. (A) 기유(base oil),
    (B) 우레아 화합물 5 내지 10 중량%,
    (C) 피로인산아연 0.5 내지 20 중량% 및
    (D) 탄소수가 8 내지 22인 하이드록시모노카복실 지방산 또는 모노카복실 지방산의 금속염인, 지방산 금속염 0.5 내지 40 중량%
    를 포함하는 윤활 그리스 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지방산 금속염이 리튬, 마그네슘, 나트륨 및 알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는, 윤활 그리스 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피로인산아연이 분말화된 것인, 윤활 그리스 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지방산 금속염이 스테아르산 또는 하이드록시스테아르산의 금속염 1종 이상이고, 상기 지방산 금속염이 리튬, 마그네슘, 나트륨 및 알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는, 윤활 그리스 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 플라스틱 부재를 포함하는 습동부(friction pair)를 윤활시키기 위해 사용되는, 윤활 그리스 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 유리섬유 보강 플라스틱 부재를 포함하는 습동부를 윤활시키기 위해 사용되는, 윤활 그리스 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 플라스틱 부재와 금속 부재를 포함하는 습동부를 윤활시키기 위해 사용되는, 윤활 그리스 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 차량에서 습동부를 윤활시키기 위해 사용되는, 윤활 그리스 조성물.
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  10. 삭제
  11. 삭제
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