KR101766000B1 - 연비 향상용 무회 타입 엔진오일 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연비 향상용 무회 타입 엔진오일 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황산회분이 0.8 중량% 이하로 유지되어 있음으로써 배기가스 후처리장치로 장착된 필터를 보호하고, 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염을 마찰조정제로서 동시에 포함하고 있어 배기가스로부터 환경을 보호하고, 자동차의 연비를 향상시키는 장점을 가지고 있는 무회 타입 엔진오일 조성물에 관한 것이다.

Description

연비 향상용 무회 타입 엔진오일 조성물{Ashless Type Engine Oil Compositions for Fuel Efficiency}
본 발명은 연비 향상용 무회 타입 엔진오일 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황산회분이 0.8 중량% 이하로 유지되어 있음으로써 배기가스 후처리장치로 장착된 필터를 보호하고, 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염을 마찰조정제로서 동시에 포함하고 있어 배기가스로부터 환경을 보호하고, 자동차의 연비를 향상시키는 장점을 가지고 있는 무회 타입 엔진오일 조성물에 관한 것이다.
내연기관을 사용하는 자동차는 환경오염 및 지구온난화의 주요 원인으로 지목되고 있어, 환경오염을 줄이고 이산화탄소와 같은 온실가스 배출량을 줄이기 위해 배기가스 처리, 연비향상 기술개발에 주목하고 있다.
환경오염 방지를 위한 자동차 배기가스 규제는 일산화탄소, 질소산화물 및 입자상 물질(particle matter)의 배출도 제한하고 있으며, 이를 만족하기 위해 배기가스 처리용 촉매 및 필터를 장착하여야 한다. 또한, 지구온난화 방지를 위한 이산화탄소 배출량 감소를 위해 엔진의 마찰을 감소할 수 있는 윤활유의 사용은 필수적이다. 그러나, 마찰을 감소 할 수 있는 윤활유의 제조에는 많은 회분(ash)성분이 주요한 첨가제로 사용되고 이러한 회분계 첨가제는 엔진 연소시 연소실에 혼입되어 배기가스 처리용 필터를 막히게 하는 악영향을 끼친다. 이러한 회분성분을 줄인 무회계 엔진오일은 개발되어 있으나, 엔진의 마찰을 감소하여 연비를 향상 할 수 있는 무회계 엔진오일 기술 개발이 필요하다.
엔진오일은 자동차 내연 기관에 사용되는 윤활유이며, 이러한 윤활유는 기유(Base) 및 첨가제 등으로 구성된다.
윤활유에 포함되는 기유(Base Oil)는 미국 석유 협회(API, American Petroleum Institute)에서 지정한 미네랄 베이스 오일(Mineral base oil)의 기준에 따라 분류하면 그룹 I부터 그룹 Ⅴ로 나뉜다. 그룹 I, Ⅱ 및 Ⅲ은 광유계 기유로서 포화도, 점도지수 및 황(Sulfer)의 함량에 따라 나뉘고, 그룹 Ⅳ는 합성계 기유로서 폴리 알파 올레핀(PAO)이 이에 해당된다. 그리고 그룹 Ⅴ는 그룹 I 내지 그룹 Ⅳ에 포함되지 않는 기유를 말하는 것으로 에스터(Ester)가 포함된다.
엔진오일은 오일탱크, 오일스트레이너, 오일펌프, 오일필터, 오일쿨러, 금속 마찰면, 오일탱크를 거쳐 순환하며, 엔진의 작동에 따른 각종 기구들의 마찰 및 마모를 줄여주는 역할을 하여 엔진이 원활히 작동할 수 있게 한다. 구체적으로, 엔진에는 실린더와 피스톤의 작동과 같이 직선 운동하는 부분이 있으며, 크랭크샤프트(Crankshaft)와 캠샤프트(Camshaft)처럼 회전 운동하는 부분도 있다. 상기와 같은 운동마찰이 발생하는 부분의 금속이 서로 접촉하게 되면, 운동마찰에 의해 마찰열이 발생하게 되고, 상기 운동마찰이 일어난 마찰면은 그 표면이 거칠어지게 되며, 거칠어진 마찰면은 마찰에 의해 쉽게 마모되거나 마찰열에 의해 서로 접착되는 등의 문제를 일으킬 수 있다.
상기와 같은 문제를 방지하기 위하여 금속의 마찰면에 엔진오일을 주입하면, 금속 표면에 엔진오일이 덮여 유막(Oil Film)이 형성된다. 상기 유막에 의해 금속 간의 고체마찰이 윤활유 간의 유체마찰로 바뀌게 되고, 금속 간의 기계적인 마찰 및 마모가 감소된다. 뿐만 아니라 엔진오일에 의해 엔진에서 발생하는 열을 다른 곳으로 이동시키므로 엔진의 냉각작용을 도와준다. 그 외에도 엔진오일은 실린더의 고압가스 누출을 방지하는 밀봉작용, 불순물을 엔진오일의 유동과정에서 흡수하여 깨끗이 하는 세척작용, 압력을 분산시키는 응력분산작용 그리고 수분이나 부식성 가스의 침투를 방지하는 방청작용 등의 기능을 하여 엔진의 내구성을 보호하는 역할도 한다.
엔진오일에 사용되는 첨가제로서 분산제는 불순물의 응집을 막아 오일의 점도가 과도하게 상승하는 것을 막아주는 역할을 한다. 이러한 분산제로는 금속염 형태의 분산제가 많이 사용되고 있는데, 금속염 분산제는 엔진오일 연소시에 재(ash)를 발생하는 문제가 있다.
엔진오일에 사용되는 첨가제로서 청정제(detergent)는 엔진 피스톤 등에 퇴적물(deposit)이 형성되는 것을 막아 엔진을 보호하는 역할을 한다. 이러한 청정제로는 대부분 금속비누 형태의 것이 많이 사용되고 있으며, 기본적으로 유기산과 금속염으로 이루어진다. 그러나 금속비누 형태의 청정제는 엔진오일 연소시에 재(ash)를 발생하는 문제가 있다.
자동차 엔진의 고출력 및 소형화 추세에 맞추어 엔진오일도 상기의 기능을 강화하기 위해 더 많은 첨가제를 사용하게 되고 있으나, 특히 배기가스 필터를 보호하기 위해서는 첨가제 사용을 줄이거나, 무회 타입(ashless type)의 첨가제를 사용해야 한다.
배기가스 필터를 보호할 수 있는 무회 타입의 엔진오일은 황(sulphur) 함량이 0.3 중량% 이하이고, 인(phosphorus) 함량이 0.09 중량% 이하이고, 황산회분(sulfated ash)의 함량이 0.8 중량% 이하인 것으로 알려져 있다. 상기와 같은 무회타입의 엔진오일은 높은 점도와 마찰로 인하여 엔진오일과 연관된 기계 장치들의 움직임이 둔화될 수 있으며, 움직임이 둔화 되면 결국 자동차의 연비가 낮아지게 되는 문제가 발생한다.
미국공개특허공보 US 2012/0129743 "마찰조정제를 포함하는 윤활유 조성물" 미국공개특허공보 US 2013/0288938 "윤활유 조성물" 한국등록특허공보 제10-559,632호 "마찰저감형 엔진오일 조성물" 국제공개특허공보 WO2007/096361 "윤활유 조성물"
본 발명자들은 통상의 무회타입 엔진오일이 가지는 높은 점도와 마찰로 인한 자동차의 연비가 낮아지는 문제를 해소시키고자 연구 노력하였다. 그 결과 무회타입 엔진오일 조성물에 포함되는 마찰조정제로서 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염을 혼합 사용하게 되면, 유체저항 및 마찰저항을 낮추어 자동차의 연비를 크게 향상시킬 수 있음을 알게 되었다. 특히 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염에 결합된 탄소사슬의 길이 조정에 의해 오일에 대한 용해도 및 마찰저감 효능이 현저하게 달라지므로, 상기한 마찰조정제 각각에 결합된 탄소사슬의 길이를 조정하게 되면 자동차의 연비를 현저하게 개선시키는 효과를 얻을 수 있음을 알게 되었다,
따라서 본 발명에서는 황산회분(sulfated ash)의 함량을 0.8 중량% 이하로 유지되는 무회 타입이면서도, 자동차의 엔진의 마찰저항을 낮추어 연비를 향상시키는 무회 타입 엔진오일 조성물을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
이러한 본 발명의 무회 타입 엔진오일 조성물은 황산회분(sulfated ash)의 함량 0.8 중량% 이하, 인의 함량 0.09 중량% 이하, 황의 함량 0.3 중량% 이하로 유지하여 엔진배기가스 후처리용 필터를 보호함과 동시에 엔진의 마찰저항을 낮추어 연비를 향상시킨다.
상기한 과제 해결을 위하여, 본 발명은 기유, 무회분산제, 금속 청정제, 마찰조정제 및 통상의 엔진오일 첨가제를 포함하는 무회타입 엔진오일 조성물에 있어서, 상기 마찰조정제로는 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염을 동시에 포함하고 있고, 조성물 내 황산회분(sulfated ash)의 함량이 0.8 중량% 이하인 무회타입 엔진오일 조성물을 그 특징으로 한다.
본 발명의 엔진오일 조성물은 황산회분(sulfated ash)의 함량 0.8 중량% 이하, 인의 함량 0.09 중량% 이하, 황의 함량 0.3 중량% 이하로 유지되므로, 엔진배기가스 후처리용 필터를 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 엔진오일 조성물은 마찰저항을 낮출 수 있어 자동차의 연비 및 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 엔진오일 조성물은 (1)기유, (2)무회분산제, (3)금속 청정제, 및 (4)마찰조정제를 포함하며, 상기 마찰조정제로는 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염을 혼합 사용한 데 그 특징이 있다.
구체적으로, 본 발명의 엔진오일 조성물은 (1)기유 80 ~ 92 중량%; (2)폴리알킬렌 폴리아민과 알케닐숙시닉 안하이드라이드를 반응시켜 얻어진 무회분산제 3 ~ 8 중량%; (3)알칼리토금속 살리실레이트 금속청정제 2.8 ~ 6 중량%; 및 (4)글리세릴모노올레이트 0.8 ~ 1.5 중량%, 몰리브덴디티오카바메이트 0.4 ~ 1 중량%, 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염 1 ~ 2 중량%를 포함하는 마찰조정제를 포함한다.
본 발명에 따른 엔진오일 조성물에 대해서는 각 조성성분 및 함량비를 중심으로 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
(1) 기유
본 발명에 따른 엔진오일 조성물은 기유(base oil)를 포함한다. 상기 기유(base oil)는 하나 이상의 천연 오일, 하나 이상의 합성 오일 또는 이들의 혼합물을 비롯한 윤활 점도의 다양한 오일을 포함한다. 본 발명의 비한정적인 실시양태에서, 기유(base oil)는 본 발명의 조성물 중에 50 중량% 이상 다량으로 포함될 수 있다. 전형적으로 기유(base oil)는 엔진오일 조성물 중에 80 ~ 92 중량% 범위로, 바람직하기로는 82 ~ 90 중량% 범위로 포함될 수 있다.
본 발명에 적합한 기유는 동물유, 식물유 및 광물성 오일로부터 선택된 천연 오일이 포함될 수 있다. 광물성 오일은 액체 석유 오일 및 가수소 분해 또는 가수소 마무리처리 공정에 의해 추가로 정제될 수 있는 파라핀계, 나프텐계 또는 파라핀계/나프텐계 혼합형 광물성 오일을 사용할 수 있고, 또는 용매 처리되거나 산 처리된 광물성 오일을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 적합한 기유는 합성 오일일 수 있다. 합성 오일은 폴리알파올레핀으로도 알려져 있는 중합 및 상호중합된(interpolymerized) 올레핀 같은 탄화수소유 및 할로-치환된 탄화수소유; 폴리페닐; 알킬화된 다이페닐 이써; 및 알킬화된 다이페닐 설파이드 및 이들의 유도체, 유사체 및 동족체를 포함한다. 다른 합성 오일은 다양한 알콜과 다이카복실산의 에스터, 또는 C4~C15 모노카복실산 및 폴리올 또는 폴리올 이써로부터 제조되는 에스터를 포함한다.
상기 천연 오일 및 합성 오일은 정제되지 않거나, 정제되거나 또는 재정제된 오일일 수 있다. 본원에서 사용되는 용어로서 '정제되지 않은 오일'은 추가의 정제 처리 없이 천연 또는 합성 공급원으로부터 직접 수득될 수 있는 오일을 일컫는다. 본원에서 사용되는 용어로서 '재정제된 오일'은 하나 이상의 특성을 개선하기 위하여 1회 이상의 정화 단계에서 추가로 처리된 오일을 지칭한다. 이들은 예를 들어 수소화 및 산화에 의해 개선된 안정성을 갖는 오일을 생성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 기유는 미국석유협회(API)에서 규정한 Ⅱ군 오일, Ⅲ군 오일, Ⅳ군 오일, V군 오일 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 적합한 Ⅱ군 오일의 예는 Yubase 3이고, 적합한 Ⅲ군 오일의 예는 Yubase 6이다. Yubase는 SK주식회사의 등록상표이다. 적합한 Ⅳ군 오일의 예는 폴리알파올레핀이고, 적합한 V군 오일의 예는 에스터이다.
본 발명에 따른 기유(base oil)는 단일 점도 범위의 오일이거나, 또는 높은 점도 범위의 오일과 낮은 점도 범위의 오일의 혼합물을 포괄할 수 있다.
(2) 무회분산제
본 발명에 따른 엔진오일 조성물은 무회분산제를 포함한다. 무회분산제는 엔진오일 조성물 중에 3 ~ 8 중량%, 바람직하기로는 3 ~ 5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 무회분산제의 함량이 3 중량% 미만이면 엔진오일 내 이물질 분산효과가 현저히 떨어져 점도 상승 등의 문제가 있고, 8 중량%를 초과하여 과량으로 사용시 분산효과는 증가하지 않고 고점성으로 인해 점도조정효과가 떨어질 수 있다.
본 발명에 적합한 무회분산제는 회분함량이 적고, 엔진오일 내 이 물질(수분, 검댕)을 잘 분산시킬 수 있는 것이 좋다. 구체적으로 장쇄 하이드로카빌 숙신이미드 및 장쇄 하이드로카빌 숙신아마이드, 장쇄 하이드로카빌-치환된 숙신산의 에스터/아마이드의 혼합물, 장쇄 하이드로카빌-치환된 숙신산의 하이드록시에스터, 장쇄 하이드로카빌-치환된 페놀, 폼알데하이드와 폴리아민의 만니히(Mannich) 축합 생성물 등을 포함한다. 또한 상기한 무회분산제의 혼합물도 사용할 수 있다. 이때 장쇄 하이드로카빌은 탄소 원자가 10개 내지 40개의 긴 사슬을 가지는 하이드로카빌을 의미한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 무회분산제는 장쇄 알케닐 숙신이미드를 포함한다. 이들은 특허 문헌에 널리 개시되어 있는 것과 같은 다양한 아민 또는 아민 유도체를 사용하여 제조된 비환상 장쇄 하이드로카빌 치환된 숙신이미드를 포함한다. 또한, 무회분산제로는 인의 무기 산(또는 그의 무수물) 및 보론화제로 처리된 장쇄 알케닐 숙신이미드가 사용될 수 있는데, 이들은 플루오로-엘라스토머 및 규소-함유 엘라스토머 같은 성분으로부터 제조된 엘라스토머 밀봉에 대하여 상용성이 좋다. 이때 장쇄 알케닐 또는 장쇄 하이드로카빌은 탄소 원자가 10개 내지 40개의 긴 사슬을 가지는 알케닐 또는 하이드로카빌을 의미한다.
본 발명의 보다 바람직한 구현예로서, 무회분산제는 폴리아민과 알케닐 숙신산 무수물을 반응시켜 얻은 숙신산이미드 유도체, 숙신산아미드 유도체 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 폴리아민은 구체적으로 트라이에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌 펜타아민 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 상기 알케닐 숙신산 무수물은 탄소 원자가 2개 내지 12개 이고, 이중결합의 불포화 탄화수소가 1 이상 포함된 알케닐기가 치환기로 결합된 숙신산 무수물이다. 본 발명에서는 무회분산제를 구성하는 알케닐 치환기의 탄소수 조절에 의해 엔진오일 조성물의 유체저항성, 분산성 및 마찰계수 조절이 가능하다.
이상에서 열거된 무회분산제는 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
(3) 금속 청정제
본 발명에 따른 엔진오일 조성물은 금속 청정제를 포함한다. 금속 청정제는 엔진오일 조성물 중에 2.8 ~ 6 중량%, 바람직하기로는 3 ~ 5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 금속 청정제의 함량이 3 중량% 미만이면 퇴적물(deposit) 제거효과가 현저히 떨어질 수 있고, 6 중량%를 초과하여 과량으로 사용시 청정효과는 더 이상 증가하지 않으며, 회분의 증가로 연소시 배기가스 후처리 필터장치를 손상시킬 수 있다.
본 발명에 적합한 금속 청정제는 알칼리토금속과 탄소수 4 내지 20의 유기산을 반응시켜 얻어진 금속염을 사용하며, 바람직하게는 알칼리토금속 살리실레이트로서 칼슘살리실레이트, 마그네슘살리실레이트 등을 사용할 수 있다.
(4) 마찰조정제
본 발명에 따른 엔진오일 조성물은 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염(예를 들면, 아연 디(탄소수 8 내지 20의 알킬)디티오포스페이트, ZnDDP)을 마찰조정제로 포함한다. 즉, 본 발명에서는 마찰조정제로서 이들을 혼합 사용함으로써, 특히 상기한 금속 청정제와 함께 사용함으로써, 이들 성분 간의 시너지 효과에 의해 엔진오일의 유체저항 및 마찰저항을 낮출 수 있어 연비 및 내구성을 향상시키는 각별한 효과를 얻을 수 있다.
상기 몰리브덴디티오카바메이트는 하기 화학식 1로 표시되는 몰리브덴 디알킬디티오카바메이트를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015012566796-pat00001
(상기 화학식 1에서, R1은 C8~C13 알킬기이다)
상기 화학식 1로 표시되는 몰리브덴디티오카바메이트에 있어, R1의 탄소수가 C8 보다 낮은 경우는 오일에 대한 용해성이 낮아 시너지 효과가 급감하고, R1의 탄소수가 C13 보다 높은 경우 마찰 저감효과 낮아진다.
또한, 상기 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염은 하기 화학식 2로 표시되는 아연 디알킬디티오포스페이트를 사용할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112015012566796-pat00002
(상기 화학식 2에서, R2는 C8~C20 알킬기이다)
상기 화학식 2로 표시되는 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염에 있어, R2의 탄소수가 C8 보다 낮은 경우는 극성이 높아 용해성이 불리하고, R2의 탄소수가 C20 보다 높은 경우 유동성이 떨어지고, 마찰저감 효과가 감소한다.
구체적으로 본 발명에 따른 엔진오일 조성물은 마찰조정제로서 글리세릴모노올레이트 0.8 ~ 1.5 중량%, 몰리브덴디티오카바메이트 0.4 ~ 1 중량% 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염 1 ~ 2 중량%를 포함한다.
글리세릴모노올레이트의 함량이 0.8 중량% 미만이면 마찰저감 효과가 반감 되며, 1.5 중량%를 초과하여 과량 포함시켜도 마찰저감 효과가 더 이상 증가 하지 않는다. 몰리브덴디티오카바메이트의 함량이 0.4 중량% 미만이면 마찰저감 효과의 유지기간이 현저히 떨어지며, 1 중량%를 초과하여 과량 포함시켜도 마찰저감 효과가 더 이상 증가 하지 않는다. 또한 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염의 함량이 1 중량% 미만이면 마찰저감 효과가 반감하고, 2 중량%를 초과하면 인함량의 증가로 후처리 장치의 수명을 단축시킬 수 있다.
(5) 기타 첨가제
또한, 본 발명에 따른 엔진오일 조성물은 당 분야에서 통상적으로 사용되고 있는 다양한 성분을 임의적으로 포함할 수 있다. 이러한 임의적인 성분은 점도조정제, 내마모제, 산화방지제, 유동점강하제, 부식방지제, 소포제, 염료 등을 포함할 수 있으며, 임의적 성분은 이들로 국한되지는 않는다.
상기 점도조정제는 고온에서의 점도는 낮아지지 않도록 하여 유막 유지에 유용하도록 하며, 저온에서의 점도는 과도하게 상승되지 않도록 하여 오일의 유동성 및 유체저항을 줄이는데 유용하도록 하는 역할을 한다. 이러한 점도조정제는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지된 성분으로서 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀, 스타이렌-말레산 무수물 공중합체 및 유사한 단독중합체, 공중합체 및 그라프트 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 점도조정제는 엔진오일 조성물 중에 1 ~ 10 중량%, 바람직하기로는 2 ~ 5 중량% 범위로 포함될 수 있다.
상기 내마모제는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지된 성분으로서 인계 내마모제를 포함한다. 본 발명에 유용한 인계 내마모제는 아인산의 유기 에스터, 즉 유기-포스파이트, 또는 아인산의 아민염 일 수 있다. 상기 인계 내마모제는 엔진오일 조성물 중에 0.05 ~ 2.0 중량%, 바람직하기로는 0.1 ~ 1.0 중량% 범위로 포함될 수 있다.
상기 산화방지제는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지된 성분으로서 방향족 아민계 또는 힌더드 페놀계로부터 선택하여 사용할 수 있으며, 본 발명은 산화방지제를 이들 부류에 한정하는 것은 결코 아니다. 산화방지제는 엔진오일 조성물 중에 0.05 ~ 2.0 중량%, 바람직하기로는 0.1 ~ 1.0 중량% 범위로 포함될 수 있다.
상기 유동점강하제는 저온에서의 유동성을 높여 주는 역할을 한다. 이러한 유동점강하제는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지된 성분으로서 폴리메타아크릴레이트를 포함할 수 있다. 상기 유동점강하제는 엔진오일 조성물 중에 0.05 ~ 2.0 중량%, 바람직하기로는 0.1 ~ 1.0 중량% 범위로 포함될 수 있다.
상기 부식방지제는 엔진오일 조성물과 접촉하는 금속부품의 분해를 감소시키기 위해 사용되는 것으로 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지된 성분으로서 티아디아 등이 사용될 수 있다. 부식방지제는 엔진오일 조성물 중에 0.01 ~ 2.0 중량%, 바람직하기로는 0.1 ~ 1.0 중량% 범위로 포함될 수 있다.
상기 소포제는 거품의 형성을 지연시키기 위해 사용된다. 상기 소포제로는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지된 성분으로서 실리콘 오일 또는 폴리다이메틸 실록세인과 같은 유기규소화합물 및 유기 중합체가 전형적인 소포제이다. 소포제는 시판 제품으로, 항 유화제와 같은 기타 첨가제와 함께 소량으로 사용될 수 있으며, 통상적으로 엔진오일 조성물 중에 1 중량% 미만, 바람직하기로는 0.01 중량% 미만 범위로 포함될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 조성성분 및 조성비를 이루고 있는 본 발명의 엔진오일 조성물은, 100℃에서 동점도가 5 ~ 15 cSt, 바람직하기로는 8.0 ~ 13 cSt, 특히 바람직하기로는 9.3 ~ 12.5 cSt가 되도록 전체 엔진오일 조성물을 배합할 수 있다. 전체 엔진오일 조성물의 동점도가 너무 낮을 경우 마찰저항이 커져 차량연비가 저하될 수 있으며, 너무 높을 경우 유체저항이 커져 차량연비가 저하될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 조성성분 및 조성비를 이루고 있는 본 발명의 엔진오일 조성물은, 100℃에서 동점도가 5 ~ 15 cSt, 바람직하기로는 8.0 ~ 13 cSt, 특히 바람직하기로는 9.3 ~ 12.5 cSt가 되도록 전체 엔진오일 조성물을 배합할 수 있다. 전체 엔진오일 조성물의 동점도가 너무 낮을 경우 마찰저항이 커져 차량연비가 저하될 수 있으며, 너무 높을 경우 유체저항이 커져 차량연비가 저하될 수 있다.
또한, 본 발명의 엔진오일 조성물은 황산회분(sulfated ash)의 함량 0.8 중량% 이하, 인의 함량 0.09 중량% 이하, 황의 함량 0.3 중량% 이하로 유지된다. 이로써 엔진오일 연소시 재(ash) 생성을 낮추어 엔진배기가스 필터를 보호할 수 있고, 동시에 엔진의 마찰저항을 낮추어 연비를 향상시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명은 하기의 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 결코 아니다.
[실시예]
하기 비한정적인 실시예에 의해 본 발명을 예시한다. 모든 부 및 백분율은 달리 규정되지 않는 한 중량 기준이다. 실시예는 본 발명에 따른 엔진오일 조성물을 나타낸다.
당해 분야에 널리 공지되어 있는 방법을 이용하여 하기 표 1 및 표 2에 예시된 성분을 조합함으로써 엔진오일 조성물을 제조하였다.
[엔진오일 조성물을 구성하는 각 성분]
(1) 기유 : API 그룹 Ⅲ 오일, SK사 제품
(2) 무회분산제: 폴리알킬렌 폴리아민과 알케닐 숙시닉 안하이드라이드를 반응시켜 얻어진 무회분산제(미국등록특허 제3,202,678호 참조), 인피니움사 제품
(3) 청정제: 칼슘살리실레이트(calcium salicylate), Finetech Industry사 제품
(4) 마찰조정제:
① 글리세릴 모노올레이트, Sigma-Aldrich사 제품
② 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTc)
Figure 112015012566796-pat00003
(a) 몰리브덴디티오카바메이트 (R1=C8), adeka사 S-200 제품
(b) 몰리브덴디티오카바메이트 (R1=C13), adeka사 S-525 제품
(c) 몰리브덴디티오카바메이트 (R1=C4), adeka사 S-600 제품
(d) 몰리브덴디티오카바메이트 (R1=C16), 인피니움사 제품
③ 징크디하이드로카빌디티오포스페이트(ZnDDP)
Figure 112015012566796-pat00004
(a) 징크 디데카닐 디티오포스페이트 (R2=C10), ChemFrog사 제품
(b) 징크 디아이코사닐 디티오포스페이트 (R2=C20), ChemFrog사 제품
(c) 징크 디부틸 디티오포스페이트 (R2=C4), ChemFrog사 제품
(d) 징크 디트리아콘타닐 디티오포스페이트 (R2=C30), ChemFrog사 제품
(5)기타 첨가제 (Infineum사 제품)
구 분 실시예 (중량%) 비교예 (중량%)
1 2 3 4 1 2 3 4 5
기유 83 83 83 83 84 83 83.7 83 84.3
무회분산제 4 4 4 4 4 4 4 4 4
청정제 4 4 4 4 4 4 4 4 4



마찰
조정제		 글리세릴 모노올레이트 1 1 1 1 0 0 1 1.7 1
MoDTc (a), C8 0.7 0 0.7 0 0.7 1.7 0 0 0.7
(b), C13 0 0.7 0 0.7 0 0 0 0 0
(c), C4 0 0 0 0 0 0 0 0 0
(d), C16 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ZnDDP (a), C10 1.3 0 0 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 0
(b), C20 0 1.3 1.3 0 0 0 0 0 0
(c), C4 0 0 0 0 0 0 0 0 0
(d), C30 0 0 0 0 0 0 0 0 0


기타
첨가제		 점도조정제 4 4 4 4 4 4 4 4 4
내마모제 1 1 1 1 1 1 1 1 1
아민계 산화방지제 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
유동점강하제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
부식방지제 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
소포제(ppm) 100 100 100 100 100 100 100 100 100
전체 합량*(중량%) 100 100 100 100 100 100 100 100 100
* 소포제를 제외한 전체 조성성분의 합량임. 소포제는 제조된 엔진오일 조성물에 추가로 100 ppm 첨가함.

구 분 비교예 (중량%)
6 7 8 9 10 11 12
기유 87 83 83 83 83 83 83
무회분산제 4 8 2 4 4 4 4
청정제 0 0 6 4 4 4 4



마찰
조정제		 글리세릴 모노올레이트 1 1 1 1 1 1 1
MoDTc ((a), C8 0.7 0.7 0.7 0 0 0.7 0.7
((b), C13 0 0 0 0 0 0 0
((c), C4 0 0 0 0.7 0 0 0
((d), C16 0 0 0 0 0.7 0 0
ZnDDP ((a), C10 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 0 0
((b), C20 0 0 0 0 0 0 0
((c), C4 0 0 0 0 0 1.3 0
((d), C30 0 0 0 0 0 0 1.3


기타
첨가제		 점도조정제 4 4 4 4 4 4 4
내마모제 1 1 1 1 1 1 1
아민계 산화방지제 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
유동점강하제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
부식방지제 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
소포제(ppm) 100 100 100 100 100 100 100
전체 합량*(중량%) 100 100 100 100 100 100 100
* 소포제를 제외한 전체 조성성분의 합량임. 소포제는 제조된 엔진오일 조성물에 추가로 100 ppm 첨가함.
또한, 제조된 각각의 엔진오일 조성물은 널리 공지되어 있는 성능 시험방법에 의거하여 성능을 시험하였고, 그 결과는 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다. 또한, 참고로 시판중인 엔진오일을 "대조용"으로 하여 동일한 시험을 수행하였다. 그 시험 결과는 하기 표 2에 나타내었다
[성능 시험 방법]
(1) 성분 분석
인(P) 성분분석 : ASTM D5185
황(S) 성분분석 : ASTM D5185
칼슘(Ca) 성분분석 : ASTM D5185
(2) 황산회분(sulfated ash) 시험 : ASTM D874
(3) 마찰계수 시험 (SRV) : ASTM D6425
(4) 동점도: 100℃에서의 동점도 KV100, ASTM D-445에 따름
(5) 연비(FTP 75 모드): EPA Federal Test Procedure (EPA: US Environmental Protection Agency)]
구 분 물성 측정 결과
실시예 비교예 대조용
1 2 3 4 1 2 3 4 5
성분분석
(중량%)		 P 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.09
S 0.23 0.22 0.22 0.23 0.23 0.24 0.21 0.21 0.21 0.3
Ca 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.28
황산회분(중량%) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 1.4
SRV 마찰계수 0.06 0.06 0.06 0.06 0.09 0.09 0.1 0.1 0.1 0.09
동점도(100℃, cSt) 10.5 10.9 10.9 10.7 10.5 10.5 10.5 10.8 10.5 10.2
연비(FTP 75 모드) 1.5%
향상		 1.4%
향상		 1.4%
향상		 1.4%
향상		 0.5%
향상		 0.5%
향상		 -0.2%
하락		 -0.2%
하락		 -0.2%
하락		 기준
구 분 물성 측정 결과
비교예 대조용
6 7 8 9 10 11 12
성분분석
(중량%)		 P 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.09
S 0.21 0.25 0.26 0.21 0.23 0.23 0.23 0.3
Ca 0.06 0.06 0.234 0.18 0.18 0.18 0.18 0.28
황산회분(중량%) 0.7 0.75 1 0.8 0.8 0.8 0.8 1.4
SRV 마찰계수 0.09 0.09 0.06 0.1 0.09 0.1 0.08 0.09
동점도(100℃, cSt) 10.4 10.8 10.5 10.4 10.8 10.4 10.9 10.2
연비(FTP 75 모드) 0.5%
향상		 0.5%
향상		 1.2%
향상		 -0.2%
하락		 0.5%
향상		 -0.2%
하락		 0.2%
향상		 기준
상기 실시예 1 내지 4는 본 발명이 제안하는 바대로 마찰조정제로서 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염이 일정 함량비 범위로 포함되어 있는 엔진오일 조성물이다. 표 3의 결과에 의하면, 인의 함량 0.09 중량% 이하, 황의 함량 0.3 중량% 이하로 유지되고, 황산회분(sulfated ash)의 함량이 0.8 중량% 이하로 엔진오일 연소시 재(ash) 생성을 낮추어 엔진배기가스 필터를 보호됨이 확인되고 있다. 또한, 엔진의 마찰저항을 낮추어 연비를 향상시키고 있음을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 상기 비교예 1 ~ 5는 마찰조정제로서 일부 성분이 누락된 엔진오일 조성물이다. 비교예 1과 2는 마찰조정제로서 글리세릴모노올레이트가 포함되지 않은 엔진오일 조성물로서, 표 3의 결과에 의하면 마찰계수가 0.09로 상승하여 연비효과가 악화됨을 확인할 수 있다. 비교예 3과 4는 마찰조정제로서 몰리브덴디티오카바메이트가 포함되지 않은 엔진오일 조성물로서, 표 3의 결과에 의하면 마찰계수가 0.1로 상승하여 연비효과 현저히 악화됨을 확인할 수 있다. 비교예 5는 마찰조정제로서 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염이 포함되지 않은 엔진오일 조성물로서, 표 3의 결과에 의하면 마찰계수가 0.1로 상승하여 연비효과 현저히 악화됨을 확인할 수 있다.
또한, 상기 비교예 6 ~ 7은 청정제를 포함하지 않는 엔진오일 조성물로서, 표 4의 결과에 의하면 마찰계수가 0.09로 상승하여 연비효과 악화됨을 확인할 수 있다. 상기 비교예 8은 칼슘살리실레이트의 금속 청정제를 과다하게 첨가한 엔진오일 조성물로서 금속 청정제가 과량으로 첨가되어도 마찰계수가 더 이상 낮아지지 않았으며, 오히려 황산회분의 함량이 과다하여 GPF(gasoline particulate filter) 장착차량에는 적절치 않다.
또한, 상기 비교예 9 ~ 12는 마찰조정제로 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염이 일정 함량비 범위로 포함되어 있으나 몰리브덴디티오카바메이트 또는 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염에 치환된 알킬기의 탄소수가 본 발명이 제안하는 범주를 벗어난 성분을 포함하는 엔진오일 조성물이다.
비교예 9는 탄소수 4의 알킬기가 치환된 몰리브덴디티오카바메이트가 포함된 엔진오일 조성물로서, 표 4의 결과에 의하면 마찰계수 상승으로 연비개선효과가 저하됨을 확인할 수 있다. 그리고, 비교예 10은 탄소수 16의 알킬기가 치환된 몰리브덴디티오카바메이트가 포함된 엔진오일 조성물로서, 표 4의 결과에 의하면 마찰계수가 0.09로 상승하여 연비개선 효과가 감소함을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 11은 탄소수 4의 알킬기가 치환된 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염이 포함된 엔진오일 조성물로서, 표 4의 결과에 의하면 마찰계수가 0.1로 상승하여 연비개선효과가 없음을 확인할 수 있다. 그리고, 비교예 12는 탄소수 25의 알킬기가 치환된 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염이 포함된 엔진오일 조성물로서, 표 4의 결과에 의하면 마찰계수가 0.08로 상승하여 연비효과가 감소함을 확인할 수 있다.
이상의 결과를 통해 확인되고 있듯이, 본 발명의 엔진오일 조성물은 황산회분의 함량이 0.8 중량% 이하로 무회 타입이면서도, 마찰조정제로 포함되는 글리세릴모노올레이트, 몰리브덴디티오카바메이트 및 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염의 함량비 조절과 이들 각각에 결합된 탄소사슬의 길이 조정에 의해 마찰계수를 0.06까지 낮추는 효과를 얻고 있다. 또한 본 발명의 엔진오일 조성물은 시판중인 엔진오일(대조용)에 대비하여 연비를 1.4% 이상 향상시키는 각별한 효과를 얻고 있다.

Claims (6)

  1. 기유, 무회분산제, 금속 청정제, 마찰조정제 및 통상의 엔진오일 첨가제를 포함하는 무회타입 엔진오일 조성물에 있어서,
    무회분산제로는 폴리알킬렌 폴리아민과 알케닐숙시닉 안하이드라이드를 반응시켜 얻어진 무회분산제를 포함하고 있고,
    마찰조정제로는 엔진오일 조성물 전체 중량을 기준으로 글리세릴모노올레이트 0.8 ~ 1.5 중량%, 하기 화학식 1로 표시되는 몰리브덴디티오카바메이트 0.4 ~ 1 중량% 및 하기 화학식 2로 표시되는 디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염 1 ~ 2 중량%를 동시에 포함하고 있고,
    ASTM D874 황산회분 시험법으로 측정된 회분함량이 0.8 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 연비향상용 무회타입 엔진오일 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112017017150983-pat00007

    (상기 화학식 1에서, R1은 C8~C13 알킬기이다)
    [화학식 2]
    Figure 112017017150983-pat00008

    (상기 화학식 2에서, R2는 C8~C20 알킬기이다).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    기유 80 ~ 92 중량%,
    폴리알킬렌 폴리아민과 알케닐숙시닉 안하이드라이드를 반응시켜 얻어진 무회분산제 3 ~ 8 중량%,
    알칼리토금속 살리실레이트 금속청정제 2.8 ~ 6 중량%,
    글리세릴모노올레이트 0.8 ~ 1.5 중량%,
    몰리브덴디티오카바메이트 0.4 ~ 1 중량%,
    디하이드로카빌디티오포스페이트 금속염 1 ~ 2 중량%가
    포함된 것을 특징으로 하는 연비향상용 무회타입 엔진오일 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    100℃에서의 동점도가 9.3 ~ 12.5 cSt 범위인 것을 특징으로 하는 연비향상용 무회타입 엔진오일 조성물.
  6. 제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    인의 함량 0.09 중량% 이하, 황의 함량 0.3 중량% 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 연비향상용 무회타입 엔진오일 조성물.
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