KR102217102B1 - 합성식물유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 글리세린-에스테르계 윤활기유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하는, 글리세린-에스테르계 윤활기유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물에 관한 것이다.

Description

합성식물유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물{GLYCERIN ESTERS AND ENVIRONMENTAL-FRIENDLY HYDRAULIC OIL COMPOSITIONS COMPRISING SAME}
본 발명은, 합성식물유인 글리세린-에스테르계 윤활기유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물에 관한 것이다.
산업의 발전 과정에서 자연환경과 사람에 대한 친화성의 강조와 에너지 저감 대책 및 장비의 안정된 구동의 보장은 필수조건이 될 수 밖에 없기에, 이러한 조건에 보다 능동적으로 대처할 수 있는 윤활유의 보급을 요구하고 있다. 하지만, 석유 정제물이 다량 사용되는(광유형 윤활유) 윤활유 산업(특히, 유압작동유)에서는 매우 어려운 과제일 수 있다. 그 동안 국내.외에서 발명된 식물유를 기반으로 한 윤활유 및 글리세린-에스테르(Glycerine-Ester)를 이용한 발명들이 보고되었다. 단, 이들 발명은 식물유 자체를 이용하거나(한국공개특허공보 제1996-0029441호), 다양한 알코올과 지방산을 이용하되 촉매 합성법 후 수세처리까지 연결된다(미국특허 제6551523호).
식물유 자체를 이용한 윤활유에서 가장 어려움이 있는 사항은 식물유가 가지고 있는 높은 불포화 탄화수소 함량에 따른 열과 산화에 대한 안정도 결함을 극복하지 못한다는 것이고, 불포화 탄화수소 함량을 조정한다 하더라도 종래의 에스테르 합성법에 따른 촉매의 사용 및 알칼리 물질로의 수세 처리는 미량의 잔류물(촉매, 알칼리 물질)이 남는 것이 일반적이므로 가수분해 안정성 결함과 이물질 형성의 매우 큰 악영향을 초래하기에 식물유 자체를 이용한 친환경 윤활유의 한계사항 발생으로 상용성이 크지 않다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 식물 유래 지방산과 글리세린을 이용하여 촉매를 사용하지 않으면서 수세 공정도 배제한 합성 공정으로 환경친화적인 합성 식물유인, 글리세린-에스테르를 포함하는, 글리세린-에스테르계 윤활기유를 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 환경친화적인 식물성 글리세린-에스테르를 이용하여 환경친화적이고 난연성일 뿐 아니라, 미생물에 의한 생분해가 가능하여 인체에 대한 친화성이 좋고, 물성도 우수하여 산업현장에 있어서 물론 설비의 구동에서도 에너지 절감 효과와, 공구 수명의 연장, 장비 구동의 효율성 증가와 장비 소모품 교체 주기의 감소는 물론 난연성이라 화재위험이 적으므로 실질적인 원가절감에 기여할 수 있고, 탄소량 배출 규제에 대응할 수 있는 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하는, 글리세린-에스테르계 윤활기유에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 100 ℃내지 350 ℃의 반응 온도 및 비활성 가스 분위기에서 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 및 상기 글리세린을 무촉매 조건에서 반응시키고, 무수세 공정으로 획득된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질에서 제1 지방산 대 나머지 지방산의 질량비는, 99 : 1 내지 1 : 99 또는 99 : 1 내지 75 : 25인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 동점도가 20 mm2/초 이하의 저점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 10 내지 12의 지방산 질량비가 75 중량% 이상이고, 동점도가 30 mm2/초 이상의 고점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위한 탄소수 18 내지 20의 지방산 질량비가 70 중량% 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 단일 불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 20 중량% 이하의 다불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 탄소수 18의 단일 불포화 지방산을 포함하거나 20 중량% 이하의 탄소수 18의 다불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 유리지방산(FFA, %) 함량이 1.0 이하 또는 0.5 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 동점도(40 ℃)가 10 mm2/sec 내지 1000 mm2/sec인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르는, 하기의 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020060731047-pat00001
(여기서, R1, R2 및 R3는, 각각, 탄소수 8 내지 20의 포화 또는 불포화지방산 잔기이다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 글리세린-에스테르계 윤활기유; 및 난연성 첨가제를 포함하고, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하는 것인, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 2종 이상을 포함하고, 2종 이상을 포함할 경우에, 하나의 글리세린-에스테르계 윤활기유 대 나머지 글리세린-에스테르계 윤활기유의 질량비는, 90 : 10 내지 75 : 25 또는 90 : 10 내지 50 : 50인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 유압작동유 조성물의 동점도(40 ℃는, 10 mm2/sec 내지 200 mm2/sec인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 첨가제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 첨가제는, 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제이며, 상기 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제는, 트리크레실 포스페이트(Tricresyl Phosphate), 트리부틸 포스페이트(Tributyl Phosphate), 트리스(β클로로에틸) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(β클로로프로필) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(디클로로프로필) 포스페이트(Tris(dichloropropyl) Phosphate), 트리옥틸 포스페이트(Trioctyl Phosphate), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phosphate), 옥틸 디페닐 포스페이트(Octyl diphenyl Phosphate), 트리스(이소프로필페닐) 포스페이트(Tris(Isopropylphenyl)Phosphate) 및 트리부톡시에틸 포스페이트(Tributoxyethyl Phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 산화방지제, 내하중 및 내마모 향상제, 증점 및 점도지수 향상제, 유동점 강하제 및 부식방지제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화방지제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.1 중량% 내지 7 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화방지제는, 페닐나프틸아민계 화합물, 아로마틱 아민계 화합물, 페놀계 화합물, 인산에스테르계 화합물, 인산 에스테르의 금속염 및 황계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 증점 및 점도지수 향상제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%로 포함되고, 상기 증점 및 점도지수 향상제는, 올레핀 공중합체, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 및 에틸렌프로필렌공중합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 증점 및 점도지수 향상제의 분자량(Mw)은 300 내지 10000인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 상기 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 7 중량%로 포함되고, 상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 하기의 화학식 2로 표현되는 인산에스테르의 아민염계 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112020060731047-pat00002
(상기 화학식 2에서, R은 수소 또는 탄수 1 내지 10 알킬 또는 아릴형 탄화수소이며, X는 수소 또는 탄수 1 내지 4의 탄화수소이며, n은 1 내지 10의 정수이다.)
본 발명은, 무촉매 및 무수세 공정에 의해 잔류 촉매나 잔류 알칼리 물질이 극소량 또는 전혀 없는 합성계 식물성 유지를 합성하여 환경친화적인 유활기유를 제공하고, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유를 사용하여 난연성(화재에 대하여 위험성이 적음), 윤활성, 열.산화안정성 및 기타 물성이 우수한 환경친화형 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은, 장비에 사용되는 유압작동유가 미생물에 의한 생분해가 가능하여 인체에 대한 친화성이 좋고, 장비가 구동되는 동안 소모되는 전기사용량에 대하여 감축이 가능하여 탄소배출권에 안정적인 도움이 되도록 지원하여 에너지 저감에 따른 원가절감 뿐만 아니라 설비의 구동에서도 우수하며 난연성 부여로 화재위험을 획기적으로 저감시키는 난연성 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 실시예에서 제조된 유압작동유 조성물(a)과 시판되는 광유계 유압작동유(b)의 분무 화재 시험에 따른 난연성 비교 결과를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 제조된 유압작동유 조성물와 시판 되는 광유계 유압작동유의 사용에 따른 전기 소모량 측정 결과를 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은, 글리세린-에스테르계 윤활기유에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 천연 식물유에서 추출한 지방산(Fatty Acid)과 글리세린(Glycerin)을 이용하여 무촉매 및 무수세 공정에 의해 획득한 지방산의 글리세린-에스테르계 윤활기유일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법은, 식물유에서 유래한 글리세린과 지방산을 이용하여 합성식물유로서 글리세린-에스테르(Glycerin-Ester)를 합성하고, 유압작동유(윤활유)의 사용 과정에서 발생되는 문제점들을 획기적으로 개선할 뿐만 아니라, 유압작동유로서의 적용 영역의 확대와 동시에 사용수명의 연장을 보장하며 공구 수명과 에너지 저감까지 만족하기 위한 무촉매 및 무수세 공정에 의한 글리세린 에스테르를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법은, 지방산을 포함하는 원료 물질 및 글리세린을 포함하는 원료 물질을 반응기에 투입하는 단계 및 상기 반응 내에서 글리세린-에스테르를 합성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린을 포함하는 원료 물질에서 글리세린은, 본 발명의 기술 분야에서 일반적으로 알려진 물질이며, 예를 들어, 바이오디젤의 생산과 같이 다양한 공업적인 공정에서 부산물로서 얻어지거나 화장품 및 의약품에 이르기까지 다양한 분양에 적용될 수 있다. 상기 반응기에 투입하는 단계에서 글리세린은 우수한 합성 결과물 을 위하여 95% 이상의 순도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질에서 지방산은, 천연 식물유에서 추출된 것으로, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 지방산은, 포화 및/또는 불포화(단일 불포화 및 다불포화) 지방산을 포함하고, 상기 불포화 지방산은 시스 및/또는 트랜스 불포화 지방산을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 지방산 중 불포화 지방산은, 글리세린-에스테르계 윤활기유를 제공할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 펜타데실산(Pentadecanoic acid), 아라키돈산(Arachidonic acid), 미리스트산(Myristoleic acid), 팔미톨레산(Palmitoleic acid), 사피에닉산(Sapienic acid), 엘라이드산(Elaidic acid), 박센산(Vaccenic acid); 올레산(Oleic acid, 단일불포화 오메가-9 지방산), 에이코센산(Eicosenoic acid, 단일불포화 오메가-9 지방산), 에루스산(Erucic acid, 단일불포화 오메가-9 지방산) 등의 오메가-9-지방산(Omega-9 fatty acid); 아라키돈산(Arachidonic acid, 다불포화 오메가-6), 에이코세노산(오메가 6 지방산, Eicosatrienoic acid, 11,14,17-Eicosatrienoic acid) 리놀레산(Linoleic acid, 다불포화 오메가-6 지방산), 리놀레라이드산(Linoelaidic acid, 오메가-6 트랜스 지방산) 등의 오메가-6 지방산(Omega-6 fatty acid); 및 오메가-7 지방산(Omega-7 fatty acid, 단일 불포화); 등을 포함할 수 있다.
상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 윤활기유로 사용하기 위해 다양한 동점도(Kinematic Viscocity) 등급을 획득하기 위해서 탄소수 10 내지 탄소수 22의 지방산 모두 단독 또는 혼합하여 포함할 수 있다. 즉, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 및 글리세린을 포함하는 원료물질은, 윤활기유의 원하는 동점도를 얻기 위해서 글리세린 및 지방산의 함량비 및/또는 지방산의 종류 및/또는 구성(예를 들어, 단독 또는 혼합)을 조절하여 반응기 내에 투입될 수 있다.
예를 들어, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질이 2종 이상의 지방산을 포함할 경우에, 제1 지방산 대 나머지 지방산의 질량비는, 99 : 1 내지 1 : 99; 99 : 1 내지 75 : 25; 또는 90 : 10 내지 80 : 20일 수 있다. 예를 들어, 동점도가 20 mm2/초 이하의 저점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 10 내지 12의 지방산 질량비가 75 중량% 이상 포함할 수 있고, 동점도가 30 mm2/초 이상의 고점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 18 내지 20의 지방산 질량비가 70 중량% 이상 포함할 수 있다. 상기 질량비를 조절하여 열 및 산화에 대한 안정성, 윤활기유의 품질 및 제조비용 등을 개선시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 열과 산화에 대한 안정성을 유지하고, 품질이 우수한 윤활기유를 제공하기 위해서, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상 또는 75 중량% 내지 80 중량%의 단일 불포화 지방산을 포함하거나 또는 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 20 중량% 이하 또는 15 중량% 이하의 다불포화 지방산을 포함할 수 있다. 바람직하게는 가격이 저렴하고 가장 효율적인 품질의 윤활기유를 얻기 위하여 상기 지방산으로 탄소수 18개의 지방산(Oleic acid 및 Linoleic acid)을 사용할 수 있다. 이때 탄소수 18개의 지방산 총량은 90 %를 상회하도록 조정하되, 열과 산화에 대한 안정성 유지를 위하여 리놀레산(Linoleic acid) 함량은 15% 이하일 수 있다.
상기 글리세린 대 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 9.5 : 90.5 내지 16.0 : 84의 비율(질량비)로 반응기 내에 투입될 수 있다 .
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 반응기 내에 글리세린을 포함하는 원료 물질 및 상기 지방산을 포함하는 원료 물질을 투입하고, 상기 반응 내에서 100 ℃내지 350 ℃의 반응 온도 및 비활성 가스(Inert Gas) 분위기에서 글리세린-에스테르를 합성하는 단계를 진행할 수 있다.
상기 비활성 기체는 헬륨(He), 질소(N2), 아르곤(Ar), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고, 혼합 가스의 구성 시 질소 대 나머지 가스는 1 : 1 내지 1 : 0.1의 흐름속도(또는, 투입량)로 공급될 수 있다. 상기 비활성 기체는 원료의 투입 이전에 반응기 내에 채워지거나 흐를 수 있고, 합성 중에서 계속적으로 반응기 내에 공급될 수 있다.
상기 비활성 가스의 투입량은 합성량 10000 리터 기준으로 분당 10 리터 내지 1000 리터이고, 하기에 제시한 온도 구간에 따라 조절될 수 있다.
상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 윤활기유의 수율 향상과 합성 시간을 줄이기 위해서 복수 개의 온도 구간을 설정하여 합성을 진행할 수 있으며, 상기 복수 개의 온도 구간에 따라 비활성 기체의 투입 양도 조절할 수 있다. 상기 복수개의 온도 상승 구간은 합성 진행 정도를 확인하여 결정하고, 상기 합성 진행 정도는 유리지방산 함량(FFA)으로 결정할 수 있다. 즉, 상기 반응온도는, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 10 ℃ 이상; 30 ℃ 이상; 50 ℃ 이상; 바람직하게는 50 ℃의 온도로 상승되고, 상기 가스 투입량은, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 50 % 이상으로 증량할 수 있다. 상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 유리지방산 함량(FFA, %)이 1.0 이하 또는 0.5 이하인 경우에 합성을 종료할 수 있다.
예를 들어 상기 반응 온도는, 100 ℃ 내지 180 ℃의 제1 온도 구간, 200 ℃내지 230 ℃의 제2 온도 구간 및 250 ℃ 내지 350 ℃의 제3 온도 구간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 비활성 가스의 투입량은, 합성량 10000 리터 기준으로 분당 10 리터 내지 50 리터의 제1 투입량, 50 리터 내지 150 리터의 제2 투입량 및 150 리터 내지 1000 리터의 제3 투입량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 합성 공정을 진행하는 단계는, 상압(760mmHg) 내지 감압(350mmHg) 압력에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유의 유리지방산 함량(FFA, %)은, 1.0 이하 또는 0.5 이하일 수 있고, 동점도는 10 mm2/sec 이상 또는 10 mm2/sec 내지 200 mm2/sec 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 하기의 화학식 1로 표시되는 트리글리세라이드(Triglyceride) 형태의 글리세린-에스테르를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020060731047-pat00003
여기서, R1, R2 및 R3는, 각각, 탄소수 8 내지 20의 포화 또는 불포화 지방산 잔기이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유를 포함하는 난연성 유압작동유 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 유압작동유 조성물은, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물이며, 미생물에 의하여 분해 가능하고, 사람과 장비에 대한 친화성을 강조한 식물성 유지에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유 또는 무촉매 및 무수세 공정에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유을 이용하고, 미생물에 의한 생분해가 가능하며 인체에 대한 친화성이 좋을 뿐 아니라, 물성도 우수하여 산업현장에 있어서 물론 설비의 구동에서도 에너지 절감 효과와, 공구 수명의 연장, 장비 구동의 효율성 증가와 장비 소모품 교체 주기의 감소는 물론 난연성이라 화재위험을 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 유압작동유 조성물은, 글리세린-에스테르계 윤활기유 및 난연성 첨가제를 포함하고, 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 단독 또는 2종 이상의 혼합 구성으로 포함될 수 있고, 상기 2종 이상을 포함할 경우에, 하나의 글리세린-에스테르계 윤활기유 대 나머지 글리세린-에스테르계 윤활기유의 질량비는, 90 : 10 내지 75 : 25 또는 90 : 10 내지 50 : 50일 수 있다. 상기 질량비 범위 내에 포함되면 난연성 유압작동유 조성물의 품질 개선과 생분해성을 향상시켜 보다 효율적인 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다.
상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 50 중량% 이상; 60 중량% 이상; 80 중량% 이상; 90 중량% 이상; 또는 90 중량% 내지 100 중량% 미만으로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 첨가제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 10.0 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에 포함되면 난연성의 향상으로 보다 원활하게 화재 위험에 대응할 수 있어 바람직하다.
상기 난연성 첨가제는, 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제이며, 상기 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제는, 　트리크레실 포스페이트(Tricresyl Phosphate), 트리부틸 포스페이트(Tributyl Phosphate), 트리스(β클로로에틸) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(β클로로프로필) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(디클로로프로필) 포스페이트(Tris(dichloropropyl) Phosphate), 트리옥틸 포스페이트(Trioctyl Phosphate), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phosphate), 옥틸 디페닐 포스페이트(Octyl diphenyl Phosphate), 트리스(이소프로필페닐) 포스페이트(Tris(Isopropylphenyl)Phosphate) 및 트리부톡시에틸 포스페이트(Tributoxyethyl Phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 첨가제는, 난연성 첨가제, 산화방지제, 내하중 및 내마모 향상제, 증점 및 점도지수향상제, 부식방지제 및 기타 개질제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 기능성 첨가제는, 각각 또는 전체로 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 첨가제의 함량은, 글리세린-에스테르계 윤활기유와 적절한 조합과 첨가제에 의한 환경친화력(생분해성 및 어독성)의 저하, 유압작동유의 품질 저하, 변색, 점도 강하 등의 발생을 고려하여 적절한 함량으로 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화방지제는, 상기 난연성 유압작동유 중 0.1 중량% 내지 7.0 중량%로 포함되는 것일 수 있다. 일반적으로 0.5 중량부 미만에서는 효과가 작으며 7.0 중량부를 초과하는 경우 산화방지의 효과는 기대할 수 있으나, 유제의 변색 및 난연성 효과 저하 등의 문제가 제기될 수 도 있다. 상기 범위 내에 포함되면 적합한 산화 방지 효과를 얻고, 첨가량의 증가에 따른 환경친화성(생분해성 및 어독성)의 저해 등의 문제가 발생되는 것을 방지 또는 낮출 수 있다.
상기 산화방지제의 산화방지력은, 전자의 공명혼성구조(resonance hybrid)가 많이 형성될수록 산화방지력이 우수하다는 것이 실험결과로 확인될 수 있다.
상기 산화방지제는, 페닐나프틸아민계, 알킬레이티드 디페닐아민, N-이소프로필-N'-페닐-1,4-페닐렌디아민(N-phenyl-N'-isopropyl-P-phenylenediamine), N,N'-디-2-나프틸-2-페닐렌디아민(N,N'-Di-2-naphthyl-2- phenylenediamine) 등의 아로마틱 아민계; 모노 터셔리 부틸하이드로퀴논(mono-tert-butylhydroquinone) 등의 하이드로퀴논계; 비스페놀 2,2'-메틸렌-비스-(4-메틸-6-터트-부틸페놀)(Bisphenol 2,2’- Metylen-Bis-(4-methyl-6-Tert-Butylphenol)), 4,4-부틸리덴비스(6-터트-부틸-3-메틸페놀)(4,4-butylidenebis(6-tert-butyl-3-methylphenol), BHT(3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxytoluene) 등의 페놀계; 트리스(노닐페닐)포스페이트, (Tris(nonylphenyl)phosphate) 등의 인산 에스테르계 및 인산 에스테르의 금속염(Zn-DTP); 및 디라우릴 티오디프로피오네이트(Dilauryl Thiodipropionate), 2-메르캅토벤조이미다졸, 2-메트캅토메틸 벤즈이미다졸(2-mercaptomethyl benzimidazole) 등의 황계화합물;로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 증점 및 점도지수향상제는 상기 난연성 유압작동유 중 0.01 중량% 내지 5.0 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
상기 증점 및 점도지수향상제는, 점도향상제 및 점도지수향상제이며, 스티렌-부타디엔 공중합체(Styrene-Butadien Co-polymer), 스티렌말레산에스테르공중합체 등의 스티렌-탄화수소 폴리머(Styrene Hydrocarbon polymer) 등의 올레핀 공중합체, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌 및 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 에틸렌프로필렌공중합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 증점 및 점도지수향상제의 분자량(Mw)은 난연성 및 환경친화성 등을 고려하여 300 내지 10000일 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 적절한 점도의 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 7.0 중량%로 포함되는 것일 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 유압장비가 가동되는 동안 실린더, 펌프 등의 과도한 마모를 방지 하여 장비의 수명을 향상시키며 마모에 따른 과열 발생을 낮출 수 있다.
상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 인산에스테르의 아민염, 아릴 포스페이트계, 인산에스테르의 금속염, 및 황화물의 첨가제 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 인산에스테르의 아민염일 수 있다.
예를 들어, 상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 중화처리된 인산에스테르의 아민염계(화학식 2)의 효과가 가장 좋으며, 인산에스테르의 금속염, 알릴계 인산에스테르 및 황화물의 첨가제를 병용할 수 있으며 상승효과를 나타낼 수 있다. 화학식 2의 화합물은 전산가(Total Acid Number, mgKOH/g, TAN, ASTM D664) 50 이상; 100 이상; 또는 200 이상일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112020060731047-pat00004
상기 화학식 2에서, R은 수소 또는 탄수 1 내지 10 알킬 또는 아릴형 탄화수소 화합물이며, X는 수소 또는 탄수 1 내지 4의 탄화수소이며, n은 1 내지 10의 정수이다.
필요에 따라, 부식방지제(아조(Azole)계 비철부식방지제, 숙신 에스테르형(Succinic Ester type)의 철계 부식방지제, 술폰산염(Metal-Sulfonate) 계통의 부식방지제 등), 소포제(실리콘 형(Silicon type), 알코올형(Alcohol type), 아민형(Amine type), 폴리메타아크릴레이트 등의 소포제), 유동점 강하제(폴리메타아크릴레이트 type 외) 및 기타 개질재 등을 더 첨가할 수 있고, 이들의 함량은 본 발명의 목적을 벗어나지 않는다면 적절한 함량 및 각 성분 간의 조합을 고려해서 첨가될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 합성예
다음과 같이 합성 식물유(글리세린-에스테르)를 준비하였다.
윤활기유 A
글리세린(16.0 중량%) 및 전체 탄소수 36(탄소수10 내지 탄소수14)의 혼합 지방산(84 중량%)를 적용하고 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 B
글리세린(15.0 중량%) 및 전체 탄소수 42(탄소수10 내지 탄소수16)의 혼합 지방산(85 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 C
글리세린(14.5 중량%) 및 전체 탄소수 48(탄소수14 내지 탄소수18)의 혼합 지방산(85.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 D
글리세린(13.5 중량%) 및 전체 탄소수 50(탄소수14 내지 탄소수18)의 혼합 지방산(86.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 E
글리세린(13.5 중량%) 및 전체 탄소수 50(탄소수14 내지 탄소수18)의 혼합 지방산(86.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 F
글리세린(12.5 중량%) 및 전체 탄소수 54(탄소수14 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(87.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 320 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 G
글리세린(12.0 중량%) 및 전체 탄소수 54(탄소수14 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(88.0 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 320 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 H
글리세린(11.0 중량%) 및 전체 탄소수 54(탄소수14 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(89.0 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 내지 1000 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 I
글리세린(10.0 중량%) 및 전체 탄소수 60(탄소수16 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(90.0 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 내지 1000 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 J
글리세린(9.5 중량%) 및 전체 탄소수 66(탄소수18 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(90.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 내지 1000 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 1에 나타내었다.
윤활기유 구분 지방산 전체 탄소수 유리 지방산
(FFA)주1) 		동점도
(mm2/초)		 요오드값
윤활기유 A 36 0.7 21.5 15
윤활기유 B 42 0.7 24.8 20
윤활기유 C 48 0.6 28.5 26
윤활기유 D 50 0.6 30.3 30
윤활기유 E 50 0.6 31.5 65
윤활기유 F 54 0.5 33.6 40
윤활기유 G 54 0.5 35.4 65
윤활기유 H 54 0.5 38.5 80
윤활기유 I 60 0.4 41.5 75
윤활기유 J 66 0.3 45.0 72
주 1 : 윤활기유의 미반응 지방산 함량이며, “% as Oleic”으로 정의한다.
2. 첨가제의 준비
표 2 내지 표 4에 각각, 난연성 첨가제, 산화방지제 및 내하중 및 내마모성첨가제를 준비하였다.
난연제 종류
난연성 첨가제 A 트리크레실 포스페이트(Tricresyl Phosphate)
난연성 첨가제 B 트리부틸 포스페이트(Tributyl Phosphate)
난연성 첨가제 C 트리스(β-클로로에틸) 포스페이트(Tris(β-chloroethyl) Phosphate)
난연성 첨가제 D 트리스(β-클로로프로필) 포스페이트(Tris(β-chloropropyl) Phosphate)
난연성 첨가제 E 트리스(1,3-디클로로-2-프로필) 포스페이트(Tris(dichloropropyl) Phosphate)
난연성 첨가제 F 트리옥틸 포스페이트(Trioctyl Phosphate)
난연성 첨가제 G 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phosphate)
난연성 첨가제 H 옥틸 디페닐 포스페이트(Octyl diphenyl Phosphate)
난연성 첨가제 I 트리스(이소프로필페닐)포스페이트(
Tris(Isopropylphenyl)Phosphate)
난연성 첨가제 J 트리부톡시에틸 포스페이트(
(Tributoxyethyl Phosphate)
산화방지제의 종류
산화방지제 A 페닐나프틸아민계
산화방지제 B 알킬레이티드 디페닐아민계
산화방지제 C N-이소프로필 -N'-페닐-1,4-페닐렌디아민(N-phenyl-N'-isopropyl-P-phenylenediamine)
산화방지제 D N,N'-디-2-나프틸-2-페닐렌디아민
(N,N'-Di-2-naphthyl-2- phenylenediamine)
산화방지제 E 모노-터셔리-부틸하이드로퀴논
(mono-tert-butylhydroquinone)
산화방지제 F 비스페놀 2,2'-메틸렌-비스-(4-메틸-6-터트-부틸페놀)
(Bisphenol 2,2’- Metylen-Bis-(4-methyl-6-Tert-Butylphenol))
산화방지제 G 4,4-부틸리덴비스(6-터트-부틸-3-메틸페놀)
(4,4-butylidenebis(6-tert-butyl-3-methylphenol)
산화방지제 H 2-메트캅토메틸 벤즈이미다졸
(2-mercaptomethyl benzimidazole)
산화방지제 I 트리스(노닐페닐)포스파이트
(Tris(nonylphenyl)phosphate)
산화방지제 J 디라울릴 티오디프로피오네이트
(Dilauryl Thiodipropionate)
내하중 및 내마모첨가제의 종류
내하중 및 내마모첨가제 A 인산에스테르의 아민염
(전산가 50, 철계 부식방지제 포함)
내하중 및 내마모첨가제 B 인산에스테르의 아민염
(전산가 100, 철계 부식방지제 포함)
내하중 및 내마모첨가제 C 인산에스테르의 아민염
(전산가 150, 부식방지제 미 포함)
내하중 및 내마모첨가제 D 인산에스테르의 아민염
(전산가 200, 부식방지제 미 포함)
내하중 및 내마모첨가제 E 인산에스테르의 금속염 (아연화합물)
내하중 및 내마모첨가제 F 인산에스테르의 금속염 (몰리브덴화합물)
내하중 및 내마모첨가제 G 황화물(황 함량 10~12% 식물유, 비 활성)
내하중 및 내마모첨가제 H 황화물(황 함량 14~16% 식물유, 비 활성)
실시예 1 내지 실시예 14
(1) 난연성 유압작동유 조성물의 제조
표 1의 합성 식물유(글리세린-에스테르)를 윤활기유로 사용하고, 난연성 첨가제(표 2), 산화방지체(표 3) 및 내하중 및 내마모성첨가제(표 4)를 혼합하여 난연성 유압작동유 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성은 표 5 내지 표 6에 나타내었다.
구성 실시예1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7
윤활기유 A 25.0 17.0
윤활기유 B 15.5
윤활기유 C 77.0 33.0 25.5
윤활기유 H 67.0 61.5 94.0
윤활기유 I 73.5 45.0
윤활기유 J 70.0 49.0
난연성첨가제 A 2.0 2.5 1.0 2.5
난연성첨가제 B 2.0
난연성첨가제 F 1.0
난연성첨가제 G 2.5
난연성첨가제 H 1.5
산화방지제 A 1.2 1.5 0.5 1.0
산화방지제 B 1.5 0.5 0.5
산화방지제 D 1.5 1.0
산화방지제 G 0.5
내하중/내마모첨가제 A 1.0 0.5 1.0 0.5 0.5
내하중/내마모첨가제 B 1.0 0.5
내하중/내마모첨가제 E 1.0 0.5
증점/점도지수향상제 적량 적량 적량 적량 적량 적량 적량
부식방지제 적량 적량 적량 적량 적량 적량 적량
유동점 강하제 적량 적량 적량 적량 적량 적량 적량
기타 적량 적량 적량 적량 적량 적량 적량
산화안정도(RPVOT) Life time : 200분 이상
난연성 Hot Manifold test 발화 후 즉시 소화
분사화재 시험 지속적 연소되지 않음
윤활성 SRV test (마찰계수) 0.110 이하
SRV test (극압성) 2000 뉴튼 이상
Shell 4-ball (내마모성) Scar diameter : 0.45mm 이하
Shell 4-ball (극압성) 126kgf 이상
어독성(물벼룩 시험) 100 이상
구성 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14
윤활기유 B 20.0
윤활기유 D 22.5
윤활기유 G 70.0
윤활기유 H 74.0 60.0
윤활기유 I 72.5 35.5 95.0 45.0
윤활기유 J 24.0 95.0 49.0
난연성첨가제 A 2.0 1.5 1.0 1.0 2.0
난연성첨가제 C 1.0 1.0
난연성첨가제 D 1.5
난연성첨가제 I 1.5
난연성첨가제 J 2.0
산화방지제 A 0.5 0.5 0.5 1.0
산화방지제 E 0.5 0.5 1.0 0.5 0.5
산화방지제 G 0.5 1.0
산화방지제 I 0.5 0.5
내하중/내마모첨가제 C 0.5 0.5 0.5
내하중/내마모첨가제 E 1.0 0.5 0.5
내하중/내마모첨가제 G 0.5 0.5 0.5 0.5
증점/점도지수향상제 적량 적량 적량 적량 적량 적량 적량
부식방지제 적량 적량 적량 적량 적량 적량 적량
유동점 강하제 적량 적량 적량 적량 적량 적량 적량
기타 적량 적량 적량 적량 적량 적량 적량
산화안정도(RPVOT) Life time : 200분 이상
난연성 Hot Manifold test 발화 후 즉시 소화
분사화재 시험 지속적 연소되지 않음
윤활성 SRV test (마찰계수) 0.110 이하
SRV test (극압성) 2000뉴튼 이상
Shell 4-ball (내마모성) Scar diameter : 0.45mm 이하
Shell 4-ball (극압성) 126kgf 이상
어독성(물벼룩 시험) 100 이상
시험 항목 시험 방법
어독성 시험(물벼룩 시험) 물벼룩 급성 독성 시험 : 48h EC50
OECD TG 202 준용
산화안정도(RPVOT) 회전봄브식 산화안정성 시험(ASTM D 2272)
난연성 시험 Hot Manifold test 374℃에 달한 Manifold위에 시료를 떨어뜨려 발화유무 확인
분사 화재 시험 고압분무점화실험-기계진흥협력회 기술연구소법(일본)
윤활성 시험 SRV test 마찰계수 SRV 장비를 이용한 마찰계수 측정
(시험 조건 : 1mm, 200N, 40℃,50Hz)
SRV test 극압성 SRV 장비를 이용한 극압성 측정
(시험 조건 : 2mm, 40℃, 50Hz, 100N씩 증가)
Shell 4-Ball 내마모성 Shell 4-Ball 장비를 이용한 내마모성
(시험 조건 : 1200rpm, 40kgf, 75℃, 1hrs)
Shell 4-Ball 극압성 Shell 4-Ball 장비를 이용한 극압성
(시험 조건 : 1720rpm, 상온, 10초)
(1) 물성평가
표 7에 따른 제조된 난연성 유압작동유 조성물의 어독성, 산화안정성, 난연성 및 윤활성 시험 조건에 따라 물성 및 성능을 측정하였으며, 그 결과는 표 5 내지 표 6에 나타내었다.
(2) 분무화재 시험 결과
고압분무점화실험-기계진흥협력회 기술연구소법(일본)에 따라 분무화재 시험을 실시하여 도 1에 나타내었다. 도 1에는 실시예 7와 석유계 시판 제품을 이미지로 나타내었다.
(3) 유압작동유 사용에 따른 전기 소모량 측정
실시예 14와 광유계 시판 제품으로 유압작동유 오일 변경 후 전기 소모량 변화를 측정하여 도 2에 나타내었다.
시험 장비 : 850톤 다이캐스팅
표 5 내지 표 6을 살펴보면, 본 발명에 의한 합성 식물유(글리세린-에스테르)를 윤활기유와 난연성첨가제, 산화방제지, 증점 및 점도지수향상제, 내하중 및 내마모향상제, 부식방지제, 유동점강하제 및 기타 개질제를 첨가하여 제조한 환경친화형-난연성 유압작동유는, 어독성(물벼룩시험)시험에서 우수한 결과를 얻었으며, 탁월한 난연성 성과를 획득하였고, 유압작동유에 대한 SRV test(마찰, 마모, 진동) Shell 4-Ball test에서 매우 우수한 결과를 획득하였고, 산화방지성능 또한 매우 양호한 결과를 얻을 수 있다.
도 1의 결과에서, 본 발명에 의한 환경친화형-난연성 유압작동유는 연소되지 않았으나, 광유계 유압작동유는 폭박적 화재 발생을 확인할 수 있다.
도 2의 결과에서, 본 발명에 의한 환경친화형-난연성 유압작동유는 석유계 유압작용유에 비하여 전기 소모량 변화에서 평균 7.12% 절감할 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 의한 환경친화형-난연성 유압작동유는 실제 산업 장비에 적용 시 보다 안정되고 에너지 저감 효과를 기대할 수 있다.
장비에 사용되는 유압작동유에 대한 환경친화형이란 생분해성 및 어독성에 대한 환경친화성의 기준 뿐 아니라 장비가 구동되는 동안 소모되는 전기사용량에 대하여 감축이 가능하여 탄소배출권에 안정적인 도움이 되도록 지원하는 것이 필요하지만, 보고된 유압작동유에서 전기소모량 감량에 대한 실질적인 평가 결과를 보고한 사례는 없었다. 하지만, 본 발명에 의한 합성 식물유 유압작동유를 산업현장에 적용하였을 때 소모되는 전력량을 종래의 광유계 내마모성 유압작동유(ISO-L-HM 규정의 ISO VG 46)와 비교하면 평균 7.12% 정도의 절감효과를 얻을 수 있으며(도 2), 이는 본 발명에 따른 에너지 저감 및 장비의 안정된 구동의 보장에 능동적으로 대처할 수 있는 유압작동유를 제공할 수 있음을 보여준다.
본 발명은, 지방산과 글리세린을 이용하여 무촉매 및 무수세 공정에 의한 합성 식물유(글리세린-에스테르)를 이용하고, 기존 종래 기술에 비하여 한층 개선되고 발전시킨 윤활첨가제, 예를 들어, 난연성 첨가제, 산화방지제, 내하중 및 내마모 향상제, 증점 및 점도지수향상제, 유동점 강하제, 부식방지제 및 기타 개질제를 배합하여 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다. 상기 유압작동유 조성물은, 유압작동유(윤활유)의 사용 과정에서 전력량 소모의 감량으로 탄소배출량을 감소시켜 에너지 저감에 따른 실질적인 원가절감에 기여할 뿐 아니라, 유압작동유로서의 적용 영역의 확대와 동시에 사용수명의 연장을 보장하며 난연성의 확인으로 화재위험을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 산업의 발전 과정에서 요구되는 자연환경과 사람에 대한 친화성의 강조와 에너지 저감 대책 및 장비의 안정된 구동의 보장에 능동적으로 대처할 뿐 아니라 난연성을 부여하여 화재의 위험을 감소시킴은 물론 광유계 윤활유와 가격적으로 경쟁할 수 있으므로 실질적인 원가절감에도 기여할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (21)

  1. 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하고,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 단일 불포화 지방산을 포함하고,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 20 중량% 이하의 다불포화 지방산을 포함하는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 100 ℃ 내지 350 ℃의 반응 온도 및 비활성 가스 분위기에서 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 및 상기 글리세린을 무촉매 조건에서 반응시키고, 무수세 공정으로 획득된 것인, 글리세린-에스테르계 윤활기유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질에서 제1 지방산 대 나머지 지방산의 질량비는, 99 : 1 내지 1 : 99 또는 99 : 1 내지 75 : 25인 것인, 글리세린-에스테르계 윤활기유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 탄소수 18의 단일 불포화 지방산을 포함하거나 20 중량% 이하의 탄소수 18의 다불포화 지방산을 포함하는 것인, 글리세린-에스테르계 윤활기유.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 동점도(40 ℃)가 10 mm2/sec 내지 1000 mm2/sec인 것인, 글리세린-에스테르계 윤활기유.
  6. 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하고,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 동점도가 20 mm2/초 이하의 저점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 10 내지 12의 지방산 질량비가 75 중량% 이상이고, 동점도가 30 mm2/초 이상의 고점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위한 탄소수 18 내지 20의 지방산 질량비가 70 중량% 이상이고,
    상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 유리지방산(FFA, %) 함량이 1.0 이하 또는 0.5 이하이며,
    상기 글리세린-에스테르는, 하기의 화학식 1로 표시되는 것인, 글리세린-에스테르계 윤활기유:
    [화학식 1]
    Figure 112020096568549-pat00009

    (여기서, R1, R2 및 R3는, 각각, 탄소수 8 내지 20의 포화 또는 불포화지방산 잔기이다.)
  7. 글리세린-에스테르계 윤활기유; 및 산화방지제와 극압 및 내마모성 첨가제 를 포함하고, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하고,
    상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 난연성 유압작동유 조성물 중 50 중량% 이상 포함하고,
    상기 산화방지제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.1 중량% 내지 7 중량%로 포함되고,
    난연성 첨가제를 더 포함하고,난연성 첨가제는 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 것인,
    환경친화형-난연성 유압 작동유 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 2종 이상을 포함하고, 2종 이상을 포함할 경우에, 하나의 글리세린-에스테르계 윤활기유 대 나머지 글리세린-에스테르계 윤활기유의 질량비는, 90 : 10 내지 75 : 25 또는 90 : 10 내지 50 : 50인 것인, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 난연성 유압작동유 조성물의 동점도(40 ℃)는, 10 mm2/sec 내지 200 mm2/sec인 것인, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 산화방지제는, 페닐나프틸아민계 화합물, 아로마틱 아민계 화합물, 페놀계 화합물, 인산에스테르계 화합물, 인산 에스테르의 금속염(Zn-DTP) 및 황계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 내마모성 첨가제는, 상기 환경친화형-난연성 유압작동유 중 0.01 중량% 내지 7 중량%로 포함되고, 상기 내마모성 첨가제는, 하기의 화학식 2로 표현되는 인산에스테르의 아민염계 화합물을 포함하는 것인, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물:
    [화학식 2]
    Figure 112020096568549-pat00010

    (상기 화학식 2에서, R은 수소 또는 탄수 1 내지 10 알킬 또는 아릴형 탄화수소 화합물이며, X는 수소 또는 탄수 1 내지 4의 탄화수소이며, n은 1 내지 10의 정수이다.)
  12. 제7항에 있어서,
    증점 및 점도지수 향상제, 유동점 강하제 및 부식방지제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 난연성 첨가제는, 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제이며, 상기 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제는, 트리크레실 포스페이트 (Tricresyl Phosphate), 트리부틸 포스페이트(Tributyl Phosphate), 트리스(β클로로에틸) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(β클로로프로필) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(디클로로프로필) 포스페이트(Tris(dichloropropyl) Phosphate), 트리옥틸 포스페이트(Trioctyl Phosphate), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phosphate), 옥틸 디페닐 포스페이트(Octyl diphenyl Phosphate), 트리스 (이소프로 필페닐) 포스페이트(Tris(Isopropylphenyl)Phosphate) 및 트리부톡시에틸 포스페이트 (Tributoxyethyl Phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 증점 및 점도지수 향상제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%로 포함되고, 상기 증점 및 점도지수 향상제는, 올레핀 공중합체, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴 레이트 및 에틸렌프로필렌공중합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 증점 및 점도지수 향상제의 분자량(Mw)은 300 내지 10000인 것인, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물.
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  17. 삭제
  18. 삭제
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