KR102225533B1 - 에너지 효율을 개선하기 위한 자동차 변속기 오일 조성물 - Google Patents

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Abstract

차량의 작동 중 연료 효율을 증가시키는 특정한 한정된 첨가제의 존재를 통해 개선된 동력 전송 특성을 갖는 자동차 변속기 오일 조성물이 제공된다. 본 발명은 이러한 변속기 오일 조성물을 제조하는 방법, 변속기의 에너지 효율을 개선하는 방법 및 변속기 오일용 첨가제 농축물을 추가로 제공한다.

Description

에너지 효율을 개선하기 위한 자동차 변속기 오일 조성물{AUTOMOTIVE TRANSMISSION FLUID COMPOSITIONS FOR IMPROVED ENERGY EFFICIENCY}
본 발명은 특정한 한정된 첨가제의 존재를 통해 개선된 동력 전송 특성을 갖는 자동차 변속기 오일 조성물을 제공한다. 구체적으로, 본 발명은 자동차 차량용 변속기 오일 조성물을 제공하는데, 이 조성물을 사용하면 차량의 작동 중 연료 효율을 증가시킨다. 본 발명은 또한 이러한 변속기 오일 조성물의 제조 방법, 변속기의 에너지 효율을 개선하는 방법, 변속기 오일용 첨가제 농축물, 및 본원에서 이후 기재되는 다른 양태를 제공한다.
현대 세계에서는 에너지 효율을 증가시키고자 하는 정치, 규제 및 소비자 압력이 많이 존재한다. 다수의 용도에서의 기계는 구동 단위장치에서 구동되는 단위장치로 동력을 전송하기 위하여 운동 부품 사이의 협력에 의존하며, 이 동력 전송의 효율은 기계의 전체적인 에너지 효율에 기여한다. 더욱 에너지-효율적인 기계의 추구는 다수의 산업 부문에서 지속적인 목표가 되어 왔다.
자동차 부문에서, 동력 전송은 주로 차량의 구동렬 구성요소를 통해 이루어진다. 엔진의 크랭크축은 전형적으로 몇몇 형태의 클러치를 통해 변속기에 연결되는데, 동력 전송은 클러치를 가로질러 일어나서 변속기 및 궁극적으로는 전륜(road wheel)을 구동시킨다. 차량의 디자인 및 그의 변속기 유형에 따라 추가적인 클러치가 변속기 내에 존재할 수 있다. 이러한 클러치의 필수적인 특징은 클러치 판 사이의 접촉을 가로질러 동력을 효율적으로 전송하는 능력이다. 엔진과 전륜 사이에서의 임의의 동력 전송 상실은 예컨대 더욱 불량한 연료 효율에 의해 입증되는 바와 같이 차량의 에너지 효율을 감소시킨다.
자동차 변속기 오일을 통해 자동차 변속기의 에너지 효율을 개선하는 것은 엔진의 에너지 효율을 개선하는 것과는 다른 도전과제를 제공한다. 일반적인 용어로, 에너지 상실은 운동하는 엔진 부품에서 마찰로 인해 일어난다. 따라서, 엔진 윤활에서의 통상적인 목표는 마찰을 감소시키는 것이고, 그렇게 함에 있어서 수반되는 에너지 상실을 감소시키는 것이다. 대조적으로, 변속기는 높은 마찰을 통해 이동하는 표면을 가로질러 동력을 전송함으로써 작용한다. 그러므로, 이들 표면 사이에서 마찰이 적은 환경을 만들면 표면 사이의 에너지 전달의 상실 및 수반되는 동력 전송에서의 상실을 야기한다. 그러나, 동시에, 마모도 제어되어야 한다. 따라서, 클러치 마찰, 마모, 피로 방지 및 에너지 효율의 유리한 균형을 갖는 효과적인 변속기 오일의 배합은 복잡한 과제이며, 용이하게 통상적으로 분석되는 과제가 아니다.
당 업계에는 사용시 변속기의 에너지 효율을 증가시키는 개선된 자동차 변속기 오일에 대한 요구가 존재하며, 특히 당 업계에는 차량의 작동 중 연료 효율을 증가시키는 자동차 변속기 오일에 대한 요구가 존재한다.
당 업계에 기재된 이 문제점에 대한 해결책은 점도 개질제를 사용함으로써 변속기 오일 점도를 변화시키는데 관련된다. 오일의 점성 특성을 변화시킴으로써, 즉 오일 점도를 낮춤으로써, 소정 경우에서 연료 효율 면에서의 약간의 이점이 관찰되었다. 그러나, 이 효과는 변화된 벌크 액체 점성의 물리적 영향에 기인한 것이고, 기계적 부품의 내구성 및 작동의 신뢰성 같은 다수의 단점을 수반하였다.
본 발명은 특정한 한정된 첨가제의 존재를 통해 개선된 동력 전송 특성을 갖는 자동차 변속기 오일 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 그의 사용시 차량의 작동 중 연료 효율을 눈에 띄게 증가시키는 자동차 차량용 변속기 오일을 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 특정 형태의 중합 반응에 의해 제조된 폴리알파올레핀 중합체 부류가 하나 이상의 세제 첨가제 및 특정 점도 개질제와 함께 존재하는 경우 변속기 오일용 성능-향상 첨가제로서 효용을 갖고 이들 조합이 오일의 동력 전송 특성을 개선하는 작용을 하는 것으로 판정하였다. 첨가제의 이 조합은 예를 들어 차량의 작동 중 연료 효율의 증가에 의해 입증되는 바와 같이 변속기가 더 큰 에너지 효율로 작동되도록 한다. 폴리알파올레핀은 전체 변속기 오일 조성물의 4중량%를 초과하지 않는 양으로 사용될 때 이 목적을 위한 첨가제로서 유리한 성능을 나타내고, 전체 변속기 오일 조성물의 1 내지 3중량%의 양으로 사용될 때 최적 성능을 나타낸다.
이후 실시예에서 입증되는 바와 같이, 폴리알파올레핀, 특정 점도 개질제 및 세제 첨가제의 조합으로부터 야기되는 에너지 효율 이점은 비교되는 오일의 주요 점성 특성(동점도 및 점도 지수)이 본질적으로 일정하게 유지되도록 제어되는 조건 하에서도 드러난다. 따라서, 첨가제 조합의 기본적인 효과는 유체 점도 자체와 독립적으로 작용하는 것으로 보인다. 그러므로, 본 발명에 필수적인 첨가제의 조합에 기인하는 에너지 효율에서의 개선은 당 업계에 공지되어 있는 해결책에 의해 단순히 오일 점도를 낮추는 것과는 상이한 기작에 기인한다.
US-A-2010/0035778 호는 첨가제 및 폴리알파올레핀 블렌드를 갖는 기본원료(base stock)를 바람직하게 포함하는 특히 개선된 연료 경제성을 갖는 동력 전송 오일 조성물을 제공한다. 첨가제는 바람직하게는 특히 점도 지수 개선제를 포함한다. 이 교시내용은 통상적이지 않은 점도 프로파일을 갖는 폴리알파올레핀(PAO) 또는 PAO 블렌드를 포함하는 기본원료의 사용을 보고하고, PAO 블렌드 약 8 내지 약 90중량%를 갖는 오일 조성물을 인용한다. 조성물의 작업 실시예는, 점도 개질제 및 세제 첨가제와 함께, 각각 9.4중량% 및 68.0중량%의 비율로 PAO 2cSt 및 PAO 6cSt로 구성되는 PAO 블렌드 77.4중량%를 함유한다. 이 교시내용은 오일의 기본 점도가 100℃에서 4.0cSt 이상이도록 PAO 블렌드가 선택되기만 하면 임의의 수의 PAO를 사용할 수 있다고 보고한다. 이 교시내용은 변속기 오일 중에서 첨가제 처리 수준으로 특정 폴리알파올레핀을 사용함으로써 야기되는 이점을 개념적으로 인식하지 못하였고, 오일 성능을 향상시키는 수단으로서 변화된 벌크 점성에 다시 초점을 맞추고 있다.
US-A-2007/000807 호는 바람직하게는 130 이상의 높은 점도 지수 및 특정한 다른 한정된 특징을 가짐을 특징으로 하는 고 점도 지수의 폴리알파올레핀(HVI-PAO)을 함유하는 산업용 윤활제 및 그리스(grease) 조성물을 제공한다. 활성화된 메탈로센 촉매를 비롯한 다양한 경로에 의해 이러한 HVI-PAO를 제조할 수 있다. 이 문서는 단락 [0016]에서 그의 HVI-PAO 배합물의 특정 이점이 특정한 종래의 첨가제, 구체적으로는 중합체성 증점제 또는 다른 증점 유체, 예를 들어 점도 지수(VI) 개선제를 필요로 하지 않는(이들을 임의적인 요소로서 포함할 수는 있음) 것이라고 교시한다.
본 발명은 한정된 폴리알파올레핀과 함께 사용되는 점도 개질제의 특성이 생성되는 변속기 오일 조성물의 사용을 통해 획득되는 에너지 효율에서의 개선 정도, 특히 차량의 연료 효율에서의 개선 정도에 영향을 끼침을 발견하였다. 이후 기재되는 바와 같이, 동일한 점성 특성을 갖는 배합된 오일에서 비교할 때 상이한 점도 개질제는 폴리알파올레핀과 함께 차별적인 개선을 나타낸다. 그러므로, 효율의 이러한 개선은 차별적인 점도 개질 효과보다는 점도 개질제 자체의 특성에 기인한다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 세제 첨가제의 존재가 생성되는 변속기 오일 조성물의 사용을 통해 달성되는 에너지 효율에서의 개선을 증가시키고, 특히 차량의 연료 효율을 최적화시킴을 발견하였다. 바람직하게는, 에너지 효율을 개선하기 위하여, 하나 이상의 세제 첨가제(iv)는 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물을 포함하고, 이 때 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물은 알칼리토금속 살리실레이트 또는 설폰에이트 화합물이다. 더욱 바람직하게는, 변속기 오일 조성물에 존재하는 각각의 알칼리토금속 세제 화합물은 중성 또는 과염기화된 살리실산칼슘 화합물이며, 더욱 바람직하게는 이들 살리실산칼슘 화합물(들)의 총량은 변속기 오일 조성물의 중량에 기초하여 50 내지 250중량ppm의 칼슘 함량을 갖는 변속기 오일 조성물을 제공하도록 하는 양이다.
그러므로, 제 1 양태에서, 본 발명은 (i) 윤활유, 또는 윤활유들의 블렌드; (ii) 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드; (iii) 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들; 및 (iv) 하나 이상의 세제 첨가제로 이루어진 변속기 오일 조성물을 제공하는데, 이 때 각각의 폴리알파올레핀 화합물(iii)은 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되고, 변속기 오일 조성물중 폴리알파올레핀 화합물(들)(iii)의 총량은 조성물의 4중량%를 초과하지 않으며, 하나 이상의 점도 개질제 첨가제(ii)는 하기 군중 하나 이상으로부터 선택되는 중합체 또는 중합체들의 블렌드를 함유한다:
(ii)(a) 랜덤 또는 블록 폴리-알킬아크릴레이트 또는 폴리-알킬메타크릴레이트, 또는 이들의 공중합체; (ii)(b) 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체 단위를 함유하는 중합체 쇄인 복수개의 암(arm)이 매달려 있는 폴리알킬아크릴레이트 또는 폴리알킬메타크릴레이트의 다가 코어를 포함하는 별형(star) 중합체; 또는 (ii)(c) 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체와 하나 이상의 올레핀 또는 폴리올레핀 단량체의 공중합에 의해 제조되는 빗형(comb) 중합체.
폴리알파올레핀 화합물(iii) 또는 각각의 폴리알파올레핀 화합물(iii)은 상응하는 알파올레핀 공급원료가 메탈로센 촉매의 작용을 통해 중합되는 중합 반응에 의해 제조된다. 이러한 폴리알파올레핀은 그 자체로 공지되어 있고, 때때로 중합체 업계에서 "mPAO"로 불린다. 이들은 다른 촉매 공정으로부터 유도되는 폴리알파올레핀과는 상이한 구조를 갖는다. 구체적으로, 메탈로센 촉매의 작용은 좁은 분자량 분포 및 다량의 헤드-테일(head-to-tail) 단량체 단위 첨가가 이루어지는, 즉 본질적으로 이상적인 중합체로서 간주될 수 있는 구조를 갖는 중합체 생성물의 제조를 야기하도록 하는 것이다. 이러한 물질에 대한 문헌은 또한 다른 공정보다 더 적은 짧은 측쇄를 갖는 더욱 정돈된 패턴의 탄화수소 측쇄를 보고한다. 결과는 더욱 "완벽한" 구조 및 상이한 특성을 갖는 중합체이다.
본 발명은 이러한 폴리알파올레핀이 변속기 오일 조성물중 성능-향상 첨가제로서 사용될 때 특정 이점을 나타내는 것으로 판단하였다. 하기 실시예에서 예시되는 바와 같이, 이러한 폴리알파올레핀으로부터의 첨가제 이점은 전체 변속기 오일 조성물의 4중량% 이하, 바람직하게는 1 내지 3중량%, 최적으로는 2 내지 3중량%의 처리율(treat rate)에서 보여진다. 이러한 처리율은 이러한 오일에서 전형적인 첨가제 처리율에 상응하고, 윤활유 자체(때때로 "기본원료"로 불림)로서의 또는 기본원료 블렌딩 성분으로서의 합성 중합체의 사용(이는 기제 윤활유의 벌크 부피를 구성하는 더 큰 상대적인 양의 중합체의 혼입을 포함함)과 혼동되어서는 안된다.
제 2 양태에서, 본 발명은 (i) 윤활유, 또는 윤활유들의 블렌드; (ii) (ii)(a) 랜덤 또는 블록 폴리-알킬아크릴레이트 또는 폴리-알킬메타크릴레이트, 또는 이들의 공중합체; (ii)(b) 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체 단위를 함유하는 중합체 쇄인 복수개의 암이 매달려 있는 폴리알킬아크릴레이트 또는 폴리알킬메타크릴레이트의 다가 코어를 포함하는 별형 중합체; 또는 (ii)(c) 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체와 하나 이상의 올레핀 또는 폴리올레핀 단량체의 공중합에 의해 제조되는 빗형 중합체의 군중 하나 이상으로부터 선택되는 중합체 또는 중합체들의 블렌드를 함유하는 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드; (iii) 각각, 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들; 및 (iv) 하나 이상의 세제 첨가제로 구성되는 변속기 오일 조성물의 제조 방법을 제공하는데, 상기 방법은 a) 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물(들)을 함유하지 않는 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드를 (제조에 의해 또는 달리) 수득하는 단계; 및 b) 이 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드와 (b)(1) 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드(ii), (b)(2) 변속기 오일 조성물의 4중량%를 초과하지 않는 총량의 폴리알파올레핀 화합물(들)(iii) 및 (b)(3) 하나 이상의 세제 첨가제(iv)를 혼합하여 변속기 오일 조성물을 제공하는 단계를 포함한다.
특히, 본 발명의 방법을 이용하여 자동차 변속기 오일을 제조하는데, 이 때 단계 b)에서의 첨가는 차량의 작동 중 연료 효율의 증가에 의해 입증되는 바와 같이 차량에 사용될 때 생성되는 조성물에 의해 제공되는 동력 전송의 효율을 개선한다.
제 3 양태에서, 본 발명은 제 1 양태에서 정의된 변속기 오일 조성물 또는 제 2 양태의 방법에 의해 수득되는 변속기 오일 조성물의 사용을 포함하는, 자동차 변속기의 에너지 효율을 개선하는 방법을 제공한다. 본 발명의 이 양태에서, 변속기는 자동차 차량용 변속기이고, 에너지 효율에서의 개선은 바람직하게는 차량의 작동 중 연료 경제성에서의 증가이다.
제 4 양태에서, 본 발명은 적합한 담체 액체, 및 (ii) 점도 개질제 또는 점도 개질제들의 블렌드, (iii) 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물 또는 폴리알파올레핀 화합물들의 혼합물, 및 (iv) 하나 이상의 세제 첨가제(이들은 모두 제 1 양태와 관련하여 정의된 바와 같음)로 구성되는 자동차 변속기 오일용 첨가제 농축물을 제공한다. 바람직하게는, 하나 이상의 세제 첨가제는 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물을 포함하고, 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물은 알칼리토금속 살리실레이트 또는 설폰에이트 화합물이다. 다르게는, 또는 덧붙여서, 농축물에 존재하는 폴리알파올레핀 화합물(들)(iii)의 총량은 바람직하게는 농축물을 그의 규정된 처리율로 변속기 오일에 첨가한 후 상기 화합물(iii)이 생성되는 변속기 오일 조성물의 4중량% 이하를 구성하도록 하는 양이다.
이후, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
변속기 오일 조성물은 하기 네 가지 필수적인 요소 (i), (ii), (iii) 및 (iv)로 구성된다. 성분은 다음과 같다:
(i) 윤활유, 또는 윤활유들의 블렌드; (ii) 이후 본원에 기재되는 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드; (iii) 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들; 및 (iv) 하나 이상의 세제 첨가제.
변속기 오일 조성물중 폴리알파올레핀 화합물(들)(iii)의 총량이 혼입 수단과 관계없이 조성물의 4중량%를 초과하지 않는 것이 필수적이다. 그러므로, 원칙상, 본 발명을 실행함에 있어서는 제 1 양태의 조성물중 소량의 폴리알파올레핀(들)(iii)중의 일부 또는 전부를 윤활유 또는 윤활유 블렌드(i)에 혼입시킴으로써 조성물에 도입할 수 있는 것이 가능하다. 그러나, 윤활유 또는 윤활유 블렌드 성분(i) 자체가 이러한 폴리알파올레핀(iii)을 함유하지 않는 것이 바람직하고, 대신 이들 필수적인 화합물(iii)을 조성물의 제조 공정에서 별개의 첨가제로서 직접 첨가함으로써 조성물 내로 혼입하거나 또는 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질체 첨가제들의 블렌드(ii)와 혼합하여 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드에 첨가하기 전에 하나의 첨가제 농축물을 형성하는 것이 바람직하다. 다르게는, 폴리알파올레핀 화합물(들)(iii)을 하나 이상의 세제 첨가제(iv)와 혼합하여 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드에 첨가하기 전에 하나의 첨가제 농축물을 형성할 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 경우 이러한 폴리알파올레핀(iii)으로부터의 가장 큰 첨가제 이점은 전체 변속기 오일 조성물의 4중량% 미만, 더욱 바람직하게는 전체 변속기 오일 조성물의 1 내지 3중량%, 최적으로는 2 내지 3중량%의 처리율에서 관찰된다.
윤활유 또는 윤활유 블렌드(i)는 오일 조성물의 대부분을 구성한다. 윤활유로서 또는 윤활유 블렌드를 구성하기 위하여 본 발명에 유용한 오일은 천연 윤활유, 합성 윤활유 및 이들의 혼합물로부터 유도된다. 일반적으로, 천연 윤활유 및 합성 윤활유는 둘 다 명세 사항 또는 추구하는 변속기 오일의 품질에 따라 100℃에서 각각 약 1 내지 약 100mm2/s(cSt)의 동점도(kinematic viscosity)를 갖지만, 전형적인 용도는 각 오일이 100℃에서 약 2 내지 약 8mm2/s(cSt)의 점도를 가질 것을 요구한다.
천연 윤활유는 동물유, 식물유(예컨대, 피마자유 및 라드유), 석유계 오일, 광유, 및 석탄 또는 셰일(shale)로부터 유도되는 오일을 포함한다. 바람직한 천연 윤활유는 광유이다.
적합한 광유는 모든 통상적인 광유 기본원료를 포함한다. 이는 화학적 구조 면에서 나프텐성 또는 파라핀성인 오일을 포함한다. 오일은 산, 알칼리 및 점토 또는 염화알루미늄 같은 다른 약제를 사용하는 종래의 방법에 의해 정제되거나, 또는 이들은 예를 들어 페놀, 이산화황, 푸르푸랄, 다이클로로다이에틸 에터 등과 같은 용매를 사용하는 용매 추출에 의해 생성되는 추출된 오일일 수 있다. 이들은 가수소 처리되거나 또는 가수소 정제되거나, 냉각 또는 촉매적 탈왁스 공정에 의해 탈왁스되거나 또는 가수소 분해될 수 있다. 광유는 천연 조질 공급원으로부터 생성될 수 있거나 또는 이성질체화된 왁스 물질 또는 다른 정제 공정의 잔류물로 구성될 수 있다.
전형적으로, 광유는 100℃에서 2.0mm2/s(cSt) 내지 10.0mm2/s(cSt)의 동점도를 갖는다. 바람직한 광유는 2 내지 8mm2/s(cSt)의 동점도를 갖고, 가장 바람직한 것은 100℃에서 3 내지 6mm2/s(cSt)의 점도를 갖는 광유이다.
합성 윤활유는 올리고머화된, 중합된 또한 상호중합된 올레핀[예를 들어, 폴리뷰틸렌, 폴리프로필렌, 프로필렌, 아이소뷰틸렌 공중합체, 염소화된 폴리락텐, 폴리(1-헥센), 폴리(1-옥텐), 폴리(1-데센) 등 및 이들의 혼합물]; 알킬벤젠[예를 들어, 도데실-벤젠, 테트라데실벤젠, 다이노닐-벤젠, 다이(2-에틸헥실)벤젠 등]; 폴리페닐[예를 들어, 바이페닐, 터페닐, 알킬화된 폴리페닐 등]; 및 알킬화된 다이페닐 에터, 알킬화된 다이페닐 설파이드, 및 이들의 유도체, 유사체 및 동족체 등과 같은 탄화수소 오일 및 할로-치환된 탄화수소 오일을 포함한다.
합성 오일의 이 부류로부터의 바람직한 오일은 IV족 기본원료, 즉 알파-올레핀의 수소화된 올리고머, 구체적으로는 1-데센의 올리고머, 특히 자유 라디칼 공정, 지글러(Ziegler) 촉매 작용 또는 양이온성 프리델-크라프츠(Friedel-Crafts) 촉매 작용에 의해 생성된 것들을 비롯한 폴리알파올레핀(PAO)이다.
폴리알파올레핀은 전형적으로 100℃에서 2 내지 20cSt, 바람직하게는 100℃에서 4 내지 8cSt의 점도를 갖는다. 이들은 예를 들어 2 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 분지형 또는 직쇄 알파-올레핀의 올리고머일 수 있으며, 구체적인 예는 폴리프로펜, 폴리아이소뷰텐, 폴리-1-뷰텐, 폴리-1-헥센, 폴리-1-옥텐 및 폴리-1-데센이다. 단독중합체, 상호중합체 및 혼합물도 포함된다.
그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 윤활유 또는 윤활유 블렌드(i)가 임의의 폴리알파올레핀(iii), 즉 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 mPAO로부터 추가로 구성된다 하더라도, 이러한 폴리알파올레핀(iii)이 모두 전체 변속기 오일 조성물의 4중량%보다 많도록 기여하지 않는 것이 중요하다.
바람직하게는, 윤활유 또는 윤활유 블렌드(i)를 구성하는 임의의 모든 폴리알파올레핀(들)은 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되지 않는다.
합성 윤활유는 또한 알킬렌 옥사이드 중합체, 상호중합체, 공중합체, 및 말단 하이드록실기가 에스터화, 에터화 등에 의해 변형된 이들의 유도체를 포함한다. 합성 오일의 이 부류는 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드의 중합체 의해 제조되는 폴리옥시알킬렌 중합체; 이들 폴리옥시알킬렌 중합체의 알킬 및 아릴 에터(예를 들어, 1000의 평균 분자량을 갖는 메틸-폴리아이소프로필렌 글라이콜 에터, 1000 내지 1500의 분자량을 갖는 폴리프로필렌 글라이콜의 다이페닐 에터); 및 이들의 모노- 및 폴리-카복실산 에스터(예를 들어, 테트라에틸렌 글라이콜의 아세트산 에스터, 혼합된 C3-C8 지방산 에스터, 및 C12 옥소산 다이에스터)에 의해 예시된다.
합성 윤활유의 다른 적합한 부류는 다이카복실산(예를 들어, 프탈산, 석신산, 알킬 석신산 및 알켄일 석신산, 말레산, 아젤라산, 수베르산, 세바스산, 푸마르산, 아디프산, 리놀레산 이량체, 말론산, 알킬말론산, 알켄일 말론산 등)과 다양한 알콜(예를 들어, 뷰틸 알콜, 헥실 알콜, 도데실 알콜, 2-에틸헥실 알콜, 에틸렌 글라이콜, 다이에틸렌 글라이콜 모노에터, 프로필렌 글라이콜 등)의 에스터를 포함한다. 이들 에스터의 구체적인 예는 다이뷰틸 아디페이트, 다이(2-에틸헥실) 세바케이트, 다이-n-헥실 푸마레이트, 다이옥틸 세바케이트, 다이아이소옥틸 아젤레이트, 다이아이소데실 아젤레이트, 다이옥틸 프탈레이트, 다이데실 프탈레이트, 다이아이코실 세바케이트, 리놀레산 이량체의 2-에틸헥실 다이에스터, 및 세바스산 1몰을 테트라에틸렌 글라이콜 2몰 및 2-에틸-헥산산 2몰과 반응시킴으로써 형성되는 복합 에스터 등을 포함한다. 합성 오일의 이 부류의 바람직한 유형은 C4 내지 C12 알콜의 아디페이트이다.
합성 윤활유로서 유용한 에스터는 또한 네오펜틸 글라이콜, 트라이메틸올프로페인, 펜타에리트리톨, 다이펜타에리트리톨, 트라이펜타에리트리톨 등과 같은 폴리올 및 폴리올 에터와 C5 내지 C12 모노카복실산으로부터 제조되는 것을 포함한다.
윤활유는 정제유, 재정제유 또는 이들의 혼합물로부터 유도될 수 있다. 미정제유는 추가의 정제 또는 처리 없이 천연 공급원 또는 합성 공급원(예를 들어, 석탄, 셰일 또는 타르 샌드 역청)으로부터 바로 수득된다. 미정제유의 예는 레토르트 작업으로부터 바로 수득되는 셰일유, 증류로부터 바로 수득되는 석유계 오일, 또는 에스터화 공정으로부터 바로 수득되는 에스터 오일을 포함하며, 이들은 각각 추가적인 처리 없이 사용된다. 정제유는 정제유가 하나 이상의 특성을 개선하기 위하여 하나 이상의 정제 단계에서 처리된 것을 제외하고는 미정제유와 유사하다. 적합한 정제 기법은 증류, 가수소 처리, 탈왁스, 용매 추출, 산 또는 염기 추출, 여과 및 퍼콜레이션(percolation)을 포함하는데, 이들은 모두 당 업자에게 공지되어 있다. 재정제유는 정제유를 수득하는데 이용된 것과 유사한 공정에서 사용된 오일을 처리함으로써 수득된다. 이들 재정제유는 또한 재생유 또는 재가공유로도 공지되어 있으며, 흔히 사용된 첨가제 및 오일 분해 생성물을 제거하기 위한 기법에 의해 추가적으로 가공된다.
적합한 윤활유의 다른 부류는 천연 가스 공급원료의 올리고머화 또는 왁스의 이성질체화로부터 생성되는 기본원료이다. 이들 기본원료는 임의의 수의 방식으로 일컬어질 수 있으나, 통상적으로 이들은 GTL(Gas-to-Liquid) 또는 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 기본원료로 공지되어 있다.
윤활유(i)는 상기 기재된 오일중 하나 이상의 블렌드일 수 있고, 천연 윤활유와 합성 윤활유들의 블렌드(즉, 부분 합성)가 본 발명에서 명백하게 고려된다.
점도 개질제 또는 점도 개질제들의 블렌드(ii)는 윤활유의 점도 프로파일을 윤활 기능에 더욱 유리하게 만들기 위하여 윤활유에 첨가될 때 윤활유의 점도를 개질시킬 수 있는 단일 화합물 또는 화합물의 블렌드일 수 있다. 전형적으로, 윤활유는 윤활되는 장치 내에서 광범위한 작동 온도를 경험하게 되고, 점도가 온도-의존성 특징이기 때문에, 따라서 윤활유는 오일이 보다 저온에서 너무 점성이 되어 장치에서 점성 저항을 야기하지 않도록 또한 보다 고온에서 너무 묽어서 적절한 윤활을 제공하지 못하지 않도록 작동 온도 범위 전체에 걸쳐 적절한 점도를 유지해야 한다. 점도 개질제는 전형적으로 보다 고온에서 오일의 점도를 증가시켜 윤활유 기본원료의 자연적인 묽어짐을 상쇄시키는 한편, 보다 저온에서 더 적은 증점 효과를 가져(또는 증점 효과를 갖지 않아) 점성 저항에 실질적으로 기여하지 않도록 하는 특성을 갖는다. 또한, 바람직한 점도 개질제는 전단력에 노출될 때 시간에 따른 활성 상실 및 엄격한 작업 동안 자동차 윤활제가 겪게 되는 다른 열화 효과에 대해 더 큰 저항성을 나타낸다.
본 발명을 실행함에 있어서, 성분 (i), (iii) 및 (iv)와 함께 특정한 한정된 부류의 점도 개질제를 사용하여 본 발명의 이점을 갖는 변속기 오일 조성물을 제공한다.
그러므로, 점도 개질제 또는 점도 개질제들의 블렌드(ii)는 하나 이상의 올레핀 또는 불포화 에스터 단량체로부터 유도되는 중합체 또는 중합체들의 블렌드; 더욱 바람직하게는 하나 이상의 올레핀 단량체, 또는 하나 이상의 α,β-불포화 에스터 단량체(예컨대, 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트), 또는 하나 이상의 올레핀과 하나 이상의 α,β-불포화 에스터 단량체(예컨대, 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트)로부터 유도되는 중합체 또는 중합체들의 블렌드이다.
가장 바람직하게는, 점도 개질제 또는 점도 개질제들의 블렌드(ii)는 하기 군중 하나 이상으로부터 선택되는 중합체 또는 중합체들의 블렌드이다:
(ii)(a) 랜덤 또는 블록 폴리-알킬아크릴레이트 또는 폴리-알킬메타크릴레이트, 또는 이들의 공중합체; (ii)(b) 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체 단위를 함유하는 중합체 쇄인 복수개의 암이 매달려 있는 폴리알킬아크릴레이트 또는 폴리알킬메타크릴레이트의 다가 코어를 포함하는 별형 중합체; 또는 (ii)(c) 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체와 하나 이상의 올레핀 또는 폴리올레핀 단량체의 공중합에 의해 제조되는 빗형 중합체.
군 (ii)(a)의 물질은 라디칼 중합 같은 당 업계에 공지되어 있는 기법을 이용하는 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체(여기에서, 알킬기는 바람직하게는 1 내지 20개, 더욱 바람직하게는 1 내지 10개의 탄소 원자를 함유함)의 중합에 의해 제조된다. 이러한 물질은 당 업계에 공지되어 있고 시판되고 있으며, 그 예는 에보닉 로막스 유에스에이, 인코포레이티드(Evonik Rohmax USA, Inc.)에서 공급되는 비스코플렉스(VISCOPLEX)® 12-075이다.
군 (ii)(b)의 물질은 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체(여기에서, 알킬기는 바람직하게는 1 내지 30개, 더욱 바람직하게는 1 내지 20개의 탄소 원자를 함유함)로부터 코어 부분을 중합한 후 펜던트 암을 형성시키기 위해 이러한 단량체와 추가적으로 중합시키는 단계적 중합에 의해 제조된다. 적합한 공정은 원자 전달 라디칼 중합(ATRP) 및 가역적인 부가-분절 연쇄 전달(RAFT) 중합을 포함한다. 다르게는, 암을 별도로 형성시키고 연결기에서의 반응을 통해 코어에 부착할 수 있다. 이러한 물질은 당 업계에 공지되어 있다.
군 (ii)(c)의 물질은 라디칼 중합에 의해 가장 편리하게 제조된다. 용어 "빗형"은 중합체 업계에 공지되어 있고, 주쇄에 매달려 있는 일련의 측쇄를 갖는 중합체의 빗형 구조를 일컫는데, 이들 측쇄는 알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체 단위의 알킬 치환기로부터 또는 올레핀 단량체의 잔기로부터, 또는 둘 다로부터 형성된다.
바람직하게는, 빗형 중합체(ii)(c)가 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체로부터 제조되는 경우, 이는 알킬 쇄가 4 내지 20개, 예컨대 8 내지 18개의 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체의 중합체 의해, 바람직하게는 라디칼 중합에 의해 형성된다.
바람직하게는, 빗형 중합체(ii)(c)가 하나 이상의 올레핀 또는 폴리올레핀 단량체로부터 제조되는 경우, 이는 4 내지 20개, 예를 들어 4 내지 12개의 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 올레핀 단량체의 중합에 의해 제조된다. 다르게는, 이는 상당한 크기의 알킬 또는 알켄일기(이들은 생성되는 빗형 중합체 구조의 측쇄를 형성함)를 제공하는 하나 이상의 폴리올레핀 거대단량체(macromonomer)로부터 제조될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 빗형 중합체(ii)(c)는 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체와 하나 이상의 올레핀 또는 폴리올레핀 단량체의 공중합에 의해 제조된다. 이러한 중합체에서는, (메트)아크릴레이트와 올레핀 또는 폴리올레핀 단량체 단위를 공중합시킴으로써 주쇄가 제조되고, 생성되는 주쇄에 매달리는 (메트)아크릴레이트 단위의 알킬 에스터기 및 올레핀 또는 폴리올레핀의 잔기가 빗살 구조를 형성한다. 이러한 구조에서, 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체의 알킬기는 바람직하게는 4 내지 20개, 예컨대 8 내지 18개의 탄소 원자를 함유하는 한편; 공단량체는 바람직하게는 생성되는 공중합체에 매달리는 더 긴 쇄를 제공하는 올레핀 또는 폴리올레핀, 예를 들어 장쇄 알파-올레핀 또는 폴리올레핀 거대단량체[예: 폴리(아이소뷰틸렌) 또는 수소화된 폴리(뷰타다이엔)]이다. 윤활유에 존재하는 경우, 이들 중합체는 에너지가 가해질 때(예를 들어, 작업 동안 오일이 가열되는 경우에 이루어짐) 상당히 팽창할 수 있고, 이 열팽창 거동은 팽창된 빗살 구조의 유체 망상조직 내에 더 많은 벌크 오일을 연행할 수 있도록 하여, 이렇지 않은 경우에 전형적으로 온도 증가에 따라 발생되는 오일 점도의 묽어짐에 대항한다. 이러한 물질은 예를 들어 이들의 특성 및 제조를 기재하는 SAE 문서[명칭: "A New Generation of High Performance Viscosity Modifiers Based on Comb Polymers", 스토어(Stoehr), 아이젠버그(Eisenberg) 및 뮤엘러(Mueller), 간행: SAE Int . J. Fuels Lubr ., 제1권, Issue 1, 1511, 번호: 2008-0102462] 및 US-A-2010/0190671 호에 기재된다.
상기 군 (ii)(a), (ii)(b) 및 (ii)(c)로부터의 중합체(들)가 모두 본 발명의 실행에 바람직하기는 하지만, 오일의 전체적인 점성을 실제로 가능한 한 동일하게 유지함에도 불구하고 세 부류 사이에서 그 효과의 크기의 편차가 보여지는 바, 이러한 차별적인 효과가 벌크 오일 점도에서의 변화라는 종래의 해결책에 의해 설명되지 않음이 확인된다. 그러므로, 군 (ii)(c)로부터의 중합체가 연료 경제성을 증가시키기 위한 다른 필수 요소(i), (iii) 및 (iv)와 함께 가장 효과적이었고, 본 발명의 실행에 가장 바람직하다. 군 (ii)(a)가 가장 덜 바람직하다.
폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들(iii)은 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의한 것이다. 이러한 "mPAO" 물질은 당 업계에 공지되어 있고, 예를 들어 메탈로센 촉매 작용을 통한 이들의 제조 방법과 함께 US-A-2007/145924 호에 기재되어 있다. 이 참조문헌에는, 이들이 윤활제 기본원료 성분으로서 기재되어 있고, 주로 고점도 기본원료 블렌드를 제조하는데 사용된다. 이들은 예를 들어 엑손모빌 케미칼 캄파니(ExxonMobil Chemical Company) 및 그의 지역 판매 계열사로부터 상표명 "스펙트로신 엘리트(Spectrosyn Elite)™"하에 판매되는 품목으로서 당 업자에게 입수될 수 있고, 하기 웹 주소에서 "고급 합성 기본원료"라는 기재하에 출원일에 당 업계에 추가로 개시된다: http://www.exxonmobilchemical.com/Chem-English/brands/spectrasyn-elite-mpao,aspx?In=productsservices. 윤활제 기본원료로서의 스펙트로신 엘리트™의 성능 이점은 전단 안정성, 고온 및 저온 성능을 위한 점도 지수, 및 저온 환경에서의 증가된 유동으로서 상기 참조문헌에 기재되어 있다. 이 참조문헌은 또한 mPAO의 제조에 메탈로센 촉매 작용을 이용하면 중합체 생성물에서의 특정 분자 구조를 야기한다고 설명하고 있다.
본 발명에서는, 폴리알파올레핀 화합물(들)(iii)을 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드(ii) 및 특정 세제 첨가제(들)(iv)와 함께 변속기 오일 조성물에 첨가제 양으로 사용하여, 상기 오일을 사용하는 변속기의 에너지 효율을 개선한다. 하나 이상, 바람직하게는 둘 이상의 선형 C6 내지 C18 알파올레핀을 함유하는 공급원료로부터 본 발명을 실행하는데 특히 적합한 특징을 갖는 메탈로센-제조된 폴리알파올레핀(iii)을 생성시킬 수 있다. 바람직한 폴리알파올레핀(iii)은 C6 선형 알파올레핀과 C18 선형 알파올레핀의 공급원료 혼합물 또는 C6 알파올레핀과 C12 알파올레핀의 공급원료 혼합물로부터 제조되는 것이다. 공급원료를 전형적으로는 당 업계에 공지되어 있는 중합 조건 하에서 활성화된 메탈로센 촉매와 접촉시켜 화합물(iii)을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시양태 및 이후 후속되는 실시예에서, 본 발명은 폴리알파올레핀(iii)으로서 스펙트로신 엘리트™ 150을 사용한다. 이 물질은 공개된 명세 사항에 따라 상기 공급처를 통해 시판중인 품목으로서 구입가능하고, ASTM D5950/D97에 의해 측정할 때 -33℃의 유동점과 함께 ASTM D445에 의해 측정할 때 100℃에서 156mm2/s의 전형적인 동점도 및 ASTM D2270에 의해 측정할 때 206의 전형적인 점도 지수를 갖는다.
요구되는 양의 필수적인 메탈로센-유도된 폴리알파올레핀(iii)에 덧붙여, 본 발명의 조성물은 첨가제(iv)를 통해 다른 비-필수적인 폴리알파올레핀을 추가로 함유할 수 있다.
본 발명은 개선된 동력 전송 특성을 갖는 자동차 변속기 오일 조성물, 특히 차량의 작동 중 연료 효율을 눈에 띄게 증가시키는 자동차 변속기 오일 조성물에 관한 것이다. 그러므로, 본 발명의 변속기 오일 조성물은 자동 변속기 오일(이후 "ATF"라고 칭함), 무단 변속기 오일("CVTF") 또는 듀얼 클러치 변속기 오일("DCTF") 같은 자동차 변속기 오일이다.
이러한 오일을 세제 첨가제(iv)와 배합하여 소정 용도, 특히 자동차 용도의 다양한 성능 조건 및/또는 명세 사항을 충족시킨다. 본원에서, 용어 "세제 첨가제"는 하나 이상의 세제 화합물 및 임의적으로는 변속기 오일용 성능-향상 첨가제로서 작용하는 다른 화합물('성분')을 포함하는 첨가제를 나타내는데 사용된다. 당 업계에서, 이러한 세제 첨가제는 때때로 세제 패키지 또는 세제-억제제 패키지로서 통상적으로 공지되어 있으며, 다양한 다른 성분 및 상호-상용성 용매 또는 분산 매질을 함유할 수 있다.
이들 다른 성분은 분산제, 마모방지제, 마찰 개질제, 부식 억제제, 극압제 등을 포함한다. 이들은 전형적으로 예컨대 문헌["Lubricant Additives", 스몰히어(C.V. Smallheer) 및 스미스(R. Kennedy Smith), 1967, pp. 1-11] 및 미국 특허 제 4,105,571 호에 개시되어 있다.
자동차 변속기 오일중 첨가제(iv)의 전형적인 성분의 대표적인 양은 아래와 같이 요약된다:
Figure 112014076717052-pat00001
하나 이상의 첨가제(iv)가 앞서 기재된 바와 같이 생성되는 오일의 에너지 효율을 추가로 개선하는 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물(이는 알칼리토금속 살리실레이트 또는 설폰에이트 화합물임)을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 통상적으로 사용되는 바람직한 세제는 하나 이상의 하이드로카빌-치환된 설폰산 또는 살리실산과 알칼리토금속의 유용성(oil-soluble) 중성 또는 과염기화된 염에 의해 예시된다. 비용-효과, 독성 및 환경 관점에서 이러한 산의 바람직한 염은 칼슘 및 마그네슘 염이다. 본 발명에 유용한 더욱 바람직한 염은 칼슘 또는 마그네슘의 중성 또는 과염기화된 살리실레이트 염이다.
유용성 중성 금속-함유 세제는 세제에 존재하는 산성 잔기의 양과 관련하여 화학량론적으로 상응하는 양의 금속을 함유하는 세제이다. 그러므로, 일반적으로 중성 세제는 과염기화된 세제와 비교할 때 낮은 염기도를 갖는다.
금속 세제와 관련하여 용어 "과염기화된"은 금속이 유기 라디칼보다 화학량론적으로 더 많은 양으로 존재하는 금속 염을 일컫는데 사용된다. 과염기화된 염을 제조하는데 통상적으로 이용되는 방법은 산의 광유 용액을 화학량론적 과량의 금속 중화제(예를 들어, 금속 옥사이드, 하이드록사이드, 카본에이트, 바이카본에이트 또는 설파이드)와 함께 약 50℃에서 가열하고, 생성되는 생성물을 여과함을 포함한다. 다량의 금속의 혼입을 돕기 위하여 중화 단계에서 "촉진제"를 사용하는 것이 마찬가지로 공지되어 있다. 촉진제로서 유용한 화합물의 예는 페놀, 나프톨, 알킬 페놀, 티오페놀, 황화된 알킬페놀, 및 포름알데하이드와 페놀 성분의 축합 생성물 같은 페놀계 성분; 메탄올, 2-프로판올, 옥탄올, 셀로솔브(Cellosolve) 알콜, 카비톨(Carbitol) 알콜, 에틸렌 글라이콜, 스테아릴 알콜 및 사이클로헥실 알콜 같은 알콜; 및 아닐린, 페닐렌 다이아민, 페노티아진, 페닐-베타-나프틸아민 및 도데실아민 같은 아민을 포함한다. 염기성 염을 제조하는데 특히 효과적인 방법은 산을 과량의 염기성 알칼리토금속 중화제 및 하나 이상의 알콜 촉진제와 혼합하고, 혼합물을 60 내지 200℃ 같은 승온에서 탄산화시킴을 포함한다.
적합한 금속-함유 세제의 예는 설폰산칼슘 및 설폰산마그네슘(여기에서, 각각의 설폰산 잔기는 방향족 핵에 부착되고, 이 핵은 다시 통상 탄화수소 용해도를 부여하기 위하여 하나 이상의 지방족 치환기를 함유함), 및 살리실산칼슘 및 살리실산마그네슘(여기에서, 방향족 잔기는 통상 탄화수소 용해도를 부여하기 위하여 하나 이상의 지방족 치환기에 의해 치환됨)의 중성 및 과염기화된 염이다. 둘 이상의 상이한 알칼리토금속의 중성 또는 과염기화된 염의 혼합물을 사용할 수 있다. 마찬가지로, 둘 이상의 상이한 산의 혼합물의 중성 및/또는 과염기화된 염(예를 들어, 하나 이상의 과염기화된 살리실산칼슘과 하나 이상의 과염기화된 설폰산칼슘)도 사용할 수 있다.
널리 공지된 바와 같이, 과염기화된 금속 세제는 통상 과염기화량의 무기 염기를 가능하게는 마이크로분산액 또는 콜로이드성 현탁액의 형태로 함유하는 것으로 간주된다. 그러므로, 금속 세제에 적용되는 용어 "유용성"은 용어의 엄격한 의미상 반드시 완전히 또는 진실로 유용성이 아닌 무기 염기가 존재하는 금속 세제를 포함하고자 하며, 이는 이러한 세제가 기본 오일 중으로 혼합될 때 마치 이들이 오일에 충분히 전부 용해되는 것과 동일한 방식으로 거동하기 때문이다.
이들 유용성 중성 및 과염기화된 알칼리토금속-함유 세제의 제조 방법은 당 업자에게 널리 공지되어 있고, 특허 문헌에 널리 보고되어 있다.
본 발명에 사용되는 금속 세제는 목적하는 경우 알칼리토금속-함유 세제의 유용성의 붕소화된 중성 및/또는 과염기화된 알칼리일 수 있다. 붕소화된 금속 세제의 제조 방법은 예를 들어 미국 특허 제 3,480,548 호; 제 3,679,584 호; 제 3,829,381 호; 제 3,909,691 호; 제 4,965,003 호; 제 4,965,004 호에 기재되어 있다.
본 발명에 사용하기 가장 바람직한 금속 세제는 설폰산칼슘 및/또는 설폰산마그네슘, 및 살리실산칼슘 및/또는 살리실산마그네슘이다. 바람직하게는, 하나 이상의 이러한 알칼리토금속 세제 화합물은 살리실산칼슘 또는 설폰산칼슘 화합물이다. 바람직하게는, 변속기 오일 조성물에 존재하는 알칼리토금속 세제 화합물(들)의 총량은 변속기 오일 조성물의 중량에 기초하여 50 내지 250중량ppm의 알칼리토금속 함량을 갖는 변속기 오일 조성물을 제공하도록 하는 양이다.
더욱 바람직하게는, 변속기 오일 조성물에 존재하는 각각의 알칼리토금속 세제 화합물은 중성 또는 과염기화된 살리실산칼슘 화합물이다. 살리실레이트 화합물은 본원에 기재된 첨가제 (ii) 및 (iii)과 함께 특히 유리하고 본 발명의 연료 효율 이점에 기여하는 것으로 밝혀졌다.
가장 바람직하게는, 변속기 오일 조성물에 존재하는 각각의 알칼리토금속 세제 화합물은 중성 또는 과염기화된 살리실산칼슘 화합물이고, 존재하는 살리실산칼슘 화합물(들)의 총량은 변속기 오일 조성물의 중량에 기초하여 50 내지 250중량ppm의 칼슘 함량을 갖는 변속기 오일 조성물을 제공하도록 하는 양이며, 이 양은 최적의 효율 이점을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
분산제, 구체적으로는 무회 분산제로서 특징화되는 분산제가 또한 첨가제 (iv)의 성분으로서 본 발명에서 유용하다. 적합한 분산제는 장쇄(즉, 40개보다 많은 탄소 원자) 치환된 하이드로카빌 석신이미드 및 하이드로카빌 석신아마이드, 장쇄(즉, 40개보다 많은 탄소 원자) 하이드로카빌-치환된 석신산의 혼합된 에스터/아마이드, 이러한 하이드로카빌-치환된 석신산의 하이드록시에스터, 및 장쇄(즉, 40개보다 많은 탄소 원자) 하이드로카빌-치환된 페놀, 폼알데하이드 및 폴리아민의 만니히(Mannich) 축합 생성물을 포함한다. 이러한 분산제의 혼합물을 또한 사용할 수 있다.
바람직한 분산제는 장쇄 알켄일 석신이미드이다. 이들은 특허 문헌에 널리 개시되어 있는 바와 같이 다양한 아민 또는 아민 유도체로 제조된 비환상 하이드로카빌 치환된 석신이미드를 포함한다. 인의 무기 산(또는 그의 무수물) 및 붕소화제로 처리된 알켄일 석신이미드의 사용도 본 발명의 조성물에 사용하기 적합한데, 왜냐하면 이들은 플루오로-엘라스토머 및 규소-함유 엘라스토머 같은 성분으로부터 제조되는 엘라스토머 밀봉부와 훨씬 더 상용성이기 때문이다. 폴리아이소뷰텐일 석신산 무수물 및 알킬렌 폴리아민(예컨대, 트라이에틸렌 테트라민 또는 테트라에틸렌 펜타민)으로부터 제조되는 폴리아이소뷰텐일 석신이미드가 특히 적합하며, 이 때 폴리아이소뷰텐일 치환기는 500 내지 5000(바람직하게는 800 내지 2500)의 수 평균 분자량을 갖는 폴리아이소뷰텐으로부터 유도된다. 분산제는 당 업자에게 공지되어 있는 다수의 시약으로 후처리될 수 있다. (예를 들어, 미국 특허 제 3,254,025 호, 제 3,502,677 호 및 제 4,857,214 호 참조).
첨가제 (iv)의 성분으로서 본 발명에 유용한 마모 방지 첨가제는 전형적으로 본 발명에서 광범위하게 변할 수 있고 화학적 유형에 의해 한정되지 않는 유용성 인-함유 화합물이다. 유일한 제한은 인-함유 화합물이 윤활유 시스템 내에서 그의 작용 부위로 분산 및 수송될 수 있도록 하기 위하여 물질이 유용성이어야 한다는 것이다. 적합한 인 화합물의 예는 포스파이트 및 티오포스파이트(모노-알킬, 다이-알킬, 트라이-알킬 및 이들의 부분적으로 가수분해된 유사체); 포스페이트 및 티오포스페이트; 무기 인(예컨대, 아인산, 인산 또는 이들의 티오 유사체)으로 처리된 아민; 아연 다이티오다이포스페이트; 아민 포스페이트이다. 특히 적합한 인 화합물의 예는 모노-n-뷰틸-하이드로젠-산-포스파이트; 다이-n-뷰틸-하이드로젠 포스파이트; 트라이페닐 포스파이트; 트라이페닐 티오포스파이트; 트라이-n-뷰틸포스페이트; 다이메틸 옥타데센일 포스폰에이트; H3PO3 및 H3BO3로 후처리된 900MW 폴리아이소뷰텐일 석신산 무수물(PIBSA) 폴리아민 분산제(예컨대, 미국 특허 제 4,857,214 호 참조); 아연 (다이-2-에틸헥실다이티오포스페이트)를 포함한다.
바람직한 유용성 인 화합물은 인산 및 아인산의 에스터이다. 이들 물질은 다이-알킬, 트라이-알킬 및 트라이-아릴 포스파이트 및 포스페이트를 포함한다. 바람직한 유용성 인 화합물은 예를 들어 본원에 참고로 인용되는 미국 특허 제 5,314,633 호에서 생성되는 혼합된 티오알킬 포스파이트 에스터이다.
본 발명의 인 화합물을 임의의 효과적인 양으로 오일 중에서 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 화합물의 전형적인 효과적인 농도는 오일에 인 약 5 내지 약 5000ppm을 전달하는 농도이다. 바람직한 농도 범위는 최종 마무리된 오일중 인 약 10 내지 약 1000ppm이고, 가장 바람직한 농도 범위는 약 50 내지 약 500ppm이다.
첨가제 (iv)의 성분으로서 유용한 바람직한 마찰 개질제는 하기 화학식 I로 특징지어지는 이성질체화된 알켄일 치환된 석신산 무수물과 폴리아민의 반응 생성물을 포함한다:
[화학식 I]
Figure 112014076717052-pat00002
상기 식에서, x 및 y는 이들의 합이 1 내지 30인 독립적인 정수이고, z는 1 내지 10의 정수이다.
화학식 I의 화합물을 형성하기 위한 출발 성분은 말레산 무수물과 내부(internal) 올레핀(즉, 말단 불포화되지 않고 따라서
Figure 112014076717052-pat00003
잔기를 함유하지 않는 올레핀)으로부터 제조되는 이성질체화된 알켄일 석신산 무수물이다. 이들 내부 올레핀은 그 자체로 반응 혼합물 중으로 도입될 수 있거나, 또는 이들은 고온에서 알파-올레핀을 이성질체화 촉매에 노출시킴으로써 동일 반응계 내에서 생성될 수 있다. 이러한 물질을 생성시키는 방법은 미국 특허 제 3,382,172 호에 기재되어 있다. 이성질체화된 알켄일 치환된 석신산 무수물은 하기 화학식 II로 표시되는 구조를 갖는다:
[화학식 II]
Figure 112014076717052-pat00004
상기 식에서, x 및 y는 이들의 합이 1 내지 30인 독립적인 정수이다.
바람직한 석신산 무수물은 선형 알파-올레핀을 산 촉매로 이성질체화시킨 후 말레산 무수물과 반응시킴으로써 제조된다. 바람직한 알파-올레핀은 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-옥타데센, 1-아이코산 또는 이들 물질의 혼합물이다. 기재된 생성물은 또한 동일한 탄소 수, 즉 8 내지 20개의 내부 올레핀으로부터도 생성될 수 있다. 본 발명에 바람직한 물질은 1-테트라데센(x+y=9), 1-헥사데센(x+y=11) 및 1-옥타데센(x+y=13) 또는 이들의 혼합물로부터 제조되는 것이다.
이어, 이성질체화된 알켄일 석신산 무수물을 하기 화학식 III의 폴리아민과 추가로 반응시킨다:
[화학식 III]
Figure 112014076717052-pat00005
상기 식에서, z는 1 내지 10, 바람직하게는 1 내지 3의 정수이다.
이들은 통상적인 폴리에틸렌 아민이다. z=1인 경우, 물질은 다이에틸렌 트라이아민이고, z=2이면 물질은 트라이에틸렌 테트라민이며, z=3인 경우에 물질은 테트라에틸렌 펜타민인데, z가 3보다 큰 생성물의 경우, 이 생성물은 통상 '폴리아민' 또는 PAM으로 지칭된다. 본 발명의 바람직한 생성물은 다이에틸렌 트라이아민, 트라이에틸렌 테트라민, 테트라에틸렌 펜타민 또는 이들의 혼합물을 사용한다.
화학식 II의 이성질체화된 알켄일 석신산 무수물을 전형적으로는 2:1의 몰비로 아민과 반응시켜 두 1급 아민이 석신이미드로 전환되도록 한다. 때때로, 약간 과량의 화학식 II의 이성질체화된 알켄일 석신산 무수물을 사용하여 모든 1급 아민이 반응되도록 보장한다. 본 발명의 생성물은 화학식 I로 표시된다.
화학식 I의 다이-석신이미드를 당 업계에 공지되어 있는 임의의 수의 기법에 의해 추가로 후처리할 수 있다. 이들 기법은 붕소첨가, 말레화; 인산, 아인산 및 황산 같은 무기 산을 사용한 산 처리를 포함하지만, 이들로 국한되지는 않는다. 이들 공정에 대한 설명은 예를 들어 미국 특허 제 3,254,025 호; 미국 특허 제 3,502,677 호; 미국 특허 제 4,686,054 호 및 미국 특허 제 4,857,214 호에서 찾아볼 수 있다.
이들 바람직한 마찰 개질제의 다른 유용한 유도체는 화학식 I 및 II의 이성질체화된 알켄일기가 수소화되어 이들의 포화된 알킬 유사체를 형성하는 것이다. 화학식 I 및 II의 이들 포화된 버전을 마찬가지로 앞서 기재한 바와 같이 후처리할 수 있다.
임의의 효과적인 양의 화학식 I의 화합물 및 그의 유도체를 본 발명의 첨가제(iv)에 사용할 수 있으나, 전형적으로 이들 효과적인 양은 최종 마무리된 오일의 0.5 내지 10중량%, 바람직하게는 2 내지 7중량%, 가장 바람직하게는 3 내지 6중량%이다.
본 발명의 첨가제(iv)의 다양한 선택된 성분을 농축물의 형태로 합칠 수 있다. 전형적으로, 농축물의 활성 성분(a.i.) 수준은 농축물의 20 내지 90중량%, 바람직하게는 25 내지 80중량%, 가장 바람직하게는 35 내지 75중량%이다. 농축물의 나머지는 전형적으로 희석제 또는 용매로 구성되는 희석제이다.
본 발명의 방법은 (i) 윤활유, 또는 윤활유들의 블렌드; (ii) 본 발명의 제 1 양태와 관련하여 상기 정의된 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드; (iii) 각각, 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들; 및 (iv) 하나 이상의 세제 첨가제로 이루어진 자동차 변속기 오일 조성물의 제조 방법을 제공하는데, 이 방법은 a) 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물(들)을 함유하지 않는 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드를 (제조에 의해 또는 달리) 수득하는 단계; 및 b) 이 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드와, (b)(1) 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드(ii), (b)(2) 변속기 오일 조성물의 4중량%를 초과하지 않는 총량의 폴리알파올레핀 화합물(들)(iii) 및 (b)(3) 하나 이상의 세제 첨가제(iv)를 혼합하여 변속기 오일 조성물을 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 단계 b)에서의 첨가는 차량의 작동 중 연료 효율 면에서의 증가에 의해 입증되는 바와 같이 사용시 조성물에 의해 제공되는 동력 전송의 효율을 개선한다.
상기 방법에서는, 폴리알파올레핀 화합물(들)(iii)을 하나 이상의 세제 첨가제(iv)와 바람직하게 혼합하여 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드에 첨가하기 전에 하나의 첨가제 농축물을 형성시킨다.
바람직하게는, 상기 방법에서, 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드와 혼합되는 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들(iii)의 총량은 변속기 오일 조성물의 2 내지 3중량%이다.
또한 상기 방법에서 바람직하게는, 세제 첨가제(iv)중 하나 이상은 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물(이는 알칼리토금속 살리실레이트 또는 설폰에이트 화합물임)을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 변속기 오일 조성물과 혼합된 각각의 알칼리토금속 세제 화합물은 중성 또는 과염기화된 살리실산칼슘 화합물이다. 가장 바람직하게는, 변속기 오일 조성물과 혼합되는 각각의 알칼리토금속 세제 화합물이 중성 또는 과염기화된 살리실산칼슘 화합물인 경우, 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드와 혼합되는 살리실산칼슘 화합물(들)의 총량은 변속기 오일 조성물의 중량에 기초하여 50 내지 250중량ppm의 칼슘 함량을 갖는 변속기 오일 조성물을 제공하도록 하는 양이다.
본 발명은 제 1 양태에서 정의된 변속기 오일 조성물 또는 제 2 양태의 방법에 의해 수득되는 변속기 오일 조성물을 자동차 변속기에 사용함을 포함하는, 자동차 변속기의 에너지 효율을 개선하는 방법을 추가로 제공한다.
바람직하게는, 이 방법에서, 에너지 효율의 개선은 차량의 작동 중 연료 경제성의 증가이다.
본 발명은 적합한 담체 액체, 및 (ii) 점도 개질제 또는 점도 개질제들의 블렌드, (iii) 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물 또는 폴리알파올레핀 화합물들의 혼합물, 및 (iv) 하나 이상의 세제 첨가제(이들은 모두 제 1 양태와 관련하여 상기 정의된 바와 같음)로 구성되는, 자동차 변속기 오일용 첨가제 농축물을 추가로 제공한다.
바람직하게는, 농축물에 존재하는 폴리알파올레핀 화합물(들)(iii)의 총량은 농축물을 규정된 처리율로 변속기 오일에 첨가한 후, 상기 화합물(iii)이 생성되는 변속기 오일 조성물의 4중량% 이하를 구성하도록 하는 양이다.
바람직하게는, 첨가제 농축물에서, 조성물중 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물(iii)의 총량은 조성물의 2 내지 3중량%이다.
또한 바람직하게는, 첨가제 농축물에서, 세제 첨가제(iv)중 하나 이상은 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물을 포함하며, 이 때 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물은 알칼리토금속 살리실레이트 또는 설폰에이트(이 화합물은 바람직하게는 중성 또는 과염기화된 살리실산칼슘 화합물임)이다.
본 발명의 공정, 방법 및 농축물 양태에서, 성분(i), (ii), (iii) 및 (iv) 각각의 다른 선호 사항은 제 1 양태의 조성물과 관련하여 앞서 기재된 바와 같다.
실시예 :
하기 실시예는 특허청구되는 발명의 구체적인 예시로서 제공된다. 그러나, 본 발명은 실시예에 기재되어 있는 구체적인 세부사항으로 한정되지 않음을 알아야 한다. 모든 부 및 백분율은 달리 명시되지 않는 한 생성되는 변속기 오일 조성물의 중량에 기초한 중량을 기준으로 한다.
작업 실시예 1 - 폴리알파올레핀(iii)의 첨가제 처리 수준의 이점
본 발명에서 한정된 메탈로센-유도된 폴리알파올레핀의 필수성은 이 물질이 존재하거나 존재하지 않는 변속기 오일에서 수행되는 연속적인(back-to-back) 시험에 의해 입증된다.
표 1에 기재된 성분을 함께 블렌딩함으로써, 본 발명의 방법 양태에 따라 네 가지 자동차 변속기 오일을 제조하였다. 각각의 경우, 성분(i), (ii), (iv)는 동일하였고, 오일은 폴리알파올레핀(iii)의 존재 또는 부재 면에서만 화학적으로 상이하였다.
Figure 112014076717052-pat00006
이들 조성물에서, 기제 윤활유, 점도 개질제, 유동점 강하제 및 세제 첨가제는 각각의 경우에 동일하였고, 블렌드는 이들 구성성분의 상대적인 비율 면에서만 상이하였으며, 조성물 1C 및 2C의 경우에는 mPAO의 부재 면에서 상이하였다.
m폴리알파올레핀은 엑손모빌 케미칼 캄파니에서 시판중인 품목인 스펙트로신 엘리트™ 150이었다. 세제 첨가제는 과염기화된 살리실산칼슘을 함유하였고, 소량의 기본 오일 및 희색제와 합쳐진 분산제, 마모방지제, 및 세제 첨가제 패키지에 전형적인 다른 미량 활성 성분인 다른 성분을 추가로 함유하였다. 세제 첨가제의 이들 다른 성분은 각각의 경우에 동일하였다. 점도 개질제는 에보닉 로막스 유에스에이, 인코포레이티드로부터 시판되는 품목으로서 구입가능하고 적합한 점도 개질제와 관련하여 앞서 기재된 부류(ii)(c)에 속하는 비스코플렉스® 12-199였다. 유동점 강하제는 전형적인 시판중인 물질이었고 각각의 경우에 동일하였다.
이들 조성물의 성능을 하기 두 실험에서 시험하였다.
"FE-8" 시험으로 불리는 벤치-시험 실험은 해당 변속기 오일에 의해 윤활되는 방사상 스러스트 롤러 베어링(thrust roller bearing) 어셈블리를 회전시키는데 필요한 토크를 측정한다. FE-8 방사상 스러스트 롤러 베어링 시험기를 이용하여 다양한 조건에서 원통형 롤러 베어링을 회전시키기 위한 토크를 측정함으로써 배합물의 효율을 시험하였다. 사용된 베어링은 15 롤러 FAG/INA 81212 베어링이다. 베어링을 시험 리그(rig)에 설치한 다음, 60kN의 하중을 미리 적용하였다. 베어링을 100℃에서 500rpm에서 20시간동안 작동시킨 다음 임의의 측정을 수행하였다.
각 시험 오일에 있어서, 베어링 온도가 40℃에 도달할 때까지 시험 헤드를 가열한다. 이 온도를 유지하면서 베어링을 10rpm에서 10분간 회전시킨 다음 각각 100rpm 및 500rpm에서 5분간 회전시킨다. 조건의 마지막 1분 동안의 토크 판독치의 평균을 구함으로써 각 조건에서의 보고되는 토크를 계산한다. 이어, 온도를 80℃로, 이어 최종적으로 120℃로 높이고, 세 가지 속도에서 동일한 절차를 이용하여 토크를 측정한다. 그 후, 리그를 실온으로 냉각시키고 전체 공정을 반복한다. 최종 시험 결과는 각 온도 및 속도에서 2회 반복치의 평균이다.
그러므로, FE-8 시험은 상이한 오일을 사용하여 한정된 베어링 회전을 달성하는데 필요한 에너지 요구량을 비교한다. 더 낮은 토크가 가해져서 한정된 회전을 달성하면, 기계적 시스템 내에서 더 큰 에너지 효율을 나타낸다.
표준 US 연방 시험 절차 75("FTP 75")에 따라 차량 시험 실험을 수행하였다. 6가지 속도의 자동 변속기를 갖는 시판중인 SUV를 FTP 75에 명시된 작동 사이클에 따라 차량 동력계 상에서 반복적으로 구동시켰으며, 각각의 경우 기준 오일에 비해 시험에 사용된 변속기 오일에서 관찰되는 연료 경제성의 개선을 보고한다(개선%로서).
FTP 75는 차량 작동시 관찰되는 연료 경제성의 직접적인 척도를 제공한다. 양의 백분율은 기준물에 비해 더 큰 연료 효율을 나타낸다.
FE-8 시험에서는, 오일 조성물 1, 1C 및 2C를 에너지 효율에 대해 비교하였다. 결과는 아래 표 2에 기재된다. 볼 수 있는 바와 같이, 조성물 1은 FE-8 시험에서 100 및 500rpm의 회전을 달성하는데 더 낮은 토크가 가해질 것을 일관되게 요구하여, 조성물 1C(및 2C)(폴리알파올레핀(iii) 없음)에 비해 조성물 1(2.5%의 폴리알파올레핀(iii)을 가짐)의 개선된 에너지 효율을 나타내었다. 이 선별 시험에서, 폴리알파올레핀(iii)의 존재는 에너지 효율에 대해 전반적인 이점을 나타낸다.
Figure 112014076717052-pat00007
구체적으로는, 비교되는 샘플을 유사한 동점도 거동을 갖도록 블렌딩하여, 점도 차이가 측정된 토크에서의 차이의 이유가 될 가능성을 제거하였다. 조성물 1C 및 2C의 결과를 비교하면, 이들 샘플의 KV 값에서의 작은 잔여 차이가 조성물 1 및 조성물 1C 사이에서 발견되는 토크 차이의 이유가 되지 않음을 추가로 입증하는 바, 따라서 이는 폴리알파올레핀(iii)의 효과에 기인할 수 있음이 분명하다. 예를 들어, 조성물 2C는 조성물 1의 KV 100(4.77)과 거의 동일한 4.69의 KV 100을 가졌고, 120℃에서도 조성물 2C의 토크 결과가 조성물 1C의 토크 결과보다 훨씬 더 높아서, 조성물 1에서 수득되는 더욱 우수한 결과가 점도 거동 자체를 참조함으로써 설명될 수 없음을 나타낸다.
FTP 75 차량 시험에서는, 조성물 1(2.5%의 폴리알파올레핀(iii))을 시험 기준 오일(폴리알파올레핀(iii)을 함유하지 않음) 및 조성물 2(4%의 더 높은 처리율의 폴리알파올레핀(iii))와 비교하였다. 전체 시험에 걸친 연료 경제성에서의 개선 백분율은 조성물 2의 경우 겨우 0.42%인데 비해 조성물 1의 경우 0.86%였다. 그러므로, 조성물중 폴리알파올레핀(iii)의 연료 효율 이점은 2.5%의 처리율에서 최적치를 나타내었고, 4%의 더 높은 처리율에서는 연료 효율 이점이 상당히 떨어져서, 보여지는 이점이 폴리알파올레핀(iii)의 첨가제 수준의 양에 기인하는 것임을 확인하였다.
작업 실시예 2 - 특정 점도 개질제(ii)의 이점
본 발명에서 한정된 점도 개질제(ii)의 연료 효율 효과가 추가적인 비교 시험에 의해 입증된다.
표 3에 표시된 성분을 함께 블렌딩함으로써 본 발명의 방법 양태에 따라 2개의 추가적인 자동차 변속기 오일을 제조하였다. 이들 오일을 FTP 75 차량 시험에서 표 1로부터의 조성물 1과 함께 시험하여, 본 발명의 배합물에서 연료 효율에 대한 점도 개질제의 화학적 조성 변화의 효과를 비교한다.
6가지 속도의 자동 변속기를 갖는 동일한 시판중인 SUV를 차량 동력계 상에서 사용하여, 표준 US 연방 시험 절차 75("FTP 75")에 따라 다시 차량 시험 실험을 수행하였다. 각각의 경우, 기준 오일에 비해 시험에서 사용된 변속기 오일에서 관찰된 연료 경제성의 개선을 다시 보고한다(개선%로서).
Figure 112014076717052-pat00008
점도 개질제 2는 에보닉 로막스 어디티브즈 게엠베하(Evonik Rohmax Additives GmbH)에서 시판중인 품목으로서 구입가능하고 희석제 오일중의 폴리알킬 메타크릴레이트의 용액(즉, 본원에 기재된 부류(ii)(a)의 점도 개질제)인 비스코플렉스® 12-075였다. 점도 개질제 3은 루브리졸 코포레이션(Lubrizol Corporation)에서 시판중인 품목으로서 구입가능하고 본원에 정의된 부류(ii)(b)의 점도 개질제인 루브리졸(LUBRIZOL)® 87725였다.
조성물 1(상기 실시예 1에서, 점도 개질제 1을 함유함)은 전체 FTP 75 시험에 걸쳐 0.86%의 연료 경제성 개선을 나타내었다. 조성물 3(점도 개질제 2-비스코플렉스® 12-075)은 0.37%의 더 적은 개선을 나타낸 한편, 조성물 4(루브리졸® 87725)은 0.54%의 중간 연료 경제성 결과를 보여주었다.
각각의 경우, 변속기 오일의 점도 거동을 조성물 사이에서 실제로 가능한 한 균일하게 유지하도록 조성물중 점도 개질제의 수준을 선택하여, 방정식에서 종래의 벌크 점도 효과를 배제하고 본 발명의 특정 점도 개질제의 특정 이점을 입증하였다.
작업 실시예 3 - 당 업계에서의 기존 기본원료 해결책과의 비교
특정 폴리알파올레핀(iii), 세제 첨가제(iv) 및 점도 개질제(ii)의 첨가제-수준 양을 통해 연료 효율 개선을 달성하는 본 발명의 능력을 상기 인용된 US-A-2010/0035778 호에 기재된 종래 기술의 PAO 기본원료 해결책과 비교하였다.
US-A-2010/0035778 호[지엠 글로벌 테크놀로지 오퍼레이션즈 인코포레이티드(GM global technology operations Inc.]는 첨가제 패키지 하이텍(Hitec)® 3491 및 점도 지수 개선제 및 에스터를 조성물의 22.6중량%까지 포함하는 등록 상표가 붙은 첨가제와 함께 제 1 폴리알파올레핀(PAO 2cSt) 9.4%(중량 기준, 오일의 총 중량에 기초하여) 및 제 2 폴리알파올레핀(PAO 6cSt) 68.0%를 포함하는 조성물을 예시한다. 참조 문헌은 이러한 조성물의 연료 경제성 이점을 특허 청구한다.
본 발명의 조성물 1의 성능을, US-A-2010/0035778 호의 실시예와 동일한 보고된 PAO 조성 및 마찬가지로 22.6%의 총 첨가제 함량(하이텍 3941A)을 갖는 시판중인 GM 자동차 변속기 오일(GM ATF 212-B)와 비교하였다. 그러므로, 본 발명자들은 이를 US-A-2010/0035778 호에 예시된 발명의 예로 간주한다.
FTP 75 시험에서 조성물 1의 성능은 전체 시험에 걸쳐 0.86%의 연료 경제성 개선으로서 표시되었다. 대조적으로, GM ATF 212-B 샘플은 동일한 시험에서 기준 연료에 비해 연료 경제성의 0.12% 개선을 나타내었다. 그러므로, 조성물 1은 US-A-2010/0035778 호에 기재된 발명보다 실질적으로 더 우수한 연료 경제성을 나타내었다.
US-A-2010/0035778 호는 변속기 오일용 기본원료로서 상이한 점도를 갖는 두 가지 PAO의 블렌드를 필요로 하는 연료 경제성의 해결책을 교시한다. 상기 결과에 의해 보이는 바와 같이, 놀랍게도 본 발명의 조성물로부터 연료 경제성의 더 큰 개선이 이루어진다.

Claims (15)

  1. (i) 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드;
    (ii) 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드;
    (iii) 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들; 및
    (iv) 하나 이상의 세제 첨가제
    로 이루어진 자동차 변속기 오일(transmission fluid) 조성물로서, 이 때
    폴리알파올레핀 화합물(iii)이 각각, 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되고, 상기 변속기 오일 조성물중 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들(iii)의 총량이 상기 조성물의 4중량%를 초과하지 않으며,
    하나 이상의 점도 개질제 첨가제(ii)가,
    (ii)(b) 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체 단위를 함유하는 중합체 쇄인 복수개의 암(arm)이 매달려 있는 폴리알킬아크릴레이트 또는 폴리알킬메타크릴레이트의 다가 코어를 포함하는 별형(star) 중합체; 또는
    (ii)(c) 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체와 하나 이상의 올레핀 또는 폴리올레핀 단량체의 공중합에 의해 제조되는 빗형(comb) 중합체
    의 군중 하나 이상으로부터 선택되는 중합체 또는 중합체들의 블렌드를 함유하는, 변속기 오일 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물중 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들(iii)의 총량이 상기 조성물의 2 내지 3중량% 범위인, 변속기 오일 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세제 첨가제(iv)가 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물을 포함하고, 상기 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물이 알칼리토금속 살리실레이트 또는 설폰에이트 화합물인, 변속기 오일 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세제 첨가제(iv)가 중성 또는 과염기화된 살리실산칼슘 화합물을 포함하는, 변속기 오일 조성물.
  5. (i) 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드;
    (ii) (ii)(b) 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체 단위를 함유하는 중합체 쇄인 복수개의 암이 매달려 있는 폴리알킬아크릴레이트 또는 폴리알킬메타크릴레이트의 다가 코어를 포함하는 별형 중합체; 또는
    (ii)(c) 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체와 하나 이상의 올레핀 또는 폴리올레핀 단량체의 공중합에 의해 제조되는 빗형 중합체
    의 군중 하나 이상으로부터 선택되는 중합체 또는 중합체들의 블렌드를 함유하는 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드;
    (iii) 각각, 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들; 및
    (iv) 하나 이상의 세제 첨가제
    로 이루어진 자동차 변속기 오일 조성물의 제조 방법으로서,
    a) 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물(들)을 함유하지 않는 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드를
    하기의 b):
    (b)(1) 점도 개질제 첨가제 또는 점도 개질제 첨가제들의 블렌드(ii),
    (b)(2) 변속기 오일 조성물의 4중량%를 초과하지 않는 총량의 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들(iii) 및
    (b)(3) 하나 이상의 세제 첨가제(iv)
    와 혼합하여 변속기 오일 조성물을 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 윤활유 또는 윤활유들의 블렌드와 혼합되는 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들(iii)의 총량이 상기 변속기 오일 조성물의 2 내지 3중량% 범위인, 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세제 첨가제(iv)가 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물을 포함하고, 상기 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물이 알칼리토금속 살리실레이트 또는 설폰에이트 화합물인, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세제 첨가제(iv)가 중성 또는 과염기화된 살리실산칼슘 화합물을 포함하는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 따른 자동차 변속기 오일 조성물 또는 제 5 항 내지 제 8 항중 어느 한 항의 방법에 의해 수득된 자동차 변속기 오일 조성물을 자동차 변속기에 사용함을 포함하는, 자동차 변속기의 에너지 효율을 개선하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 에너지 효율의 개선이 차량의 작동 중 연료 경제성의 증가인, 방법.
  11. 적합한 담체 액체, (ii) 점도 개질제 또는 점도 개질제들의 블렌드, (iii) 알파올레핀 공급원료의 메탈로센-촉진된 중합에 의해 제조되는 폴리알파올레핀 화합물 또는 폴리알파올레핀 화합물들의 혼합물, 및 (iv) 하나 이상의 세제 첨가제로 이루어진 자동차 변속기 오일용 첨가제 농축물로서, 이 때 하나 이상의 점도 개질제 첨가제(ii)가,
    (ii)(b) 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체 단위를 함유하는 중합체 쇄인 복수개의 암이 매달려 있는 폴리알킬아크릴레이트 또는 폴리알킬메타크릴레이트의 다가 코어를 포함하는 별형 중합체; 또는
    (ii)(c) 하나 이상의 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트 단량체와 하나 이상의 올레핀 또는 폴리올레핀 단량체의 공중합에 의해 제조되는 빗형 중합체
    의 군중 하나 이상으로부터 선택되는 중합체 또는 중합체들의 블렌드를 함유하고,
    상기 농축물에 존재하는 폴리알파올레핀 화합물 또는 화합물들(iii)의 총량이, 상기 농축물을 변속기 오일에 규정된 처리율로 첨가한 후, 상기 화합물(iii)이 생성 변속기 오일 조성물의 4중량% 이하를 구성하도록 하는 양인, 첨가제 농축물.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 농축물에 존재하는 하나 이상의 세제 첨가제(iv)가 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물을 포함하고, 상기 하나 이상의 알칼리토금속 세제 화합물이 알칼리토금속 살리실레이트 또는 설폰에이트 화합물인, 첨가제 농축물.
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