KR102462295B1 - 견인 유체 조성물 - Google Patents

Abstract

모든 견인 유체 베이스 스톡과 함께 사용할 수 있는 견인 유체 첨가제 조합이 제공된다. 견인력, 저온 점도 및 전단 안정성 성능을 최적화하기 위해, 폴리이소부텐과 폴리메타크릴레이트의 조합을 기유에 첨가하여 유체의 전단 강도 특성을 저하시키지 않고 우수한 저온 점도를 갖는 견인 유체를 얻을 수 있다. 견인 유체의 거품 발생을 최소화하기 위해, 표준 첨가제 패키지에 추가로 하나, 둘 또는 그 이상의 소포제의 조합을 유체에 첨가할 수 있다.

Description

견인 유체 조성물

본 출원은 2018년 3월 6일에 출원된 미국 가특허출원 제62/639,195호의 우선권을 주장하며, 그 전체가 여기에 참조로 포함된다.

본 발명은 일반적으로 견인 유체와 관한 것이다.

견인 유체는 높은 전단 강도에 의존하여 연속 가변 변속기(continuous variable transmission, CVT) 또는 무한 가변 변속기(infinite variable transmission, IVT)와 같은 장치에서 토크 전달을 제공한다. 이러한 변속기는 최적의 엔진 성능과 최대의 연비를 위해 내연 기관과 원활하게 통합된다. 1999년에는 토로이달 연속 변속기(toroidal continuous variable transmission, T-CVT) 자동차가 시장에 출시되었으며 T-CVT에 사용된 견인 유체는 분자의 높은 견인 계수(traction coefficient)와 저온 유동성 측면에서 높은 수준의 성능이 요구되었다.

전단 강도는 견인 계수로 측정할 수 있으며 높을수록 좋다. 지환족 탄화수소는 일반적으로 우수한 전단 강도 특성을 갖지만 저온 점도 특성이 낮다. 이러한 특성의 균형을 맞추기 위해 실리콘, 에스테르 또는 폴리알파올레핀(poly alpha olefin, PAO)과 같은 우수한 저온 점도 특성을 가진 유체를 실제 견인 유체에 혼입할 수 있다.

본 발명은 견인 유체를 제공한다.

견인 유체(traction fluid)는 기유(base oil); 제1 점도 첨가제; 및 제2 점도 첨가제를 포함하고, 여기서 상기 제1 점도 첨가제는 견인 유체의 견인 계수의 저하를 최소화하고 제2 점도 첨가제는 저온 점도의 증가를 최소화한다. 제1 점도 첨가제는 폴리이소부텐 점도 조절제일 수 있고 제2 첨가제는 폴리메타크릴레이트 점도 조절제일 수 있다.

견인 유체는 또한 약 0.01 (w/w)% 초과 및 약 1 (w/w)% 미만의 양으로 소포제(anti-foaming agent)를 포함할 수 있다. 소포제는 약 0.1 (w/w)%의 양으로 존재할 수 있다. 소포제는 유기산 에스테르와 실록산의 혼합물 또는 실리콘 기반 유체일 수 있다. 견인 유체는 하나, 둘 또는 그 이상의 소포제를 포함할 수 있다.

견인 유체는 항산화제, 내마모제(antiwear agents), 극압제(extreme pressure agents), 세제, 분산제, 소포제, 방청제(anti-rust agents), 마찰 조절제, 부식 억제제, 점도 조절제를 포함하는 첨가제 패키지와 같은 추가 첨가제를 약 0.01 (w/w)% 초과 및 약 20 (w/w)% 미만 또는 약 3 (w/w)% 내지 약 6 (w/w)%의 양으로 포함할 수 있다.

견인 유체는 -30 ℃에서 약 36,000 cP 미만 또는 약 32,000 cP 미만의 브룩필드 점도(Brookfield viscosity)를 가지는 것이 특징일 수 있다. 견인 유체는 ASTM 테스트 방법 D892에 따라 발포 테스트에서 10 mL 이하의 점수를 가져야 한다.

베이스 스톡(base stock)은 약 80 (w/w)% 초과 및 약 98 (w/w)% 미만 또는 약 88 (w/w)% 내지 약 92 (w/w)% 미만의 양으로 존재할 수 있다.

견인 유체는 추가로 폴리알파올레핀 또는 에스테르를 포함할 수 있다.

높은 견인 성능을 최적화하기 위해 본 발명은 폴리이소부텐과 폴리메타크릴레이트의 조합을 기유에 도입하여 유체의 전단 강도 특성을 저하시키지 않고 우수한 저온 점도를 가진 견인 유체를 얻는다. 견인 유체의 거품 발생을 최소화하기 위해, 시판되는 성능 첨가제 패키지에 더하여 하나, 둘 또는 그 이상의 소포제의 조합을 유체에 첨가할 수 있다.

베이스 오일 또는 베이스 스톡(Base Oils or Base Stock)

본 명세서에 기술된 견인 유체는 견인 유체를 위한 베이스 오일 또는 베이스 스톡으로 사용 가능한 임의의 이용 가능한 유체를 포함한다. 수소화된 알파 디메틸 스티렌 이량체 또는 임의의 다른 수소화된 스티렌 이량체가 스톡으로 사용될 수 있다. 실록산, 디메틸실리콘, 폴리알파올레핀, 올레핀, 폴리에테르, 아다만틴 또는 에스테르 기반 유체도 견인 유체를 형성하기 위한 베이스 스톡으로 사용될 수 있다. 이와 마찬가지로, 탄화수소, 나프텐계, 지환족 탄화수소, 사이클릭 올리고머, 바이사이클로합텐(bicyclohaptene) 또는 다환족 탄화수소 사이클릭 올리고머 베이스 스톡은 견인 유체의 베이스 스톡으로 간주될 것이다.

견인 유체는 약 80 % 이상의 베이스 스톡을 포함한다. 바람직하게는 상기 베이스 스톡은 견인 유체에서 약 83 (w/w)% 초과 약 98 (w/w)% 미만 또는 약 88 (w/w)% 내지 약 92 (w/w)% 미만의 양으로 존재한다. .

점도 조절제(Viscosity Modifiers)

견인 유체는 점도 조절제 또는 폴리이소부텐(PIB)을 포함하는 제1 첨가제 및 폴리메타크릴레이트(PMA)를 포함하는 제2 첨가제를 포함하는 2개의 점도 조절제의 조합을 함유할 수 있다.

예를 들어, 상업적으로 입수 가능한 Lubrizol LZ 3174와 같은 폴리이소부텐을 포함하는 제1 점도 첨가제는 바람직한 견인 성능 및 전단 안정성을 갖지만, 바람직하지 않은 저온 점도를 갖는다. 이 제1 점도 첨가제는 견인 유체에서 단독으로 또는 다른 점도 조절제와 함께 사용될 수 있다.

폴리메타크릴레이트(PMA 또는 combPMA)를 포함하는 제2 점도 첨가제는 고온에서 바람직한 점도 증가 효과를 갖는 반면 저온에서 점도 감소 효과를 갖지만, 바람직하지 않은 견인 성능 및 전단 안정성을 갖는다. 제2 첨가제는 베이스 스톡에 단독으로 또는 다른 점도 조절제와 함께 첨가될 수 있다. 예를 들어 시판되는 Evonik Viscoplex^® 12-199와 같은 폴리메타크릴레이트.

두 가지 점도 조절제는 목표 점도에 따라 임의의 양으로 첨가될 수 있다. 바람직하게는 점도 조절제의 조합의 총량은 약 0.1 (w/w)% 내지 약 10 (w/w)%, 더욱 바람직하게는 약 0.1 (w/w)% 내지 약 5 (w/w)%이다. 제1 점도 조절제(폴리이소부텐) 대 제2 점도 조절제(폴리메타크릴레이트)의 비율은 약 1:0.3 내지 약 1:1, 보다 바람직하게는 약 1:0.6 내지 1:0.7이다. 가장 바람직하게는 제1 점도 조절제는 약 1.5 내지 약 2.0 (w/w)%의 양으로 존재하고 제2 점도 조절제는 약 0.1 내지 약 1.2 (w/w)%의 양으로 존재한다.

첨가제(Additives)

견인 유체는 또한 적어도 하나의 성능 첨가제 패키지를 포함할 수 있다. 성능 첨가제 패키지는 일반적으로 항산화제, 내마모제, 극압제, 세제, 분산제, 소포제, 방청제, 마찰 조절제, 부식 억제제 및 점도 조절제를 포함하는 완전히 제형화 된 조성물이다. 성능 첨가제 패키지는 DI 패키지와 같이 시판되며 제조업체의 지시에 따라 사용할 수 있다. 착색제 또는 염료와 같은 첨가제도 견인 유체에 첨가될 수 있다.

소포제(Antifoamers)

첨가제 패키지에 존재할 수 있는 임의의 소포제 또는 소포제에 추가하여, 하나 이상의 추가 소포제가 견인 유체에 추가될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 2개의 소포제가 견인 유체에 첨가된다. 2개 이상의 소포제를 견인 유체에 추가할 수도 있다. 견인 유체는 유기산 에스테르, 실록산, 실리콘 기반 유체 또는 이들 화합물의 조합인 소포제를 포함할 수 있다. 하나의 소포제는 유기산 에스테르 및 실록산, 예를 들어 시판되는 Nalco 2301과 같은 화합물의 혼합물을 포함할 수 있다. 하나의 소포제는 예를 들어 시판되는 Chemaloy F-655와 같은 실리콘 기반일 수 있다.

견인 유체는 약 0.01 (w/w)% 초과 약 1 (w/w)% 미만의 양으로 소포제를 포함할 수 있다. 소포제는 약 0.1 (w/w)%의 양으로 존재할 수 있다.

베이스 스톡, 제1 및 제2 점도 조절제, 첨가제 패키지 및 2개 이상의 소포제를 포함하는 견인 유체는 또한 -30 ℃에서 32,000cP 미만의 브룩필드 점도를 가져야 하며 ASTM 테스트 방법 D892에 따라 발포 테스트에서 10mL 이하의 점수를 가져야 한다.

실시예

특정 실시예는 실시예의 형태로 아래에 설명된다. 실시예가 상당히 상세하게 설명되지만, 첨부된 청구 범위의 범위를 그러한 세부 사항 또는 임의의 특정 실시예로 제한하거나 어떤 식으로든 제한하려는 의도는 아니다.

실시예 1: 견인 유체 첨가제 비교

폴리알파올레핀(PAO), 폴리이소부텐, 폴리메타크릴레이트(PMA), 소포제 및 성능 첨가제 패키지와 같은 첨가제를 함유하는 수소화된 알파 디메틸 스티렌 이량체(hydrogenated alpha dimethyl styrene dimer, HAD)의 베이스 스톡을 갖는 일련의 견인 유체를 표 1에서 비교한다.

표 1: 견인 유체 제형 및 특성 요약

코드(code)	A	B	C	D	E
하이드로 ASM 이량체(Hydro ASM Dimer)	83.2	88	92.2	91.6	90.8
PAO 2 cSt	8	3
성능 첨가제 패키지(Performance Additive Package)	5.7	5.7	5.7	5.7	5.7
점도 조절제 1(Viscosity Modifier 1 (PIB))		2		1.5	3.4
점도 조절제 2(Viscosity Modifier 2 (comb PMA))	3	1.2	2	1.1
소포제 1(anti-foaming 1)	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05
소포제 2(anti-foaming 2)	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05
합계(Total)	100	100	100	100	100
kv 100C(cSt)	4.74	4.74	4.77	4.77	4.77
BF-30C(cP)	9,600	20,850	27,050	31,000	37,200
점도 전단 손실(Viscosity Shear loss (%) (100 ℃ for 40 hrs))	4.65	2.85	4.35	2.52	0.36
포밍(Foaming I/II/III (ASTM D 892))	0/30/0	0/10/0	0/10/0	0/5/0	0/5/0
견인 계수(Traction coefficient)	0.0821	0.0898	0.0938	0.0942	0.945

수소화된 알파 디메틸 스티렌 이량체(HAD)를 기유로 사용하는 5가지 견인 유체를 다양한 점도 조절제, 소포제 및 첨가제와 함께 테스트하였다. 첨가제 폴리알파올레핀(PAO), 폴리이소부텐(PIB) 또는 폴리메타크릴레이트(combPMA)는 단독으로 또는 조합하여 테스트하였다. KV 100C는 4.7cST를 목표로 하였다.

표 1은 견인 유체가 -30 ℃에서 32,000cP 미만의 브룩필드 점도를 가지면서 더 높은 견인 계수와 더 적은 점도 전단 손실을 유지하려면 제1 폴리이소부텐 점도 조절제와 제2 폴리메타크릴레이트 점도 조절제의 조합이 필요하다는 것을 나타낸다(유체 D). 특히 유체 "C", "D" 및 "E"를 참조한다. 제1 폴리이소부텐 점도 조절제(유체 E)만 사용하는 경우 -30 ℃에서 브룩필드 점도는 32,000cP를 초과한다. 제2 폴리메타크릴레이트 점도 조절제(유체 C)만 사용하는 경우 점도 전단 손실 및 견인 계수가 절충되어야 한다. 폴리알파올레핀 또는 에스테르를 제형에 첨가하면 브룩필드 점도를 낮출 수 있지만 견인 계수는 상당히 포함된다(유체 A 및 B). 표 1의 마지막 줄에서 볼 수 있듯이, 두 개의 소포제를 제1 폴리이소부텐 점도 조절제 및 제2 폴리메타크릴레이트 점도 조절제와 함께 첨가하면 발포 테스트에서 견인 유체의 성능이 향상되었다.

용어 "포함하다(includes)" 또는 "포함하는(including)"이 명세서 또는 청구 범위에서 사용되는 한, 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 그 용어가 청구항에서 전이구(transitional word)로 사용될 때 해석되는 것과 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 의도된다. 또한, 용어 "또는(or)"이 사용되는 범위(예를 들어, A 또는 B(A or B))는 "A 또는 B 또는 둘 다(A or B or both)"를 의미하는 것으로 의도된다. "둘 다는 아닌 A 또는 B만"이 의도된 경우는 "둘 다는 아닌 A 또는 B만(only A or B but not both)"이라는 용어가 사용된다. 따라서, 여기서 "또는"이라는 용어의 사용은 포괄적으로 사용하는 것이며 배타적으로 사용하는 것은 아니다. 명세서 및 청구 범위에서 사용되는 단수형 "a", "an" 및 "the"는 복수형을 포함한다. 마지막으로, "약(about)"이라는 용어가 숫자와 함께 사용되는 경우 숫자의 ±10%를 포함한다. 예를 들어, "약 10"은 9 내지 11을 의미할 수 있다. 용어 wt%는 퍼센트로 표현된 전체 조성물의 중량에 대한 하나의 화합물의 중량의 비교를 설명하는 것을 의미한다. wt. % 또는 (w/w)%로도 기재될 수 있다. 소포제라는 용어는 소포제(antifoamer), 소포제(anti-foamer) 또는 소포제(de-foamer)와 동일하며 견인 유체에서 거품 형성을 감소시키거나 방해하는 모든 물질을 포함한다. 기유 및 베이스 스톡이라는 용어는 상호 교환 가능하며 약 70% 초과의 양으로 존재하고 견인 유체의 기초를 형성하는 유체를 의미한다.

전술한 바와 같이, 본 출원은 실시예의 설명에 의해 예시되었고, 실시예가 상당히 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구 범위의 범위를 그러한 세부 사항으로 제한하거나 어떤 식으로든 제한하려는 의도는 아니다. 본 출원의 이점을 갖는 추가 이점 및 수정은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 출원은 더 넓은 측면에서 표시된 특정 세부 사항 및 예시적인 예로 제한되지 않는다. 일반적인 발명 개념의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 그러한 세부 사항 및 실시예로부터 시작될 수 있다.

Claims (18)

1. 다음을 포함하는 견인 유체(traction fluid):
   수소화된 알파 디메틸 스티렌 이량체를 포함하는 기유(base oil);
   0.1 (w/w)% 초과 및 10 (w/w)% 미만의 폴리이소부텐을 포함하는 제1 점도 첨가제; 및
   1.0 (w/w)% 초과 및 3 (w/w)% 미만의 comb-폴리메타크릴레이트를 포함하는 제2 점도 첨가제,
   여기서 견인 유체는 1) -30℃에서 31,000 내지 36,000 cP의 브룩필드 점도(Brookfield viscosity) 및 2) 0.0942 이상의 견인 계수 또는 전단 손실 테스트에서 2.52% 내지 4.65%의 전단 손실, 또는 0.0942 이상의 견인 계수 및 전단 손실 테스트에서 2.52% 내지 4.65%의 전단 손실을 특징으로 함.
   
2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 소포제(anti-foaming agent)를 추가로 포함하는 견인 유체.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 소포제는 0.01 (w/w)% 초과 및 1 (w/w)% 미만의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 견인 유체.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 소포제는 0.1 (w/w)%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 견인 유체.
   
5. 제3항에 있어서, 상기 소포제는 유기산 에스테르와 실록산의 혼합물 또는 실리콘 기반 유체로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 견인 유체.
   
6. 제1항에 있어서, 하나 이상의 추가 첨가제를 추가로 포함하는 견인 유체.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가 첨가제는 0.01 (w/w)% 초과 및 20 (w/w)% 미만의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 견인 유체.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가 첨가제는 3 (w/w)% 내지 6 (w/w)의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 견인 유체.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 제1 점도 첨가제는 4.0 (w/w)% 초과 및 5 (w/w)% 미만의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 견인 유체.
   
10. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 점도 첨가제는 1:0.6 내지 1:0.7의 제1 점도 첨가제:제2 점도 첨가제의 중량비율로 존재하는 것을 특징으로 하는 견인 유체.
    
11. 다음을 포함하는 견인 유체(traction fluid):
    수소화된 알파 디메틸 스티렌 이량체를 포함하는 기유(base oil);
    0.1 (w/w)% 초과 및 10 (w/w)% 미만의 폴리이소부텐을 포함하는 제1 점도 첨가제; 및
    1.0 (w/w)% 초과 및 3 (w/w)% 미만의 comb-폴리메타크릴레이트를 포함하는 제2 점도 첨가제,
    여기서 견인 유체는 1) -30℃에서 20,850 내지 32,000 cP의 브룩필드 점도(Brookfield viscosity) 및 2) 0.0898 이상의 견인 계수 또는 전단 손실 테스트에서 2.52% 내지 4.65%의 전단 손실, 또는 0.0898 이상의 견인 계수 및 전단 손실 테스트에서 2.52% 내지 4.65%의 전단 손실을 특징으로 함.
    
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