KR20000017030A - 중성 녹억제제를 함유하는 터빈 및 ｒ＆ｏ 오일 - Google Patents

중성 녹억제제를 함유하는 터빈 및 ｒ＆ｏ 오일 Download PDF

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라이언헬렌테레사
월터스데이비드켄빈
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라이니어 데니스 에이치.
에틸 페트롤륨 애더티브즈 리미티드
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Abstract

점도가 80 초과이고, 포화물 함량이 90 중량% 초과이며, 황 함량이 0.5 중량% 이하인 베이스 오일을 주요 부분으로 함유하고, (A) 하나 이상의 중성 녹억제제를 함유하는, 터빈 또는 녹 및 산화 (R＆O) 오일로서 사용하기에 적합한 조성물.

Description

중성 녹억제제를 함유하는 터빈 및 Ｒ＆Ｏ 오일{TURBINE AND R＆O OILS CONTAINING NEUTRAL RUST INHIBITORS}
본 발명은 가수분해적 안정성에 손상을 주지 않으면서, 습윤 여과능이 향상된 터빈 및 녹 및 산화(R＆O) 오일 (이하, "터빈 오일"이라 칭한다) 에 관한 것이다.
증기 및 기체 터빈 오일은 최상 품질의, 녹 및 산화가 억제된 오일이다. 증기 터빈은, 고온 및 고압에서 터빈에 들어가고 회전 및 고정 블레이드 모두를 따라 팽창하는 증기를 사용한다. 최상 품질의 윤활제만이 증기 터빈 작동과 관련된 장기간의 사용, 습윤 조건 및 고온을 견딜 수 있다. 기체 터빈에서, 이들 윤활제는 매우 뜨거운 표면과의 접촉, 간헐적 작동 및 비사용 기간을 종종 견뎌야 한다. 그러므로, 효과적이기 위해, 양쪽 유형의 오일은 양호한 부식 방지성 및 해유화성(demulsibility)뿐 아니라, 계의 임계 영역에서 침착을 형성하는 경향이 최소인 탁월한 산화 내성을 가져야 한다.
이런 목적하는 특성을 달성하기 위해, 이들 오일을 특별히 정련된 최상 품질의 베이스 스톡과, 주의깊게 균형을 맞춘 부가적 팩키지로부터 조제하는 것이 필요하다. 이들 유체의 성질은 이들이 특히 기타 윤활제 및 첨가제로부터 오염되기 쉽게 만든다. 상대적으로 적은 오염도라도 이들 윤활제의 성질 및 예상 사용 수명에 상당한 영향을 줄 수 있다. 또한, 효과적인 작동 조건을 유지하고, 이들이 사용되는 장치에 손상을 피하기 위해서, 터빈 오일은 매우 깨끗하고 오염이 없도록 유지되어야 한다. 오염은 터빈 오일을 여과함으로써 최소화된다. 터빈 오일이 실질적으로 오염이 없도록 하기 위해서, 극세 필터를 사용한다.
터빈 오일의 필요 조건으로 인해, 기타 유형의 윤활 조성물에 비해, 매우 적은 종류의 첨가제만이 베이스 오일과 배합된다. 일반적으로, 피니슁된 터빈 오일은 필요하다면 베이스 오일, 항산화제, 녹억제제, 해유화제, 부식 억제제 및 희석제만을 함유할 것이다.
종래 기술의 터빈 오일은 산성 녹억제제를 함유한다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,101,429 호에 기재된 유형의 산성 녹억제제가 터빈 오일에 사용되어 왔다. 산성 녹억제제를 함유하는 터빈 오일이 만족스러운 녹 성능을 나타낼지라도, 이들은 예를 들어 미립자, 침전물 및/또는 슬러지를 생성시키는 오염물로서 존재하는 금속 청정제 및 물과 상호 작용하는 경향이 있다. 그러므로 산성 녹억제제는 물 및/또는 금속 청정제와 같은 오염물에 노출되었을 때 침착 형성 및 여과능에서 문제를 발생시킨다. 이렇게 생기는 여과능 문제 및 침착 형성은 고비용을 요구하고, 매우 바람직하지 않다.
본 발명의 목적은 물 및/또는 청정제와 같은 오염물에 노출되었을 때에 양호한 녹 성능뿐 아니라, 양호한 습윤 여과능 및 양호한 열안정성을 나타내는 터빈 오일을 제공하는 것이다. 이 목적은 본 발명의 한 구현예에서, 피니슁된 터빈 오일을 제조할 때 산성 녹억제제 대신 중성 녹억제제를 사용하여 수득된다. 따라서, 본 발명은 점도가 80 초과이고, 포화물 함량이 90 중량% 초과이며, 황 함량이 0.5 중량% 이하인 베이스 오일을 주요 부분으로 함유하고, (A) 하나 이상의 중성 녹억제제를 함유하는, 터빈 또는 녹 및 산화 (R＆O) 오일로서 사용하기에 적합한 조성물을 제공한다. 당 분야의 숙련가는 이런 오일들이 제 2 군, 제 3 군 또는 제 4 군 오일로 통칭되는 것으로 이해할 것이다. 점도는 IP 226 에 따라 평가된다. 포화물 및 황 함량은 질량 분광분석에 의해 평가된다.
본 명세서에서 "중성 녹억제제" 라는 용어는 본질적으로 -COOH 작용기가 없는 녹억제제를 의미한다.
" 주요 부분" 이란 용어는 조성물이 50 중량% 이상의 베이스 오일을 함유하는 것을 의미한다.
본 발명의 또다른 구현예에서, 중성 녹억제제(들) 및 하기 식의 화합물 (B) 의 배합물을 베이스 오일에 첨가하여, 물 및/또는 금속 청정제의 존재 하에서 양호한 녹 성능, 양호한 습윤 여과능 및 열안정성 시험 (예, ASTM D 2619 및 ASTM D 4310 시험) 에서의 양호한 성능이 확실한 터빈 오일을 제공한다:
[식 중, Z 는 기 R1R2CH- (여기에서, R1및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 34 의 히드로카르빌기이고, 기 R1및 R2중의 총 탄소수는 11 내지 35 임) 이다].
달리 언급되지 않으면, 모든 히드로카르빌기 및 일부분은 직쇄 또는 측쇄일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 실질적으로 산성 녹억제제 및/또는 금속 청정제가 없는 터빈 오일이 제조된다. 본 발명의 목적에 있어서, "실질적으로 없는" 란 용어는, 오염으로 인해 또는 불순물로서 약간 존재할 수는 있어도, 의도적으로 산성 녹억제제 또는 금속 청정제를 피니슁된 오일에 첨가하지 않는 것을 의미한다.
바람직하게는, 하나 이상의 중성 녹억제제는 화학식 R(COOR')n(식 중, R 및 R' 는 각각 독립적으로 탄소수가 약 40 이하, 바람직하게는 8 내지 20 인 히드로카르빌기 또는 히드록시히드로카르빌기이고, n 은 1 내지 약 5 이다) 의 히드로카르빌 에스테르이다.
히드로카르빌 또는 히드록시히드로카르빌기 R 에 존재하는 기 COOR' 의 최대 수는 R 내의 탄소수에 따라 달라지는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, R 이 탄소 원자를 하나만을 가지는 히드로카르빌기인 경우, n 의 최대 가능값은 3 일 것이다. R 이 하나의 탄소 원자를 가지는 히드록시히드로카르빌기인 경우, n 의 최대값은 2 일 것이다.
에스테르는 분자 내에 하나 이상, 바람직하게는 1 내지 5 의 히드록시기를 가진다. 히드록시기는 기 R 또는 기 R' 에 모두 부착되어 있거나, 비율을 달리하며 R 및 R' 에 부착될 수 있다. 또한, 히드록시기는 임의 위치에 있을 수 있거나 또는 R 또는 R' 의 사슬을 따라 위치할 수도 있다.
히드로카르빌 에스테르는 적절한 알코올 및 산, 산 할라이드, 산 무수물 또는 이들의 혼합물로부터 통상적인 에스테르화 과정에 의해 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 에스테르는 통상적인 에스테르 교환반응 방법에 의해 제조할 수 있다. "실질적으로 없는" 이란 말은 중성 녹억제제의 제조에 사용되는 출발물인 산, 산 할라이드, 산 무수물 또는 이들의 혼합물을, 이론적으로 모든 -COOH 기를 에스테르로 변환시키기에 충분한 양의 알코올과 반응시키는 것을 의미한다. 통상적으로, 중성 녹억제제는 10 mg KOH/g 미만의 TAN 값을 가진다. 바람직한 에스테르는 옥틸올레일 말레이트, 디올레일말레이트, 펜타에리트리톨 모노올리에이트 및 글리세롤 모노올리에이트를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
또다른 종류의 바람직한 중성 녹억제제는 1-(2-히드록시에틸)-2-헵타데세닐 이미다졸린의 아스파르트산 디에스테르를 포함한다. 상기 이미다졸린은 주로 올레산과 아미노에탄올아민간의 반응에 기초한 이미다졸린과 L-아스파르트산의 디에스테르의 혼합물이다. 상기 유형의 에스테르는 Mona Industries, Inc. 로부터 Monacor(상표명) 39 로 시판된다.
화합물 (B) 에서, 라디칼 Z 는 예를 들어 1-메틸펜타데실, 1-프로필트리데세닐, 1-펜틸트리데세닐, 1-트리데세닐펜타데세닐 또는 1-테트라데실에이코세닐일 수 있다. 바람직하게는, 기 R1및 R2중의 탄소수는 16 내지 28 이고, 더욱 통상적으로는 18 내지 24 이다. R1및 R2중의 총탄소수가 약 20 내지 22 인 것이 특히 바람직하다. 바람직한 화합물 (B) 는 3-C18-24알케닐-2,5-피롤리딘디온, 즉 알케닐기 중의 평균 탄소수가 18 내지 24 인 화합물이다.
본 발명의 한 관점에서, 화합물 (B) 는 약 80 내지 약 140 mg KOH/g , 바람직하게는 약 110 mg KOH/g 의 적정가능한 산의 수(titratable acid number; TAN) 을 가진다. TAN 은 ASTM D 664 에 따라 결정된다.
화합물 (B) 는 시판되거나 또는 공지된 기술의 응용 또는 적용에 의하여 제조할 수 있다 (예를 들어 EP-A-0389237 참조).
본 발명에서 사용하도록 되어 있는 윤활유는 천연 윤활유, 합성 윤활유 및 이들의 혼합물을 포함한다. 적절한 윤활유는 또한 합성 왁스 및 슬랙(slack) 왁스의 이성질화에 의해 수득한 베이스 스톡뿐 아니라, 원유의 방향성 또는 극성 성분의 용매 추출법보다는 히드로크래킹에 의해 제조한다. 일반적으로, 천연 및 합성 윤활유는 모두, 전형적인 적용에서는 각각의 오일이 100 ℃ 에서 약 2 ×10-6m2/s 내지 약 8 ×10-6m2/s (약 2 내지 약 8 cSt) 의 범위의 점도를 가질 것을 요구하더라도, 100 ℃ 에서, 약 1 ×10-6m2/s 내지 약 40 ×10-6m2/s (약 1 내지 약 40 cSt) 범위의 운동학적 점도를 가질 것이다.
천연 베이스 오일은 동물유, 식물유 (예를 들어 피마자유 및 라드 기름(lard oil)), 석유, 미네랄 오일 및, 석탄 또는 셰일로부터 유래된 오일을 포함한다. 바람직한 천연 베이스 오일은 미네랄 오일이다.
본 발명에 유용한 미네랄 오일은 모든 통상의 미네랄 오일 베이스 스톡을 포함한다. 이것은 화학적 구조가 나프탈렌성 또는 파라핀성인 오일을 포함한다. 이들은 산, 알칼리 및 점토 또는 기타 제제, 예컨대 염화알루미늄을 사용하는 종래의 방법학에 의해 정련되는 오일이거나, 또는 예를 들어 페놀, 이산화황, 푸르푸랄, 디클로르디에틸 에테르 등과 같은 용매로 용매 추출에 의해 제조된 추출 오일일 수 있다. 이들은 히드로처리되거나, 히드로정련된, 저온(chilling) 가공 또는 촉매 반응 디왁싱(dewaxing) 과정에 의해 디왁싱되거나 히드로크래킹될 수 있다. 미네랄 오일은 천연 원료로부터 제조될 수 있거나, 이성질화된 왁스 물질 또는 기타 정련 공정의 잔여물로 구성될 수 있다.
전형적으로 미네랄 오일은 100 ℃ 에서, 2 ×10-6m2/s 내지 12 ×10-6m2/s (2 내지 12 cSt) 범위의 운동학적 점도를 가질 것이다. 바람직한 미네랄 오일은 100 ℃ 에서, 3 ×10-6m2/s 내지 10 ×10-6m2/s (3 내지 10 cSt) 범위의 운동학적 점도를 가지고, 가장 바람직한 것은 점도가 5 ×10-6m2/s 내지 9 ×10-6m2/s (5 내지 9 cSt) 인 미네랄 오일이다.
본 발명에 유용한 합성 윤활유는 탄화수소 오일 및 할로-치환된 탄화수소 오일, 예컨대 올리고머화, 폴리머화 및 인터폴리머화된 올레핀 [예를 들어, 폴리부틸렌, 폴리프로필렌, 프로필렌, 이소부틸렌 공중합체, 염소화 폴리락텐, 폴리(1-헥센), 폴리(1-옥텐) 및 이들의 혼합물]; 알킬벤젠 [예를 들어, 폴리부틸렌, 폴리프로필렌, 프로필렌, 이소부틸렌 공중합체, 염소화 폴리락텐, 폴리(1-헥센), 폴리(1-옥텐) 및 이들의 혼합물]; 알킬벤젠 [예를 들어, 도데실-벤젠, 테트라데실벤젠, 디노닐-벤젠 및 디(2-에틸헥실) 벤젠]; 폴리페닐 [예를 들어, 비페닐, 터페닐, 알킬화된 폴리페닐]; 및 알킬화된 디페닐 에테르, 알킬화된 디페닐 술피드뿐 아니라, 이들의 유도체, 유사체 및 이들의 동족체 등을 포함한다. 바람직한 합성 오일은-올레핀의 올리고머, 특히 폴리알파올레핀 또는 PAO's 라고도 알려진 1-데센의 올리고머이다.
합성 윤활유는 또한 알킬렌 옥시드 중합체, 인터폴리머, 공중합체 및 이들의 유도체를 포함한다 (여기서, 말단 히드록실기는 에스테르화 또는 에테르화로 인해 변형되어 있다). 이런 종류의 합성 오일로는 하기를 예로 들 수 있다: 에틸렌 옥시드 또는 프로필렌 옥시드의 중합화에 의해 제조된 폴리옥시알킬렌 중합체; 이들 폴리옥시알킬렌 중합체의 알킬 및 아릴 에테르 (예를 들어, 평균 분자량이 1000 인 메틸-폴리이소프로필렌 글리콜 에테르, 평균 분자량이 100 - 1500 인 폴리프로필렌 글리콜의 디페닐 에테르); 및 이들의 모노- 및 폴리-카르복실산 에스테르 (예를 들어, 아세트산 에스테르, 혼합된 C3- C8지방산 에스테르 및, 테트라에틸렌 글리콜의 C12옥소산 디에스테르).
합성 윤활유의 또다른 적합한 종류는 디카르복실산 (예를 들어, 프탈산, 숙신산, 알킬 숙신산 및 알케닐 숙신산, 알킬 숙신산 및 알케닐 숙신산, 말레산, 아젤라산(azelaic acid), 스베르산(suberic acid), 세박산(sebacic acid), 푸마르산, 아디프산, 리놀레산 이합체, 말론산, 알킬말론산 및 알케닐 말론산)과 각종 알코올 (예를 들어, 부틸 알코올, 헥실 알코올, 도데실 알코올, 2-에틸헥실 알코올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 모노에테르 및 프로필렌 글리콜) 과의 에스테르를 함유한다. 이들 에스테르의 특정 예로는 디부틸 아디페이트, 디(2-에틸헥실) 세바케이트, 디-n-헥실 푸마레이트, 디옥틸 세바케이트, 디이소옥틸 아젤레이트, 디이소데실 아젤레이트, 디옥틸 이소프탈레이트, 디데실 프탈레이트, 디에이코실 세바케이트, 리놀레산 이합체의 2-에틸헥실 디에스테르, 및 1 몰의 세박산을 2 몰의 테트라에틸렌 글리콜 및 2 몰의 2-에틸-헥사노산과 반응시켜 형성시킨 복합 에스테르를 포함한다. 이런 유형의 합성 오일 중 바람직한 유형의 오일은 C4내지 C12알코올의 아디페이트이다.
합성 윤활유로서 유용한 에스테르는 또한 C5내지 C12모노카르복실산 및 폴리올 및 폴리올 에테르, 예컨대 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올프로판 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 및 트리펜타에리트리톨로부터 제조된 것을 포함한다.
규소-기재 오일 (예컨대 폴리알킬-, 폴리아릴-, 폴리알콕시-, 또는 폴리아릴옥시-실록산 오일 및 실리케이트 오일) 은 또다른 유용한 종류의 합성 윤활유를 함유한다. 이들 오일은 테트라-에틸 실리케이트, 테트라이소프로필 실리케이트, 테트라-(2-에틸헥실) 실리케이트, 테트라-(4-메틸-2-에틸헥실) 실리케이트, 테트라-(p-tert-부틸페닐) 실리케이트, 헥사-(4-메틸-2-펜톡시)-디실록산, 폴리(디메틸)-실록산 및 폴리(메틸페닐) 실록산을 포함한다. 기타 합성 윤활유는 산을 포함하는 인의 액체 에스테르 (예를 들어, 트리크레실 포스페이트, 트리옥틸포스페이트, 및 데실포스폰산의 디에틸 에스테르), 중합체성 테트라-히드로푸란 및 폴리--올레핀을 포함한다.
윤활 베이스 오일은 정련, 재정련된 오일 또는 이들의 혼합물로부터 유도될 수 있다. 비정련된 오일은 추가의 정련 또는 처리없이 천연 원료 또는 합성 원료 (예를 들어, 석탄, 셰일, 또는 타르 샌드 역청) 로부터 직접 얻어진다. 비정련된 오일의 예로는 레토르트 작동으로부터 직접 얻어지는 셰일 오일, 증류로부터 직접 얻어지는 석유, 또는 에스테르화 과정으로부터 직접 얻어지는 에스테르 오일 등을 포함하며, 이들 각각은 이후 추가의 처리없이 사용된다. 정련 오일은 하나 이상의 성질을 향상시키기 위해 하나 이상의 정련 공정에서 처리되었다는 것을 제외하고는 비정련된 오일과 유사하다. 적합한 정련 기술은 증류, 히드로처리, 디왁싱, 용매 추출, 산 또는 염기 추출, 여과 및 퍼코레이션 (percolation) 을 포함하고, 이들 모두는 당 분야의 숙련가에게 잘 공지되어 있다. 재정련된 오일은 사용된 오일을 정련된 오일을 얻기 위해 사용한 것와 유사한 공정에서 처리하여 얻어진다. 이들 재정련된 오일은 재생 또는 재공정된 오일로서도 또한 잘 알려져 있고, 종종 사용된 첨가제 및 오일 붕괴 생성물을 제거하기 위한 기술에 의해 부가적으로 처리될 수 있다. U.S. 5,736,490 에 기재된 화이트 오일도 또한 터빈 및 R＆O 오일용 베이스 오일로서 사용될 수 있다.
베이스 오일은 점도 (VI) 가 80 초과이고, 포화물 함량이 90 중량% 초과이며, 황 함량이 0.5 중량% 이하이다. 바람직한 구현예에서, 오일은 황 함량이 0.3 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 이하이다. 본 발명에서 사용하기 위한 바람직한 베이스 오일은 히드로공정 및/또는 이소-디왁싱된 미네랄 오일, 합성 오일 및 이들의 혼합물이다.
본 발명의 터빈 및 R＆O 오일은 각종 성분을 적절한 베이스 오일과 단순 블렌딩하여 제조할 수 있다.
편의를 위해, 또한 본 발명의 바람직한 구현예에서, 본 발명의 실시에 사용되는 첨가 성분(들)은 사용 준비된 터빈 또는 R＆O 오일 내로 조제를 위한 농축물로서 제공될 수 있다. 중성 녹억제제(들)는 함유하지만 화합물 (B) 는 함유하지 않는 본 발명의 농축물은 일반적으로 피니슁된 오일의 중량에 대해 0.7 내지 약 2 중량% 의 비율로 첨가된다. 중성 녹억제제(들) 및 화합물 (B) 를 모두 함유하는 본 발명의 농축물은 해수의 존재하에서 뛰어난 녹방지 효과를 주고 (ASTM D665B), 전형적으로 피니슁된 오일의 중량에 대해 약 0.3 내지 약 2 중량% 의 처리 비율로 베이스 오일에 첨가된다.
화합물 (B) 를 첨가하지 않고 중성 녹억제제(들)를 사용할 때, 일반적으로 이들은 부가적 농축물 내에 농축물의 총 중량에 대해 약 10 내지 약 60 중량% 의 양으로 존재한다. 화합물 (B) 와 함께 사용될 때, 일반적으로 중성 녹억제제(들)은 부가적 농축물 내에 농축물의 총 중량에 대해 10 내지 60 중량% 의 양으로 존재하는 한편, 화합물 (B) 는 일반적으로 부가적 농축물 내에 약 1 내지 15 중량% 의 양으로 존재한다. 농축물은 유체 성분뿐만 아니라, 유체 성분용 용매 또는 희석제를 함유할 수 있다. 용매 또는 희석제는 농축물이 첨가될 터빈 베이스 오일 내에서 섞일 수 있거나 및/또는 가용성이어야 한다. 적절한 용매 및 희석제는 잘 알려져 있다. 용매 또는 희석제는 터빈 베이스 오일 그 자체일 수 있다. 농축물은 터빈 오일에 사용되는 임의의 통상적인 첨가제를 적절히 함유할 수 있다. 농축물의 각 성분의 비율은, 조제된 유체의 상층부 처리가 가능하더라도, 의도하는 희석도에 의해 조절된다.
베이스 오일에 직접 첨가되거나 또는 농축물의 형태이거나 간에, 중성 녹억제제(들)는 피니슁된 오일 내에 약 0.10 이상, 바람직하게는 0.10 내지 약 0.45 중량% 의 양으로 존재해야 한다. 베이스 오일에 직접 첨가되거나 또는 농축물의 형태이거나 간에, 화합물 (B) 는, 사용될 경우, 피니슁된 오일 내에 약 0.008 내지 약 0.25 중량% 의 양으로 존재해야 한다.
본 발명의 부가적 농축물 및 피니슁된 오일은 인 함유 첨가제 및 황화 에스테르와 같은 부가의 첨가제를 추가로 함유할 수 있다. 바람직한 인 함유 첨가제는 산인산의 아민염 및, 인 및 황 함유 화합물을 포함한다.
터빈 및 R＆O 오일에 흔히 사용되는 기타 첨가제는 본 발명의 터빈 및 R＆O 오일 내에 포함될 수 있다. 이들은 항산화제, 해유화제 및 부식 억제제를 포함한다. 이들 첨가제는 존재할 경우, 터빈 오일 팩키지에 통상적으로 사용되는 양으로 사용된다.
본 발명은 하기의 실시예에 의해 설명되나, 어떤 방식으로든 본 발명의 영역을 제한하려는 것은 아니다.
실시예
표 1 에, 각종 터빈 오일 농축물의 제형이 나타나 있다. 터빈 오일 농축물 (Turbine Oil Concentrate) 1 - 4 는 본 발명의 영역 내의 제형을 나타내는데, 즉 이들은 중성 녹억제제를 함유하고, 실질적으로 산성 녹억제제가 없다. 터빈 오일 농축물 5 는 산성 녹억제제를 함유하고 있다는 점에서 본 발명의 영역을 벗어나는 부가적 농축물을 나타낸다. 모든 샘플은 유사한 통상의 첨가제 (예를 들어, 항산화제, 해유화제 및 부식 억제제) 를 유사한 양으로 사용하였다.
터빈 오일 농축물
터빈 오일 1(TO 1) 터빈 오일 2(TO 2) 터빈 오일 3(TO 3) 터빈 오일 4(TO 4) 터빈 오일 5(TO 5)(비교예)
녹억제제 V 21.25
녹억제제 W 0.50
녹억제제 X 22.50 22.50
녹억제제 Y 20.00
녹억제제 Z 12.00
화합물 B 5.00
녹억제제 V: 글리세롤 모노올리에이트 중성 녹억제제.
녹억제제 W: 무회(ashless) 술포네이트 중성 녹억제제.
녹억제제 X: 펜타에리트리톨 모노올리에이트 중성 녹억제제.
녹억제제 Y: 옥틸옥레일 말레이트 중성 녹억제제.
녹억제제 Z: 미국 특허 제 4,101,429 호에 기재된 종류의 C12알케닐기로 치환된 말레산 무수물, 트리에틸렌 테트라민 및 올레산의 반응 생성물을 함유하는 산성 녹억제제.
화합물 B: 3-C18-24알케닐-2,5-피롤리딘디온.
상기 기재된 부가적 농축물을 각종 점도를 가진 베이스 오일에 0.8 중량% 의 처리 비율로 첨가하여 터빈 오일을 제조한다. 사용된 베이스 오일은 VI 가 98 이상, 포화물 레벨이 98 % 이상, 황 함량이 0.01 중량% 미만인, 히드로공정시킨 (HP) 미네랄 오일이다. 용매 정련된 (SR) 베이스 오일을 또한 사용된다. 피니슁된 오일을 쉘 여과 시험(Shell Filtration Test)을 이용하여 습윤 여과능을 시험하고 ASTM D 665B 녹 시험을 이용하여 녹 성능을 시험한다.
쉘 여과 시험은 칼슘 및/또는 물 오염이 있는 또한 없는 수경(hydraulic) 유체 기재 오일의 여과능 특징을 평가하기 위한 것이다. 블렌딩되고 오염된 유체는 각각 하기와 같이 이중으로 시험한다. 70 ℃ 에서 예비 처리한 후, 650 mm Hg 진공을 사용하여 1.2 미크론 밀리포어 (Millipore) 막을 통해 300 ml 의 시험 오일을 여과시킨다. 유체의 온도는 조절되지 않지만, 19 내지 26 ℃ 범위에 있어야 한다. 각각의 연속적인 100 ml 의 유체가 여과하는 시간 또는 여과막이 막히는 시간을 기록한다. 하기 표에서, 쉘 여과 시험의 결과는 모든 300 ml 의 오일이 여과기를 통과한 것을 의미하는통과(PASS), 또는 여과기가 막혔다는 것을 의미하는실패(FAIL)로 표현된다.
쉘 여과 시험 및 ASTM D 665B 녹 시험의 결과가 하기 표 2 에 나타나 있다.
셀 여과 시험 및 ASTM D 665B 녹 시험 결과
부가적 농축물 베이스 오일 - ISO # 쉘 여과 시험 D 665B 녹 시험
TO 4 HP - 32 통과 통과
TO 5 SR - 32 실패 통과
TO 5 SR - 46 실패 통과
TO 4 HP - 68 통과 통과
TO 5 SR - 68 실패 통과
TO 4 HP - 100 통과 통과
상기 표로부터, 본 발명의 조성물이 쉘 여과 결과 및 ASTM D 665B 결과 모두 통과를 나타낸다는 것이 명백하다. 또한, 상기 표 2 로부터, 산성 녹억제제를 충분한 양으로 함유하는 터빈 오일 (TO 5) 은 ASTM D 665B 녹 시험은 통과하지만 쉘 여과 시험은 실패한다는 것이 명백하다.
터빈 오일을 취급 즉, 저장 및 운송할 때, 터빈 오일은 종종 산성 녹억제제 및/또는 금속 청정제를 함유하는 잔류 윤활 유체 또는 산성 녹억제제를 함유하는 터빈 오일과 접촉하게 된다. 본 발명의 터빈 오일은 이들 산성 녹억제제 및/또는 금속 청정제의 원료와 접촉한 때에도 쉘 여과 시험 결과를 통과할 수 있게 한다.
일부 적용을 위해서, 물 존재 하에서의 산화 성능이, 허용가능한 녹 시험 성능과 함께 요망된다. 본 발명의 성분 (A) 및 (B) 를 함유하는 터빈 오일은 물의 존재 하의 시험에서 우수한 열 안정성을 나타내고, 녹 시험 성능을 통과하는 것으로 밝혀졌다. ASTM D 4310 은 억제된 미네랄 오일, 특히 터빈 오일이 상승된 온도에서, 산소, 물, 및 구리 및 철 금속의 존재 하에 산화되는 동안 슬러지를 형성하는 경향을 측정하는 데에 사용된다. 이 시험에서, 물 및 철-구리 촉매 코일의 존재 하에 1000 시간 동안 오일 샘플을 산소와 반응시킨다. 이어서, 오일을 분석하여, 총 산 수 (TAN), 슬러지의 중량 및 촉매로부터의 구리 및 철의 손실 중량을 측정한다. 표 3 은 본 발명의 첨가물 (A) 및 (B) 의 배합물을 함유하는 터빈 오일의, 물 존재 하에서의 가수분해적 안정성을 나타낸다.
조제된 오일은 0.18 중량% 농도의 펜타에리트리톨 모노올리에이트 및 0.04 중량% 농도의 3-C18-24알케닐-2,5-피롤리딘디온을 함유한다. 베이스 오일은 점도 99, 포화물 함량 99.5 중량%, 황 함량 0.02 중량% 인 히드로공정된 베이스 스톡이다.
슬러지 (mg) 구리 중량 변화 (mg) 철 중량 변화 (mg) TAN (mg/KOH g)
12.5 0.5 0.75 0.425
결과는 2 회 실행의 평균값을 나타낸다.
본 발명의 부가적 배합물은 특히 히드로공정된 미네랄 오일에 효과적이다. 표 4 는 이런 히드로공정된 미네랄 오일에 있어서 본 발명의 부가계의 예외적인 특징을 나타내고 있다. 하기의 조제된 오일은 동일한 부가적 농축물 (TO 4) 을 함유한다. 용매 정련된 미네랄 오일 (SR-32 및 SR-68) 는 0.82 중량% 의 TO 4 를 함유하는 반면, 히드로공정된 미네랄 오일 (HP-32, HP-68 및 HP-100) 는 0.80 중량% 의 TO 4 를 함유한다. 조제된 오일은 ASTM D-2272 에 정의된 회전 밤 산화 시험 (Rotating Bomb Oxidation Test, RBOT) 에서 시험한다. RBOT 는 터빈 오일의 산화 안정성을 측정하기 위한 시험이다. 뚜껑있는 유리 용기에 담긴 시험 오일, 물 및 구리 촉매 코일을 기록 압력 게이지가 장착된 밤에 놓는다. 밤을 산소로 충전하여 압력이 620 kPa 가 되도록 하고, 150 ℃ 로 맞춰진 항온 오일조에 놓고, 수평으로부터 30°각도에서 100 rpm 에서 축방향으로 회전시킨다. 게이지 압력이 특정 하강에 도달하기까지 걸리는 시간(분)이 시험 샘플의 산화 안정성이다.
용매 정련된 베이스 스톡을 함유하는 조제된 오일 또한 ASTM D-943 속의 라이프타임 터빈 오일 산화 시험 (Lifetime Turbine Oil Oxidation Test, Life TOST) 에서 시험한다. Life TOST 는 억제된 증기 터빈 오일의 산화 안정성을 측정하는데 사용된다. Life TOST 에서, 물 및 철-구리 촉매의 존재 하에, 95 ℃ 에서 오일 샘플을 산소와 반응시킨다. 시험은 측정된 오일의 총 산 수가 2.0 mg KOH/g 가 될 때까지 계속한다. 오일이 2.0 mg KOH/g 에 도달하기까지 걸리는 시간(시간)이 "산화 라이프타임" 이다. 베이스 오일만의 RBOT 는 15 ~ 30 의 범위일 것이다.
베이스 오일 RBOT (분) Life TOST (시간)
SR-32 602.5(평균 2 회 실행) 6188
HP-32 1199(평균 3 회 실행)
SR-68 707.5(평균 2 회 실행) 6032
HP-68 1292(평균 3 회 실행)
HP-100 1253(평균 3 회 실행)
표 4 로부터, 히드로공정된 미네랄 오일로부터 제조된 터빈 오일의 RBOT 길이가 증가 (거의 두 배) 하였다는 것에서 증명된 바와 같이, 히드로공정된 미네랄 오일로부터 제조된 터빈 오일은 용매 정련된 미네랄 오일에 비해 월등한 산화 안정성을 가진다는 것이 명백하다. 표 4 로부터 바로 알 수 있듯이, 용매 정련된 미네랄 오일로부터 제조된 터빈 오일의 Life TOST 는 250 일 이상이었다. 이들 오일의 시험 시간이 극도로 길기 때문에, RBOT 는 Life TOST 결과를 예측하는 도구로서 사용될 수 있다. 논문 [Mookken, R.T. 등,Dependence of Oxidation Stability of Steam Turbine Oil on base Oil Composition, Lubrication Engineering, 1997 년 10 월, p. 19 - 24] 에는, 블렌딩된 터빈 오일의 TOST 수명을 아는데 분류 시험으로서 RBOT 를 사용할 수 있다는 것을 보여준다. 이 연구는 RBOT 및 Life TOST 가 직접적으로 비례적이라는 것을 보여준다. 그러므로, 표 4 로부터, 히드로공정된 미네랄 오일로부터 제조한 터빈 오일은 Life TOST 에 의해 측정되었듯이, 상당히 긴 RBOT 수명의 측면에서, 월등한 산화 안정성을 나타낼 것이다.
본 발명의 목적은 물 및/또는 청정제와 같은 오염물에 노출되었을 때에 양호한 녹 성능뿐 아니라 양호한 습윤 여과능 및 양호한 열안정성을 나타내는 터빈 오일을 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명은 점도가 80 초과이고, 포화물 함량이 90 중량% 초과이며, 황 함량이 0.5 중량% 이하인 베이스 오일을 주요 부분으로 함유하고, (A) 하나 이상의 중성 녹억제제를 함유하는, 터빈 또는 녹 및 산화 (R＆O) 오일로서 사용하기에 적합한 조성물을 제공한다.

Claims (17)

  1. 점도가 80 초과이고, 포화물 함량이 90 중량% 초과이며, 황 함량이 0.5 중량% 이하인 베이스 오일을 주요 부분으로 함유하고, (A) 하나 이상의 중성 녹억제제를 함유하는, 터빈 또는 녹 및 산화 (R＆O) 오일로서 사용하기에 적합한 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 중성 녹억제제가 약 0.10 내지 약 0.45 중량% 의 양으로 존재하는 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하나 이상의 중성 녹억제제가 식 R(COOR')n(식 중, R 및 R' 은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 약 40 의 히드로카르빌기 또는 히드록시히드로카르빌기이고, n 은 약 5 이하이다) 의 히드로카르빌 에스테르인 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서, R 및 R' 이 각각 독립적으로 탄소수 8 내지 20 의 히드로카르빌기 또는 히드록시히드로카르빌기인 조성물.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하나 이상의 중성 녹억제제가 1-(2-히드록시에틸)-2-헵타데세닐 이미다졸린의 아스파르트산 디에스테르인 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 베이스 오일이 천연 오일, 합성 오일 또는 이들의 혼합물인 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 술폰화된 에스테르, 인 함유 첨가제, 인 및 황 함유 첨가제, 항산화제, 해유화제(demulsifier) 및 부식 억제제로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 함유하는 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 산성 녹억제제가 실질적으로 없는 조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, (B) 하기 식의 화합물을 추가로 함유하는 조성물:
    [식 중, Z 는 기 R1R2CH- (여기에서, R1및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 34 이하의 히드로카르빌기이고, 기 R1및 R2중의 총 탄소수는 11 내지 35 임) 이다].
  10. 제 9 항에 있어서, 화합물 (B) 중의 기 R1및 R2의 총 탄소수가 18 내지 24 인 조성물.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 화합물 (B) 가 3-C18-24알케닐-2,5-피롤리딘디온인 조성물.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.10 내지 약 0.45 중량% 의 (A) 하나 이상의 중성 녹억제제 및 약 0.008 내지 약 0.25 중량% 의 화합물 (B) 를 함유하는 조성물.
  13. 점도가 80 초과이고, 포화물 함량이 90 중량% 초과이며, 황 함량이 0.5 중량% 이하인 터빈 또는 녹 및 산화 (R＆O) 베이스 오일의 습윤 여과능을 향상시키는 방법으로, 베이스 오일에 (A) 하나 이상의 중성 녹억제제를 첨가하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 베이스 오일에 (B) 하기 식의 화합물을 첨가하는 것을 추가로 포함하는 방법:
    [식 중, Z 는 기 R1R2CH- (여기에서, R1및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 34 이하의 히드로카르빌기이고, 기 R1및 R2중의 총 탄소수는 11 내지 35 임) 이다].
  15. 점도가 80 초과이고, 포화물 함량이 90 중량% 초과이며, 황 함량이 0.5 중량% 이하인 터빈 또는 녹 및 산화 (R＆O) 베이스 오일의 가수분해적 안정성을 향상시키는 방법으로, 베이스 오일에 (A) 하나 이상의 중성 녹억제제 및 (B) 하기 식의 화합물을 첨가하는 것을 포함하는 방법.
    [식 중, Z 는 기 R1R2CH- (여기에서, R1및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 34 이하의 히드로카르빌기이고, 기 R1및 R2중의 총 탄소수는 11 내지 35 임) 이다].
  16. 물 및/또는 금속 청정제를 함유하는 터빈 또는 녹 및 산화 (R＆O) 베이스 오일 (베이스 오일은 점도가 80 초과이고, 포화물 함량이 90 중량% 초과이며, 황 함량이 0.5 중량% 이하임) 중의 슬러지, 침전물 및/또는 미립자의 형성을 감소시키는 방법으로, 베이스 오일에 하나 이상의 중성 녹억제제를 첨가하는 것을 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 베이스 오일에 (B) 하기 화학식의 화합물을 첨가하는 것을 추가로 포함하는 방법:
    [식 중, Z 는 기 R1R2CH- (여기에서, R1및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 34 이하의 히드로카르빌기이고, 기 R1및 R2중의 총 탄소수는 11 내지 35 임) 이다].
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