KR20070035174A

KR20070035174A - 마모된 금속 표면을 복원하는 윤활제 조성물

Info

Publication number: KR20070035174A
Application number: KR1020050089722A
Authority: KR
Inventors: 윤소영
Original assignee: 주식회사 듀라씰
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-03-30

Abstract

본 발명은 이산화규소 나노 파우더를 함유하는 윤활유 또는 그리스로서, 윤활유 혹은 그리스가 사용되는 기계의 마찰 부위의 마모된 금속 면을 원상으로 복원해 주며, 윤활유 또는 그리스의 제조공정 중에 첨가하거나, 별도의 첨가제로서 사용되고 있는 윤활유 혹은 그리스에 첨가하여 마모된 부위를 복원하고 기계의 수명을 연장하는 윤활제 조성물에 대한 것이다.

이산화규소, 구리, 내연기관, 윤활유, 그리스, 마모, 마찰, 첨가제, 나노

Description

마모된 금속 표면을 복원하는 윤활제 조성물 {Lubricant composition for restoring abraded metal surface}

윤활유의 성능을 높이기 위하여 다양한 첨가제가 사용되어 왔으며, 작동 부위의 마찰을 감소하기 위하여 주로 작동 부위의 표면에 코팅 막을 형성하는 PTFE(Polytetrafluoroethylene, Teflon™, Du Pont Chemical Corporation), 몰리브덴 금속염, Zinc dialkyldithiophosphate 들이 윤활유의 첨가제로서 사용되어 왔다. 그 중 PTFE는 개발사인 Du Pont 사에서 윤활유의 첨가 성분으로는 부적합하다는 공식적인 발표가 있었음에도 불구하고 오늘날 가장 많은 제품의 주성분으로 사용되고 있는 실정이다. 또한 비 정제된 PTFE 파우더가 윤활유 내에서 침전이 발생하거나, 마이크로미터 이하의 PTFE 입자라 하더라도 내연기관의 높은 온도에 의한 PTFE 입자 자체의 열 팽창으로 인하여 윤활유의 여과 장치를 막히게 하고 결과적으로 윤활유의 압력이 감소하여 윤활 성능이 감소하는 부작용이 발생하기도 한다. Zinc dialkyldithiophosphate 와 같은 유기 아연 인산염의 경우, 성분 자체가 가지는 독성 때문에 사용상에 세심한 주의를 요한다.

상기와 같은 기존의 윤활유 첨가제가 가지는 부작용을 극복하고, 일시적인 마모 방지나 마찰 감소가 아닌, 윤활유가 사용되는 기계장치의 손상된 금속 면을 원상으로 복원하는 윤활제 조성물을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 것이다. 또한, 윤활유의 본래의 성능에 영향을 주지않으면서, 윤활유가 사용되는 기계의 금속 면의 마모, 미세한 틈을 원상으로 복구하는 윤활제 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명자는 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 마모되거나 손상된 금속 면을 복원할 수 있는 소재를 광범위하게 탐색하고 실제 내연기관에 적용하여 본 결과, 내연기관의 높은 작동 온도에도 충분히 그 강성을 유지하고, 손상된 금속 면의 미세한 틈을 효율적으로 밀봉하는 성분으로서, 이산화규소 나노 파우더가 최적임을 밝혀내었다. 내연기관의 마모는 대개 5㎛ 이상의 입자에 의하여 발생하며, 본 발명에 의한 이산화규소 나노 파우더는 1 내지 100㎚, 바람직하게는 5 내지 50nm의 평균 입도를 가지는 것으로서, 윤활유의 여과 장치를 막히게 하지 않고, 윤활유가 작용하는 금속과 금속 면의 마모를 유도하지 않으면서, 손상된 마모 면에 점진적으로 농축되어 손상된 금속 면에서 발생하는 높은 온도에 의하여 이산화규소 입자들이 서로 공유결합을 형성하여 손상된 면을 밀봉함으로써 작용한다.

본 발명에 의한 윤활제 조성물에 사용된 이산화규소 나노 파우더는 친수성이거나 친유성이 아닌 비극성의 중성 형태가 바람직하다. 그러한 중성의 이산화규소는 극도로 높은 온도나 압력이 가해지지 않는 이상 서로 응집하거나 화학 결합을 형성하지 않으므로, 윤활유의 성분과 반응하지 않으며, 또한 실제 윤활유가 사용되는 기관의 내부에 침전되거나 하지 않는다. 이산화규소는 하나의 규소 원자에 2개의 산소 원자가 단일 결합으로 된 단량체가 삼차원 구조의 중합체를 형성하고 있으며, 이 경우엔 하나의 규소에 4개의 산소 원자가 결합하고 있는 형태를 가진다. 윤활유가 작동하는 기계장치, 특히 내연기관의 경우, 실린더 내벽의 마모된 손상 면은 정상적인 매끄러운 금속 면보다 마찰 증가에 따른 온도 상승이 매우 높으며, 그러한 조건에 노출된 이산화규소 나노 파우더는 점진적으로 서로 공유결합을 통하여 더욱 큰 중합체 네트워크를 형성하여 마모된 손상 면을 채우게 되며, 주변 금속 면과 표면의 높이가 동일하게 되어 마찰이 감소하게 되면 더 이상 중합이 일어나지 않게 되어 손상 면의 복원이 완료되게 된다.

본 발명에 의한 윤활제 조성물은 열전도도가 높은 금속의 나노 파우더를 함유할 수 있다. 이산화규소 나노 파우더 단독으로서도 윤활유가 사용되는 기계장치의 손상된 금속 면을 복원할 수 있으나, 금, 은, 구리 등의 나노 파우더가 손상된 금속 면의 밀봉 작용에 같이 존재하게 되면, 밀봉 면의 마찰이 더욱 감소하고, 이산화규소의 열전도도가 낮은 단점을 보완하여, 윤활유가 사용되는 기관의 작동 온도를 감소시키는 효과가 발생하여 기관의 작동 효율을 높이고, 낮은 작동 온도로 인하여 기관을 구성하는 금속의 산화를 억제하여 내구성을 증대시키고, 또한 윤활유 자체의 고온에 의한 변성을 억제하여 윤활유의 교환 주기를 연장하는 효과를 얻을 수 있다. 열전도도가 높은 금속 나노 파우더 성분으로서는 금, 은, 구리 중에서 하나 이상 선택될 수 있으며, 평균 입자 크기는 1 내지 100nm, 바람직하게는 5 내 지 50nm 이내의 것들이 작당하다.

본 발명에 의한 이산화규소와 금속의 나노 파우더를 함유한 윤활제 조성물은 다양한 윤활유에 첨가하여 제조될 수 있다. 예를 들어 내연기관용 윤활유로서 광유 혹은 폴리알파올레핀계, 에스테르계, 알킬벤젠계, 폴리알킬렌글리콜계 및 폴리부텐계 등의 합성 윤활유를 기유로 한 윤활제에 사용될 수 있다. 또한, 산업용으로써, 기계유, 기어유, 터어빈유, 베어링유, 자동변속기유, 열처리용유, 유압작동유, 절삭유 및 그리스 등에도 각각의 기유에 첨가함으로써 제조할 수 있다.

본 발명에 의한 윤활제 조성물은 상기에 제시한 각각의 기유에 일정량을 첨가하여 첨가제의 형태로서 제조할 수도 있고, 상기에 제시한 다양한 윤활유의 제조시에 일정량 혼합하여 제조할 수도 있다. 본 윤활제 조성물이 의도한 목적을 달성하기 위하여, 첨가제의 형태로 사용할 경우에는, 이산화규소는 1 내지 50%(w/v), 바람직하게는 1 내지 20%(w/v)의 농도가 적당하며, 금속의 나노 파우더는 1 내지 10%(w/v), 바람직하게는 0.1 내지 1%(w/v)의 농도가 적당하다. 윤활제의 제조시에 첨가하여 직접 사용하고자 할 경우에는 이산화규소는 0.1 내지 10%(w/v), 바람직하게는 0.1 내지 1%(w/v) 첨가하여 제조하며, 금속의 나노 파우더는 0.0001 내지 5%(w/v), 바람직하게는 0.001 내지 0.05%(w/v)의 농도로 첨가하는 것이 적당하다.

본 윤활제 조성물의 제조에 있어서, 이산화규소와 금속의 나노 파우더는 윤활기유에 순차적으로 첨가하여 교반, 균질화 혹은 초음파균질 등의 방법으로 입자들이 서로 응집하지 않고 애초의 나노미터 크기의 입자가 유지될 수 있도록 물리적 힘을 가하여 제조하여야 한다.

본 발명에 의한 윤활제 조성물은 첨가제의 형태나 윤활유의 제조 공정에서 사용될 수 있으며, 윤활 작용을 필요로 하는 모든 기계 장치의 손상된 금속 면을 원상으로 복구하며, 이로 인하여 기계 장치의 수명 연장과 유지 보수 비용의 획기적인 감소를 제공할 수 있다.

Claims

윤활유 첨가제 조성물로서, 1 내지 100nm, 바람직하게는 5 내지 50nm의 평균 입자 크기를 가지는 이산화규소 파우더를 윤활기유에 1 내지 50%(w/v), 바람직하게는 1 내지 20%(w/v) 함유하는 것.
윤활유 첨가제 조성물로서, 1 내지 100nm, 바람직하게는 5 내지 50nm의 평균 입자 크기를 가지는 금, 은, 구리 중에서 하나 이상 선택된 금속 파우더를 윤활기유에 0.01 내지 10%(w/v), 바람직하게는 0.1 내지 1%(w/v) 함유하는 것.
윤활유로서, 1 내지 100nm, 바람직하게는 5 내지 50nm의 평균 입자 크기를 가지는 이산화규소 나노 파우더를 윤활기유에 0.01 내지 10%(w/v), 바람직하게는 0.1 내지 1%(w/v) 함유하는 것.
윤활유로서, 1 내지 100nm, 바람직하게는 5 내지 50nm의 평균 입자 크기를 가지는 금, 은, 구리 중에서 하나 이상 선택된 금속 파우더를 윤활기유에 0.0001 내지 5%(w/v), 바람직하게는 0.001 내지 0.05%(w/v) 함유하는 것.