KR20070038380A

KR20070038380A - 내연기관용 윤활유 조성물

Info

Publication number: KR20070038380A
Application number: KR1020050093628A
Authority: KR
Inventors: 배대윤; 한남규
Original assignee: 현대자동차주식회사; 에스케이 주식회사
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2007-04-10

Abstract

본 발명은 내연기관용 윤활유 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기유와 아민계 화합물, 몰리브덴 화합물, 내마모제, 청정제, 분산제, 금속불활성제, 및 소포제 등의 첨가제를 함유하여 각 성분들이 서로 시너지 효과를 발생시켜 제조된 윤활유 조성물은 점도, 저온 유동성, 낮은 증발량, 청정성, 분산성 및 내마모성이 우수하며, 특히 아민계 화합물과 몰리브덴 화합물을 특정 비율로 혼합 사용하여 내산화성을 높혀, 엔진을 보호하고 윤활유의 교환주기를 연장 시키는 내연기관용 윤활유 조성물에 관한 것이다.

내연기관, 윤활유, 내산화성, 아민

Description

내연기관용 윤활유 조성물{Lubricating oil composition for internal-combustion engine}

윤활유의 성능을 개선시키기 위하여 SAE(자동차 기술협회 : Society of Automotive Engineers), ASTM(미국 재료 시험 협회 : formly the American Society for Testing and Materials) 및 API(미국 석유 기구 : American Petroleum Institute) 등의 여려 기관이 끊임없이 노력하고 있고, 윤활유에 관한 여러 표준들이 설정되고 개량되어 왔다.

윤활유는 크랭크 기구, 각종 엔진 부위의 윤활 기능 및 냉각 기능을 수행하기 위하여 적당한 점도 특성, 고하중에서의 윤활 성능인 극압성, 산화안정성 및 마찰 특성이 요구되는데, 이러한 성능을 향상시키기 위해서는 적당한 특성을 가지는 기유와 첨가제 들이 알맞게 배합 되어야 한다.

현재 에너지의 효율적 이용과 지구온난화 방지를 위해 이산화탄소 등 자동차 배기가스에 대한 규제가 점점 엄격해지고 있으며 이러한 환경규제에 대응하기 위해 자동차 등 내연기관 엔진구조 변경과 내연기관에 사용하는 윤활유에 의한 연비향상을 목적으로 개발이 진행되고 있다.

또한 최근 내연기관 엔진의 단위배기량당 출력이 지속적으로 늘어나고 있고, 차량형상의 공기저항 계수가 낮아져 윤활유에 미치는 열적 부하가 증가하는데 통상 윤활유의 온도가 10 ℃ 상승하면 산화속도는 2 배 상승하여 윤활유의 수명을 단축시킨다.

그리하여 통상적으로 윤활유을 제조하는데 있어서 기유에 산화방지제를 혼합하며 보통 메르캅토계 및 페놀계를 산화방지제로 사용하는데 산화 방지 성능에 한계가 있다.

이에, 본 발명자들은 윤활유의 산화 방지 성능의 문제점을 해결 하고자 노력 하였다.

그 결과, 기유와 아민계 화합물, 몰리브덴 화합물, 내마모제, 청정제, 분산 제, 금속불활성제, 및 소포제 등의 첨가제를 함유하여 내연기관용 윤활유에 적용하여 각 성분들이 서로 시너지 효과를 발생시켜 제조된 윤활유 조성물은 점도, 저온 유동성, 낮은 증발량, 청정성, 분산성 및 내마모성이 우수하며, 특히 아민계 화합물과 몰리브덴 화합물을 사용하여 내산화성을 높여 엔진을 보호하고 윤활유의 교환주기를 연장 시키는 것을 알게 되었다.

따라서, 본 발명은 내산화성이 우수한 내연기관용 윤활유 조성물을 제공하는데 목적이 있다.

내연기관용 윤활유 조성물에 있어서, 기유 60.0 ~ 90.0 중량%, 아민계 화합물 0.05 ~ 3.0 중량%, 몰리브덴 화합물 0.05 ~ 2.0 중량%, 내마모제 0.5 ~ 3.0 중량%, 청정제 1.0 ~ 7.0 중량%, 분산제 2.0 ~ 10.0 중량%, 점도지수향상제 0.05 ~ 20.0중량% 및 소포제 0.0005 ~ 0.01 중량%를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 윤활유 조성물에 특징이 있다.

또한 몰리브덴 화합물과 아민계 화합물이 1 : 1 ~ 1 : 6 비율로 혼합하여 사용 하는 또 다른 특징을 가진다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

종래 내연기관용 윤활유 제조는 기유에 각종 첨가물을 혼합 제조하며 윤활유의 특성은 첨가물에 영향을 많이 받는다.

본 발명에 있어서 사용되는 기유는 원유를 상압에서 증류할 때 남는 잔사유 를 더욱 더 정제하여 얻은 탄소수 10에서 50사이의 점성을 지니는 유분으로서 기계장치의 윤활에 사용하는 윤활유의 총칭이며, 기계의 금속접촉을 방지하고, 마찰, 마모로 인한 녹아붙음을 방지하는 기능을 갖는다. 상기 기유는 100 ℃ 에서 점도가 2 ~ 40 센티스톡(cSt) 범위, 바람직하게는 3 ~ 20 센티스톡(cSt) 범위인 것을 사용하며 2 센티스톡(cSt) 미만인 것은 금속간의 접촉을 막는 유막을 형성하지 못하게 되어 마찰과 마모가 증가하고, 윤활유의 증발량이 증가하게 되며, 40 센티스톡(cSt) 초과 시 윤활유의 점성 저항에 따른 동력의 손실이 증가하게 되고 저온에서의 점도가 크게 증가하여 내연기관의 시동이 어렵거나 윤활개소로 이동이 되지 않는 경우가 발생한다. 또한 기유는 고정제 광유 및 합성유를 단독 또는 혼합 사용하고, 이러한 기유는 60.0 ~ 90.0 중량% 범위로 사용하며, 바람직하게는 70.0 ~ 85.0 중량% 범위이고 60.0 중량% 미만으로 사용하면 첨가제의 과다한 투여로 인한 저온점도 증대 혹은 첨가제의 기유로의 용해성 저하되는 문제점이 있으며 90.0 중량% 초과 시 첨가제 투여량의 저하로 내연기관용 윤활유로서의 기준 성능을 만족하지 못하는 단점이 있다.

상기 아민계 화합물은 윤활유의 산화 방지를 하는 특성이 있으며, 구체적으로 N-페닐-1,2-페닐렌디아민, 디페닐아민, 3-히드록시디페닐아민, 페닐-알파-나프틸아민, N-페닐-1,4-페닐렌디아민, 디부틸디페닐아민, 디옥틸디페닐아민 및 디노닐디페닐아민 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 아민계 첨가제외의 투여 첨가제를 고려하여, 부반응이 적은 특성이 있는 종을 선정하여 사용하는 것이 좋다. 이러한 아민계 화합물은 0.05 ~ 3.0 중량% 범위를 사 용하며, 0.05 중량% 미만으로 사용하면 산화방지성능이 약해지는 문제점이 발생하며, 3.0 중량% 초과하면 경쟁흡착, 금속부식 등의 부작용이 발생한다.

상기 몰리브덴 화합물은 윤활유의 내마모첨가제 용도로 사용하며, 0.05 ~ 2.0 중량% 범위로 사용하며, 0.05 중량% 미만 사용 시 내마모성이 저하되는 문제점이 발생하고, 2.0 중량% 초과 시 경쟁흡착, 금속부식, 회분계 이물질발생 등의 하는 문제점이 발생한다.

구체적으로 몰리브데늄 디티오카바메이트, 몰리브데늄 디티오포스페이트 및 몰리브데늄-아민 화합물 중에서 선택된 1종 또는 2종이상의 혼합물을 사용한다. 몰리브데늄 디티오카바메이트는 300 ℃ 이상의 높은 온도에서도 우수한 내마모성과 마찰조정기능을 가지며 300 ℃ 이상의 온도에서 분해된다. 알킬 체인이 길 경우 분해온도가 높아지며 오일에 대한 용해도도 좋아지고, 효과가 더욱 길어지며 몰리브데늄 디티오포스페이트는 150 ~ 200 ℃ 온도범위에서 분해되며 효과가 즉시 나타나고 몰리브데늄 아민 화합물은 230 ~ 250 ℃에서 분해 되는 특성이 있으며 보다 낳은 효과를 위해 몰리브데늄 디티오카바메이트를 사용하는 것이 좋다.

상기 몰리브덴 화합물과 아민계 화합물은 1:1 : ~ 1:6 비율로 혼합 사용하며 1:1 비율 미만으로 사용시 아만계 화합물의 투여량 부족으로 기본 산화방지성능의 저하가 있고, 1 : 6 비율을 초과 사용 시 몰리브덴 첨가제와 아민계 화합물의 상승작용이 크지 않고, 몰리브덴화합물의 중량이 일정할 경우 아민계화합물의 투입량이 늘어나 제조원가상승이 과대해져서 바람직 하지 못하다.

상기 내마모제는 아연-디알킬디티오포스페이트를 사용하며 0.5 ~ 3.0중량% 범위로 사용하고, 0.5 중량% 미만이면 내마모성의 저하로 마모량의 증가가 있는 문제점이 있으며, 3.0 중량% 초과 시 타 첨가제와의 경쟁흡착의 문제점이 발생한다.

상기 청정제는 1.0 ~ 7.0 중량% 범위로 사용하며 1.0 미만 으로 사용 시 청정성 저하의 문제점이 발생하고, 7.0 중량% 초과 하여 사용 시 경쟁흡착, 회분계 이물질생성 등의 문제점이 발생하며 칼슘-설포네이트, 마그네슘-설포네이트, 칼슘-살리실레이트 등 중에서 선택 사용한다.

상기 분산제는 2.0 ~ 10.0 중량% 범위로 사용하며 2.0 미만 으로 사용 시 검댕 등을 분산하는 분산성의 저하로 점도증가, 마모증가 등의 문제점이 있으며, 10.0 중량% 초과 하여 사용 시 경쟁흡착의 문제점이 발생하며 폴리이소부틸렌 숙신이미드, 폴리이소부틸렌, 폴리알킬아크릴레이트 등 중에서 선택 사용한다.

상기 점도지수향상제 0.5 ~ 20.0 중량% 범위로 사용하며 0.5중량% 미만으로 사용 시, 점도지수향상 및 저온유동성향상의 효과가 떨어지는 문제점이 있으며, 20.0 중량% 초과 하여 사용 시 점도지수향상제의 전단으로 인한 점도저하 및 전단부위의 산화로 인한 윤활유의 열화 등의 문제점이 발생하며, 폴리메타아크릴레이트, 에틸렌프로필렌코폴리머, 폴리알킬스틸렌 등 중에서 선택 사용한다.

상기 소포제는 0.0005 ~ 0.01 중량% 범위로 사용하며 0.0005 미만 으로 사용 시 파포, 억포 성능이 저하되는 문제점이 발생하고 0.1 중량% 초과 하여 사용 시 소포제입자의 유중으로의 분산성이 저하되고, 소포제입자가 윤활유의 용기바닥에 가라앉는 문제점이 발생하며 실리카, 디메틸폴리실록산, 디에틸실리케이트 등 중에서 선택 사용한다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예에 있어서 약호는 다음의 내용을 의미한다.

1) 기유

① 기유-1 : API 기유 분류상 Group III, 100℃ 점도 4.2cSt

① 기유-2 : API 기유 분류상 Group III, 100℃ 점도 6.4cSt

2) 몰리브덴 화합물(M) : 몰리브데늄 디티오카바메이트

3) 아민 화합물(산화방지제)

① A-1 : 디페닐아민

② A-2 : 3-히드록시디페닐아민

4) 내마모제(Z) : 아연-디알킬디티오포스페이트

5) 청정제(C) : 칼슘-설퍼네이트

6) 분산제 (Sm): 숙신이미드

7) 소포제(S): 실리카

8) 점도지수향상제(V) : 에틸렌-프로필렌 코폴리머

실시예 1 ~ 3

상기 성분들을 기유를 50 ~ 70 ℃로 가열해 가며 첨가제를 순차적으로 각각 투여하여 첨가제간의 부반응을 일으키지 않게하는 조건하에서 혼합하여 조성물을 제조하고 제조된 조성물을 내산화성능 시험에 널리 사용되는 ASTM D 7098(Thin Film Oxigen Uptake Test; 이하 TFOUT라 약칭)를 통하여 내산화성능 시험을 하였다.

실시예 1 ~ 3 의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1 에 나타내었다.

비교예 1 ~ 6

실시예와 동일하게 조성물을 제조하되, 비교예 1은 몰리브덴 화합물을 배제하고 제조하며, 비교예 2는 아민화합물 배제, 비교예 3은 몰리브덴 화합물, 아민 화합물 모두 배제, 비교예 4는 몰리브덴 화합물과 아민 화합물의 혼합비율 미만으로 제조하고, 비교예 5은 몰리브덴 화합물과 아민 화합물의 혼합비율을 초과 하여 제조 하였고 제조된 조성물을 실시예 1 ~ 3 과 동일하게 내산화성능 시험을 하여 결과를 표 2에 나타내었다.

구분 (중량%)	기유-1	기유-2	M	아민 화합물		Z	C	Sm	S	V	TFOUT 결과(분)
구분 (중량%)	기유-1	기유-2	M	A-1	A-2	Z	C	Sm	S	V	TFOUT 결과(분)
실시예1	40.5	36.999	0.7	2.0	-	1.2	4.0	5.1	0.001	9.5	186
실시예2	40.5	36.999	0.7	-	2.0	1.2	4.0	5.1	0.001	9.5	195
실시예3	40.5	36.999	0.7	1.0	1.0	1.2	4.0	5.1	0.001	9.5	198

구분 (중량%)	기유-1	기유-2	M	아민 화합물		Z	C	Sm	S	V	TFOUT 결과(분)
구분 (중량%)	기유-1	기유-2	M	A-1	A-2	Z	C	Sm	S	V	TFOUT 결과(분)
비교예1	40.5	37.699	-	2.0	-	1.2	4.0	5.1	0.001	9.5	114
비교예2	40.5	38.999	0.7	-	-	1.2	4.0	5.1	0.001	9.5	121
비교예3	40.5	39.699	-	-	-	1.2	4.0	5.1	0.001	9.5	61
비교예4	40.5	38.499	0.7	0.5	-	1.2	4.0	5.1	0.001	9.5	127
비교예5	40.5	37.499	0.25	2.0	-	1.2	4.0	5.1	0.001	9.5	131

상기 표 1과 표 2 에서 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 3의 내연기관용 윤활유 조성물은 내산화성능이 우수하며, 비교예 1 ~ 5의 수지조성물은 내산화성능이 크게 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

상기에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 내연기관용 윤활유 조성물은 내산화력이 크게 향상 되고, 녹방지성, 분산성, 극압성 및 점도를 동시에 만족시킬 수 있는 특성이 있으며, 자동차 등 내연기관에 사용하는 윤활유에 적용할 수 있다.

Claims

내연기관용 윤활유 조성물에 있어서, 기유 60.0 ~ 90.0 중량%, 아민계 화합물 0.05 ~ 3.0 중량%, 몰리브덴 화합물 0.05 ~ 2.0 중량%, 내마모제 0.5 ~ 3.0 중량%, 청정제 1.0 ~ 7.0 중량%, 분산제 2.0 ~ 10.0 중량%, 점도지수향상제 0.05 ~ 20.0중량% 및 소포제 0.0005 ~ 0.01 중량%를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 윤활유 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 몰리브덴 화합물과 아민계 화합물의 혼합비가 1 : 1 ~ 1 : 6 인 것을 특징으로 하는 내연기관용 윤활유 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 기유는 100 ℃ 에서 동점도가 2 ~ 40 cSt 이고, 고정제 광유 및 합성유를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 윤활유 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 아민계 화합물은 N-페닐-1,2-페닐렌디아민, 디페닐아민, 3-히드록시디페닐아민, 페닐-알파-나프틸아민, N-페닐-1,4-페닐렌디아민, 디 부틸디페닐아민, 디옥틸디페닐아민, 디노닐디페닐아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 내연기관용 윤활유 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 몰리브덴 화합물은 몰리브데늄 디티오카바메이트, 몰리브데늄 디티오포스페이트 및 몰리브데늄-아민 화합물 중에서 선택된 1종 또는 2 종이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 내연기관용 윤활유 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 내마모제는 아연-디알킬디티오포스페이트인 것을 특징으로 하는 내연기관용 윤활유 조성물.