KR20080081090A

KR20080081090A - 나노입자 함유 윤활유 조성물

Info

Publication number: KR20080081090A
Application number: KR1020087018765A
Authority: KR
Inventors: 유따까 마부찌; 아끼라 나까가와
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-09-05
Also published as: US9023771B2; KR101048986B1; EP2402422B1; CN101336286A; US20090018037A1; WO2007088649A1; EP2402422A1; CN101336286B; EP1980609A1; EP1980609A4

Abstract

낮은 마찰 계수를 발현하고, 한층 저연비화를 실현할 수 있는 나노입자 함유 윤활유 조성물을 제공하는 것.

기유, 수산기를 갖는 첨가제 및 나노입자를 함유하여 이루어지는 나노입자 함유 윤활유 조성물. 기유, 수산기를 갖는 무회계 마찰 조정제 및 나노입자를 함유하여 이루어지는 나노입자 함유 윤활유 조성물. 기유, 수산기를 갖는 첨가제 및 입경 1 내지 100 nm의 나노입자를 함유하여 이루어지는 나노입자 함유 윤활유 조성물. 기유, 수산기를 갖는 무회계 마찰 조정제 및 입경 1 내지 100 nm의 나노입자를 함유하여 이루어지는 나노입자 함유 윤활유 조성물.

기유, 수산기를 갖는 첨가제, 나노입자, 윤활유 조성물, 산소 함유 첨가제, 무회계 마찰 조정제

Description

나노입자 함유 윤활유 조성물 {NANOPARTICLE-CONTAINING LUBRICATING OIL COMPOSITIONS}

본 발명은 접동 부위에 적용하는 나노입자 함유 윤활유 조성물에 관한 것이고, 더욱 상세하게는 내연 기관에 널리 적용되고 있는 접동 부품에 적용하여, 마찰 계수를 저감시킬 수 있는 나노입자 함유 윤활유 조성물에 관한 것이다.

지구 전체가 온난화, 오존층의 파괴 등 지구 규모에서 환경 문제가 크게 클로우즈 업되고 있다. 특히 지구 전체의 온난화에 큰 영향이 있다고 알려져 있는 C0₂ 삭감에 대해서는 각국 그의 규모값 규정 방법에 관해 큰 관심을 일으키고 있다.

CO₂ 삭감에 대해서는, 자동차 연비의 삭감을 도모하는 것이 큰 과제 중 하나이고, 윤활유의 역할은 크다.

윤활유에 의한 저연비 대책으로서는, (1) 저점도화에 의한, 유체 윤활 영역에서의 점성 저항 및 엔진 내의 교반 저항의 감소, (2) 최적인 마찰 조정제와 각종 첨가제의 배합에 의한, 혼합 및 경계 윤활 영역하에서의 마찰 손실의 저감이 제안되었고, 마찰 조정제로서는 디티오카르밤산몰리브덴(MoDTC)이나 디티오인산몰리브덴(MoDTP)이라 하는 유기 몰리브덴 화합물을 중심으로 많은 연구가 이루어졌고, 종 래의 강철 재료로 이루어지는 접동면에서는, 사용 개시 초기에 우수한 저마찰 계수를 나타내는 유기 몰리브덴 화합물을 배합한 윤활유가 적용되어 효과를 높였다(특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 (평)8-20786호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 윤활유에서도, 최근 한층 더 저연비화에 대해서는 그 효과가 충분하지 않아, 한층 더 마찰 계수의 저감이 요망되었다.

본 발명은 이러한 종래 기술이 갖는 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 그의 목적은 낮은 마찰 계수를 발현하여 한층 더 저연비화를 실현할 수 있는 나노입자 함유 윤활유 조성물을 제공하는 것에 있다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 기유(基油)에 수산기를 갖는 첨가제와 나노입자를 첨가하는 것 등에 의해 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 나노입자 함유 윤활유 조성물은 기유와 수산기를 갖는 첨가제와 나노입자를 함유하여 이루어진다.

여기서, 현시점에서 추정되는 본 발명에서의 마찰 계수 저감의 메카니즘에 대하여 설명한다.

나노미터 오더의 입자(나노입자)는 부피에 대한 표면적의 비율이 높기 때문 에, 계로서의 표면 에너지가 높아, 이러한 입자를 액체에 분산시킨 경우에는, 거의 침강되지 않고 분산되기 쉬운 경향을 나타낸다.

한편, 상세하게는 후술하지만, 금속 산화물이나 금속 탄화물의 나노입자는 표면 에너지가 특히 높기 때문에, 수산기를 갖는 첨가제를 흡착하기 쉽다. 또한, 탄소 원소를 주요 구성 원소로 하는 나노입자는 기본적으로 입자 내에 수소를 포함하지 않기 때문에, 나노입자의 자유로운 댕글링(dangling) 결합이 수산기를 갖는 첨가제를 흡착하기 쉽다.

접동면의 금속끼리의 접촉(메탈 컨택트)에 의해서 금속 응착이 발생하고, 또한 접동시의 높은 전단 응력에서 기인하여 발생하였던 마찰은, 상술한 바와 같은 수산기를 갖는 첨가제를 흡착한 나노입자가 접동면 사이의 접동 부위로 감겨들어감으로써, 상기 나노입자로 트라이보 필름이 형성되고, 접동시의 트라이보 필름에서의 낮은 전단 응력에 기인하여 발생하는 마찰로 치환됨으로써, 대폭적인 마찰 감소가 도모된다.

<발명의 효과>

본 발명에 따르면, 기유에 수산기를 갖는 첨가제와 나노입자를 첨가하는 것 등으로 하였기 때문에, 낮은 마찰 계수를 발현하여 한층 더 저연비화를 실현할 수 있는 나노입자 함유 윤활유 조성물을 제공할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명의 나노입자 함유 윤활유 조성물에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 본 명세서 및 특허 청구의 범위에서 「％」는 특별히 기재하지 않는 한 질량 백분율을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 나노입자 함유 윤활유 조성물은 기유, 수산기를 갖는 첨가제, 및 나노입자를 함유하여 이루어진다.

이러한 구성으로 함으로써, 특히 널리 내연 기관의 접동 부품에 사용되는 강철 제품에 대하여 사용하였을 때, 마찰 계수를 유의하게 감소시킬 수 있어 저연비화를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노입자 함유 윤활유 조성물은 적용되는 접동 부품에 대하여 도금이나 박막 등의 표면 처리를 반드시 실시할 필요가 없고, 윤활유에 MoDTC 등의 유기 몰리브덴 화합물의 첨가제를 반드시 첨가할 필요가 없으며, 이러한 표면 처리나 유기 몰리브덴 화합물의 첨가를 행하지 않더라도 마찰 계수를 유의하게 감소시킬 수 있어 저연비화를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명의 나노입자 함유 윤활유 조성물은, 대향하여 상대적으로 운동하는 쌍방이 철계 금속 재료제 부품끼리의 접촉면 등에 대하여 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 알루미늄 합금제 부품끼리의 접촉면 등에 대해서도 적용할 수 있다.

또한, 「대향하여 상대적으로 운동하는 접촉면」이란, 대향하는 한쪽면 또는 양쪽면이 운동함으로써, 상대적으로 양면이 운동하는 접동면, 회전 이동면, 전동면 등의 각종 접촉면을 의미한다.

본 발명의 윤활유 조성물은, 이러한 대향하여 상대적으로 운동하는 접촉면을 구비하는 기구 내지 시스템, 예를 들면 4 사이클이나 2 사이클 엔진 등의 내연 기관, 구체적으로는, 동변계, 피스톤, 피스톤 링, 피스톤 스커트, 실린더 라이너, 커넥팅(connecting) 로드, 크랭크샤프트, 베어링, 롤러 베어링, 메탈, 기어, 체인, 벨트, 오일 펌프 등을 비롯하여, 구동계 전달 기구, 예를 들면 기어 등이나, 하드 디스크 드라이브의 접촉면을 갖는 구동부, 압축기를 갖는 에어 컨디셔너, 모터나 그의 롤러 베어링, 생체용 인공 관절, 의료 기기, 시계 등의 계기류, 그 밖의 마찰 조건이 심하고, 저마찰성이 요구되는 각종 접촉면을 갖는 기구에 사용할 수 있다.

특히, 밀폐식, 순환식 등의 시스템에 본 발명의 윤활유 조성물을 공급하여 운동시키면 저연비 효과가 발휘된다.

상기 철계 금속 재료로서는 특히 고순도의 철로만 한정되지 않고, 예를 들면 탄소, 니켈, 구리, 아연, 크롬, 코발트, 몰리브덴, 납, 규소 또는 티탄, 및 이들 임의의 조합에 따른 합금 원소를 함유하는 각종 철계 합금 등도 사용할 수 있다.

구체적으로는 침탄강 SCM420(JIS)이나 SCr420(JIS) 등을 들 수 있다.

우선, 본 발명에서 사용되는 기유에 대하여 설명한다.

본 발명에 있어서는 기유로서 광유나 합성유를 사용할 수 있고, 이들 기유가 나노입자 함유 윤활유 조성물에 있어서 주성분인 것이 바람직하다.

또한, 「주성분」이란, 윤활유 조성물 전량 기준으로 50 ％ 이상인 것을 말한다.

상기 광유로서는, 구체적으로는 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 얻어진 윤활유 증류분을 용제 탈아스팔트(deasphalting), 용제 추출, 수소화 분해, 용제 탈왁스(dewaxing), 수소화 정제, 황산 세정, 백토 처리 등의 정제 처리 등을 적절하게 조합하여 정제한 파라핀계 또는 나프텐계 등의 기름이나 노르말 파라핀 등을 들 수 있다.

또한, 용제 정제나 수소화 정제 처리한 것이 일반적이지만, 방향족분을 보다 저감시키는 것이 가능한 고도 수소화 분해 공정이나 GTL 왁스(가스ㆍ투ㆍ리퀴드ㆍ왁스)를 이성화하는 수법으로 제조한 것을 상세하게는 후술하며, 적합한 예로서 들 수 있다.

또한, 상기 합성유로서는, 구체적으로는 알킬나프탈렌, 알킬벤젠, 폴리부텐 또는 그의 수소화물; 1-옥텐 올리고머, 1-데센 올리고머 등의 폴리-α-올레핀 또는 그의 수소화물; 디트리데실글루타레이트, 디옥틸아디페이트, 디이소데실아디페이트, 디트리데실아디페이트 및 디옥틸세바케이트 등의 디에스테르; 트리메틸올프로판카프릴레이트, 트리메틸올프로판펠라르고네이트, 펜타에리트리톨-2-에틸헥사노에이트, 펜타에리스리톨펠라르고네이트 등의 폴리올에스테르, 폴리알킬렌글리콜(PAG), 폴리비닐에테르(PVE) 및 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다. 윤활유 중, 그리스로서는 디에스테르유, 폴리-α-올레핀, 폴리올에스테르유, 폴리알킬렌글리콜, 실리콘유, 불소유를 사용할 수 있다.

또한, 상기 폴리-α-올레핀계 기유로서는, 바람직하게는 탄소수 2 내지 30의 α-올레핀, 보다 바람직하게는 탄소수 8 내지 16의 α-올레핀의 중합물 또는 공중합물 및 그의 수소화물을 적합한 예로서 들 수 있고, 1-옥텐 올리고머, 1-데센 올리고머 등의 폴리-α-올레핀 또는 그의 수소화물을 특히 바람직한 예로서 들 수 있다.

본 발명에 있어서는 기유로서 상술한 광유, 합성유를 단독으로 또는 혼합하여 이용하는 것 이외에, 2종 이상의 광유 또는 2종 이상의 합성유의 혼합물을 이용할 수도 있다.

또한, 상기 혼합물에서의 2종 이상의 혼합비도 특별히 한정되지 않고, 임의로 선택할 수 있다.

상기 기유의 전체 방향족 함유량에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 15 ％ 이하인 것이 바람직하고, 10 ％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 8 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 폴리-α-올레핀계 기유를 함유하는 기유의 전체 방향족 함유량은 5 ％ 이하인 것이 바람직하고, 3 ％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 2 ％ 이하인 것이 특히 바람직하다.

여기서, 전체 방향족 함유량이란, ASTM D 2549에 준거하여 측정한 방향족 증류분 함유량을 의미하고, 통상, 이 방향족 증류분에는 알킬벤젠, 알킬나프탈렌, 안트라센, 페난트렌 및 이들의 알킬화물, 사환 이상의 벤젠환이 축합된 화합물, 또는 피리딘류, 퀴놀린류, 페놀류, 나프톨류 등의 헤테로 방향족을 갖는 화합물 등이 포함된다.

기유의 전체 방향족 함유량이 15 ％를 초과하는 경우에는, 산화 안정성이 열악하기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 고도 수소화 분해 광유 또는 1-데센 올리고머 수소화물 등은, 기유의 전체 방향족 함유량이 2 ％ 이하, 또는 0 ％이어도 마찰 감소 효과가 높은 조성물을 얻을 수 있다.

예를 들면, 지방산 에스테르계 무회(無灰) 마찰 조정제의 함유량이 1.4 ％를 초과하는 경우에는, 저장 안정성이 열악할 가능성이 있기 때문에, 필요에 따라서 용제 정제 광유나 알킬벤젠 등을 배합함으로써 기유의 전체 방향족 함유량을 조정하는(예를 들면 2 ％ 이상으로 함) 것이 바람직하다.

상기 기유의 동점도에 대해서도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 내연 기관용 윤활유 조성물로서 사용하는 경우에는, 100 ℃에서의 동점도는 2 mm²/s 이상인 것이 바람직하고, 3 mm²/s 이상인 것이 보다 바람직하다.

한편, 그 동점도는 20 mm²/s 이하인 것이 바람직하고, 10 mm²/s 이하인 것이 보다 바람직하고, 8 mm²/s 이하인 것이 특히 바람직하다.

기유의 100 ℃에서의 동점도를 2 mm²/s 이상으로 함으로써 유막이 충분히 형성되고, 윤활성이 우수하며, 고온 조건하에서의 기유의 증발 손실이 보다 작은 윤활유 조성물을 얻을 수 있다.

한편, 100 ℃에서의 동점도를 20 mm²/s 이하로 함으로써, 유체 저항이 작아지기 때문에, 윤활 개소에서의 마찰 저항이 보다 작은 윤활유 조성물을 얻을 수 있다.

또한, 기유의 점도 지수에 대해서도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 80 이상인 것이 바람직하고, 내연 기관용 윤활유 조성물로서 사용하는 경우에는, 100 이상인 것이 바람직하고, 120 이상인 것이 보다 바람직하다.

기유의 점도 지수가 높은 것을 선택함으로써, 저온 점도 특성이 우수할 뿐만아니라 마찰 감소 효과가 우수한 윤활유 조성물을 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명에 사용되는 첨가제에 대하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 나노입자 함유 윤활유 조성물은 수산기를 갖는 첨가제를 함유하는 것이 필요하다.

여기서, 수산기를 갖는 첨가제로서는, 무회계 마찰 조정제 등을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 나노입자 함유 윤활유 조성물에는, 필요에 따라서 점도 지수 향상제, 유동점 강하제, 마찰 방지제, 극압제, 마찰 조정제, 청정 분산제, 산화 방지제, 방청제, 금속 불활성화제, 계면활성제, 항유화제, 밀봉 팽윤제, 소포제 또는 착색제, 및 이들의 임의의 조합에 따른 첨가제를 배합할 수 있다.

상기 수산기를 갖는 첨가제로서는, 전부 또는 일부가 무회계 마찰 조정제인 것이 바람직하다. 이러한 첨가제로서는, 예를 들면 수산기를 갖는 지방산 에스테르계 무회 마찰 조정제 등을 들 수 있다.

또한, 상기 지방산 에스테르계 무회 마찰 조정제로서는, 탄소수 6 내지 30의 탄화수소기를 갖는 지방산과 지방족 1가 알코올 또는 지방족 다가 알코올로 이루어지는 에스테르 등을 예시할 수 있다.

구체적인 적합예로서는, 글리세린모노올레에이트, 글리세린디올레에이트, 소르비탄모노올레에이트 및 소르비탄디올레에이트 등을 들 수 있다.

상기 탄소수 6 내지 30의 직쇄상 또는 분지상 탄화수소기로서는, 구체적으로는, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 노나데실기, 이코실기, 헨이코실기, 도코실기, 트리코실기, 테트라코실기, 펜타코실기, 헥사코실기, 헵타코실기, 옥타코실기, 노나코실기, 트리아콘틸기 등의 알킬기나, 헥세닐기, 헵테닐기, 옥테닐기, 노네닐기, 데세닐기, 운데세닐기, 도데세닐기, 트리데세닐기, 테트라데세닐기, 펜타데세닐기, 헥사데세닐기, 헵타데세닐기, 옥타데세닐기, 노나데세닐기, 이코세닐기, 헨이코세닐기, 도코세닐기, 트리코세닐기, 테트라코세닐기, 펜타코세닐기, 헥사코세닐기, 헵타코세닐기, 옥타코세닐기, 노나코세닐기, 트리아콘테닐기 등의 알케닐기 등을 예시할 수 있다.

또한, 상기 알킬기 및 알케닐기로는, 생각할 수 있는 모든 직쇄상 구조 및 분지상 구조가 포함되고, 또한 알케닐기에서의 이중 결합의 위치는 임의적이다.

본 발명에 있어서, 지방산 에스테르계 무회 마찰 조정제의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 윤활유 조성물 전량 기준으로 0.05 내지 3.0 ％인 것이 바람직하고, 0.1 내지 2.0 ％인 것이 보다 바람직하고, 0.5 내지 1.4 ％인 것이 특히 바람직하다.

상기 함유량이 0.05 ％ 미만이면 마찰 감소 효과가 작아지기 쉽고, 3.0 ％를 초과하면 마찰 감소 효과가 우수하지만 윤활유에 대한 용해성이나 저장 안정성이 현저히 악화되어, 침전물이 발생하기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 본 발명에 있어서 점도 지수 향상제로서는, 구체적으로는 각종 메타크릴산 또는 이들의 임의의 조합에 따른 공중합체나 그의 수소화물 등의 소위 비분산형 점도 지수 향상제, 및 질소 화합물을 더 포함하는 각종 메타크릴산에스테르를 공중합시킨 소위 분산형 점도 향상제 등을 예시할 수 있다.

또한, 비분산형 또는 분산형 에틸렌-α-올레핀 공중합체(α-올레핀으로서는, 예를 들면 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐 등) 및 수소화물, 폴리이소부틸렌 및 그의 수소화물, 스티렌-디엔 수소화 공중합체, 스티렌-무수말레산 에스테르 공중합체 및 폴리알킬스티렌 등도 예시할 수 있다.

이들 점도 지수 향상제의 분자량은, 전단 안정성을 고려하여 선정하는 것이 필요하다. 구체적으로는 점도 지수 향상제의 수평균 분자량은, 예를 들면 분산형 및 비분산형 폴리메타크릴레이트로서는 5000 내지 1000000, 바람직하게는 100000 내지 800000이 좋고, 폴리이소부틸렌 또는 그의 수소화물로서는 800 내지 5000, 에틸렌-α-올레핀 공중합체 및 그의 수소화물로서는 800 내지 300000, 바람직하게는 10000 내지 200000이 좋다.

또한, 이러한 점도 지수 향상제는 단독으로 또는 복수종을 임의로 조합하여 함유시킬 수 있지만, 통상 그의 함유량은 윤활유 조성물 기준으로 0.1 내지 40.0 ％인 것이 바람직하다.

본 발명의 윤활유 조성물에 있어서는, 상기 중 폴리메타크릴레이트계의 점도 지수 향상제의 사용이 저마찰 특성을 유지하기 위해서 특히 바람직하다.

다음에, 본 발명에서 사용되는 나노입자에 대하여 설명한다.

본 발명에 있어서, 나노입자는 나노오더의 입경인 것이 요구되고, 구체적으로는 1 내지 100 nm인 것이 요구되며, 그의 입경이 1 내지 50 nm인 것이 바람직하고, 1 내지 10 nm인 것이 더욱 바람직하다.

입경이 상기 범위 밖이면 마모의 원인이 되기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명에 있어서 나노입자는 기유와 첨가제와의 합계 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.6 중량부 함유되어 있는 것이 바람직하고, 0.3 내지 0.5 중량부 포함되어 있는 것이 보다 바람직하다.

여기서, 「첨가제」란, 수산기를 갖는 첨가제로 한정되지 않고, 필요에 따라서 배합한 모든 첨가제를 의미한다.

또한, 본 발명의 윤활유 조성물에 있어서는, 나노입자가 0.05 내지 3 ％ 함유되어 있는 것이 바람직하고, 0.3 내지 0.5 ％ 함유되어 있는 것이 보다 바람직하다.

나노입자의 함유량이 0.05 ％ 미만인 경우에는, 마찰 계수의 현저한 저하가 확인되지 않기 때문에 바람직하지 않고, 나노입자의 함유량이 3 ％를 초과하면, 점도가 증가하여 마찰 계수가 상승하기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 본 발명에 있어서는 사용되는 나노입자의 전부 또는 일부가 산화물 또는 탄화물인 것이 바람직하다.

상기 산화물로서는, 예를 들면 산화알루미늄, 산화티탄, 산화세륨, 산화이트륨, 산화아연, 산화주석, 산화구리, 산화홀뮴, 산화비스무스, 산화코발트, 산화철 또는 산화망간, 및 이들을 적절하게 혼합한 금속 산화물이나, 산화규소 등의 비금속 산화물, 또한 금속 산화물과 비금속 산화물을 혼합한 것을 들 수 있다.

또한, 상기 탄화물로서는, 예를 들면 바나듐카바이드, 텅스텐카바이드 및 티탄카바이드 등의 금속 탄화물이나 규소 카바이드 등의 비금속 탄화물을 들 수 있다.

상술한 바와 같이, 금속 산화물이나 금속 탄화물은 우수한 마찰 감소 효과가 얻어지고, 이 중에서는 산화알루미늄이 특히 우수한 마찰 감소 효과를 발휘한다.

또한, 사용되는 나노입자의 전부 또는 일부가 탄소 원소를 주요 구성 원소로 하는 탄소 재료인 것이 바람직하다.

이러한 탄소 재료로서는, 예를 들면 그을음(soot)(및 그의 응집체로서의 카본 블랙), DLC(다이아몬드 라이크 카본), 다이아몬드 등을 들 수 있고, 이들 탄소 재료를 적절하게 혼합할 수도 있다. 또한, DLC의 수소 함유량은 적을수록 바람직하므로, 구체적으로는 10 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 5 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 원자％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서는, 사용되는 나노입자가 다이아몬드로 이루어지는 경우, 나노입자가 단결정인 것이 바람직하다.

다이아몬드로 이루어지는 나노입자가 단결정이면, 다결정체 또는 응집체에 있어서 입계에 존재하는 부정형 탄소가 표층에 존재하지 않기 때문에, sp³ 구조 표층의 댕글링 결합에 의해 수산기를 갖는 첨가제를 보다 흡착하기 쉬워진다.

또한, 본 발명에 있어서는, 사용되는 나노입자가 다이아몬드로 이루어지는 경우, 나노입자의 입경이 10 nm 이하인 것이 바람직하다.

다이아몬드로 이루어지는 나노입자의 입경이 10 nm 이하이면, 표면적의 비율이 증가하기 때문에 흡착이 가속된다.

또한, 상기 산화물, 탄화물 또는 탄소 재료의 나노입자를 2종 이상 혼합하여 이용할 수도 있다.

또한, 상기 산화물, 탄화물 또는 탄소 재료의 나노입자로서는, 각 용제에 분산된 나노입자를 이용할 수도 있고, 이러한 용제로서는, 예를 들면 물, 에탄올등의 알코올, 디메틸술폭시드(DMSO), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 크실렌, 톨루엔, 테르피네올 또는 부틸카르비톨 등이 있다. 입자를 윤활유 중에 분산시킬 때, 비이온성 계면활성제를 혼합하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 폴리옥시알킬렌에테르, 및 이것에 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산을 혼합한 분산제가 가장 바람직하고, 또한 폴리옥시에틸렌디알킬페닐에테르인산, 및 이것에 폴리옥시디알킬페닐에테르를 혼합한 분산제일 수도 있다. 윤활유 중에 미세한 입자를 분산시키기 위해서는, 분산제나 계면활성제를 이용하여 미셀을 형성하는 것이 불가결하다. 즉, 입자에 입체 장해 효과를 제공한다. 이에 의해, 입자의 반데르 발스력에 의한 응집을 막을 수 있다. 특히 입경이 수 나노미터인 입자가 완전히 분산된 경우, 액은 투명해진다.

또한, 용제 분산 가능한 산화물은 산화알루미늄, 산화아연, 산화티탄, 산화규소, 산화주석, 산화세륨, 산화구리, 산화이트륨 등이 있다.

또한, 용제에 분산시키는 경우에는, 나노입자의 농도를 5 내지 20 ％로 하는 것이 바람직하다. 특히 알루미나는 톨루엔에 분산시킨 경우, 입자끼리의 응집이 생기지 않기 때문에 효과적인 것을 확인하였다.

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되지 않는다.

(실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 10)

표 1, 표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같은 각 예의 나노입자 함유 윤활유 조성물을 제조하였다(단, 비교예 5에 대해서는 나노입자를 함유시키지 않음). 또한, 표 중의 성분 함유량은 질량 백분율로 나타낸다. 표 중, 알루미나 내지 다이아몬드 B는 나노입자이다.

여기서, 표 중 「폴리-α-올레핀(PAO)」으로서는, 100 ℃의 동점도가 4 mm²/s인 PAO4를 이용하였다.

또한, 「점도 지수 향상제」로서는, 분산형 PMA(폴리메타크릴레이트)를 이용하였다(또한, 이 점도 지수 향상제는 질소 함유 극성기가 이용되며 수산기를 가지고 있지 않음).

또한, 「무회계 마찰 조정제」로서는, GMO(글리세린모노올레에이트)를 이용하였다(또한, 이 점도 지수 향상제는 수산기를 가지고 있음).

또한,「다이아몬드 A」로서는, 시판되는 클러스터 다이아몬드를 이용하였다(또한, 입경은 15 nm임).

여기서, 표 중「PAO」로서는, 폴리알파올레인을 이용하였다.

또한, 「다이아몬드 B」로서는, 시판되는 클러스터 다이아몬드(다이아몬드 A)를 볼 밀에서 분쇄하고, 분산 용매로써 응집시키지 않고 분산 상태로 추출한 것을 이용하였다(또한, 입경은 3 내지 5 nm임).

[성능 시험]

(시험편의 제조)

저마찰 운동 시스템의 접촉면의 일례로서, 옵티몰사 제조 SRV 마찰 시험기용 시험편을 제조하였다. 시험편은 SUJ2(JIS) 열 처리재로부터 디스크 재료, 원통 재료에 연마 가공 후, 랩핑 테이프를 이용한 연마에 의해서 소정의 표면 조도(Ra=0.2 ㎛ 이하)로 마무리하였다. 얻어진 시험편의 사양을 표 3에 나타낸다.

(SRV 마찰 시험)

얻어진 시험편을 옵티몰사 제조 SRV 시험기에 세팅하고, 표 1, 표 2 및 표 3에 나타내는 각 나노입자 함유 윤활유 조성물을 시험편에 적하하여, 하기의 시험 조건에서 10 분부터 20 분까지의 마찰 계수를 측정하였다. 얻어진 결과를 표 1, 표 2 및 표 3에 병기한다.

또한, 시험 개시 후 10 분부터 20 분까지가 가장 안정한 마찰 계수를 나타내었기 때문에, 해당 마찰 계수를 평가하였다.

(시험 조건)

ㆍ온도: 80 ℃

ㆍ하중: 400 N

ㆍ진폭: 3 mm

ㆍ주파수: 50 Hz

도 1은 SRV 마찰 시험 요령을 나타내는 사시 설명도이다. 동도에 나타낸 바와 같이, 디스크 (10) 상에 원통 (11)이 배치되어 있다. 화살표 (A)는 마찰 시험에 있어서 가해지는 하중 방향(상측으로부터 하측), 화살표 (B)는 원통 (11)이 디스크 (10)면 위를 접동하는 방향(수평 방향)을 나타낸다.

표 1, 표 2 및 표 3으로부터, 본 발명의 범위에 속하는 나노입자 함유 윤활유 조성물은, 본 발명 외에 나노입자 함유 윤활유 조성물 또는 윤활유 조성물보다 마찰 계수를 저감시킬 수 있어, 안정한 마찰 감소 효과를 나타내는 것을 알 수 있었다.

또한, 현시점에서는, 마찰 감소 효과나 경제성의 관점에서 실시예 14가 가장 양호한 결과를 나타내는 것으로 생각된다.

본 발명의 윤활유 조성물은, 저마찰 성능이 요구되는 각종 기계, 장치 등의 대향하여 상대적으로 운동하는 접촉면에 한정없이 적용할 수 있고, 각종 분야에서 폭넓게 에너지 절약 대책에 공헌할 수 있다.

도 1은 SRV 마찰 시험의 요령을 나타내는 사시 설명도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 디스크

11 원통

Claims

산소 함유 기유, 또는 산소 함유 첨가제를 함유하는 산소 함유 기유를 포함하는 윤활유에 있어서, 나노입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 나노입자 함유 윤활유 조성물.
기유와 산소 함유 첨가제와 나노입자를 함유하여 이루어지는 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제1항에 있어서, 상기 산소 함유 첨가제의 전부 또는 일부가 무회계 마찰 조정제인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노입자의 입경이 1 내지 100 nm인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노입자가 0.05 내지 3 ％ 함유되어 있는 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노입자가 기유와 첨가제와의 합계 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.6 중량부 함유되어 있는 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제6항에 있어서, 상기 나노입자가 기유와 첨가제와의 합계 100 중량부에 대하여 0.3 내지 0.5 중량부 함유되어 있는 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노입자의 전부 또는 일부가 산화물 또는 탄화물인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제8항에 있어서, 상기 산화물의 전부 또는 일부가 알루미나인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노입자의 전부 또는 일부가 탄소 원소를 주요 구성 원소로 하는 탄소 재료인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제10항에 있어서, 상기 탄소 재료의 전부 또는 일부가 그을음인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제10항에 있어서, 상기 탄소 재료의 전부 또는 일부가 다이아몬드 라이크 카본인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제10항에 있어서, 상기 탄소 재료의 전부 또는 일부가 다이아몬드인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제13항에 있어서, 상기 다이아몬드로 이루어지는 나노입자가 단결정인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 다이아몬드로 이루어지는 나노입자의 입경이 10 nm 이하인 나노입자 함유 윤활유 조성물.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 입자를 윤활유 중에 균일하게 분산시키기 위해서 비이온성 계면활성제를 혼합한 윤활유 조성물.
제16항에 있어서, 상기 계면활성제가 에테르계 계면활성제와 인계 계면활성제를 혼합한 것인 윤활유 조성물.
제17항에 있어서, 상기 계면활성제가 폴리옥시에틸렌알킬에테르에 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산을 첨가한 것인 윤활유 조성물.
제18항에 있어서, 상기 계면활성제가, 폴리옥시에틸렌알킬에테르가 5 내지 15 ％, 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산이 85 내지 95 ％로 구성되어 있는 윤활유 조 성물.
제17항에 있어서, 상기 계면활성제가 폴리옥시에틸렌디알킬페닐에테르에 폴리옥시에틸렌알킬페닐인산을 첨가한 것인 윤활유 조성물.
제20항에 있어서, 상기 계면활성제가, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르가 10 내지 15 ％, 폴리옥시에틸렌알킬에테르인산이 85 내지 90 ％로 구성되어 있는 윤활유 조성물.