KR20080086401A

KR20080086401A - 윤활제 조성물 및 이것을 이용한 윤활 시스템

Info

Publication number: KR20080086401A
Application number: KR1020080026366A
Authority: KR
Inventors: 유지 시타라; 다카시 가이마이
Original assignee: 가부시키가이샤 저펜에너지
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2008-09-25
Also published as: JP5273699B2; CN101270316B; KR101471197B1; TWI448549B; TW200900499A; JP2008231293A; CN101270316A

Abstract

본 발명은, 극소량의 유제를 윤활 슬라이딩부에 도포해서 박막 상태에 있어서 높은 극압성과 안정된 마찰 특성 등, 뛰어난 윤활성을 나타내는 상온에서 반고체상의 윤활제 조성물, 및 이 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용한 윤활 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은, 액상 기유를 10 내지 99.9질량%, 아미드 화합물을 0.1 내지 90질량%, 및 고체 윤활제를 1.0 내지 20질량% 또는 유기 몰리브덴 화합물을 Mo량으로서 0.0005 내지 5질량% 포함하고, 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물, 및 이러한 윤활제 조성물을, 베어링, 기어, 운동 나사, 직동 테이블, 캠, 벨트, 체인, 및 와이어 로프 등을 포함하는 전동 요소 기구에 이용한 윤활 시스템에 관한 것이다.

윤활제 조성물, 액상 기유, 윤활 시스템, 아미드 화합물, 유기 몰리브덴 화합물

Description

윤활제 조성물 및 이것을 이용한 윤활 시스템{LUBRICANT COMPOSITION AND LUBRICATING SYSTEM USING SAME}

본 발명은, 상온에서 반고체상의 윤활제 조성물에 관한 것이며, 특별하게는, 높은 극압성과 안정된 마찰 특성을 가지는 윤활제 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 해당 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용한 윤활 시스템에 관한 것이다.

최근 환경 대응, 에너지 절약이 중요한 핵심 기술이 되고 있다. 특히 환경 과제로서는, 이산화탄소 배출량의 삭감, 전력 절약, 에너지 절약, 자원의 유효 활용 등 많이 들 수 있다. 대상으로 되는 분야도 각종 생산 산업 활동, 수송 시스템 등 여러 가지이다.

각종 산업 기계, 예를 들면 압연기, 소성가공 기계, 공작기계, 사출성형기, 프레스기, 단압기 등도 정밀도가 높은 가공, 고신뢰성은 물론, 에너지 절약화가 강하게 요구되고 있다. 또한 압축기, 진공 펌프에 있어서도 에너지 절약 운전이 요구된다. 또한 자동차, 건설기계, 농업기계, 열차, 항공기, 선박 등으로 대표되는 수송 시스템에 있어서도 쾌적하고 안정된 주행, 비행과 함께 연비 절약, 에너지 절 약화가 요구된다. 또한 가정 전자제품, OA기기, 정밀 기계 등의 기계 시스템도 새로운 에너지 절약 대응을 고려한 제품이 개발되고 있다.

이러한 기계 시스템에는, 베어링, 기어, 운동 나사, 직동 테이블, 캠, 벨트, 체인, 와이어 로프 등의 전동 요소 기구가 용도에 따라서 적쟎이 세트되어 있다. 또한 이것들을 적절히 조합한 시스템도 활용되고 있다. 베어링에 대해서는 각종 볼 베어링, 미끄럼 베어링 등이 있다. 기어(톱니바퀴)도 평기어나 헬리컬 기어 등의 평행축 톱니바퀴, 페이스 기어 등의 교차축 톱니바퀴, 나사 톱니바퀴나 하이포이드 기어 등의 베벨 기어, 웜 기어, 유성 톱니바퀴, 차동 톱니바퀴 등 여러 가지 타입을 들 수 있다. 운동 나사로서는 미끄럼 나사나 볼 나사를 대표적인 예로서 들 수 있다. 구체적인 전동 요소 기구를 들면, 제철소를 비롯한 금속 가공 분야에서 사용되는 압연기나 소성가공기 등에는 베어링, 테이블 롤러, 체인 구동, 기어 커플링 등이 있고, 또한 공작기계, 사출성형기, 프레스기, 단압기, 연절삭기 등에는 베어링, 운동 나사, 기어, 벨트, 체인 등의 정밀 구동 기구 부위가 있다. 자동차의 파워 트레인계에 있어서는 등속 조인트, 유니버설 조인트, 베어링, 엔진부 주변에서는 액추에이터, 스타터, 기어, 얼터네이터, 베어링, 또한 스티어링 주변에서는 전동 파워 스티어링, 오버 러닝 등의 락&피니언, 틸트텔레스코, 서스펜션의 볼 조인트 기구, 제동 장치나 새시의 윤활, 전장 부품·전장 기구로서는 도어의 핸들부, 도어 체크, 도어 경첩, 도어 록 액추에이터, 도어 래체트의 각 개소, 키 실린더, 전동 밀러, 시트 벨트, 시트, 윈도우 레귤레이터, 각종 스위치 등에 적절히 각종 전동 요소 기구가 이용되고 있다. 또한 자동 이륜차, 자전거 등에서는 체인 구 동 부위, 베어링이 있다. 유압 쇼벨, 호일 로더, 불도저, 크레인 등의 건설기계에는 가이드 부시, 기어, 베어링이 있고, 농업기계, 벌초기, 체인 소 등에는 베어링, 기어, 체인 구동부가 있다. 또한 철도 시스템에는 변속 기어, 레일의 궤도 변환 기구가 있고, 항공기나 선박에도 각종 베어링이나 기어가 설치되어 있다. 또한, CD, DVD, 자기테이프, 디지털 테이프 등을 기록 매체로 하는 각종 영상 음향 정보 기기, 및 이들 휴대 기기, 프린터, 팩시밀리, 복사기 등의 OA기기, 또한 에어컨, 냉장고, 청소기, 전자레인지, 세탁기, 건강 마사지기 등의 가정 전자제품에 있어서의 베어링, 기어, 직동 나사, 체인 구동, 컴퓨터 내의 하드 디스크 구동부, 필름 카메라, 디지털 카메라 등의 셔터 기구부, 렌즈 구동부, 시계의 기어 기구도 전동 요소 기구의 일례로서 들 수 있다.

이들 전동 요소 기구에는, 용도에 따른 각종 윤활유, 윤활제, 그리스, 고체 윤활제, 및 이것들을 조합한 윤활 방법이 적용되고 있다. 특히 그리스는, 기름이 누출되기 어렵고, 각각의 용도에 따른 요구 성능을 가지는 제품이 개발되어, 실용에 제공되고 있다. 또한, 광유계 및/또는 합성계의 액상 윤활 기유, 비스아미드 및/또는 모노 아미드, 나아가서는 마찰 조정제를 함유하는 열가역성 겔상의 윤활성을 가지는 조성물이 개시되어 있다(특허 문헌 1).

그러나 최근, 상기 기계 시스템의 고기능화, 소형화, 장기 수명화가 강하게 요구되고 있고, 윤활제에는 더 한층의 고성능화, 특별하게는, 극소량의 유량으로도 불편없이 윤활하는 것이 요구되고 있다.

[특허 문헌 1] WO2006/051671

본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로, 본 발명의 목적은 극소량의 유제를 윤활 슬라이딩부에 도포하여, 박막 상태에 있어서도 높은 극압성과 안정된 마찰 특성 등, 뛰어난 윤활성을 나타내는 상온에서 반고체상의 윤활제 조성물, 및 이 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용한 윤활 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명자 등은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 윤활유 기유, 윤활성을 보유하는 화학물질, 첨가제 등, 및 그들의 조합에 대해서 열심히 연구를 진행시킨 결과, 본 발명에 상도했다.

즉, 본 발명은, 다음과 같은 윤활제 조성물 및 윤활 시스템이다.

(1) 액상 기유를 10 내지 99.9질량%, 아미드 화합물을 0.1 내지 90질량%, 및 고체 윤활제를 1.0 내지 20질량% 또는 유기 몰리브덴 화합물을 몰리브덴(Mo)량으로서 0.0005 내지 5질량% 포함하고, 상온에서 반고체상인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물.

(2) 액상 기유가, 폴리-α-올레핀올리고머 및 지방산 에스테르로부터 선택되는 적어도 1종인 상기 (1) 기재의 윤활제 조성물.

(3) 아미드 화합물이, 하기의 화학식 1 내지 3으로 나타내어지는 적어도 1종의 화합물인 상기 (1) 또는 (2) 기재의 윤활제 조성물.

R¹-CO-NH-R²

R³-CO-NH-A¹-NH-CO-R⁴

R⁵-NH-CO-A²-CO-NH-R⁶

(화학식 1 내지 3에 있어서, R¹, R², R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶은, 각각 독립해서, 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, R²는 수소일 수 있으며, A¹ 및 A²는, 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기, 또는 탄소수 7 내지 10의 알킬페닐렌기로부터 선택되는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다.)

(4) 고체 윤활제가, 이황화 몰리브덴, 그라파이트, 질화 붕소 및 불소 수지로부터 선택되는 1종 이상인 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항 기재의 윤활제 조성물.

(5) 유기 몰리브덴 화합물이, 몰리브덴디티오카바메이트 및 몰리브덴디티오포스페이트 중 적어도 1종인 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항 기재의 윤활제 조성물.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항 기재의 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용한 것을 특징으로 하는 윤활 시스템.

(7) 전동 요소 기구가, 베어링, 기어, 운동 나사, 직동 테이블, 캠, 벨트, 체인, 및 와이어 로프 중 적어도 1종을 포함하는 상기 (6) 기재의 윤활 시스템.

본 발명의 윤활제 조성물에 의하면, 윤활 슬라이딩부에 소량 도포함으로써, 슬라이딩시에 있어서 안정된 박막을 형성하여, 높은 극압성과 낮은 마찰 특성 등의 뛰어난 윤활성을 장기간 나타낸다고 하는 각별한 효과를 나타내는 것이다. 또한, 상온에서 반고체상의 윤활제 조성물이기 때문에, 범용의 그리스의 대체는 물론, 베어링, 기어, 운동 나사, 직동 테이블, 캠, 벨트, 체인, 와이어 로프 등의 전동 요소 기구, 특히 자동차의 파워 스티어링의 윤활제로서 유효하게 이용할 수 있다.

본 발명은, 액상 기유를 10 내지 99.9질량%, 아미드 화합물을 0.1 내지 90질량%, 및 고체 윤활제를 1.0 내지 20질량% 또는 유기 몰리브덴 화합물을 Mo량으로서 0.0005 내지 5질량% 포함하고, 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물이며, 윤활을 필요로 하는 전동 요소 기구에 도포해 두면 윤활을 필요로 하는 상태로 되었을 때 액상으로 되어 원하는 윤활 성능을 발휘한다. 특히, 소부 트러블이 걱정되는 저속, 고하중의 서비스, 극압 윤활을 필요로 하는 서비스에 유용하고, 박막하에서 높은 윤활성을 나타냄과 함께, 유보(油保)특성도 뛰어나기 때문에 기름 끊어짐이 생기기 어려워 소부가 일어나기 어려워진다. 또한, 본 발명의 윤활제 조성물은, 전동 요소 기구의 슬라이딩부가 운동을 시작하면 해당 슬라이딩부의 온도가 상승하여, 반고체상으로부터 액체 상태로 되어 좁은 슬라이딩부에 진입하여 윤활제 조성 물로서 작용하지만, 슬라이딩부로부터 멀어져서 마찰열이 전파되지 않는 부분은 반고체 상태를 유지하기 때문에, 이른바 오일 누출을 걱정할 필요가 없고, 주위를 상시 청결하게 유지할 수 있다.

또한, 여기서 「상온」이란 실내의 통상의 온도를 의미하고, 구체적으로는, 50℃이하, 보다 일반적으로는 -10 내지 30℃정도의 온도 환경을 말한다.

[액상 기유]

본 발명에 이용하는 액상 기유는, 광유(광물유라고도 한다), 합성유 또는 이들의 혼합유를 이용할 수 있다. 액상 기유의 물성은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 40℃에 있어서의 동점도가 5 내지 5000㎟/s의 것이 바람직하고, 10 내지 1000㎟/s의 것이 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 내지 700㎟/s이다. 또한, 점도 지수는 90 이상, 바람직하게는 95 내지 250이며, 유동점은 -10℃이하, 바람직하게는 -15 내지 -70℃이며, 인화점은 150℃이상인 것이 바람직하다.

광유로서는, 원유를 상압 증류하고, 나아가서는 감압 증류해서 얻어진 윤활유 유분을, 용제 탈력, 용제 추출, 수소화 분해, 용제 탈납, 수소화 탈납, 수소화 정제, 황산 세정, 백토 처리 등의 윤활유 정제 수단을 적절히 조합해서 처리하여 얻어진 정제 윤활유 유분을 매우 적합하게 이용할 수 있다. 각종 원료와 각종 정제 수단의 조합으로부터 얻어진 성상이 다른 정제 윤활유 유분을 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합해서 이용할 수도 있다.

또한, 합성유로서는, 폴리-α-올레핀(PAO), 에틸렌-α-올레핀올리고머 등의 폴리-α-올레핀올리고머, 알킬나프텐, 알킬나프탈렌, 글리콜, 지방산 에스테르, 실 리콘유, 불소화유 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 폴리-α-올레핀, 지방산 에스테르가, 점도 특성, 산화 안정성, 재료 적합성, 비용의 면에서 뛰어나서 바람직하게 이용할 수 있다. 이들 합성유는, 상기의 물성을 만족하는 것이면 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 조합해서 이용할 수도 있다. 또한, 상기 광유와 합성유를 임의의 혼합 비율로 혼합해서 사용할 수 있다. 이 때, 광유와 합성유는 각각 복수 이용해도 상관없다.

폴리-α-올레핀은, 화학적으로 불활성이며, 점도 특성이 뛰어나고, 폭넓은 점도를 가지는 것이 시판되어 있어 비용면에서도 바람직하다. 폴리-α-올레핀은, 1-데센이나 1-도데센, 또는 1-테트라데센 등의 올레핀올리고머를 중합하고, 중합도 2 내지 10의 범위에서, 이들 중합물을 점도 조정을 위해서 적절히 배합한 것을 바람직하게 사용할 수 있다.

지방산 에스테르도 여러 가지 분자 구조의 화합물이 시판되고 있고, 각각 특유의 점도 특성(고점도 지수, 저유동점)을 가지고, 동일 점도인 탄화수소계 기유와 비교하면 인화점이 높은 특징이 있는 기유이다. 지방산 에스테르는, 알코올과 지방산을 탈수 축합 반응해서 얻을 수 있는데, 본 발명에 있어서는 화학적인 안정성의 면에서, 디에스테르, 폴리올에스테르, 또는 컴플렉스 에스테르를 매우 적합한 액상 기유 성분으로서 들 수 있다.

디에스테르로서는, 탄소수 4 내지 14의 이염기산과 탄소수 5 내지 18의 알코올의 에스테르가 바람직하게 이용된다. 여기서, 이염기산으로서는 구체적으로는 아디프산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸이산, 도데칸이산 등을 들 수 있고, 아디프 산, 아젤라산, 세바스산이 바람직하다. 알코올로서는, 탄소수가 6 내지 12의 1가 알코올, 특별하게는 8 내지 10의 탄화수소 기본으로 분기를 가지는 1가 알코올이 바람직하다. 구체적으로는, 2-에틸헥산올, 3,5,5-트리메틸헥산올, 데실알코올, 라우릴알코올, 올레일알코올 등을 들 수 있다.

또한, 폴리올에스테르로서는 네오펜틸글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄, 디-(트리메틸올프로판), 트리-(트리메틸올프로판), 펜타에리트리톨, 디(펜타에리트리톨), 트리-(펜타에리트리톨) 등의 힌더드알코올과 탄소수 1 내지 24의 지방산의 에스테르가 바람직하다. 지방산에 있어서, 그 탄소수는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 탄소수 1 내지 24의 지방산 중에서도 윤활성을 고려할 때 탄소수 3 이상의 것이 바람직하고, 탄소수 4 이상의 것이 보다 바람직하고, 탄소수 5 이상의 것이 더욱 바람직하고, 탄소수 7 이상의 것이 특히 바람직하다. 구체적으로는, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 노난산, 데칸산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산, 테트라데칸산, 펜타데칸산, 헥사데칸산, 헵타데칸산, 옥타데칸산, 노나데칸산, 이코산산, 올레산 등을 들 수 있고, 이들 지방산은 직쇄상 지방산, 분기상 지방산 중 어느 하나일 수 있고, 나아가서는 α탄소 원자가 4급 탄소 원자인 지방산(네오산)이어도 된다. 이들 중에서, 발레르산(n-펜탄산), 카프론산(n-헥산산), 에난트산(n-헵탄산), 카프릴산(n-옥탄산), 페라르곤산(n-노난산), 카프르산(n-데칸산), 올레산(cis-9-옥타데센산), 이소펜탄산(3-메틸부탄산), 2-메틸헥산산, 2-에틸펜탄산, 2-에틸헥산산 및 3,5,5-트리메틸헥산산이 바람직하게 이용된다.

또한, 이염기산과 다가 알코올과 1가 카르복실산 또는 1가 알코올로부터 합성되는 컴플렉스 에스테르도 바람직하게 이용된다. 광물유는, 보다 범용인 기유로, 비용면, 점도 특성, 산화 안정성 등의 밸런스가 잡혀 있다. 이들 기유 중, 폴리-α-올레핀은, 성능면, 비용면에서 가장 뛰어난 기유로서 사용할 수 있다.

[아미드 화합물]

본 발명에 이용하는 아미드 화합물은, 아미드기(-NH-CO-)를 1개 이상 가지는 지방산 아미드 화합물이며, 다음의 화학식 4로 나타내어지는 아미드기가 1개의 모노 아미드, 및 화학식 5 및 6으로 나타내어지는 아미드기를 2개 가지는 비스아미드를 바람직하게 이용할 수 있다.

R¹-CO-NH-R²

식 중, R¹ 및 R²는 각각 독립해서, 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이며, 또한, R²는 수소일 수 있다.

R³-CO-NH-A¹-NH-CO-R⁴

R⁵-NH-CO-A²-CO-NH-R⁶

화학식 5 및 6에 있어서, R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶은 각각 독립해서, 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이며, A¹ 및 A²는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기 또는 탄소수 7 내지 10의 알킬페닐렌기로부터 선택되는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다. 또한, 알킬페닐렌기의 경우, 페닐렌기와 알킬기 및/또는 알킬렌기의 2개 이상이 결합한 형태의 2가의 탄화수소기일 수 있다.

모노 아미드 화합물은, 상기 화학식 4로 나타내어지는데, R¹ 및 R²를 구성하는 수소의 일부는 수산기로 치환되어 있을 수 있다. 이러한 모노 아미드 화합물로서 구체적으로는, 라우린산 아미드, 팔미트산 아미드, 스테아르산 아미드, 베헨산 아미드, 히드록시스테아르산 아미드 등의 포화 지방산 아미드, 올레산 아미드, 에르카산 아미드 등의 불포화 지방산 아미드 및 스테아릴스테아르산 아미드, 올레일올레산 아미드, 올레일스테아르산 아미드, 스테아릴올레산 아미드 등의 포화 또는 불포화의 장쇄 지방산과 장쇄 아민에 의한 치환 아미드류 등을 들 수 있다.

이들 모노 아미드 화합물 중에서도, 화학식 4의 R¹ 및 R²가 각각 독립해서 탄소수 12 내지 20의 포화 쇄상 탄화수소기의 아미드 화합물 및/또는 R¹과 R² 중 적어도 어느 한쪽이 탄소수 12 내지 20의 불포화 쇄상 탄화수소기의 아미드 화합물인 것이 바람직하고, 양 아미드 화합물의 혼합물이 보다 바람직하다. 또한 불포화 쇄상 탄화수소기가 탄소수 18의 불포화 결합을 가지는 올레일기인 모노 아미드 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 올레산 아미드, 올레일올레산 아미드가 바람직하 고, 슬라이딩부에 박막을 형성하고, 유지하여, 소부 트러블의 해소에 효과적인 박막 보유성을 확보한다.

비스아미드 화합물로서는, 디아민의 산 아미드 또는 디산의 산 아미드의 형태를 한 상기 화학식 5 또는 6으로 각각 나타내어지는 화합물이다. 또한, 화학식 5 및 6으로 R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶, 또한 A¹ 및 A²로 나타내어지는 탄화수소기에 있어서, 일부의 수소가 수산기(-OH)로 치환되어 있어도 된다.

화학식 5로 나타내어지는 아미드 화합물로서 구체적으로는, 에틸렌비스스테아르산 아미드, 에틸렌비스이소스테아르산 아미드, 에틸렌비스올레산 아미드, 메틸렌비스라우린산 아미드, 헥사메틸렌비스올레산 아미드, 헥사메틸렌비스히드록시스테아르산 아미드, m-크실렌비스스테아르산 아미드 등을 들 수 있다. 화학식 6으로 나타내어지는 아미드 화합물로서, 구체적으로는 N,N'-디스테아릴세바스산 아미드 등을 들 수 있다.

이들 비스아미드 화합물 중에서도, 모노 아미드 화합물의 경우와 마찬가지로, 화학식 5의 R³과 R⁴ 및 화학식 6의 R⁵와 R⁶이 각각 독립해서 탄소수 12 내지 20의 포화 쇄상 탄화수소기의 아미드 화합물 및/또는 R³과 R⁴ 및 R⁵와 R⁶ 중 적어도 어느 한쪽이 탄소수 12 내지 20의 불포화 쇄상 탄화수소기의 아미드 화합물인 것이 바람직하고, 양 아미드 화합물의 혼합물이 보다 바람직하다. 또한 불포화 쇄상 탄화수소기가 탄소수 18의 불포화 결합을 가지는 올레일기인 비스아미드 화합물이 박막 보유성을 확보하는데 있어서 바람직하다. 이러한 화합물로서 에틸렌비스올레산 아미드, 헥사메틸렌비스올레산 아미드 등을 들 수 있다.

아미드 화합물은, 액상 기유와 균일하게 혼합하면, 상온에서 겔상의 윤활성을 가지는 조성물을 형성한다. 이 조성물과 후술의 고체 윤활제 또는 유기 몰리브덴 화합물을 균일하게 배합해서 본 발명의 상온에서 반고체상(겔상)의 윤활제 조성물을 조제한다. 따라서, 아미드 화합물은, 액상 기유를 반고체상화(겔화)하는 반고체상화 화합물로서 작용함과 함께, 윤활제 조성물 본래의 윤활 특성을 발휘하는 상황에 있어서는, 마찰열로 융해해서 액체의 윤활제 조성물로서 작용하게 된다. 상온에서 반고체, 고온에서 액체 상태로 사용되는 것을 생각하면, 바람직하게 이용되는 아미드 화합물로서는, 융점은 50 내지 200℃가 바람직하고, 보다 바람직하게는 80 내지 180℃이며, 또한 분자량은 100 내지 1000이 바람직하고, 보다 바람직하게는 150 내지 800이다.

또한 기계 시스템의 설계상의 제약으로 인해 극소량의 유제 밖에 이용할 수 없는 슬라이딩부에서 혹독한 윤활 환경하에 있어서도 소부 등을 일으키지 않기 위해서는, 슬라이딩 표면에 유제가 강고하게 흡착·부착하여, 유막을 보유하지 않으면 안 된다. 그것을 위해서는 부착성을 가지는 유제가 필요하지만, 본 발명에서는, 반고체상화 화합물인 아미드 화합물의 탄화수소기가 불포화 쇄상이면 부착성이 증가하는 것을 발견했다. 부착성이 증가하면 슬라이딩 표면에 박막 상태로 도포할 수 있어, 혹독한 윤활 환경에 있어서도 유막 끊어짐을 일으키기 어려워져, 윤활 성능이 향상한다. 불포화 쇄상 탄화수소기로서는, 탄소수 12 내지 20의 불포화 결합을 가지는 알케닐기, 특별하게는 탄소수 18의 불포화 결합을 가지는 올레일기인 비 스아미드 화합물이 바람직하다.

아미드 화합물은, 마무리의 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물에 0.1 내지 90질량% 포함되도록 배합한다. 아미드 화합물의 배합량이, 0.1질량% 미만에서는, 상온에서 겔상의 조성물을 형성할 수 없고, 한편, 90질량%를 넘어 배합해도 너무 딱딱해져서 핸들링하기 어려워져, 바람직하지 않다. 보다 바람직한 배합량은 1 내지 80질량%이다.

[고체 윤활제 및 유기 몰리브덴 화합물]

본 발명의 윤활제 조성물에서는, 높은 윤활성을 실현하기 위해서, 고체 윤활제를 1.0 내지 20질량% 또는 유기 몰리브덴 화합물을 Mo량으로서 0.0005 내지 5질량% 배합한다. 양자를 배합하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 윤활제 조성물로 이용할 수 있는 고체 윤활제로서는, 층상 구조 화합물인 이황화 몰리브덴, 그라파이트나 질화 붕소, 또한 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소 수지를 들 수 있다.

고체 윤활제는, 본 발명의 윤활제 조성물에 1 내지 20질량%, 바람직하게는 2 내지 10질량% 함유되도록 배합한다. 함유량이 1질량% 미만에서는, 고체 윤활제와 배합하는 의미가 없고, 또한 20질량%를 넘어 배합해도 증량분에 알맞는 윤활성의 효과를 얻을 수 없고, 또한 안정적으로 기유 중에 분산할 수 없다.

이들 고체 윤활제는, 미립자상으로 기유에 균일하게 분산시킬 수 있으면 특히 입자경 등의 제약 없이 사용할 수 있는데, 침강하는 일 없이 안정적으로 분산시키기 위해서도 0.01 내지 100㎛, 나아가서는 0.1 내지 10㎛의 입자경이 보다 바람 직하다. 또한 이들 고체 윤활제를 미리 희석유, 희석 용제에 균일 분산시킨 것도 적절히 사용할 수 있다. 이들 고체 윤활제 중, 층상 구조 화합물, 특히 이황화 몰리브덴은, 슬라이딩부에 형성되는 윤활 피막이 혹독한 윤활역에서 효과적으로 저마찰 특성에 기여하므로 보다 바람직하다.

본 발명의 윤활제 조성물에 효과적으로 이용할 수 있는 유기 몰리브덴 화합물로서는, 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTC), 몰리브덴디티오포스페이트(MoDTP) 등을 들 수 있다. 이들 화합물은 단독으로 이용할 수 있지만, 2종 이상을 조합해서 이용할 수도 있다. 특히 무기 몰리브덴 화합물과 유기 몰리브덴 화합물을 조합해서 이용하면 보다 큰 윤활성의 향상 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 이황화 몰리브덴과 MoDTC 및/또는 MoDTP를 조합해서 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 무기 몰리브덴 화합물과 유기 몰리브덴 화합물의 혼합 비율은 몰리브덴 원자를 기준으로 해서 0.5:1 내지 150:1이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1:1 내지 20:1이다.

무기 몰리브덴 화합물 및 유기 몰리브덴 화합물은, 몰리브덴 원자를 기준으로 해서, 마무리의 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물에 바람직하게는 0.02 내지 20질량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 10질량% 배합한다. 배합 비율이 0.02질량% 미만에서는 윤활성의 향상 효과를 얻을 수 없고, 또한 한편으로, 20질량%를 넘어 배합해도 배합에 알맞는 윤활성의 향상 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 기유에 안정적으로 용해하지 않는 등 첨가량이 너무 많은 것에 의해 악영향을 받는 경우가 있다.

[윤활제 조성물의 조제]

본 발명의 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 액상 기유, 아미드 화합물, 고체 윤활제 및 유기 몰리브덴 화합물을 상기의 배합 비율로 균일하게 혼합함으로써 조제할 수 있다. 예를 들면, 액상 기유, 아미드 화합물, 고체 윤활제 및 유기 몰리브덴 화합물을 각각 소정량 계량하여 취하고, 액상 기유와 아미드 화합물(반고체상화 화합물)을 융점 이상으로 가열해서 액체 상태로 고체 윤활제 및 유기 몰리브덴 화합물을 가해 균일하게 되도록 교반 한 후, 냉각시켜 반고체상으로 함으로써 얻을 수 있다. 이황화 몰리브덴은 분말 고체이기 때문에 액체의 오일에 균일하게 혼합하기 어렵고, 특히 이황화 몰리브덴은 오일에 불용성으로 불활성인 무기 화합물이기 때문에 액체 중에 균일하게 분산시키는 것이 어렵다. 그래서, 액상 기유나 유기 몰리브덴 화합물을 융점 이상으로 가열한 아미드 화합물과 균일하게 혼합한 후, 냉각시켜 얻어진 반고체상의 조성물에 이황화 몰리브덴을 이겨 넣어 각 성분이 균일하게 혼합된 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물을 조제해도 된다.

본 발명의 조성물에는, 또한 주지의 극압제, 부식 방지제, 마모 방지제, 방수제, 산화 방지제, 및 소포제 등의 첨가제를 적절히 배합할 수 있다. 극압제, 마모 방지제로서 디알킬디티오린산 아연, 유황계 화합물, 인계 화합물 등, 부식 방지제로서의 티아디아졸 유도체, 벤조트리아졸 및 이 유도체, 방청제로서 지방산 부분 에스테르, 금속 술포네이트, 인계 화합물 등, 산화 방지제로서 페놀계, 아민계 화합물 등, 및 소포제로서 실리콘계 화합물, PMA 폴리머, 유동점 강하제, 점도 지수 향상제로서 PMA 폴리머 등을 들 수 있다. 또한, 상기 각종 첨가제는, 여러 종류가 미리 혼합되어 이른바 첨가제 패키지의 형태로 이용할 수도 있다.

본 발명의 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물은, 윤활 작용을 필요로 하는 기계 기구(슬라이딩부)에 적용하면, 슬라이딩시에는 마찰열에 의해 액체로 상태를 바꾸고 슬라이딩부에 침투하여, 금속이나 수지 등의 슬라이딩부를 구성하는 고체의 표면에 박막을 형성하여 슬라이딩부를 윤활한다. 슬라이딩이 정지하면, 온도가 저하하여, 액체 상태인 윤활제 조성물은 다시 반고체상(겔상)으로 돌아온다. 또한, 본 발명의 윤활제 조성물은 특히 고소부 하중, 저마찰 계수라고 하는 뛰어난 마찰 특성을 가지고, 또한 이 뛰어난 마찰 특성을 장기에 걸쳐 지속하는 것에 의해, 용도로서는 저속, 고하중의 극압 서비스에 매우 적합하고, 또한 윤활제의 보급이 어려운 슬라이딩부나 일단 조립하면 개방할 일이 없는 구조의 디바이스의 슬라이딩부에도 매우 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 윤활제 조성물은, 사용, 미사용에 수반되는 승온, 냉각 스트레스를 반복해서 받아도 겔(반고체상) 구조가 재구축되기 때문에, 기름 누출에 의한 오염을 회피할 수 있다.

따라서 종래의 윤활유 대체로서 충분히 사용할 수 있는 것에 더하여, 예를 들면 베어링, 기어, 운동 나사, 직동 테이블, 캠, 벨트, 체인, 와이어 로프 등의 전동 요소 기구에, 그것도 고부하의 전동 요소 기구에 매우 적합하게 사용할 수 있다. 특히 바람직한 용도로서는, 웜 기어나 유성 톱니바퀴 등으로 구성되는 변속 기어 등을 들 수 있고, 각종 수송기계 시스템, 또한 자동차의 파워 스티어링 등도 그 용도로서 들 수 있다.

이하에, 실시예를 이용해서 본 발명을 보다 자세하게 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

[액상 기유]

실시예 및 비교예용의 윤활제 조성물을 조제하기 위해서 다음의 3종류의 액상 기유를 이용했다.

기유 A:시판되고 있는 폴리-α-올레핀(PAO;Mobil사제 SHF-400:점도 그레이드 VG400)

기유 B:VG100의 광물유(일본 에너지사제 500 뉴트럴유)

기유 C:지방산 에스테르(유니케마사제 Priolube 2087, 컴플렉스 에스테르)

이 3종류의 액상 기유의 물성을 표 1에 나타낸다. 또한, 이들 액상 윤활 기유에는, 산화 방지제, 마모 방지제 등의 첨가제가 미리 소정량 배합되어 있고, 윤활유로서의 기본 성능(산화 방지, 마모 방지 등)을 가지고 있다.

		기유 A	기유 B	기유 C
유종		PAO	광물유	지방산 에스테르
점도 그레이드		VG400	VG100	VG320
밀도(15℃), g/㎤		0.85	0.88	0.95
동점도 ㎟/s	(40℃)	400.0	96.1	320.0
동점도 ㎟/s	(100℃)	40.0	11.0	35.0
점도 지수		152	99	150
유동점, ℃		-40.0	-10.0	-4.0

[아미드 화합물]

액상 기유에 배합하고, 반고체상화하기 위해서 이하의 아미드 화합물을 이용했다.

아미드 A:에틸렌비스올레산 아미드(일본화성제, 스리팩스 O), 융점 119℃

아미드 B:N-스테아릴스테아르산 아미드(일본화성제, 닛카아마이드 S), 융점 95℃

[고체 윤활제]

고체 윤활제로서는 다음의 2종류의 화합물을 이용했다.

MoS₂:이황화 몰리브덴, 입자경 1㎛, Mo량 60질량%,

PTFE:폴리테트라플루오로에틸렌 미립자 KD-300AS(키타무라제), 입자경 0.3㎛ 광유물 희석, PTFE 농도 40%

[유기 몰리브덴 화합물]

MoDTC:아데카서크럴브 515(ADEKA제), Mo량 10질량%, 동점도(40℃) 700㎟/s

[윤활제 조성물의 조제]

상기 액상 기유로서 기유 A(PAO) 및 기유 B(광유)를, 아미드 화합물로서 아미드 A(에틸렌비스올레산 아미드) 및 아미드 B(N-스테아릴스테아르산 아미드를, 그리고 몰리브덴 화합물로서 MoS2(이황화 몰리브덴) 및 MoDTC(몰리브덴디티오카바메이트)를 이용해서 이하의 순서로 실시예 1 내지 10 및 비교예 1, 2의 공시유(윤활제 조성물)를 조제했다.

스테인레스제의 비커에, 액상 기유, 아미드 화합물 및 몰리브덴 화합물을 표 2의 상부에 나타내는 마무리 공시유에 대한 비율(질량%)로, 각각 약 100㎖의 공시유가 얻어지도록 소정량 계량하여 취하고, 탁상 전자 히터를 이용하여, 아미드 화합물의 융점 이상(융점 +20℃)으로 가온하면서 교반했다. 균일하게 용해한 것을 외관의 관찰로 판단한 후, 균일 용해액을 내열유리 용기(내경 60㎜×높이 90㎜)에 약 100㎖를 옮기고, 방랭하여, 실시예 1 내지 10 및 비교예 1, 2의 상온에서 반고체상의 윤활제 조성물을 조제했다.

반고체상 윤활제 조성물로서 종래부터 이용되고 있는 시판되는 리튬(Li) 윤활유를 비교 대상(비교예 2)으로서 평가했다. 이 Li 그리스는 Mo계 첨가제(Mo으로서 7%)를 함유하고, 그리스의 주도 분류는, 주도 번호 2호(혼화 주도 범위 265 내지 295)에 상당한다.

[평가방법]

실시예 및 비교예의 각 윤활제 조성물 및 Li 그리스의 평가 시험(소부 하중 및 마찰 계수의 측정)을 이하에 기술한 방법에 따라 실시했다. 그 결과를 표 2의 하부에 나타낸다.

(1)FALEX 소부 시험

ASTM D3233에 기재되어 있는 FALEX 시험기를 이용해서, 블록/핀의 조합에서의 소부 하중을 측정했다. V자 블록 및 핀의 재질은 AISI강이다. 회전수 300rpm, 연속 하중, 실온에서 측정을 개시했다. 일반적인 평가는, 블록/핀을 모두 공시유에 담그게 한 상태로 측정되지만, 본 평가에서는 2개의 V자 블록의 V자 부분(삼각기둥)에만 공시유를 도포하여, 소량의 공시유에 있어서의 소부 하중을 기록했다. 또한 시험중의 공시유의 보급은 실시하지 않았다.

(2)HFRR 시험

JPI-5S-50-98(석유 학회 규격, 경유-윤활성 시험 방법)에 규정되어 있는 HFRR 시험기(PCS Instruments사제 HFRR D-826)를 이용해서 마찰 계수를 측정했다. 볼은 직경 4㎜이며, 재질은 SUJ-2이다. 디스크는 직경 9㎜, 두께 5㎜이며, 재질은 SUJ-2이다. 공시유는 디스크 표면에 도포량으로서 0.0003g/㎠로 되도록 지극히 얇게 도포했다. 시험은, 하중 300gf, 진폭수 50Hz, 진폭 1.O㎜, 온도 25℃에서 10분간 왕복 마찰을 행했다.

	실시예1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	실시예 7	실시예 8	실시예 9	실시예 10	비교예 1	비교예 2
기유 A:PAO	-	잔	잔	잔	잔	잔	잔	잔	잔	-	잔	-
기유 B:광물유	잔	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
기유 C:에스테르	-	-	-	-	-	-	-	-	-	잔	-	-
아미드 A	2	2	2	2	2	-	10	10	2	2	2	-
아미드 B	8	8	8	8	8	10	-	40	8	8	8	-
MoS₂	5	5	-	-	10	5	5	5	-	5	-	(Mo 함유)
MoDTC	5	5	5	10	-	5	5	5	5	5	-	(Mo 함유)
고체 윤활제 PTFE	-	-	-	-	-	-	-	-	5	-	-	-
Li 그리스	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	100
FALEX 소부 하중, LBF	2000	2100	1800	1900	1600	1500	1800	1700	1600	1800	800	1000
HFRR 마찰계수	0.13	0.12	0.12	0.12	0.14	0.12	0.14	0.14	0.12	0.12	소부	소부

실시예 1 내지 10은, FALEX에서의 소부 하중이, 1500 내지 2100LBF(포인트)이고, 높은 극압 성능을 나타내고 있다. 한편, 비교예 1, 2는 소부 하중이 실시예보다는 낮은 값이었다. 또한, HFRR 시험에서는, 실시예 1 내지 10의 마찰 계수가 0.12 내지 0.14로 안정된 값을 나타내고 있지만, 비교예에서는 마찰 시간 10분을 기다리지 않고 소부가 생겼다. 이상의 결과로부터, 실시예에서는 극소량의 유제여도 높은 극압성을 나타내고, 또한 박막 상태로 도포되어도 강고한 마찰 피막을 형성하는 것을 알 수 있었다.

이상으로부터 분명한 것처럼, 본 발명에 의한 상온에서 반고체상의 윤활제 조성물은, 범용 윤활유에 비해 극소량의 사용량으로 박막 상태를 형성하여, 높은 극압성과 안정된 마찰 특성을 나타낸다. 특별히 안정된 마찰 특성(저마찰 계수)은 에너지 절약에 기여한다. 따라서, 전동 요소 기구, 예를 들면 베어링, 기어, 운동 나사, 캠, 벨트, 체인, 와이어 로프 등의 기구로 이루어지는 기계 시스템에 적용해서 이용함으로써 에너지 절약을 실현할 수 있고, 또한 극압성이 높은 것으로부터 기계 시스템의 롱 라이프화에 공헌할 수 있는 것을 기대할 수 있다.

Claims

액상 기유를 10 내지 99.9질량%, 아미드 화합물을 0.1 내지 90질량%, 및 고체 윤활제를 1.0 내지 20질량% 또는 유기 몰리브덴 화합물을 몰리브덴(Mo)량으로서 0.0005 내지 5질량% 포함하고, 상온에서 반고체상인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물.
제1항에 있어서,

액상 기유가, 폴리-α-올레핀올리고머 및 지방산 에스테르로부터 선택되는 적어도 1종인 윤활제 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,

아미드 화합물이, 하기의 화학식 1 내지 3으로 나타내어지는 적어도 1종의 화합물인 윤활제 조성물,

<화학식 1>

R¹-CO-NH-R²

<화학식 2>

R³-CO-NH-A¹-NH-CO-R⁴

<화학식 3>

R⁵-NH-CO-A²-CO-NH-R⁶

(화학식 1 내지 3에 있어서, R¹, R², R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶은, 각각 독립해서, 탄소수 5 내지 25의 포화 또는 불포화의 쇄상 탄화수소기이고, R²는 수소일 수 있으며, A¹ 및 A²는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기 또는 탄소수 7 내지 10의 알킬페닐렌기로부터 선택되는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다.)
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

고체 윤활제가, 이황화 몰리브덴, 그라파이트, 질화 붕소 및 불소 수지로부터 선택되는 1종 이상인 윤활제 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

유기 몰리브덴 화합물이, 몰리브덴디티오카바메이트 및 몰리브덴디티오포스페이트 중 적어도 1종인 윤활제 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용하는 것을 특징으로 하는 윤활 시스템.
제6항에 있어서,

전동 요소 기구가, 베어링, 기어, 운동 나사, 직동 테이블, 캠, 벨트, 체인 및 와이어 로프 중 적어도 1종을 포함하는 윤활 시스템.