KR20080088453A

KR20080088453A - 윤활제 조성물 및 이것을 이용한 윤활 시스템

Info

Publication number: KR20080088453A
Application number: KR1020080028329A
Authority: KR
Inventors: 유지 시타라; 다카시 가이마이
Original assignee: 가부시키가이샤 저펜에너지
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2008-10-02
Also published as: CN101275100A; TW200848504A; KR101442256B1; TWI443188B; JP5213215B2; JP2008239840A

Abstract

본 발명은 극소량의 유제를 윤활 슬라이딩부에 도포하여, 박막 상태에 있어서도 높은 윤활성을 가짐과 함께, 동력 전달에 유리한 높은 동마찰 계수를 나타내는 상온에서 반고체상의 윤활제 조성물을 제공하고, 또한 이 윤활제 조성물을 이용한 윤활 시스템을 제공한다.

본 발명은 %Cp가 70 이하인 탄화수소 기유, 인산 에스테르, 및 실리콘으로부터 선택되는 적어도 1종인 액상 기유를 10 내지 98.9질량%, 알칼리 토류 금속염을 1 내지 20질량%, 및 아미드 화합물을 0.1 내지 89질량% 포함하고, 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물, 및 이러한 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용한 윤활 시스템에 관한 것이다.

윤활제 조성물, 윤활 시스템, 탄화수소 기유, 액상 기유, 전동 요소 기구

Description

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

본 발명은, 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물에 관한 것으로, 특별하게는, 내마모성이나 극압성이 뛰어남과 함께, 높은 동마찰 계수를 가지는 윤활제 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 해당 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용한 윤활 시스템에 관한 것이다.

최근, 여러 가지 산업기술에 있어서 다기능화, 고성능화, 환경 대응, 에너지 절약, 장수명화가 중요한 핵심 기술로 되고 있다. 환경 과제로서는, 이산화탄소 배출량의 삭감, 전력 절약, 에너지 절약, 자원의 유효 활용 등 많이 들 수 있다. 그 때문에 소형 정밀 기계, 산업 기계, 수송 시스템 등의 각종 기계 시스템에서는 친환경적인 연구가 실시됨과 함께, 보다 장수명화, 신뢰성의 향상, 고성능화 등의 특성이 부여되도록 되었다.

장수명화의 일례로서, 기계의 슬라이딩부의 윤활 성능을 제품 수명까지 불편없이 유지하는 것이 요구되고 있다. 최근, 기계 시스템의 윤활 조건은 더 한층 엄격해지고 있어, 윤활유제에는 보다 고성능의 윤활성이 요구되고 있다. 윤활유제에 는 액상의 윤활유와 반고체상의 윤활유가 있으며, 적절히 용도에 따라서 나누어 사용되고 있다.

정보 기기의 보급이 점점 더 확대되고 있다. 휴대전화나 노트북 컴퓨터도 여러 가지 디자인이 제품화되고 있다. 이러한 제품에서는, 디스플레이 면과 조작부가 개폐식으로 되어 있는 것이 있고, 그 개폐는 힌지라고 불리는 경첩 부품에 의해 행해지고, 개폐의 시동시에는 스무스하게 움직이기 때문에 스틱 슬립을 억제하는 관점에서 정마찰 계수와 동마찰 계수의 차이가 가능한 한 작을 필요가 있고, 또한 기기의 사용 중에는 원하는 개폐 각도를 장시간 유지할 필요가 있기 때문에 정마찰계수가 가능한 한 높을 필요가 있다. 이러한 힌지는 소비자에게 직접 접하는 환경에서 사용되는 것이 많기 때문에, 기름 누출에 의한 오염을 철저하게 회피할 필요가 있어, 액상의 윤활유를 적용하는 것이 곤란했다. 한편, 그리스는 상온에서는 기름 누출을 억제할 수 있지만, 슬라이딩부의 온도 상승에 의해 유분과 증주제가 분리되면 기름 누출을 일으켜, 초기의 윤활 성능을 유지할 수 없는 과제가 있었다. 힌지 이외에 유제의 높은 동력 전달 능력이 요구되는 전동 요소 기구로서는, 기어, 벨트, 체인, 와이어 로프, 기계식 무단 변속기 등을 들 수 있다. 이러한 요소 기구는 가정 전자제품, OA기기, 정밀 기계, 공작기계 등의 각종 산업 기계, 자동차, 자동이륜차, 자전거, 철도 등의 수송 시스템에 폭넓게 이용되고 있다. 특히, 기계식 무단 변속기에는 높은 동마찰 계수, 트랙션계수가 요구되고 있다.

이들 전동 요소 기구에는 충분한 윤활성을 가짐과 함께, 높은 동마찰 계수, 트랙션 계수가 필요하다. 높은 동마찰 계수를 실현하기 위해서는 종래 나프텐계 기유, 실리콘계 기유가 적용되어 왔다. 이들 기유에 산화 방지제, 마모 방지제 등이 배합되어, 이른바 트랙션유로서 사용되어 왔다. 그러나 트랙션유는 액상이지만, 기름 중에 산소가 용해되므로 산화 열화하거나, 온도 상승에 의해 증발하거나, 씰부로부터 누출되거나 하는 등 기계 시스템의 장수명화에 있어서의 과제로 되고 있다. 한편, 그리스는 윤활유를 사용하는 경우에 비해 시스템을 밀폐 구조로 하지 않아도 되지만, 고온에서는 유분과 증주제가 분리되어 한 번 분리된 유분과 증주제는 회복되는 경우는 없고, 슬라이딩부가 유제 부족으로 되어 초기 성능이 발휘되지 않게 되거나, 분리한 유분이 주변을 오손(汚損)할 위험이 있다.

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

이들 과제에 대해, 본 발명자는 열가역성 겔상의 윤활성을 가지는 조성물 및 베어링용 윤활제 및 이것들을 이용한 베어링 시스템을 제안하고 있는데(특허 문헌 2), 노트형 퍼스널 컴퓨터나 휴대전화기의 힌지 및 기계식 무단 변속기 등의 전동 요소 기구에 대해서 높은 동마찰 계수와 뛰어난 내마모성을 나타내는 윤활제를 열망하는 움직임에는 여전히 절실한 것이 있다.

[특허 문헌 1] 특허 제3775986호

[특허 문헌 2] 국제 특허 공개 WO2006-051671호

[비특허 문헌 1](사)일본 트라이볼로지 학회편, 트라이볼로지 핸드북, 양현당 발행, (2001)P247.

본 발명은 상기 과제를 해결하는 것으로, 본 발명은 극소량의 유제를 윤활 슬라이딩부에 도포하여, 박막 상태에 있어서도 높은 윤활성을 가짐과 함께, 동력 전달에 유리한 높은 동마찰 계수를 나타내는 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물을 제공하는 것을 과제로 하고, 또한 이 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용한 윤활 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자 등은 상기의 과제를 해결하기 위해, 윤활유 기유, 윤활성을 보유하는 화학물질, 첨가제 등에 대해서, 및 그들의 조합에 대해서 예의 연구를 진행시킨 결과, 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은, 다음과 같은 윤활제 조성물 및 윤활 시스템이다.

(1) %Cp가 70 이하인 탄화수소 기유, 인산 에스테르, 및 실리콘으로부터 선택되는 적어도 1종인 액상 기유를 10 내지 98.9질량%, 알칼리 토류 금속염을 1 내지 20질량%, 및 아미드 화합물을 0.1 내지 89질량% 포함하고, 상온에서 반고체상인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물.

(2) 알칼리 토류 금속염이, 전체 염기가가 5 내지 400㎎KOH/g인 술포네이트염, 피네이트염, 살리실레이트염으로부터 선택되는 적어도 1종 이상인 (1) 기재의 윤활제 조성물.

(3) 아미드 화합물이, 하기의 화학식 1 내지 3으로 나타내어지는 적어도 1종 의 화합물인 전술 (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 탄화수소기이며, R²는 수소일 수 있고, A¹ 및 A²는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기, 또는 탄소수 7 내지 10의 알킬페닐렌기로부터 선택되는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다.

(4) 화학식 1 내지 3으로 나타내어지는 아미드 화합물은, R¹, R², R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶이 각각 독립해서 탄소수 12 내지 20의 포화 쇄상 탄화수소기를 가지거나, 또는 R²는 수소인 아미드 화합물, 및/또는 R¹과 R², R³과 R⁴, 및 R⁵와 R⁶ 중 적어도 어느 한쪽이 탄소수 12 내지 20의 불포화 쇄상 탄화수소기를 가지는 아미드 화합물인 (3) 기재의 윤활제 조성물.

(5) (1) 내지 (4) 중 어느 한 항 기재의 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용한 것을 특징으로 하는 윤활 시스템.

(6) 전동 요소 기구로서 특별하게는, 소정의 각도 유지가 요구되는 힌지, 트랙션 계수가 높은 유제에 의해 동력 전달을 행하는 기계식 무단 변속기 등을 들 수 있다.

본 발명의 윤활제 조성물에 의하면, 윤활 슬라이딩부에 소량 도포함으로써, 슬라이딩시에 있어서 안정된 박막을 형성하여, 높은 극압성과 높은 동마찰 계수를 나타낸다고 하는 각별한 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명의 윤활제 조성물은 열가역성을 가져, 상온에서는 반고체상을 나타내고, 아미드 화합물의 융점 이상의 온도에서는 균일 액체 상태를 나타내는 것이기 때문에, 슬라이딩부에서는 가열-냉각으로 액체-반고체를 반복하고, 슬라이딩부로부터 멀어져서 온도가 융점 이상으로 오르지 않는 곳에서는 반고체를 유지할 수 있다. 그 때문에 산화 열화, 증발 소실, 기름이 누출되는 일 없이, 기어, 벨트, 체인, 와이어 로프, 힌지, 기계식 무단 변속기 등의 전동 요소 기구의 윤활제로서 유효하게 이용할 수 있다.

본 발명은, 액상 기유를 10 내지 98.9질량%, 금속염을 1 내지 20질량%, 및 아미드 화합물을 0.1 내지 89질량% 포함하고, 상온에서 반고체상인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물이고, 윤활을 필요로 하는 전동 요소 기구에 도포해 두면, 윤활을 필요로 하는 상태가 되었을 때 액상으로 되어 높은 동마찰 계수를 발휘한다. 특히, 소부 트러블이 염려되는 저속·고하중의 서비스등, 극압 윤활이 요구되는 서비스에 유용하고, 박막하에서 높은 윤활성을 나타냄과 함께, 유보특성도 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 진입해서 윤활제 조성물로서 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, -20 내지 50℃, 보다 일반적으로는 -10 내지 30℃정도의 온도 환경을 말한다.

해당 윤활제 조성물은, 높은 동마찰 계수가 얻어지고, 예를 들면, 0.1 내지 0.3, 특별하게는 0.14 내지 0.20, 나아가서는 0.15 내지 0.18을 나타내는 것이 바람직하다.

[액상 기유]

본 발명에 이용하는 액상 기유는 %Cp가 70 이하인 탄화수소 기유, 인산 에스테르, 및 실리콘으로부터 선택되는 적어도 1종이다. 탄화수소 기유, 인산 에스테르, 및 실리콘은 단독 또는 2종 이상의 혼합유로서 이용할 수 있다.

%Cp가 70 이하인 탄화수소 기유로서는, 알킬나프텐, 알킬벤젠이 바람직하게 이용되고, 광유 기유를 이용할 수도 있다. 탄화수소 기유는 탄화수소 화합물로 이루어지고, 나프텐, 방향환의 탄화수소를 많이 포함하는 것, 즉, %Cn과 %Ca의 합이 30을 넘는 것이 필요하다. 탄화수소 기유의 점도 지수는 80 이하가, 특별하게는 20 이하가 바람직하고, 통상은 -400 이상이다. 액상 기유의 물성은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 바람직하게는 40℃에 있어서의 동점도가 5 내지 5000㎟/s, 보다 바람직하게는 50 내지 3000㎟/s, 더욱 바람직하게는 500 내지 2000㎟/s이다. 또한, %Ca, %Cp 및 %Cn은 ASTM D3238에 규정되는 n-d-M환 분석에 의해 구해지는 것이다.

알킬나프텐으로서는, 합성 나프텐, 나프텐계 광유가 있다. 알킬벤젠으로서는 합성계 하드 알킬벤젠, 소프트 알킬벤젠이 있다. 인산 에스테르로서는, 정인산 에스테르, 아인산 에스테르 등이 있는데, 일반적으로는 트리크레딜포스페이트 등을 들 수 있다. 실리콘계유로서는, 폴리디메틸실록산, 폴리메틸페닐실록산 등을 그 일례로서 들 수 있다.

그 중에서도, %Ca가 10 이하인 탄화수소 기유, 구체적으로는, 알킬나프텐이 높은 동마찰 특성, 윤활성의 면에서 뛰어나서 바람직하게 이용할 수 있다. 이들 기유는, 상기의 물성을 만족하는 것이면 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 조합해서 이용할 수도 있다.

액상 기유는, 최종적으로 얻어지는 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물에 10 내지 98.9질량%, 바람직하게는 30 내지 97질량%, 더욱 바람직하게는 70 내지 93질량% 배합한다. 액상 기유의 배합량이 이 범위 미만인 경우에는 기유로서의 높은 동마찰 특성을 얻을 수 없고 바람직하지 않다.

[알칼리 토류 금속염]

본 발명에는, 동마찰 계수를 높이기 위해 Ca, Ba, Mg 등의 알칼리 토류 금속염, 바람직하게는 알칼리 토류 금속의 유기산염을 이용한다. 유기산으로서는, 카르복실산, 술폰산, 페놀, 포스폰산, 살리실산 등을 이용할 수 있다. 그 중에서도, 술포네이트염, 피네이트염, 살리실레이트염으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 알칼리 토류 금속염이 바람직하고, 또한 Ca의 알칼리 토류 금속의 술포네이트, 피네이트, 살리실레이트 등을, 특별하게는 술포네이트를 바람직하게 이용할 수 있다. 이것들은, 금속계 청정 분산제로서 시판되고 있다. 이들 알칼리 토류 금속염은 탄산염으로 이루어지는 과염기 성분이 포함되어 있어도 되고, 구체적으로는 전체 염기가가 5 내지 400㎎KOH/g, 특별하게는 50 내지 400㎎KOH/g인 알칼리 토류 금속염을 보다 바람직하게 이용할 수 있다.

알칼리 토류 금속염은 마무리의 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물에 1 내지 20질량%, 바람직하게는 2 내지 20질량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 10질량% 배합한다. 금속염의 배합량이 이 범위 미만에서는 마찰 특성에의 효과적인 기여를 얻을 수 없고, 한편, 이 범위를 넘어 배합해도 마찰 특성에의 기여 효과가 상한으로 되어 고비용으로 되기 때문에, 바람직하지 않다.

[아미드 화합물]

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

R¹-CO-NH-R²

식중, 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 있어도 된다. 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 바람직하고, 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 6에서 R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶, 또한 A¹ 및 A²로 나타내어지는 탄화수소기에 있어서, 일부의 수소가 수산기(-OH)로 치환되어 있을 수 있다.

화학식 5로 나타내어지는 아미드 화합물로서 구체적으로는, 에틸렌비스스테아르산 아미드, 에틸렌비스이소스테아르산 아미드, 에틸렌비스올레산 아미드, 메틸렌비스라우린산 아미드, 헥사메틸렌비스올레산 아미드, 헥사메틸렌비스히드록시스 테아르산 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. 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 제약에 의해 극소량의 유제 밖에 이용할 수 없는 슬라이딩부에서 어려운 윤활 환경하에 있어서도 소부 등을 일으키지 않기 위해서는, 슬라이딩 표면에 유제가 강고하게 흡착·부착해서, 유막을 보유해야 한다. 그것을 위해서는 부착성을 가지는 유제가 필요하지만, 본 발명에서는 반고체상화 화합물인 아미드 화합물의 탄화수소기가 불포화 쇄상이면 부착성이 증가하는 것을 발견했다. 부착성이 증가하면 슬라이딩 표면에 박막 상태에 도포할 수 있어, 혹독한 윤활 환경에 있어서도 유막 끊어짐을 일으키기 어려워져, 윤활 성능이 향상한다. 불포화 쇄상 탄화수소기로서는, 탄소수 18의 불포화 결합을 가지는 올레일기인 비스아미드 화합물이 바람직하다.

아미드 화합물은, 마무리의 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물에 0.1 내지 90질량%, 바람직하게는 1 내지 50질량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 20 질량 포함되도록 배합한다. 아미드 화합물의 배합량이 이 범위 미만에서는 상온에서 겔상의 조성물을 형성할 수 없고, 한편, 이 범위를 넘어 배합해도 너무 딱딱해져 핸들링 하기 어려워, 바람직하지 않다.

[윤활제 조성물의 조제]

본 발명의 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 액상 기유, 금속염 및 아미드 화합물을 상기의 배합 비율로 균일하게 혼합 함으로써 조제할 수 있다. 예를 들면, 액상 기유, 금속염, 아미드 화합물을 각각 소정량 계량하여 취해 융점 이상으로 가열해서 액체 상태로 균일하게 되도록 교반 한 후, 냉각시켜 반고체상으로 함으로써 얻을 수 있다.

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 그의 유도체, 방수제로서 지방산 부분 에스테르, 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 각종의 첨가제는 여러 종류가 미리 혼합된 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 액체에서 상태를 바꿔 슬라이딩부에 침투하고, 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, 높은 동마찰 계수를 가지고, 또한 이 뛰어난 마찰 특성을 장기에 걸쳐 지속하는 것에 의해, 용도로서는 저속, 고하중의 극압 서비스에 매우 적합하고, 또한 윤활제를 보급하기 어려운 슬라이딩부나 일단 조립하면 개방할 일이 없는 구조의 디바이스의 슬라이딩부에도 매우 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 윤활제 조성물은 사용, 불사용에 수반하는 승온, 냉각 스트레스를 반복해서 받아도 겔(반고체상) 구조가 재구축되기 때문에, 기름 누출에 의한 오염을 회피할 수 있고, 증발하기 어렵고, 장수명이다.

따라서 종래의 액상 트랙션유의 대체로서 충분히 사용할 수 있고, 예를 들면, 기어, 벨트, 체인, 와이어 로프, 힌지, 기계식 무단 변속기 등의 전동 요소 기구에, 그것도 고부하의 전동 요소 기구에 매우 적합하게 사용할 수 있다. 특히 바람직한 용도로서는, 원하는 각도 유지가 요구되는 개폐식의 랩탑 PC, 휴대전화나 전자 사전 등의 힌지, 동마찰 계수가 높은 윤활제에 의해 동력 전달을 행하는 기계식 무단 변속기 등을 들 수 있다.

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

[액상 기유]

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

기유 A:합성 나프텐(테크캠사제 Techtrac M3Conc)

기유 B:소프트알킬벤젠(동점도(40℃):32㎟/s)

기유 C:α-올레핀올리고머(Mobil사제 SHF-400)

이 3종류의 액상 기유의 물성을 표 1에 나타낸다. 또한, 이러한 액상 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		합성 나프텐	알킬벤젠	α-올레핀올리고머
점도 그레이드		1500	32	400
밀도(15℃), g/㎤		0.92	0.88	0.85
동점도 ㎟/s	(40℃)	1520	32	400
동점도 ㎟/s	(100℃)	19.65	4.9	40
점도 지수		-209	69	150
%Ca		7	19	0
%Cn		62	12	0
%Cp		31	69	100

[아미드 화합물]

액상 기유에 배합하여 반고체상화하기 위해서 이하의 아미드 화합물을 이용했다.

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

아미드 B:에틸렌비스스테아르산 아미드(일본화성제, 스리팩스 E, 융점유 45℃)

[알칼리 토류 금속염]

알칼리 토류 금속염으로서는 다음의 2종류의 화합물을 이용했다.

Ca술포네이트:전체 염기가 300㎎KOH/g

Ca살리실레이트:전체 염기가 70㎎KOH/g

[그리스]

본원 발명의 윤활제 조성물과 비교하기 위해, 비교예 4로서 시판되는 리튬(Li) 그리스(일본 에너지제, 리조닉스 그리스 No.2, 주도 번호 2호(혼화 주도 범위 265 내지 295))를 이용했다.

[윤활제 조성물의 조제]

상기 액상 기유로서 기유 A(합성 나프텐), 기유 B(알킬벤젠), 및 기유 C(α-올레핀올리고머)를, 아미드 화합물로서 아미드 A(에틸렌비스올레산 아미드)및 아미드 B(에틸렌비스스테아르산 아미드)를, 그리고 알칼리 토류 금속염으로서 Ca술포네이트 및 Ca살리실레이트를 이용해서 실시예 1 내지 6 및 비교예 3의 공시유(윤활제 조성물)를 이하의 순서로 조제했다.

스테인레스제의 비커에, 액상 기유, 알칼리 토류 금속염, 아미드 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 6 및 비교예 3의 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물을 각각 조제했다.

또한, 비교예 1은 아미드 화합물과 알칼리 토류 금속염을 함께 함유하지 않는, 기유 A의 합성 나프텐만으로 이루어지는 공시유이며, 또한 비교예 2는 아미드 화합물을 함유하지 않고, 기유 A의 합성 나프텐과 금속염으로서 Ca술포네이트로 이루어지는 공시유이며, 모두 상온에서 액체의 윤활성을 가지는 조성물이다. 또한 비교예 4는 상기의 시판 Li그리스이다.

[평가방법]

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 4의 각 윤활제 조성물의 평가 시험(마찰 계수의 측정 등)을 이하에 기술한 방법에 따라 실시했다. 그 결과를 표 2의 하부에 나타낸다.

(1) SRV 시험

ASTM D5706에 규정되어 있는 볼온디스크형 SRV 마찰 시험기를 이용했다. 볼은, 재질이 SUJ-2인 직경 10㎜의 볼베어링용 강구를 이용하고, 또한 디스크는 재질이 SUJ-2인 직경 24㎜, 두께 7.85㎜의 원반상의 시험편을 이용했다. 또한, 디스크의 표면은 거칠기(Rz)가 0.45 내지 0.65㎛인 래핑 마무리를 했다. 마찰 시험은 하중 50N, 진폭수 50Hz, 진폭폭 1㎜, 온도 40℃에서 행하고, 마찰 개시 직후의 정마찰 계수, 및 15분 경과시의 동마찰 계수를 측정하여, 마찰 정지 후 시험구의 마모흔을 측정했다.

(2) 증발 시험

직경 70㎜의 유리제 샬레에 각 공시샘플을 2g 칭량하고, 액체상의 샘플은 그대로, 반고체상의 샘플은 균일하게 얇게 펴서, 120℃의 고온조에 정치했다. 200시간 경과시의 질량 변화로부터 증발 감량(질량%)을 구했다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
기유 A: 합성 나프텐	85	85	-	42	85	85	100	95	-	-
기유 B: 알킬벤젠	-	-	85	43	-	-	-	-	-	-
기유 C: α-올레핀올리고머	-	-	-	-	-	-	-	-	85	-
아미드 A	2	2	2	2	10	-	-	-	2	-
아미드 B	8	8	8	8	-	10	-	-	8	-
Ca술포네이트	5	-	5	5	5	5	-	5	5	-
Ca살리실레이트	-	5	-	-	-	-	-	-	-	-
시판 Li그리스	-	-	-	-	-	-	-	-	-	100
증발시험 증발 감량%	7	6	10	8	7	8	55	60	30	기름 분리 80
SRV 시험 정마찰계수 동마찰계수 마모흔경㎜	0.17 0.16 0.33	0.15 0.15 0.31	0.13 0.14 0.33	0.14 0.14 0.35	0.15 0.15 0.36	0.15 0.15 0.36	0.16 0.16 0.38	0.16 0.16 0.37	0.10 0.07 0.36	0.10 0.07 0.45

실시예 1 내지 6은, SRV 마찰 시험에 있어서 정마찰계수가 0.13 내지 0.17, 동마찰계수가 0.14 내지 0.16이며, 개개의 샘플의 정마찰 계수와 동마찰 계수는 동일한 수치 내지 거의 동일한 수치이며, 마모흔경은 0.31 내지 0.36㎜로 작고, 내마모성이 뛰어나다.

한편, 기유 A를 이용한 비교예 1, 2의 상온에서 액체의 샘플은, 각각 정마찰 계수와 동마찰 계수가 모두 0.16이었다. 마모흔경은 0.38 내지 0.37m㎜로 실시예보다 약간 크지만, 내마모성이 뛰어나다. 그러나, 기유 C를 이용한 비교예 3과 범용 윤활유의 비교예 4는, 모두 정마찰 계수 0.10, 동마찰 계수 0.07로 대체로 실시예에 비해서 낮은 마찰 계수를 나타냈다. 시험구의 마모흔경은, 비교예 3은 0.36m㎜로 작았지만, 비교예 4는 0.45㎜로 큰 마모를 나타냈다.

반고체상인 실시예 1 내지 6의 증발 감량은, 비교예 1 내지 3에 비해 훨씬 적은 것을 알 수 있다. 비교예 4의 그리스는 반고체상임에도 불구하고, 증발 감량이 가장 많고, 게다가 120℃, 200시간 정치로 기름과 증주제가 분리되었다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 실시예에서는 극소량의 윤활제라도 높은 동마찰 계수를 나타내고, 내마모성도 뛰어나고, 또한 박막상으로 도포되어도 고온하에서 증발하기 어려워 장기에 걸쳐 슬라이딩부에 마찰 피막이 형성되는 것을 알 수 있다.

이상으로부터 분명한 것처럼, 본 발명에 의한 상온에서 반고체상인 윤활제 조성물은, 극소량의 사용량으로 박막 상태를 형성하여, 높은 동마찰 계수와 뛰어난 내마모성을 나타냄과 함께 증발 손실되기 어려워 장기에 걸쳐 슬라이딩부를 윤활할 수 있다. 특히 높은 동마찰 계수는, 예를 들면 기어, 벨트, 체인, 와이어 로프, 힌지, 기계식 무단 변속기 등의 전동 요소 기구를 가지는 기계 시스템에 매우 적합하게 이용할 수 있고, 또한 내마모성이 뛰어나고, 기름 누출이나 증발 손실이 적은 것에 의해 기계 시스템의 장수명화에 공헌하는 것이 기대된다.

Claims

%Cp가 70 이하인 탄화수소 기유, 인산 에스테르, 및 실리콘으로부터 선택되는 적어도 1종의 액상 기유를 10 내지 98.9질량%, 알칼리 토류 금속염을 1 내지 20질량%, 또한 아미드 화합물을 0.1 내지 89질량% 포함하고, 상온에서 반고체상인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물.
제1항에 있어서,

알칼리 토류 금속염이, 전체 염기가가 5 내지 400㎎KOH/g인 술포네이트염, 피네이트염, 살리실레이트염으로부터 선택되는 1종 이상인 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 탄화수소기이며, R²는 수소일 수 있고, A¹ 및 A²는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 페닐렌기, 또는 탄소수 7 내지 10의 알킬페닐렌기로부터 선택되는 탄소수 1 내지 10의 2가의 탄화수소기이다.)
제3항에 있어서,

화학식 1 내지 3으로 나타내어지는 아미드 화합물은, R¹, R², R³, R⁴, R⁵ 및 R⁶이 각각 독립해서 탄소수 12 내지 20의 포화 쇄상 탄화수소기, 또는 R²는 수소인 아미드 화합물 및/또는 R¹과 R², R³과 R⁴, 및 R⁵와 R⁶ 중 적어도 어느 한쪽이 탄소수 12 내지 20의 불포화 쇄상 탄화수소기인 아미드 화합물인 윤활제 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 윤활제 조성물을 전동 요소 기구에 이용하는 것을 특징으로 하는 윤활 시스템.
제5항에 있어서,

전동 요소 기구가 힌지 또는 기계식 무단 변속기인 윤활 시스템.