KR20080093461A - 예상치 못하게 낮은 브룩필드 동역학 점도를 갖는 기유 블렌드 및 이로부터 제조된 윤활제 조성물 - Google Patents

예상치 못하게 낮은 브룩필드 동역학 점도를 갖는 기유 블렌드 및 이로부터 제조된 윤활제 조성물 Download PDF

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Abstract

ASTM D5133 시험 방법에 의해 측정 시에 예상치 못하게 낮은 동역학 점도를 갖는 기유는 (a) 130 이상의 VI, 약 3.8 cSt 이상의 Kv(100℃) 및 -15℃ 이하의 유동점을 갖는 파라핀 오일 약 65 내지 약 97.5 중량%; 및 (b) 윤활성 점도의 에스터 약 2.5 내지 약 35 중량%의 블렌드를 포함한다. 상기 기유는 첨가되는 점도 개질제가 없는 것을 추가적 특징으로 한다.

Description

예상치 못하게 낮은 브룩필드 동역학 점도를 갖는 기유 블렌드 및 이로부터 제조된 윤활제 조성물{BASE OIL BLENDS HAVING UNEXPECTEDLY LOW BROOKFIELD DYNAMIC VISCOSITY AND LUBRICANT COMPOSITIONS THEREFROM}
본 발명은 예상치 못하게 낮은 동역학 점도를 갖는 기능성 유체용 기유 블렌드, 특히 유압액(hydraulic fluid)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이런 기유 블렌드를 포함하는 윤활제 조성물 또는 기능성 유체에 관한 것이다.
유압 기기 소유자는 그들의 기기가 광범위한 온도 범위에서 효과적으로 작동될 것을 요구한다. 예컨대, 화물선에서의 화물 관리 시스템은 열대 조건으로부터 극지방 조건 범위일 수 있는 우세 기후(prevailing climate)에 관계없이 작동될 수 있어야 한다. 결론적으로, 유압유는 매우 추운 기후 조건 하에서의 작동을 위한 우수한 저온 유동성을 갖고, 고온 기후 조건 하에서 우수한 성능을 제공하도록 발전되어 왔다.
목적하는 광범위 작업 온도 범위를 성취하기 위해, 유압 액체는 통상적으로 두가지 방식으로 배합된다. 제 1 방법은, 용매-정제된 파라핀계 기유 및 용매 정 제된 나프탈렌계 기유와 점도 개질제 및 유동점 강하제 첨가제의 혼합물을 사용하는 것을 포함한다. 제 2 방법은 폴리 알파 올레핀 기유(PAO, IV족 베이스 스탁)를 사용하는 것을 포함한다.
제 1 방법은, 비싸고 특별한 PAO 베이스 스탁을 필요로 하는 제 2 방법보다 비용 효과적이기 때문에 일반적으로 바람직하지만 보다 복잡한 배합 방법을 필요로 한다. 그러나, 제 1 방법에서 사용된 점도 지수 개질제는 작동 시에 전단에 의해 성능 열화를 일으킨다.
베이스 스탁(base stock)(기유 및 기능성 유체에 대비됨)은 단일 제조자에 의해 동일한 재원(공급물 공급원(feed source)에 독립적으로)으로 제조된 탄화수소 스트림으로서 정의되고, 고유의 화학식, 제품 확인 번호 또는 이들 모두에 의해 특징지워진다. 베이스 스탁은 증류, 용매 정제, 수소 가공, 올리고머화, 에스터화 및 재정제를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는 여러 가지 상이한 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 재정제 스탁은 제조 과정 동안 도입된 물질, 오염물 또는 이전의 사용물이 실질적으로 부재할 것이다. 기유(base oil)는 배합된 윤활제 또는 기능성 유체 조성물에 사용되는 상기 베이스 스탁 또는 베이스 스탁의 블렌드이다. 상기 윤활제 조성물은 상기 베이스 스탁, 상기 기유(단독 형태 또는 다른 스탁, 오일 또는 기능적 첨가제와의 혼합 형태)일 수 있다.
본 발명의 목적은 첨가되는 점도 개질제 없이 우수한 저온 성능을 보이는 기능성 유체, 특히 유압액을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 PAO 이외의 기유를 사용하는 기능성 유체, 특히 유압 액을 제공하는 것이다.
이런 목적 및 다른 목적들은 후술되는 기재로부터 명확해질 것이다.
발명의 요약
일반적으로, 본 발명은 첨가되는 점도 지수 개질제 없이 놀랍고도 예상치 못한 높은 점도 지수(VI) 및 우수한 저온 성능의 연소 성질을 갖는 베이스 스탁, 기유 및 기능성 유체 조성물을 포함한다.
바람직한 실시양태에서, (a) 130 이상의 VI, 약 3.8 cSt 이상의 Kv(100℃에서) 및 -15℃ 이하의 유동점을 갖는 파라핀 오일 약 65 내지 약 97.5 중량%(베이스 스탁 또는 기유의 중량 기준); 및 (b) 윤활성 점도의 에스터 약 2.5 내지 약 35 중량%(베이스 스탁 또는 기유의 중량 기준)를 포함하는 베이스 스탁(base stock) 또는 기유(base oil)가 제공된다.
도 1 내지 3은 ASTM D5133에 의해 측정 시 폴리알파 올레핀을 기준으로 한 조성물과 비교 시의 본 발명의 윤활제 조성물의 개선된 동역학 점도를 도시한 그래프이다.
본 발명의 베이스 스탁 또는 기유는 ASTM D5133에 의해 측정되는 이들의 동역학 점도에 의해 입증되는 고 점도 지수와 우수한 저온 성능을 모두 보인다. 실제로, 본 발명의 베이스 스탁 및 기유는 저온 성능 특성을 성취하기 위해 첨가되는 점도 개질제를 필요로 하지 않는다.
이들 베이스 스탁 및 기유는 130 이상의 VI, 약 3.8 cSt 이상의 Kv(100℃) 및 -15℃ 이하의 유동점을 갖는 파라핀 오일, 및 윤활성 점도의 에스터의 블렌드이다.
바람직하게는, 상기 파라핀 오일은 약 130 내지 약 160, 보다 바람직하게는 약 140 내지 150의 VI; 약 3 cSt 내지 약 10 cSt, 보다 바람직하게는 약 3.8 cSt 내지 약 6.8 cSt의 Kv(100℃에서); 및 약 0℃ 내지 약 -30℃, 보다 바람직하게는 약 -15℃ 내지 약 -25℃ 이하의 유동점을 가질 것이다.
제조 방법:
본원에서 언급된 파라핀 오일은 그룹 III의 베이스 스탁의 요건을 만족시키기 위해 왁스성 공급원료로부터 제조됨과 동시에 고 VI 및 저온 성능과 같은 우수한 성질을 갖는다.
본 방법에 사용되는 왁스성 공급원료는 천연, 미네랄 또는 합성 공급원으로부터 유도될 수 있다. 본 방법에서의 공급물(feed)은 50 중량% 이상, 바람직하게는 70 중량% 이상, 보다 바람직하게는 80 중량% 이상의 왁스성 파라핀 함량을 가질 수 있다. 바람직한 합성 왁스성 공급원료는 일반적으로 90 중량% 이상, 종종 95 중량% 이상, 일부 경우 97 중량% 이상의 왁스성 파라핀 함량(중량%)을 갖는다. 또한, 본원에서의 베이스 스탁 및 기유를 제조하는 본 방법에 사용되는 왁스성 공급 원료는 하나 이상의 개별적인 천연, 미네랄 또는 합성 왁스성 공급원료 또는 임의의 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 본 방법에서의 공급원료는 통상적인 미네랄 오일로부터 수득하거나, 또는 합성 공정으로부터 수득할 수 있다. 예컨대, 합성 공정은, 왁스성 탄화수소가 CO 및 수소로부터 촉매적으로 제조되는 GTL (가스액화) 또는 콜벨-엥글레하르트(Kolbel-Englehardt) 공정 및 FT(Fischer-Tropsch) 공정과 같은 공정을 포함할 수 있다. 많은 바람직한 공급원료는 주로 포화된 (파라핀계) 조성물을 갖는 특징을 갖는다.
보다 상세하게, 본 발명의 제조 방법에 사용되는 공급원료는, 윤활유 범위에서 비등하는, 전형적으로는 ASTM D86 또는 ASTM 2887에 의해 측정 시 650℉(343℃)보다 높은 10% 증류점(distillation point)을 갖고, 미네랄 또는 합성 공급원으로부터 유도되는 왁스-함유 공급물이다. 공급원료 중의 왁스 함량은 공급원료를 기준으로 약 50 중량% 이상, 100 중량% 이하로 왁스를 포함할 수 있다. 공급물 중의 왁스 함량은 핵자기 공명 분광법(ASTM D5292), 상관 ndM 방법(ASTM D3238) 또는 용매 기법(ASTM D3235)에 의해 측정될 수 있다. 왁스성 공급물은 많은 공급원, 예컨대 천연, 미네랄 또는 합성 공급원으로부터 유도될 수 있다. 특히, 왁스성 공급물은 예컨대 용매 정제 공정으로부터 유도된 오일, 예컨대 라피네이트, 부분적 용매 탈납(dewaxed) 오일, 탈아스팔트화된 오일, 증류물, 진공 가스 오일, 코우커(coker) 가스 오일, 슬랙 왁스, 풋 오일 등, 및 피셔-트롭쉬 왁스를 포함할 수 있다. 바람직한 공급물은 슬랙 왁스 및 피셔-트롭쉬 왁스이다. 슬랙 왁스는 용매 또는 프로판 탈납에 의해 탄화수소 공급물로부터 전형적으로 유도된다. 슬랙 왁스는 일부 잔류 오일을 함유하고, 전형적으로 탈유(deoiled)된다. 풋(foot) 오일은 탈유된 슬랙 왁스로부터 유도된다. 피셔-트롭쉬 합성 공정에 의해 피셔-트롭쉬 왁스가 제조된다. 적절한 왁스성 공급원료의 비제한적 예는 파라플린트(Paraflint) 80(수소화된 피셔-트롭쉬 왁스) 및 쉘(Shell) MDS 왁시 라피네이트(Waxy Raffinate)(수소화되고 부분적 이성질체화된 중간 증류물 합성 왁스성 라피네이트)를 포함한다.
공급원료는 높은 함량의 질소- 및 황-오염물을 가질 수 있다. 공급물 기준으로 0.2 중량% 이하의 질소 및 3.0 중량 이하의 황을 함유하는 공급물이 본 발명의 제조 방법에서 처리될 수 있다. 높은 왁스 함량을 갖는 공급물은 전형적으로 200 이상까지의 높은 점도 지수를 전형적으로 갖는다. 황 및 질소 함량은 표준 ASTM D5453 및 D4629 방법에 의해 각각 측정될 수 있다.
용매 추출로부터 유도된 공급물의 경우는, 대기압 증류로부터의 고비등 페트롤륨(petroleum) 분획이 진공 증류 단위로 보내지고, 이 단위로부터의 증류 분획이 용매 추출된다. 진공 증류로부터의 잔류물은 탈아스팔트화될 수 있다. 용매 추출 공정은 선택적으로 추출물 상(extract phase)에 방향족 성분을 용해시키는 한편, 라피네이트 상에는 보다 많은 파라핀계 성분들을 남긴다. 나프탈렌은 상기 추출물 상과 상기 라피네이트 상 사이에 분포된다. 용매 추출을 위한 전형적 용매는 페놀, 퍼퓨럴(furfural) 및 N-메틸 피롤리돈을 포함한다. 용매 대 오일의 비, 추출 온도 및 추출할 증류물과 용매의 접촉 방법을 조절함으로써, 추출물 상과 라피네이트 상 사이의 분리 정도를 조절할 수 있다.
가수소처리(hydrotreating):
가수소처리에서, 촉매는 가수소처리에 효과적인 촉매들, 예컨대 6족 금속(1 내지 18족을 갖는 IUPAC 주기율표 형식 기준), 8 내지 10족 금속, 및 이들의 혼합물을 함유하는 촉매이다. 바람직한 금속은 니켈, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 금속 또는 금속들의 혼합물은 내화성 금속 산화물 지지체 상의 산화물 또는 황화물로서 전형적으로 존재한다. 금속들의 혼합물은 촉매 기준으로 금속의 양이 30 중량% 이상인 벌크 금속 촉매로서 또한 존재할 수 있다. 적합한 금속 산화물 지지체는 산화물, 예컨대 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나 또는 티타니아, 바람직하게는 알루미나를 포함한다. 바람직한 알루미나는 다공질 알루미나, 예컨대 감마 또는 베타이다. 금속(개별적 또는 혼합 형태)의 양은 촉매 기준으로 약 0.5 내지 35 중량%일 수 있다. 9 및 10족 금속과 6족 금속의 바람직한 혼합물의 경우에서, 9 및 10족 금속은 촉매 기준으로 0.5 내지 5 중량%의 양으로 존재하고, 6족 금속은 5 내지 30 중량%의 양으로 존재한다. 금속의 양은 개별적 금속에 대해 원자 흡광 분광법, 유도 결합 플라즈마-원자 방출 분광법 또는 ASTM에 명시된 다른 방법에 의해 측정될 수 있다.
금속 산화물 지지체의 산도는 프로모터 및/또는 도판트를 첨가하거나 또는 금속 산화물 지지체의 성질을 조절함으로써, 예컨대 실리카-알루미나 지지체로 혼입되는 실리카의 양을 조절함으로써 조절될 수 있다. 프로모터 및/또는 도판트의 예는 할로겐, 특히 불소, 인, 붕소, 이트리아, 희토 산화물 및 마그네시아를 포함한다. 할로겐과 같은 프로모터는 일반적으로 금속 산화물 지지체의 산도를 증가시키는 반면, 중간 정도의 염기성 도판트, 예컨대 이트리아 또는 마그네시아는 그러한 지지체의 산도를 감소시키는 경향이 있다.
가수소처리 조건은 150 내지 400℃, 바람직하게는 200 내지 350℃의 온도, 1480 내지 20786 kPa (200 내지 3000 psig), 바람직하게는 2859 내지 13891 kPa (400 내지 2000 psig)의 수소 분압, 0.1 내지 10 액체 시공 속도(LHSV), 바람직하게는 0.1 내지 5 LHSV의 공간 속도, 및 89 내지 1780 m3/m3(500 내지 10000 scf/B), 바람직하게는 178 내지 890 m3/m3의 공급물에 대한 수소의 비를 포함한다.
가수소처리는, 질소- 및 황-함유 오염물의 양을, 후속 탈납 단계에서 탈납 촉매에 허용불가한 영향을 주지 않는 수준으로 감소시킨다. 또한, 상기의 온화한 가수소처리 단계를 통과하게 될 특정의 다핵 방향족 종이 있을 수 있다. 이들 오염물은, 존재하는 경우, 후속 하이드로피니시 단계에서 제거될 것이다.
가수소처리 동안, 5 중량% 미만, 바람직하게는 3 중량% 미만, 보다 바람직하게는 2 중량% 미만의 공급원료가 650℉(343℃) 마이너스 생성물로 전환되어 VI가 공급원료의 VI보다 4 미만, 바람직하게는 3 미만, 보다 바람직하게는 2 미만으로 큰 가수소처리된 공급원료를 생성한다. 상기 공급물의 높은 왁스 함량은 가수소 처리 단계 동안 최소의 VI 증가를 낳는다.
가수소처리된 공급원료는 직접 탈납 단계로 보내거나, 또는 바람직하게는 탈납 이전에 황화 수소 및 암모니아와 같은 기체 오염물을 제거하기 위해 스트리핑될 수 있다. 스트리핑(stripping)은 플래시 드럼 또는 분별기와 같은 통상적 수단에 의해 수행될 수 있다.
탈납 촉매:
탈납 촉매는 결정질 또는 비정질일 수 있다. 결정질 물질은 10 또는 12개의 고리 채널을 하나 이상 함유하고, 알루미노실리케이트(제올라이트) 또는 실리코알루미노포스페이트(SAPO)계일 수 있는 분자체이다. 산소화물 처리에 사용되는 제올라이트는 10 또는 12개 채널을 하나 이상 함유할 수 있다. 이런 제올라이트의 예는 ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-48, ZSM-57, 페리어라이트, ITQ-13, MCM-68 및 MCM-71을 포함한다. 10개 고리 채널을 하나 이상 함유하는 알루미노포스페이트의 예는 ECR-42를 포함한다. 12개 고리 채널을 함유하는 분자 체의 예는 제올라이트 베타 및 MCM-68을 포함한다. 분자체는 미국 특허 제 5,246,566 호, 제 5,282,958 호, 제 4,975,177 호, 제 4,397,827 호, 제 4,585,747 호, 제 5,075,269 호 및 제 4,440,871 호에 기재되어 있다. MCM-68은 미국 특허 제 6,310,265 호에 기재되어 있다. MCM-71 및 ITQ-13은 PCT 공개 공보 WO 0242207 호 및 WO 0078677 호에 기재되어 있다. ECR-42는 미국 특허 제 6,303,534 호에 개시되어 있다. 바람직한 촉매는 ZSM-48, ZSM-22 및 ZSM-23을 포함한다. ZSM-48이 특히 바람직하다. 분자체는 수소형태인 것이 바람직하다. 환원은 동일 반응계에서 탈납 단계 자체 중에 일어날 수 있거나, 또는 다른 용기에서 외부 반응계에서 일어날 수 있다.
비정질 탈납 촉매는 알루미나, 불화 알루미나, 실리카-알루미나, 불화 실리카-알루미나 및 3족 금속으로 도핑된 실리카-알루미나를 포함한다. 이런 촉매는 예컨대 미국 특허 제 4,900,707 호 및 제 6,383,366 호에 기재되어 있다.
탈납 촉매는 2작용성이다. 즉, 하나 이상의 6족 금속, 하나 이상의 8족 내지 10족 금속 또는 이들의 혼합물인 금속 수소화 성분이 담지(load)될 수 있다. 바람직한 금속은 9족 및 10족 금속이다. 9족 및 10족 귀금속, 예컨대 Pt, Pd 또는 이들의 혼합물(1 내지 18족을 갖는 IUPAC 주기율표 형식에 기초함)이 특히 바람직하다. 이들 금속은 촉매 기준으로 0.1 내지 30 중량%의 비율로 담지된다. 촉매 제조 및 금속 담지 방법은 예컨대 미국 특허 제 6,294,077 호에 기재되어 있고, 예컨대 분해성 금속 염을 사용한 이온 교환 및 함침을 포함한다. 금속 분산 기법 및 촉매 입자 크기 조절은 미국 특허 제 5,282,958 호에 기재되어 있다. 작은 입자 크기 및 잘 분산되는 금속을 갖는 촉매가 바람직하다.
분자체는 전형적으로, 고온 저항성이 있어 최종 탈납 촉매를 형성하는 탈납 조건 하에 사용될 수 있는 결합제 물질과 배합되거나, 또는 무결합제성(자가 결합)일 수 있다. 결합제 물질은 보통 무기 산화물, 예컨대 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 실리카와 다른 금속 산화물의 2원 조합물, 티타니아, 마그네시아, 토리아, 지르코니아 등, 및 이들 산화물의 3원 조합물, 예컨대 실리카-알루미나-토리아 및 실리카-알루미나 마그네시아이다. 최종 탈납 촉매에서의 분자체의 양은 촉매 기준으로 10 내지 100 중량%, 바람직하게는 35 내지 100 중량%이다. 이런 촉매는 분무 건조, 압출 등의 방법에 의해 형성된다. 탈납 촉매는 황화되거나 또는 비황화된 형태로 사용될 수 있고, 바람직하게는 황화된 형태이다.
탈납 조건은 250 내지 400℃, 바람직하게는 275 내지 350℃의 온도, 791 내지 20786 kPa (100 내지 3000 psig), 바람직하게는 1480 내지 17339 kPa (200 내지 2500 psig)의 압력, 0.1 내지 10 hr-1, 바람직하게는 0.1 내지 5 hr-1의 액체 시공 속도 및 45 내지 1780 m3/m3(250 내지 10000 scf/B), 바람직하게는 89 내지 890 m3/m3(500 내지 5000scf/B)의 수소 처리 가스 비율을 포함한다.
하이드로피니싱(hydrofinishing):
탈납 과정에서의 생성물의 적어도 일부는 이탈(disengagement) 없이 하이드로피니싱 단계로 직접 보내진다. 목적하는 명세내역(specification)으로 생성물 품질을 조정하기 위해서는 탈납 과정으로부터 생성된 생성물을 하이드로피니싱하는 것이 바람직하다. 하이드로피니싱은 임의의 윤활유 범위의 올레핀 및 잔류 방향족을 포화시킬 뿐만 아니라 임의의 잔류 헤테로원자 및 유색체(color body)를 제거하는 것을 목적으로 하는 온화한 가수소처리의 형태이다. 탈납 후 하이드로피니싱은 보통 탈납 단계와 케스케이드 형태로 실시된다. 일반적으로 하이드로피니싱은 약 150℃ 내지 350℃, 바람직하게는 180℃ 내지 250℃의 온도에서 실시될 수 있다. 총 압력은 전형적으로 2859 내지 20786 kPa(약 400 내지 3000 psig)일 수 있다. 액체 시공 속도는 전형적으로 0.1 내지 5 LHSV(hr-1), 바람직하게는 0.5 내지 3 hr-1이고, 수소 처리 가스 비율은 44.5 내지 1780 m3/m3(250 내지 10,000 scf/B)이다.
하이드로피니싱 촉매는 6족 금속(1 내지 18족을 갖는 IUPAC 주기율표 형식에 기초), 8 내지 10족 금속 및 이들의 혼합물을 함유하는 것들이다. 바람직한 금속은 강한 수소화 기능을 갖는 하나 이상의 귀금속, 특히 백금, 팔라듐 및 이들의 혼합물을 포함한다. 금속들의 혼합물은 금속의 양이 촉매 기준으로 30 중량% 이상인 벌크 금속 촉매로서 존재할 수 있다. 적당한 금속 산화물 지지체는 낮은 산성 산화물, 예컨대 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나 또는 티타니아, 바람직하게는 알루미나를 포함한다. 방향족의 포화를 위한 바람직한 하이드로피니싱 촉매는 다공질 지지체 상에서의 비교적 강한 수소화 기능을 갖는 하나 이상의 금속을 포함할 것이다. 전형적 지지체 물질은 비정질 또는 결정질 산화물 물질, 예컨대 알루미나, 실리카 및 실리카-알루미나를 포함한다. 촉매의 금속 함량은 종종 비귀금속의 경우 약 20 중량% 정도로 높다. 귀금속은 보통 약 1 중량%보다 크지 않은 양으로 존재한다.
하이드로피니싱 촉매는 M41S 클라스 또는 부류의 촉매에 속하는 메조다공질(mesoporous) 물질이 바람직하다. M41S 부류의 촉매는 문헌[J. Amer. Chem. Soc., 1992, 114, 10834]에 제법이 보다 더 기재되어 있는 고 실리카 함량을 갖는 메조다공질 물질이다. 예로는 MCM-41, MCM-48 및 MCM-50을 포함한다. 메조다공질은 15 내지 100 Å의 공극 크기를 갖는 촉매를 일컫는다. 이 클라스의 바람직한 부류는 MCM-41이며, 이의 제법은 미국 특허 제 5,098,684 호에 기재되어 있다. MCM-41은 비균일한 크기의 공극의 6방정계 배열을 갖는 무기질 다공성 비적층된 상이다. MCM-41의 물리적 구조는 스트로(straw)의 개구(공극의 셀 직경)가 15 내지 100 옹스트롱의 범위인 스트로 다발(bundle of straw)과 유사하다. MCM-48은 입방(cubic) 대칭을 갖고, 예컨대 미국 특허 5,198,203 호에 기재되어 있는 반면, MCM-50은 라멜라 구조를 갖는다. MCM-41은 메조다공질 범위에서 상이한 크기의 공극 개구를 갖도록 제조될 수 있다. 메조다공질 물질은 8족, 9족 또는 10족 금속 중 하나 이상인 금속 수소화 성분을 함유할 수 있다. 바람직하게는 귀금속, 특히 10족 귀금속, 가장 바람직하게는 Pt, Pd 또는 이들의 혼합물이다.
일반적으로 하이드로피니싱은 약 150℃ 내지 350℃, 바람직하게는 180℃ 내지 250℃의 온도에서 실시될 것이다. 총 압력은 전형적으로 2859 내지 20786 kPa(약 400 내지 3000 psig)일 수 있다. 액체 시공 속도는 전형적으로 0.1 내지 5 LHSV(hr-1), 바람직하게는 0.5 내지 3 hr-1이고, 수소 처리 가스 비율은 44.5 내지 1780 m3/m3(250 내지 10,000 scf/B)이다.
윤활성 점도의 에스터는 100℃에서 약 2.5 cSt 내지 약 8.5 cSt의 범위의 Kv를 전형적으로 가질 것이다. 전형적으로 40℃에서 약 8 내지 약 92 cSt의 Kv를 가질 것이다.
전형적인 성질은 다음과 같다:
에스터렉스(Esterex) A51 KV100(전형적임) = 2.73 cSt, KV 40 = 8.9 내지 9.4 cSt, 유동점 = -54℃;
에스터렉스 A32 KV100 = 5.1 내지 5.5 cSt, KV 40 = 25.5 내지 29.0 cSt, 유동점 = -54℃;
에스터렉스 A81 KV100 = 8.2 cSt, KV 40 = 81 내지 92 cSt, 유동점 = -37℃.
일반적으로, 상기 파라핀 오일 및 상기 에스터는 약 97.5:2.5 내지 약 65:35, 바람직하게는 약 95:5 내지 약 70:30의 중량비로 블렌딩될 것이다.
본 발명에 사용하기 적합한 에스터는 이염기성 산과 모노알칸올의 에스터 및 모노카복실산의 폴리올 에스터를 포함한다. 전자(former) 형태의 에스터는 예컨대 몇 개를 언급하면 다이카복실산, 예컨대 프탈산, 석신산, 아디프산 등과 다양한 알콜, 예컨대 부틸, 헥실 및 도데실 알콜 등의 에스터를 포함한다.
특히 유용한 합성 에스터는 하나 이상의 다가 알콜, 바람직하게는 장애 폴리올(예: 네오펜틸 폴리올, 예컨대 네오펜틸 글라이콜, 트라이메틸올 에탄, 2-메틸-2-프로필-1,3-프로판다이올, 트라이메틸올 프로판, 펜타에리트리톨 및 다이펜타에리트리톨)과 4개 이상의 탄소 원자를 함유하는 알칸산(alkanoic acid), 예컨대 C5 내지 C30 산(예: 카프릴산, 카프릭산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아라크산 및 베헨산(behenic acid)을 포함하는 포화 직쇄 지방산, 또는 상응하는 분지쇄 지방산 또는 불포화 지방산, 예컨대 올레산, 또는 이들의 혼합물)을 반응시킴으로써 수득되는 것들이다.
적합한 합성 에스터 성분은 트라이메틸올 프로판, 트라이메틸올 부탄, 트라이메틸올 에탄, 펜타에리트리톨 및/또는 다이펜타리트리톨과 약 5 내지 약 10개의 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 모노카복실산의 에스터를 포함한다. 이런 에스터는 상업적으로 광범위하게 입수가능하며, 예컨대 엑손모빌 케미칼 캄파니에서 시판하는 에스터렉스TM 에스터가 있다.
다른 에스터는 완전히 에스터화되거나 부분적으로 에스터화된, 임의적으로는 유리 하이드록실기 또는 카복실기를 갖는 천연 에스터 및 이들의 유도체를 포함할 수 있다. 이런 에스터는 글라이세리드, 천연 및/또는 개질된 식물성 오일, 지방산 또는 지방 알콜의 유도체를 포함할 수 있다.
성능 첨가제:
본 발명은 윤활제 조성물 중에 유효량으로 추가의 윤활제 성분과 함께 사용될 수 있으며, 예로는 극성 및/또는 비극성 윤활제 기유, 및 성능 첨가제, 예컨대 금속성 및 무회(ashless) 산화 억제제, 금속성 및 무회 분산제, 금속성 및 무회 세제(detergent), 부식 및 녹 억제제, 금속 비활성화제, 항마모제(금속성 및 비금속성, 저회(low-ash), 인-함유 및 비-인 함유, 황-함유 및 비-황 유형), 극압 첨가제(금속성 및 비금속성, 인-함유 및 비-인, 황-함유 및 비-황 유형), 융착방지제(anti-seizure agent), 유동점 강하제, 왁스 개질제, 밀봉 상용화제(seal compatibility agent), 마찰 개질제, 윤활제, 스테이닝 방지제, 발색제(chromophoric agent), 소포제, 해유화제 등이 있다. 통상적으로 사용되는 많은 첨가제에 관해서는 문헌[Klamann in Lubricants and Related Products, Verlag Chemie, Deerfield Beach, Fla.; ISBN 0-89573-177-0]을 참조하고, 이 문헌은 또한 후술되는 많은 윤활제 첨가제에 대한 논의도 제공한다. 또한, 문헌["Lubricant Additives" by M. W. Ranney, published by Noyes Data Corporation of Parkridge, N.J.(1973)]도 참조된다. 특히, 본원에서 언급된 기유는 저황, 저인 및/또는 저회의 특성을 제조되는 기능성 유체에 부여하는 최신 첨가제 및/또는 첨가제 시스템 및 첨가제 패키지로써 상당한 성능 이점을 나타낼 수 있다.
전형적 첨가제 양:
윤활유 조성물이 전술된 첨가제 중 하나 이상을 함유하는 경우, 첨가제는 목적하는 기능을 성취하기에 충분한 양으로 조성물 중으로 블렌딩된다. 본 발명에 유용한 이런 첨가제의 전형적 양은 하기 표 1에 기재되어 있다.
다양한 윤활제 성분의 전형적 양
화합물 근사 중량%(유용한 양) 근사 중량%(바람직한 양)
세제 0-6 0.01-4
분산제 0-20 0.1-8
마찰 감소제 0-5 0.01-1.5
항산화제 0.01-5 0.01-2
부식 억제제 0.01-5 0.01-1.5
항마모제 0.01-6 0.01-4
유동점 강하제 0-5 0.01-4
해유화제 0.001-3 0.01-1.5
소포제 0.001-3 0.001-1.5
기유 잔량 잔량
표 2에 본 발명의 기유를 제조하기 위한 두 개의 파라핀 오일, 비솜(Visom) 4 및 비솜 6의 성질들이 상업적으로 입수가능한 두 개의 PAO와 비교되어 있다.
비솜 4 비솜 6 PAO 4 PAO 6 PAO 100
100℃에서의 Kv, cSt(ASTM D445) 4.0 6.6 4.1 5.8 105
VI(ASTM D2270) 140 144 120 132 168
유동점, ℃ (ASTM D5950) -18 -18 -54 -54 -21
상기 오일들 각각을 표 3에 기재된 양으로 에스터와 블렌딩시켰다. 또한, 각 블렌드는 동일한 양으로 동일한 윤활제 첨가제를 포함하였다. 본 발명의 완전히 배합된 오일 및 비교 오일의 성질들을 또한 표 3에 기재하였다.
성분 중량% 비교예 1 실시예 1 비교예 2 실시예 2 실시예 3
PAO 4 66.64
에스터렉스TM 51 30 30
PAO 6 66.86
에스터렉스TM 32 25 25
비솜 6 63.46 64.46
PAO 100 3
비솜 4 66.64 8 16
시네스틱 5 10
에스터렉스TM P81 6
유동점 강하제 0.2 0.2 0.2
첨가제 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량
성질
40℃에서의 Kv(cSt) 14.72 14.35 32.83 31.35 31.9
100℃에서의 Kv(cSt) 3.637 3.5=681 6.26 6.144 6.1
VI 135 149 144 148 142
유동점(ASTM 97) <-60 -51 -54 -42 -42
브룩필드 -18℃(D 2983) 230 230 910 980 1000
브룩필드 -40℃(D 2983) 1,710 2,240 9,360 15,800 18,020
도 1은 ASTM D5133 시험 방법을 이용하여 본 발명의 실시예 1의 오일과 비교예 오일 1의 동역학 점도를 비교한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시예 2 및 3의 오일과 비교예 오일 2를 비교한 것이다.

Claims (6)

  1. (a) 130 이상의 VI, 약 3.8 cSt 이상의 Kv(100℃) 및 -15℃ 이하의 유동점을 갖는 파라핀 오일 약 65 내지 약 97.5 중량%(베이스 스탁 또는 기유의 중량 기준); 및
    (b) 윤활성 점도의 에스터 약 2.5 내지 약 35 중량%(베이스 스탁 또는 기유의 중량 기준)
    를 포함하는 베이스 스탁(base stock) 또는 기유(base oil)로서,
    상기 베이스 스탁 또는 기유는 ASTM D5133 시험 방법에 의해 측정되는 이들의 동역학 점도에 의해 입증되는 우수한 저온 성능을 갖는, 베이스 스탁 또는 기유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    첨가되는 점도 개질제가 없는 것을 추가적 특징으로 하는 베이스 스탁 또는 기유.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파라핀 오일이 하기 단계들을 포함하는 제조 방법에 의해 제조되는 베이스 스탁 또는 기유:
    (a) 공급원료(feedstock)의 5 중량% 미만이 650℉(343℃) 마이너스 생성물로 전환되어 VI가 공급원료의 VI보다 4 미만으로 큰 가수소처리된 공급원료를 생성하도록 하는 효과적인 가수소처리 조건 하에, 공급원료를 기준으로 약 60 중량%의 왁스 함량을 갖는 공급원료를 가수소처리 촉매로 가수소처리(hydrotreating)하는 단계;
    (b) 가수소처리된 공급원료를 스트리핑하여 액체 생성물로부터 기상 생성물을 분리하는 단계; 및
    (c) 효과적 가수소탈납 조건 하에, ZSM-48, ZSM-57, ZSM-23, ZSM-22, ZSM-35, 페리어라이트, ECR-42, ITQ-13, MCM-71, MCM-68, 베타, 불화 알루미나(fluorided alumina), 실리카-알루미나 또는 불화 실리카-알루미나 중 하나 이상이며 하나 이상의 9족 또는 10족 금속을 함유하는 탈납 촉매로 상기 액체 생성물을 가수소탈납시키는 단계.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항의 베이스 스탁 또는 기유, 및 점도 개질제 이외의 첨가제 하나 이상을 포함하는 기능성 유체 조성물.
  5. (i) 파라핀 오일 약 65 내지 약 97.5 중량%(유체 중량 기준)와 (ii) 윤활성 점도의 에스터 약 2.5 내지 약 35 중량%(유체 중량 기준)를 블렌딩하는 것을 포함하는,
    ASTM D5133 시험 방법에 의해 측정되는 이들의 동역학 점도에 의해 입증되는 높은 VI 및 우수한 저온 성능을 갖는 기능성 유체의 제조 방법으로서,
    상기 파라핀 오일이,
    (a) 공급원료의 5 중량% 미만이 650℉(343℃) 마이너스 생성물로 전환되어 VI가 공급원료의 VI보다 4 미만으로 큰 가수소처리된 공급원료를 생성하도록 하는 효과적인 가수소처리 조건 하에, 공급원료를 기준으로 약 60 중량%의 왁스 함량을 갖는 공급원료를 가수소처리 촉매로 가수소처리하는 단계;
    (b) 가수소처리된 공급원료를 스트리핑하여 액체 생성물로부터 기상 생성물을 분리하는 단계; 및
    (c) 효과적 가수소탈납 조건 하에, ZSM-48, ZSM-57, ZSM-23, ZSM-22, ZSM-35, 페리어라이트, ECR-42, ITQ-13, MCM-71, MCM-68, 베타, 불화 알루미나, 실리카-알루미나 또는 불화 실리카-알루미나 중 하나 이상이며 하나 이상의 9족 또는 10족 금속을 함유하는 탈납 촉매로 상기 액체 생성물을 가수소탈납시키는 단계
    에 의해 제조되는, 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    점도 개질제 이외의 첨가제 하나 이상을 혼입시키는 것을 포함하는 제조 방법.
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