KR20100132990A - 윤활유 조성물 - Google Patents

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Abstract

연비를 향상하면서 금속 피로 방지 및 하중 지지 능력이 뛰어난 윤활유 조성물을 공개한다. 상기 윤활유 조성물은, (A) 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 포함하고, 40℃ 동적 점도가 5 내지 15mm2/s인 광유계 기유 (B) 하나 이상의 혼합물을 포함하고 40℃ 동적 점도가 3 내지 25mm2/s이며 0℃ 동적 점도가 10 내지 130mm2/s인 에스테르계 기유를 함유한다. (A)성분과 (B)성분의 혼합 기유는 40℃ 동적 점도가 18mm2/s 이하이고 에스테르 계 기유 배합 비율은 0.5 내지 80 질량%이다. 조성물은 40℃ 동적 점도가 4 내지 23mm2/s이다.

Description

윤활유 조성물{LUBRICANT COMPOSITION}
본 발명은 윤활유 조성물에 관한 것이고, 더 자세하게는 뛰어난 점도 온도 특성(viscosity temperature characteristic)과 저온 유동성(low temperature fluidity), 및 우수한 피로 방지성(anti- fatigue property)과 내하중성(load bearing property)이 있는 윤활유 조성물로서 특히 자동 변속기 및/또는 연속 가변 변속기뿐 아니라 내연 기관에 적합 윤활유 조성물에 관한 것이다.
전통적으로, 자동 변속기, 수동 변속기 및 내연 기관에 사용되는 윤활유는 열 산화 안정성, 내마모성 및 피로 방지성과 같은 다양한 내구성 향상과, 연비를 향상시키기 위한 점도 온도 특성과 저온 점도 특성의 향상, 예를 들어 감소된 저온 점도 및 저온 유동성이 요구되고 있다. 이러한 특성과 성능을 향상시키기 위해, 기유가, 산화 방지제, 청정 분산제, 마모 방지제, 마찰 조정제, 밀봉물 팽윤 방지제, 점도 지수 향상제, 소포제, 착색제 등의 다양한 첨가제와 적절하게 배합된 윤활유가 사용되어 왔다.
최근 변속기 및 엔진은 연비 효율화, 소형 경량화 및 고출력화가 요구되고 있다. 변속기는 결합되어 사용되는 엔진의 고출력화와 관련하여 동력 전달 능력의 향상이 추구되고 있다. 따라서 그러한 변속기에서 사용될 윤활유가 높은 윤활 성능을 유지하고, 제품 점도 및 기유 점도를 감소시키면서 베어링과 기어의 표면의 마모나 피로를 방지하는 성능을 가질 것이 요구된다. 또한 자동 변속기와 연속 가변 변속기는 -10℃ 이하의 추운 지역에서 사용될 것으로 예상되기 때문에 저온 시동성 향상 및 저온의 연비 향상을 위해 더욱 저온 성능을 향상시킬 것이 요구되고 있다. 연비 향상을 위해서는 기유 점도를 감소시키고 점도 지수 향상제의 양을 증가하여 점도 온도 특성을 향상시키는 기술이 사용된다. 다만, 기유 점도의 감소는 피로 방지성을 악화시킨다. 따라서, 연비 효율성과 마모 방지 성 또는 피로 방지성을 동시에 높은 수준으로 향상시킬 수 있는 윤활유의 개발이 필요했다. 저온 점도 특성 향상은 기유 점도를 감소하거나 최종 제품 점도를 줄임으로써 달성 가능하다. 그러나 기유 점도를 감소함으로써 마모 방지성 및 피로 방지 성은 악화되는 것으로 알려져 있다. 저온 점도 특성과 마모 방지성 또는 피로 방지성 모두를 양립시킬 수 있는 윤활유의 개발이 필요했다.
이 가운데, 연비 효율성, 저온 점도 특성 및 피로 방지성을 향상시키기 위해, 저온 성능이 좋은 기유를 사용하거나, 고점도의 기유를 혼합하여 사용하는 것 및/또는 적절한 양의 인- 이나 황- 기반의 극압 첨가제를 배합하는 것이 알려져 있다(예를 들어, 아래 특허 문헌 1 내지 3).
그러나 상기 특허 문헌에 공개된 기술만으로는 점도 온도 특성, 저온 성능 및 피로 방지성과 내하중성을 양립시키는 것이 충분하지 않다. 따라서 이러한 모든 성능과 특성을 가지고 다른 성능에 대해서도 문제없는 윤활 오일 조성물의 개발이 요구되어 왔다.
특허 문헌 1: 일본공개공보 제 2004-262979 호
특허 문헌 2: 일본공개공보 제 11-286696 호
특허 문헌 3: 일본공개공보 제 2003-514099 호
상기 기술된 사정을 감안하여, 본 발명은 뛰어난 점도 온도 특성 및 저온 성능을 가질 뿐 아니라, 피로 방지성과 내하중성이 뛰어난 윤활유 조성물, 특히 자동 변속기 및/또는 연속 가변 변속기에 적합 윤활유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들이 상기 과제를 해결하기 위해 열심히 검토한 결과, 본 발명은 특정 기유 및 특정 첨가제를 함유하는 윤활유 조성물이 점도 온도 특성 및 저온 성능이 뛰어나고 마모 방지성과 금속 피로 수명을 향상시킬 수 있음을 발견하여 완성되었다.
즉, 본 발명은 윤활유 조성물과 관련된 것으로서:
(A) 40℃ 동적 점도가 5 내지 15mm2/s이고, 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물로 이루어진 광유계 기유; 및
(B) 40℃ 동적 점도가 3 내지 25mm2/s이고, 0℃ 동적 점도가 10 내지 130mm2/s이며, 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물로 이루어진 에스테르계 기유
를 함유하고, (A) 및 (B)의 혼합 기유의 40℃ 동적 점도가 18mm2/s 이하이며, 에스테르계 기유의 배합 비율이 0.58 내지 80 질량%이고, 조성물의 40℃ 동적 점도가 4 내지 23mm2/s인 윤활유 조성물이다.
에스테르계 기유(B)는 모노에스테르인 것이 바람직하다.
에스테르계 기유의 점도 지수는 170 이상인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명의 윤활유 조성물은, (C) 중량 평균 분자량이 70,000이하인 폴리메타크릴레이트 점도 지수 향상제를 함유하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 언급된 윤활유 조성물을 포함하는 변속기 오일 조성물과 관련된 것이다.
본 발명의 윤활유 조성물은 우수한 점도 온도 특성과 저온 성능을 가질 뿐 아니라, 금속 피로 수명 및 내하중성이 우수하다. 따라서, 윤활제 조성물은 자동차, 건설 기계 및 농업 기계의 자동 변속 장치 및/또는 연속 가변 변속기에 특히 적합하다. 나아가, 윤활제 조성물은 자동차, 건설 기계 및 농업 기계의 수동 변속 장치 및 차동 기어에서 윤활유로 적절하게 사용된다. 다른 사용으로는, 윤활제 조성물은 산업용 기어 오일, 이륜 및 사륜 차량과 같은 자동차, 발전기 및 선박의, 가솔린 엔진, 디젤 엔진 및 가스 엔진의 윤활유; 터빈유; 및 압축기 오일에도 적절하게 이용될 수 있다.
본 발명이 아래에서 자세히 설명될 것이다.
본 발명의 윤활유 조성물의 (A) 성분은, 40℃ 동적 점도가 5 내지 15mm2/s이고, 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물로 이루어진 광유계 기유이다.
(A) 성분의 40℃ 동적 점도는 5 내지 15mm2/s 것이 필요하며, 바람직하게는 6mm2/s 이상, 보다 바람직하게는 7mm2/s 이상, 더욱 바람직하게는 8mm2/s 이상이며, 특히 바람직하게는 9mm2/s 이상이다. 40℃ 동적 점도는 바람직하게는 13mm2/s 이하, 보다 바람직하게는 12mm2/s 이하, 더욱 바람직하게는 11mm2/s 이하이며, 특히 바람직하게는 10mm2/s 이하이다. (A) 성분의 40℃ 동적 점도가 15mm2/s보다 큰 경우, 결과 점도 오일 조성물은 점도 온도 특성과 저온 점도 특성이 악화 될 것이다. 반면에, 40℃ 동적 점도가 5mm2/s 보다 작은 경우, 결과 윤활유 조성물은 윤활 부분에서 유막 형성이 부족하기 때문에 금속 피로 방지성 및 내하중성이 떨어질 것이고, 윤활유 기유의 증발 손실이 커질 것이다.
(A) 성분의 100℃ 동적 점도에는 특별한 제한은 없다. 다만, 100℃ 동적 점도는 1 내지 5mm2/s 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게 1.5mm2/s 이상, 더욱 바람직하게는 2.0mm2/s 이상, 특히 바람직하게는 2.3mm2/s 이상이고, 가장 바람직하게는 2.5mm2/s 이상이다. 100℃ 동적 점도는 바람직하게는 4.0mm2/s 이하, 보다 바람직하게는 3.5mm2/s 이하이며, 더욱 바람직하게는 3.3mm2/s 이하, 특히 바람직하게는 3.0mm2/s 이하이다. (A) 성분의 100℃ 동적 점도가 5mm2/s를 넘는 경우, 결과 윤활유 조성물은 점도 온도 특성과 저온 점도 특성이 악화될 것이다. 한편, 100℃ 동적 점도가 1mm2/s 미만인 경우, 결과 윤활유 조성물은 윤활 부분의 유막 형성이 부족하기 때문에 금속 피로 방지성 및 내하중성에 떨어질 것이고, 윤활유 기유의 증발 손실이 커질 것이다.
(A) 성분의 유동점에는 특별한 제한이 없다. 다만, 유동점은 -15℃ 이하 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 -17.5℃ 이하, 더욱 바람직하게는 -20℃ 이하, 특히 바람직하게는 -22.5℃ 이하이며, 가장 바람직하게는 -25℃ 이하이다. 유동점의 하한에는 특별한 제한이 없다. 다만, 그 하한은 저온 점도 특성과 탈납(dewaxing) 공정의 경제성 측면에서, 바람직하게는 -45℃ 이상, 보다 바람직하게는 -40℃ 이상, 더욱 바람직하게는 -35℃ 이상, 특히 바람직하게는 -30℃ 이상이다. (A) 성분의 유동점을 -15℃ 이하로 사용하는 것은 저온 점도 특성이 우수한 윤활유 조성물을 얻을 수 있게 한다. 탈납 공정은 용매 탈납 또는 촉매 탈납이 될 수 있다. 다만, 탈납 공정은 저온 점도 특성을 보다 향상시킬 수 있다는 점에서 촉매 탈납 공정이 바람직하다.
(A) 성분의 점도 지수에 대해서는 특별한 제한이 없다. 다만, 점도 지수는 100 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 105 이상, 더욱 바람직하게는 110 이상이다. 본 발명의 일 실시예로서, 점도 지수는 135 이상일 수 있다. 다만, 점도 지수는 첨가제 및 슬러지(sludge)의 용해성을 향상시킨다는 점에서 바람직하게는 135 이하, 보다 바람직하게는 130 이하, 더욱 바람직하게는 125 이하, 특히 바람직하게는 120 이하이다. (A) 성분의 점도 지수를 100 이상으로 하여 사용하는 것은 점도 온도 특성과 저온 점도 특성이 우수한 윤활유 조성물을 얻을 수 있도록 한다.
(A) 성분의 %CP에 대해서는 특별히 제한은 없다. 다만, 상기 %CP는 열/산화 안정성 및 점도 온도 특성을 더 높일 수 있다는 점에서, 70 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 72 이상, 더욱 바람직하게는 73 이상, 특히 바람직하게는 75 이상이다. %CP의 상한에 대해서는 특별히 제한은 없다. 본 발명의 일 실시예로서, 90 이상일 수 있다. 다만, 첨가제 및 슬러지의 용해성이 우수해진다는 점에서, %CP는 바람직하게는 90 이하이고, 보다 바람직하게는 85 이하이다.
(A) 성분의 %CA는 특별한 제한은 없다. 다만, %CA는 열 산화 안정성 및 점도 온도 특성을 강화할 수있다는 점에서, 5 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3 이하이며, 더욱 바람직하게는 2 이하, 특히 바람직하게는 1 이하이다.
(A) 성분의 %CN에 대해서는 특별히 제한은 없다. 다만, %CN은 열 산화 안정성 및 점도 온도 특성을 더 높일 수 있다는 점에서, 바람직하게는 30 이하, 보다 바람직하게는 25 이하이다. %CN의 최저값에는 특히 제한은 없다. 본 발명의 일 실시예로서, 10 미만이 될 수 있다. 첨가제 및 슬러지 용해성이 뛰어나다는 점에서 바람직하게는 10 이상이고, 보다 바람직하게는 15 이상이다.
본 명세서에서 사용된 %CA, %CP 및 %CN은, ASTM D 3238-85에 따른 방법 (n-d-M 고리 분석)으로 결정되는, 전체 탄소 수 내의 방향족 탄소 수의 백분율, 전체 탄소 수 내의 파라핀 탄소 수의 백분율, 및 전체 탄소 수의 나프텐 탄소 수의 백분율을 각각 의미한다.
(A) 성분의 포화 함량에는 특별히 제한은 없다. 다만, 포화 함량은 열/산화 안정성 및 점도 온도 특성을 더 높일 수 있다는 점에서, 바람직하게는 90중량% 이상, 더 바람직하게는 94중량% 이상, 더욱 바람직하게는 98중량% 이상, 특히 바람직하게는 99중량% 이상이다.
(A) 성분의 방향족 함량에는 특별히 제한은 없다. 다만, 방향족 함량은 열/산화 안정성 및 점도 온도 특성을 더 높일 수 있다는 점에서, 바람직하게는 10중량% 이하, 보다 바람직하게는 6질량% 이하, 더욱 바람직하게는 2질량% 이하, 특히 바람직하게는 1중량% 이하이다.
본 발명에서 사용된 포화 및 방향족의 함유량은 ASTM D 2007-93에 따라 측정된 값(단위:질량%)을 의미한다.
(A) 성분의 아닐린 점에는 특별한 제한은 없다. 다만, 저온 점도 특성과 피로 수명이 우수한 윤활유 조성물을 얻을 수 있기 때문에, 아닐린 점은 90℃ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 95℃ 이상 더욱 바람직하게는 100℃ 이상이며, 특히 바람직하게는 103℃ 이상이다. 아닐린 점의 상한에 대해서는 특별히 제한은 없다. 본 발명의 일 실시예로서, 아닐린 점은 120℃ 이상일 수 있다. 다만, 아닐린 점은 첨가제 및 슬러지의 우수한 용해성 및 밀봉 물질과의 우수한 호환성이 있다는 점에서, 바람직하게는 120℃ 이하이고, 보다 바람직하게는 115℃ 이하, 더욱 바람직하게는 110℃ 이하이다.
(A) 성분의 황 함량에 대해서는 특별한 제한은 없다. 다만, 황 함량은 바람직하게는 0.1질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.01질량% 이하인 것이 바람직하다.
(A) 성분의 질소 함량에 대해서는 특별한 제한은 없다. 다만, 더욱 우수한 열/산화 안정성을 갖는 윤활유 조성물을 얻을 수 있다는 점에서, 질소 함량은 바람직하게는 5질량ppm 이하이고, 보다 바람직하게는 3질량ppm 이하이다.
(A) 성분의 NOACK 증발 손실량에는 특별히 제한이 없다. 다만, NOACK 증발 손실량은 바람직하게는 2 내지 70질량%이고, 더욱 바람직하게는 5 내지 60질량%, 보다 바람직하게는 20 내지 50질량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 50질량% 이다. 본 발명에서 사용된 NOACK 증발 손실량은 ASTM D 5800-95에 따라 측정되는 증발 손실량을 의미한다.
(A) 성분은 1 종의 광유만을 포함하거나, 2 종 이상의 광유의 혼합물을 포함할 수 있다.
(A) 성분은 상기 특성이 있다면, 그 제조 방법에 특별한 제한은 없다. 다만, 구체적으로는 본 발명에서 사용되는 윤활유의 바람직한 예는, 다음의 기유 (1) 내지 (8)로부터 선택된 공급물 및/또는 이로부터 회수된 윤활유 분획물을 주어진 정제 공정에 의해 정제되도록 하고, 윤활유 분획물을 회수시켜 얻을 수 있는 것을 포함한다:
(1) 파라핀기 원유 및/또는 혼합기 원유를 상압 증류하여 생성된 증류유;
(2) 파라핀기 원유 및/또는 혼합기 원유로부터의 상압 증류 하층부를 감압 증류하여 생성된 전체 감압 경유(WCGO, whole vacuum gas oil);
(3) 윤활유 탈납 공정(슬랙 왁스) 및/또는 GTL(gas to liquid) 공정(Fischer-Tropsch 왁스, GTL 왁스)에 의해 얻어진 왁스;
(4) 기유 (1) 내지 (3)에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합유 및/또는 혼합유의 온건한 수소화 분해 반응 처리유(mild hydrocracked oil);
(5) 기유 (1) 내지 (4)에서 선택된 2 종 이상의 혼합유;
(6) 기유 (1), (2), (3) (4) 또는 (5)의 기유를 탈아스팔트하여 얻은 탈아스팔트유(DAO);
(7) 기유 (6)의 온건한 수소화 분해반응 처리유(MHC); 및
(8) 기유 (1) 내지 (7)에서 선택된 2 종 이상의 혼합유.
상기 언급된 정제 공정의 예는, 수소화 분해 및 수소화 피니싱(hydrofinishing)과 같은 수소화 정제; 푸르푸랄 용매 추출과 같은 용매 정제; 용매 탈납과 촉매 탈납과 같은 탈납; 산성 백토나 활성 백토와 같은 백토 정제; 및 황산 처리과 수산화나트륨 처리와 같은 화학물질(산 또는 알칼리) 처리를 포함한다. 본 발명에서, 이러한 정제 공정 중 1 종 이상의 어떠한 것도 사용될 수 있다. 2 종 이상의 정제 공정을 조합하여 사용할 때, 그 순서에는 특별히 제한이 없다. 따라서, 정제 공정은 어떠한 순서에 의해서도 수행될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 윤활 기유는, 상기 서술된 기유 (1) 내지 (8)에서 선택된 기유 또는 해당 기유에서 회수된 윤활유 분획물을 일정 처리하여 생성된, 다음의 기유 (9) 또는 (10)가 특히 바람직하다:
(9) 상기 기유 (1) 내지 (8)에서 선택된 기유 또는 상기 기유에서 회수된 윤활유 분획물을 수소화 분해하고, 결과 생성물 또는 그 생성물에서 증류를 통해 회수된 윤활유 분확물을 용매나 촉매 탈납과 같은 탈납 공정, 선택적으로는 그 후에 증류를 하여 생성된 수소화 분해된 광유; 또는
(10) 상기 기유 (1) 내지 (8)에서 선택된 기유 또는 상기 기유에서 회수된 윤활유 분획물을 수소 이성화시키고, 결과 생성물 또는 그 생성물에서 증류를 통해 회수된 윤활유 분획물을 용매나 촉매 탈납과 같은 탈납 공정, 선택적으로는 그 후에 증류를 하여 생성된 수소 이성화된 광유.
윤활유 기유 (9) 또는 (10)을 생산하면서 수행하는 탈납 처리는, 결과 윤활유 조성물의 열/산화 안정성, 저온 점도 특성 및 피로 방지 성능을 보다 증가시킬 수 있다는 점에서 촉매 탈납 공정을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
필요한 경우, 용매 정제 공정 및/또는 수소화피니싱 공정이 윤활 기유 (9) 또는 (10)의 생산에서 수행될 수 있다.
상기 언급된 수소화 분해 및 수소 이성화에 사용되는 촉매에 대해서는 특별히 제한이 없다. 다만, 분해 활성을 갖는 복합 산화물(예, 실리카-알루미나, 알루미나 보리아 또는 실리카 지르코니아) 중 어느 하나 또는 1 종 이상의 그러한 복합 산화물이 바인더에 결착되고, 지지체 및 지지체에 지지된 수소화 기능이 있는 금속(예를 들면, 주기율표 제 VIa 족 금속 및 주기율표 VIII족 금속 중 한 가지 이상)으로 사용된 수소화 분해 촉매, 또는 제올라이트(예, ZSM-5, 제올라이트 베타, 또는 SAPO-11)를 포함하는 지지체 및 주기율표 제 VIII 족 금속 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 지지체에 지지된, 수소화 기능이 있는 금속을 함유하는 수소 이성화 촉매가 바람직하다. 수소화 분해 및 수소 이성화 촉매는 적층 또는 혼합되어 함께 사용될 수 있다.
수소화 분해 및 수소 이성화를 사용할 때의 반응 조건은 특별히 제한되지 않는다. 수소 분압은 0.1 내지 20MPa, 평균 반응 온도는 150 내지 450℃, LHSV는 0.1 내지 3.0hr-1, 수소/기름 비는 50 내지 20000scf/bbl인 것이 바람직하다.
촉매 탈납은, 적절한 탈납 촉매의 존재 하에, 오일의 유동점을 낮추는데 효과적인 조건 하에서 수소화 분해 또는 수소 이성화된 오일을 수소와 반응시켜 수행된다. 촉매 탈납은 수소화 분해/수소 이성화 생성물 중의 고비점 물질의 일부를 저비점 물질로 전환시키고, 그 저비점 물질을 더 무거운 기유 분획물에서 분리하며, 기유 분획물을 증류시킴으로써 2 종 이상의 윤활유 기유를 생성할 수 있게 한다. 저비점 물질의 분리는 의도한 윤활유 기유를 얻기 전에, 또는 증류하는 동안 수행될 수 있다.
탈납 촉매는 수소화 분해/수소 이성화된 오일의 유동점을 저하시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 다만, 높은 수율로 수소화 분해/수소 이성화된 오일로부터 원하는 윤활유 기유를 얻는 수 있는 촉매가 바람직하다. 이러한 탈납 촉매의 바람직한 예는, 형상 선택적 분자체(molecular sieve)를 포함하며, 더 구체적으로 페리어라이트(ferrierite), 몰데나이트(mordenite), ZSM-5, ZSM-11, ZSM-23, ZSM-35, ZSM- 22(Theta-1 또는 TON이라고도 함), 및 실리콘-알루미노-포스페이트(SAPO)를 포함한다. 이 분자체는 촉매 금속 성분과 함께 사용하는 것이 바람직하고, 귀금속이 더욱 바람직하다. 바람직한 조합의 예는 백금과 H-몰데나이트의 복합물을 포함한다.
탈납 조건은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 온도는 200 내지 500℃, 수소 압력은 10 내지 200bar(1MPa 내지 20MPa)가 바람직하다. 플로우 스루(flow through) 반응기가 사용될 때, H2 처리 속도는 0.1 내지 10kg/l/hr이 바람직하며, LHSV는 0.1 내지 10h-1이 적당하고, 0.2 내지 2.0h-1이 더욱 바람직하다. 탈납은 수소화 분해/수소 이성화된 오일에 포함된 보통 40질량% 이하, 바람직하게는 30중량% 이하이고 초기 비등점이 350 내지 400℃ 인 물질이, 그 초기 비등점보다 낮은 비등점을 갖는 물질로 전환되도록 수행하는 것이 바람직하다.
(A) 성분과 더불어, 본 발명의 윤활유 조성물은 40℃ 동적 점도가 3 내지 25mm2/ss, 0℃ 동적 점도가 10 내지 130mm2/s인 에스테르계 기유인 (B) 성분을 함유한다.
(B) 성분의 40℃에서의 동적 점도는 3 내지 25mm2/s인 것이 필요하며, 바람직하게는 4mm2/s 이상, 보다 바람직하게는 5mm2/s 이상, 더욱 바람직하게는 6mm2/s 이상, 특히 바람직하게는 7mm2/s이상이고, 가장 바람직하게는 8mm2/s 이상이다. 그 상한은 바람직하게는 23mm2/s 이하, 보다 바람직하게는 20mm2/s 이하, 더욱 바람직하게는 15mm2/s 이하, 특히 바람직하게는 12mm2/s 이하이며, 가장 바람직하게는 10mm2/s 이하이다. (B) 성분의 40℃에서의 동적 점도가 25mm2/s보다 큰 경우, 결과 윤활유 조성물은 점도 온도 특성과 저온 점도 특성이 악화될 것이다. 한편, 40℃ 동적 점도가 3mm2/s 미만인 경우, 결과 윤활유 조성물은 윤활 부분의 유막 형성이 불충분하기 때문에 금속 피로 방지성, 내하중성에 떨어질 것이고, 윤활유 기유의 증발 손실이 클 것이다.
(B) 성분의 0℃ 동적 점도는 10 내지 130mm2/s 것이 필요하며, 바람직하게는 15mm2/s 이상, 보다 바람직하게는 20mm2/s 이상, 더욱 바람직하게는 25mm2/s 이상, 특히 바람직하게는 27mm2/s 이상이고, 가장 바람직하게는 29mm2/s 이상이다. 0℃ 동적 점도의 상한은 바람직하게는 120mm2/s 이하, 보다 바람직하게는 100mm2/s 이하, 더욱 바람직하게는 80mm2/s 이하, 특히 바람직하게는 60mm2/s 이하이며, 가장 바람직하게는 40mm2/s 이하이다. (B) 성분의 0℃ 동적 점도가 130mm2/s를 넘는 경우, 결과 윤활유 조성물은 점도 온도 특성과 저온 점도 특성이 악화될 것이다. 한편, 0℃ 동적 점도가 10mm2/s 미만인 경우, 윤활 부분의 유막 형성이 불충분하기 때문에 금속 피로 방지성, 내하중성에 떨어질 것이고, 윤활유 기유의 증발 손실이 커질 것이다.
(B) 성분의 100℃에서의 동적 점도 대해서는 특별한 제한은 없다. 다만, 그 하한은 바람직하게는 1.0mm2/s 이상, 보다 바람직하게는 1.5mm2/s 이상, 더욱 바람직하게는 2.0mm2/s 이상, 특히 바람직하게는 2.3mm2/s 이상이고, 가장 바람직하게는 2.5mm2/s 이상이다. 그 상한은 바람직하게는 10mm2/s 이하, 보다 바람직하게는 5mm2/s 이하, 더욱 바람직하게는 4mm2/s 이하, 특히 바람직하게는 3.5mm2/s 이하이고, 가장 바람직하게는 3.0mm2/s 이하이다. (B) 성분의 100℃에서의 동적 점도가 10mm2/s를 넘는 경우, 결과 윤활유 조성물은 점도 온도 특성과 저온 점도 특성이 악화될 것이다. 한편, 100℃ 동적 점도가 1.0mm2/s 미만이면, 윤활 부분의 유막 형성이 불충분하기 때문에 금속 피로 방지성, 내하중성에 떨어질 것이고, 윤활유 기유의 증발 손실이 커질 것이다.
(B) 성분의 점도 지수에 대해서는 특별한 제한은 없다. 다만, 그 하한은 100 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 120 이상, 더욱 바람직하게는 140 개 이상, 특히 바람직하게는 160 이상, 가장 바람직하게는 170 개 이상이며, 특히 가장 바람직하게는 180 이상이다. 본 발명의 일 실시예로서, 점도 지수는 220 이상일 수 있다. 다만, (A) 성분과의 용해성이 뛰어나다는 점에서, 점도 지수는 바람직하게는 220 이하, 보다 바람직하게는 210 이하, 더욱 바람직하게는 200 이하, 특히 바람직하게는 190 이하이다. 100 이상의 점도 지수인 (B) 성분을 사용하는 것은 점도 온도 특성과 저온 점도 특성이 우수한 윤활유 조성물을 얻을 수 있게 한다.
(B) 성분인 에스테르계 기유를 구성하는 알콜은 일가 또는 다가 알콜이 사용될 수 있다. 에스테르계 기유를 구성하는 산은, 일염기 또는 다염기산일 수 있다. 에스테르계 기유는 에스테르 결합이라면, 에스테르 화합물 복합체도 될 수 있다. 바람직한 것은 모노에스테르 및 디에스테르이고, 더욱 바람직하게는 모노에스테르이다.
일가 알콜은 탄소수 1 내지 24개, 바람직하게는 1 내지 12개, 보다 바람직하게는 1 내지 8개인 것일 수 있다. 그러한 알콜은 직쇄 또는 분지형일 수 있고 포화 또는 불포화일 수 있다. 탄소수 1 내지 24개를 가지는 알콜의 구체적인 예는, 메탄올, 에탄올, 직쇄형 또는 분지형의 프로판올, 직쇄형 또는 분지형의 부탄올, 직쇄형 또는 분지형의 펜탄올 , 직쇄형 또는 분지형의 헥산올, 직쇄형 또는 분지형의 헵탄올, 직쇄형 또는 분지형의 옥탄올, 직쇄형 또는 분지형의 노난올, 직쇄형 또는 분지형의 데칸올 , 직쇄형 또는 분지형의 운데칸올, 직쇄형 또는 분지형의 도데칸올, 직쇄형 또는 분지형의 트리데칸올, 직쇄형 또는 분지형의 테트라데칸올, 직쇄형 또는 분지형의 펜타데칸올, 직쇄형 또는 분지형의 헥사데칸올, 직쇄형 또는 분지형의 헵타데칸올, 직쇄형 또는 분지형의 옥타데칸올, 직쇄형 또는 분지형의 노나데칸올, 직쇄형 또는 분지형의 에이코산올, 직쇄형 또는 분지형의 헨에이코산올, 직쇄형 또는 분지형의 트리코산올, 직쇄형 또는 분지형의 테트라코산올 및 이들의 혼합물을 포함한다.
다가 알콜은 보통 2 내지 10개의 수산기, 바람직하게는 2 내지 6개의 수산기를 가진 것일 수 있다. 2 내지 10개의 수산기를 가진 다가 알콜의 구체적 예는, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜(에틸렌 글리콜의 3 내지 15량체), 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜(프로필렌 글리콜의 3 내지 15량체), 1,3-프로판디올, 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2-메틸-1,2-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,2-펜탄디올, 1,3-펜탄디올, 1,4-펜탄디올, 1,5-펜탄디올 및 네오펜틸 글리콜과 같은 2가 알콜; 글리세린, 폴리글리세린(글리세린 2 내지 8량체, 예를 들면 디글리세린, 트리글리세린 및 테트라글리세린), 트리메틸올알칸(트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄) 및 이들의 2 내지 8량체, 펜타에리스리톨 및 이들의 2 내지 4량체, 1,2,4-부탄트리올, 1,3,5-펜탄트리올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3,4-부탄테트롤, 소르비톨, 소르비탄, 소르비톨-글리세린 축합물, 아도니톨, 아라비톨, 자일리톨, 만니톨과 같은 다가 알콜; 자일로스, 아라비노스, 리보오스, 램노오스, 글루코스, 프럭토스, 갈락토스, 만노스, 소르보스, 셀로비오스, 말토오스, 이소말토오스, 트레할로오스, 및 수크로오스와 같은 단당류; 및 이들의 혼합물을 포함한다.
상기 다가 알콜 중에서도, 바람직한 실시예는, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜(에틸렌 글리콜의 3 내지 10량체), 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜(프로필렌 글리콜의 3 내지 10량체), 1,3-프로판디올, 2-메틸-1,2,-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 글리세린, 디글리세린, 트리글리세린, 트리메틸올알칸(트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄) 및 이들의 2 내지 4량체, 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨, 1,2,4-부탄트리올, 1,3,5-펜탄트리올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3,4-부탄테트롤, 소르비톨, 소르비탄, 소리비톨-글리세린 축합물, 아도니톨, 아라비톨, 자일리톨 및 만니톨과 같은 2가 내지 6가 알콜 및 이들의 혼합물을 포함한다. 더욱 바람직한 예는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 글리세린, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리스리톨, 및 소르비탄과 이들의 혼합물을 포함한다. 우수한 열/산화 안정성을 얻을 수 있다는 관점에서, 가장 바람직한 예는, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판 및 펜타에리스리톨 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 에스테르를 구성하는 산 중에서, 일염기 산의 예는 보통 2 내지 24를 갖는 지방산으로서, 직쇄 또는 분지형일 수 있고 포화 또는 불포화일 수 있다. 구체적인 예는, 아세틱 산, 프로피오닉 산, 직쇄 또는 분지형 부타노익 산, 직쇄 또는 분지형 펜타노익 산, 직쇄 또는 분지형 헥사노익 산, 직쇄 또는 분지형 헵타노익 산, 직쇄 또는 분지형 옥타노익 산, 직쇄 또는 분지형 노나노익 산, 직쇄 또는 분지형 데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 운데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 도데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 트리데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 테트라데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 펜타데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 헥사데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 헵타데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 옥타데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 노나데카노익 산, 직쇄 또는 분지형 에이코사노익 산, 직쇄 또는 분지형 헨에이코사노익 산, 직쇄 또는 분지형 도코사노익 산, 직쇄 또는 분지형 트리코사노익 산, 및 직쇄 또는 분지형 테트라코사노익 산과 같은 포화 지방산; 아크릴릭 산, 직쇄 또는 분지형 부테노익 산, 직쇄 또는 분지형 펜테노익 산, 직쇄 또는 분지형 헥세노익 산, 직쇄 또는 분지형 헵테노익 산, 직쇄 또는 분지형 옥테노익 산, 직쇄 또는 분지형 노네노익 산, 직쇄 또는 분지형 데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 운데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 도데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 트리데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 테트라데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 펜타데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 헥사데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 헵타데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 옥타데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 노나데케노익 산, 직쇄 또는 분지형 에이코세닌, 직쇄 또는 분지형 헨에이코세닌산, 직쇄 또는 분지형 도코세닌산, 직쇄 또는 분지형 트리코세닌산, 및 직쇄 또는 분지형 테트라코세닌산과 같은 불포화 지방산; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 상기 지방산 중에서, 윤활성 및 취급성을 더욱 증진시킬 수 있다는 점에서, 3 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 포화 지방산, 3 내지 22개의 탄소 원자를 갖는 불포화지방산 및 이들의 혼합물이 바람직하다. 4 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 포화 지방산, 4 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 불포화 지방산, 및 이들의 혼합물이 더욱 바람직하다. 산화 안정성 측면에서, 가장 바람직한 것은 4 내지 18개의 탄소원자를 갖는 포화 지방산이다.
다염기 산의 예는 2 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 이염기 산 및 트리멜리트산(trimellitic acid)을 포함한다. 2 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 이염기 산은, 직쇄 또는 분지형이거나 포화 또는 불포화일 수 있다. 구체적인 예는, 에탄디오익산, 프로판디오익 산, 직쇄 또는 분지형 부탄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 펜탄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 헥산디오익 산, 직쇄 또는 분지형 헵탄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 옥탄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 노난디오익 산, 직쇄 또는 분지형 데칸디오익 산, 직쇄 또는 분지형 운데칸디오익 산, 직쇄 또는 분지형 도데칸디오익 산, 직쇄 또는 분지형 트리데칸디오익 산, 직쇄 또는 분지형 테트라데칸디오익 산, 직쇄 또는 분지형 헵타데칸디오익 산, 및 직쇄 또는 분지형 헥사데칸디오익 산, 직쇄 또는 분지형 헥센디오익 산, 직쇄 또는 분지형 헵텐디오익 산, 직쇄 또는 분지형 옥텐디오익 산, 직쇄 또는 분지형 노넨디오익 산, 직쇄 또는 분지형 데켄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 운데켄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 도디켄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 트리데켄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 테트라데켄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 헵타데켄디오익 산, 직쇄 또는 분지형 헥사데켄디오익 산 및 이들의 혼합물을 포함한다.
에스테르를 형성하는 알콜과 산의 조합에는 특별한 제한은 없다. 본 발명에서 사용 가능한 에스테르의 예는 다음의 에스테르를 포함하며, 이는 단독으로, 또는 조합하여 사용될 수 있다:
(a) 일가 알콜과 일염기 산의 에스테르
(b) 다가 알콜과 일염기 산의 에스테르
(c) 일가 알콜과 다염기 산의 에스테르
(d) 다가 알콜과 다염기 산의 에스테르
(e) 일가 알콜 및 다가 알콜의 혼합물과, 다염기 산의 혼합 에스테르
(f) 다가 알콜과, 일염기 산 및 다염기 산의 혼합물의 혼합 에스테르
(g) 일가 알콜 및 다가 알콜의 혼합물과, 일염기 산 및 다염기 산의 혼합 에스테르.
상기 에스테르 중에서도, 금속 피로 방지성이 우수하기 때문에, (a) 일가 알콜과 일염기 산의 에스테르, (b) 다가 알콜과 일염기 산의 에스테르, 및 (c) 일가 알콜과 다염기 산의 에스테르가 바람직하다. 일가 알콜과 일염기 산의 에스테르 및 일가 알콜 및 이염기 산의 에스테르가 더 바람직하다.
본 발명에서 에스테르가 알콜 성분으로서 다가 알콜을 사용하면, 결과 에스테르는 히드록시기가 모두 에스테르화된 전체 에스테르 또는 히드록시기의 일부가 에스테르화되지 남아있는 잔존 부분 에스테르일 수 있다. 산성 성분으로 다 염기 산을 이용하면, 결과 유기산 에스테르는 카르복시기 모두가 에스테르화된 전체 에스테르 또는 카르복시기의 일부가 에스테르화되지 않고 남아있는 부분 에스테르일 수 있다.
본 발명에 사용되는 (B) 성분인 에스테르계 기유는 위에서 언급한 에스테르 화합물 중 1 종만, 또는 2 종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
에스테르계 기유의 점도 지수에 대해서는 특별히 제한은 없으나, 이는 170 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게 180 이상, 더욱 바람직하게는 190 이상이다. 점도 지수의 상한에 대해서도 특별히 제한은 없다. (A) 성분과 혼합될 때의 안정성 및 저장 안정성을 향상시킬 수 있다는 점에서, 그 상한은 바람직하게는 300 이하,보다 바람직하게는 250 이하, 더욱 바람직하게는 230 이하, 특히 바람직하게는 210 이하이다.
(B) 성분의 밀도에 대해서는 특별한 제한은 없다. 다만 밀도는 0.80g/cm3 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게 0.82g/cm3 이상, 더욱 바람직하게는 0.84g/cm3 이상, 보다 바람직하게는 0.85g/cm3이상, 특히 바람직하게는 0.86g/cm3 이상이고, 가장 바람직하게는 0.87g/cm3 이상이다. 그 상한에 대해서는 특별히 제한은 없다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 밀도는 1.0g/cm3 이상일 수 있다. 다만, (A) 성분과의 용해성이 뛰어나다는 점에서, 상한은 1.0g/cm3이하가 바람직하며, 더 바람직하게는 0.95g/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 0.92g/cm3 이하이며, 특히 바람직하게는 0.90g/cm3 이하이다. (B) 성분의 밀도를 0.80g/cm3 이상으로 하여 사용하는 것은 점도 온도 특성과 저온 성능 및 마모 방지 성과 피로 방지성을 높은 수준으로 양립 할 수 있게 하는 윤활유 조성물을 생성하게 한다. (B) 성분의 밀도가 0.80g/cm3 미만인 경우, 윤활 부분의 유막 형성이 불충분하기 때문에 금속 피로 방지성, 내하중성이 저하될 것이다.
(B) 성분의 산가의 상한에 특별한 제한은 없다. 다만, 그 상한이 5mgKOH 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3mgKOH 이하, 더욱 바람직하게는 2mgKOH 이하, 특히 바람직하게는 1.5mgKOH 이하, 가장 바람직하게는 1.0mgKOH 이하이다. 본 발명의 일 실시예에서, 산가는 0.2mgKOH 이하일 수 있다. 다만, 산가는 0.2mgKOH 이상이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.5mgKOH 이상이다. (B) 성분의 산가를 5mgKOH 이하로 하여 사용하는 것은 산화 안정성이 뛰어난 윤활유 조성물을 얻을 수 있게 한다.
본 발명의 윤활유 조성물의 (B) 성분의 함량은, (A) 성분과 (B) 성분의 혼합 기유를 기준으로, 80질량% 이하인 것이 필요하고, 바람직하게는 30질량% 이하, 보다 바람직하게는 20중량% 이하, 더욱 바람직하게는 15중량% 이하, 특히 바람직하게는 13중량% 이하, 가장 바람직하게는 11질량% 이하이다. 상기 함량의 하한은 0.5질량% 이상이어야 하며, 바람직하게는 1중량% 이상, 보다 바람직하게는 2질량% 이상, 더욱 바람직하게는 4질량% 이상이고, 특히 바람직하게는 7질량% 이상이다. (B) 성분의 함유량을 80중량% 이하로 포함하는 윤활유 조성물은 산화 안정성이 향상될 수 있다. 많은 함량의 (B) 성분은 결과 윤활유의 연비과 금속 피로 방지성을 향상시킬 수 있다. (B) 성분의 함량이 0.5중량% 미만인 경우, 결과 윤활유 조성물은 필요로 하는 점도 온도 특성, 저온 점도 특성 또는 피로 방지성을 얻지 못할 수 있다.
본 발명의 윤활유 조성물이 (A) 성분 및 (B) 성분을 주성분으로 함유하는 한, 통상적인 윤활유에 사용되는 광유계 기유 및/또는 합성 기유 ((A) 성분 및 (B) 성분 제외)와 함께 사용할 수 있다. 이 경우, (A) 및 (B) 성분의 총 함량은 바람직하게는 50 내지 99질량%이고, 보다 바람직하게는 70 내지 97질량%, 더욱 바람직하게는 85 내지 95질량%이다.
광유계 기유는 (A) 성분이 아닌 광유계 기유일 수 있다.
합성 기유의 구체적인 예는, 폴리부텐 및 그 수소화된 화합물; 1-옥텐 올리고머 및 1-데켄 올리고머와 같은 폴리-α-올레핀, 및 이들의 수소화된 화합물; 알킬나프탈렌 및 알킬벤젠과 같은 방향족 합성 오일; 및 이들의 혼합물을 포함한다.
광유계 기유 및/또는 합성 기유는 상기 언급된 오일에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물이 될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에서 사용되는 기유는 1 종 이상의 광유계 기유, 1 종 이상의 합성 기유 또는 1 종 이상의 광유 기유와 1 종 이상의 합성 기유와의 혼합유일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 윤활유 기유는 상기 (A) 및 (B) 성분으로 구성된 혼합 기유, 또는 상기 언급된 광유계 기유 및/또는 합성 기유를 추가로 포함하는 혼합유이다. (A) 성분 및 (B) 성분의 혼합 기유의 40℃ 동적 점도는 18mm2/s 이하일 필요가 있고, 바람직하게는 16mm2/s 이하, 더욱 바람직하게는 14mm2/s 이하, 특히 바람직하게는 12mm2/s 이하, 가장 바람직하게는 10mm2/s 이하이다. 합성 기유의 40℃ 동적 점도는 바람직하게는 3mm2/s 이상, 더 바람직하게는 5mm2/s 이상, 더욱 바람직하게는 7mm2/s 이상, 특히 바람직하게는 8mm2/s 이상이다.
기유가, 상기 언급된 광유계 기유 및/또는 합성 기유를 추가로 포함하는 (A) 및 (B) 성분의 혼합 기유인 경우에도, 40℃ 동적 점도 역시 18mm2/s 이하일 필요가 있다.
(A) 및 (B) 성분의 혼합 기유의 100℃ 동적 점도에 대해서는 특별히 제한은 없다. 다만, 100℃ 동적 점도는 3.5mm2/s 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3.2mm2/s 이하, 더욱 바람직하게는 3.0mm2/s 이하, 특히 바람직하게는 2.9mm2/s 이하, 가장 바람직하게는 2.8mm2/s 이하이다. 또한 합성 기유의 100℃ 동적 점도는 바람직하게는 1mm2/s 이상, 더 바람직하게는 2mm2/s 이상, 더욱 바람직하게는 2.3mm2/s 이상, 특히 바람직하게는 2.5mm2/s 이상이 바람직하다. 혼합 기유의 점도 지수는 바람직하게는 100 이상, 더 바람직하게는 105 이상, 더욱 바람직하게는 110 이상, 특히 바람직하게는 115 이상, 가장 바람직하게는 120 이상으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 윤활유 조성물은 (C) 성분으로 점도 지수 향상제를 함유하는 것이 바람직하다. 점도 지수 향상제의 예는, 다양한 메타크릴 산 에스테르로부터 선택된 1 종 이상의 모너머의 (공)중합체와 같은 비-분산형 점도 지수 향상제 및 질소 화합물을 추가로 포함한 모노머, 즉 극성 모노머의 공중합체와 같은 분산형 점도 지수 향상제를 포함한다. 다른 점도 지수 향상제의 구체적인 예는 비-분산형 또는 분산형 에틸렌-α- 올레핀 공중합체(α-올레핀은 프로필렌, 1-부텐 또는 1-펜텐일 수 있음) 또는 이들의 수소화된 화합물; 폴리이소부틸렌 또는 이의 수소화된 화합물; 스티렌-디엔 수소 공중합체; 스티렌-무수말레인산 에스테르 공중합체; 및 폴리알킬스티렌을 포함한다. 본 발명의 윤활유 조성물은 이러한 점도 지수 향상제 중에서 임의로 선택된 1 종 이상의 화합물을 임의의 양으로 함유할 수 있다. 다만, 윤활유 조성물의 저온 점도 특성과 피로 방지 성능을 보다 증가시킬 수 있기 때문에, 윤활유 조성물은 비-분산형 또는 분산형 폴리메타크릴레이트가 바람직하고, 특히 비-분산형 폴리메타크릴레이트가 바람직하다.
(C) 성분의 중량 평균 분자량(Mw)에는 특별한 제한은 없으나, 이는 70,000 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50,000 이하, 더욱 바람직하게는 40,000 이하, 특히 바람직하게는 30,000 이하이다. 그 하한은 특별한 제한은 없고, 점도 온도 특성 및 저온 성능이 뛰어나다는 점에서, 보통 1000 개 이상, 바람직하게는 10,000 이상, 더 바람직하게는 15,000 이상, 더 바람직하게는 20,000 이상이다. (C) 성분의 중량 평균 분자량 (Mw)이 1,000보다 작으면, 결과 윤활유 조성물은 점도 온도 특성 즉 연비성이 충분히 향상될 수 없다. (C) 성분의 중량 평균 분자량 (Mw)이 70,000을 초과할 경우, 결과 윤활유 조성물은 전단 안정성이 떨어질 것이다.
본 발명의 윤활유 조성물의 (C) 성분 함량은, 0.01 내지 20중량% 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 15질량%이며, 조성물의 점도 지수를 높이고 저온 점도 특성과 피로 방지 성능을 충분히 증가할 수 있게 된다.
필요한 경우, 본 발명의 윤활유 조성물은 우수한 점도 온도 특성과 저온 성능, 및 피로 방지성과 내하중성을 해치지 않는 범위 내에서 다양한 첨가제를 함유할 수 있다. 그러한 첨가제에는 특히 제한이 없다. 윤활유 분야에서 통상적으로 사용되는 어떤 첨가제도 배합될 수 있다. 그러한 윤활유 첨가제의 구체적인 예는, 금속계 청정제(metallic detergent), 무회분 분산제(ashless dispergent), 산화 방지제, 극압제, 마모 방지제, 마찰 조정제, 유동점 강하제, 부식 방지제, 방청제(rust inhibitor), 유화방지제, 금속 불활성제(metal deactivator), 소포제를 포함한다. 이 첨가제는 1 종 또는 2 종 이상으로 함께 사용될 수 있다.
금속계 청정제의 예에는 알칼리 금속이나 알칼라인 토금속의 일반 염, 염기성 염 및 과염기성 염일 수 있는 술포네이트, 살리실레이트 및 페네이트계 청정제를 포함한다. 하나 이상의 이러한 금속계 청정제가 배합될 수 있다.
윤활유에 사용되는 어떤 무회분 분산제도 무회분 분산제로 사용될 수 있다. 무회분 분산제의 예에는, 탄소수 40 내지 400개를 갖고 분자 중에 적어도 하나의 직쇄형 또는 분지형 알킬기 또는 알켄일기인 모노 또는 비스 숙신이미드; 탄소수 40 내지 400개를 갖고, 분자 중에 적어도 하나의 알킬기 또는 알켄일기인 벤질아민; 탄소수 40 내지 400개를 갖고, 분자 중에 적어도 하나의 알킬기 또는 알켄일기인 폴리아민; 및 이들의 보론-, 카르복시산-, 및 포스포릭 산-변형된 제품을 포함한다.
산화 방지제의 예는 페놀계 또는 아민계과 같은 무회 산화 방지제, 동(copper)계 또는 몰리브덴계과 같은 금속계 산화 방지제를 포함한다.
마찰 조정제의 예는, 지방산 에스테르, 지방족 아민 및 지방산 아미드와 같은 무회 마찰 조정제 및 몰리브데넘 디티오카바메이트 및 몰리브데넘 디티오포스페이트와 같은 금속 마찰 조정제를 포함한다.
극압제 첨가제 및 마모 방지제는 윤활유에 사용되는 어떤 것도 될 수 있다. 극압제 첨가제는, 황, 인 및 황-인 극압제 중 어느 것도 될 수 있다. 구체적인 예로는 아인산 에스테르, 티오아인산 에스테르, 디티오아인산 에스테르, 트리티오아인산 에스테르, 인산 에스테르, 티오인산 에스테르, 디티오인산 에스테르, 트리티오인산 에스테르, 아민 염, 금속 염 또는 이들의 유도체, 디티오카바메이트, 아연 디티오카바메이트, 몰리브데넘 디티오카바메이트, 디설파이드, 폴리설파이드, 황화 올레핀 및 황화 지방 및 오일을 포함한다.
유동점 강하제의 예는, 사용하는 윤활유 기유에 맞는 폴리메타크릴레이트 중합체를 포함한다.
부식 방지제의 예는, 벤조트리아졸-, 톨릴트리아졸-, 티아디아졸-, 및 이미다졸-형 화합물을 포함한다.
방청제의 예는, 석유 술포네이트, 알킬벤젠 술포네이트, 디노닐나프탈렌 술포네이트, 알켄일 숙신산 에스테르, 및 폴리히드릭 알콜 에스테르를 포함한다.
유화방지제의 예는, 폴리옥시에틸렌알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페닐 에테르, 및 폴리옥시에틸렌알킬나프틸 에테르와 같은 폴리알킬렌 글리콜계 비이온 계면활성제를 포함한다.
금속 불활성제의 예는, 이미다졸린, 피리미딘 유도체, 알킬티아디아졸, 머캅토벤조티아졸, 벤조트리아졸 및 이들의 유도체, 1,3,4-티아디아졸폴리설파이드, 1,3,4-티아디아졸-2,5-비스디알킬디티오카바메이트, 2-(알킬디티오)벤조이미다졸, 및 β-(o-카르복시벤질티오)프로피오니트릴을 포함한다.
소포제의 예는, 25℃ 동적 점도가 0.1 내지 100mm2/s 이하인 실리콘 오일, 알켄일숙신산 유도체, 폴리히드록시 지방족 알콜과 장쇄 지방산의 에스테르, 메틸살리실레이트와 o-히드록시벤질 알콜의 방향족 아민 염을 포함한다.
상기 첨가제를 본 발명의 윤활유 조성물에 함유하는 경우에는 각 첨가제의 함량은 조성물 총 질량을 기준으로 각각 0.1 내지 20중량%가 바람직하다.
본 발명의 윤활유 조성물의 40℃ 동적 점도는 4 내지 23mm2/s 인 것이 필요하다. 상한은, 바람직하게는 22mm2/ss이고, 보다 바람직하게는 21.5mm2/ss, 더욱 바람직하게는 21.0mm2/s, 특히 바람직하게는 20.5mm2/s, 가장 바람직하게는 20mm2/s이다. 하한은, 바람직하게는 5mm2/s이고, 보다 바람직하게는 15mm2/s, 더욱 바람직하게는 17mm2/s, 특히 바람직하게는 18mm2/s, 가장 바람직하게는 19mm2/s이다. 40℃ 동적 점도가 5mm2/s 이하인 경우, 조성물은 윤활 부위의 유막 보존성 및 증발성의 문제를 일으킬 것이다. 40℃ 동적 점도가 23mm2/s를 초과하는 경우, 조성물은 연비성이 떨어질 것이다.
본 발명의 윤활유 조성물의 100℃ 동적 점도 대해서는 특별한 제한은 없다. 다만, 상한값은, 바람직하게는 6.0mm2/s이고, 보다 바람직하게는 5.5mm2/s, 더욱 바람직하게는 5.3mm2/s, 특히 바람직하게는 5.2mm2/s, 가장 바람직하게는 5.1mm2/s이다. 하한값은, 바람직하게는 1.5mm2/s이고, 보다 바람직하게는 4.0mm2/s, 더욱 바람직하게는 4.5mm2/s, 특히 바람직하게는 4.8mm2/s, 가장 바람직하게는 5.0mm2/s이다. 100℃ 동적 점도가 1.5mm2/s 미만인 경우, 윤활 부위의 유막 보존성 및 증발성과 관련된 문제를 일으킬 것이다. 100℃ 동적 점도가 6.0mm2/s를 초과하는 경우, 연비성이 떨어질 것이다.
본 발명의 윤활유 조성물의 점도 지수에 대해서는 특별히 제한은 없으나, 이는 바람직하게는 160 이상이고, 보다 바람직하게는 180 이상, 더욱 바람직하게는 190 이상, 특히 바람직하게는 195 이상이다.
본 발명의 윤활유 조성물 -40℃ 브룩필드(BF) 점도는 바람직하게는 15000mPa / s 이하이고, 보다 바람직하게는 10000mPa / s 이하, 더욱 바람직하게는 8000mPa / s 이하, 특히 바람직하게는 6000mPa / s 이하, 가장 바람직하게는 5500mPa / s 이하이다.
여기서 말하는 브룩필드 점도는 ASTM D2983에 의해 측정되는 값이다.
본 발명의 윤활유 조성물은 우수한 마모 방지성과 피로 방지성 뿐 아니라 우수한 저온 유동성이 있는 윤활유 조성물이기 때문에, 자동 변속기 오일 및/또는 연속 가변 변속기 오일로 특히 적합하다.
본 발명의 윤활유 조성물은 상기 언급된 것 이외의 변속기 오일의 다른 성능도 우수하며, 따라서 자동차, 건설 기계 및 농업 기계의 수동 변속기 및 차동 기어용 윤활유로 적합하게 사용된다. 이와 다른 사용으로는, 윤활유 조성물은 마모 방지성, 피로 방지성 및 저온 점도 특성이 요구되는 윤활유, 예를 들면, 산업용 기어 오일; 이륜 및 사륜 차량의 자동차, 발전 및 선박의 가솔린 엔진, 디젤 엔진 및 가스 엔진의 윤활유; 터빈유; 및 압축기 오일에 적합하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 내용을 실시예 및 비교예에 의해 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
(실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3)
아래 표 1에서와 같이, 본 발명의 윤활유 조성물(실시예 1 내지 4) 및 비교예의 윤활유 조성물(비교예 1 내지 3)을 준비했다. 동적 점도, 저온 점도 특성, 피로 방지성, 및 내하중성을 각 결과 조성물을 4구 시험(four-ball test)하여 측정하였고, 그 결과 역시 표1에 병기했다.
표 1의 기유에 대한 자세한 내용은 아래와 같다:
기유 A - 1 : 광유 [100℃ 동적 점도: 2.6mm2/s, 40℃ 동적 점도: 9.5mm2/s, 점도 지수: 111, 아닐린 점: 104℃, %CP: 75, %CA: 1, 유동점: -27.5℃, S 함량: 1질량ppm 이하, N 함량: 3질량ppm 이하]
기유 A - 2 : 광유 [100℃ 동적 점도: 4.1mm2/s, 40℃ 동적 점도: 18.7mm2/s, 점도 지수: 120, 아닐린 점: 112℃, %CP: 78, %CA: 1, 유동점: -22.5℃, S 함량: 2질량ppm, N 함량: 3질량ppm 이하]
기유 A - 3 : 광유 [100℃ 동적 점도: 4.4mm2/s, 40℃ 동적 점도: 22.8mm2/s, 점도 지수: 102, 아닐린 점: 99℃, %CP: 66, %CA: 6, 유동점: -15.0℃, S 함량: 1300질량ppm, N 함량: 6질량ppm]
기유 A - 4 : 광유 [100℃ 동적 점도: 2.0mm2/s, 40℃ 동적 점도: 6.6mm2/s, 점도 지수: 93, 아닐린 점: 87℃, %CP: 61, %CA: 5.3, 유동점: -25.0℃, S 함량: 1000질량ppm, N 함량: 3질량ppm 이하]
에스테르계 기유 B - 1: 모노 에스테르 (C8 알콜과 지방산의 모노 에스테르) [밀도: 0.87g/cm3, 100℃ 동적 점도: 2.68mm2/s, 40℃ 동적 점도: 8.2mm2/s, 0℃ 동적 점도: 30.8mm2/s, 점도 지수: 182, 유동점: -40℃, 산가: 1.0mgKOH]
에스테르계 기유 B - 2 : 폴리에스테르(네오펜틸 글리콜 디에스테르) [밀도: 0.90g/cm3, 100℃ 동적 점도: 5.9mm2/s, 40℃ 동적 점도: 24.0mm2/s, 0℃ 동적 점도: 127mm2/s, 점도 지수: 206, 유동점: -30℃, 산가: 1.0mgKOH]
점도 지수 향상제 C - 1 : 중량 평균 분자량: 25,000, 비분산형 폴리메타크릴레이트
점도 지수 향상제 C - 2 : 중량 평균 분자량: 20,000, 비분산형 폴리메타크릴레이트
성능 첨가제 D - 1 : 마모 방지제, 마찰 조정제, 산화 방지제 등을 함유하는 변속기용 첨가제 패키지
(1) 저온 점도 특성
ASTM D 2983에 따라 각 윤활유 조성물의 -40℃ BF 점도를 측정했다. 본 시험에서는 조성물이 BF 점도값이 작을수록 저온 유동성이 우수하다.
(2) 피로 방지성
고온 구름 접촉 피로 시험기(high temperature rolling contact fatigue test machine)를 사용하여 다음 시험 조건에서의 각 조성물을 피팅(pitting)까지의 피로 수명을 측정했다. 비교예 1의 시험 결과를 기준으로 피팅까지의 피로 수명의 비율을 산출했다. 본 시험에서는, 피로 수명 비율(L50 비율과 L10 비율)이 높을수록 피로 방지 성능이 뛰어나다는 것을 의미한다.
스러스트 니들 베어링(thrust needle bearing)(면압: 1.9GPa, 회전속도: 1410rpm, 오일 온도: 120℃)
(3) 고속 4구 내하중성
ASTM D 2596에 따라 고속 4구 시험기를 이용하여 1800rpm 회전 속도에서 각 조성물의 LNSL(last non seizure load)을 측정했다. 본 시험에서는 LNSL이 클수록 내하중성이 뛰어난 것을 의미한다.
(4) 산화 안정성
JIS K 2514 4(내연 기관 엔진 오일용 산화 안정도 시험법)에 따라, 각 조성물의 산가 증가 및 펜탄 불용성 물질 함량을 측정했다.
표 1의 결과에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 윤활유 조성물이 점도 온도 특성, 저온 점도 특성, 피로 방지성 및 내하중성이 뛰어나다는 것을 확인할 수 있다.
한편, (B) 성분을 포함하지 않고, 40℃ 동적 점도가 청구 범위를 벗어나는 비교예 1의 조성물은 점도 온도 특성, 저온 점도 특성 및 피로 방지성이 떨어진다. 마찬가지로 (B) 성분을 포함하지 않는 비교예 2의 조성물도 피로 방지성과 내하중성이 떨어지고, 저온 점도 특성도 부족하다. (A) 성분을 포함하지 않는 비교예 3의 조성물은 피로 방지성, 내하중성 및 저온 점도 특성에 떨어진다.
표 1
Figure pct00001

Claims (5)

  1. 윤활유 조성물로서:
    (A) 40℃ 동적 점도가 5 내지 15mm2/s이고, 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물로 이루어진, 광유계 기유; 및
    (B) 40℃ 동적 점도가 3 내지 25mm2/s이고, 0℃ 동적 점도가 10 내지 130mm2/s이며, 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물로 이루어진, 에스테르계 기유
    를 함유하고, (A) 및 (B)의 혼합 기유의 40℃ 동적 점도가 18mm2/s 이하이며, 에스테르계 기유의 배합비가 0.58 내지 80질량%이고, 조성물의 40℃ 동적 점도가 4 내지 23mm2/s인, 윤활유 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에스테르계 기유 (B)가 모노에스테르인, 윤활유 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에스테르계 기유 (B)의 점도 지수가 170 이상인, 윤활유 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, (C) 중량 평균 분자량이 70,000 이하인 폴리메타크릴레이트 점도 지수 향상제를 포함하는, 윤활유 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항의 윤활유 조성물 중 어느 하나를 포함하는 변속기 오일.
KR1020107024238A 2008-04-07 2009-03-30 윤활유 조성물 KR101540830B1 (ko)

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