KR20120125358A - 윤활유 조성물 - Google Patents

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히로시 후지타
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이데미쓰 고산 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 윤활유 조성물이며, (A) 황분이 조성물 전량 기준으로 0.03 질량％ 이하이고, 100 ℃에서의 동점도가 0.5 mm2/s 이상 1.5 mm2/s 이하인 윤활유용 기유를 조성물 전량 기준으로 5 질량％ 이상 70 질량％ 이하, 및 (B) 100 ℃에서의 동점도가 150 mm2/s 이상인 폴리-α-올레핀을 조성물 전량 기준으로 15 질량％ 이상 30 질량％ 이하를 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물에 관한 것이다.

Description

윤활유 조성물{LUBRICATING OIL COMPOSITION}
본 발명은 윤활유 조성물에 관한 것이다.
최근, 지구 규모의 이산화탄소 배출량 문제와 세계적인 에너지 수요의 증대를 배경으로 하여, 자동차의 연비 절감화에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다. 그 중에서, 자동차의 부품인 변속기에도 종래보다 더욱 연비 절감화에 대한 기여가 요구되고 있다.
예를 들면, 변속기의 연비 절감화 수단 중 하나로서 윤활유의 저점도화를 들 수 있지만, 저점도화된 윤활유는 고온에서의 오일막 유지성이 저하되어, 소부(燒付)의 발생이나 피로 수명의 저하 등의 문제가 발생하는 경우가 있었다.
특허문헌 1에는, 변속 특성을 장기간 유지할 수 있는 윤활유 조성물로서, 각종 첨가제를 배합하여 최적화한 것이 보고되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 발명은 연비 절감화를 목적으로 한 것이 아니기 때문에, 동점도가 높고, 저점도화했을 때의 피로 수명은 검토되어 있지 않다.
한편, 점도 지수에 대해서는 현재 150 내지 250 정도인 것이 시장에서 사용되고 있지만, 한층 더 연비 절감화를 목표로 하기 위해서는, 고온측의 점도는 유지하면서 저온 시동성의 관점에서 저온측의 점도를 저하시키는, 소위 고점도 지수화가 요구된다.
예를 들면, 특허문헌 2에 개시된 윤활유 조성물은 점도 지수 향상제로서 폴리메타크릴레이트(PMA)를 사용하여 점도 지수를 향상시키고 있다. 또한, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에 개시된 윤활유 조성물은 고점도 합성유(폴리-α-올레핀: PAO)를 사용하여 점도 특성을 향상시키고, 피로 수명의 향상에 유효한 올레핀 공중합체(OCP)를 배합하고 있다.
일본 특허 공개 제2001-262176호 공보 일본 특허 공개 제2006-117852호 공보 일본 특허 공개 제2008-208220호 공보 일본 특허 공개 제2008-208221호 공보
그러나, 고온시의 점도를 높이기 위해서는 점도 지수 향상제의 배합이 유효하지만, 전단시의 점도 저하가 크고(전단 안정성의 저하), 오일막 형성능의 저하에 따른 마모나 피로의 문제가 염려된다. 또한 피로 수명의 개선과 고점도 지수화는 상반 관계에 있어, 특허문헌 2에서는 점도 지수는 향상되었지만 오일막 유지성이 열화된다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 3 및 4에서는 OCP의 배합에 의해 PAO가 갖는 점도 지수 이상의 점도 지수는 얻어지지 않아, 고점도 지수화가 검토되어 있지 않다. 즉, 충분한 피로 수명을 가지면서 점도 지수를 향상시키는 기술은 실현되어 있지 않으며, 검토도 되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 필요한 전단 안정성을 유지한 윤활유 조성물이며, 저온 점도 특성이 우수하고, 연비 절감성이 높고, 피로 수명을 유지할 수 있는 윤활유 조성물을 제공하는 것에 있다.
본 발명자는 이러한 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 이하와 같이 특정한 기유 및 첨가제를 조합함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 이하와 같은 윤활유 조성물을 제공하는 것이다.
(1) 윤활유 조성물이며, (A) 황분이 0.03 질량％ 이하이고, 100 ℃에서의 동점도가 0.5 mm2/s 이상 1.5 mm2/s 이하인 윤활유용 기유를 조성물 전량 기준으로 5 질량％ 이상 70 질량％ 이하, 및 (B) 100 ℃에서의 동점도가 150 mm2/s 이상인 폴리-α-올레핀을 조성물 전량 기준으로 15 질량％ 이상 30 질량％ 이하 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
(2) 상술한 윤활유 조성물이며, 100 ℃에서의 동점도가 0.5 mm2/s 이상 4 mm2/s 이하인 실리콘유를 더 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
(3) 상술한 윤활유 조성물이며, 질량 평균 분자량(Mw)이 100000 이상인 폴리메타크릴레이트를 더 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
(4) 상술한 윤활유 조성물이며, 100 ℃에서의 동점도가 1.5 mm2/s 이상 2.5 mm2/s 이하인 폴리-α-올레핀을 더 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
(5) 상술한 윤활유 조성물이며, 상기 (A) 성분의 100 ℃에서의 동점도가 0.7 mm2/s 이상 1.3 mm2/s 이하이고, 상기 (B) 성분 100 ℃에서의 동점도가 150 mm2/s 이상 400 mm2/s 이하이고, 질량 평균 분자량이 300000 이상인 폴리메타크릴레이트를 조성물 전량 기준으로 0.1 질량％ 이상 5.0 질량％ 이하, 및 100 ℃에서의 동점도가 1.7 mm2/s 이상 2.1 mm2/s 이하인 폴리-α-올레핀을 조성물 전량 기준으로 0.1 질량％ 이상 60 질량％ 이하 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
(6) 상술한 윤활유 조성물이며, 변속기용으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
본 발명에 따르면, 전단 안정성을 종래와 같은 수준으로 유지하며, 저온 점도 특성이 우수한 윤활유 조성물을 제공할 수 있다. 또한, 본 윤활유 조성물을 변속기용 윤활유 등으로서 사용했을 때에는 연비 절감성이 높고, 피로 수명을 유지할 수 있다.
본 발명의 윤활유 조성물은, 상술한 각 성분을 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 이하, 상세히 설명한다.
〔(A) 성분〕
본 발명의 윤활유 조성물은 (A) 성분으로서, 황분이 0.03 질량％ 이하이고, 100 ℃에서의 동점도가 0.5 mm2/s 이상 1.5 mm2/s 이하, 보다 바람직하게는 0.7 mm2/s 이상 1.3 mm2/s 이하인 윤활유용 기유를 조성물 전량 기준으로 5 질량％ 이상 70 질량％ 이하 배합하여 이루어진다.
(A) 성분 중의 황분이 0.03 질량％를 초과하면, 산화 안정성이 악화된다.
100 ℃에서의 동점도가 0.5 mm2/s보다 작으면 증발성이 대폭 높아져, 윤활유 소비량이 많아질 우려가 있다. 또한, 100 ℃에서의 동점도가 1.5 mm2/s보다 커지면 점도 지수가 저하된다.
또한, 배합량은 5 질량％보다 적으면 점도 지수가 저하되고, 70 질량％보다 많아지면 윤활유 조성물의 점도가 저하되어, 변속기용으로서 사용했을 때에 기계 부품의 마모가 증대될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
(A) 성분으로 사용되는 기유로서는 광유 및 합성유를 모두 사용할 수 있지만, 광유가 보다 저점도의 기재를 사용할 수 있기 때문에 바람직하다.
광유로서는, 일반적으로 변속기용 윤활유의 기유로서 사용되는 것이면 되고 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 얻어진 윤활유 증류분을 용제 탈력(solvent deasphalting), 용제 추출, 수소화 분해, 용제 탈랍, 접촉 탈랍, 수소화 정제, 황산 세정 또는 백토 처리 등의 정제 처리를 적절하게 조합하여 정제한 파라핀계, 나프텐계 등을 바람직하게 사용할 수 있다.
(A) 성분으로서는, 광유 및 합성유 중 100 ℃에서의 동점도가 상술한 범위 내인 것을 단독으로 사용할 수도 있고, 이들 중으로부터 선택되는 2종 이상을 임의의 비율로 혼합하여 사용할 수도 있다.
〔(B) 성분〕
본 발명의 윤활유 조성물은 (B) 성분으로서, 100 ℃에서의 동점도가 150 mm2/s 이상, 보다 바람직하게는 150 mm2/s 이상 400 mm2/s 이하인 폴리-α-올레핀을 조성물 전량 기준으로 15 질량％ 이상 30 질량％ 이하 배합하여 이루어진다.
100 ℃에서의 동점도가 150 mm2/s를 하회하면 점도 지수가 저하되어, 변속기용으로서 사용했을 때 기계 부품의 마모가 증대될 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.
배합량은, 15 질량％보다 적은 경우 완성유의 점도가 저하되어, 변속기용으로서 사용했을 때 기계 부품의 마모가 증대될 우려가 있어 바람직하지 않다. 또한, 배합량이 30 질량％보다 많으면 점도가 상승하여, 마찰 손실이 증대된다는 문제점이 발생하는 경우가 있다.
본 발명의 윤활유 조성물은 상술한 (A) 성분과 (B) 성분을 배합하여 이루어짐으로써, 전단 안정성을 종래와 같은 수준으로 유지하면서도 저온 점도 특성이 우수한 윤활유 조성물을 제공할 수 있다.
〔기타 성분〕
본 발명의 윤활유 조성물은, 상술한 (A) 성분과 (B) 성분에 이하의 성분을 더 배합함으로써 그의 저온 점도 특성을 보다 우수한 것으로 할 수 있다.
실리콘유를 배합하는 경우에는, 100 ℃에서의 동점도가 0.5 mm2/s 이상 4 mm2/s 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 100 ℃에서의 동점도가 0.5 mm2/s보다 작은 경우에는 윤활유 조성물의 인화점을 대폭 저하시킬 우려가 있으며, 4 mm2/s보다 큰 경우에는 점도 지수가 저하될 가능성이 있어 바람직하지 않다.
이 실리콘유의 바람직한 배합량은 조성물 전량 기준으로 5 질량％ 이상 50 질량％ 이하이다. 종래, 실리콘유는 점도 지수가 높지만 용해성에 문제가 있었다. 본 발명의 윤활유 조성물에 있어서는 각 성분을 상술한 배합량으로 배합함으로써, 용해성에 문제를 발생시키지 않고 점도 지수의 향상이 가능하다. 단 50 질량％보다 많으면 용해성이 저하되어, 실리콘유가 분리 또는 침전될 우려가 있다.
또한, 본 발명의 윤활유 조성물에는 질량 평균 분자량이 100000 이상인 폴리메타크릴레이트를 더 배합하는 것이 바람직하다. 폴리메타크릴레이트는 점도 지수 향상의 목적으로 배합되지만, 질량 평균 분자량이 100000보다 작으면 점도 지수 향상능이 부족해질 가능성이 있다. 이 폴리메타크릴레이트의 바람직한 배합량은 조성물 전량 기준으로 0.1 질량％ 이상 5.0 질량％ 이하이다. 0.1 질량％보다 적은 경우 점도 지수 향상능이 부족하고, 5.0 질량％보다 많으면 윤활유 조성물의 전단 안정성이 저하될 가능성이 있다.
본 발명의 윤활유 조성물에는, 100 ℃에서의 동점도가 1.5 mm2/s 이상 2.5 mm2/s 이하, 보다 바람직하게는 1.7 mm2/s 이상 2.1 mm2/s 이하인 폴리-α-올레핀을 더 배합하는 것이 바람직하다.
100 ℃에서의 동점도가 1.5 mm2/s보다 작으면 증발성이 높아진다는 문제점이 발생하는 경우가 있고, 2.5 mm2/s보다 크면 윤활유 조성물의 점도가 높아져 마찰 손실이 증대될 우려가 있다.
이 PAO의 배합량은 조성물 전량 기준으로 0.1 질량％ 이상 60 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 특히 60 질량％보다 많이 배합한 경우에는 윤활유 조성물의 점도 지수가 저하될 우려가 있다.
〔기타 첨가제〕
본 발명의 윤활유 조성물에는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 필요에 따라 기타 첨가제, 예를 들면 청정제, 무회계 분산제, 마모 방지제, 마찰 조정제, 방청제, 금속 불활성화제, 소포제 및 산화 방지제, 착색제 등을 더 배합할 수도 있다.
청정제로서는, 중성 금속 술포네이트, 중성 금속 페네이트, 중성 금속 살리실레이트, 중성 금속 포스포네이트, 염기성 술포네이트, 염기성 페네이트, 염기성 살리실레이트, 과염기성 술포네이트, 과염기성 살리실레이트, 과염기성 포스포네이트 등의 금속계 청정제를 들 수 있다. 바람직한 배합량은 조성물 전량 기준으로 0.01 질량％ 이상 10 질량％ 이하 정도이다.
무회계 분산제로서는, 예를 들면 숙신산이미드류, 붕소 함유 숙신산이미드류, 벤질아민류, 붕소 함유 벤질아민류, 숙신산에스테르류, 지방산 또는 숙신산으로 대표되는 1가 또는 2가의 카르복실산의 아미드류 등을 들 수 있다. 무회계 분산제의 바람직한 배합량은 조성물 전량 기준으로 0.1 질량％ 이상 20 질량％ 이하 정도이다.
마모 방지제로서는, 예를 들면 티오인산 금속염(Zn, Pb, Sb 등)이나 티오카르밤산 금속염(Zn 등)과 같은 황계 마모 방지제, 인산에스테르(트리크레실포스페이트)와 같은 인계 마모 방지제를 들 수 있다. 마모 방지제의 바람직한 배합량은 조성물 전량 기준으로 0.05 질량％ 이상 5 질량％ 이하 정도이다.
마찰 조정제로서는, 예를 들면 네오펜틸글리콜모노라우레이트, 트리메틸올프로판모노라우레이트, 글리세린모노올레에이트(올레산모노글리세라이드) 등의 다가 알코올 부분 에스테르 등을 들 수 있다. 마찰 조정제의 바람직한 배합량은 조성물 기준으로 0.05 질량％ 이상 4 질량％ 이하 정도이다.
방청제로서는, 예를 들면 지방산, 알케닐숙신산 하프에스테르, 지방산 비누, 알킬술폰산염, 다가 알코올 지방산 에스테르, 지방산 아미드, 산화 파라핀, 알킬폴리옥시에틸렌에테르 등을 들 수 있다. 방청제의 바람직한 배합량은 조성물 전량 기준으로 0.01 질량％ 이상 3 질량％ 이하 정도이다.
금속 불활성화제로서는, 예를 들면 벤조트리아졸, 벤조트리아졸 유도체, 트리아졸, 트리아졸 유도체, 이미다졸, 이미다졸 유도체, 티아디아졸 등을 들 수 있는데, 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용된다. 금속 불활성화제의 바람직한 배합량은 조성물 전량 기준으로 0.01 질량％ 이상 5 질량％ 이하 정도이다.
소포제로서는, 예를 들면 실리콘계 화합물, 에스테르계 화합물 등이 단독 또는 2종 이상 조합되어 사용된다. 소포제의 바람직한 배합량은 조성물 전량 기준으로 0.05 질량％ 이상 5 질량％ 이하 정도이다.
산화 방지제로서는 힌더드페놀계나 아민계인 것, 또는 알킬디티오인산아연(ZnDTP) 등이 바람직하게 사용된다. 페놀계로서는, 특히 비스페놀계나 에스테르기 함유 페놀계인 것이 바람직하다. 아민계로서는, 디알킬디페닐아민계나 나프틸아민계가 바람직하다. 산화 방지제의 바람직한 배합량은 0.05 질량％ 이상 7 질량％ 이하 정도이다.
이상의 성분을 배합하여 이루어지는 본 발명의 윤활유 조성물은 상술한 성분, 배합량 및 점도를 만족시킴으로써, 고온에서의 점도 및 전단 후의 점도를 종래와 같은 수준으로 유지하면서 저온에서의 점도를 대폭 낮출 수 있다. 따라서, 변속기용의 윤활유 조성물로서 사용한 경우에는 연비 절감성이 높고, 피로 수명을 유지할 수 있다는 효과를 발휘하며, 기계의 내구성 및 신뢰성도 손상시키지 않는다.
[실시예]
이어서, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
〔실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 5〕
표 1에 나타내는 조성으로 윤활유 조성물을 제조하고, 제조한 조성물의 100 ℃ 및 -40 ℃에서의 동점도, 전단 후 점도를 이하에 나타내는 방법으로 측정하였다.
또한, 표 1 중에 기재된 성분은 이하와 같다.
광유-1: 황분이 0.03 질량％ 이하이고, 100 ℃에서의 동점도가 1.0 mm2/s, 40 ℃에서의 동점도가 2.6 mm2/s인 광유
광유-2: 황분이 0.03 질량％ 이하이고, 100 ℃에서의 동점도가 6.5 mm2/s, 40 ℃에서의 동점도가 37 mm2/s인 광유
PAO-1: 100 ℃에서의 동점도가 300 mm2/s인 PAO
PAO-2: 100 ℃에서의 동점도가 1.8 mm2/s인 PAO
PAO-3: 100 ℃에서의 동점도가 100 mm2/s인 PAO
에스테르: 100 ℃에서의 동점도가 3.4 mm2/s인 올레산부톡시에틸에스테르
실리콘 1: 100 ℃에서의 동점도가 0.9 mm2/s인 폴리디메틸실록산
실리콘 2: 100 ℃에서의 동점도가 3.4 mm2/s인 폴리디메틸실록산
PMA-1: 질량 평균 분자량 500000의 폴리메타크릴레이트
PMA-2: 질량 평균 분자량 20000의 폴리메타크릴레이트
기타 첨가제: 청정제(Ca 술포네이트 외), 분산제(숙신산이미드 외), 극압 첨가제 및 마모 방지제(황화물, 인산 화합물, 황화인 화합물 외), 소포제, 구리 불활성화제 등.
〔점도 지수〕
JIS K2283에 준거하여 측정하였다.
〔100 ℃ 및 -40 ℃에서의 동점도〕
JIS K2283에 준거하여 측정하였다.
〔전단 전후 동점도〕
JASO M-347에 준거하여, 30 시간 시험 전후의 140 ℃에서의 동점도를 측정하였다.
Figure pct00001
〔평가 결과〕
표 1로부터, 본 발명의 실시예는 모두 100 ℃에서의 동점도 및 전단 후의 동점도를 충분히 유지하면서, -40 ℃에서의 동점도가 대폭 저하되어 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2, 3으로부터, 실리콘의 배합에 의해 -40 ℃에서의 동점도가 대폭 저하된다는 것을 알 수 있다.
또한, 점도가 상이한 광유나 PAO의 선택이나 배합량, 및 PMA의 배합량에 대해서는, 실시예 4, 5와 비교예 2 내지 5를 비교함으로써, 본원 발명의 성분 및 배합량을 만족시켜서 비로소 본원이 목적으로 하는 효과(고온에서의 동점도 및 전단 후 동점도가 유지되고, 저온에서의 동점도가 대폭 저하됨)를 발휘한다는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 3, 4로부터 폴리메타크릴레이트를 배합함으로써 점도 지수는 향상되지만, 전단 후의 점도는 저하되기 때문에 마모 방지성이나 내피로 수명의 저하가 염려된다.
본 발명은 윤활유 조성물로서 이용할 수 있으며, 특히 변속기용 윤활유로서 바람직하게 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 윤활유 조성물이며,
    (A) 황분이 0.03 질량％ 이하이고, 100 ℃에서의 동점도가 0.5 mm2/s 이상 1.5 mm2/s 이하인 윤활유용 기유(基油)를 조성물 전량 기준으로 5 질량％ 이상 70 질량％ 이하, 및
    (B) 100 ℃에서의 동점도가 150 mm2/s 이상인 폴리-α-올레핀을 조성물 전량 기준으로 15 질량％ 이상 30 질량％ 이하
    배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 100 ℃에서의 동점도가 0.5 mm2/s 이상 4 mm2/s 이하인 실리콘유를 더 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 질량 평균 분자량이 100000 이상인 폴리메타크릴레이트를 더 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 100 ℃에서의 동점도가 1.5 mm2/s 이상 2.5 mm2/s 이하인 폴리-α-올레핀을 더 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (A) 성분의 100 ℃에서의 동점도가 0.7 mm2/s 이상 1.3 mm2/s 이하이고, 상기 (B) 성분의 100 ℃에서의 동점도가 150 mm2/s 이상 400 mm2/s 이하이며,
    추가로, 질량 평균 분자량이 300000 이상인 폴리메타크릴레이트를 조성물 전량 기준으로 0.1 질량％ 이상 5.0 질량％ 이하, 및
    100 ℃에서의 동점도가 1.7 mm2/s 이상 2.1 mm2/s 이하인 폴리-α-올레핀을 조성물 전량 기준으로 0.1 질량％ 이상 60 질량％ 이하 더 배합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 변속기용으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
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