KR20130017457A - 연비향상 저점도 자동변속기오일 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온 저점도 자동변속기유의 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 포화탄화수소 함량이 90% 이상이고, 황 함량이 0.03% 미만인100℃ 동점도가 3.0-3.5 cSt인 윤활기유 55-65 중량%, 100℃ 동점도가 4.0-4.5 cSt인 기유 18-23 중량%, 점도지수향상제 2-12 중량% 및 첨가제 10-20 중량%를 포함하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물이며, 저온 점도가 낮아 저온 유동성이 향상되어 연비를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 자동변속기유를 사용하면 자동변속기의 내구성을 보호하는데 그 효과가 크다.

Description

연비향상 저점도 자동변속기오일 조성물{Low Viscosity Automatic Transmission Oil Composition Enhanced Fuel Efficiency}
본 발명은 저온 저점도에 의해 연비가 향상된 자동변속기유의 조성물에 관한 것이다.
최근 고유가 및 지구온난화에 따른 기상이변 등으로 자동차의 연비를 향상시키기 위한 많은 노력들이 이루어지고 있으며, 자동변속기에도 이러한 연비향상에 기여하기 위해 많은 기술들이 적용되고 있다. 이러한 기술 중에 최근 등장하는 것이 저점도형 자동변속기용 윤활유의 적용으로, ZF사에서는 저점도형 자동변속기용 윤활유를 6속 자동변속기에 적용하여 이 윤활유 만으로 약 1.1%의 연비향상을 이루었다는 보고도 있다(SAE Paper 2003-01-0596). 자동변속기는 다양한 습식 마찰재, 토크컨버터, 오일 펌프, 유성기어 등으로 구성되어 윤활유의 점도에 따른 유체 저항이 있어 점도를 낮추게 되면, 이러한 유체 저항이 줄어들어 연비 향상에 기여하게 된다.
그러나 이러한 저점도형 자동변속기용 윤활유 제조시 윤활기유의 점도를 낮추어 설계할 경우, 잘못하면 사용 중 점도저하에 의해, 각종 부품의 조기 피로 마모를 초래하여 자동변속기 내부 부품의 조기 고장을 유발할 수 있다고 알려져 있고, 클러치에서의 마찰재의 마찰 특성을 나쁘게 하여 조기 고장을 일으킬 수 있다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 노력한 결과, 연비향상을 위해 저온점도가 낮으면서도 이에 따른 피로 수명 저하를 방지하기 위해 40℃ 동점도가 20-24 cSt 이고, 점도지수가 170-230이며, 포화탄화수소 함량이 90% 이상이고, 황 함량이 0.03% 미만인 고급 윤활기유를 포함하고 수평균 분자량이 100,000-200,000의 폴리알킬메타크릴레이트 점도조정제를 함유한 자동변속기유 조성물을 개발하였다.
따라서 본 발명의 목적은, 고온에서 점도가 높아 자동변속기에서 요구하는 양호한 내구성을 가지면서, 저온에서 점도는 낮아 저온유동성이 향상되어 연비를 향상시킬 수 있는 자동변속기유 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 일양태에 따르면, 본 발명은 포화탄화수소 함량이 90% 이상이고, 황 함량이 0.03% 미만인100℃ 동점도가 3.0-3.5 cSt인 윤활기유 55-65 중량%, 100℃ 동점도가 4.0-4.5 cSt인 기유 18-23 중량%, 점도지수향상제 2-12 중량% 및 첨가제 10-20 중량%를 포함하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물을 제공한다.
보다 바람직하게는 윤활기유 59-64 중량%, 100℃ 동점도가 4.0-4.5 cSt인 기유 18-23 중량%, 점도지수향상제 3-10 중량% 및 첨가제 13-17 중량%를 포함하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물이다. 더욱 바람직하게는 상기 점도지수향상제는 폴리알킬메타아크릴레이트이며, 상기 폴리알킬메타아크릴레이트의 수평균 분자량은 80,000-250,000이고, 가장 바람직하게는 100,000-200,000이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 상기 폴리알킬메타크릴레이트는 C12-C15의 알킬메타크릴레이트 60-80 중량% 및 2-에틸헥실메타크릴레이트 20-40중량%를 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 폴리알킬메타크릴레이트는 100℃ 동점도가 1500 cST 이상이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 윤활 기유 중 100℃에서 평균 동점도 3.0-3.5 cSt인 윤활기유는 점도지수가 110 이상이고, 유동점이 -20℃ 이하인 것을 특징으로 하고 100℃에서 평균 동점도가 4.0-4.5 cSt인 윤활기유는 점도지수가 120이상이고, 유동점이 -10℃ 이하인 것을 특징으로 하는 자동변속기유 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 폴리알킬메타크릴레이트는 수평균 분자량이 80,000 - 250,000이고, 상기 폴리알킬메타크릴레이트는 C12-C15의 알킬메타크릴레이트 60-80 중량% 및 2-에틸헥실메타크릴레이트 20-40중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동변속기유 조성물을 제공한다. 보다 바람직하게는 상기 폴리알킬메타크릴레이트의 수평균 분자량은 100,000-200,000이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 첨가제는 무회 분산제, 산화 방지제, 인계 내마모제 또는 마찰 조정제를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 포함하는 것을 특징으로 하는 자동변속기유 조성물을 제공한다.
보다 바람직하게는 상기 무회 분산제는 분자량이 80-120인 폴리아이소뷰테닐이 치환된 호박산 무수물을 폴리아민과 반응시켜 제조한 것이고; 상기 산화 방지제는 알킬화된 다이페닐아민이며; 상기 인계 내마모제는 유기 포스파이트 또는 아인산의 아민염이고; 상기 마찰 조정제는 지방산 아마이드, 지방 에폭사이드, 지방 아민, 붕화된 글라이세롤 에스터, 알콕실화된 지방 아민, 붕화된 알콕실화 아민, 지방 이미다졸린, 카복실산 또는 무수물과 폴리아민의 축합 생성물인 것을 특징으로 하는 자동변속기유 조성물이다.
본원 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다.
(i) 본 발명의 자동변속기유 조성물은 저온에서 점도가 낮으며, 고온에서는 점도가 높은 특성을 가지고 있다.
(ii) 본 발명의 자동변속기유 조성물은 저온 점도가 낮아 저온 유동성이 향상되어 연비를 향상시킬 수 있으며, 고온에서는 점도가 높아 자동변속기의 내부 부품의 조기 마모를 방지하여 내구성을 높일 수 있는 특징을 가진다.
이하 본 발명을 더욱 자세하게 설명하겠다.
베이스오일(Base Oil)로 포화탄화수소 함량이 90% 이상이며, 황함량이 0.03% 미만인 고급 윤활기유를 사용하고, 여기에 점도지수향상제로 수평균 분자량이 100,000-200,000의 폴리알킬메타크릴레이트가 특정 함량으로 함유되어, 저온에서의 유동저항을 저감해 저온 변속성을 향상시킬 수 있는 자동변속기유 조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 조성물질 각각에 대하여 더욱 상세하게 설명을 하겠다.
우선 본 발명의 조성물질 중 하나인 기유는 100℃의 평균 동점도가 3-8 cSt 이고 점도지수가 110 이상이며 유동점이 -20℃ 이하인 기유를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 기유의 100℃ 동점도가 3 cSt 이하이면 고온 조건하에서 증발량이 과대하여 오일 사용량을 증대시키는 문제가 있고, 8 cSt 초과시 저온에서의 점도 증가가 심해 저온에서 변속성 저하와 연비가 나빠지는 문제점이 발생하는바, 상기 범위의 동점도를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이의 사용량은 자동변속기유 조성물 전체 중량에 대하여 78 - 82 중량% 가 좋다.
점도의 크기는 온도의 변화에 따라서 달라지며, 점도는 온도가 높으면 낮아지고 온도가 낮으면 높아진다. 점도지수는 이 변화의 정도를 나타낸다. 즉, 윤활유는 점도지수가 클수록 온도에 의한 점도 변화가 적은 것을 의미한다.
본 발명의 조성물질 중 하나인 점도지수향상제는 자동변속기유의 점도를 높이고, 저온에서의 점도 상승을 억제하는 역할을 하여 점도지수를 높일 수 있는 역할을 한다. 상기 점도지수향상제의 대표적인 물질로 폴리알킬메타크릴레이트는 최소한 4개, 더욱 바람직하게는 4-10개의 고분자 사슬을 갖고, 그 고분자 사슬은 C12-C15 알킬메타크릴레이트 60-80 중량%를 포함하고 2-에틸헥실메타크릴레이트를 20-40중량% 포함하는 것이 바람직하다. 이 폴리알킬메타크릴레이트는 100℃ 동점도가 1500 cSt 이상인 것이 바람직하며, 사용량은 3-10 중량% 가 적당한데, 3 중량% 미만이면 상온 및 고온에서 적절히 점도를 높이지 못하며 저온에서 과도한 점도상승을 유발하고, 10 중량%를 초과하면 고온 및 저온에서의 점도가 같이 높아지고, 내구 진행 시 전단에 의한 점도 저하를 유발하여 내구성이 떨어지는 문제가 발생한다.
또한 상기 자동변속기오일 조성물에 일반적으로 첨가되는 첨가제가 첨가될 수 있다. 첨가제는 전체 자동변속기 오일 조성물에 대하여 13-17 중량% 첨가하는 것이 바람직하며. 첨가제는 구체적으로 무회 분산제, 산화 방지제, 인계 내마모제, 마찰 조정제를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
무회 분산제는 분자량이 80-120, 보다 바람직하게는 약 100의 폴리아이소뷰테닐이 치환된 호박산 무수물을 폴리아민과 반응시킴으로써 제조시키고, 산화방지제는 알킬화된 다이페닐아민이 바람직하다. 인계 내마모제는 아인산의 유기 에스터, 즉 유기-포스파이트 또는 아인산의 아민염인 것이 바람직하고, 마찰 조정제 지방산 아마이드, 지방 에폭사이드, 지방 아민, 붕화된 글라이세롤 에스터, 알콕실화된 지방 아민, 붕화된 알콕실화 아민, 지방 이미다졸린, 카복실산 또는 무수물과 폴리아민의 축합 생성물인 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠다. 그러나 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-2 및 비교예 1-4 : 자동변속기유 조성물의 제조
하기 표 1과 같은 조성을 60-80℃ 조건하에서 교반 혼합하여 자동변속기유 조성물을 제조하였다.
구분(단위: 중량%) 실시예 비교예
1 2 1 2 3 4
기유1 ) 63.5 35 66.4
기유2 ) 18 47 13.6
기유3 ) 59 80.8 65
기유4 ) 22.2 16.7
점도지수 향상제5 ) 3.5 3.5 3 5 4.2 3.3
첨가제 무회 분산제 8 8 8 8 8 8
산화 방지제 3 3 3 3 3 3
인계 내마모제 1 1 1 1 1 1
마찰 조정제 3 3 3 3 3 3
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100 100.0
1) SK Lubricants 사 Yubase 3 (100℃동점도:3.1cSt, 점도지수:112, 유동점: -24℃)
2) SK Lubricants 사 Yubase 4 (100℃동점도:4.2cSt, 점도지수:122, 유동점: -15℃)
3) S-Oil 사 Ultra S-3 (100℃동점도:3.3cSt, 점도지수:117, 유동점: -25℃)
4) S-Oil 사 Ultra S-4 (100℃동점도:4.2cSt, 점도지수:128, 유동점: -20℃)
5) Rohmax제 폴리메타아크릴레이트계 (수평균 분자량 약 200,000)
시험예 : 점도(동점도, -40℃ 저온점도 ), 전단안정성 확인
상기 실시예 1-2 및 비교예 1-4 에서 제조한 자동변속기유 조성물을 사용하여 동점도는 ASTM D 445, 저온점도는 ASTM D 2983 에 따라 시험하였다.
전단안정성 시험은 CEC L-45-A99(Viscosity Shear Stability of Transmission Lubricants(Taper Roller Bearing))에 따라 40시간 시험하여 100℃ 동점도를 측정하여 점도 저하 변화를 비율로 표시하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 1 2 3 4
동점도(cSt) 40℃ 23.5 23.6 25.7 22.5 22.2 22.7
100℃ 5.4 5.4 5.5 5.3 5.3 5.3
점도지수 174 174 162 182 203 189
저온점도(-40℃, cP) 7300 7000 9200 6900 6800 6900
전단안정성 (%) 9 9 6 15 14 12
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1은 전단안정성은 10% 미만으로 내구성은 양호하나 저온점도가 높아 연비향상 측면에서 불리하였다. 비교예 2-4 는 40℃ 동점도가 낮아 연비향상 효과가 예상되나 전단안정성이 10% 이상으로 내구성이 불리하여 전단안정성 측면에서 실시예 1-2에 비해 열세였다. 실시예 1-2는 100℃ 동점도가 내마모성에서 양호한 수준을 나타내는 점도(5.4 cSt이상)이고 전단안정성이 10% 이하로 변속기의 내구성을 만족하며 40℃ 점도가 23-24 cSt 이고, 저온점도(-40℃)가 7500 cP 이하로 낮아 저온유동성이 향상되어 연비를 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일뿐, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 포화탄화수소 함량이 90% 이상이고, 황 함량이 0.03% 미만인100℃ 동점도가 3.0-3.5 cSt인 윤활기유 55-65 중량%,
    100℃ 동점도가 4.0-4.5 cSt인 기유 18-23 중량%,
    점도지수향상제 2-12 중량%, 및
    첨가제 10-20 중량%
    를 포함하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 윤활 기유 중 100℃ 동점도가 3.0-3.5 cSt인 윤활기유는 점도지수가 110 이상이고, 유동점이 -20℃ 이하인 것을 특징으로 하고 100℃ 동점도가 4.0-4.5 cSt인 기유는 점도지수가 120이상이고, 유동점이 -10℃ 이하인 것을 특징으로 하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 점도지수향상제는 수평균 분자량이 80,000 - 250,000인 것을 특징으로 하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물.
  4. 청구항 1또는 청구항 3에 있어서, 상기 점도 점도지수향상제는 폴리알킬메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 폴리알킬메타크릴레이트는 C12-C15의 알킬메타크릴레이트 60-80 중량% 및 2-에틸헥실메타크릴레이트 20-40중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 폴리알킬메타크릴레이트는 100℃ 동점도가 1500 cST 이상인 것을 특징으로 하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 첨가제는 무회 분산제, 산화 방지제, 인계 내마모제 또는 마찰 조정제를 1종 또는 2종 이상 혼합하여 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 무회 분산제는 분자량이 80-120인 폴리아이소뷰테닐이 치환된 호박산 무수물을 폴리아민과 반응시켜 제조한 것이고; 상기 산화 방지제는 알킬화된 다이페닐아민이며; 상기 인계 내마모제는 유기 포스파이트 또는 아인산의 아민염이고; 및 상기 마찰 조정제는 지방산 아마이드, 지방 에폭사이드, 지방 아민, 붕화된 글라이세롤 에스터, 알콕실화된 지방 아민, 붕화된 알콕실화 아민, 지방 이미다졸린, 카복실산 또는 무수물과 폴리아민의 축합 생성물인 것을 특징으로 하는 저온 저점도 자동변속기유 조성물.
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