KR20140044643A - 윤활성능이 우수한 윤활제 조성물의 제조방법 - Google Patents

윤활성능이 우수한 윤활제 조성물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 윤활성능이 우수한 윤활제 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 C1-C22의 직쇄상 또는 분쇄상의 포화 알킬기를 포함하는 알코올에과량의 금속을 첨가하여 과염기화 시킨 후 미네랄 오일을 첨가함으로써 윤활유 첨가제에 적합한 윤활성능이 우수한 윤활제 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

윤활성능이 우수한 윤활제 조성물의 제조방법{Method of Preparation of Excellent Lubricous Lubricant Composition}
본 발명은 높은 TBN(Total Base Number)과 윤활성능이 우수하여 윤활유 첨가제에 사용이 가능한 윤활제 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
알킬 페놀 및 설폰산의 과염기성 칼슘 염 또는 바륨 염의 제조는 미국 특허 제 2,616,904호; 제 2,760,970호, 제 2,767,164호, 제 2,798,852호, 제 2,802,816호, 제 3,027,325호, 제 3,779,922호에 기술되어 있다. 안정화제 제형에서 과염기성 바륨 염의 용도는 최근 몇 년 동안 증가되어 왔다. 이는 주로 과염기성 바륨 염이 중성 바륨 염보다 유리한 수행력을 지닌다는 사실에 기인한다. 과염기성 바륨 염과 연관된 유리한 수행력은 낮은 플레이트 아웃(plate-out), 탁월한 색상 유지력, 우수한 장기간 열 안정성 수행력, 안정화제 성분과의 우수한 혼화성 등이다. 불행히도, 과염기성 바륨 염의 대부분은 색상이 어두운 반면, 이들 어두운 색상의 과염기성 바륨 염은 할로겐-함유 유기 중합체에 대해 효과적인 안정화제이어서, 이들의 어두운 색상은 최종 생성물의 퇴색을 가져온다. 이러한 특징은, 연한 색상의 중합체 생성물이 요구되는 경우의 적용에서 어두운 색상의 과염기성 바륨 염의 사용을 본질적으로 기피하게 된다. 미국 특허 제 4,665,117호의 교시에 따라, 알킬 페놀이 촉진제(promoter)로서 사용되는 광 착색된 알칼리 또는 알칼리 토금속 염이 제조된다. 그러나 알킬 페놀은 또한 최종 생성물의 색상의 발현을 위한 주요 원인이다, 이러한 문제는 페놀계 하이드록실 그룹의 수소를 대체하는 프로필렌 옥사이드를 사용함으로써 착색된 종의 형성을 제한함에 이해 극복된다. 프로필렌 옥사이드는 강력한 눈 자극제로서 열거되어 있으며, 프로필렌 옥사이드 증기에 장기간 노출시 눈에 영구적인 손상이 초래될 수 있다. 미국 특허 제 3,766,066호 및 제 3,766,067호는 물 및 알콜과 같은 ‘전환제(conversion agent)'의 보조로 균질화되고 탄화(carbonation)된 칼슘 과염기성 유기 산 염으로부터의 고형의 칼슘 함유 미셀 착물(calcium containing micellar complex)의 제조를 기술하고 있다. 과염기성 염으로부터 바람직한 미셀 착물을 제조하기 위해 물, 알콜 또는 알콜과 물의 혼합물의 존재하에 격렬히 교반하면서 불활성 유기 액체 희석제중의 염 용액을 균질화 단계에 적용시키는 것이 필요함을 고시하고 있다. 균질화는 “농밀화(thickening)" 또는“겔화(gelling)"현상에 의해 방해석의 x-선 회절 패턴에 상응하는 패턴에 의해 특징화된 결정성 입자를 생성함으로써 달성된다. 그러나 출발 염 용액의 x-선 회절 연구는 어떠한 결정성 탄산칼슘의 존재를 나타내지 않는다. 미국 특허 제 5,830,832호는 또한 측쇄된 옥소-산으로부터 분말 형태의 칼슘 과염기성 비누를 제조하는 것을 기술하고 있다.
윤활 오일 조성물을 위한 첨가제로서 석유 설폰산의 정상 염의 사용이 잘 알려져 있다. 2차 세계대전 중, 마호가니 또는 석유 설폰산으로부터 유래된 정상 금속 설포네이트는 내부 연소 엔진 크랭크케이스 오일에서 세제 첨가제로서 사용되었다. 칼슘 또는 바륨이 이러한 설포네이트에서 금속으로 사용되었다. 이어서, 상응하는 금속 설포네이트에 비해 금속을 두 배 더 함유하고 있는 설포네이트 산물은 향상된 세제력과 산성 오염물을 중화시키는 능력을 갖는 것으로 밝혀져서 정상 설포네이트 대신에 사용되었다. 더욱 최근에는 상응하는 정상 금속 설포네이트에 비해 세 배 내지 20배 이상까지 금속을 함유하는 완전히 유용성인 설포네이트가 개발되었다. 이들 고염기성(high based) 설포네이트는 "과염기성(overbased)", "초염기성(superbased)", "초과염기성(hyperbased)"으로 동정되어 왔다.
수년에 걸쳐서, 과염기성 설포네이트를 제조하는 수많은 방법들이 기술되어왔다. 일반적으로, 그러한 과염기성 설포네이트는 프로모터와 용매를 정상 설포네이트와 과량의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 중 어느 하나의 금속 염기와 혼합하고, 만들어지는 혼합물을 가열한다. 그 결과 만들어지는 반응 덩어리를 충분한 이산화탄소와 탄산화시켜 만들어지는 산물 내 금속 카보네이트로서 콜로이드성으로 분산된 금속 염기의 함량을 증가시킨 다음 만들어지는 물질을 여과함으로써 제조되어 왔다. 몇 가지 특정 방법들을 하기 단락에서 요약한다.
미국 특허 제 3,488,284호는 산성 기체 및 알콜 프로모터의 존재 하에 금속 염기로 유용성 설폰산을 처리함으로써 만들어지는 유용성 염기 금속 착물의 제조 공정에 대해 기술하고 있다. 이 공정은 "금속 비(metal ratios)", 즉 산물 내 총 금속 대 설폰산의 정상 염 형태에서 금속의 함량의 비가 약 7배 내지 그 이상인 유용성 금속 함유 조성물을 생산한다고 한다.
미국 특허 제3,446,736호는 메탄올 내 칼슘 카보네이트 시제를 제조하고 이 시제를 설폰산 또는 설포네이트 염과 반응시킴으로써 칼슘 설포네이트-칼슘 카보네이트 산물의 형성에 대해 기술하고 있다. 예컨대, 메탄올 내 적당한 칼슘 무기 화합물을 약 30℃ 미만의 온도에서 이산화탄소로 탄산화함으로써 제조된 칼슘 카보네이트 시제는 미네랄 오일에서 설폰산 또는 설포네이트 용액과 혼합하였다.
미국 특허 제3,496,105호는 과염기성 물질을 제조함에 있어서 과염기성될 화합물, 예컨대, 유용성 설폰산 또는 설포네이트, 실질적으로 불활성인 유기 용매, II족 금속 염기, 알콜성 또는 페놀성 프로모터, CO2, H2S, SO2, 또는 SO3와 같은 산성 물질을 모두 혼합하는 것을 기술하고 있다. 산성 물질이 반응 덩어리의 나머지와 접촉할 때의 온도는 사용된 촉진제에 달려 있다.
따라서 과염기성 설포네이트를 함유한 윤활제 조성물에 대해 다양한 연구가 꾸준히 이루어지고 있으며, 이들을 제조하는 방법 및 제품 적용시 이들의 용도에 있어 추가의 개선이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 C1-C22의 직쇄상 또는 측쇄상의 포화 알킬기를 포함하는 알코올을 알칼리 토금속 염과 반응시키고 미네랄 오일을 첨가함으로써 생분해성 및 윤활성능이 우수한 친환경적인 윤활제 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은
(a) C1-C22의 직쇄 또는 측쇄의 포화 알킬기를 포함하는 알코올을 설폰산으로 반응시켜 알킬 설폰산으로 변환시키는 단계;
(b) 상기 알킬 설폰산을 용매 하에서 알칼리 토금속의 화합물로 처리시키는 단계;
(c) 상기 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산에 이산화탄소 기체를 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 과염기성 금속 설포네이트로 전환시키는 단계; 및
(d) 상기 과염기성 금속 설포네이트에 미네랄 오일을 첨가하고 용매를 증류시켜 윤활제 조성물을 제조하는 단계;
를 포함하는 윤활제 조성물의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(상기 화학식 1에서, R은 C1-C22의 직쇄 또는 측쇄의 포화 알킬기이고, X는 알칼리 토금속 원자이다.)
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 제조 방법에 의해 제조된 윤활제 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 윤활제 조성물을 포함하는 윤활유 첨가제를 제공한다.
본 발명의 제조방법에 의하면, 상기 윤활제 조성물은 벤젠기를 포함하지 않는 C1-C22의 직쇄상 또는 분쇄상의 포화 알킬기를 포함하는 알코올 화합물을 알칼리 토금속 염과 반응시킴으로써 높은 TBN값을 가져 윤활성능을 높일 수 있다.
또한 본 발명의 윤활제 조성물은 과염기화된 금속 설포네이트에 파라핀계 또는 나프텐계 미네랄 오일을 첨가함으로써 윤활성능 및 생분해성이 우수한 친환경적인 윤활유 첨가제를 제조할 수 있다.
본 발명은 C1-C22의 직쇄상 또는 분쇄상의 포화 알킬기를 포함하는 알코올을 알칼리 토금속 염으로 중화 및 과염기화시켜 파라핀계 또는 나프텐계 미네랄 오일을 첨가하여 생분해성 및 윤활성능이 우수한 윤활제 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은
(a) C1-C22의 직쇄 또는 측쇄의 포화 알킬기를 포함하는 알코올을 설폰산으로 반응시켜 알킬 설폰산으로 변환시키는 단계;
(b) 상기 알킬 설폰산을 용매 하에서 알칼리 토금속의 화합물로 처리시키는 단계;
(c) 상기 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산에 이산화탄소 기체를 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 과염기성 금속 설포네이트로 전환시키는 단계; 및
(d) 상기 과염기성 금속 설포네이트에 미네랄 오일을 첨가하고 용매를 증류시켜 윤활제 조성물을 제조하는 단계;
를 포함하는 윤활제 조성물의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00002
(상기 화학식 1에서, R은 C1-C22의 직쇄 또는 측쇄의 포화 알킬기이고, X는 알칼리 토금속 원자이다.)
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (a) 단계에서의 C1-C22의 직쇄 또는 측쇄의 포화 알킬기를 포함하는 알코올은 옥타놀, 라우릴 알코올, 세틸 알코올, 스테아릴 알코올 등을 사용하는 것이 바람직하고, 설폰산은 할로설폰산을 사용하는 것이 바람직하며 가장 바람직하기로는 클로로 설폰산을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (b) 단계에서의 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 헥산, 헵탄, 자일렌, 톨루엔 및 벤젠으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 사용할 수 있고, 용매의 사용 비율은 바람직하게는 알킬 설폰산 함량대비 10 ~ 80 중량%를 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 30 ~ 50 중량%를 사용하는 것이 좋다. 10 중량% 보다 적은 경우에는 과염기화가 안되는 문제가 발생한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (b) 단계에서의 알칼리 토금속의 화합물은 Ca(OH)2, CaO, CaCO3, Ba(OH)2, BaO, Mg(OH)2 및 MgO로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 사용할 수 있다. 이때 사용되는 알칼리 토금속은 알킬 설폰산 1몰 대비 0.5~1몰비를 사용하는 것이 바람직하며 40 ℃의 온도에서 반응시키는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (c) 단계에서 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산에 이산화탄소 기체를 반응시켜 20 ~ 80 ℃의 온도에서 과염기성 금속 설포네이트로 전환시킬 수 있는데, 이산화탄소 기체를 투입하여 카보네이트화 함으로써 높은 TBN값을 나타낼 수 있다. 이때 이산화탄소 기체의 투입량은 바람직하게는 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산 함량 대비 20 ~ 80 중량%를 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 40 ~ 70 부피%를 사용하는 것이 좋다. 이때 이산화탄소 기체의 투입량이 20 부피% 보다 적은 경우에는 과염기화되는 비율이 매우 낮은 문제가 있고, 80 부피% 보다 많은 경우 상이 탁해지며 침전물이 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (c) 단계에서 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산에 증진제를 추가로 투입할 수 있다. 상기 증진제로는 아세트산, 포름산, C1~C18의 지방산, 에탄올 및 메탄올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 이때 상기 증진제의 투입량은 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산 함량 대비 1 ~ 20 중량%를 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5 ~ 10 중량%를 사용하는 것이 좋다. 1 중량% 보다 적은 경우에는 증진제로서의 작용이 안되는 현상이 있으며, 20 중량% 보다 많은 경우에는 상이 탁해지며 침전물이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (d) 단계에서의 미네랄 오일은 파라핀계 및 나프텐계로 이루어진 군에서 1종 또는 2종인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 우수한 윤활성능을 부여하는 특성이 있다. 이때 상기 미네랄 오일의 함량은 30 ~ 80 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40 ~ 60 중량%를 첨가하는 것이 좋으며, 용매를 증류시키는 온도는 150 ~ 180 ℃에서 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 윤활제 조성물의 제조 방법에 의해 제조된 윤활제 조성물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 윤활제 조성물을 포함하는 윤활유 첨가제를 이용할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
교반봉, 온도계, 냉각기가 부축된 증류장치가 설치된 1 L, 4구 플라스크 반응기에 옥타놀(Octanol) 92.14 g(1몰, 분자량 92.14)을 넣은 후, 클로로설폰산(Chlorosulfonic acid) 116.52 g(1몰, 분자량 116.52)을 서서히 투입하여 알킬 설폰산으로 변환시켰다. 투입이 완료되면 공기를 불어주어 잔류에 있는 염화수소 가스(HCl gas)를 제거하고 메탄올 50 g, 헥산 500 g 투입 후, 30 ℃에서 1시간 정도 서서히 교반하면서 40 ℃에서 CaCO3(분자량 100.08) 108 g을 투입하였다. CaCO3의 투입 완료되면 반응기 내부온도는 40 ℃로 유지하고 CO2(분자량 44.0) 340 g을 투입 후 3시간 동안 반응시켜 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트 (210.3g)로 전환시켰다. 그런 다음 상기 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트 (210.3g)에 40 ℃에서 파라핀계 미네랄 오일(50%, 210.3g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 옥타놀(Octanol)이 첨가된 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(60%, 315.4g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 옥타놀(Octanol)이 첨가된 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(70%, 490.68g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 라우릴 알코올(Lauryl alcohol)이 첨가된 과염기화 라우릴 알코올(Lauryl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(50%, 210.3g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 라우릴 알코올(Lauryl alcohol)이 첨가된 과염기화 라우릴 알코올(Lauryl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(60%, 315.4g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 윤활제 조성물을 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 라우릴 알코올(Lauryl alcohol)이 첨가된 과염기화 라우릴 알코올(Lauryl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(70%, 490.7g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 7
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 세틸 알코올(Cetyl alcohol)이 첨가된 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(50%, 210.3g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 8
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 세틸 알코올(Cetyl alcohol)이 첨가된과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(60%, 315.4g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 9
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 세틸 알코올(Cetyl alcohol)이 첨가된 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(70%, 490.7g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 10
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol)이 첨가된 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(50%, 210.3g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 11
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol)이 첨가된 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(60%, 315.4g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
실시예 12
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol)이 첨가된 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(70%, 490.7g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 옥타놀(Octanol)이 첨가된 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(40%, 140.2g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 옥타놀(Octanol)이 첨가된 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(80%, 841.2g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 옥타놀(Octanol)이 첨가된 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트(210.3g)에 나프텐계 미네랄 오일(50%, 210.3g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 옥타놀(Octanol)이 첨가된 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트(210.3g)에 나프텐계 미네랄 오일(60%, 315.4g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 라우릴 알코올(Lauryl alcohol)이 첨가된 과염기화 라우릴 알코올(Lauryl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(40%, 140.2g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 6
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 라우릴 알코올(Lauryl alcohol)이 첨가된 과염기화 라우릴 알코올(Lauryl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(80%, 841.2g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 7
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 라우릴 알코올(Lauryl alcohol)이 첨가된 과염기화 라우릴 알코올(Lauryl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 나프텐계 미네랄 오일(50%, 210.3g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 8
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 라우릴 알코올(Lauryl alcohol)이 첨가된 과염기화 라우릴 알코올(Lauryl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 나프텐계 미네랄 오일(60%, 315.4g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 9
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 세틸 알코올(Cetyl alcohol)이 첨가된 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(40%, 140.2g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 10
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 세틸 알코올(Cetyl alcohol)이 첨가된 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(80%, 841.2g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 11
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 세틸 알코올(Cetyl alcohol)이 첨가된 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 나프텐계 미네랄 오일(50%, 210.3g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 12
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 세틸 알코올(Cetyl alcohol)이 첨가된 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 나프텐계 미네랄 오일(60%, 315.4g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 13
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol)이 첨가된 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(40%, 140.2g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 14
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol)이 첨가된 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 파라핀계 미네랄 오일(80%, 841.2g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 15
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol)이 첨가된 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 나프텐계 미네랄 오일(50%, 210.3g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
비교예 16
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol)이 첨가된 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트(210.3g)에 나프텐계 미네랄 오일(60%, 315.4g)을 투입하고 온도를 150 ℃로 올려서 용매를 제거하여 상온에서 액체 상태로 존재하는 윤활제 조성물을 제조하였다.
구분 과염기화 금속 설포네이트 미네랄오일
종류 함량(중량%) 종류 함량(중량%)
실시예 1 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트 50 파라핀계 50
실시예 2 40 60
실시예 3 30 70
실시예 4 과염기화 라우릴 알코올(Lauyl alcohol) 설포네이트 50 파라핀계 50
실시예 5 60 60
실시예 6 70 70
실시예 7 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트 50 파라핀계 50
실시예 8 40 60
실시예 9 30 70
실시예 10 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트 50 파라핀계 50
실시예 11 40 60
실시예 12 30 70
비교예 1 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트 60 파라핀계 40
비교예 2 20 80
비교예 3 50 나프텐계 50
비교예 4 40 60
비교예 5 과염기화 라우릴 알코올(Lauyl alcohol) 설포네이트 40 파라핀계 40
비교예 6 20 80
비교예 7 50 나프텐계 50
비교예 8 40 60
비교예 9 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트 60 파라핀계 40
비교예 10 20 80
비교예 11 50 나프텐계 50
비교예 12 40 60
비교예 13 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트 60 파라핀계 40
비교예 14 20 80
비교예 15 50 나프텐계 50
비교예 16 40 60
실험예
상기 실시예 1 ~ 12 및 비교예 1 ~ 16에서 제조된 윤활제 조성물의 최종성상 및 윤활 성능, TBN(Total Base Number) 을 하기 표 2에 나타내었다.
[측정방법]
와관은 제조된 시료원액을 60 ℃에 1시간 방치 후 완전 투명 액상이 된 후, 가드너 측정 셀에 시료를 담고 가드너 비색계와 비교하여 색상을 측정하였다.
윤활성능은 합성된 윤활제 조성물을 시편(5cm*5cm)에 1~2분간 담근 후, 충분히 시편에 코팅이 되면 염수분무 장치에 넣고 시편에 부식이 되는 정도를 측정하였다.
TBN은 합성된 윤활제 조성물을 벤젠과 아세트산 1 : 1의 비율로 혼합된 용매에 시료 1 g을 넣고 용해시킨 후, TBN 측정 장비를 사용하여 측정하였다.
구분 과염기화 금속 설포네이트 외관 (G) TBN 윤활성능 (%)
실시예 1 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트 15 298 5
실시예 2 13 310 7
실시예 3 17 302 5
실시예 4 과염기화 라우릴 알코올(Lauyl alcohol) 설포네이트 11 289 5
실시예 5 10 295 3
실시예 6 14 324 9
실시예 7 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트 14 301 7
실시예 8 18 286 5
실시예 9 11 297 5
실시예 10 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트 15 309 8
실시예 11 17 311 3
실시예 12 13 305 5
비교예 1 과염기화 옥타놀(Octanol) 설포네이트 측불 12 95
비교예 2 측불 3 95
비교예 3 측불 측불 90
비교예 4 측불 측불 85
비교예 5 과염기화 라우릴 알코올(Lauyl alcohol) 설포네이트 402 5 87
비교예 6 512 17 90
비교예 7 측불 4 95
비교예 8 측불 3 95
비교예 9 과염기화 세틸 알코올(Cetyl alcohol) 설포네이트 399 3 95
비교예 10 398 1 87
비교예 11 470 측불 90
비교예 12 측불 측불 90
비교예 13 과염기화 스테아릴 알코올(Stearyl alcohol) 설포네이트 490 7 85
비교예 14 측불 2 90
비교예 15 측불 측불 93
비교예 16 측불 측불 95
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 과염기성 금속 설포네이트에 미네랄오일을 첨가하여 제조된 윤활제 조성물은 투명한 외관과 높은 TBN 값 및 우수한 윤활성능을 갖는다. 이때 미네랄 오일의 함량은 30 ~ 80 중량%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40 ~ 60 중량%를 첨가하는 것이 좋다.

Claims (13)

  1. (a) C1-C22의 직쇄 또는 측쇄의 포화 알킬기를 포함하는 알코올을 설폰산으로 반응시켜 알킬 설폰산으로 변환시키는 단계;
    (b) 상기 알킬 설폰산을 용매 하에서 알칼리 토금속의 화합물로 처리시키는 단계;
    (c) 상기 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산에 이산화탄소 기체를 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 과염기성 금속 설포네이트로 전환시키는 단계; 및
    (d) 상기 과염기성 금속 설포네이트에 미네랄 오일을 첨가하고 용매를 증류시켜 윤활제 조성물을 제조하는 단계;
    를 포함하는 윤활제 조성물의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00003

    (상기 화학식 1에서, R은 C1-C22의 직쇄 또는 측쇄의 포화 알킬기이고, X는 알칼리 토금속 원자이다.)
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 헥산, 헵탄, 자일렌, 톨루엔 및 벤젠으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 알칼리 토금속의 화합물은 Ca(OH)2, CaO, CaCO3, Ba(OH)2, BaO, Mg(OH)2 및 MgO로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 (b) 단계에서의 알칼리 토금속은 알킬 설폰산 1몰 대비 0.5～１몰비를 사용하는 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 (c) 단계에서의 이산화탄소 기체의 투입량은 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산 함량 대비 20 ~ 80 중량%인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 (c) 단계에서 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산에 증진제를 추가적으로 투입하는 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 증진제는 아세트산, 포름산, C1 ~ C18의 지방산, 에탄올 및 메탄올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 증진제의 투입량은 알칼리 토금속으로 처리된 알킬 설폰산 함량 대비 1 ~ 20 중량%인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 (d) 단계에서의 미네랄 오일은 파라핀계 및 나프텐계로 이루어진 군에서 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 (d) 단계에서의 미네랄 오일의 함량은 과염기성 금속 설포네이트 함량 대비 30~80 중량%인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 (d) 단계에서의 용매를 증류시키는 온도는 150 ~ 180 ℃인 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물의 제조방법.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 제조된 윤활제 조성물.
  13. 청구항 12의 윤활제 조성물을 포함하는 윤활유 첨가제.
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