KR20160138029A - 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물 - Google Patents

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Abstract

윤활유 기유로서, 100℃에서의 동점도가 3㎟/ｓ 이상 6㎟/ｓ 미만인 광유 및 합성유, 100℃에서의 동점도가 6㎟/ｓ 이상 9㎟/ｓ 미만인 광유 및 합성유, 및 100℃에서의 동점도가 9㎟/ｓ 이상 13㎟/ｓ 이하인 광유 및 합성유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상; 및, 금속계 청정제로서, 칼슘 살리실레이트 청정제, 또는, 칼슘 살리실레이트 청정제와 칼슘 페네이트 청정제의 조합을 포함하고, 100℃ 에서의 동점도가 7.0 내지 11.0㎟/ｓ 이하이고, 70℃에서의 고전단 점도가 7.0 내지 20.0mPa·s이고, 과염소산법에 의한 염기가가 7 내지 55mg KOH/g인, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물.

Description

트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물 {LUBRICANT COMPOSITION FOR TRUNK PISTON DIESEL ENGINE}
본 발명은 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물에 관한 것으로,특히 선박용 4스트로크 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물에 관한 것이다.
선박, 발전 등에 사용되는 디젤 기관에 있어서는, 경제성의 관점에서 아스팔텐 성분을 포함하는 중질 연료(C중유 등)가 사용된다. 이러한 디젤 기관용의 윤활유 조성물에는, 중질 연료의 아스팔텐 성분에 의한 기관의 오손(汚損)을 방지하기 위한 청정 작용, 중질 연료의 유황분에 유래하는 산성 성분을 중화하는 산 중화성, 및 윤활유 정화 장치에서의 수세 처리를 위한 수 분리성이 요구된다. 또한 선박용의 중속 4스트로크 트렁크 피스톤형 디젤 기관은, 보다 저회전수의 200rpm 내지 1200rpm 정도로, 대개 정속으로 운전되고, 또한 보다 고온, 고부하의 조건에서 운전되므로, 이의 윤활유로서는, 실린더 라이너, 베어링, 캠 등의 윤활면에서 적절한 유막 두께를 확보하기 위해, 높은 점도를 갖는 윤활유를 사용하는 것이 상식으로 되어 있다.
최근의 에너지 절약화의 조류(潮流)를 받아, 선박용 디젤 기관에서도 연료 소비량의 저감이 요구되고 있다. 예를 들면 특허문헌 1은, 트렁크 피스톤형 디젤 기관에서, 피스톤의 톱 링의 마모가 연료 소비량을 증대시키는 것, 즉, 피스톤 링의 마모가 심한 경우에는 마모된 피스톤 링과 실린더 라이너 사이의 간격으로부터 연료 가스가 새어나와 연료 소비량이 증대하는 것을 지적하고, 특허문헌 1에 기재된 윤활유 조성물은 피스톤의 톱 링의 마모 저감에 유효하다고 주장하고 있다.
하지만, 선박용의 중속 4스트로크 트렁크 피스톤형 디젤 기관에 있어서, 연료 소비량이 경시적으로 증대하는 것을 억제하는 것이 아니고, 윤활유에 의해 적극적으로 연료 소비량의 저감 그 자체에 몰두하는 시도에 대해서는, 아직 검토가 되지 않고 있다.
특허문헌 1: 일본공개특허공보 특개2008-169228호
본 발명은, 연료 소비량을 저감할 수 있는 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 제1 양태는,
윤활유 기유(基油)로서, 100℃에서의 동점도가 3㎟/ｓ 이상 6㎟/ｓ 미만인 광유 및 합성유, 100℃에서의 동점도가 6㎟/ｓ 이상 9㎟/ｓ 미만인 광유 및 합성유, 및, 100℃에서의 동점도가 9㎟/ｓ 이상 13㎟/ｓ 이하인 광유 및 합성유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,
금속계 청정제로서, 칼슘 살리실레이트 청정제, 또는 칼슘 살리실레이트 청정제와 칼슘 페네이트 청정제의 조합을 포함하고,
100℃에서의 동점도가 7.0 내지 11.0㎟/ｓ 이하이고,
70℃에서의 고전단 점도가 7.0 내지 20.0ｍPa·s이며,
과염소산법에 의한 염기가가 7 내지 55mg KOH/g인 것을 특징으로 하는, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물이다.
본 발명에 있어서, 「중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관」이란, 트렁크 피스톤형 디젤 기관으로서, 정격 회전수(연속 최대 출력시의 회전수. 연속 최대 회전수 또는 연속 정격 회전수라고도 함)가 200회전/분 내지 1250회전/분인 것을 의미한다. 당해 회전 속도는 전형적으로는 300회전/분 내지 1000회전/분이다.
본 발명의 제1 양태에 따른 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물에서의 하나의 바람직한 형태로서는, 마찰 조정제를 조성물 전량 기준으로 0.2 내지 5질량% 함유하는 형태를 예시할 수 있다. 당해 형태에 있어서는, PSSI가 30 이하인 점도 지수 향상제를, 조성물 전량 기준으로 1 내지 10질량% 포함하고, 100℃에서의 동점도가 8.0 내지 11.0㎟/ｓ이고, 점도 지수가 150 이상이고, 70℃에서의 고전단 점도가 7.0 내지 19.0ｍPa·s이고, 150℃에서의 고전단 점도가 2.3 내지 3.0ｍPa·s인 것이 보다 바람직하고, 상기에 더해서 추가로, 상기 칼슘 살리실레이트로서 탄소수 20 내지 30의 탄화수소기를 갖는 칼슘 살리실레이트를 적어도 포함하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 있어서, 「70℃에서의 고전단 점도」 및 「150℃에서의 고전단 점도」란, ASTM D 4683에 규정되는 고온 고전단 점도(HTHS 점도)로서, 각각 70℃ 및 150℃에서 측정되는 것을 의미한다.
또한 「PSSI」란, ASTM D 6022-01(Standard Practice for Calculation of Permanent Shear Stability Index)에 준거하고, ASTM D6278-02(Test Method for Shear Stability of Polymer Containing Fluids Using a European Diesel Injector Apparatus)에 의해 측정된 데이타에 기초하여 계산된, 중합체의 영구 전단 안정성지수(Permanent Shear Stability Index)를 의미한다.
본 발명의 제1 양태에 따른 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물에서의 다른 바람직한 형태로서는, PSSI가 30 이하인 점도 지수 향상제를, 조성물 전량 기준으로 1 내지 10질량% 포함하고, 100℃에서의 동점도가 8.0 내지 11.0㎟/ｓ이고, 점도 지수가 150 이상이고, 70℃에서의 고전단 점도가 7.0 내지 19.0ｍPa·s이고, 150℃에서의 고전단 점도가 2.3 내지 3.0ｍPa·s인 형태를 예시할 수 있다. 당해 형태에서는, 마찰 조정제를 조성물 전량 기준으로 0.2 내지 5질량% 포함하는 것이 보다 바람직하고, 상기에 더해서 추가로, 상기 칼슘 살리실레이트로서 탄소수 20 내지 30의 탄화수소기를 갖는 칼슘 살리실레이트를 적어도 포함하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 제2 양태는, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관을 본 발명의 제1 양태에 따른 윤활유 조성물을 사용하여 윤활하는 것을 특징으로 하는, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 윤활 방법이다.
본 발명의 제2 양태에 따른 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 윤활 방법은, 통상, 본 발명의 제1 양태에 따른 윤활유 조성물을 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관에 공급하는 공정을 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 윤활 방법은, 정미 평균 유효압이 1.8MPa 이상인 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관에서 바람직하게 채용할 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따른 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물, 및 본 발명의 제2 양태에 따른 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 윤활 방법에 의하면, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 연료 소비량을 저감하는 것이 가능하다.
이하, 본 발명에 대해 상술한다. 또한, 특별히 언급하지 않는 한, 수치 A 및 B에 대해 「A 내지 B」라는 표기는 「A 이상 B 이하」를 의미하는 것으로 한다. 이러한 표기에 있어서 수치 B에만 단위를 붙이는 경우에는, 당해 단위가 수치 A에도 적용되는 것으로 한다. 또한 「또는」 및 「혹은」이라는 단어는, 특별히 언급하지 않는 한 논리합(論理和)을 의미하는 것으로 한다.
<(A) 윤활유 기유>
본 발명의 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물에서의 윤활유 기유는, 100℃에서의 동점도가 3㎟/ｓ 이상 6㎟/ｓ 미만인 광유 및 합성유, 100℃에서의 동점도가 6㎟/ｓ 이상 9㎟/ｓ 미만인 광유 및 합성유, 및 100℃에서의 동점도가 9㎟/ｓ 이상 12㎟/ｓ 이하인 광유 및 합성유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 조합이다.
광유로서는, 특별히 제한은 없고, 통상의 윤활유에 사용되는 광유계 기유를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 원유를 상압 증류하여 수득되는 상압 잔유를 감압 증류하여 수득된 윤활유 유분(留分)을, 용제 탈력, 용제 추출, 수소화 분해, 용제 탈랍, 수소화 정제 등의 처리를 1개 이상 행하여 정제한 것, 또는 왁스 이성화 광유, 피셔 트롭쉬 공정 등에 의해 제조되는 GTL WAX(Gas To Liquid Wax)를 이성화하는 수법으로 제조되는 윤활유 기유 등을 예시할 수 있다.
광유계 기유의 전체 방향족분은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 40질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 30질량% 이하이다. 전체 방향족분은 0질량%라도 좋지만, 첨가제의 용해성의 점에서 1질량% 이상인 것이 바람직하고, 5질량% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 10질량% 이상인 것이 한층 더 바람직하고, 20질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 기유의 전체 방향족분이 40질량%를 초과하는 경우는, 산화 안정성이 떨어지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 상기 전체 방향족분이란, ASTM D2549에 준거하여 측정한 방향족 유분(aromatic fraction) 함유량을 의미한다. 통상 이 방향족 유분에는, 알킬벤젠, 알킬나프탈렌 외, 안트라센, 페난트렌, 이들의 알킬화물, 벤젠환이 4환 이상 축합한 화합물, 및 피리딘류, 퀴놀린류, 페놀류, 나프톨류 등의 헤테로 방향족을 갖는 화합물 등이 포함된다.
광유계 기유 중의 유황분은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 1질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.5질량% 이하인 것이 더욱 바람직하고, 유황분은 0질량%라도 좋지만, 바람직하게는 0.1질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.2질량% 이상이다. 유황분을 어느 정도 포함하는 광유계 기유를 사용함으로써, 첨가제의 용해성을 높일 수 있다.
합성유로서는, 특별히 제한은 없고, 통상의 윤활유로 사용되는 합성계 기유를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 폴리부텐 및 이의 수소화물; 1-옥텐, 1-데센, 도데센 등의 올리고머, 또는 이의 혼합물의 올리고머 등인, 폴리α-올레핀 및 이의 수소화물; 디트리데실 글루타레이트, 디-2-에틸헥실 아디페이트, 디이소데실 아디페이트, 디트리데실 아디페이트, 디-2-에틸헥실 세바케이트 등의 디에스테르; 트리메틸올프로판 카프릴레이트, 트리메틸올프로판 펠라고네이트, 펜타에리트리톨-2-에틸 헥사노에이트, 펜타에리트리톨 펠라고네이트 등의 폴리올에스테르; 말레산 디부틸 등의 디카복실산류와 탄소수 2 내지 30의 α-올레핀과의 공중합체; 알킬나프탈렌, 알킬벤젠, 방향족 에스테르 등의 방향족계 합성유; 및 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다.
100℃에서의 동점도가 3㎟/ｓ 이상 6㎟/ｓ 미만인 광유계 기유 및 합성계 기유로서는, SAE 10 등의 광유계 기유 및 합성계 기유를 예시할 수 있다. 100℃에서의 동점도가 6㎟/ｓ 이상 9㎟/ｓ 미만인 광유 및 합성유로서는, SAE 20 등의 광유계 기유 및 합성계 기유를 예시할 수 있다. 또한 100℃에서의 동점도가 9㎟/ｓ 이상 12㎟/ｓ 이하인 광유 및 합성유로서는, SAE 30 등의 광유계 기유 및 합성계 기유를 예시할 수 있다.
본 발명에서의 윤활유 기유의 바람직한 양태로서는 하기의 (A-1) 내지 (A-3)으로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상의 혼합물을 예시할 수 있다.
(A-1) 포화분이 90질량% 이상이고, 유황분이 원소량으로서 0.03질량% 이하이고, 또한 점도 지수가 80 이상인 광유계 기유
(A-2) 포화분이 90질량% 미만이고, 유황분이 원소량으로 0.03질량%를 초과하고, 또한 점도 지수가 80 이상인 광유계 기유
(A-3) 합성계 기유
또한 본 발명에서 말하는 포화분이란, ASTM D 2007-93에 규정된 방법에 의해 측정되는 포화분이다.
윤활유 기유의 점도 지수는 특별히 제한되지 않는다. 단, 저온으로부터 고온까지 우수한 점도 특성을 수득하는 관점에서는, 점도 지수의 값은 바람직하게는 80 이상이고, 보다 바람직하게는 85 이상이며, 더욱 바람직하게는 90 이상이다. 점도 지수의 상한값에 특별히 제한은 없지만, 첨가제의 용해성이나 저장 안정성의 점에서 170 이하인 것이 바람직하고, 160 이하인 것이 보다 바람직하다.
윤활유 기유의 증발 손실량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 오일 소비량의 관점에서 NOACK 증발량(ASTM D 5800에 준거하여 측정되는 윤활유의 증발량)으로서 20질량% 이하인 것이 바람직하고, 16질량% 이하인 것이 더욱 바람직하고, 10질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
<(B) 금속계 청정제>
본 발명의 윤활유 조성물은, 금속계 청정제로서 적어도 칼슘 살리실레이트 청정제를 함유한다. 본 발명의 윤활유 조성물은 금속계 청정제로서 칼슘 살리실레이트 청정제만을 포함하고 있어도 좋고, 칼슘 살리실레이트 청정제에 더해서 칼슘 페네이트 청정제를 조합하여 포함하고 있어도 좋다.
칼슘 살리실레이트계 청정제를 구성하는 알킬 살리실산 금속염에서의 알킬기로서는, 탄소수 10 내지 40, 바람직하게는 탄소수 10 내지 19 또는 탄소수 20 내지 30, 더욱 바람직하게는 탄소수 14 내지 18 또는 탄소수 20 내지 26의 알킬기이고, 저온 점도 특성이 우수하다는 점에서, 탄소수 14 내지 18의 알킬기가 바람직하고, 연비 절약성이 우수하다는 점에서 탄소수 20 내지 30의 알킬기가 바람직하다.
탄소수 10 내지 40의 알킬기로서는, 예를 들면, 데실기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 노나데실기, 이코실기, 헨이코실기, 도코실기, 트리코실기, 테트라코실기, 펜타코실기, 헥사코실기, 헵타코실기, 옥타코실기, 노나코실기, 및 트리아콘틸기를 들 수 있다. 이들 알킬기는 직쇄상이라도 분기상이라도 좋고, 1급 알킬기, 2급 알킬기, 3급 알킬기라도 좋지만, 2급 알킬기인 것이 바람직하다.
본 발명의 윤활유 조성물에서의 칼슘 살리실레이트 청정제의 함유량은, 희석제를 포함하는 형태로, 통상 0.1 내지 30질량%이고, 바람직하게는 1질량% 이상, 보다 바람직하게는 5질량% 이상, 보다 바람직하게는 8질량% 이상, 더욱 바람직하게는 10질량% 이상이고, 바람직하게는 30질량% 이하, 보다 바람직하게는 25질량% 이하이다. 또한, 연비 절약성을 높이는 관점에서, 비누량으로서 조성물 전량 기준으로 통상 2 내지 15질량%이고, 바람직하게는 3질량% 이상, 보다 바람직하게는 4질량% 이상이고, 또한 바람직하게는 15질량% 이하, 보다 바람직하게는 13질량% 이하이다. 또한 본 발명에 있어서, 금속계 청정제의 비누량의 질량은, 다른 첨가제와 양이온 교환을 거치지 않은 중성염으로서의 질량을 의미하는 것으로 한다.
본 발명의 윤활유 조성물에서의 칼슘 살리실레이트 청정제로서는, 예를 들면, 탄소수 14 내지 18 등의 단쇄 알킬기를 갖는 칼슘 살리실레이트 청정제를 사용할 수 있다. 또한 예를 들면, 탄소수 20 내지 30의 장쇄 알킬기를 갖는 칼슘 살리실레이트 청정제를 사용할 수 있다. 이들은 한쪽만을 사용해도 좋고, 양자를 조합하여 사용해도 좋다. 단, 본 발명의 윤활유 조성물의 연비 절약성을 더욱 높이는 관점에서는, 탄소수 20 내지 30의 장쇄 알킬기를 갖는 칼슘 살리실레이트 청정제를 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명의 윤활유 조성물에 있어서 금속 청정제로서 탄소수 20 내지 30의 장쇄 알킬기를 갖는 칼슘 살리실레이트 청정제를 함유하는 경우, 연비 절약성을 높이는 관점에서, 이의 함유량은 비누량으로서 조성물 전량 기준으로 2.0질량% 이상인 것이 바람직하고, 3.0질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 저온 유동성을 고려하면 탄소수 20 내지 30의 장쇄 알킬기를 갖는 칼슘 살리실레이트 청정제의 비누량의, 전체 칼슘 살리실레이트의 비누량에 대한 질량비가 0.8 이하인 것이 바람직하다.
칼슘 살리실레이트계 청정제를 제조하는 방법은 특별히 제한되는 것이 아니며, 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 페놀 1mol에 대해 1mol 또는 그 이상의, 에틸렌, 프로필렌, 부텐 등의 중합체 또는 공중합체 등의 탄소수 10 내지 40의 올레핀, 바람직하게는 에틸렌 중합체 등의 직쇄α-올레핀을 사용하여 알킬화한 후, 탄산가스 등으로 카복시화하는 방법, 또는, 살리실산 1mol에 대해 1mol 또는 그 이상의 상기 올레핀, 바람직하게는 상기 직쇄α-올레핀을 사용하여 알킬화하는 방법 등에 의해, 알킬 살리실산을 제조하고; 당해 알킬 살리실산에, 산화칼슘이나 수산화칼슘 등의 칼슘 염기와 반응시키는 것, 또는 일단 나트륨염이나 칼륨염 등의 알칼리 금속염으로 한 후에, 추가로 알칼리 금속 이온을 칼슘 이온으로 치환하는 것 등에 의해 제조할 수 있다. 또한, 이들 반응은, 통상, 헥산 등의 지방족 탄화수소 용제, 크실렌 등의 방향족 탄화수소 용제, 경질 윤활유 기유 등의 용매 중에서 행하여진다.
칼슘 살리실레이트계 청정제에는, 상기한 바와 같이 하여 수득된 칼슘 살리실레이트(중성염)에, 추가로 과잉의 칼슘염이나 칼슘 염기(산화칼슘이나 수산화칼슘)을 물의 존재하에 가열함으로써 수득되는 염기성염이나, 탄산 가스 또는 붕산 혹은 붕산염 등의 존재하에 상기 중성염을 수산화칼슘 등의 염기와 반응시킴으로써 수득되는 과염기성염도 포함된다.
본 발명의 윤활유 조성물에 있어서, 금속계 청정제로서 칼슘 살리실레이트 청정제만을 함유하는 형태에 의하면, 연비 절약성능을 더욱 높이는 것이 가능하게 되어 가장 바람직하다. 단, 한편, 다른 금속계 청정제를 병용하는 것도 가능하다. 이 경우, 미셀(micelle) 안정성의 관점에서, 칼슘 살리실레이트 청정제 이외의 금속계 청정제로서 페네이트계 청정제를 사용하는 것이 바람직하고, 칼슘 페네이트 청정제를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
칼슘 페네이트 청정제로서는, 예를 들면 탄소수 4 내지 30, 바람직하게는 탄소수 10 내지 18의 직쇄 또는 분기쇄 알킬기를 적어도 1개 갖는 알킬페놀과 유황을 반응시켜 수득되는 알킬페놀 설파이드의 칼슘염, 또는 알킬페놀과 포름알데히드를 반응시켜 수득되는 알킬페놀의 만니히 반응 생성물의 칼슘염이 바람직하게 사용된다.
칼슘 페네이트계 청정제를 사용하는 경우의 함유량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 조성물 전량 기준으로, 통상 0.1 내지 30질량%, 바람직하게는 0.5 내지 10질량%, 특히 바람직하게는 1.0 내지 3질량%이다.
본 발명의 윤활유 조성물에 있어서, 금속계 청정제로서 칼슘 살리실레이트 청정제와 다른 금속계 청정제(예를 들면 칼슘 페네이트계 청정제)를 병용하는 경우, 금속계 청정제의 총 비누량에 대한, 칼슘 살리실레이트 청정제의 비누량의 질량비(칼슘 살리실레이트 비누량/금속계 청정제의 총 비누량)는, 바람직하게는 0.6 이상이고, 보다 바람직하게는 0.7 이상이다. 상한에 대해 특별히 제한은 없으며, 상기한 바와 같이 금속계 청정제로서 칼슘 살리실레이트 청정제만을 함유하는 형태로 하는 것도 가능하다.
본 발명의 윤활유 조성물에서의 금속계 청정제의 염기가는, 윤활유 조성물의 염기가를 후술하는 원하는 범위 내에 가능한 한에서 특별히 제한되는 것은 아니다. 단 통상 0 내지 500mg KOH/g이고, 바람직하게는 20 내지 450mg KOH/g이다.
본 발명의 윤활유 조성물에서의 금속계 청정제의 총 함유량은, 희석제를 포함하는 형태로 0.1 내지 30질량%이고, 바람직하게는 1질량% 이상, 보다 바람직하게는 5질량% 이상, 더욱 바람직하게는 8질량% 이상이고, 특히 바람직하게는 10질량% 이상이고, 바람직하게는 30질량% 이하, 보다 바람직하게는 25질량% 이하이다.
<(C) 마찰 조정제>
본 발명의 윤활유 조성물은 마찰 조정제를 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명의 윤활유 조성물에서의 마찰 조정제로서는, 공지의 무회(無灰) 마찰 조정제나 몰리브덴계 마찰 조정제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다.
무회 마찰 조정제로서는, 예를 들면, 탄소수 6 내지 30의 탄화수소기를 분자 중에 적어도 1개 갖는, 지방족 아민 화합물, 지방족 이미드 화합물, 지방산 에스테르, 지방산 아미드, 지방산, 지방족 알코올, 지방족 에테르, 지방족 우레아, 지방족 하이드라지드 등의 무회 마찰 조정제를 들 수 있다. 상기 탄화수소기는 바람직하게는 알킬기 또는 알케닐기이고, 특히 바람직하게는 직쇄 알킬기 또는 직쇄 알케닐기이다. 또한 상기 탄화수소기의 탄소수는 바람직하게는 10 이상이고, 보다 바람직하게는 12 이상이고, 또한 바람직하게는 24 이하이다.
지방족 아민 화합물로서는, 탄소수 6 내지 30의 직쇄 또는 분기쇄, 바람직하게는 직쇄의 알킬기 또는 알케닐기를 갖는 지방족 모노아민; 탄소수 6 내지 30의 직쇄 또는 분기쇄, 바람직하게는 직쇄의 알킬기 또는 알케닐기를 갖는 지방족 폴리아민; 또는 이들 지방족 아민의 알킬렌 옥사이드 부가물 등을 예시할 수 있다.
지방산 에스테르로서는, 탄소수 7 내지 31의 직쇄 또는 분기쇄, 바람직하게는 직쇄의 지방산과, 지방족 1가 알코올 또는 지방족 다가 알코올과의 에스테르 등을 예시할 수 있고, 보다 구체적인 예로서는 글리세린이나 소르비탄 등의 다가 알코올과 올레산 등의 지방산과의 에스테르(전형적인 예로서는 글리세롤 모노올레이트 등)을 예시할 수 있다.
지방산 아미드로서는, 탄소수 7 내지 31, 바람직하게는 탄소수 12 내지 24, 보다 바람직하게는 16 내지 20의 직쇄 또는 분기쇄, 바람직하게는 직쇄의 지방산과, 지방족 모노아민 또는 지방족 폴리아민과의 아미드 등을 예시할 수 있다.
다른 바람직한 하나의 군의 무회계 마찰 조정제로서, 하기 화학식 (1)로 나타내는 지방족(티오)우레아 화합물 및 이의 산 변성물을 예시할 수 있다.
화학식 (1)
Figure pct00001
화학식 (1)에서, R1은 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소기이고, 바람직하게는 탄소수 10 내지 30의 지방족 탄화수소기이고, 보다 바람직하게는 탄소수 12 내지 24의 알킬기 또는 알케닐기이다. R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소기 또는 수소이고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 지방족 탄화수소기 또는 수소이고, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 4의 지방족 탄화수소기 또는 수소이며, 특히 바람직하게는 수소이다. X1은 산소 또는 유황이고, 바람직하게는 산소이다.
화학식 (1)로 나타내는 함질소 화합물의 특히 바람직한 예로서는, X1이 산소이고, R1이 탄소수 12 내지 24의 알킬기 또는 알케닐기이고, R2 및 R3이 수소인 우레아 화합물 및 이의 산 변성물을 들 수 있고, 구체적으로는, 도데실 우레아, 트리데실 우레아, 테트라데실 우레아, 펜타데실 우레아, 헥사데실 우레아, 헵타데실 우레아, 옥타데실 우레아, 올레일 우레아, 및 이들의 산 변성물을 들 수 있다. 이들 중에서도 올레일 우레아(C18H35-NH-C(=O)-NH2) 및 이의 산 변성물(예를 들면 붕산 변성물 등)을 특히 바람직하게 사용할 수 있다.
다른 바람직한 하나의 군의 무회계 마찰 조정제로서, 하기 화학식 (2)로 나타내는 하이드라지드 화합물 및 이의 산 변성물을 예시할 수 있다.
화학식 (2)
Figure pct00002
화학식 (2)에서, R4는 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소기이고, 바람직하게는 탄소수 10 내지 30의 지방족 탄화수소기이고, 보다 바람직하게는 탄소수 12 내지 24의 알킬기 또는 알케닐기이다. R5 내지 R7은, 각각 독립적으로, 탄소수 1 내지 30의 지방족 탄화수소기 또는 수소이고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 지방족 탄화수소기 또는 수소이고, 보다 바람직하게는 탄소수 1 내지 4의 지방족 탄화수소기 또는 수소이며, 더욱 바람직하게는 수소이다.
화학식 (2)로 나타내는 하이드라지드 화합물의 특히 바람직한 예로서는, R4 가 탄소수 12 내지 24의 알킬기 또는 알케닐기, R5, R6 및 R7이 수소인 하이드라지드 화합물 및 이의 산 변성물을 들 수 있고, 구체적으로는, 도데칸산 하이드라지드, 트리데칸산 하이드라지드, 테트라데칸산 하이드라지드, 펜타데칸산 하이드라지드, 헥사데칸산 하이드라지드, 헵타데칸산 하이드라지드, 옥타데칸산 하이드라지드, 올레산 하이드라지드, 에루크산 하이드라지드 및 이의 산 변성물(예를 들면 붕산 변성물 등)을 예시할 수 있다. 이들 중에서도 올레산 하이드라지드(C17H33-C(=O)-NH-NH2) 및 이의 산 변성물이나, 에루크산 하이드라지드(C21H41-C(=O)-NH-NH2) 및 이의 산 변성물을 특히 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에서는, 상기의 무회계 마찰 조정제 중에서도, 지방산 에스테르, 지방산 아미드, 지방족 우레아 및 이의 산 변성물, 및 지방족 하이드라지드 및 이의 산 변성물로부터 선택되는 1종 이상의 무회계 마찰 조정제를 바람직하게 사용할 수 있다. 바람직한 조합의 예로서는, 예를 들면, 지방산 에스테르계 무회 마찰 조정제와 지방산 아미드계 무회 마찰 조정제의 조합(예를 들면, 글리세롤 모노올레이트와 올레일 우레아의 조합 등)을 들 수 있다.
몰리브덴계 마찰 조정제로서는, 예를 들면 몰리브덴 디티오카바메이트, 몰리브덴 디티오포스페이트, 몰리브덴-아민 착체 등의 유기 몰리브덴 화합물을 들 수 있다.
몰리브덴 디티오카바메이트로서는, 예를 들면 하기 화학식 (3)으로 나타내는 화합물을 사용할 수 있다.
화학식 (3)
Figure pct00003
상기 화학식 (3) 중, R8 내지 R11은, 각각 동일해도 상이해도 좋고, 탄소수 2 내지 24의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 24의 (알킬)아릴기, 바람직하게는 탄소수 4 내지 13의 알킬기 또는 탄소수 10 내지 15의 (알킬)아릴기이다. 알킬기는 제1급 알킬기, 제2급 알킬기, 제3급 알킬기의 어느 것이라도 좋고, 또한 직쇄라도 분기상이라도 좋다. 또한 「(알킬)아릴기」는 「아릴기 또는 알킬 아릴기」를 의미한다. 알킬 아릴기에 있어서, 방향환에서의 알킬기의 치환 위치는 임의이다. Y1 내지 Y4는, 각각 독립적으로 유황 원자 또는 산소 원자이다.
몰리브덴 디티오포스페이트로서는, 예를 들면 하기 화학식 (4)로 나타내는 화합물을 사용할 수 있다.
화학식 (4)
Figure pct00004
상기 화학식 (4) 중, R12 내지 R15는, 각각 동일해도 상이해도 좋고, 탄소수 2 내지 30의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 18의 (알킬)아릴기이다. 알킬기의 탄소수는 바람직하게는 탄소수 5 내지 18, 보다 바람직하게는 탄소수 5 내지 12이다. (알킬)아릴기의 탄소수는 바람직하게는 탄소수 10 내지 15이다. Y5 내지 Y8은, 각각 독립적으로 유황 원자 또는 산소 원자이다. 알킬기는 제1급 알킬기, 제2급 알킬기, 제3급 알킬기의 어느 것이라도 좋고, 또한 직쇄라도 분기상이라도 좋다. 또한 알킬 아릴기에 있어서, 방향환에서의 알킬기의 치환 위치는 임의이다.
몰리브덴계 마찰 조정제로서는, 윤활유 조성물의 점도가 낮은 경우에서도 내마모성을 높일 수 있다는 점에서, 몰리브덴 디티오카바메이트를 특히 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명의 윤활유 조성물에 이들 마찰 조정제를 함유시키는 경우, 이의 합계의 함유량은, 조성물 전량 기준으로 바람직하게는 0.2 내지 5질량%이고, 하한은 보다 바람직하게는 0.5질량% 이상이고, 또한 상한은 보다 바람직하게는 2.0질량% 이하, 더욱 바람직하게는 1.0질량% 이하이다.
또한 본 발명의 윤활유 조성물에 있어서는, 몰리브덴계 마찰 조정제를 함유하는 것이 바람직하고, 이의 함유량은 몰리브덴량으로서 조성물 전량 기준으로 바람직하게는 100 내지 1500질량ppm이고, 특히 바람직하게는 200 내지 1000질량ppm이다. 또한 몰리브덴계 마찰 조정제와 무회계 마찰 조정제를 조합하여 함유해도 좋다.
<(D) 점도 지수 조정제>
본 발명의 윤활유 조성물은, 점도 지수 향상제를 함유하는 것이 바람직하다.본 발명의 윤활유 조성물에서의 점도 지수 향상제는 특별히 제한되는 것이 아니고, 비분산형 또는 분산형의 에스테르기 함유 점도 지수 향상제, 비분산형 또는 분산형 폴리(메트)아크릴레이트계 점도 지수 향상제, 스티렌-디엔 수소화 공중합체, 비분산형 또는 분산형 에틸렌-α-올레핀 공중합체 또는 이의 수소화물, 폴리이소부틸렌 또는 이의 수소화물, 스티렌-무수말레산 에스테르 공중합체, 폴리알킬스티렌, (메트)아크릴레이트-올레핀 공중합체 등의 공지의 점도 지수 향상제를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 본 발명의 윤활유 조성물에서는, 점도 지수 향상제로서 에틸렌-α-올레핀 공중합체 또는 이의 수소화물 등의 올레핀 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 윤활유 조성물에서의 점도 지수 향상제로서는, PSSI가 30 이하인 점도 지수 향상제를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 상기 예시한 점도 지수 향상제 중 PSSI가 30 이하인 것을 사용할 수 있다. 여기서 PSSI란, ASTM D 6022-01(Standard Practice for Calculation of Permanent Shear Stability Index)에 준거하고, ASTM D 6278-02(Test Method for Shear Stability of Polymer Containing Fluids Using a European Diesel Injector Apparatus)에 의해 측정된 데이타에 기초하여 계산된, 중합체의 영구 전단 안정 지수(Permanent Shear Stability Index)를 의미한다. 점도 지수 향상제의 PSSI는 보다 바람직하게는 25 이하이다. PSSI가 상기 상한값 이하인 점도 지수 향상제는 전단 안정성이 높으므로, 윤활유 조성물의 초기의 동점도를 저감함으로써 연비 절약성을 더욱 높이는 것이 가능해진다. PSSI가 30을 초과하는 경우에는, 동력 취출용 기어에 있어서 전단되어 점도가 저하되어 유막 형성능 저하에 의해 소부(燒付)가 발생할 우려가 있다. 또한 점도 지수 향상 효과의 점에서는, 점도 지수 향상제의 PSSI는 5 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 윤활유 조성물에서의 점도 지수 향상제의 중량 평균 분자량은, 통상 10,000 내지 400,000이고, 전단 안정성이나 용해성 등의 관점에서 바람직하게는 380,000 이하이고, 보다 바람직하게는 360,000 이하이고, 또한 점도 지수 향상 효과의 관점에서 바람직하게는 50,000 이상이고, 보다 바람직하게는 100,000 이상이다.
본 발명의 윤활유 조성물에 점도 지수 향상제를 함유시키는 경우, 이의 함유량은, 조성물 전량 기준으로, 통상 1.0 내지 15.0질량%이고, 바람직하게는 1.5 내지 10.0질량%이고, 보다 바람직하게는 2.0 내지 9.0질량%이다. 점도 지수 향상제의 함유량이 1.0질량%보다 적은 경우에는, 점도의 향상 효과가 충분하지 않고, 또한 함유량이 15.0질량%를 초과하는 경우에는, 조성물의 전단 안정성이 악화되고 청정성이 악화될 우려가 있다.
<그 밖의 첨가제>
본 발명의 윤활유 조성물은, 상기 설명한 윤활유 기유 및 금속계 청정제 이외에, 무회 분산제, 마모 방지제 또는 극압제, 산화 방지제, 유동점 강하제, 금속 불활성화제, 부식 방지제, 방청제, 항유화제, 및 소포제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 추가로 함유할 수 있다.
무회 분산제로서는, 윤활유에 사용되는 공지의 무회 분산제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들면, 탄소수 40 내지 400의 직쇄 또는 분기상의 알킬기 또는 알케닐기를 분자 중에 적어도 1개 갖는 함질소 화합물 또는 이의 유도체를 들 수 있다.
함질소 화합물로서는, 예를 들면, 석신산 이미드, 벤질아민, 폴리아민, 만니히 염기를 들 수 있고, 이의 유도체로서는, 이들 함질소 화합물에 붕산, 붕산염 등의 붕소 화합물, (티오)인산, (티오)인산염 등의 인 화합물, 유기산, 하이드록시 (폴리)옥시알킬렌카보네이트 등을 작용시킨 유도체를 들 수 있다. 본 발명에 있어서는, 이들 중에서 임의로 선택되는 1종 또는 2종 이상을 배합할 수 있다.
무회 분산제로서는, 고온 청정성의 점에서 모노 타입 및/또는 비스 타입의 석신산 이미드계 무회 분산제, 특히 비스 타입의 석신산 이미드계 무회 분산제가 바람직하고, 또한, 석신산 이미드계 무회 분산제로서는, 붕소를 함유하고 있어도, 함유하고 있지 않아도 좋지만, 내소부성(耐燒付性)의 점에서 붕소를 함유하는 석신산 이미드계 무회 분산제가 특히 바람직하다.
본 발명의 윤활유 조성물이 무회 분산제를 함유하는 경우, 이의 함유량은 특별히 제한되는 것이 아니며, 예를 들면 조성물 전량 기준으로 0.1 내지 5질량% 등으로 할 수 있지만, 디젤 기관의 정유 장치에서의 수세 처리를 위한 수 분리성을 확보하는 관점에서, 조성물 전량 기준으로 바람직하게는 3질량% 미만, 보다 바람직하게는 2질량% 미만이고, 질소량 환산으로는 바람직하게는 0.05질량% 미만, 보다 바람직하게는 0.04질량% 미만이다. 또한 무회 분산제를 함유하지 않는 형태의 윤활유 조성물로 하는 것도 가능하다.
마모 방지제 또는 극압제로서는, 공지의 마모 방지제 또는 극압제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들면, 유황계, 인계, 유황-인계의 극압제 등을 사용할 수 있고, 구체적으로는, 디티오인산아연이나, 아인산 에스테르류, 티오아인산 에스테르류, 디티오아인산 에스테르류, 트리티오아인산 에스테르류, 인산 에스테르류, 티오인산 에스테르류, 디티오인산 에스테르류, 트리티오인산 에스테르류, 이들의 아민염, 이들의 금속염, 이들의 유도체, 디티오카바메이트, 디설파이드류, 폴리설파이드류, 황화 올레핀류, 황화 유지류 등을 들 수 있다. 본 발명의 윤활유 조성물에 이들 마모 방지제 또는 극압제를 함유시키는 경우에는, 이의 함유량은, 조성물 전량 기준으로, 통상 0.01 내지 5질량%이다.
산화 방지제로서는, 공지의 산화 방지제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들면, 2,6-디tert-부틸-4-메틸페놀(DPBC), 4,4'-메틸렌비스(2,6-디tert-부틸 페놀 등의 페놀계 산화 방지제; 알킬디페닐아민, (알킬)페닐-α-나프틸아민 등의 아민계 산화 방지제; 및 금속계 산화 방지제를 들 수 있다. 본 발명의 윤활유 조성물에 산화 방지제를 함유시키는 경우, 이의 함유량은, 조성물 전량 기준으로, 통상 0.1 내지 5질량%이다.
유동점 강하제로서는, 사용하는 윤활유 기유의 성상에 따라, 예를 들면 폴리 메타크릴레이트계 중합체 등의 공지의 유동점 강하제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 본 발명의 윤활유 조성물에 유동점 강하제를 함유시키는 경우, 이의 함유량은, 조성물 전량 기준으로, 통상 0.01 내지 1질량%이다.
부식 방지제로서는, 예를 들면, 벤조트리아졸계, 톨릴트리아졸계, 티아디아졸계, 및 이미다졸계 화합물 등의 공지의 부식 방지제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 본 발명의 윤활유 조성물에 이들 부식 방지제를 함유시키는 경우, 이의 함유량은, 조성물 전량 기준으로 통상 0.005 내지 5질량%이다.
방청제로서는, 예를 들면, 석유 설포네이트, 알킬벤젠 설포네이트, 디노닐나프탈렌 설포네이트, 알케닐 석신산 에스테르, 및 다가 알코올 에스테르 등의 공지의 방청제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 본 발명의 윤활유 조성물에 이들 방청제를 함유시키는 경우, 이의 함유량은, 조성물 전량 기준으로 통상 0.005 내지 5질량%이다.
항유화제로서는, 예를 들면, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 에테르, 및 폴리옥시에틸렌 알킬나프틸 에테르 등의 폴리알킬렌 글리콜계 비이온계 계면 활성제 등의 공지의 항유화제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 본 발명의 내연 기관용 윤활유 조성물에 이들 항유화제를 함유시키는 경우, 이의 함유량은, 조성물 전량 기준으로, 통상 0.005 내지 5질량%이다.
금속 불활성화제로서는, 예를 들면, 이미다졸린, 피리미딘 유도체, 알킬 티아디아졸, 머캅토 벤조티아졸, 벤조트리아졸 및 이의 유도체, 1,3,4-티아디아졸 폴리설파이드, 1,3,4-티아디아졸릴-2,5-비스디알킬 디티오카바메이트, 2-(알킬디티오)벤조이미다졸, 및 β-(o-카복시벤질티오)프로피온 니트릴 등의 공지의 금속 불활성화제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 본 발명의 윤활유 조성물에 이들 금속 불활성화제를 함유시키는 경우, 이의 함유량은, 조성물 전량 기준으로, 통상 0.005 내지 1질량%이다.
소포제로서는, 예를 들면, 실리콘, 플루오로 실리콘, 및 플루오로 알킬에테르등의 공지의 소포제를 특별히 제한 없이 사용 가능하다. 본 발명의 윤활유 조성물에 이들 소포제를 함유시키는 경우, 이의 함유량은, 조성물 전량 기준으로, 통상 0.0005 내지 1질량%이다.
<윤활유 조성물>
본 발명의 윤활유 조성물의 100℃에서의 동점도는, 7.0 내지 11.0㎟/ｓ이고, 바람직하게는 8.0 내지 11.0㎟/ｓ이고, 보다 바람직하게는 8.0㎟/ｓ 이상 10.0㎟/ｓ 미만이다. 조성물의 동점도가 7.0㎟/ｓ를 하회하면, 중속 디젤 기관의 신뢰성에 필요한 유막 두께나 유압을 확보하는 것이 어려워진다. 또한 조성물의 동점도가 11.0㎟/ｓ를 상회하면, 연료 소비의 저감 효과를 발휘하는 것이 어려워진다. 또한, 여기서 말하는 100℃에서의 동점도란, ASTM D 445에 규정된 100℃에서의 동점도를 의미한다.
본 발명의 윤활유 조성물의 70℃에서의 고전단 점도는, 7.0 내지 20.0ｍPa·s이고, 바람직하게는 19ｍPa·s 이하이고, 보다 바람직하게는 17ｍPa·s 이하이다. 또한 바람직하게는 8ｍPa·s 이상이고, 보다 바람직하게는 9ｍPa·s 이상이다. 본 발명에 있어서 70℃에서의 고전단 점도란, ASTM D 4683에 규정된 방법에 기초하고, 온도를 변경하여 측정되는 70℃에서의 고온 고전단 점도(HTHS 점도)를 의미한다. 70℃에서의 고전단 점도가 7.0ｍPa·s 미만인 경우에는 윤활성이 부족할 우려가 있고, 20.0ｍPa·s를 초과하는 경우에는 연비 절약성을 충분히 향상시키는 것이 곤란하다.
본 발명의 윤활유 조성물의 150℃에서의 고전단 점도는, 70℃에서의 고전단 점도가 상기 범위 내인 한에서 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 2.3 내지 3.3ｍPa·s이고, 보다 바람직하게는 3.0ｍPa·s 이하이다. 또한 바람직하게는 2.6 이상이다. 본 발명에 있어서 150℃에서의 고전단 점도란, ASTM D 4683에 규정된 150℃에서의 고온 고전단 점도(HTHS 점도)를 의미한다. 150℃에서의 고전단 점도가 상기 범위 내인 것에 의해, 윤활성을 유지하면서 연비 절약성을 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 윤활유 조성물의 염기가는, 아스팔텐을 함유하는 고유황연료를 사용하는 경우에 대해서도 양호한 고온 청정성 및 산 중화 성능을 발휘하기 위해, 7mg KOH/g 이상인 것이 필요하고, 바람직하게는 9mg KOH/g 이상이고, 보다 바람직하게는 10mg KOH/g 이상이다. 또한, 피스톤 톱랜드에 과잉의 회분이 퇴적하는 것에 의한 라이너의 보어 폴리시나 스쿠핑을 피하기 위해, 55mg KOH/g 이하인 것이 필요하고, 바람직하게는 50mg KOH/g 이하이다.
여기서 염기가란, ASTM D 2896에 의해 측정되는 과염소산법에 의한 염기가를 나타낸다.
본 발명의 윤활유 조성물의 황산 회분량은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 0.9질량% 이상, 보다 바람직하게는 1.2질량% 이상이고, 바람직하게는 7.0질량% 이하, 보다 바람직하게는 6.5질량% 이하이다. 여기서 말하는 황산 회분이란, JIS K2272의 5.「황산 회분의 시험 방법」에 규정된 방법에 의해 측정되는 값을 나타내고, 주로 금속 함유 첨가제에 기인하는 것이다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명에 대해 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 2>
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 윤활유 조성물(실시예 1 내지 9), 및 비교용의 윤활유 조성물(비교예 1 내지 2)을 각각 조제하였다. 표 중, 「inmass%」는 기유 전량 기준에서의 질량%를 의미하고, 「mass%」는 조성물 전량 기준에서의 질량%을 의미한다.
Figure pct00005
(연료 소비량 저감 성능의 평가 (1): WD 300 엔진 연비 시험)
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 2의 윤활유 조성물의 각각에 대해, 중속 4사이클 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 엔진유로서 사용한 경우의 연료 소비량을 측정하였다. 선박용 중속 4사이클 트렁크 피스톤형 디젤 기관으로서 리카르드사 제조 WD300(보어 135mm×스트로크 152mm, 단기통, 평균 유효압 2.5MPa, 정격 회전수 1200rpm)을 사용하고, 연료로서 JIS K2204에 규정된 1호 경유(유황분 0.0010질량% 미만)를 사용하고, 엔진 회전수 1200rpm, 부하 54kW의 조건으로 1시간 정속 운전하여, 그동안의 연료 소비량을 단위 출력당의 값(g/kWh)으로 환산하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(연료 소비량 저감 성능의 평가 (2): 3DK-20 엔진 연비 시험)
실시예 2, 4, 9 및 비교예 1의 윤활유 조성물의 각각에 대해, 선박용 중속 4사이클 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 엔진유로서 사용한 경우의 연료 소비량을 측정하였다. 선박용 중속 4사이클 트렁크 피스톤형 디젤 기관으로서 다이하쯔 제조 3DK-20(보어 200mm×스트로크 300mm, 3기통, 평균 유효압 2.1MPa, 연속 최대 출력 455kW, 정격 회전수 900rpm)를 사용하고, 연료로서 JIS K2205에 규정된 1종 1호 중유(유황분 0.5질량% 이하)를 사용하였다. 85% 부하시의 측정에 있어서는, 엔진 회전수 890rpm, 부하 280kW의 조건으로 1시간 정속 운전하였다. 50% 부하시의 측정에 있어서는, 엔진 회전수 890rpm, 부하 163kW의 조건으로 1시간 정속 운전하였다. 각각의 연료 소비량을 단위 일(仕事)당의 값(g/kWh)으로 환산하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(내하중능의 평가: 팔렉스 시험)
실시예 2, 4, 9 및 비교예 2의 윤활유 조성물의 각각에 대해, ASTM D 3233에 준거하여, 팔렉스 시험기를 사용하여, 소부가 발생할 때까지 하중을 연속적으로 상승시키는 A법과, 하중을 단계적으로 상승시키는 B법의 양쪽에 의해 내하중능을 평가하였다. 핀의 회전수는 A법, B법 모두 290rpm으로 하였다. 또한 A법의 시험은 52℃에서, B법의 시험은 실온에서 행하였다. 소부가 생겼을 때의 하중(1bf)을 표 1에 나타낸다.
(내마모성의 평가 (1): 셸 고속 사구(四球) 시험)
실시예 2, 4, 9 및 비교예 2의 윤활유 조성물의 각각에 대해, JPI-5S-32-90에 준거하여, 셸 사구 마찰 시험기를 사용하여 내마모성을 평가하였다. 하중 294N(30kgf), 유온(油溫) 75℃, 회전 속도 1800rpm으로 1시간 운전한 후, 구(球)의 접촉점에 생긴 마모흔(磨耗痕) 직경을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(내마모성의 평가 (2): TE77 왕복 운동 마찰 시험기(Phoenix Tribology Ltd.제조)
실시예 2, 4, 9 및 비교예 2의 윤활유 조성물의 각각에 대해, TE77 왕복 운동 마찰 시험기를 사용하여 내마모성을 평가하였다. 접촉 형태는 직경 6mm의 시험구를 사용하는 볼 온 플레이트 방식으로 하였다. 또한, 시험구, 시험판 모두 재질은 SUJ-2 상당이다. 윤활유의 온도를 150℃로 하고, 하중 200N, 양 진폭 15mm, 진동수 20Hz의 조건으로 1시간 운전한 후, 구의 접촉점에 생긴 마모흔 직경을 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(평가 결과)
표 1로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 9의 윤활유 조성물은 모두, WD 300엔진 연비 시험에 있어서, 100℃에서의 동점도 및 70℃에서의 고전단 점도가 본 발명의 범위 밖인 비교예 1 내지 2의 조성물에 대해 연료 소비를 저감할 수 있었다.
마찰 조정제를 함유하는 실시예 2 내지 5, 7 내지 9의 조성물은, 마찰 조정제를 함유하지 않는 실시예 1의 조성물보다 더욱 우수한 연비 절약성을 나타냈다.
PSSI가 30 이하인 점도 지수 향상제를 포함하고, 100℃에서의 동점도가 8.0 내지 11.0㎟/ｓ, 점도 지수가 150 이상, 70℃에서의 고전단 점도가 7.0 내지 19.0ｍPa·s, 150℃에서의 고전단 점도가 2.3 내지 3.0ｍPa·s인 실시예 6 내지 9의 조성물은, 마찰 조정제를 함유하지 않아도 WD 300 엔진 연비 시험에서 우수한 연비 절약성을 나타내고(실시예 6), 마찰 조정제를 함유하는 경우에는 더욱 우수한 연비 절약성을 나타내었다(실시예 7 내지 9).
실시예 2, 4, 9의 조성물에 대해 행한 3DK-20 엔진 연비 시험에서는, 50% 부하시에 있어서의 연비 저감 효과가 85% 부하시에 있어서의 연비 저감 효과를 상회하였다. 이 결과로부터, 본 발명의 윤활유 조성물은 중 ~ 저부하 운전시의 연비 저감에 특히 유효한 것을 알 수 있다.
또한 실시예 2, 4, 9의 조성물은 모두, 비교예 2의 조성물에 비교하여 모두 손색이 없는 내하중능 및 내마모성을 갖고 있었다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 윤활유 조성물에 의하면, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 연료 소비를 저감할 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명의 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물, 및 당해 조성물을 사용한 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 윤활 방법은, 선박용 또는 발전용의 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 윤활에 바람직하게 사용할 수 있고, 선박용 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 윤활에 특히 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 윤활유 기유(基油)로서, 100℃에서의 동점도가 3㎟/ｓ 이상 6㎟/ｓ 미만인 광유 및 합성유, 100℃에서의 동점도가 6㎟/ｓ 이상 9㎟/ｓ 미만인 광유 및 합성유, 및 100℃에서의 동점도가 9㎟/ｓ 이상 13㎟/ｓ 이하인 광유 및 합성유로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하고,
    금속계 청정제로서, 칼슘 살리실레이트 청정제, 또는 칼슘 살리실레이트 청정제와 칼슘 페네이트 청정제의 조합을 포함하고,
    100℃에서의 동점도가 7.0 내지 11.0㎟/ｓ 이하이고,
    70℃에서의 고전단 점도가 7.0 내지 20.0ｍPa·s이고,
    과염소산법에 의한 염기가가 7 내지 55mg KOH/g인 것을 특징으로 하는,
    중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 마찰 조정제를, 조성물 전량 기준으로 0.2 내지 5질량% 포함하는, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물.
  3. 제2항에 있어서, PSSI가 30 이하인 점도 지수 향상제를, 조성물 전량 기준으로 1 내지 10질량% 포함하고,
    100℃에서의 동점도가 8.0 내지 11.0㎟/ｓ이고,
    점도 지수가 150 이상이고,
    70℃에서의 고전단 점도가 7.0 내지 19.0ｍPa·s이고,
    150℃에서의 고전단 점도가 2.3 내지 3.0ｍPa·s인,
    중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 칼슘 살리실레이트로서, 탄소수 20 내지 30의 탄화수소기를 갖는 칼슘 살리실레이트를 적어도 포함하는, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물.
  5. 제1항에 있어서, PSSI가 30 이하인 점도 지수 향상제를, 조성물 전량 기준으로 1 내지 10질량% 포함하고,
    100℃에서의 동점도가 8.0 내지 11.0㎟/ｓ이고,
    점도 지수가 150 이상이고,
    70℃에서의 고전단 점도가 7.0 내지 19.0ｍPa·s이고,
    150℃에서의 고전단 점도가 2.3 내지 3.0ｍPa·s인, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 마찰 조정제를, 조성물 전량 기준으로 0.2 내지 5질량% 포함하는, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 칼슘 살리실레이트로서, 탄소수 20 내지 30의 탄화수소기를 갖는 칼슘 살리실레이트를 적어도 포함하는, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관용 윤활유 조성물.
  8. 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관을 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 윤활유 조성물을 사용하여 윤활하는 것을 특징으로 하는, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 윤활 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 정미 평균 유효압이 1.8MPa 이상인, 중속 트렁크 피스톤형 디젤 기관의 윤활 방법.
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