KR20170038943A - 내마모 조성물 및 동력전달장치를 윤활처리하는 방법 - Google Patents

내마모 조성물 및 동력전달장치를 윤활처리하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 하이드록시카르복시산의 유도체 및 (b) 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염, 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기를 하나 이상 가진 아인산염 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 인 화합물을 포함하는 내마모 패키지와 윤활 점도의 오일을 함유하는 윤활 조성물을 동력전달장치에 공급하는 것을 포함하여, 동력전달장치를 윤활처리하는 방법에 관한 것이다.

Description

내마모 조성물 및 동력전달장치를 윤활처리하는 방법{ANTIWEAR COMPOSITION AND METHOD OF LUBRICATING DRIVELINE DEVICE}
본 발명은 내마모제 및 이의 윤활 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본원에 기술된 윤활 조성물을 이용하여 동력전달장치를 윤활처리하는 방법도 제공한다.
윤활 조성물을 이용하는 장치의 내구성 또는 내마모성에 영향을 미치는 중요한 파라미터 중 하나는 다양한 부하 및 속도 조건 하에서 장치에 적당한 보호를 제공하는 인 내마모 첨가제 또는 극압 첨가제의 효과이다. 하지만, 많은 인 내마모 첨가제 또는 극압 첨가제는 황을 함유한다. 환경 문제의 증가로 인해, 내마모 첨가제 또는 극압 첨가제에 황의 존재는 점점 바람직하지 않게 되고 있다. 또한, 많은 황함유 내마모 첨가제 또는 극압 첨가제는 휘발성 황 종류를 발생시켜, 악취가 나는 내마모 첨가제 또는 극압 첨가제를 함유하는 윤활 조성물을 초래하고, 이 역시 환경에 유해하거나, 점차 더 엄격해지는 건강 및 안전성 법규 규제량보다 높을 수 있는 배출물을 발생시킬 수 있다.
인 내마모 첨가제 또는 극압 첨가제가 정확한 균형을 이루는 윤활 조성물은 조절된 침전물 형성 및 산화안정성에 의해 수명과 효율이 연장된 드라이브라인 동력전달장치를 제공한다. 하지만, 이용되는 많은 내마모 첨가제 또는 극압 첨가제는 (i) 광범한 작동 조건 상에서 제한된 극압 성능과 내마모 성능, (ii) 제한된 산화안정성, (iii) 침전물 형성 또는 (iv) 부식 유발(예컨대 구리 부식) 중 하나 이상을 나타낸다. 또한, 많은 인계 내마모 첨가제 또는 극압 첨가제는 일반적으로 황을 함유하여 인계 내마모 또는 극압 첨가제를 함유하는 윤활 조성물에 악취를 제공한다. 내마모 화학을 개시하는 다수의 문헌은 이하에 논의된다.
미국 특허 5,338,470은 구연산과 알킬 알코올 또는 아민의 반응 산물로서 수득된 알킬화된 구연산 유도체를 개시한다. 알킬화된 구연산 유도체는 내마모제 및 마찰 조정제로서 효과적이다.
미국 특허 4,237,022는 연비 향상뿐 아니라 스퀼 및 마찰의 효과적인 감소를 위해 윤활제 및 연료에 첨가제로서 유용한 타르트리미드를 개시한다.
미국 특허 4,952,328은 (A) 윤활 점도의 오일, (B) 특정 아민과 석신계 아실화제를 반응시켜 생산한 카르복시 유도체, 및 (C) 설폰산 또는 카르복시산의 염기성 알칼리 금속 염을 포함하는 내연기관용 윤활유 조성물을 개시한다.
미국 특허 4,326,972는 내연기관의 연비를 향상시키기 위한 윤활 조성물을 개시한다. 이 조성물은 특정 가황 조성물(카르복시산의 에스테르를 기반으로 함) 및 염기성 알칼리 금속 설포네이트를 포함한다.
*국제특허공개 WO 2008/070307은 내마모제로서 적합한 말로네이트 에스테르를 개시한다.
*국제특허출원 WO US09/036623(2009.3.10 출원, Najman)은 하이드록시카르복시산의 유도체와 인 화합물, 즉 (i) (티오)인산의 하이드록시-치환된 디에스테르, 또는 (ii) (티오)인산의 인산화된 하이드록시-치환된 디에스테르 또는 트리에스테르일 수 있는 인 화합물을 함유하는 조성물에 의해 윤활처리된 동력전달장치를 개시한다.
국제특허공개 WO 2005/087904는 인-함유 첨가제와 함께 하이드록시 카르복시산 및 하이드록시 폴리카르복시산 에스테르를 함유하는 윤활제를 개시한다. 인-함유 첨가제는 아연 디하이드로카르빌디티오포스페이트 및/또는 중성 인 화합물, 예컨대 트리라우릴 포스페이트 또는 트리페닐포스포로티오네이트를 포함한다. 윤활제는 엔진 윤활제에 유용하다.
국제특허공개 WO 2006/044411은 에스테르 또는 아미드 기 당 탄소 원자 1 내지 150개를 보유하는 타르트레이트 에스테르 또는 아미드를 함유하는 저황, 저인, 저회분 윤활제 조성물을 개시한다.
본 발명의 발명자들은 본원에 개시된 윤활 조성물 및 방법이 (i) 황(보통 폐 오일로부터 배출을 감소 또는 차단함), (ii) 연비/효율(보통 연비/효율을 향상시킴), (iii) 산화 조절(보통 산화를 감소 또는 차단함), (iv) 마찰 성능, (v) 마모 및/또는 극압 성능(보통 감소 또는 차단함) 및 (vi) 침전물 조절 중 적어도 하나를 허용 수준으로 제공할 수 있다는 것을 발견했다. 마모는 감소된 리플링(rippling), 리징(ridging) 및 스코어링(scoring)을 포함할 수 있다. 마모는 동력전달장치의 링(ring) 및/또는 피니언(pinion)에서 관찰할 수 있다.
한 양태에서, 본 발명은 (a) 하이드록시카르복시산의 유도체 및 (b) 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염, 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기를 하나 이상 가진 아인산염 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 인 화합물을 포함하는 내마모 패키지와 윤활 점도의 오일을 함유하는 윤활 조성물을 제공한다. 한 양태에서, 인 화합물은 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염과 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기를 하나 이상 보유하는 아인산염의 혼합물이다.
한 양태에서, 본 발명은 (a) 하이드록시카르복시산의 유도체 및 (b) 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염, 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기를 하나 이상 가진 아인산염 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 인 화합물을 포함하는 내마모 패키지와 윤활 점도의 오일을 함유하는 윤활 조성물을 동력전달장치에 공급하는 것을 포함하여, 동력전달장치를 윤활처리하는 방법을 제공한다.
한 양태에서, 하이드록시카르복시산의 유도체는 타르타르산의 이미드, 타르타르산의 디에스테르, 타르타르산의 디아미드, 타르타르산의 에스테르-아미드 유도체를 포함한다.
한 양태에서, 인 화합물은 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염 또는 이의 혼합물일 수 있다.
한 양태에서, 본원에 개시된 윤활 조성물은
(a) 윤활 조성물의 0.01 wt% 내지 3 wt%, 0.01 wt% 내지 1 wt%, 0.05 wt% 내지 0.5 wt% 또는 0.1 wt% 내지 0.2 wt%(일반적으로 0.05 wt% 내지 0.5 wt%)로 존재하는 하이드록시카르복시산의 유도체; 및
(b) 윤활 조성물의 0.01 wt% 내지 5 wt%, 0.05 wt% 내지 2 wt%, 0.1 wt% 내지 1 wt% 또는 0.2 wt% 내지 0.4 wt%(일반적으로 0.1 wt% 내지 1 wt%)로 존재하는 인 화합물을 포함한다.
다른 양태에서, 여기에 개시된 윤활 조성물은 0 ppm 내지 500 ppm, 5 ppm 내지 300 ppm, 또는 20 ppm 내지 250 ppm의 몰리브덴을 함유한다.
다른 양태에서, 여기에 개시된 윤활 조성물은 윤활 조성물의 0.3 wt% 초과, 0.4 wt% 내지 5 wt%, 0.5 wt% 내지 3 wt%, 0.8 wt% 내지 2.5 wt% 또는 1 wt% 내지 2 wt%의 황 함량을 보유할 수 있다.
한 양태에서, 본 발명은 (i) 인 배출, (ii) 황 배출, (iii) 연비/효율, (iv) 산화 조절, (v) 마찰 성능, (vi) 마모 및/또는 극압 성능(보통 마모 감소 또는 차단함) 및 (vii) 침전물 조절 중 적어도 하나를 허용 수준으로 제공하기 위해 사용되는 본원에 개시된 윤활 조성물의 용도를 제공한다.
본 발명은 윤활 조성물 및 전술한 바와 같이 동력전달장치를 윤활처리하는 방법을 제공한다.
하이드록시-카르복시산 유래의 화합물
본 발명은 하이드록시-카르복시산 유래의 화합물을 함유하는 윤활 조성물을 제공한다. 하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 하기 화학식으로 표시될 수 있다:
Figure pat00001
식에서,
n 및 m은 독립적으로 1 내지 5의 정수이고;
X는 지방족 또는 지환족 기, 탄소 사슬에 산소 원자를 함유하는 지방족 또는 지환족 기 또는 이러한 종류들의 치환된 기로서, 이 기들은 탄소 원자가 6개 이하이고, 유용한 부착 지점이 n+m인 기이며;
각 Y는 독립적으로 -O-, 또는 >NR1이거나, 2개의 Y가 함께 2개의 카르보닐 기 사이에 형성된 이미드 구조 R-N< 의 질소를 나타내고;
각 R 및 R1은 독립적으로 수소 또는 탄화수소 기일 수 있고, 단 하나 이상의 R 또는 R1 기는 탄화수소 기이고; 각 R2는 독립적으로 수소, 탄화수소 기 또는 아실 기로서, 다만 하나 이상의 -OR2 기가 -C(O)-Y-R 기의 적어도 하나에 대해 α 또는 β인 X 에 존재하는 탄소 원자에 위치해야 한다).
하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 글리콜산(n과 m 모두 1이다), 말산(n=2, m=1), 타르타르산(n과 m 모두 2이다), 구연산(n=3, m=1) 또는 이의 혼합물로부터 유도될 수 있다. 한 양태에서, 하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 타르타르산 또는 구연산에서 유도될 수 있다. 한 양태에서, 하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 타르타르산에서 유도될 수 있다.
하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 하이드록시-카르복시산의 아미드, 에스테르 또는 이미드 유도체, 또는 이의 혼합물일 수 있다. 한 양태에서, 하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 하이드록시-카르복시산의 아미드, 에스테르 또는 이미드 유도체일 수 있다. 예를 들어, 하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 타르타르산의 에스테르 또는 타르타르산의 이미드일 수 있고, 또는 하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 구연산의 에스테르 또는 구연산의 이미드일 수 있다.
한 양태에서, 하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 하이드록시-카르복시산 디에스테르, 하이드록시-카르복시산 디아미드, 하이드록시-카르복시산 디이미드, 하이드록시-카르복시산 모노이미드, 하이드록시-카르복시산 에스테르-아미드, 하이드록시-카르복시산 에스테르-이미드 및 하이드록시-카르복시산 이미드-아미드 중 적어도 하나일 수 있다. 한 양태에서, 하이드록시-카르복시산의 아미드, 에스테르 또는 이미드 유도체는 하이드록시-카르복시산 디에스테르, 하이드록시-카르복시산 디아미드, 하이드록시-카르복시산 모노이미드 및 하이드록시-카르복시산 에스테르-아미드로 이루어진 그룹 중 적어도 하나에서 유래될 수 있다.
하이드록시-카르복시산 유래의 화합물의 각 R, R1 및 R2 기는 각각 탄소 원자가 1 내지 150개, 또는 8 내지 30개, 또는 8 내지 20개인 선형 또는 분지형 알킬 기일 수 있다. 하이드록시-카르복시산의 에스테르 유도체는 하이드록시-카르복시산과 알코올의 반응으로 형성될 수 있다. 알코올은 1가 알코올 및 다가 알코올을 포함한다. 알코올의 탄소 원자는 선형 사슬, 분지형 사슬 또는 이의 혼합물일 수 있다.
적당한 분지형 알코올의 예로는 2-에틸헥산올, 이소트리데칸올, 이소옥틸 알코올, 게르베 알코올 또는 이의 혼합물을 포함한다.
1가 알코올의 예로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 노난올, 데칸올, 운데칸올, 도데칸올, 트리데칸올, 테트라데칸올, 펜타데칸올, 헥사데칸올, 헵타데칸올, 옥타데칸올, 노나데칸올, 에이코산올 또는 이의 혼합물을 포함한다. 한 양태에서, 1가 알코올은 탄소 원자 8 내지 20개를 함유한다.
한 양태에서, 하이드록시-카르복시산의 이미드 유도체는 보통 탄소 원자 8 내지 20개를 함유하는 타르트리미드일 수 있다. 이미드를 제조하는데 사용되는 아민은 알킬 아민(예컨대, n-헥실아민(카프로일아민), n-옥틸아민(카프릴릴아민), n-데실아민(카프릴아민), n-도데실아민(라우릴아민), n-테트라데실아민(미리스틸아민), n-펜타데실아민, n-헥사데실아민(팔미틸아민), 마가릴아민, n-옥타데실아민(스테아릴아민)), 불포화 아민(예컨대 도데세닐아민, 미리스트올레일아민, 팔미토올레일아민, 올레일아민 및 리놀레일아민), 또는 에테르아민(예컨대, SURFAM™ P14AB(분지형 C14), SURFAM™ P16A(선형 C16) 및 SURFAM™ P17AB(분지형 C17)로 명명되는 것)을 포함할 수 있다. 적당한 타르트리미드를 제조하는 방법에 대한 상세한 설명(1차 아민과 타르타르산을 반응시키는 방법)은 미국 특허 4,237,022에 개시되어 있다.
미국 특허출원 US 60/939949(2007.5.24 출원) 및 US 60/939952(2007.5.24 출원)는 본 발명에 유용한 하이드록시카르복시산 화합물을 더 상세하게 개시한다.
캐나다 특허 1 183 125; 미국 특허 공개번호 2006/0183647 및 US 2006-0079413; 미국 특허출원번호 60/867402; 및 영국 특허 2 105 743 A는 모두 적당한 타르타르산 유도체의 유용한 예를 개시한다.
하이드록시-카르복시산 유래의 화합물은 윤활 조성물의 0.01 wt% 내지 3 wt%, 0.01 wt% 내지 1 wt%, 0.05 wt% 내지 0.5 wt% 또는 0.1 wt% 내지 0.2 wt%로 존재할 수 있다.
인 화합물
인 화합물은 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염, 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기를 하나 이상 보유하는 아인산염, 및 이의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다.
한 양태에서, 인 화합물은 무황 화합물로, 즉 인 화합물은 티오포스파이트 또는 티오포스페이트가 아니다.
인 화합물은 윤활 조성물의 0.01 wt% 내지 5 wt%, 0.05 wt% 내지 2 wt%, 0.1 wt% 내지 1 wt%, 또는 0.2 wt% 내지 0.4 wt%로 존재할 수 있다. 인 화합물에 의해 윤활 조성물에 제공되는 인의 양은 특정 양태에서 0.001 내지 0.5 wt%, 0.005 내지 0.2 wt%, 0.01 내지 0.1 wt% 또는 0.02 내지 0.04 wt%일 수 있다.
인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염
한 양태에서, 윤활 조성물은 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염(즉, 인산의 탄화수소 에스테르의 아민 염)일 수 있는 인 화합물을 포함한다. 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염은 인산염의 아민 염에서 유래될 수 있다. 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염은 하기 화학식으로 표시될 수 있다:
Figure pat00002
식에서,
R3 및 R4는 독립적으로 수소 또는 보통 탄소 원자 4 내지 40개, 또는 6 내지 30개, 또는 6 내지 18개, 또는 8 내지 18개를 함유하는 탄화수소이고, 단 적어도 하나는 탄화수소 기여야 하며; R5, R6, R7 및 R8은 독립적으로 수소 또는 탄화수소 기이고, 단 적어도 하나는 탄화수소 기여야 한다.
R3 및/또는 R4의 탄화수소 기는 선형, 분지형 또는 환형일 수 있다.
R3 및/또는 R4의 탄화수소 기의 예는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기를 포함하며, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실 및 옥타데실을 포함한다.
R3 및/또는 R4의 환형 탄화수소 기의 예로는 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헵틸, 메틸사이클로펜틸, 디메틸사이클로펜틸, 메틸사이클로펜틸, 디메틸사이클로펜틸, 메틸에틸사이클로펜틸, 디에틸사이클로펜틸, 메틸사이클로헥실, 디메틸사이클로헥실, 메틸에틸사이클로헥실, 디에틸사이클로헥실, 메틸사이클로헵틸, 디메틸사이클로헵틸, 메틸에틸사이클로헵틸 및 디에틸사이클로헵틸을 포함한다.
한 양태에서, 인산염은 모노알킬 인산 에스테르 및 디알킬 인산 에스테르의 혼합물의 아민염일 수 있다. 모노알킬 기 및 디알킬 기는 선형 또는 분지형일 수 있다.
인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염은 1차 아민, 2차 아민, 3차 아민 또는 이의 혼합물과 같은 아민에서 유도될 수 있다. 아민은 지방족, 환형, 방향족 또는 비-방향족, 보통 지방족일 수 있다. 한 양태에서, 아민은 지방족 아민, 예컨대 3차-지방족 1차 아민을 포함한다.
적당한 1차 아민의 예로는 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 2-에틸헥실아민, 비스-(2-에틸헥실)아민, 옥틸아민 및 도데실아민, 뿐만 아니라 n-옥틸아민, n-데실아민, n-도데실아민, n-테트라데실아민, n-헥사데실아민, n-옥타데실아민 및 올레일아민과 같은 지방 아민을 포함한다. 다른 유용한 지방 아민으로는 시중에서 입수할 수 있는 지방 아민, 예컨대 "Armeen®" 아민(악조 케미컬스(IL, 시카고 소재)에서 입수할 수 있는 제품), 예를 들어 Armeen C, Armeen O, Armeen OL, Armeen T, Armeen HT, Armeen S 및 Armeen SD (여기서 문자 표시는 코코, 올레일, 탈로우 또는 스테아릴 기와 같은 지방 기를 의미한다)를 포함한다.
적당한 2차 아민의 예로는 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디부틸아민, 디아밀아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 메틸에틸아민, 에틸부틸아민, N-메틸-1-아미노-사이클로헥산, Armeen® 2C 및 에틸아밀아민을 포함한다. 2차 아민은 환형 아민, 예컨대 피페리딘, 피페라진 및 모르폴린일 수 있다.
3차 아민의 예로는 트리-n-부틸아민, 트리-n-옥틸아민, 트리-데실아민, 트리라우릴아민, 트리-헥사데실아민 및 디메틸올레일아민(Armeen® DMOD)을 포함한다.
한 양태에서, 아민은 혼합물 형태이다. 적당한 아민 혼합물의 예로는 (i) 탄소 원자가 11 내지 14개인 3차 알킬 1차 아민, (ii) 탄소 원자가 14 내지 18개인 3차 알킬 1차 아민, 또는 (iii) 탄소 원자가 18 내지 22개인 3차 알킬 1차 아민을 포함한다. 3차 알킬 1차 아민의 다른 예로는 tert-부틸아민, tert-헥실아민, tert-옥틸아민(예, 1,1-디메틸헥실아민), tert-데실아민(예컨대, 1,1-디메틸옥틸아민), tert-도데실아민, tert-테트라데실아민, tert-헥사데실아민, tert-옥타데실아민, tert-테트라코사닐아민 및 tert-옥타코사닐아민을 포함한다.
한 양태에서, 유용한 아민 혼합물은 "Primene® 81R" 또는 "Primene® JMT"이다. Primene® 81R 및 Primene® JMT(롬 앤드 하아스에서 제조 및 판매)는 각각 C11 내지 C14 3차 알킬 1차 아민의 혼합물 및 C18 내지 C22 3차 알킬 1차 아민의 혼합물이다.
인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염은 미국 특허 6,468,946에 기술된 바와 같이 제조할 수 있다. 컬럼 10, 15 내지 63줄은 인 화합물의 반응으로 만든 인산 에스테르와 이어서 아민과 반응시켜 만든 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염을 기술한다. 컬럼 10, 64줄 내지 컬럼 12, 23줄은 오산화인을 알코올(탄소 원자 4 내지 13개)과 반응시킨 뒤, 아민(보통 Primene® 81-R)과 반응시켜 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염을 형성하는 제조예를 기술한다.
아인산염
한 양태에서, 윤활 조성물은 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기를 하나 이상 보유하는 아인산염을 함유한다. 한 양태에서, 윤활 조성물은 탄소 원자가 8개 이상 또는 12개 이상인 탄화수소 기를 하나 이상 보유하는 아인산염을 함유한다. 탄화수소 기에 존재하는 탄소 원자의 수는 보통 4 내지 30개 범위, 또는 10 내지 24개, 12 내지 22개, 14 내지 20개 또는 16 내지 18개 범위이다. 아인산염은 일탄화수소 치환된 아인산염, 이탄화수소 치환된 아인산염 또는 삼탄화수소 치환된 아인산염일 수 있다.
탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기를 하나 이상 보유하는 아인산염은 하기 화학식으로 나타낼 수 있다:
Figure pat00003
또는
Figure pat00004
식에서, R9, R10 및 R11 중 적어도 1개 또는 2개는 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기일 수 있고, 나머지는 수소 또는 탄화수소 기일 수 있다. 한 양태에서, R9, R10 및 R11 중 2개 이상은 탄화수소 기이다. 탄화수소 기는 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 비환형 또는 이의 혼합형일 수 있다. R9, R10 및 R11 3개 기 모두를 보유하는 식에서, 화합물은 삼탄화수소 치환된 아인산염일 수 있고, 즉 R9, R10 및 R11은 모두 탄화수소 기이다.
알킬 기는 선형 또는 분지형일 수 있고, 보통 선형이며, 포화 또는 불포화된 기일 수 있고, 보통 포화된 기이다. R9, R10 및 R11에 사용되는 알킬 기의 예로는 부틸, 헥실, 옥틸, 2-에틸헥실, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실, 옥타데실, 옥타데세닐, 노노데실, 에이코실 또는 이의 혼합물을 포함한다.
알킬 기는 선형 또는 분지형일 수 있고, 보통 선형이며, 포화 또는 불포화 기일 수 있고, 보통 포화 기이다. R9, R10 및 R11에 사용되는 알킬 기의 예로는 부틸, 헥실, 옥틸, 2-에틸헥실, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실, 옥타데실, 옥타데세닐, 노노데실, 에이코실 또는 이의 혼합물을 포함한다. 한 양태에서, 알킬 기 R9 및 R10은 4개의 탄소 원자(보통 n-부틸)를 보유한다.
인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염 및/또는 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기를 1개 이상 보유하는 아인산염은 한 양태에서는 인의 산, 인산, 폴리인산, 트리알킬 인산염 또는 트리알킬 티오인산염 중 하나 이상과의 혼합물로 존재할 수 있다. 예를 들어, 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염 및/또는 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기를 하나 이상 보유하는 아인산염은 한 양태에서는 인산과의 혼합물로 존재할 수 있다.
윤활 점도의 오일
윤활 조성물은 윤활 점도의 오일을 포함한다. 이러한 오일은 천연 및 합성 오일, 수소화분해 유래의 오일, 수소화 오일, 및 수소화피니싱 오일, 미정제 오일, 정제 오일, 재정제 오일 및 이의 혼합물을 포함한다. 미정제 오일, 정제 오일 및 재정제 오일의 더 상세한 설명은 국제특허공개 WO2008/147704, [0054] 내지 [0056]문단에 제시되어 있다.
천연 윤활유 및 합성 윤활유에 대한 더 상세한 설명은 WO2008/147704의 [0058] 내지 [0059] 문단에 각각 기술되어 있다. 합성 오일은 또한 피셔-트롭쉬 반응으로 생산할 수도 있고, 보통 수소첨가이성질체화된 피셔-트롭쉬 탄화수소 또는 왁스일 수 있다. 한 양태에서, 오일은 피셔-트롭쉬 기액 합성 절차에 의해 제조될 수 있을 뿐 아니라 다른 기액 오일일 수 있다.
또한, 윤활 점도의 오일은 문헌["Appendix E - API Base Oil Interchangeability Guidelines for Passenger Car Motor Oils and Diesel Engine Oils", section 1.3 Sub-heading 1.3. "Base Stock Catagories", 2008년 4월판]에 명시된 바와 같이 정의될 수 있다. 한 양태에서, 윤활 점도의 오일은 API 그룹 I, 그룹 II, 그룹 III 또는 그룹 IV 오일일 수 있다. 한 양태에서, 윤활 점도의 오일은 API 그룹 II 또는 그룹 III 오일일 수 있다. 한 양태에서, 윤활 점도의 오일은 수소화분해 또는 격렬하게 수소화분해된 기유 스톡 및/또는 API 그룹 II 또는 그룹 III 오일일 수 있다.
윤활 점도 오일의 존재량은 일반적으로 100wt%에서 본 발명의 화합물의 양과 다른 성능 첨가제의 합을 뺀 후 남는 잔여량이다.
윤활 조성물은 농축물 및/또는 완전 조제된 윤활제 형태일 수 있다. 본 발명의 윤활 조성물(여기에 개시된 첨가제를 포함함)이 추가 오일과 배합되어 전부 또는 일부가 마무리처리된 윤활제를 형성할 수 있는 농축물 형태이면, 이 첨가제들 대 윤활 점도의 오일 및/또는 희석 오일의 비는 중량 기준으로 1:99 내지 99:1 범위, 또는 중량 기준으로 80:20 내지 10:90 범위를 포함한다.
유기-황화물
한 양태에서, 윤활 조성물은 추가로 유기-황화물 또는 이의 혼합물을 포함한다. 한 양태에서, 유기-황화물은 폴리설파이드, 티아디아졸 화합물 또는 이의 혼합물 중 적어도 하나를 포함한다.
다른 양태에서, 유기-황화물은 윤활 조성물의 0 wt% 내지 10 wt%, 0.01 wt% 내지 10 wt%, 0.1 wt% 내지 8 wt% 및 0.25 wt% 내지 6 wt%로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 범위로 존재한다.
티아디아졸 화합물
티아디아졸의 예로는 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸 또는 이의 올리고머, 탄화수소-치환된 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸, 하이드로카르빌티오-치환된 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸 또는 이의 올리고머를 포함한다. 탄화수소-치환된 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸의 올리고머는 일반적으로 2 이상의 티아디아졸 단위의 올리고머를 만들기 위해 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸 단위 사이에 황-황 결합을 형성시켜 만든다. 이러한 티아디아졸 화합물은 또한 폴리이소부틸렌 석신이미드의 디머캅토티아디아졸 유도체의 형성 시에 후술되는 분산제의 후처리에도 사용될 수 있다.
적당한 티아디아졸 화합물의 예로는 디머캅토티아디아졸, 2,5-디머캅토-[1,3,4]-티아디아졸, 3,5-디머캅토-[1,2,4]-티아디아졸, 3,4-디머캅토-[1,2,5]-티아디아졸 또는 4,5-디머캅토-[1,2,3]-티아디아졸 중 적어도 하나를 포함한다. 일반적으로 쉽게 입수할 수 있는 물질, 예컨대 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸 또는 탄화수소-치환된 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸 또는 하이드로카르빌티오-치환된 2,5-디머캅토-1,3,4-티아디아졸이 흔히 사용된다. 다른 양태에서, 탄화수소-치환체 기에 존재하는 탄소 원자의 수는 1 내지 30개, 2 내지 25개, 4 내지 20개, 6 내지 16개 또는 8 내지 10개를 포함한다.
한 양태에서, 티아디아졸 화합물은 알데하이드 및 디머캅토티아디아졸과 페놀의 반응 산물이다. 페놀은 알킬 기가 탄소 원자 6개 이상, 예컨대 6 내지 24개 또는 6개(또는 7개) 내지 12개를 함유하는 알킬 페놀을 포함한다. 알데하이드는 탄소 원자 1 내지 7개를 함유하는 알데하이드 또는 알데하이드 합성단위체(synthon), 예컨대 포름알데하이드를 포함한다. 유용한 티아디아졸 화합물로는 2-알킬디티오-5-머캅토-[1,3,4]-티아디아졸, 2,5-비스(알킬-디티오)-[1,3,4]-티아디아졸, 2-알킬하이드록시페닐메틸티오-5-머캅토-[1,3,4]-티아디아졸(예컨대, 2-[5-헵틸-2-하이드록시페닐메틸티오]-5-머캅토-[1,3,4]-티아디아졸) 및 이의 혼합물을 포함한다.
한 양태에서, 티아디아졸 화합물은 2,5-비스(tert-옥틸디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-노닐디티오)-1,3,4-티아디아졸 또는 2,5-비스(tert-데실디티오)-1,3,4-티아디아졸 중 적어도 하나를 포함한다.
폴리설파이드
한 양태에서, 폴리설파이드 분자의 적어도 50 wt%는 트리설파이드 또는 테트라설파이드의 혼합물이다. 다른 양태에서, 폴리설파이드 분자의 적어도 55 wt% 또는 적어도 60 wt%는 트리설파이드 또는 테트라설파이드의 혼합물이다.
폴리설파이드는 오일, 지방산 또는 지방 에스테르, 올레핀 또는 폴리올레핀 유래의 가황 유기 폴리설파이드를 포함한다.
가황될 수 있는 오일로는 천연 오일 또는 합성 오일, 예컨대 광유, 라드유, 지방족 알코올과 지방산 유래의 카르복실레이트 에스테르, 지방족 카르복시산(예컨대, 미리스틸 올레이트 및 올레일 올레이트), 및 합성 불포화 에스테르 또는 글리세라이드를 포함한다.
지방산은 탄소 원자 8개 내지 30개 또는 12개 내지 24개를 함유하는 것을 포함한다. 지방산의 예로는 올레산, 리놀레산, 리놀렌산 및 톨유를 포함한다. 혼합 불포화 지방산 에스테르로부터 제조된 가황 지방산 에스테르는 예컨대 동물 지방과 식물 오일, 예컨대 톨유, 아마인유, 대두유, 평지씨유 및 어유로부터 수득된다.
폴리설파이드는 다양한 알켄에서 유도된 올레핀을 포함한다. 알켄은 보통 하나 이상의 이중 결합을 보유한다. 한 양태에서 올레핀은 3 내지 30개의 탄소 원자를 함유한다. 다른 양태에서, 올레핀은 3 내지 16개 또는 3 내지 9개의 탄소 원자를 함유한다. 한 양태에서, 가황 올레핀은 프로필렌, 이소부틸렌, 펜텐 또는 이의 혼합물에서 유도된 올레핀을 포함한다.
한 양태에서, 폴리설파이드는 전술한 올레핀을 공지의 기술로 중합시켜 유도되는 폴리올레핀을 포함한다.
한 양태에서, 폴리설파이드는 디부틸 테트라설파이드, 올레산의 가황 메틸 에스테르, 가황 알킬페놀, 가황 디펜텐, 가황 디사이클로펜타디엔, 가황 테르펜 및 가황 디엘스-앨더 첨가생성물을 포함한다.
마찰 조정제
한 양태에서, 윤활 조성물은 추가로 마찰 조정제를 포함한다. 다른 양태에서, 마찰 조정제는 윤활 조성물의 0 wt% 내지 5 wt%, 0.1 wt% 내지 4 wt%, 0.25 wt% 내지 3.5 wt%, 0.5 wt% 내지 2.5 wt% 및 1 wt% 내지 2.5 wt% 또는 0.05 wt% 내지 0.5 wt%로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 범위로 존재한다.
마찰 조정제는 지방 아민, 붕산화된 글리세롤 에스테르, 지방산 아미드, 비-붕산화된 지방 에폭사이드, 붕산화된 지방 에폭사이드, 알콕시화된 지방 아민, 붕산화된 알콕시화된 지방 아민, 지방산의 금속 염 또는 지방 이미다졸린, 알킬 살리실레이트의 금속 염(청정제로도 언급될 수 있음), 설포네이트의 금속 염(청정제로도 언급될 수 있음), 카르복시산 또는 폴리알킬렌-폴리아민의 축합 산물, 또는 하이드록시알킬 화합물의 아미드를 포함한다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 글리세롤의 지방산 에스테르를 포함한다. 최종 산물은 금속 염, 아미드, 이미다졸린 또는 이의 혼합물 형태일 수 있다. 지방산은 탄소 원자 6개 내지 24개, 또는 8개 내지 18개를 함유할 수 있다. 지방산은 분지쇄 또는 직쇄, 포화 또는 불포화성일 수 있다. 적당한 산으로는 2-에틸헥산산, 데칸산, 올레산, 스테아르산, 이소스테아르산, 팔미트산, 미리스트산, 팔미트올레산, 리놀레산, 라우르산 및 리놀렌산과 천연 산물, 탈로우, 팜유, 올리브유, 땅콩유, 옥수수유 및 니트 풋 오일(Neat's foot oil) 유래의 산을 포함한다. 한 양태에서, 지방산은 올레산이다. 금속 염 형태일 때, 보통 금속은 아연 또는 칼슘을 포함하고; 산물은 과염기화된 산물과 비-과염기화된 산물을 포함한다. 그 예는 화학식 Zn4올레이트6O로 표시될 수 있는 염기성 올레산-아연 염 착물 및 과염기화된 칼슘 염이다. 아미드 형태일 때, 축합 산물은 암모니아, 또는 1차 또는 2차 아민, 예컨대 디에틸아민 및 디에탄올아민에 의해 제조된 것을 포함한다. 이미다졸린 형태일 때, 축합 산물은 디아민 또는 폴리아민, 예컨대 폴리에틸렌폴리아민과 산의 축합 산물을 포함한다. 한 양태에서, 마찰 조정제는 C8 내지 C24 원자의 지방산과 폴리알킬렌 폴리아민의 축합 산물, 특히 이소스테아르산과 테트라에틸렌펜타민의 산물이다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 아실화제 또는 아민과 하이드록시알킬 화합물의 축합에 의해 형성된 것을 포함한다. 하이드록시알킬 화합물의 더 상세한 설명은 WO 2007/044820, 문단 9 및 20 내지 22에 기술되어 있다. WO 2007/044820에 개시된 마찰 조정제는 화학식 R12R13N-C(O)R14로 표시되는 아미드를 포함하며, 식에서 R12 및 R13은 각각 독립적으로 탄소 원자가 6개 이상인 탄화수소 기이고, R14는 탄소 원자가 1 내지 6개인 하이드록시알킬 기 또는 이 하이드록시알킬 기가 이의 하이드록시 기를 통해 아실화제에 의해 축합하여 형성된 기이다. 제조예는 실시예 1과 2(WO 2007/044820의 문단 72 및 73)에 개시된다. 한 양태에서, 하이드록시알킬 화합물의 아미드는 글리콜산, 즉 하이드록시아세트산 HO-CH2-COOH와 아민의 반응에 의해 제조된다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 화학식 R15R16NR17로 표시되는 2차 아민 또는 3차 아민을 포함하고, 식에서 R15 및 R16은 각각 독립적으로 탄소 원자 6개 이상인 알킬 기이고, R17은 수소, 탄화수소 기, 하이드록시-함유 알킬 기 또는 아민-함유 알킬 기이다. 이 마찰 조정제에 대한 더 상세한 설명은 미국 특허출원 2005/037898, 문단 8과 19 내지 22에 기술되어 있다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 글리콜산과 디-코코알킬 아민(또는 디-코코아민)의 반응 산물을 포함한다. 마찰 조정제는 WO 2008/014319의 제조예 1 및 2에서 제조된 화합물을 포함한다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 카르복시산 또는 이의 반응성 등가물과 아미노알콜의 반응 산물로부터 유도된 것을 포함하며, 각각 탄소 원자 6개 이상을 함유하는 2개 이상의 탄화수소 기를 함유한다. 이러한 마찰 조정제의 예로는 이소스테아르산 또는 알킬 석신산 무수물과 트리스-하이드록시메틸아미노메탄의 반응 산물을 포함한다. 이러한 마찰 조정제의 더 상세한 설명은 미국특허출원 2003/22000(또는 국제공개번호 WO 04/007652)의 문단 8과 9 내지 14에 개시되어 있다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 알콕시화된 알코올을 포함한다. 적당한 알콕시화된 알코올의 상세한 설명은 미국특허출원 2005/0101497의 문단 19 및 20에 기술되어 있다. 알콕시화된 아민은 또한 미국 특허 5,641,732, 컬럼 7, 15줄부터 컬럼 9, 25줄에 기술되어 있다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 미국 특허 5,534,170의 컬럼 37, 19줄부터 컬럼 39, 38줄에 정의된 바와 같은 하이드록시 아민 화합물을 포함한다. 경우에 따라, 하이드록시 아민은 미국 특허 5,534,170의 컬럼 39, 39줄부터 컬럼 40, 8줄에 기술된 바와 같은 붕산화된 산물을 포함한다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 알콕시화된 아민, 예컨대 미국 특허 5,703,023의 실시예 E, 컬럼 28, 30줄 내지 46줄에 기술된 바와 같은 1.8% Ethomeen™ T-12와 0.90% Tomah™ PA-1로부터 유도된 에톡시화된 아민을 포함한다. 다른 적당한 알콕시화된 아민 화합물은 상표명 "ETHOMEEN"으로 공지되고 악조 노벨에서 입수할 수 있는 시판 알콕시화된 지방 아민을 포함한다. 이러한 ETHOMEEN™ 물질의 대표예는 ETHOMEEN™ C/12(비스[2-하이드록시에틸]-코코-아민); ETHOMEEN™ C/20(폴리옥시에틸렌[10]코코아민); ETHOMEEN™ S/12(비스[2-하이드록시에틸]소이아민); ETHOMEEN™ T/12 (비스[2-하이드록시에틸]-탈로우-아민); ETHOMEEN™ T/15(폴리옥시에틸렌-[5]탈로우아민); ETHOMEEN™ 0/12 (비스[2-하이드록시에틸]올레일-아민); ETHOMEEN™ 18/12 (비스[2-하이드록시에틸]옥타데실아민); 및 ETHOMEEN™ 18/25(폴리옥시에틸렌[15]옥타데실아민)이다. 지방 아민 및 에톡시화된 지방 아민은 미국 특허 4,741,848에도 기술되어 있다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 미국 특허 5,750,476, 컬럼 8, 40줄부터 컬럼 8, 28줄에 기술된 폴리올 에스테르를 포함한다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 미국 특허 5,840,662의 컬럼 2, 28줄부터 컬럼, 26줄에 기술된 바와 같은 저효능 마찰 조정제를 포함한다. 미국 특허 5,840,662는 또한 컬럼 3, 48줄부터 컬럼 6, 25줄에 저효능 마찰 조정제를 제조하는 방법 및 특정 물질을 개시한다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 이성질체화된 알케닐 치환된 석신산 무수물과 폴리아민의 반응 산물을 포함하며, 이는 미국 특허 5,840,663, 컬럼 2, 18줄부터 43줄에 기술되어 있다. 미국 특허 5,840,663에 기술된 마찰 조정제의 구체적인 양태는 컬럼 3, 23줄부터 컬럼 4, 35줄에 추가로 개시되어 있다. 제조예는 미국 특허 5,840,663의 컬럼 4, 45줄부터 컬럼 5, 37줄에 추가 개시되어 있다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 상표명 Duraphos® DMODP로 로디아(Rhodia)에서 판매하는 알킬포스포네이트 모노에스테르 또는 디에스테르를 포함한다.
한 양태에서, 마찰 조정제는 캐나다 특허 1,188,704에 공지된 붕산화된 지방 에폭사이드 또는 알킬렌 옥사이드를 포함한다. 이러한 오일-용해성 붕소-함유 조성물은 80℃ 내지 250℃의 온도에서 붕산 또는 붕소 삼산화물을 적어도 하나의 지방 에폭사이드 또는 알킬렌 옥사이드와 반응시켜 제조한다. 지방 에폭사이드 또는 알킬렌 옥사이드는 일반적으로 에폭사이드의 지방 기(또는 알킬렌 옥사이드의 알킬렌 기)에 8개 이상의 탄소 원자를 함유한다.
붕산화된 지방 에폭사이드는 두 물질의 반응을 수반하는 그 제조 방법을 특징으로 하는 것을 포함한다. 시약 A는 붕소 삼산화물 또는 메타붕산(HBO2), 오르토붕산(H3BO3) 및 테트라붕산(H2B4O7) 또는 오르토붕산을 비롯한 다양한 형태의 붕산 중 임의의 붕산을 포함한다. 시약 B는 적어도 하나의 지방 에폭사이드를 포함한다. 시약 A 대 시약 B의 몰 비는 일반적으로 1:0.25 내지 1:4, 1:1 내지 1:3 또는 1:1 내지 1:2이다. 붕산화된 지방 에폭사이드는 두 시약을 블렌딩하고 이를 80℃ 내지 250℃, 또는 100℃ 내지 200℃의 온도에서 반응이 일어나기에 충분한 시간 기간 동안 가열하여 제조한 화합물을 포함한다. 필요하다면, 반응은 실질적으로 불활성이고, 보통 액체인 유기 희석제의 존재 하에 실시될 수 있다. 반응 동안 물이 발생하며 이는 증류 제거할 수 있다.
다른 성능 첨가제
본 발명의 조성물은 경우에 따라 추가로 적어도 하나의 다른 성능 첨가제를 포함한다. 다른 성능 첨가제는 금속 불활성화제, 청정제, 분산제, 점도 조정제, 분산제 점도 조정제, 산화방지제, 부식억제제, 발포억제제, 항유화제, 유동점 저하제, 씰팽창제 및 이의 혼합물을 포함한다.
다른 양태에서, 다른 성능 첨가제 화합물의 총합량은 윤활 조성물의 0 wt% 내지 25 wt%, 0.1 wt% 내지 15 wt% 및 0.5 wt% 내지 10 wt%로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 범위로 존재한다. 하나 이상의 다른 성능 첨가제가 존재할 수 있지만, 다른 성능 첨가제는 각각에 대해 다른 양으로 존재하는 것이 일반적이다.
산화방지제는 몰리브덴 디티오카바메이트와 같은 몰리브덴 화합물, 가황 올레핀, 힌더드 페놀, 아민계 화합물, 예컨대 알킬화된 디페닐아민(일반적으로, 디노닐 디페닐아민, 옥틸 디페닐아민 또는 디옥틸 디페닐아민)을 포함한다.
청정제는 중성 또는 과염기화된 청정제, 페네이트, 가황 페네이트, 설포네이트, 카르복시산, 인의 산, 모노티오인산 및/또는 디티오인산, 살리제닌, 알킬살리실레이트 및 살릭사레이트 중 하나 이상과 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 전이 금속의 뉴턴 또는 비-뉴턴 염기성 염을 포함한다.
분산제는 공지되어 있고, 예컨대 N-치환된 장쇄 알케닐 석신이미드, 마니히 염기, 또는 이의 혼합물을 포함한다. N-치환된 장쇄 알케닐 석신이미드의 예로는 폴리이소부틸렌 석신이미드를 포함하고, 여기서 폴리이소부틸렌 석신산 무수물이 유도되는 폴리이소부틸렌의 수평균분자량은 350 내지 5000, 500 내지 3000 또는 750 내지 1150 범위이다.
또한, 분산제는 다양한 임의의 제제와의 반응에 의해 통상적인 방법으로 후처리될 수 있다. 이 중에는 붕소 화합물(예컨대, 붕산), 우레아, 티오우레아, 디머캅토티아디아졸, 이황화탄소, 알데하이드, 케톤, 카르복시산, 예컨대 테레프탈산, 탄화수소-치환된 석신산 무수물, 말레산 무수물, 니트릴, 에폭사이드 및 인 화합물이 있다. 한 양태에서, 후처리된 분산제는 붕산화된 분산제, 예컨대 붕산화된 폴리이소부틸렌 석신이미드일 수 있다. 한 양태에서, 후처리된 분산제는 디머캅토티아디아졸과 반응시켜 제조할 수 있다(폴리이소부틸렌 석신이미드의 디머캅토티아디아졸 유도체와 같은 분산제를 형성함).
다른 양태에서, 분산제는 윤활 조성물의 0 wt% 내지 10 wt%, 0.01 wt% 내지 10 wt%, 및 0.1 wt% 내지 5 wt%로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 범위로 존재한다.
점도 조정제는 스티렌-부타디엔의 수소화된 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리이소부텐, 수소화된 스티렌-이소프렌 중합체, 수소화된 이소프렌 중합체, 폴리메타크릴레이트 산 에스테르, 폴리아크릴레이트 산 에스테르, 폴리알킬 스티렌, 알케닐 아릴 공액 디엔 공중합체, 폴리올레핀, 폴리알킬메타크릴레이트 및 말레산 무수물-스티렌 공중합체의 에스테르를 포함한다. 분산제 점도 조정제(종종 DVM이라 약칭)로는 작용기화된 폴리올레핀, 예컨대 말레산 무수물과 아민의 반응 산물에 의해 작용기화된 에틸렌-프로필렌 공중합체, 아민에 의해 작용기화된 폴리메타크릴레이트 또는 아민과 반응한 스티렌-말레산 무수물 공중합체를 포함하며, 본 발명의 조성물에 추가로 사용될 수 있다.
부식억제제는 옥틸아민 옥타노에이트, 폴리아민과 올레산 같은 지방산 및 도데세닐 석신산 또는 무수물의 축합 산물, 또는 전술한 티아디아졸 화합물을 포함한다. 금속 불활성화제는 벤조트리아졸(일반적으로 톨릴트리아졸)의 유도체, 1,2,4-트리아졸, 벤즈이미다졸, 2-알킬디티오벤즈이미다졸 또는 2-알킬디티오벤조티아졸을 포함한다.
발포억제제는 예컨대 에틸 아크릴레이트와 2-에틸헥실아크릴레이트 및 경우에 따라 비닐 아세테이트의 공중합체를 포함한다. 항유화제는 트리알킬 포스페이트, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드 및 (에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드) 중합체를 포함한다. 유동점 저하제로는 말레산 무수물-스티렌의 에스테르, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트 또는 폴리아크릴아미드를 포함한다. 씰 팽창제로는 Exxon Necton-37™(FN 1380) 및 Exxon Mineral Seal Oil(FN 3200)을 포함한다.
산업상 이용가능성
본 발명의 방법은 다양한 동력전달장치 어플리케이션을 윤활처리하는데 유용하다. 동력전달장치는 기어, 기어박스, 축 기어, 트랙션 구동 변속기, 자동변속기 또는 수동변속기 중 적어도 하나를 포함한다. 한 양태에서, 동력전달장치는 수동변속기 또는 기어, 기어박스 또는 축 기어이다.
자동변속기는 연속가변변속기(CVT), 무한가변변속기(IVT), 톨로이달(Torroidal) 변속기, 연속슬리핑토크컨버터식 클러치(CSTCC), 단계적 자동변속기 또는 이중클러치변속기(DCT)를 포함한다.
한 양태에서, 본 발명은 기어 및 변속기에 내마모 성능, 극압 성능, 허용되는 침전물 조절, 허용되는 산화안정성 및 악취 저감 중 적어도 하나를 부여하기 위해 사용되는 본 명세서에 개시된 윤활 조성물의 용도를 제공한다.
다른 언급이 없는 한, 여기에 언급된 각 화학물질 또는 조성물은 보통 시판 등급에 존재하는 것으로 이해하는 이성질체, 부산물, 유도체 및 기타 이러한 물질을 함유할 수 있는 시판 등급의 물질인 것으로 해석되어야 한다. 하지만, 각 화학 성분의 양은 특별한 언급이 없는 한 시판 물질에 통상적으로 존재할 수 있는 임의의 용매 또는 희석제 오일을 제외한 양이다.
이하 실시예는 본 발명의 양태를 예시한 것이다. 이러한 실시예는 비제한적이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
실시예
윤활제 실시예 1(EX1)은 올레일 포스페이트의 아민 염 Primene® 81-R 0.4 wt%와 2-에틸헥실 타르트레이트 0.15 wt%를 함유하는 80W-90 기어 오일 윤활제이다.
윤활제 비교예 1(CLE1)은 타르트레이트를 함유하지 않는 것을 제외하고는 EX1과 유사한 기어 오일 윤활제이다.
윤활제 실시예 2(EX2)는 디부틸 포스파이트 0.4 wt%와 2-에틸헥실 타르트레이트 0.15 wt%를 함유하는 80W-90 기어 오일 윤활제이다.
윤활제 비교예 2(CLE2)는 타르트레이트를 함유하지 않는 것을 제외하고는 EX2와 유사한 기어 오일 윤활제이다.
윤활제 비교예 3(CLE3)은 국제특허출원 WO US09/036623의 제조예 6 내지 8(이 출원의 [0107] 문단)에 기술된 바와 같은 티오포스페이트의 아민 염 0.18 wt%와 2-에틸 헥실 타르트레이트 0.15 wt%를 함유하는 것을 제외하고는 EX1과 유사한 기어 오일 윤활제이다.
윤활제 비교예 4(CLE4)는 국제특허출원 WO US09/036623의 제조예 1 내지 4(이 출원의 문단[0099] 내지 [0105]에 기술됨)에 기술된 인산염의 아민 염 0.18 wt%를 함유하는 것을 제외하고는 EX1과 유사한 기어 오일 윤활제이다.
윤활제 실시예 3(EX3)은 올레일 포스페이트의 아민 염 Primene®81-R 1 wt%, 디부틸 포스파이트 0.25 wt% 및 2-에틸헥실 타르트레이트 0.1 wt%를 함유하는 80W-90 기어 오일 윤활제이다.
윤활제 실시예 4(EX4)는 올레일 포스페이트의 아민 염 Primene®81-R 0.8 wt%, 디부틸 포스파이트 0.5 wt% 및 2-에틸헥실 타르트레이트 0.2 wt%를 함유하는 75W-90 기어 오일 윤활제이다.
윤활제 CLE1 내지 CLE4 및 EX1 내지 EX4는 ASTM D6121-05a의 방법론(L-37 기어 내구성 시험) 및 ASTM 간행물 STP 512A에 기술된 L-42 축 쇼크 시험 방법으로 평가한다. L-42 시험에서 일반적으로 더 우수한 결과는 링(ring) 및 피니언 스코어링(pinion scoring)의 등급 퍼센트가 낮은 샘플에서 나타난다. 일반적으로 L-37 시험의 우수한 결과는 숫자가 높은 샘플들에서 수득되었다.
L-42 시험의 마지막에 EX1과 비교예 CLE1, CLE3 및 CLE4에서 수득되는 결과는 다음과 같다:
링 드라이브 (ring drive) 링 코스트
(ring coast)		 피니언 드라이브 (pinion drive) 피니언 코스트 (pinion coast)
EX1 0 13 0 17
CLE1 0 21 0 29
CLE3 0 57 0 34
CLE4 0 92 0 66
L-42 시험의 결과는 본 발명의 조성물이 다른 내마모 첨가제를 함유하는 유사 조성물에 비해 감소된 링 및 피니언 스코어링을 나타냈음을 시사한다. 예를 들어, 본원에 개시된 윤활 조성물은 L-42 시험에서 국제특허출원 WO US09/036623에 개시된 것과 유사한 조성물(즉, CLE3 및 CLE4)보다 향상된 성능을 나타냈다.
L-37 시험의 마지막에 EX1과 비교예 CLE1에서 수득된 결과는 다음과 같다:
링에서 등급화된 파라미터 EX1 EX2
링 마모
최종 마모 등급 8 7
최종 표면 피로 리플링 10 9
최종 표면 피로 리징 10 7
최종 표면 피로 피팅 및 스폴링 메리트 9.9 9.9
최종 표면 피로 스코어링 10 10
피니언 마모
최종 마모 등급 8 6
최종 마모 리플링 9 8
최종 마모 리징 10 7
최종 마모 스코어링 9.9 9.6
최종 피팅 및 스폴링 메리트 10 10
L-37 시험의 결과는 본 발명의 조성물이 다른 내마모 인 첨가제를 함유하는 유사 조성물에 비해 감소된 마모, 리플링, 리징 및 스코어링을 나타낸다는 것을 시사한다.
종합해보면, 본 발명의 조성물은 다음 중 적어도 하나에서 비교예보다 우수한 성능 이점을 나타낸다: (i) 황(보통 폐 오일로부터 배출을 감소 또는 차단함), (ii) 연비/효율(보통 연비/효율을 향상시킴), (iii) 산화 조절(보통 산화를 감소 또는 차단함), (iv) 마찰 성능, (v) 마모 및/또는 극압 성능(보통 감소 또는 차단함) 및 (vi) 침전물 조절.
전술한 재료의 일부는 최종 포뮬레이션에서 상호작용할 수 있어서, 최종 포뮬레이션의 성분이 최초 첨가된 성분과 다를 수 있다는 것은 공지되어 있다. 이와 같이 형성된 산물, 예컨대 의도한 용도에 본 발명의 윤활 조성물을 이용한 후 형성된 산물은 쉽게 설명하기가 어려울 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 모든 변형 및 반응 산물은 본 발명의 범위에 포함되고; 본 발명은 전술한 성분을 혼합하여 제조한 윤활 조성물을 포함한다.
앞에서 언급한 각 문헌들은 참고 인용된 것이다. 실시예 또는 다른 분명하게 제시된 경우 외에, 본 명세서에서 물질의 양, 반응 조건, 분자량, 탄소 원자의 수 등을 표현한 모든 수치 양은 "약"이란 용어가 꾸미고 있는 것으로 이해해야 한다. 여기에 제시된 상위 및 하위의 양, 범위 및 비율 범위는 독립적으로 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이와 마찬가지로, 본 발명의 각 요소의 범위 및 양은 임의의 다른 요소들의 범위 또는 양과 함께 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용된, "탄화수소 치환체" 또는 "탄화수소 기"는 당업자에게 공지된 통상적인 의미로 사용되고 있다. 구체적으로, 탄소 원자가 분자의 나머지에 직접 부착되어 있고 주로 탄화수소 특성을 나타내는 기를 의미한다. 탄화수소 기의 예로는 다음을 포함한다: 탄화수소 치환체, 예컨대 지방족, 지환족 및 방향족 치환체; 치환된 탄화수소 치환체, 즉 본 발명의 상황에서 치환체의 주로 탄화수소 특성을 변경시키지 않는 비-탄화수소 기를 함유하는 치환체; 및 헤테로 치환체, 즉 주로 탄화수소 특성이 유사하게 있지만 고리 또는 사슬에 탄소 외에 다른 원자를 함유하는 치환체. "탄화수소 치환체" 또는 "탄화수소 기"란 용어의 더 상세한 정의는 국제특허공개 WO 2008147704의 문단[0118] 내지 [0119]에 기술되어 있다.
본 명세서에 사용된 지방산에서와 같은 "지방"(및 본원에 사용된 다른 표현들)이란 용어는 탄소 원자 4 내지 150개, 또는 4 내지 30개, 또는 6 내지 16개를 함유하는 탄화수소 사슬을 포함한다.
이상 본 발명은 바람직한 양태와 관련하여 설명했지만, 당업자는 이 명세서를 통해 다양한 변형을 분명하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 변형이 후속되는 특허청구범위에 속할 때 본 명세서에 개시된 본 발명은 그러한 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (21)

  1. 윤활 점도의 오일 및 내마모 패키지를 함유하는 윤활 조성물을 동력전달장치에 공급하는 단계
    를 포함하는, 동력전달장치의 윤활처리 방법으로서,
    상기 내마모 패키지는, 윤활 조성물의 중량을 기준으로,
    (a) 하이드록시카르복시산의 유도체 0.05중량% 내지 0.5중량%,
    (b) 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 인 화합물 0.1중량% 내지 1중량%, 및
    (c) 오일, 지방산 또는 지방 에스테르, 올레핀 또는 폴리올레핀 유래의 가황 유기 폴리설파이드로부터 선택되는 하나 이상의 폴리설파이드를 포함하는 유기 황화물 0.1중량% 내지 8중량%
    를 포함하고,
    상기 하이드록시카르복시산의 유도체는 하기 화학식:
    Figure pat00005

    (상기 식에서,
    n 및 m은 2이고,
    X는 지방족 또는 지환족 기, 탄소 사슬에 산소 원자를 함유하는 지방족 또는 지환족 기 또는 이러한 종류들의 치환된 기로서, 이 기들은 탄소 원자가 6개 이하이고, 유용한 부착 지점이 n+m인 기이며,
    Y는 -O-이고,
    R은 수소 또는 탄화수소 기이며,
    R2는 독립적으로 수소, 탄화수소 기 또는 아실 기로서, 다만 하나 이상의 -OR2 기는 -C(O)-Y-R 기의 적어도 하나에 대해 α 또는 β인 X에 존재하는 탄소 원자에 위치한다)로 표시되는 화합물이며,
    상기 인산염 탄화수소 에스테르의 아민 염은 하기 화학식:
    Figure pat00006

    (상기 식에서,
    R3 및 R4는 독립적으로 수소 또는 탄소 원자 4 내지 40개를 함유하는 탄화수소이고, 단 적어도 하나는 탄화수소 기이며,
    R5, R6, R7 및 R8은 독립적으로 수소 또는 탄화수소 기이고, 단 적어도 하나는 탄화수소 기이다)로 표시되는 화합물인,
    동력전달장치의 윤활처리 방법
  2. 제1항에 있어서, 하이드록시카르복시산의 유도체가 0.1중량% 내지 0.2중량%로 존재하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, R3 및 R4는 독립적으로 수소 또는 탄소 원자 8 내지 18개를 함유하는 탄화수소이고, 단 적어도 하나는 탄화수소 기인, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 윤활 조성물이 탄소 원자 4개 이상을 함유하는 하나 이상의 하이드로카빌 기를 갖는 아인산염을 추가로 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 아인산염이 탄소 원자 12개 이상을 함유하는 하나 이상의 하이드로카빌 기를 갖는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 아인산염이 일탄화수소 치환된 아인산염, 이탄화수소 치환된 아인산염 또는 삼탄화수소 치환된 아인산염인 방법.
  7. 제4항에 있어서, 아인산염이 하기 화학식:
    Figure pat00007

    또는
    Figure pat00008

    (상기 식에서, R9, R10 및 R11 중 2개 이상이 탄소 원자가 4개 이상인 탄화수소 기이고, 나머지는 수소 또는 탄화수소 기이다)
    으로 표시되는 화합물인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 인 화합물이 0.2중량% 내지 0.4중량%로 존재하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 윤활 조성물이 붕산화 폴리이소부틸렌 석신이미드, 또는 폴리이소부틸렌 석신이미드의 디머캅토티아디아졸 유도체를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 윤활 조성물이 티아디아졸(thiadiazole) 화합물을 추가로 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 티아디아졸 화합물이 2,5-비스(tert-옥틸디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-노닐디티오)-1,3,4-티아디아졸, 및 2,5-비스(tert-데실디티오)-1,3,4-티아디아졸 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 유기 황화물이 0.25중량% 내지 6중량%의 양으로 존재하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 폴리설파이드는 트리설파이드 또는 테트라설파이드의 혼합물인 폴리설파이드 분자 50중량% 이상을 함유하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 폴리설파이드는 트리설파이드 또는 테트라설파이드의 혼합물인 폴리설파이드 분자 55중량% 이상을 함유하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 폴리설파이드는 트리설파이드 또는 테트라설파이드의 혼합물인 폴리설파이드 분자 60중량% 이상을 함유하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 폴리설파이드는 탄소 원자 3 내지 16개의 올레핀을 포함하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 폴리설파이드는 탄소 원자 3 내지 9개의 올레핀을 포함하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 폴리설파이드는 프로필렌, 이소부틸렌, 펜텐, 또는 이의 혼합물로부터 유도된 올레핀을 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 폴리설파이드는 탄소 원자 8 내지 30개의 지방산을 포함하는 방법.
  20. 제1항에 있어서, 폴리설파이드는 탄소 원자 12 내지 24개의 지방산을 포함하는 방법.
  21. 제1항에 있어서, 지방산은 올레산, 리놀레산, 또는 톨유(tall oil)을 포함하는 방법.
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