KR20180080820A - 윤활성 및 저온특성이 우수한 엔진오일 조성물 - Google Patents

윤활성 및 저온특성이 우수한 엔진오일 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 윤활성 및 저온특성이 우수한 엔진오일 조성물에 관한 발명이다. 본 발명의 엔진오일 조성물은, 40℃에서 10 내지 50 cSt의 점도를 갖는 폴리알파올레핀(PAO) 합성기유와, 40℃에서 10 내지 100 cSt의 점도를 갖는 에스테르계(Esters) 합성기유가 혼합되어 이루어지는 혼합기유 70.5 내지 90 중량%, 청정 분산제 3 내지 10 중량%, 마찰조정제 0.5 내지 3 중량%, 산화방지제 0.7 내지 3 중량%, 내마모제 0.5 내지 3 중량%, 유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%, 및 점도지수 향상제 1 내지 10 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명의 엔진오일은 윤활성, 저온특성 및 내마모성이 우수하다.

Description

윤활성 및 저온특성이 우수한 엔진오일 조성물 {An engine oil composition having excellent lubrication and low temperature characteristics}
본 발명은 자동차 엔진과 같은 내연기관에 사용되는 엔진오일 조성물에 관한 발명이다.
엔진오일은 자동차 엔진과 같은 내연기관의 마모를 줄이고 원활한 윤활활동으로 내연기관의 수명을 오랜 기간 동안 유지하는 것과 마찰력에 의해 발생하는 열을 냉각시키는 목적으로 폭 넓게 사용되고 있다.
초창기에는 식물성 오일이 엔진오일로 사용되다가 점차 광물성 오일이 개발되었으며 현재는 많은 정유업체들이 엔진의 수명연장 및 성능향상을 위하여 새로운 기유 및 첨가제를 개발하여 엔진오일을 연구하고 있다.
일반적으로 엔진오일은 장시간 작동함에 따라 각 운동부위에서 마찰이 일어나므로 실린더의 내벽, 실린 더 링, 베어링, 벨트 등 엔진 내부에 부분적인 혹은 집중화된 마모부위가 발생하며 심한 경우 국부적인 파손 현상이 발생한다. 이와 같은 마모 혹은 파손 현상은 엔진 및 유압장치의 성능 약화는 물론 수명의 단축, 연비 악화, 발화현상 등과 같은 엔진성능 악화 요인이 되는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 현재까지 각종의 엔진오일이 개발되어 사용되고 있으며, 광유를 기유(Base Oil)로 하는 광유계 엔진오일은 윤활성이 부족하여 고속, 고압의 장비에는 적절하지 않으며 광물유의 특성상 화재의 위험성이 높아 고온 분위기에서의 사용은 바람직하지 않다.
또한, 광유계 엔진오일은 점도지수가 낮아 온도 변화에 따른 점도변화가 심하여 적정점도의 유지가 대단히 어려우며 이를 보강하기 위하여 여러 가지의 고분자(폴리머)를 점도지수개선제로 사용하나 장비의 운전 중 전단응력에 의한 고분자의 파괴에 따라 급격한 점도 및 점도지수 강하현상이 나타나게 된다.
상기와 같은 광유계 엔진오일의 문제점을 해결하기 위해서, 에스테르계(Esters) 합성기유를 사용한 합성엔진오일이 개발되고 있으나, 윤활성과 저온특성 및 엔진오일의 수명에 있어서 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 폴리알파올레핀(PAO)계 합성기유와 에스테르(Esters)계 합성기유(디베이직 에스테르, 폴리올 에스테르)를 배합한 혼합기유를 기반으로 윤활유를 조성하여 우수한 윤활성, 저온에서 유동적으로 엔진을 보호하는 우수한 저온특성 및 높은 점도지수, 산화안전성 및 저증발성을 바탕으로 수명이 연장된 엔진오일 조성물을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진오일 조성물에 있어서: 40℃에서 10 내지 50 cSt의 점도를 갖는 폴리알파올레핀(PAO) 합성기유와, 40℃에서 10 내지 100 cSt의 점도를 갖는 에스테르계(Esters) 합성기유가 혼합되어 이루어지는 혼합기유 70.5 내지 90 중량%; 청정 분산제 3 내지 10 중량%; 마찰조정제 0.5 내지 3 중량%; 산화방지제 0.7 내지 3 중량%; 내마모제 0.5 내지 3 중량%; 유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%; 및 점도지수향상제 1 내지 10 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 엔진오일은 윤활성, 저온특성 및 내마모성이 특히 우수하다.
상기 혼합기유 내 상기 폴리알파올레핀(PAO) 합성기유와 상기 에스테르계(Esters) 합성기유는 4:6 내지 6:4 중량비율로 배합되는 것을 특징으로 한다.
상기 에스테르계 합성기유는 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters)와 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유는 디이소옥탄올(diisooctanol), 디트리데칸올(Ditridecanol), 디이소노닐알콜(Diisononylalcohol), 디이소데실알콜(Diisodecylalcohol), 에틸헥실알콜(Ethylhexanol)로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 디베이직산(Dibasic acid)인 에디픽산(AdiPic acid), 세바식산(Sebasic acid)으로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나를 1 : 2 내지 1 : 2.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유이며, 상기 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유는 트리메틸올프로판 (TMP:Trimethylolpropane), 펜타에리스리톨(PETN:Pentaerythritol) 로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 이소노나노익산(isononanoic aicd), 카프로익산(Caproic acid), 카프릴릭산(Caprylic acid), 카프릭산(Capric aicd), 라우릭산(Lauric acid), 팔미틱산(Palmitic acid), 스테아릭산(Stearic aicd) 으로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나가 1 : 3.5 내지 1 : 4.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 엔진오일은 우수한 윤활성, 내마모성능 및 저온에서 유동적으로 엔진을 보호하는 우수한 저온특성을 가진다. 또한, 높은 점도지수, 산화안전성 및 저증발성을 바탕으로 수명이 연장된 엔진오일의 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 실시예들을 예시로 상세하게 설명하고 있으나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 구체화될 수 있다.
본 발명의 엔진오일 조성물은 기유(Base Oil)로서 폴리알파올레핀(PAO)계 합성기유와 에스테르(Esters)계 합성기유를 혼합한 혼합기유를 사용한다.
이와같은 혼합기유에 있어 폴리알파올레핀(PAO)계 합성기유는 혼합기유 중 40 내지 60 중량%, 에스테르계 (Esters) 합성기유는 혼합기유 중 40 내지 60 중량% 비율로 배합되어 이루어질 수 있다.
에스테르(Esters)계 합성기유는 디베이직 에스테르(Dibasic Esters)계와 폴리올 에스테르계(Polyol Esters)를 단독 혹은 혼합한 합성기유로 사용 할 수 있다.
디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유는 디이소옥탄올(diisooctanol), 디트리데칸올(Ditridecanol), 디이소노닐알콜(Diisononylalcohol), 디이소데실알콜(Diisodecylalcohol), 에틸헥실알콜(Ethylhexanol)로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 디베이직산(Dibasic acid)인 에디픽산(AdiPic acid), 세바식산(Sebasic acid)으로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나를 1 : 2 내지 1 : 2.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유를 사용한다.
폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유는 트리메틸올프로판 (TMP:Trimethylolpropane), 펜타에리스리톨(PETN:Pentaerythritol) 로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 이소노나노익산(isononanoic aicd), 카프로익산(Caproic acid), 카프릴릭산(Caprylic acid), 카프릭산(Capric aicd), 라우릭산(Lauric acid), 팔미틱산(Palmitic acid), 스테아릭산(Stearic aicd) 으로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나가 1 : 3.5 내지 1 : 4.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유를 사용한다.
엔진오일 조성물에 있어서, 40℃에서 10 내지 50 cSt의 점도를 갖는 폴리알파올레핀(PAO) 합성기유와, 40℃에서 10 내지 100 cSt의 점도를 갖는 에스테르계(Esters) 합성기유가 혼합되어 이루어지는 혼합기유 70.5 내지 90 중량%, 청정 분산제 3 내지 10 중량%, 마찰조정제 0.5 내지 3 중량%, 산화방지제 0.7 내지 3 중량%, 내마모제 0.5 내지 3 중량%, 유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%, 및 점도지수향상제 1 내지 10 중량%로 이루어진 엔진오일 조성물로서 우수한 윤활성 및 내마모성을 구현하였다.
폴리알파올레핀(PAO) 합성기유와 에스테르계(Esters) 합성기유가 혼합되는 혼합기유의 양이 70.5% 이하가 된다면, 상대적으로 첨가제의 양이 많아지게 되므로 엔진오일의 연소에 따른 환경오염의 문제가 발생한다. 폴리알파올레핀(PAO) 합성기유와 에스테르계(Esters) 합성기유가 혼합되는 혼합기유의 양이 90% 이상이 된다면, 첨가제의 양이 적어지므로 원하는 엔진오일의 성능을 구현할 수가 없다. 바람직하게는 폴리알파올레핀(PAO) 합성기유와 에스테르계(Esters) 합성기유가 혼합되는 혼합기유의 양이 75 내지 85 중량% 의 혼합기유를 사용하는 것이 더욱 안정스럽다.
특히, 본 발명의 엔진오일은 저온에서 유동적으로 엔진을 보호하기 위한 우수한 저온특성을 가지며, 높은 점도지수, 산화안정성 및 저증발성을 바탕으로 장시간 사용이 가능하다.
청정분산제는 폴리부텐포리아민숙신이미드(Polybutene Polyamine Succinimide), 폴리알킬렌폴리아민(Poly Alkylene Polyamine), 숙시네이트에스테르(Succinate Ester), 폴리부텐하이드록실벤질폴리아민(Polybutene hydroxylnenzyl polyamine)으로 이루어지는 군에서 적어도 어느 하나 이상을 선택하였다.
마찰조정제는 아연-디알킬디티오포스페이트(Zinc Dialkyl Dithiophosphate) 및 인산트리크레질(Tricresyl Phosphate)로 이루어지는 군에서 선택되어지는 것이 바람직하다.
산화방지제로는 연쇄반응 정지제, 과산화물 분해제, 금속 불활성화제 및 이들 중 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 초기단계의 산화진행을 막아주기 위해서 연쇄반응 정지제가 주로 사용될 수 있다. 연쇄반응 정지제로는 2-6-디터셔리 부틸 파라 크레졸(2-6-di-tert-butyl-p-cresol), 4,4-메틸렌비스(6-터셔리-부틸-오르쏘-크레졸)과 같은 힌더드페놀계 및 디옥틸디페닐아민, 페닐알파나프탈렌과 같은 방향족아민계 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 힌더드 페놀계 산화방지제인 2-6-디-터셔리-부틸-파라-크레졸을 사용하였고 그 사용량은 윤활유의 전체 중량을 기준으로 0.7 내지 3.0 중량%가 첨가되는데 산화방지제가 0.7 중량%보다 적게 첨가되면 산화방지효과가 떨어지고, 3.0 중량%를 초과하여 첨가하면 더 이상의 성능 개선 효과는 기대할 수 없다.
내마모제로는 징크알킬디티오포스페이트를 사용한다. 징크알킬디티오포스페이트는 알킬기의 구조에 따라 1차형과 2차형이 있으며 1차형은 열분해 온도 측면에서 우수하고 2차형은 내하중 성능면에서 우수하다. 따라서 1차형과 2차형을 혼합하여 사용한다. 바람직하게는 1 : 2 비율이 적당하며, 사용량은 0.5 내지 3 중량%가 첨가되는데, 바람직하게는 0.8 내지 2.5 중량%가 첨가되도록 배합한다. 점도지수향상제는 저온에서 고온까지 넓은 온도범위에서 사용되는 윤활유의 점도를 일정하게 유지하여 주는 첨가제로 보통 분자량 10,000이상의 유용성 고분자화합물이 사용된다. 특별히 사용되는 종류가 제한되는 것은 아니나 폴리이소부텐류, 폴리메타크릴레이트와 에틸렌-프로필렌의 공중합체, 폴리메타크릴레이트 산성 에스테르류, 폴리아크릴레이트 산성 에스테르류, 디엔 중합체류, 폴리알킬스티렌류, 알케닐 아릴 컨쥬게이트화 디엔 중합체류, 폴리올레핀류 중의 어느 하나 혹은 이들에서 선택된 2 이상의 혼합물을 사용한다. 점도지수개선제는 윤활유의 전체 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%가 첨가되는데, 바람직하게는 2 내지 8 중량%이 첨가되도록 배합한다. 점도지수개선제가 1 중량%보다 적게 첨가되면, 점도지수가 낮아 다급점도유의 역할을 충분히 못하여 고온 및 저온에서 일정한 점도를 유지할 수 없으며, 10중량%를 초과하여 첨가 되면, 전단응력이 큰 고압의 전단력 작용 시 점도지수개선제 내의 고분자가 파괴되어 점도 저하를 일으키고 결국 유막이 파괴되어 펌프의 체적효율이 급격이 떨어진다.
유동점 강하를 위해 폴리메타크릴레이트계 점도개선제를 소량 투입하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 0.1 내지 0.5 중량%를 사용한다.
본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 엔진오일 조성물을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
하기 표 1의 비율로 엔진오일을 제조하였다.
구분 화합물 실시예1 비교예1 비교예2 비교예3
폴리알파올레핀 폴리알파 올레핀(Poly alpha olefin) 4 15.4 40.4
폴리알파 올레핀(Poly alpha olefin) 6 24 37 37
디베이직에스테르 디이소트리데실 에디페이트 (Diisotridecyl adipate) 19 - - -
폴리올에스테르 C8-C10, triesters with trimethylolpropane 19 - - -
Group 3 기유 SK社 Yubase - - 40.4 76.4
청정분산제 폴리부텐포리아민숙신이미드 9.5 9.5 9.5 9.5
마찰조정제 아연 디알킬디티오포스페이트 1 1 1 1
산화방지제 2,6 디터셔리 부틸 파라 크레졸 1.8 1.8 1.8 1.8
내마모제 징크알킬디티오포스페이트 1 1 1 1
유동점강하제 메타아크릴레이트 코폴리머 0.3 0.3 0.3 0.3
점도지수향상제 폴리메타크릴산메틸에스테르 9 9 9 10
실시예 1
표1의 비율과 같이 기유(Basic Oil)조성을 2종의 폴리알파올레핀(PAO4 및 PAO6)과, 2종의 에스테르계(디베이직에스테르 및 폴리올에스테르)를 사용하여 제조하였다.
비교예 1
표 1의 비율과 같이 기유(Basic Oil) 조성을 2종의 폴리알파올레핀(PAO 4 및 PAO 6)으로 제조하였다.
비교예 2
표 1의 비율과 같이 기유(Basic Oil) 조성을 단일 폴리알파올레핀(PAO 6)과 그룹3기유(SK사 Yubase)로 제조하였다.
비교예 3
표 1의 비율과 같이 기유조성을 그룹3기유(SK사 Yubase)로 제조하였다.
실시예 1, 비교예 1-3의 모든 엔진오일 조성물의 첨가제는 청정 분산제 3내지 10 중량%, 마찰조정제 0.5 내지 3 중량%, 산화방지제 0.7 내지 3 중량%, 내마모제 0.5 내지 3 중량%, 유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%, 점도지수향상제 1 내지 10 중량%를 동일하게 사용하였다.
비교예 3의 경우에는, 점도지수향상제를 실시예 1 및 비교예 1-2의 경우와 비하여 1.0 중량%를 더 많이 첨가하였으나 이는 미소한 차이에 불과하다.
엔진오일은 통상적인 방법으로 제조하였으며, 실시예 1, 비교예 1-3에서 제조한 엔진오일에 대한 물성은 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그에 대한 결과는 표 2에 나타난 바와 같다. 윤활유의 기본 물성 및 성능에 관한 측정은 내연기관용 윤활유(KS M 2121) 및 ASTM 시험규격에 준하여 수행하였다.
구분 실시예1 비교예1 비교예2 비교예3 비고
vis 40℃ 77.78 76.2 77.97 79.85 ASTM D445
vis 100℃ 14.11 13.3 12.8 12.9 ASTM D445
Viscosity index 189 178 165 162 ASTM D2270
산화안정도(RBOT) 293 267 205 175 ASTM D2272
인화점(℃) 255 259 242 231 ASTM D92
유동점(℃) -47 -45 -38 -31 ASTM D97
산가증가 0.21 0.31 0.29 1.23 KS M 2021
점도비 1.04 1.08 1.05 1.43 KS M 2021
내마모성능(4구식) 0.3987 0.4213 0.4352 0.6978 ASTM D4172
[표-2]의 결과에서 나타난 바와 같이, 2종의 폴리알파올레핀(PAO4 및 PAO6)과, 2종의 에스테르계(디베이직에스테르 및 폴리올에스테르)를 혼합한 기유(Basic Oil)로 제조된 실시예 1의 엔진오일은, 2종의 폴리알파올레핀(PAO 4 및 PAO 6)으로 제조되거나, 단일 폴리알파올레핀(PAO 6)과 그룹3기유(SK사 Yubase)로 제조되거나, 그룹3기유(SK사 Yubase)로 제조된 비교예 1 내지 3의 엔진오일보다 저온특성이 우수함을 확인 할 수 있다. 유동점은 저온에서 점도가 증가하여 유동성을 잃게 되는 온도를 말한다. 실시예 1은 유동점 측면에서 비교예 1 내지 3 보다 우수하다.
실시예 1은 내마모성 및 윤활성 측면에서 비교예 1 내지 3보다 우수하다. ASTM D4172 규격에 의한 4구식 내마모성능 시험은 일정 조건에서의 볼의 마모율을 측정하는 것이다. 마모율의 수치가 적은 실시예 1은 비교예 1 내지 3보다 내마모성이 우수하다.
점도지수(Viscosity Index) 및 인화점은 높을수록 더욱 안정적인 엔진오일 특성을 나타낸다.
산가증가 지수와 점도비는 낮을수록 시간이 경과함에 따라 엔진오일의 변형이 적은 것을 표시하는 지수로서 우수한 품질의 엔진오일 특성을 나타낸다.
산화안정도(RBOT)는 윤활유가 공기중의 산소와 반응하여 물리 화학적인 성질의 변화를 나타내는 지표이다. 산화안정도의 수치가 높을수록 산소와 반응하여 부식성 산 혹은 슬러지가 적게 나타난다. 따라서 더욱 안정적인 엔진오일 특성을 나타낸다.
본 발명은 실시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명에 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 알 수 있을 것이다. 또한, 특허청구의 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능하다.

Claims (4)

  1. 엔진오일 조성물에 있어서:
    40℃에서 10 내지 50 cSt의 점도를 갖는 폴리알파올레핀(PAO) 합성기유와, 40℃에서 10 내지 100 cSt의 점도를 갖는 에스테르계(Esters) 합성기유가 혼합되어 이루어지는 혼합기유 70.5 내지 90 중량%;
    청정 분산제 3 내지 10 중량%;
    마찰조정제 0.5 내지 3 중량%;
    산화방지제 0.7 내지 3 중량%;
    내마모제 0.5 내지 3 중량%;
    유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%; 및
    점도지수향상제 1 내지 10 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합기유 내 상기 폴리알파올레핀(PAO) 합성기유와 상기 에스테르계(Esters) 합성기유는 4:6 내지 6:4 중량비율로 배합되는 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에스테르계 합성기유는 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters)와 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유는 디이소옥탄올(diisooctanol), 디트리데칸올(Ditridecanol), 디이소노닐알콜(Diisononylalcohol), 디이소데실알콜(Diisodecylalcohol), 에틸헥실알콜(Ethylhexanol)로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 디베이직산(Dibasic acid)인 에디픽산(AdiPic acid), 세바식산(Sebasic acid)으로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나를 1 : 2 내지 1 : 2.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유이며,
    상기 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유는 트리메틸올프로판 (TMP:Trimethylolpropane), 펜타에리스리톨(PETN:Pentaerythritol) 로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 이소노나노익산(isononanoic aicd), 카프로익산(Caproic acid), 카프릴릭산(Caprylic acid), 카프릭산(Capric aicd), 라우릭산(Lauric acid), 팔미틱산(Palmitic acid), 스테아릭산(Stearic aicd) 으로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나가 1 : 3.5 내지 1 : 4.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유인 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100416067B1 (ko) * 2001-06-14 2004-01-24 한국화학연구원 가솔린 엔진 윤활유 첨가용 엔진 보호제
JP2009544767A (ja) * 2006-07-21 2009-12-17 エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー 重荷重ギヤ装置の潤滑方法

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