KR20190089883A - 그리스 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기유, 및 증점제로서 칼슘 복합 비누를 함유하는 그리스 조성물이고, 상기 칼슘 복합 비누를 형성하는 카르복시산으로 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산, 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 갖는 방향족 모노카르복시 방향족 산 및 C2-4 직쇄 포화 저급 지방산을 사용하고, 상기 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산이 베헨산을 함유하고, 사용되는 베헨산의 양이 사용된 상기 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산의 전체 양을 기준으로 한 질량비로서 25 질량% 내지 70 질량%인 것을 특징으로 하는 그리스 조성물을 제공한다.
Description
본 발명은 그리스 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 우수한 전단 안정성 및 긴 베어링 수명을 갖고, 열적으로 안정하며, 양호한 저온 유동 특징을 갖는 칼슘 복합물 기반의 그리스 조성물에 관한 것이다.
최근, 기계 기술이 발달함에 따라 윤활 환경이 더욱 가혹해지고 고온 성능의 향상에 관한 요구가 증가하고 있으며, 따라서 상기 요구를 만족시키는 그리스가 모색되고 있다.
이러한 그리스 중에서, 예를 들어 리튬 비누-기반 그리스에 있어서, 리튬 그리스보다 더 넓은 가용 온도 영역을 갖는 리튬 복합물이 제안되었으나, 리튬 원료에 대한 최근 수요가 증가하였으며, 미래에 공급이 불확실할 것이라거나 또는 가격이 급등할 것이라는 우려가 있다. 우레아 그리스 또한 내열성 그리스로 널리 사용되지만, 원료로 사용되는 물질은 강한 유독성 물질을 함유하여 제조 과정에서 취급시 크게 주의할 것이 요구되었다. 따라서, 모색되는 물질은 공급이 안정적이고 환경 친화성이 높으며 내열성이 부여되는 그리스 조성물을 형성하는 원료이다.
배경 기술에서, 일본 공개특허 제2013-136738호는 3개 구성성분인 고급 지방산 구성성분, 저급 지방산 구성성분 및 방향족 카르복시산 구성성분을 칼슘 히드록시드와 반응시킴으로써 수득된 칼슘 복합 증점제에 관한 기술인, 극히 양호한 산화 안정성 및 내열성(적점)을 갖는 그리스 조성물을 개시하고 있다.
그러나, 일본 공개특허 제2013-136738호에 따른 그리스 조성물은, 예를 들면, 스테아르산이 상기 고급 지방산 구성성분으로 이용되는 경우에 고온에서 연화하는 경향이 있어서, 베어링 수명 측면에서 실제 성능이 만족스럽다고 말할 수 없는 경우가 있었다. 그러나, 상기 그리스 조성물의 베어링 수명을 연장시키려는 시도의 경우, (특히 저온 조건 하에서) 상기 그리스의 바람직한 유동 특징을 달성하기가 어렵다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 목적은 그리스의 실제 성능을 구성하는 저온 특징 및 베어링 수명의 양쪽 측면에서 넓은 온도 영역에서 안정한 윤활 기능을 갖는 그리스 조성물을 제공하는 것이었다.
본 발명은, 명시된 칼슘 복합 비누를 함유하는 그리스 조성물에서, 상기 칼슘 복합 비누를 형성하는 고급 지방산 중 1종으로 명시된 구성성분을 선택하고 상기 고급 지방산에 함유된 상기 명시된 구성성분의 질량비를 명시된 범위로 설정함으로써 베어링 수명이 현저하게 향상되고 양호한 저온 특징을 갖기 때문에 넓은 온도 범위에 걸쳐 안정한 윤활 기능을 가짐을 밝혀낸 후에 완성되었다.
본 발명의 (1) 측면은, 기유 (base oil), 및 증점제 (thickener)로서 칼슘 복합 비누 (calcium complex soap)를 함유하는 그리스 조성물이고, 상기 칼슘 복합 비누를 형성하는 카르복시산으로 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산, 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 갖는 방향족 모노카르복시산 및 C2-4 직쇄 포화 저급 지방산을 사용하는 그리스 조성물이며, 상기 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산이 베헨산을 함유하고, 베헨산의 사용량이 상기 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산의 전체 사용량에 대한 질량비로서 25 질량% 내지 70 질량%인 그리스 조성물이다.
본 발명의 (2) 측면은, 상기 (1) 측면에 있어서, 상기 카르복시산의 사용량(질량)이, 상기 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산 > 상기 C2-4 직쇄 포화 저급 지방산 > 상기 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 갖는 방향족 모노카르복시산의 관계를 갖는 그리스 조성물이다.
본 발명의 (3) 측면은, 상기 (1) 또는 (2) 측면에 있어서, 베헨산 이외의 상기 직쇄 고급 지방산이 스테아르산, 올레산 및 12-히드록시스테아르산으로부터 선택된 1종 이상인 그리스 조성물이다.
본 발명의 (4) 측면은, 상기 (1) 내지 (3) 측면 중 어느 하나에 있어서, 상기 방향족 모노카르복시산은 아세트산과 부티르산부터 선택된 1종 이상이고, 상기 직쇄 포화 저급 지방산은 스테아르산 및 베헨산 화합물이고, 스테아르산 및 베헨산의 질량비는 75:25 내지 30:70인 그리스 조성물이다.
본 발명에 따르면, 그리스의 실제 성능을 구성하는 저온 특징 및 베어링 수명의 양쪽 측면에서 넓은 온도 영역에서 안정된 윤활 기능을 갖는 그리스 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태가 이하에서 보다 상세하게 설명될 것이나, 본 발명의 기술적 범위는 어떤 식으로든 기재된 실시양태에 제한되지 않는다.
본 발명의 그리스 조성물은 "기유" 및 "증점제" 를 필수 성분으로 함유한다. 상기 그리스 조성물에 함유되는 각 구성성분, 상기 그리스 조성물 중 각 구성성분의 양 (혼화량), 상기 그리스 조성물의 제조 방법, 상기 그리스 조성물의 특성 및 상기 그리스 조성물의 용도에 대한 설명이 이 순서로 하기에 기재될 것이다.
본 실시양태의 그리스 조성물에서 사용되는 기유에 대해서는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 일반적인 그리스 조성물에서 사용되는 광유, 합성유, 및 동물 또는 식물유를 사용할 수 있다. 구체적으로, API (American Petroleum Institute)의 기유 카테고리에서 그룹 1 내지 5에 속하는 기유를 사용할 수 있다.
그룹 1 기유는 예를 들면, 원유의 상압 증류로부터 수득된 윤활유 증류액에 대해, 용제 정제, 가수소정제 및 탈랍과 같은 정제 공정을 적절히 조합하여 수득된 파라핀계 광유를 함유한다. 그룹 2 기유는 예를 들면, 원유의 상압 증류로부터 수득된 윤활유 증류액에 대해, 가수소분해(hydrocracking) 및 탈랍과 같은 정제 공정을 적절히 조합하여 수득된 파라핀계 광유를 함유한다. 걸프 (Gulf) 공정과 같은 가수소정제 방법에 의해 정제된 그룹 2 기유는 10 ppm 미만의 전체 황 함량 및 5% 미만의 방향족 화합물 함량을 가져서, 본 발명에서 적절하게 사용될 수 있다. 그룹 3 및 그룹 2+ 기유는 예를 들면, 원유의 상압 증류로부터 수득된 윤활유 증류액을 고도로 가수소정제함으로써 제조된 파라핀계 광유, 탈랍 공정에 의해 생산된 왁스를 이소파라핀으로 전환하여 탈랍하는 Isodewax 공정에 의해 정제된 기유, 및 Mobil 왁스 이성질화 공정에 의해 정제된 기유를 함유하고, 이들 기유는 본 실시양태에서 적절하게 사용될 수 있다.
합성유의 예로서 폴리올레핀, 2 염기산의 디에스테르, 예컨대 디옥틸 세바케이트, 폴리올 에스테르, 알킬벤젠, 알킬나프탈렌, 에스테르, 폴리옥시알킬렌 글리콜, 폴리옥시알킬렌 글리콜 에스테르, 폴리옥시알킬렌 글리콜 에테르, 폴리페닐 에테르, 디알킬디페닐 에테르, 불소-함유 화합물 (퍼플루오로폴리에테르, 플루오르화 폴리올레핀) 및 실리콘유가 언급될 수 있다. 상기 폴리올레핀은 다양한 올레핀 중합체 및 그의 수소화물을 함유한다. 임의의 올레핀이 사용될 수 있고, 예로서 에틸렌, 프로필렌, 부텐 및 탄소수 5 이상의 α-올레핀이 언급될 수 있다. 폴리올레핀의 제조에서, 상기 올레핀 중 1종이 단독으로 사용될 수 있거나 또는 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 소위 폴리-α-올레핀 (PAO)인 폴리올레핀이 특히 적합하다. 이들은 그룹 4 기유이다.
천연 가스를 액체 연료로 전환하는 피셔-트롭쉬 방법에 의해 합성된 GTL (가스를 액체로)에 의해 수득된 오일은 원유로부터 정제된 광유 기유와 비교하여 매우 낮은 황 함량 및 방향족 화합물 함량을 갖고 매우 높은 파라핀계 구성성분 비를 가져서, 우수한 산화 안정성을 가지며, 이들은 또한 극도로 적은 증발 손실 (evaporation loss)을 갖기 때문에 본 실시양태를 위한 기유로서 적합하게 사용될 수 있다.
본 실시양태에 사용되는 증점제는 복수 종류의 카르복시산이 명시된 염기 (전형적으로 칼슘 히드록시드)와 반응한 칼슘 복합 비누이다. 본 실시양태에 따른 칼슘 복합 비누에서 "복합"이 의미하는 것은 복수 종류의 카르복시산의 사용이다. 본 실시양태에 따른 칼슘 복합 비누에서 카르복시산의 공급원은 3개 종류: (1) 고급 지방산, (2) 방향족 모노카르복시산 및 (3) 저급 지방산이다. 상기 칼슘 복합 비누의 카르복시산 잔기 (음이온 잔기)의 설명이 하기에 제공된다.
(1) 본 실시양태에서 사용되는 고급 지방산은 C18-22 직쇄 고급 지방산이고, 베헨산 (도코사노산, C22), 및 상기 베헨산 이외의 고급 지방산 (C18-22 직쇄 고급 지방산)을 반드시 함유한다, 본원에서 베헨산 이외의 상기 고급 지방산 (직쇄 고급 지방산)은 비치환될 수 있거나 또는 1개 이상의 치환된 기 (예를 들면, 히드록시기)를 가질 수 있다. 또한, 상기 직쇄 고급 지방산은 포화 지방산 또는 불포화 지방산일 수 있지만, 포화 지방산이 바람직하다. 구체적인 예로서, 포화 지방산의 경우에 스테아르산 (옥타데칸산, C18), 튜베르쿨로스테아르산 노나데칸산, C19), 아라키드산 (에이코산산, C20), 헤네이코산산 (C21) 및 히드록시스테아르산 (C18, 피마자 경화 지방산)이 언급될 수 있고, 불포화 지방산의 경우에 올레산, 리놀산, 리놀렌산 (C18), 가돌레산, 에이코사디엔산, 미드 산(Mead acid) (C20), 에루크산 및 도코사디엔산 (D22)이 언급될 수 있다.
또한, 베헨산 이외의 고급 지방산이 단일 종류로 또는 복수 종류의 조합으로 사용될 수 있다 (베헨산 이외의 고급 지방산을 복수 종류로 사용하는 경우, 상기 고급 지방산의 종류는 베헨산을 함유할 것이고 3종 이상일 것이다). 베헨산 이외의 고급 지방산은 상기에서 언급된 고급 지방산 (포화 지방산 및/또는 불포화 지방산)일 수 있으며, 바람직하게는 스테아르산, 올레산 및 12-히드록시스테아르산으로부터 선택되는 1종 이상이고 (즉, 상기 고급 지방산 (1)이 베헨산과, 스테아르산, 올레산 및 12-히드록시스테아르산으로부터 선택된 1종 이상의 포화 지방산의 혼합물이다), 및 스테아르산과의 혼합물이다 (즉, 상기 고급 지방산 (1)은 베헨산과 스테아르산의 혼합물이다).
(2) 본 실시양태에서 사용되는 방향족 모노카르복시산은 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 갖는 방향족 모노카르복시산이다. 상기 방향족 모노카르복시산은 비치환될 수 있거나 또는 1개 이상의 치환된 기 (예를 들어, o-, m- 또는 p-알킬기, 히드록시기, 알콕시기)로 치환될 수 있다. 구체적인 예로서 벤조산, 메틸벤조산 {톨루산 (p-, m-, o-)}, 디메틸벤조산 (자일산, 헤멜리트산, 메시틸렌산), 트리메틸벤조산 {프레흐니틸산, 두릴산, 이소두릴산 (α-, β-, γ-)}, 4-이소프로필벤조산 (쿠민산), 히드록시벤조산 (살리실산), 디히드록시벤조산 {피로카테큐산, 레소르실산 (α-, β-, γ-), 겐티스산, 프로토카테큐산}, 트리히드록시벤조산 (갈산), 히드록시-메틸벤조산 {크레소틴산 (p-, m-, o-)}, 디히드록시-메틸벤조산 (오르셀린산), 메톡시벤조산 {아니스산 (p-, m-, o-)}, 디메톡시벤조산 (베라트르산), 트리메톡시벤조산 (아사론산), 히드록시-메톡시벤조산 (바닐산, 이소바닐산) 및 히드록시디메톡시 벤조산 (시링산)이 언급될 수 있다. 이들은 단일 종류로 또는 복수 종류의 조합으로 사용될 수 있다. 이들 중에서, 상기 방향족 모노카르복시산이 바람직하게는 벤조산 및 파라-톨루산으로부터 선택된 1종 이상이다. 본 명세서에서, 알킬기 및 알콕시 "치환기" 중 알킬 잔기는, 예를 들어, 1-4 선형 또는 분지형 알킬이다.
(3) 본 실시양태에서 사용되는 저급 지방산은 C2-4 직쇄 포화 저급 지방산이다. 구체적인 예로서 아세트산 (C2), 프로피온산 (C3) 및 부티르산 (C4)이 언급될 수 있다. 이들 중에서, 아세트산과 부티르산으로부터 선택된 1종 이상이 바람직하고, 아세트산 (C2)이 특히 양호하다. 이들은 단일 종류로 또는 복수의 종류들이 조합되어 사용될 수 있다.
이들 중에서, 본 발명의 효과를 증대시키고 또한 보다 양호한 질감, 점탄성 (그리스 바디) 및 용이한 제조를 위한 측면에서, 상기 방향족 모노카르복시산이 벤조산 및 파라-톨루산으로부터 선택된 1종 이상이고 상기 직쇄 포화 지방산이 아세트산 및 부티르산으로부터 선택된 1종 이상이며, 상기 고급 지방산이 스테아르산인, 베헨산과의 혼합물을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 실시양태의 그리스 조성물에서, 또한 상기 칼슘 복합 비누와 함께 다른 증점제를 사용할 수 있다. 이들 다른 증점제의 예로서 트리칼슘 포스페이트, 알칼리 금속 비누, 알칼리 금속 복합 비누, 알칼리 토금속 비누, 알칼리 토금속 복합 비누 (칼슘 복합 비누 이외의 것), 알칼리 금속 술포네이트, 알칼리 토금속 술포네이트, 기타 금속 비누, 금속 테레프탈레이트 염, 클레이, 실리카 (실리콘 옥시드), 예컨대 실리카 에어로겔, 및 불소 수지, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌이 언급될 수 있다. 이들은 단일 종류로 또는 2 종류 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 액체 물질에 증주 효과를 부여할 수 있는 것 이외에, 임의의 다른 물질을 또한 사용할 수 있다.
100 질량부의 전체 양의 그리스 조성물에 대해, 본 측면의 상기 그리스 조성물에 선택적인 구성성분으로 약 0.1 내지 20 질량부의 첨가제, 예컨대 임의의 산화방지제, 녹 방지제, 유성 향상제(oiliness agent), 극압 첨가제, 마모 방지제, 고체 윤활제, 금속 탈활성제, 중합체, 금속-기반 청정제, 비-금속 청정제, 소포제, 착색제 및 발수제를 첨가할 수 있다. 산화방지제의 예는 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀, 2,6-디-t-부틸파라크레솔, p,p'-디옥틸디페닐아민, N-페닐-α-나프틸아민 및 페노티아진을 함유한다. 녹 방지제의 예는 파라핀 옥시드, 금속성 카르복실레이트, 금속성 술포네이트, 카르복실레이트 에스테르, 술포네이트 에스테르, 살리실레이트 에스테르, 숙시네이트 에스테르, 소르비탄 에스테르 및 다양한 아민 염을 함유한다. 유성 향상제, 극압 첨가제 및 마모 방지제의 예는 황화 아연 디알킬디티오포스페이트, 황화 아연 디아릴디티오포스페이트, 황화 아연 디알킬디티오카바메이트, 황화 아연 디아릴디티오카바메이트, 황화 몰리브데늄 디알킬디티오포스페이트, 황화 몰리브데늄 디아릴 디티오포스페이트, 황화 몰리브데늄 디알킬 디티오카바메이트, 황화 디아릴디티오카바메이트, 유기몰리브데늄 착물, 황화 올레핀, 트리페닐 포스페이트, 트리페닐 포스포로티오네이트, 트리크레실 포스페이트, 기타 포스페이트 에스테르 및 황화 지방을 함유한다. 고체 윤활제의 예는 몰리브데늄 디술피드, 그래파이트, 보론 니트리드, 멜라민 시아누레이트, PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌), 텅스텐 디술피드 및 그래파이트 플루오라이드를 함유한다. 금속 탈활성제의 예는 N,N'-디살리실리덴-1,2-디아미노프로판, 벤조트리아졸, 벤조이미다졸, 벤조티아졸 및 티아디아졸을 함유한다. 중합체의 예로 폴리부텐, 폴리이소부텐, 폴리이소프렌 및 폴리메타크릴레이트가 언급될 수 있다. 금속-기반 청정제의 예는 금속성 술포네이트, 금속 살리실레이트 및 금속 페네이트가 언급될 수 있다. 비-금속성 청정제의 예로서 숙신이미드가 언급될 수 있다. 소포제의 예로서 메틸 실리콘, 디메틸 실리콘, 플루오로실리콘 및 폴리아크릴레이트가 언급될 수 있다.
다음으로, 본 실시양태에 관한 그리스 조성물에서의 혼화량이 설명될 것이다.
100 질량부의 전체 그리스 조성물에 대해, 기유의 혼화량은 바람직하게는 60 내지 99 질량부, 더욱 바람직하게는 70 내지 97 질량부, 및 더욱 더 바람직하게는 80 내지 95 질량부이다.
100 질량부의 전체 양의 그리스 조성물에 대해, 상기 증점제에 혼입되는 칼슘 복합 비누의 양은 바람직하게는 1 내지 40 질량부, 더욱 바람직하게는 3 내지 25 질량부, 더욱 더 바람직하게는 5 내지 20 질량부이다.
본 실시양태에 따른 칼슘 복합 비누는 상기 고급 지방산 (1)으로 베헨산, 및 베헨산 이외의 고급 지방산을 필수 구성성분으로 함유한다. 사용되는 고급 지방산 (1)의 전체 양에 대해 베헨산의 사용량은 25 질량% 이상 70 질량% 이하이어야 한다.
베어링은 화학적 요인 (산화 에이징으로 인한 윤활 불량)과 물리적 요인 (그리스 연화로 인한 베어링 누출)의 결합에 의해 영향받으며, 이들 양쪽 측면을 해소함으로써 수명을 연장할 수 있다. 상기 특허 문헌 1에 개시된 기술하에서 실시예 전부는 우수한 내열성 및 산화 안정성을 갖지만, 본 발명자들은 고급 지방산으로 스테아르산 (C18)이 사용되는 경우에 고온에서 그리스 연화가 초래되고 베어링 수명이 만족스럽지 않은 경우가 있음을 발견하였다. 그리스 조성물에서 칼슘 복합 비누와 관련하여 각종 고급 지방산을 사용하는 연구 수행시, 본 발명자들은 베헨산 (C22)이 스테아르산 (C18) 이외의 고급 지방산으로 사용되는 경우에 고온에서 그리스의 구조적 안정성이 보다 높아졌으며 베어링 수명이 연장되었음을 발견하였다. 기유 중에서 베헨산 (C22)은 보다 긴 탄소 쇄 때문에 스테아르산 (C18)보다 높은 용해도를 갖는 점을 고려할 때, 상기 증점제의 섬유 구조가 보다 강해지고 이것은 상기 기유의 높은 성능을 유지하는데 있어서 일 요인일 것으로 보였다. 그러나, 베헨산이 고급 지방산으로 사용되었을 때 상기 그리스 구조가 보다 견고해졌으며, 저온에서 상기 그리스의 유동 특징이 저하되는 경우가 있음이 밝혀졌다. 따라서, 본 발명자들은 추가적인 연구를 거듭한 결과, 칼슘 복합 비누를 형성하는 카르복시산으로서 치환 또는 비치환된 C18-C22 직쇄 고급 지방산, 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 갖는 방향족 모노카르복시산, 및 C2-C4 직쇄 포화 저급 지방산을 사용하는 그리스 조성물에서 상기 고급 지방산으로서 베헨산을 함유하는 2종 이상의 고급 지방산을 혼입하고 상기 고급 지방산 중 베헨산의 질량비를 25 질량% 내지 70 질량%로 함으로써 베어링 수명과 저온 특징의 모든 측면에서 넓은 온도 영역에 걸쳐 안정한 윤활 기능을 나타낼 수 있음을 처음으로 발견하였다.
전술한 검토사항에 근거할 때 상기 고급 지방산 중 베헨산의 질량비는 25 내지 70 질량% 이어야 하고, 40 내지 55 질량%가 바람직하다.
또한, 본 실시양태에 따른 칼슘 복합 비누는 스테아르산과 베헨산의 혼합물이고, 특히 상기 방향족 모노카르복시산이 벤조산과 파라-톨루산으로부터 선택된 1종 이상이고, 상기 직쇄 포화 저급 지방산이 아세트산과 부티르산으로부터 선택된 1종 이상이며, 상기 스테아르산과 베헨산의 바람직한 질량비는 75:25 내지 30:70 이다. 또한, 본 실시양태에 따른 칼슘 복합 비누는 전술한 바와 같이 3종: (1) 고급 지방산 (치환 또는 비치환된 C18-C22 직쇄 고급 지방산), (2) 방향족 모노카르 복시산 (치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 갖는 방향족 모노카르복시산) 및 (3) 저급 지방산 (C2-4 직쇄 포화 저급 지방산)을 사용하고, 바람직하게 카르복시산의 사용량 (질량)은 (1) 고급 지방산> (2) 저급 지방산 > (3) 방향족 모노카르복시산인 관계를 형성하도록 한다. 본 실시양태에 관한 칼슘 복합 비누 중 다양한 구성성분의 혼화량은 하기에 예시로서 보다 상세히 제공된다.
상기 칼슘 복합 비누 중 고급 지방산의 혼화량은 100 질량부의 전체 그리스 조성물에 대해 0.5 내지 22 질량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 18 질량부 및 더욱 더 바람직하게는 2 내지 15 질량부일 수 있다.
상기 칼슘 복합 비누 중 방향족 모노카르복시산의 혼화량은 100 질량부의 전체 그리스 조성물에 대해 0.05 내지 5 질량부, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 4 질량부 및 더욱 더 바람직하게는 0.5 내지 3 질량부일 수 있다.
상기 칼슘 복합 비누 중 저급 지방산의 혼화량은 100 질량부의 전체 그리스 조성물에 대해 0.15 내지 7 질량부, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 6 질량부 및 더욱 더 바람직하게는 1 내지 5 질량부일 수 있다.
상기 기유에 대한 상기 칼슘 복합 비누의 비율은 질량비로서 바람직하게 99:1 내지 60:40 수준, 더욱 바람직하게는 97:3 내지 70:30 수준, 더욱 더 바람직하게는 95:5 내지 80:20 수준이다.
전체 카르복시산의 양에 대한 상기 고급 지방산의 비율은 바람직하게 70:30 내지 62:38 수준, 더욱 바람직하게는 69:31 내지 64:36 수준, 더욱 더 바람직하게는 68:32 내지 65:35 수준이다.
전체 카르복시산의 양에 대한 상기 방향족 모노카르복시산의 비율은 질량비로서 바람직하게 98:2 내지 83:17 수준, 더욱 바람직하게는 96:4 내지 84:16 수준, 및 더욱 더 바람직하게는 95:5 내지 85:15 수준이다.
전체 카르복시산의 양에 대한 상기 저급 지방산의 비율은 질량비로서 바람직하게 90:10 내지 76:24 수준, 더욱 바람직하게는 89:11 내지 80:20 수준, 및 더욱 더 바람직하게는 88:12 내지 83:17 수준이다.
상기 고급 지방산에 대한 상기 방향족 모노카르복시산의 비율은 질량비로서 바람직하게 97:3 내지 70:30 수준, 더욱 바람직하게는 95:5 내지 75:25 수준, 더욱 더 바람직하게는 92:8 내지 78:22 수준이다. 방향족 모노카르복시산의 비율이 30 %를 초과하면 그리스 구조가 형성되지 않고, 3 % 미만이면 내열성이 부여되지 않는 것으로 생각된다.
상기 고급 지방산에 대한 상기 저급 지방산의 비율은 질량비로서 바람직하게 85:15 내지 65:35 수준, 더욱 바람직하게는 82:18 내지 70:30 수준, 및 더욱 더 바람직하게는 80:20 내지 72:28 수준이다. 저급 지방산의 비율이 35 %를 초과하면 그리스 구조가 형성되지 않고, 15 % 미만이면 내열성이 부여되지 않는 것으로 생각된다.
상기 방향족 모노카르복시산에 대한 상기 저급 지방산의 비율은 질량비로서 바람직하게 53:47 내지 10:90 수준, 더욱 바람직하게는 51:49 내지 15:85 수준, 더욱 더 바람직하게는 50:50 내지 20:80 수준이다. 저급 지방산의 비율이 90 질량%를 초과하면 증점제의 효과가 약화되고 그리스 구조가 형성되지 않는 것으로 생각된다.
본 실시양태의 그리스 조성물은 일반적으로 수행되는 그리스 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 제조 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예로서 고급 지방산 (베헨산을 함유하는 혼합물), 저급 지방산 및 방향족 모노카르복시산이 기유와 함께 그리스-제조 용기 내에서 혼합되고, 내용물이 60 내지 120℃의 온도에서 용해된다. 이후, 적절한 양의 증류수에 예비적으로 용해 및 분산된 칼슘 히드록시드가 상기 용기에 첨가된다. 상기 카르복시산 및 상기 염기성 칼슘 (전형적으로 칼슘 히드록시드)은 비누화 반응을 거쳐서, 상기 기유에서 비누가 서서히 형성되고, 탈수를 완료하기 위해 추가적으로 가열함으로써 상기 그리스 증점제가 형성된다. 일단 탈수가 완료되면 180 내지 220℃의 온도까지 열을 가하고, 일단 충분한 교반 및 혼합이 완료되면 실온까지 냉각되도록 방치한다. 그 후, 분산기 (예를 들어, 3-롤 밀)가 사용되어 균질한 그리스 조성물을 수득한다.
주도 (penetration)
주도 테스트에서, 본 실시양태의 그리스는 바람직하게는 No. 1 내지 No. 4 (175 내지 340), 더욱 바람직하게는 No. 2 내지 No. 3 (220 내지 295)의 주도를 갖는다. 상기 주도는 그리스의 겉보기 경도를 나타낸다. 이 경우에, 상기 처리된 주도는 JIS K 2220 7에 따라 결정될 수 있다.
적점 (dropping point)
본 실시양태의 그리스 조성물은 바람직하게는 200℃ 이상의 적점을 갖고, 더욱 바람직하게는 220℃ 이상의 적점을 가지며, 특히 바람직하게는 260℃ 이상의 적점을 갖는다. 상기 그리스 조성물의 적점이 적어도 180℃ (일반적인 칼슘 그리스보다 적어도 50℃ 더 높은 온도임)일 때, 윤활 문제, 예를 들어, 고온에서의 점도 손실 및 후속적인 누출 또는 용접의 발생 가능성을 억제할 수 있을 것으로 생각된다. 상기 적점은 점성 특징을 갖는 그리스가 온도 증가에 따라 증점제 구조를 손실하는 온도를 의미한다. 이 경우에, 상기 적점은 JIS K 2220 8에 따라 결정될 수 있다.
저온 특징
온도/주도 테스트 (-20 ℃)에서 본 실시양태의 그리스의 주도 차이 (미처리된 주도 (25 ℃)-저온 주도 (-20 ℃))는 바람직하게는 130 이하, 더욱 바람직하게는 120 이하이다. 전술한 주도 차이가 130 보다 큰 경우에 상기 그리스의 유동 특징이 불량하게 되고 윤활 기능이 저온 환경에서 손실되어, 예컨대, 베어링에서의 기동 토크(starting torque)가 커지고, 이는 기계를 기동시킬 때 에너지 손실 및 결함을 수반하게 된다. 따라서, 저온에서도 그리스 주도가 연화되고 윤활 특성이 유지되는 상태를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에 상기 미처리된 주도는 JIS K2220 7에 따라 결정될 수 있다.
베어링 수명
그리스 처리된 베어링 수명 테스트 (150℃)에서, 본 실시양태의 그리스 조성물은 바람직하게는 350 시간 이상, 더욱 바람직하게는 400 시간 이상, 더욱 더 바람직하게는 450 시간 이상의 수명을 갖는다. 베어링 수명 테스트에서, 6.0 g의 시료 그리스가 6306-유형의 깊이-홈(deep-groove) 볼 베어링에 씰링되고, 150 ℃ 온도에서 20 시간 가동되고 4 시간 정지되는 사이클로 작동된다. 상기 장치는 결국에는 윤활 기능이 사라지고 베어링 회전이 불만족스럽게 되며 일단 상기 모터 구동 베어링의 전류가 특정 지점을 넘어서면 정지하도록 되어 있다. 상기 모터가 정지하는 시간을 읽어서 상기 그리스 수명으로 기록한다. 그리스의 윤활 수명은 상기 그리스의 물리적 거동 및 화학적 에이징에 따라 크게 좌우된다. 어떠한 경우에서든지 기능이 손실되면, 상기 윤활 수명이 크게 영향받는다. 예를 들어, 그리스가 고온에서 액체로 되거나 베어링 내에서의 전단으로 인해 유의한 정도로 연화된다면, 상기 베어링에서 그리스가 누출될 것이고 윤활유 공급이 불가능해질 것이며 수명이 단축될 것이다. 또한, 그리스 자체의 증발이 과도하거나 사용 환경이 고온에 도달하면, 상기 그리스는 유의하게 열 효과를 받게 되며 산화적 에이징이 발생한다. 상기 기유 구성성분의 점도 증가, 슬러지 형성 또는 증점제 구조의 변화 때문에 그리스가 경화 또는 연화되며, 이는 윤활 수명에 빠르게 영향을 준다. 결과적으로, 상기 그리스의 물리적 거동을 유지할 수 있는 긴 윤활 수명 및 화학적 에이징이 거의 없는 안정적인 윤활 상태를 갖는 그리스가 시중에서 널리 관심받고 있으며, 단, 이들이 기계 신뢰성을 향상시키고 유지 기간을 연장시킬 수 있어야 하며, 고온 환경에서 사용될 수 있어야 한다. 이 경우에, 그리스 윤활 수명의 결정은 ASTM D1741의 베어링 수명 테스트에 따라 수행될 수 있다.
본 실시양태의 그리스 조성물은 일반적으로 사용되는 기계, 베어링 및 기어에서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 가혹한 조건 하에 우수한 성능을 나타낼 수 있다. 본 실시양태의 그리스 조성물은 예를 들어, 자동차에서 엔진 주변장치, 예를 들어 시동장치, 교류발전기 및 다양한 액츄에이터 구성요소, 프로펠러 축, 등속 조인트 (CVJ), 휠 베어링 및 동력전달장치 요소, 예를 들어 클러치, 및 다양한 부품, 예를 들어, 전기식 파워 스티어링 (EPS), 브레이크 장치, 볼 조인트, 도어 힌지, 핸들, 냉각 팬 모터 및 브레이크 익스펜더의 윤활을 위해 만족스럽게 사용될 수 있다. 또한, 본 실시양태의 그리스 조성물은 바람직하게는 건설 장비, 예컨대 동력삽, 불도저 및 기중기 트럭에서, 철강 산업에서, 제지 산업에서, 임업 산업에서, 농업 장비에서, 화학 공장에서, 발전 설비에서, 건조로에서, 복사기에서, 철도 차량에서 및 심리스 파이프의 나사 결합부에서와 같이 고온 및 고적재량이 적용되는 지점에서 사용될 수 있다. 하드-디스크 베어링, 플라스틱 윤활 및 카트리지 그리스와 같은 다른 용도가 언급될 수 있다: 이 용도에서의 사용이 또한 바람직하다.
실시예
본 발명은 실시예 및 비교예를 사용하여 하기에서 더욱 상세히 기재되지만, 본 발명은 이들에 의해 어떤 식으로든 제한되지 않는다.
실시예 및 비교예에서 사용되는 원료는 다음과 같다. 구체적으로 언급되지 않는 한, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4의 구성성분 양은 하기 표 1에 기록된 바와 같았다. 표 1에 제시된 원료 {특히, 칼슘 히드록시드 및 카르복시산 (고급 지방산, 방향족 모노카르복시산 및 저급 지방산)의 경우}의 양은 시약의 양이다. 그러므로, 상기 조성물 중 구성성분의 실제 양은 표 1의 수치 및 아래 기재된 순도에 기초하여 계산된다.
증점제 원료
- 칼슘 히드록시드: 96.0% 순도의 특급 시약.
- 스테아르산: C18 직쇄 알킬 포화 지방산, 특급 시약, 95.0% 순도.
- 베헨산: C22 직쇄 알킬 포화 지방산, 특급 시약, 99.0% 순도.
- 벤조산: 특급 시약, 99.5% 순도.
- 아세트산: 2개 탄소수의 알킬 지방산, 특급 시약, 99.7% 순도.
기유 A
- 기유 A: 그룹 1 에 속하는, 탈랍 및 용제 정제에 의해 수득된 파라핀계 광유, 100℃ 동점도 11.25 ㎟/s, 점도 지수 97.
실시예 1
원료로서 기유 A를, 스테아르산, 베헨산, 벤조산 및 아세트산과 함께 그리스-제조 용기에서 혼합하고, 이를 90℃로 가열하고, 내용물을 용해시켰다. 그 다음, 적절한 양의 증류수에 예비적으로 용해 및 분산시킨 칼슘 히드록시드를 상기 용기에 첨가하였다. 이 때, 칼슘 히드록시드는 상기 카르복시산과 함께 비누화 반응하고, 상기 기유에서 비누가 서서히 형성되었다. 추가로 가열하고 탈수를 완료함으로써 그리스 증점제를 생성시켰다. 탈수가 완료되면 그리스를 200℃ 초과의 온도로 가열하고, 충분한 교반 및 혼합 후에 실온으로 냉각되도록 방치하였다. 그 후, 3-롤 밀을 사용하여 No. 3 주도를 갖는 균질한 그리스를 수득하였다.
실시예 2
실시예 1에서와 유사한 방식으로, 기유 A와 함께, 스테아르산, 베헨산, 벤조산 및 아세트산을 원료로서 그리스-제조 용기에서 혼합하고, No. 3 주도를 갖는 균질한 그리스를 수득하였다.
실시예 3
실시예 1에서와 유사한 방식으로, 기유 A와 함께, 스테아르산, 베헨산, 벤조산 및 아세트산을 원료로서 그리스-제조 용기에서 혼합하고, No. 3 주도를 갖는 균질한 그리스를 수득하였다.
비교예 1
원료로서 기유 A를, 스테아르산, 벤조산 및 아세트산과 함께 그리스-제조 용기에서 혼합하고, 90℃로 가열하여 내용물을 용해시켰다. 그 다음, 적절한 양의 증류수에 예비적으로 용해 및 분산시킨 칼슘 히드록시드를 상기 용기에 첨가하였다. 이 때, 칼슘 히드록시드는 상기 카르복시산과 함께 비누화 반응하였고, 상기 기유 내에서 비누가 서서히 형성되었다. 추가로 가열하여 탈수를 완료하고 그리스 증점제를 생성시켰다. 일단 탈수가 완료되면 상기 그리스를 200℃ 초과의 온도로 가열하고, 충분한 교반 및 혼합 후에 실온으로 냉각되도록 방치하였다. 그 후, 3-롤 밀을 사용하여 No. 3 주도를 갖는 균질한 그리스를 수득하였다.
비교예 2
비교예 1과 유사한 방식으로, 기유 A와 함께, 스테아르산, 베헨산, 벤조산 및 아세트산을 원료로서 그리스-제조 용기에서 혼합하고, No. 3 주도를 갖는 균질한 그리스를 수득하였다.
비교예 3
비교예 1과 유사한 방식으로, 기유 A와 함께, 스테아르산, 베헨산, 벤조산 및 아세트산을 원료로서 그리스-제조 용기에서 혼합하고, No. 3 주도를 갖는 균질한 그리스를 수득하였다.
비교예 4
비교예 1과 유사한 방식으로, 기유 A와 함께, 베헨산, 벤조산 및 아세트산을 원료로서 그리스-제조 용기에서 혼합하고, No. 3 주도를 갖는 균질한 그리스를 수득하였다.
비교예 5
비교예 1과 유사한 방식으로, 기유 A와 함께, 스테아르산 및 아세트산을 원료로서 그리스-제조 용기에서 혼합하고, No 2.5 주도를 갖는 균질한 그리스를 수득하였다.
비교예 6
이것은 시판되는 리튬-기반 그리스(Showa Shell Sekiyu Ltd. 제조)이고, 증점제는 12-히드록시스테아레이트 비누이었으며, 광유가 기유로 사용되었다. 100℃ 에서 상기 기유의 점도는 6.2 ㎟/s 이었다.
전술한 원료 구성성분 및 방법을 사용하여 제조된 그리스 조성물의 주도, 적점 및 베어링 수명을 전술된 방법에 의해 측정하였다. 그 결과가 표 1에 제시되어 있다. 이 결과에 근거할 때 본 실시양태에 따른 그리스 조성물이 높은 적점 및 내열성을 유지하였고 또한 베어링 수명이 상당히 향상되었으며 낮은 저온 특징을 가짐이 명백하였다. 따라서, 상기 그리스 기능 자체를 개선할 뿐만 아니라, 장비를 유지하는데 있어서 신뢰성을 증가시키는 것이 크게 가능하였다.
표 1 및 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1 및 2 (상기 장쇄 지방산에서 베헨산이 차지하는 질량 비율은 25 % 미만임)가 불충분한 베어링 수명을 갖고, 비교예 3 및 4 (상기 장쇄 지방산에서 베헨산이 차지하는 질량 비율이 70 %를 초과함)가 저온에서 그리스가 경화됨을 나타낸다. 또한, 비교예 5 (종래의 칼슘 복합 그리스) 및 비교예 6 (시판 리튬 그리스)의 경우에는 베어링 수명이 짧고 이들은 내구성을 갖지 않는다. 대조적으로, 본 발명의 실시예 전부는 베어링 수명 및 저온 특징의 양쪽 측면에서 넓은 온도 영역에서 안정한 윤활 기능을 갖는다.
표 1
표 2
Claims (4)
- 그리스 조성물(grease composition)로서,
기유(base oil), 및 증점제(thickener)로서 칼슘 복합 비누 (calcium complex soap)를 함유하는 그리스 조성물이고, 상기 칼슘 복합 비누를 형성하는 카르복시산으로서 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산, 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 갖는 방향족 모노카르복시산 및 C2-4 직쇄 포화 저급 지방산을 사용하는 그리스 조성물이며, 상기 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산이 베헨산을 함유하고, 베헨산의 사용량이 상기 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산의 전체 사용량에 대한 질량비로서 25 질량% 내지 70 질량%인 것을 특징으로 하는, 그리스 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 그리스 조성물에서 상기 카르복시산의 사용량 (질량)이, 상기 치환 또는 비치환된 C18-22 직쇄 고급 지방산 > 상기 C2-4 직쇄 포화 저급 지방산 > 상기 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 갖는 방향족 모노카르복시산의 관계를 갖는, 그리스 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 베헨산 이외의 상기 직쇄 고급 지방산이 스테아르산, 올레산 및 12-히드록시스테아르산으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 그리스 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 방향족 모노카르복시 산이 아세트산과 부티르산부터 선택된 1종 이상이고, 상기 직쇄 포화 저급 지방산은 스테아르산 및 베헨산 화합물이고, 상기 스테아르산 및 베헨산의 질량비는 75:25 내지 30:70인 것을 특징으로 하는, 그리스 조성물.
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