KR20210035688A - 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물 - Google Patents

짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물 Download PDF

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KR20210035688A
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Abstract

본 발명은 엔진오일 기유와의 상용성이 향상되도록 하고 환경오염이 경감되도록 개선된 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 짧은 불화알코올과 지방산 또는 유채유를 반응시켜 불화기가 함유된 불화알코올 에스테르를 제조하되, 제조된(또는 합성된) 상기 불화알코올 에스테르는 하기의 구조식 1로 이루어진 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물을 제공한다.
[구조식 1]
Figure pat00009

상기 구조식 1에서 R은 지방산 알킬기로, 탄소수가 10~22 사이의 단일 종 또는 혼합 형태이며, m과 n은 1~3의 정수이다.

Description

짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물{ENGINE OIL ADDITIVE COMPOSITION USING SHORT FLUORINATED ALCOHOL}
본 발명은 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진오일 기유와의 상용성이 향상되도록 하고 환경오염이 경감되도록 개선된 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물에 관한 것이다.
엔진오일은, 금속과 금속 사이의 마찰을 줄여주고 내부에서 발생하는 뜨거운 열을 외부로 배출하여 엔진부품의 열을 식혀주고, 저온에서 주요 엔진 부품으로 쉽게 펌핑 작용이 이루어지도록 하며, 해로운 찌꺼기를 없애 내부 부품을 깨끗하게 유지시키고, 고온에서도 안정성을 유지함으로써, 연비개선에 도움을 주는 기능을 수행한다.
즉, 엔진오일은 내연기관이 장착된 자동차, 선박, 비행기 등에서, 윤활작용, 냉각작용, 부식방지작용, 세정작용 등의 기능을 수행한다.
그런데, 상기한 엔진오일은 오일 중에 오염물질이 퇴적되고 오일에서 발생되는 화학적 변화, 특히 산화생성물의 생성으로 인하여 그 성능이 열화되기 쉽다.
그리고 엔진 중에 오염물질이 퇴적되는 주된 이유는, 엔진의 작동 중에 적절히 오일이 공급되지 못하여 금속 부품끼리 서로 부딪쳐 상기 금속 부품에 마모가 발생되기 때문이다.
특히, 엔진의 시동시에 상기한 마모가 많이 발생하게 되는데, 이는 오일이 유동성 있는 물질로 이루어져 있어 엔진의 시동 초기에 원활히 공급되지 못하기 때문에 발생된다.
또한, 엔진이 고열 상태일 경우에도 오일이 원활한 유막을 형성하지 못하여 마모가 생긴다.
그리고 상기한 마모가 발생된 금속 부품은 오일 중에서 다른 화학첨가제와 반응을 일으켜 쉽게 산화되거나, 또는 이차적인 산화생성물을 형성하게 되고, 이는 결과적으로 엔진에 악영향을 끼치게 된다.
이에 따라, 엔진오일의 성능을 보다 향상시키기 위한 방안 중 하나로써, 엔진오일 첨가제, 또는 이를 포함하는 엔진오일 조성물에 대해 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.
그리고 엔진오일 첨가제로 사용되는 것들은 유기금속화합물, 입자 형태의 불소 고분자 (PTFE) 등이 사용되고 있다.
한편, 국제공개특허 WO 01/72759(2001. 10. 04, 공개)에는, 탄소수가 1 내지 20인 불화알코올을 인산에스테르 형태로 합성한 첨가제를 포함하는 '불화 윤활제 첨가제'가 개시되어 있다.
또한, 일본공개특허 평1-122026(1989. 05. 15, 공개)의 '자기기록매체'에는 불소가 함유된 이염기산 에스테르 형태의 첨가제를 주장하고 있다.
그리고 일본공개특허 평8-259501(1996. 10. 08, 공개)와 미국특허 US 5,578,387(1996. 11. 26, 등록)에는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)을 이용한 첨가제에 대하여 기재하고 있다.
하지만, 상기한 특허에서 엔진오일 첨가제로 사용된 화합물들은 인산염, 이염기산 에스테르, 불소 고분자들로, 엔진오일 기유(base oil)와의 상용성(相容性, Compatibility)이 떨어지고, 불화알킬기가 상대적으로 길어(주로 8개 이상을 사용) 환경오염의 가능성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 엔진오일 기유와의 상용성이 향상되도록 하고 환경오염이 경감되도록 한 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물은,
짧은 불화알코올과 지방산 또는 유채유를 반응시켜 불화기가 함유된 불화알코올 에스테르를 제조하되,
제조된(또는 합성된) 상기 불화알코올 에스테르는 하기의 구조식 1로 이루어진 것을 특징으로 하는 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물.
[구조식 1]
Figure pat00001
상기 구조식 1에서 R은 지방산 알킬기로, 탄소수가 10~22 사이의 단일 종 또는 혼합 형태이며, m과 n은 1~3의 정수이다.
본 발명에 있어서, 상기 구조식 1의 상기 불화알코올 에스테르는, 산 또는 염기 촉매를 이용하여 불화알코올과 지방산 또는 천연 오일인 유채유와 톨루엔 용매 하에서 물 또는 글리세린을 제거함으로써 얻어지고, 그 반응식은 하기의 반응식 1과 같다.
[반응식 1]
Figure pat00002
본 발명에 있어서, 상기 불화알코올 에스테르는, 엔진오일에 1~5wt% 함유된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 탄화수소의 길이가 상대적으로 길며, 생분해성이 우수한 천연 오일인 유채유 또는 올레인산과 불화알코올도 탄소수가 1~3인 화합물을 이용하여 엔진오일 기유에 잘 용해되는 첨가제를 개발하고, 짧은 불화알코올과 지방산 또는 유채유를 반응시켜 불화기가 함유된 불화알코올 에스테르를 제조할 수 있게 되었다.
따라서 엔진오일 기유와의 상용성이 향상되고, 환경오염이 경감된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물의 반응으로 각각 얻어진 불화알코올 에스테르의 1HNMR 스펙트럼.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물은, 짧은 불화알코올과 지방산 또는 유채유를 반응시켜 불화기가 함유된 불화알코올 에스테르를 제조하되, 제조된(또는 합성된) 상기 불화알코올 에스테르는 하기의 구조식 1로 이루어진다.
[구조식 1]
Figure pat00003
이때, 구조식 1에서 R은 지방산 알킬기로, 탄소수가 10~22 사이의 단일 종 또는 혼합 형태이며, m과 n은 1~3의 정수이다.
또한, 상기 구조식 1의 상기 불화알코올 에스테르는, 산 또는 염기 촉매를 이용하여 불화알코올과 지방산 또는 천연 오일인 유채유와 톨루엔 용매 하에서 물 또는 글리세린을 제거함으로써 얻어지고, 그 반응식은 하기의 반응식 1과 같다.
[반응식 1]
Figure pat00004
그리고 상기 불화알코올 에스테르는, 엔진오일에 1~5wt% 함유된다.
<실시예 1>
1,3-di-(3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluoropentyloxy)-propan-2-ol(mw: 584) 58.4gm과, 올레인산 28.2gm, 톨루엔 200ml, p-톨루엔설폰 산(p-toluenesulfonic acid; p-TS) 1.5gm을 예컨대, 500ml 삼구프라스크에 넣고 톨루엔을 환류시키면서 물을 제거한다.
그리고 물이 완전히 제거된 후 0.1N NaOH 수용액 50ml을 이용하여 상기 p-톨루엔설폰 산을 제거한다.
그런 후에, 상기 톨루엔을 제거하면, 약 79.9gm의 생성물이 얻어진다.
상기한 반응식 1로 얻어진 화합물의 1HNMR 스펙트럼은 도 1과 같다.
도 1을 참조하면, 적위선 스펙트럼에서는 3031, 2962, 2938, 1730, 1408, 1200, 1135, 731(cm-1) 에서 흡수밴드가 나타난다.
<실시예 2>
실시예 1에서 올레인산 대신에 스테아린산(분자량: 284.5)을 사용하여, 불화알코올 스테아린산 에스테르(80.1gm)를 얻었다.
이렇게 얻어진 화합물의 1HNMR 피크는 도 2와 같다.
도 2를 참조하면, 적외선 스펙트럼에서는 2985, 2935, 1732, 1410, 1205, 1130, 721(cm-1)에서 흡수밴드가 나타난다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일하게 실시하며, 유채유 지방산(평균분자량: 302.8)을 사용하여, 불화알코올 유채지방산 에스테르(85.2gm)를 얻었다.
이렇게 얻어진 화합물의 1HNMR 피크는 도 3과 같다.
도 3을 참조하면, 적외선 스펙트럼에서는 3021, 2983, 2825, 1733, 1420, 1223, 1140, 1063, 983, 809, 721(cm-1)에서 흡수밴드가 나타난다.
<실시예 4>
합성된 불화알코올 에스테르의 용해성 시험을 실시하였다.
용해성 시험은 오일(광유(yubase 6), 디에스테르 오일(fatty acid PEG ester))에 대하여 합성된 불소계 에스테르를 5wt%를 넣고 용해성을 측정하였다.
이에 따라 아래의 표 1의 결과를 얻었다.
<표 1>
Figure pat00005
<실시예 5>
불화알코올 에스테르를 에스테르 오일에 1, 3, 5(wt%) 첨가하여 4구 내마모성 시험(4-ball wear scar diameter)을 실시하였다.(ASTM D2266)
이에 따라 아래의 표 2의 결과를 얻었다.
<표 2>
Figure pat00006
*. 40Kg, 1200rpm, 75℃, 60분
상기한 본 발명의 실시예에서 보는 바와 같이, 불화알코올 에스테르는 엔진오일 기유인 광유 또는 에스테르유와 잘 섞이고, 내마모성 성능에서는 1wt% 첨가시 스테아린산 유도체와 유채유 유도체가 우수하였고, 3~5wt% 첨가시에는 더욱 우수하게 나타났다.
특히, 상기 스테아린산 유도체의 경우에는 5wt% 첨가시 불소고분자 보다도 16% 이상의 우수한 물성을 나타났다.
여기에서, 첨가량 단위인 wt%는 첨가제가 첨가된 엔진오일에서 첨가제 함량만을 나타내 보인 것이다.
예컨대, 불화알코올 에스테르를 1wt% 첨가하면, 이때, 엔진오일은 99wt%이다.
또한, 유채유의 경우에는, 불소고분자보다 50% 이상이나 우수한 물성을 나타내었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물은, 엔진오일 기유에 잘 섞이는 첨가제를 개발하기 위하여 짧은 불화알코올과 지방산 또는 유채유를 반응시켜 불화기가 함유된 불화알코올 에스테르를 제조할 수 있게 되었다.
즉, 본 발명은 탄화수소의 길이가 상대적으로 길며, 생분해성이 우수한 천연 오일인 유채유 또는 올레인산과 불화알코올도 탄소수가 1~3인 화합물을 이용하여 엔진오일 기유에 잘 용해되는 첨가제 조성물이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 짧은 불화알코올과 지방산 또는 유채유를 반응시켜 불화기가 함유된 불화알코올 에스테르를 제조하되,
    제조된(또는 합성된) 상기 불화알코올 에스테르는 하기의 구조식 1로 이루어진 것을 특징으로 하는 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물.
    [구조식 1]
    Figure pat00007

    상기 구조식 1에서 R은 지방산 알킬기로, 탄소수가 10~22 사이의 단일 종 또는 혼합 형태이며, m과 n은 1~3의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구조식 1의 상기 불화알코올 에스테르는,
    산 또는 염기 촉매를 이용하여 불화알코올과 지방산 또는 천연 오일인 유채유와 톨루엔 용매 하에서 물 또는 글리세린을 제거함으로써 얻어지고, 그 반응식은 하기의 반응식 1과 같은 것을 특징으로 하는 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물.
    [반응식 1]
    Figure pat00008
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불화알코올 에스테르는, 엔진오일에 1~5wt% 함유되는 것을 특징으로 하는 짧은 불화알코올을 이용한 엔진오일 첨가제 조성물.
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