KR20210107689A

KR20210107689A - 볼 조인트용 윤활제 조성물

Info

Publication number: KR20210107689A
Application number: KR1020217019553A
Authority: KR
Inventors: 요시토모 후지마키; 히로키 야노; 구니토시 아베
Original assignee: 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-09-01
Also published as: JP2020105346A; EP3902897B1; CN113227337B; BR112021012542A2; US11434445B2; CN113227337A; WO2020136163A1; EP3902897A1; US20220049175A1; JP7220076B2

Abstract

본 발명은 상온 내지 고온에서 하중 하에 마찰 계수가 낮고, 정마찰과 동마찰 사이의 차이가 작으며, 반복 동작 후에 조차도 마찰 계수에 있어서의 변화가 거의 없는 볼 조인트(ball joint)용 그리스 조성물을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은: (i) 폴리이소프렌 고무 및/또는 (ii) 폴리이소프렌 고무 점성 물질; 특정 지방족 아미드 및/또는 특정 지방족 비스아미드; 및 특정 우레아 화합물을 포함하는 볼 조인트용 그리스 조성물을 제공한다.

Description

볼 조인트용 윤활제 조성물

본 발명은 볼 조인트(ball joint)에 사용하기 위한 윤활 그리스 조성물(lubricating grease composition)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 합성수지 볼 시트(synthetic resin ball seat), 금속 볼 스터드(metal ball stud) 및 소켓으로 구성된 볼 조인트에서 볼 시트와 볼 스터드 사이의 윤활에 적합한 볼 조인트용 그리스 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에 사용되는 플라스틱 볼 조인트의 합성수지 볼 시트(1)와 금속 볼 스터드(2) 사이의 갭(gap)은, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 윤활 기능을 수행하도록 코팅된다. 볼 조인트의 성능을 유지하고 개선하기 위하여, 볼 스터드의 경도를 증가시켜 마모를 억제하고, 몰리브덴, 흑연 또는 윤활유를 볼 시트 내에 포함시켜 수지 자체의 윤활성을 개선하고, 볼 시트의 내면에 홈을 형성하여 윤활성을 개선하기 위한 오일 저장소(그리스 저장소)를 제공하는 등의 여러 기술이 사용되어 왔다.

그러나, 이러한 기술을 이용하여 볼 조인트의 성능을 개선하는 데에는 한계가 있고 그 효과가 작기 때문에, 조인트의 성능은 현재 그리스와 같은 윤활제에 의존하고 있으며 고성능 그리스와 윤활제에 대한 수요가 크다.

또한, 볼 조인트는 현가 장치(suspension device) 또는 조향 장치(steering device)를 위한 작동 시스템의 매우 중요한 부분에 위치한다. 조인트의 래틀링(rattling)이 발생하는 경우, 볼 조인트는 차량의 주행 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 볼 스터드의 변위량이 하중에 따라 달라지거나 증가하는 것은 볼 조인트에 치명적인 문제이다. 따라서, 플라스틱 볼 조인트 기구(plastic ball joint mechanism)는 합성수지의 점탄성을 활용하여 볼 스터드와 볼 시트 사이의 간극(clearance)이 가능한 한 최대로 감소되고 일정 하중 하에서 볼 스터드의 변위가 최소화되도록 볼 스터드 및 합성수지 볼 시트가 소켓에 조립되는 동안 유지되는 일정한 하중 하에 배치된다. 볼 스터드와 볼 시트 사이에는 일정한 양의 압력이 유지되기 때문에, 일반적인 윤활 그리스의 경우에는 시간이 경과함에 따라 그리스가 볼 스터드와 볼 시트 사이에서 밀려 나온다. 결과적으로, 동작 토크(operating torque)가 증가하고, 반복 동작 과정에서 유막(oil film)의 파손이 초래되고, 볼 스터드와 볼 시트가 서로 직접 접촉하여 마모를 초래하고, 볼 스터드 변위가 증가한다. 또한, 자동차의 공기 역학적 특성에 있어서의 개선을 가속화하여 자동차 차체 상에서의 공기의 유선형 흐름에 대한 저항을 감소시키는 것 이외에도, 근년에는 디자인을 통합하여 셰시(바닥 아래 부분) 상에서의 공기의 유선형 흐름을 상당히 개선시켜 왔다. 그러나, 차체 내로 유입되는 공기가 제한되어 있기 때문에, 엔진 근처에 있는 부품의 온도 상승과 더불어 이율 배반적으로 타이어 및 서스펜션 근처에서 온도가 상승하는 경향이 있다. 볼 조인트는 (엔진에 근접한) 조향 장치의 내부에, (타이어에 근접한) 타이 로드 엔드(tie rod end) 상에, 및 서스펜션의 로어 아암부(lower arm portion) 내에 사용된다. 볼 조인트의 온도도 또한 이러한 배경에서 상승하기 때문에, 최근에는 이러한 부분에 사용되는 그리스의 내열성에 대한 요구도 또한 증가하고 있다.

따라서, 볼 조인트용 그리스의 성능 요건은, 그리스가 상온 내지 고온의 하중 하에 볼 스터드와 볼 시트 사이에서 강하게 부착하고; 윤활제가 고정 상태에서 이동 상태로 이동하는 슬라이딩 부분에서 일정한 막 두께를 유지하면서 부드럽게 유동하고; 그리고 그리스가 반복 동작 후에 조차도 윤활막(lubricating film)에서 거의 변화가 없는 안정적인 윤활 특성을 제공하는 것을 포함한다. 달리 말하면, 상온 내지 고온의 하중 하에서 마찰 계수가 작아야 하고, 정마찰과 동마찰 사이의 차이가 작아야 하며, 반복 동작 후에 조차도 마찰 계수에 있어서의 변화가 작아야만 한다.

일본 특허공보 JP4199109 B2호는 윤활제 조성물 및 볼 조인트를 제공하는 기술을 개시하고 있으며, 여기서 합성 탄화수소 오일을 함유하는 기유(base oil), 증점제, 및 Duomeen T 디올리에이트와 같은 화합물을 포함하는 볼 조인트용 그리스 조성물은 상온에서 우수한 저마찰 성능 및 볼 조인트의 고온에서 저온까지 우수한 마찰 성능을 갖는다. 달리 말하면, 이는 고온에서 볼 조인트로부터 누출될 위험이 없다.

일본 특허공보 JP4245714 B2호는, 폴리이소프렌 고무 및 폴리이소프렌 고무 점성 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 유형, 지방족 아미드 및 지방족 비스아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 아미드 화합물, 및 폴리에틸렌 왁스, 파라핀 왁스 및 미세결정성 왁스로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 왁스를 포함하는 볼 조인트용 윤활제 조성물이 낮은 토크를 가지며 상온에서 고온까지의 광범위한 온도에 걸쳐 볼 조인트에서 안정적인 기술을 개시하고 있다. 상온에서의 토크는 특히 낮으며 내마모성은 내구성 테스트에서 양호하다.

일본 공개특허공보 JP2017149905 A호는 그리스 조성물을 제공하는 기술을 개시하고 있으며, 여기서 에틸렌-α-올레핀 공중합체를 함유하는 기유, 증점제, 및 극성 왁스를 포함하는 그리스 조성물은 슬라이딩부에서 볼 시트 마모를 감소시킬 수 있으며 더스트 커버(dust cover)와 매우 우수한 호환성을 갖는다.

이러한 볼 조인트용 윤활제 및 그리스 조성물은 특정 조건 하에서 낮은 토크 및 낮은 마찰 특성을 나타내는 반면, 현재의 문제를 해결하는 양호한 전체적인 균형을 가진 조성물을 아직까지 제공하지 못하였다. 즉, 상온 내지 고온의 하중 하에서 마찰 계수가 작고, 정마찰과 동마찰 사이의 차이가 작으며, 반복 동작 후에 조차도 마찰 계수에 있어서의 변화가 작은 조성물이다.

이러한 상황을 고려하여, 본 발명의 목적은 상온 내지 고온의 하중 하에 볼 스터드와 볼 시트 사이에서 강하게 접착하고, 고정 상태에서 이동 상태로 이동하는 슬라이딩부에서 일정한 막 두께를 유지하면서 평활하게 유동하며, 반복 동작 후에 조차도 윤활막에서 거의 변화없이 안정적인 윤활 특성을 제공하는 그리스를 제공하는 것이다. 다시 말하면, 본 발명은 상온 내지 고온의 하중 하에서 마찰 계수가 작고, 정마찰과 동마찰 사이의 차이가 작으며, 반복 동작 후에 조차도 마찰 계수에 있어서의 변화가 작은 볼 조인트용 그리스 조성물을 제공한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 수행된 광범위한 연구의 결과로서, 본 발명자들은 폴리이소프렌 고무 및/또는 폴리이소프렌 고무 점성 물질, 지방족 아미드 및/또는 지방족 비스아미드, 및 특정 우레아 화합물을 블렌딩함으로써 상온 내지 고온의 하중 하에서의 작은 마찰 계수, 정마찰과 동마찰 사이의 작은 차이, 및 금속 볼 스터드와 수지 볼 시트 사이의 반복 동작 후에 조차도 마찰 계수에 있어서의 작은 변화의 양호한 전체적인 균형을 이루기 위한 제형화 기술을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견의 산물이다.

본 발명은 하기 성분을 포함하는 볼 조인트용 그리스 조성물을 제공한다:

(A) (i) 폴리이소프렌 고무 및/또는 (ii) 폴리이소프렌 고무 점성 물질;

(B) 하기 화학식(1)로 표시되는 지방족 아미드

R₁CONH₂ (1)

상기 식에서, R₁은 15개 내지 21개의 탄소 원자를 갖는 포화 또는 불포화 알킬기를 나타냄; 및/또는 하기 화학식(2)로 표시되는 지방족 비스아미드

R₂CONHR₃NHCOR₂ (2)

상기 식에서, R₂는 15개 내지 17개의 탄소 원자를 갖는 포화 또는 불포화 알킬기를 나타내며, R₃은 메틸렌기 또는 에틸렌기를 나타냄; 및

(C) 하기 화학식(3), (4) 및 (5)로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 적어도 하나의 화합물

R₄NHCONHR₅NHCONHR₄ (3)

R₆NHCONHR₅NHCONHR₆ (4)

R₄NHCONHR₅NHCONHR₆ (5)

상기 식들에서, R₅는 디페닐메탄기이고, R₄는 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬기이며, R₆은 14개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 불포화 탄화수소기이다.

도 1은 플라스틱 볼 조인트의 구조에 대한 개략도로서, 여기서 (a)는 구성 요소 및 그들의 조립도를 도시하고, (b)는 조립된 제품을 도시한다.
도 2는 실시예에서의 보우덴 마찰 테스트(Bowden friction test)의 개념도이다.
도 3은 실시예에서의 그리스 막 측정 테스트의 개념도이다.

본 발명은 상온 내지 고온에서의 마찰 계수가 낮고, 정마찰과 동마찰 사이의 차이가 작으며, 반복 동작 후에 조차도 마찰 계수에 있어서의 변화가 거의 없는 전체적으로 균형이 잘 이루어진, 합성수지 볼 시트, 금속 볼 스터드 및 소켓으로 구성된 볼 조인트용 고성능 그리스 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명은 볼 조인트용 그리스 조성물에 관한 것이다. 상기 그리스 조성물은 증점제, 아미드 화합물, 우레아 성분, 및 선택적으로 기유 및 첨가제를 블렌딩함으로써 수득할 수 있다. 이하는 본 발명에 따른 볼 조인트용 그리스 조성물의 특정 성분, 각 성분의 혼합량, 제조 방법, 물성 및 용도에 대한 상세한 설명이다. 그러나, 본 발명은 이하의 설명으로 한정되지 않는다.

특별히 제한되는 것은 아니지만, 본 발명의 실시형태의 그리스 조성물에 사용되는 폴리이소프렌 고무는 하기 화학식을 갖는 어느 하나일 수 있다:

-CH₂-(CH₃)C=CH-CH₂- (6)

-CH₂-CH-CH₂-(CH₃)CH₂- (7)

-CH₂-CH=CH-CH₂- (8)

-CH_2-(R₇)CH- (9)

상기 식들에서, R₇은 방향족 탄화수소기를 나타내거나, 또는 (6) 및 (7) 또는 (6) 및 (8) 또는 (6) 및 (9)의 블록 공중합체일 수 있다.

여기서, 폴리이소프렌 고무의 중량 평균 분자량, 즉 증점제로서 제공하는 폴리이소프렌 고무의 중량 평균 분자량은 바람직하게는 20,000 내지 50,000, 보다 바람직하게는 25,000 내지 45,000, 보다 더 바람직하게는 30,000 내지 40,000이다. 여기서, 중량 평균 분자량은 겔 투과 크로마토그래피 분석을 통해 표준 폴리스티렌으로 계산된다. 또한, 폴리이소프렌 고무 점성 물질은 이러한 폴리이소프렌 고무에 미네랄 오일 및/또는 합성 오일을 첨가하여 얻은 점성 물질이다. 혼합비는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는 3 x 10³ 내지 3 x 10⁵ 센티포이즈, 보다 바람직하게는 5 x 10³ 내지 8 x 10⁴ 센티포이즈, 보다 더 바람직하게는 10⁴ 내지 6 x 10⁴ 센티포이즈이다. 생성되는 혼합 점성 물질의 점도(25℃)는 바람직하게는 3 x 10³ 내지 3 x 10⁵ 센티포이즈 범위 내에 있다. 여기서, 점도는 JIS Z 8803 (2011)에 따라 분류된 동축 이중 실린더 회전 점도계(B-타입 점도계)를 사용하여 측정한다.

폴리이소프렌 고무 점성 물질은 본 발명의 실시형태의 그리스 조성물에 사용되는 폴리이소프렌 고무를 미네랄 오일 및/또는 합성 오일과 혼합함으로써 수득할 수 있지만, 기유에 대한 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 통상의 그리스 조성물에 사용되는 임의의 미네랄 오일, 합성 오일, 동물성 또는 식물성 오일, 또는 혼합유가 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 미국석유검정협회(API: American Petroleum Institute)의 기유 범주에 속하는 그룹 1 내지 5를 포함한다. API 기유 범주는 윤활 기유에 대한 지침을 만들기 위해 미국석유검정협회에서 정의한 기유 물질의 광범위한 분류이다.

본 발명의 실시형태에서 사용되는 미네랄 오일의 유형에 대한 특별한 제한은 없다. 미네랄 오일의 바람직한 예로는 원유의 상압 증류 및 진공 증류에 의해 수득되는 윤활유 분획에 적용되는 하나 이상의 정제 수단, 예를 들어 용매 탈기, 용매 추출, 가수소 분해, 용매 탈왁스(dewaxing), 촉매 탈왁스, 수소 정제, 황산 세척, 및 점토 처리의 임의 조합에 의해 수득되는 파라핀계 또는 나프텐계 미네랄 오일을 포함한다.

본 발명의 실시형태에서 사용되는 합성 오일의 유형에 대한 특별한 제한은 없지만, 바람직한 예로는 폴리 α-올레핀(PAO) 및 탄화수소계 합성 오일(올리고머)을 포함한다. PAO는 α-올레핀의 단독중합체 또는 공중합체이다. α-올레핀은 말단에 C-C 이중 결합을 갖는 화합물이며, 구체적인 예로는 부텐, 부타디엔, 헥센, 사이클로헥센, 메틸사이클로헥센, 옥텐, 노넨, 데센, 도데센, 테트라데센, 헥사데센, 옥타데센, 및 에이코센을 포함한다. 탄화수소계 합성 오일(올리고머)의 구체적인 예로는 에틸렌, 프로필렌 또는 이소부텐의 단독중합체 또는 공중합체를 포함한다. 이러한 화합물은 단독으로 또는 둘 이상의 혼합물로 사용될 수 있다. 이러한 화합물은 임의의 이성체 구조를 가질 수 있으며, 그들이 말단 C-C 이중 결합을 가지고 있는 한은 분지 구조 또는 선형 구조를 가질 수 있다. 또한, 이중 결합을 갖는 이러한 구조 이성체 및 위치 이성체(regioisomer) 중 둘 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 이러한 올레핀 중에서도, 6개 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 선형 올레핀을 사용하는 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 탄소 원자의 수가 5개 이하이면 인화점이 낮고 탄소 원자의 수가 31개 이상이면 점도가 높고 유용성이 낮기 때문이다.

본 발명의 실시형태에서, 기유는 천연 가스를 액체 연료로 전환하는 데 사용되는 기술인 Fischer-Tropsch법을 이용하여 합성한 기-액(GTL: gas to liquid) 기유일 수 있다. GTL 기유는 원유로부터 정제된 미네랄 기유와 비교하여 황 함량 및 방향족 함량이 매우 낮고 파라핀 함량이 매우 높아 산화 안정성이 우수하고 증발 손실이 아주 적다. 결과적으로, 그들은 기유로서 사용될 수 있다.

본 발명의 실시형태에서 사용되는 아미드 화합물은 하기 화학식(1)로 표시되는 지방족 아미드

R₁CONH₂ ... ... ... (1)

R₂CONHR₃NHCOR₂ ... ... ... (2)

상기 식에서, R₂는 15개 내지 17개의 탄소 원자를 갖는 포화 또는 불포화 알킬기를 나타내며, R₃은 메틸렌기 또는 에틸렌기를 나타냄; 일 수 있다.

지방족 아미드 및 지방족 비스아미드의 구체적인 예로는 팔미트산 아미드, 팔미톨레산 아미드, 마르가르산 아미드, 스테아르산 아미드, 올레산 아미드, 박센산 아미드, 리놀레산 아미드, 리놀렌산 아미드, 엘레오스테아르산 아미드, 아라키드산 아미드, 에이코사디에노산 아미드, 메드산 아미드, 아라키돈산 아미드, 에루크산 아미드, 베헨산 아미드, 메틸렌 비스팔미트산 아미드, 메틸렌 비스팔미톨레산 아미드, 메틸렌 비스마르가르산 아미드, 메틸렌 비스스테아르산 아미드, 메틸렌 비솔레산 아미드, 메틸렌 비스숙센산 아미드, 메틸렌 비스리놀레산 아미드, 메틸렌 비스리놀렌산 아미드, 메틸렌 비스엘레오스테아르산 아미드, 에틸렌 비스팔미트산 아미드, 에틸렌 비스팔미톨레산 아미드, 에틸렌 비스마르가르산 아미드, 에틸렌 비스스테아르산 아미드, 에틸렌 비스올레산 아미드, 에틸렌 비스박세노산 아미드, 에틸렌 비스리놀레산 아미드, 에틸렌 비스리놀렌산 아미드, 및 에틸렌 비스엘레오스테아르산 아미드를 포함한다.

본 발명의 실시형태에서 사용되는 우레아 화합물은 하기 화학식(3) 내지 (5)로 표시되는 화합물로부터 선택되는 화합물 중 적어도 하나의 유형이다.

R₄NHCONHR₅NHCONHR₄ ... ... ... (3)

R₆NHCONHR₅NHCONHR₆ ... ... ... (4)

R₄NHCONHR₅NHCONHR₆ ... ... ... (5)

상기 식들에서, R₅는 디페닐메탄기를 나타내고, R₄는 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타내며, R₆은 14개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 불포화 탄화수소기를 나타낸다.

여기서, R₆ 대 R₄(R₆/R₄)의 몰비는 바람직하게는 0.10 내지 3.00, 보다 바람직하게는 0.15 내지 2.50이다.

우레아 화합물은 1몰의 디이소시아네이트를 2몰의 1차 모노아민과 반응(제조 방법 1)시키거나 또는 2몰의 모노이소시아네이트를 2몰의 1차 디아민과 반응(제조 방법 2)시켜 제조할 수 있다.

제조 방법 1에서 원료로서 사용될 수 있는 디이소시아네이트의 대표적인 예로는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)를 포함한다. 1차 모노아민의 경우, R4 공급원은 옥틸 아민을 포함하며, R6 공급원은 올레일아민, 9,12-옥타데카디엔-1-아민, 탈로우 아민(tallow amine), 및 수소화 탈로우 아민을 포함한다. 또한, 제조 방법 2에서 우레아 화합물(C)의 R₄ 공급원용의 원료로서 사용될 수 있는 모노이소시아네이트의 대표적인 예로는 옥틸 이소시아네이트를 포함한다. R₅ 공급원용의 원료로서 사용될 수 있는 디아민의 예로는 4,4'-디아미노디페닐메탄을 포함한다.

본 발명의 실시형태에 따른 볼 조인트용 그리스 조성물에서, 다른 증점제 및 첨가제와 같은 선택적 성분들은 전체 그리스 조성물의 100 질량부당 약 0.1 내지 20 질량부(모든 선택적 성분)의 양으로 첨가될 수 있다.

하기 실시예에서 기술되는 우레아 화합물 이외의 다른 증점제는 디우레아 증점제, 테트라우레아 증점제, 트리우레아 모노우레탄, 폴리우레아와 같은 다른 우레아계 증점제, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 무기 증점제는 3차 인산칼슘 및 알칼리금속 비누, 알칼리금속 복합 비누, 알칼리토금속 비누, 알칼리토금속 복합 비누, 알칼리금속 설포네이트, 알칼리토금속 설포네이트 및 기타 금속 비누, 테레프탈아메이트 금속염, 점토, 실리카 에어 겔(air gel)과 같은 실리카(실리콘 옥사이드), 및 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 플루오로수지를 포함한다. 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 또한, 액체 물질에 점성 효과를 부여할 수 있는 다른 증점제가 사용될 수도 있다.

첨가제는 산화방지제, 방청제, 유성제(oiliness agent), 극압제(extreme pressure agent), 내마모제, 고체 윤활제, 금속 비활성화제, 중합체, 비금속 세제, 착색제, 및 발수제를 포함한다. 산화방지제의 예로는 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀, 2,6-디-t-부틸파라크레졸, p,p'-디옥틸디페닐아민, N-페닐-α-나프틸아민, 및 페노티아진을 포함한다. 방청제의 예로는 산화 파라핀, 카복실산 금속염, 설폰산 금속염, 카복실산 에스테르, 설폰산 에스테르, 살리실산 에스테르, 숙신산 에스테르, 소르비탄 에스테르, 및 다양한 아민 염을 포함한다. 유성제, 극압제 및 내마모제의 예로는 황화 디알킬 디티오포스페이트, 황화 아연 디알릴 디티오포스페이트, 황화 아연 디알킬 디티오카바메이트, 황화 아연 디알릴 디티오카바메이트, 황화 아연 디알킬 디티오포스페이트 몰리부텐, 황화 아연 디알릴 디티오포스페이트 몰리부텐, 황화 아연 디알킬 디티오카바메이트 몰리부텐, 황화 아연 디알릴 디티오카바메이트 몰리부텐, 유기 몰리브덴 착물, 황화 올레핀, 트리페닐 포스페이트, 트리페닐 포스포로티오에이트, 트리크레신 포스페이트, 포스페이트 에스테르, 및 황화 지방 및 오일을 포함한다. 고체 윤활제의 예로는 이황화몰리브덴, 흑연, 질화붕소, 멜라민 시아누레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 이황화텅스텐, 및 불화흑연을 포함한다. 금속 비활성화제의 예로는 N,N'-디살리실리덴-1,2-디아미노프로판, 벤조트리아졸, 벤즈이미다졸, 벤조티아졸, 및 티아디아졸을 포함한다. 중합체의 예로는 폴리부텐, 폴리이소부텐, 폴리이소부틸렌, 및 폴리메타크릴레이트를 포함한다. 비금속 세제는 숙신이미드를 포함한다.

다음은 본 발명의 실시형태에 따른 그리스 조성물에서의 증점제, 아미드 화합물 및 우레아 화합물의 혼합량에 대한 설명이다. 성분들은 다음과 같이 블렌딩될 수 있다.

전체 그리스 조성물 100 질량부당 폴리이소프렌 고무 및/또는 폴리이소프렌 고무 점성 물질의 혼합량은 바람직하게는 30 내지 70 질량부, 보다 바람직하게는 35 내지 65 질량부, 보다 더 바람직하게는 40 내지 60 질량부이다.

전체 그리스 조성물 100 질량부당 아미드 화합물(지방족 아미드 및/또는 지방족 비스아미드 화합물)의 혼합량은 바람직하게는 10 내지 50 질량부, 보다 바람직하게는 15 내지 45 질량부, 보다 더 바람직하게는 20 내지 40 질량부이다.

전체 그리스 조성물 100 질량부당 우레아 화합물의 혼합량은 바람직하게는 1 내지 15 질량부, 보다 바람직하게는 1.5 내지 10 질량부, 보다 더 바람직하게는 2 내지 8 질량부이다.

도면 설명

하기의 참조 부호는 도 1 내지 도 3에 포함되어 있으며, 하기 요소를 지칭한다.

1 볼 시트

2 볼 스터드

3 소켓

4 강판

5 볼 조인트

6, 6a, 6b 하중

7 시험편 a

8 시험편 b

9 테스트 그리스

10 왕복 운동

11 시험편 c

12 시험편 d

실시예

이하, 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 결코 이들 실시예로 제한되지 않는다. 실시예 및 비교예에서 사용되는 원료는 다음과 같이 약칭한다.

1. 다음의 것들을 증점제(A)로서 사용하였다.

ㆍ 폴리이소프렌 A: 이것은 28,000의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리이소프렌 단독중합체이다.

ㆍ 폴리이소프렌 B: 이것은 31,000의 중량 평균 분자량을 갖는 수소화 폴리이소프렌 공중합체이다.

희석 오일

ㆍ 기유 A: 이것은 40℃에서 101.1 mm²/s의 동점도를 갖는 미네랄 오일이다.

ㆍ 기유 B: 이것은 40℃에서 18.5 mm²/s의 동점도를 갖는 폴리 α-올레핀 오일이다.

ㆍ 기유 C: 이것은 40℃에서 47.08 mm²/s의 동점도, 100℃에서 8.04 mm²/s의 동점도, 146의 점도 지수, 1 이하의 %CA, 11.9의 %CN 및 85 이상의 %CP를 갖는 GTL이다.

2. 다음의 것들을 아미드 화합물(B)로서 사용하였다.

ㆍ 아미드 A: 이것은 올레일 아미드이다.

ㆍ 아미드 B: 이것은 에틸렌 비스스테아릴아미드이다.

3. 다음의 것들을 우레아 화합물(C)에 대한 원료로서 사용하였다.

이소시아네이트 원료는 다음과 같다:

ㆍ 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(MDI)(분자량 250.26).

아민 원료는 다음과 같다:

ㆍ 아민 A: 이것은 128.7의 평균 분자량을 갖고 주로 8개의 탄소 원자를 갖는 포화 탄화수소기(90 질량% 이상)로 구성된 공업용 옥틸아민이다.

ㆍ 아민 B: 이것은 258.7의 평균 분자량을 갖고 주로 18개의 탄소 원자를 갖는 포화 탄화수소기(90 질량% 이상)로 구성된 공업용 스테아릴아민이다.

ㆍ 아민 C: 이것은 255.0의 평균 분자량을 갖고 주로 18개의 탄소 원자를 갖는 불포화 탄화수소기(70 질량% 이상)로 구성된 공업용 올레일아민이다.

ㆍ 아민 D: 이것은 184.6의 평균 분자량을 갖고 주로 12개의 탄소 원자를 갖는 불포화 탄화수소기(90 질량% 이상)로 구성된 공업용 도데실아민이다.

실시예 1 내지 5

표 1A에 나타나 있는 블렌딩 비율의 MDI 및 폴리이소프렌 고무를 그리스 포트에 넣고 약 100℃로 가열하여 MDI를 용해시켰다. 이어서, 필요한 양의 아민 A(옥틸아민)를 서서히 첨가한 다음, 내용물을 격렬하게 교반하였다. 약 10분 후, 아민 C(올레일아민)를 또한 서서히 첨가하고 계속 교반하였다. 내용물을 170℃로 가열하고, 그 온도를 약 30분 동안 유지하여 반응을 완결하였다. 냉각 후, 아미드 A 및 아미드 B를 첨가하고, 약 160℃에서 용융시킨 다음, 완전히 반죽하였다. 또한, 이것을 실온으로 냉각한 다음 트리플 롤(triple roll)로 처리하여 윤활유 조성물을 수득하였다.

실시예 6

표 1A에 나타나 있는 블렌딩 비율의 MDI 및 폴리이소프렌 고무를 그리스 포트에 넣고 약 100℃로 가열하여 MDI를 용해시켰다. 이어서, 필요한 양의 아민 A(옥틸아민) 및 아민 C(올레일아민)를 서서히 첨가한 다음, 내용물을 약 10분 동안 격렬하게 교반하였다. 이어서, 내용물을 170℃로 가열하고, 그 온도를 약 30분 동안 유지하여 반응을 완결하였다. 냉각 후, 아미드 A 및 아미드 B를 첨가하고, 약 160℃에서 용융시킨 다음, 완전히 반죽하였다. 또한, 이것을 실온으로 냉각한 다음 트리플 롤로 처리하여 윤활유 조성물을 수득하였다.

실시예 7

실시예 1의 윤활유 조성물 및 실시예 6의 윤활유 조성물을 그리스 포트에 등량으로 첨가하고, 약 60℃에서 반죽한 다음, 트리플 롤로 처리하여 윤활유 조성물을 수득하였다.

실시예 8

표 1A에 나타나 있는 블렌딩 비율의 MDI 및 폴리이소프렌 고무를 그리스 포트에 넣고 약 100℃로 가열하여 MDI를 용해시켰다. 이어서, 필요한 양의 아민 A(옥틸아민)를 서서히 첨가한 다음, 내용물을 격렬하게 교반하였다. 약 10분 후, 아민 B(스테아릴아민) 및 아민 C(올레일아민)를 또한 서서히 첨가하고 계속 교반하였다. 내용물을 170℃로 가열하고, 그 온도를 약 30분 동안 유지하여 반응을 완결하였다. 냉각 후, 아미드 A 및 아미드 B를 첨가하고, 약 160℃에서 용융시킨 다음, 완전히 반죽하였다. 또한, 이것을 실온으로 냉각한 다음 트리플 롤로 처리하여 윤활유 조성물을 수득하였다.

실시예 9 내지 10

표 1A 및 표 1B에 나타나 있는 블렌딩 비율의 MDI 및 폴리이소프렌 고무를 그리스 포트에 넣고 약 100℃로 가열하여 MDI를 용해시켰다. 이어서, 필요한 양의 아민 A(옥틸아민)를 서서히 첨가한 다음, 내용물을 격렬하게 교반하였다. 약 10분 후, 아민 C(올레일아민)를 또한 서서히 첨가하고 계속 교반하였다. 내용물을 170℃로 가열하고, 그 온도를 약 30분 동안 유지하여 반응을 완결하였다. 냉각 후, 아미드를 첨가하고, 약 160℃에서 용융시킨 다음, 완전히 반죽하였다. 또한, 이것을 실온으로 냉각한 다음 트리플 롤로 처리하여 윤활유 조성물을 수득하였다.

실시예 11 내지 15

표 1B에 나타나 있는 블렌딩 비율의 MDI 및 폴리이소프렌 고무를 그리스 포트에 넣고 약 100℃로 가열하여 MDI를 용해시켰다. 이어서, 필요한 양의 아민 A(옥틸아민)를 서서히 첨가한 다음, 내용물을 격렬하게 교반하였다. 약 10분 후, 아민 C(올레일아민)를 또한 서서히 첨가하고 계속 교반하였다. 이어서, 내용물을 170℃로 가열하고, 그 온도를 약 30분 동안 유지하여 반응을 완결하였다. 냉각 후, 아미드를 첨가하고, 약 160℃에서 용융시킨 다음, 완전히 반죽하였다. 또한, 이것을 실온으로 냉각한 다음 트리플 롤로 처리하여 윤활유 조성물을 수득하였다.

비교예 1 내지 2

표 1B에 나타나 있는 블렌딩 비율의 MDI 및 폴리이소프렌 고무를 그리스 포트에 넣고 약 100℃로 가열하여 MDI를 용해시켰다. 이어서, 아민을 서서히 첨가한 다음, 내용물을 약 10분 동안 격렬하게 교반하였다. 내용물을 170℃로 가열하고, 그 온도를 약 30분 동안 유지하여 반응을 완결하였다. 냉각 후, 아미드를 첨가하고, 약 160℃에서 용융시킨 다음, 완전히 반죽하였다. 또한, 이것을 실온으로 냉각한 다음 트리플 롤로 처리하여 윤활유 조성물을 수득하였다.

비교예 3

표 1B에 나타나 있는 블렌딩 비율의 폴리이소프렌 고무 및 기유를 그리스 포트에 넣고 가열하였다. 아민 A 및 아민 B를 약 100℃에서 첨가하고, 내용물을 약 160℃로 가열한 다음, 격렬하게 교반하였다. 또한, 이것을 실온으로 냉각한 다음 트리플 롤로 처리하여 윤활유 조성물을 수득하였다.

하기 측정 및 테스트를 수행하여 실시예 및 비교예의 특성 및 성능을 비교하였다.

농도는 JIS K 2220-7에 따라 측정하였다.

적점(dropping Point)은 JIS K2220-8에 따라 측정하였다.

점도는 JIS Z 8803 (2011)에 따라 분류된 동축 이중 실린더 회전 점도계(B-타입 점도계)를 사용하여 측정하였다.

Bowden 마찰 테스트(도 2 참조): 서로 대향하는 시험편 a와 시험편 b 사이의 마찰 계수를 하기 테스트 조건 하에 Bowden 마찰 시험기를 사용하여 측정하였다. 구체적으로는, 시험편 a에 길이 방향으로 하중을 가하고, 시험편 b를 횡방향으로 전후로 이동시키고, 시험편 a에 가해지는 힘을 마찰력으로서 측정하였다. 마찰력은 운동 시작시의 정마찰 계수와 각각의 왕복 운동에 대한 슬라이딩 운동 중의 동마찰 계수를 측정함으로써 10회 왕복에 걸쳐 결정하였다. 보고된 정마찰 계수 및 동마찰 계수는 10회 왕복에 대한 평균값이다.

(1) 시험편 a: 재질: SUJ2

치수: 5.0 mm 외경을 가진 강철 볼

(2) 시험편 b: 재질: 폴리아세탈 수지

치수: 길이 120 mm, 폭 35 mm, 두께 4 mm의 플레이트

(3) 온도: 25℃, 80℃

(4) 슬라이딩 속도: 1.0 mm/s

(5) 하중: 19.61 N

(6) 접촉 표면 압력: 120 MPa

(7) 슬라이딩 동작: 10회 왕복

그리스 막 측정 테스트(도 3 참조): 시험편 c 및 시험편 d의 두 표면 사이에 그리스를 도포한 다음, 20 kN의 하중 하에 60분 동안 압축한 후에 남아 있는 그리스의 양으로 막 두께를 계산한다. 구체적으로는, 시험편 c 및 시험편 d의 중량을 미리 칭량하고, 그리스를 디스크의 표면에 균일하게 도포한 다음, 코팅된 표면을 함께 합쳤다. 그리스칠된 디스크를 콤팩터(compactor)에 넣고 25℃ 및 80℃에서 60분 동안 방치하였다. 그 후, 두 디스크를 콤팩터에서 모두 제거하고, 과량의 그리스를 닦아낸 다음, 두 디스크를 칭량하였다. 두 디스크의 전후의 중량 차이는 그리스의 잔량이었으며, 이러한 중량을 기준으로 그리스 막 두께를 계산하여 평가하였다.

(1) 시험편 c: 재질: S45C 강철

치수: 60 mm의 외경 및 4 mm의 두께를 가진 디스크

(2) 시험편 d: 재질: 폴리아세탈 수지

치수: 60 mm의 외경 및 4 mm의 두께를 가진 디스크

(3) 온도: 25℃, 80℃

(4) 하중: 20 kN

(5) 유지 시간: 60분

(6) 그리스 막 두께의 계산 공식:

테스트 결과는 표 1A 및 표 1B에 나타나 있다. 실시예 1 내지 15의 볼 조인트 그리스 조성물은 내열성의 지표인 높은 적점을 가지며, Bowden 테스트에서 25℃ 및 80℃에서 낮은 정마찰 계수 및 동마찰 계수를 갖는다. 정마찰/동마찰에서의 변화율도 또한 작다. 달리 말하면, 그들은 우수한 마찰 특성을 나타낸다. 그리스 막 측정 테스트 결과에서, 실시예 1 내지 15의 모든 볼 조인트 그리스 조성물에서, 충분한 그리스 막 두께가 하중 하에 유지되었고, 그리스 막은 장기간 동안 방치하였을 때 슬라이딩 표면 상에 유지되었으며, 이는 스무스한 토크(smooth torque)를 안정적으로 제공할 수 있음을 시사한다. 이러한 특성은 온도가 상승하는 경우에 조차도 거의 변하지 않기 때문에, 고온 환경에서 충분한 윤활성을 확보할 수 있다. 이와는 대조적으로, 비교예 1의 그리스 조성물은 높은 적점을 갖지만, Bowden 테스트에서는 온도와 무관하게 정마찰 계수 및 동마찰 계수가 모두 높고, 정마찰/동마찰에서의 변화율도 또한 높다. 그리스 막 측정 테스트 결과에서, 온도가 80℃에 도달할 때 그리스 막이 얇아지며, 따라서 장기간 방치할 경우에 충분한 윤활을 기대할 수 없다. 비교예 2 및 3의 그리스 조성물은 낮은 적점, Bowden 테스트에서 온도와 무관하게 높은 정마찰 및 동마찰 계수, 정마찰/동마찰에서의 높은 변화율을 갖는다. 그리스 막 측정 테스트 결과에서, 온도가 80℃에 도달할 때 그리스 막이 얇아지며, 따라서 장기간 방치할 경우에 충분한 윤활을 기대할 수 없다. 이러한 결과로부터 본 발명의 볼 조인트용 그리스 조성물이 충분한 성능을 나타낼 수 있음이 명백하다.

Claims

하기 성분을 포함하는 볼 조인트(ball joint)용 그리스 조성물:
(A) (i) 폴리이소프렌 고무 및/또는 (ii) 폴리이소프렌 고무 점성 물질;
(B) 하기 화학식(1)로 표시되는 지방족 아미드
R₁CONH₂ (1)
상기 식에서, R₁은 15개 내지 21개의 탄소 원자를 갖는 포화 또는 불포화 알킬기를 나타냄; 및/또는 하기 화학식(2)로 표시되는 지방족 비스아미드
R₂CONHR₃NHCOR₂ (2)
상기 식에서, R₂는 15개 내지 17개의 탄소 원자를 갖는 포화 또는 불포화 알킬기를 나타내며, R₃은 메틸렌기 또는 에틸렌기를 나타냄; 및
(C) 하기 화학식(3), (4) 및 (5)로 표시되는 화합물 중에서 선택되는 적어도 하나의 화합물
R₄NHCONHR₅NHCONHR₄ (3)
R₆NHCONHR₅NHCONHR₆ (4)
R₄NHCONHR₅NHCONHR₆ (5)
상기 식들에서, R₅는 디페닐메탄기이고, R₄는 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬기이며, R₆은 14개 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 불포화 탄화수소기이다.
제1항에 있어서, R₆ 대 R₄의 몰비(R₆/R₄)는 0.10 내지 3.00인, 볼 조인트용 그리스 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, (A)의 성분(i)은 20,000 내지 50,000 범위의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리이소프렌 고무이며, 성분(ii)은 미네랄 오일 및/또는 합성 오일을 혼합하고 25℃에서의 점도를 3 × 10³ 내지 3 x 10⁵ 센티포이즈로 조정함으로써 수득되는 폴리이소프렌 고무 점성 물질인, 볼 조인트용 그리스 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 성분(A)의 총량은 전체 조성물 100 질량부당 30 내지 70 질량부인, 볼 조인트용 그리스 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 성분(B)의 총량은 전체 조성물 100 질량부당 10 내지 50 질량부인, 볼 조인트용 그리스 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 성분(C)의 우레아 화합물의 총량은 전체 조성물 100 질량부당 1 내지 15 질량부인, 볼 조인트용 그리스 조성물.