KR20220056295A

KR20220056295A - 과염기화된 술폰산칼슘을 이용한 하이브리드 그리스 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20220056295A
Application number: KR1020200140418A
Authority: KR
Inventors: 이승우
Original assignee: 주식회사 루브캠코리아
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-05-06

Abstract

본 발명은 과염기화된 술폰산칼슘을 이용한 하이브리드 그리스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면인 그리스 조성물은, 내마모성, 극압성 및 내하중성이 우수하고, 적접이 높아 극한의 환경에서의 활용성이 우수하다. 또한, 본 발명의 일 측면인 그리스 조성물은, 제조단가가 낮고, 물성이 우수하여 교체주기가 길고, 소량으로도 목적하는 효과를 얻을 수 있어 경제적이다.

Description

과염기화된 술폰산칼슘을 이용한 하이브리드 그리스 조성물 및 그 제조방법{GREASE COMPOSITION USING OVER-BASIFIED CALCIUM SULFONATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 과염기화된 술폰산칼슘을 이용한 하이브리드 그리스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

그리스는 윤활기유에 증주제 등을 혼합하여 제조한 반고체 또는 고체상의 윤활제를 의미한다. 그리스는 통상 베어링, 기계의 접동부, 톱니바퀴 등 마찰이 발생하나 급유가 어려운 부위에 사용된다. 그리스는 예컨대 기계의 종류와 운동 조건, 사용 온도 조건, 분위기, 급유 방법 등의 사용 환경 또는 용도를 고려하여, 해당 조건에 적합한 그리스를 사용할 때 목적하는 효과를 얻을 수 있다. 이에, 시중에는 용도에 따라 일반용, 구름 베어링용, 자동차 섀시용, 자동차 휠 베어링용 등 다양한 종류의 그리스가 제조되어 유통되고 있다. 한편, 최근에는 그리스가 사용되는 기계들이 고하중, 극압 등의 극한의 조건에서 운전되는 경우가 많아, 용도를 불문하고 내마모성, 내하중성, 내마찰성, 방청성, 내부식성, 고온 항산화성 등의 물성 개선에 대한 니즈가 높은 상황이다.

이에, 기유 또는 증주제의 개질, 기유, 증주제 또는 첨가제의 종류 및 함량 변경 등을 통해 물성을 개선하고자 하는 노력이 계속되고 있으나, 현재까지 개발된 그리스 조성물들은 생산단가가 높고, 아직까지 만족할만한 물성을 얻지 못한 상황이다.

KR 10-2018802 B1

일 측면에서, 본 발명의 목적은 차량 경량화에 적합한 그리스 조성물을 제공하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 내하중성 및 내마모성이 개선된 그리스 조성물을 제공하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 내열성, 내수성 및 밀봉성이 우수한 그리스 조성물을 제공하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 점착성이 우수한 그리스 조성물을 제공하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 경제적인 그리스 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일 측면에서, 조성물 총 중량을 기준으로, i) 35~50 중량%의 기유(base oil); 및 ii) 3~12 중량%의 탄산칼슘; 23~33 중량%의 과염기화된 술폰산 칼슘; 및 0.1~5 중량%의 수산화 바륨을 포함하는 증주제를 포함하는, 그리스 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 일 측면에서, 기유, 탄산칼슘, 및 과염기화된 술폰산을 혼합하는 단계를 포함하는, 그리스 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면인 그리스 조성물은, 내마모성, 극압성 및 내하중성이 우수하고, 적접이 높아 극한의 환경에서의 활용성이 우수하다. 또한, 본 발명의 일 측면인 그리스 조성물은, 제조단가가 낮고, 물성이 우수하여 교체주기가 길고, 소량으로도 목적하는 효과를 얻을 수 있어 경제적이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

이하에서, 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.

본 발명은 일 측면에서, 그리스 조성물로서, 상기 그리스 조성물은, 조성물 총 중량을 기준으로, i) 35~50 중량%의 기유(base oil); 및 ii) 3~12 중량%의 탄산칼슘; 23~33 중량%의 과염기화된 술폰산 칼슘 ; 및 0.1~5 중량%의 수산화 바륨을 포함하는 증주제를 포함하는, 그리스 조성물이다.

일 측면에서, 상기 기유는 제한되지는 않으나, 폴리알파올레핀(polyalphaolelfin, PAO)를 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리알파올레핀 6일 수 있다.

일 측면에서, 상기 기유의 함량은, 조성물 총 중량을 기준으로, 35~50 중량%일 수 있고, 구체적으로, 38~48 중량%일 수 있으며, 또는 40~45 중량%일 수 있다.

상기 증주제는, 그리스 조성물 내에서 점도를 부여하는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 일 측면에서, 본원발명의 증주제는, 탄산칼슘, 과염기화된 술폰산 칼슘 및 수산화 바륨의 혼합물을 포함할 수 있다.

한편, 현재 시중에서 판매되고 있는 대부분의 그리스는 리튬 또는 리튬계열 물질을 포함하는데, 이들 그리스는 제조 단가가 높을 뿐더러, 생산된 그리스의 물성도 우수하지 못하다는 한계가 있었다.

본 발명의 그리스 조성물에 포함되는 증주제는, 조성물 총 중량을 기준으로, 3~12 중량%의 탄산칼슘; 23~33 중량%의 과염기화된 술폰산 칼슘; 및 0.1~5 중량%의 수산화 바륨을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 탄산칼슘은, 조성물 총 중량을 기준으로, 5~12 중량%로 포함될 수 있고, 또는 5~10 중량%, 또는 6~10 중량%로 포함될 수 있다.

또한, 상기 과염기화된 술폰산 칼슘은, 조성물 총 중량을 기준으로, 25~33 중량%로 포함될 수 있고, 또는 25~30 중량%, 또는 26~30 중량%로 포함될 수 있다.

상기 과염기화된 술폰산 칼슘은, 과염기화된 술폰산 칼슘 조성물 총 중량을 기준으로, 칼슘 13~17 중량%, 칼슘 설포네이트 15~21 중량%, 및 물 0.1~0.5 중량%를 포함할 수 있다. 상기 과염기화된 술폰산 칼슘의 총염기가(total base number, mg KOH/g)는 380~450, 또는 390~430, 또는 400~410일 수 있고, 일 구현예에서 405일 수 있다. 상기 과염기화된 술폰산 칼슘의 점도는 100℃에서 약 70~90 cSt, 또는 70~80 cSt, 또는 75 cSt일 수 있다. 또한, 상기 과염기화된 술폰산 칼슘의 인화점은 약 200~240℃ 또는 210~230℃ 또는 220℃일 수 있다. 예컨대, 상기 과염기화된 술폰산 칼슘은 Lanxess社의 C400CLR일 수 있다.

또한, 상기 수산화 바륨은, 조성물 총 중량을 기준으로, 0.5~5 중량%로 포함될 수 있고, 또는 0.5~3 중량%, 또는 1~3 중량%로 포함될 수 있다.

일 측면에서, 상기 증주제는, 이민류 및 지방산 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.상기 지방산은, 조성물 총 중량을 기준으로, 10~15 중량%으로 포함될 수 있고, 또는 11~14 중량% 또는 12~13 중량%로 포함될 수 있다. 또한, 상기 아민류는, 조성물 총 중량을 기준으로, 1~10 중량%, 또는 1~8중량%, 또는 2~6 중량%, 또는 4~6 중량%로 포함될 수 있다.

일 측면에서, 상기 지방산은, 12-하이드록시스테아릭산(12-HSA)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 아민류는, 디부틸아민을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본원발명의 그리스 조성물은, 상기 기유 및 증주제 외에 상기 조성물은, 첨가제를 더 포함할 수 있다.

상기 첨가제는, 산화방지제, 부식방지제, 및 고체 윤활제 중 하나 이상을 포함하는 하기 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

일 측면에서, 본 발명의 그리스 조성물은 내마모제 및 극압제를 포함하지 않아도, 우수한 내마모성과 내하중성을 나타낼 수 있다.

일 측면에서, 상기 산화방지제는, 조성물 총 중량을 기준으로 0.1~5 중량%로 포함될 수 있고, 또는 0.1~3 중량%, 또는 0.5~2 중량%, 또는 0.5~1.5 중량%로 포함될 수 있다.

상기 산화방지제는 탄화수소계 화합물인 기유의 산화로 인한 점성 저하를 방지하는 역할을 할 수 있다. 상기 산화방지제로서는 디페닐아민, 페닐-알파-나프틸아민 등 아민류, 페놀류 등이 사용될 수 있다.

상기 산화방지제는, 아닐린(aniline)을 포함할 수 있고, 일 구현예에서, p,p'-디옥틸디페닐아민(p,p'-dioctyldiphenylamine)일 수 있다. 상기 p,p'-디옥틸디페닐아민은 Vanderbilt Chemical, LLC의 VANLUBE 81을 포함할 수 있다.

또한, 일 측면에서, 상기 부식방지제는 조성물 총 중량을 기준으로 0.1~1 중량%로 포함될 수 있고, 또는 0.1~0.8 중량%, 또는 0.3~0.5 중량%로 포함될 수 있다.

상기 부식방지제는 탄산칼슘, 산화아연 등의 무기금속계 부식방지제, 아연술포네이트, 칼슘 술포네이트의 유기 술폰산염, 벤조산 나트륨, 벤조산 리튬 등의 카르본산염, 숙신산, 소르비탄 모노올레이트 등의 소르비탄 에스테르 등의 유기계 부식방지제가 포함될 수 있다.

또는, 상기 부식방지제는, 트리아졸 또는 그 유도체를 포함할 수 있다. 일 측면에서, 상기 부식방지제는 Lubrizol社의 KSP-93을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 부식방지제는 그리스 조성물이 사용되는 윤활부의 부식을 방지하는 역할을 할 수 있다.

또한, 상기 고체 윤활제는, 조성물 총 중량을 기준으로, 0.1~1 중량% 로 포함될 수 있고, 또는 0.2~0.8 중량%, 또는 0.3~0.7 중량%, 또는 0.4~0.6 중량%로 포함될 수 있다.

상기 고체 윤활제는 카르밤산염(carbamate)류를 포함할 수 있고, 일 구현예에서, 상기 카르밤산염은 몰리브데늄 디알킬디티오카바메이트(molybdenum dithiocarbamate, MoDTC)를 포함할 수 있다. 일 측면에서, 상기 MoDTC는 vanderbilt社의 Molyvan A를 포함할 수 있다.

일 측면에서, 상기 조성물은 마모방지제 또는 극압제를 더 포함할 수 있다. 상기 마모방지제는 트리크레실 포스페이트, Zn-DPT 등이 사용될 수 있다.

또한, 상기 극압제는 기계적 하중과 응력에 대한 저항성을 보완하기 위하여 사용될 수 있다.

상기 극압제로서는 염소, 인, 또는 황을 함유하는 유기화합물류가 사용될 수 있다.

또한, 상기 고체 윤활제는 그리스 조성물의 윤활 효과를 보완하기 위하여 사용될 수 있으며, 예컨대, 운모, 활석, 붕산, 산화아연, 황, 폴리테트라플루오르에틸렌 등이 사용될 수 있다.

상기 그리스 조성물은, 베어링(bearing)용 또는 실런트(sealant)용일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 측면에서, 상기 베어링은 워터펌프에 사용되는 베어링을 포함할 수 있다. 또한, 상기 베어링은 제한되지 않고, 미끄럼 베어링 또는 롤링 베어링을 포함할 수 있다.

일 측면에서, 상기 그리스 조성물은 하기 중 하나 이상의 특징을 포함할 수 있다:

i) KS M ISO 2137에 의해 측정한 혼화주도가 26.5~29.5mm, ii) KS M ISO 2176에 의해 측정한 적점이 270℃ 초과, iii) KS M 2050에 의해 측정한 이유도가 2 중량% 미만, iv) KS M 2037에 의해 측정한 증발량이 0.4 중량% 미만, v) KS M 2088에 의해 측정한 동판부식이 1 grade 미만, vi) KS M 2049에 의해 측정한 산화안정도가 0.4kg/cm² 미만, vii) KS M 2026에 의해 측정한 4구 융착하중이 400kgf 초과 및 viii) KS M 2026에 의해 측정한 4구 내마모성이 0.5mm 미만.

상기 적점은, 반고체 상테의 그리스가 액체상태로 전환되는 최초의 온도로서, 본원발명의 그리스 조성물의 적점은 270℃를 초과할 정도로 고온이므로, 고온 환경에서 사용 적합성이 높다.

또한, 상기 이유도는 그리스를 저장하는 동안 그리스에서 오일 성분이 분리되어 나오는 현상을 측정하는 것으로, 상기 그리스 조성물은 KS M 2050에 의해 측정한 이유도가 2 중량% 미만으로, 상 안정도가 높다.

또한, 상기 그리스 조성물은, 수분 증발량이 적어, 고온 환경에서의 그리스 조성물의 변질이 적다.

또한, 상기 그리스 조성물은, 부식도가 낮고 산화안정도가 우수하여, 그리스 조성물이 사용되는 부품 등의 변질을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 그리스 조성물은 내하중성이 우수하여, 하중이 크게 실리는 환경이나 부품에서의 사용 적합성이 우수하다.

본 발명은, 일 측면에서, 기유, 탄산칼슘, 및 과염기화된 술폰산을 혼합하는, 제1혼합 단계를 포함하는, 그리스 조성물의 제조방법이다.

일 측면에서, 상기 제1 혼합 단계시 기유, 탄산칼슘 및 과염기화된 술폰산 외에 디부틸아민을 첨가하여 함께 혼합할 수 있다.

상기 제1 혼합 단계 이후, 상기 혼합물에 알코올을 첨가하여 혼합하는 제2혼합 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 혼합 단계에서 첨가되는 알코올은, 제한되지 않으나, 바람직하게 이소프로필알코올일 수 있다.

또한, 상기 제2 혼합 단계 이후에, 지방산을 투입한 후, 금속 수산화물을 투입하여 혼합하는 제3단계를 더 포함할 수 있다.

상기 금속 수산화물은, 제한되지 않으나, 일 구현예에서, 산화바륨을 포함할 수 있다.

또한, 상기 방법은, 상기 제3 혼합 단계 이후에 약 100~300℃에서 가열하는, 수분 제거 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 가열 온도는 150~250℃일 수 있고, 또는 180~220℃일 수 있다.

상기 가열하는 단계를 통하여 상기 혼합물로부터 수분을 증발시켜 제거할 수 있다.

이하, 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 제조예와 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

[제조예 1] 그리스 조성물의 제조

PAO 43 중량%, 과염기화된 술폰산 28 중량%, 탄산칼슘 8 중량%, DBA 4.5 중량%을 교반기에 투입하여 교반하였다. 그 후 상기 혼합물에 이소프로필알콜 1.5 중량%를 투입하고, 반고체 상태로의 변환이 완료되면 지방산(12-HSA) 12.5 중량%를 첨가하고, 그 후 수산화바륨 2 중량%를 첨가하였다. 그 후 약 200℃에서 가열하여 수분을 증발시킨 후 냉각하여 그리스 조성물을 제조하였다.

[실험예] 그리스 물성 평가

[실험예 1] 주도 평가

KS M ISO 2137에 의해 제조예의 그리스 조성물에 대하여 혼화주도를 측정하였다. 상기 실험 결과, 상기 그리스 조성물의 혼화주도는 약 265~295인 것으로 확인되었다.

[실험예 2] 적점 평가

KS M ISO 2176에 의해 제조예의 그리스 조성물에 대하여 적점을 측정하였다. 그 결과 상기 그리스 조성물의 적점은 최소 270℃를 초과함을 확인할 수 있었다.

[실험예 3] 이유도 평가

KS M 2050에 의해 제조예의 그리스 조성물에 대하여 이유도를 측정하였다. 그 결과, 상기 그리스 조성물의 이유도는 2% 미만임을 확인할 수 있었다.

[실험예 4] 수분 증발량 평가

KS M 2037에 의해 제조예의 그리스 조성물에 대하여 수분 증발량을 측정하였다. 그 결과, 상기 그리스 조성물의 수분 증발량은 최소 0.4 중량% 미만임을 확인할 수 있었다.

[실험예 5] 내부식성 측정

KS M 2088과 KS M 2049에 따라 제조예의 그리스 조성물에 대하여 동판부식성과 산화안정도를 측정하였다. 그 결과, 상기 그리스 조성물의 동판부식도는 1grade 미만이고, 산화안정도는0.4kg/cm² 미만임을 확인할 수 있었다.

[실험예 6] 내마모성 및 내하중성 측정

KS M 2026 에 따라 제조예의 그리스 조성물에 대하여 내마모성과 내하중성을 측정하였다. 그 결과, 상기 그리스 조성물의 4구 융착하중은 400kgf을 초과하고, 4구 내마모성은 0.5mm 미만임을 확인할 수 있었다.

Claims

그리스 조성물로서,
상기 그리스 조성물은, 조성물 총 중량을 기준으로,
i) 35~50 중량%의 기유(base oil); 및
ii) 3~12 중량%의 탄산칼슘; 23~33 중량%의 과염기화된 술폰산 칼슘; 및 0.1~5 중량%의 수산화 바륨을 포함하는 증주제를 포함하는, 그리스 조성물.
제1항에 있어서,
상기 증주제는, 조성물 총 중량을 기준으로,
10~15 중량%의 지방산; 및 1~10 중량%의 아민류 중 하나 이상을 더 포함하는, 그리스 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은, 첨가제를 더 포함하고,
상기 첨가제는, 산화방지제, 부식방지제, 마모방지제, 극압제 및 고체 윤활제 중 하나 이상을 포함하는 하기 중 하나 이상을 포함하는, 그리스 조성물.
제3항에 있어서,
상기 첨가제는, 조성물 총 중량을 기준으로,
10~35중량%로 포함되는, 그리스 조성물.
제3항에 있어서,
상기 산화 방지제는, 조성물 총 중량을 기준으로, 0.1~5 중량%로 포함되고,
상기 부식방지제는, 조성물 총 중량을 기준으로, 0.1~1 중량%로 포함되며,
상기 고체 윤활제는, 조성물 총 중량을 기준으로, 0.1~1 중량%로 포함되는, 그리스 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은,
베어링(bearing)용 또는 실런트(sealant)용인, 그리스 조성물.
제6항에 있어서,
상기 베어링은, 워터펌프의 베어링을 포함하는, 그리스 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은,
하기 중 하나 이상의 특징을 포함하는, 그리스 조성물:
i) KS M ISO 2137에 의해 측정한 혼화주도가 26.5~29.5mm;
ii) KS M ISO 2176에 의해 측정한 적점이 270℃ 초과;
iii) KS M 2050에 의해 측정한 이유도가 2 중량% 미만;
iv) KS M 2037에 의해 측정한 증발량이 0.4 중량% 미만;
v) KS M 2088에 의해 측정한 동판부식이 1 grade 미만;
vi) KS M 2049에 의해 측정한 산화안정도가 0.4kg/cm² 미만;
vii) KS M 2026에 의해 측정한 4구 융착하중이 400kgf 초과; 및
viii) KS M 2026에 의해 측정한 4구 내마모성이 0.5mm 미만.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 그리스 조성물의 제조방법으로서,
상기 방법은,
기유, 탄산칼슘, 및 과염기화된 술폰산을 혼합하는, 제1혼합 단계를 포함하는, 그리스 조성물의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 방법은,
상기 기유, 탄산칼슘, 및 과염기화된 술폰산의 혼합물에 알코올을 혼합하는 제2 혼합 단계를 더 포함하는, 그리스 조성물의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 방법은,
상기 제2 혼합 단계 이후에, 지방산 및 금속 수산화물을 첨가하여 혼합하는, 제3 혼합 단계를 더 포함하는, 그리스 조성물의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 방법은,
상기 제3 혼합 단계 이후에, 100~300℃에서 가열하는, 수분 제거 단계를 포함하는, 그리스 조성물의 제조방법.