KR20220059737A - 마찰저감용 소르비탄 에스테르계 화합물 및 이를 포함하는 윤활제 조성물 - Google Patents

마찰저감용 소르비탄 에스테르계 화합물 및 이를 포함하는 윤활제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특정한 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 혼합물을 가열 축합 반응시켜 얻어진 반응 생성물을 윤활제용 마찰저감제로 제시하며, 상기 마찰저감제를 포함하는 윤활제 조성물은 탁월한 마찰저감 성능을 가질 수 있다.

Description

마찰저감용 소르비탄 에스테르계 화합물 및 이를 포함하는 윤활제 조성물{A sorbitan ester based compound for reduced friction and a lubricant composition comprising the same}
본 발명은 재(Ash)를 발생시키지 않음과 동시에 우수한 마찰저감 효과를 갖는 붕소 함유 소르비탄 에스테르계 마찰저감제 및 이를 포함하는 윤활제 조성물에 관한 것이다.
윤활제는 각종 기계 및 장치의 마찰 부위에 사용되어 움직이고 있는 두 물체 사이의 접촉면에서 발생하는 마찰 및 마모를 줄이는 역할을 하며, 동력의 소비를 최소화함으로써 기계의 효율을 높일 수 있다. 윤활제는 자동차, 기차, 선박, 항공기, 산업 장비 등 다양한 기계에 사용되고 있으며, 그 용도에 따라 산화방지제, 금속세정제, 방식제, 포말억제제, 유동점강하제, 점도조절제, 분산제, 내마모첨가제, 극압첨가제, 소포제, 유화제, 방부제 등을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 윤활제 조성물은 이에 한정되지 않는 다수의 성분을 포함할 수 있다.
최근 에너지 자원이 고갈되고 환경 규제가 엄격해짐에 따라 자동차의 연비를 높이고 배기가스의 배출을 줄여야 할 필요성이 더욱 커지고 있다. 특히 자동차의 경우 엔진에서 생성된 에너지의 10~15 %가 마찰로 인해 손실되기 때문에 동력의 소비를 줄이고 연비를 증가시키기 위해서는 마찰저감 성능이 우수한 윤활제의 개발이 필수적이다. 윤활제를 통해 자동차의 연비를 개선할 수 있는 방법은 유체윤활영역 또는 경계윤활영역의 마찰을 감소시킴으로써 마찰로 인해 손실되는 에너지를 줄여 연료를 절감하는 것이다. 유체윤활영역의 마찰은 주로 윤활제의 점도에 영향을 받기 때문에 윤활제의 저점도화를 통해 마찰을 감소시킬 수 있고, 경계윤활영역의 마찰은 마찰저감제를 활용하여 감소시킬 수 있다. 따라서, 저점도 윤활제 또는 마찰저감제를 포함하는 윤활제 조성물을 사용하여 자동차의 연비를 향상시키려는 노력이 지속되고 있다.
자동차 엔진용 윤활제에 사용되고 있는 대표적인 마찰저감제는 몰리브데늄 디티오카바메이트(Molybdenum Dithiocarbamate, MoDTC)이며, 이는 마찰 환경에서 분해되어 마찰 표면에 MoS2 피막을 형성함으로써 마찰을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 몰리브데늄(Molybdenum)과 같은 금속을 포함하는 종래의 마찰저감제는 재(Ash)를 발생시키고, 이로 인하여 자동차 배기가스에서 입자상 물질이 함께 나오는 문제점이 있으므로 개선을 위한 대책이 필요하다.
따라서, 윤활제에 사용 시 재(Ash)를 발생시키지 않아 배출가스 규제에 선제적으로 대응할 수 있으며, 동시에 우수한 마찰저감 효과를 통해 에너지 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 새로운 무회(Ashless) 마찰저감제 개발이 요구되고 있다.
한국등록특허 10-1928565
본 발명은 재(Ash)를 발생시키지 않음과 동시에 우수한 마찰저감 효과를 갖는 붕소 함유 소르비탄 에스테르계 마찰저감제 및 이를 포함하는 윤활제 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 일 양태로, 하기 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트(B(OR)3, 각각의 R은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)의 혼합물을 가열하여 축합 반응시켜 얻어진 반응 생성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 8 내지 30의 알킬기이며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않으며, w, x, y 및 z은 각각 독립적으로 0 또는 양의 정수이며, 단 w+x+y+z는 1 내지 50의 정수이다.]
상기 가열은 90 내지 260 ℃의 온도에서, 30 분 내지 24 시간 동안 이루어질 수 있다.
상기 혼합물에 있어서, 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 몰비(소르비탄 에스테르계 화합물:알킬 보레이트)는 1:0.1 내지 1:10 일 수 있다.
상기 반응 생성물에 있어서, 반응 생성물 내의 붕소(B)의 함량은 0.01 내지 5 중량%일 수 있다.
본 발명은 또 다른 양태로, 윤활제 100 중량부; 및 본 발명의 일 양태에 따른 반응 생성물 0.01 내지 5.0 중량부;를 포함하는 윤활제 조성물을 제공한다.
상기 윤활제는 베이스오일; 및 산화방지제, 금속세정제, 방식제, 포말억제제, 유동점강하제, 점도조절제 및 분산제에서 선택되는 적어도 하나 이상의 첨가제;를 포함할 수 있다.
상기 윤활제 조성물은 내연기관용일 수 있다.
본 발명은 추가의 양태로,
a) 하기 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트(B(OR)3, 각각의 R은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)의 혼합물을 가열하여 축합 반응시키는 단계; 및
b) 윤활제 100 중량부; 및 상기 단계 a)의 가열 축합 반응 생성물 0.01 내지 5.0 중량부;를 혼합하는 단계;
를 포함하는 윤활제 조성물의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00002
[상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 8 내지 30의 알킬기이며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않으며, w, x, y 및 z은 각각 독립적으로 0 또는 양의 정수이며, 단 w+x+y+z는 1 내지 50의 정수이다.]
본 발명의 특정한 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 혼합물을 가열 축합 반응시켜 얻어진 붕소 함유 반응 생성물을 윤활제 조성물에 적용 시, 재(Ash)가 발생되지 않음과 동시에 탁월한 마찰저감 성능이 나타나는 효과가 발휘될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 이 때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.
본 발명의 일 양태는 하기 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트(B(OR)3, 각각의 R은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)의 혼합물을 가열하여 축합 반응시켜 얻어진 반응 생성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00003
[상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 8 내지 30의 알킬기이며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않으며, w, x, y 및 z은 각각 독립적으로 0 또는 양의 정수이며, 단 w+x+y+z는 1 내지 50의 정수이다.]
상기 화학식 1에서, R1은 바람직하게 탄소수 10 내지 25의 알킬기일 수 있으며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않을 수 있으며, w+x+y+z는 바람직하게 5 내지 40의 정수일 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1은 보다 바람직하게 탄소수 16 내지 20의 알킬기일 수 있으며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않을 수 있으며, w+x+y+z는 보다 바람직하게 10 내지 30의 정수일 수 있다. 상기와 같이 R1이 탄소수 16 내지 20의 알킬기이면, 얻어지는 반응 생성물의 마찰저감 성능은 보다 우수해질 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물은 하기 [표 1]의 기재에서와 같이 상업적으로 입수 가능한 Tween 20, Tween 40 또는 Tween 80일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
Tween 20
Figure pat00004
Tween 40
Figure pat00005
Tween 80
Figure pat00006
상기 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물은 폴리옥시에틸렌화된 것이 특징이며, 알킬 보레이트와의 가열 축합 반응에 의하여
Figure pat00007
와 같은 폴리옥시에틸렌기의 말단의 -H가 -B(OR)2(각각의 R은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)로 치환되어 붕소(B) 함유 소르비탄 에스테르계 화합물이 형성될 수 있다. 상기 가열 축합 반응에 의한 상기 치환 반응이 하나 이상의 폴리옥시에틸렌기에서 발생할 수 있으므로, 붕소(B)를 함유하는 가열 축합 반응 생성물은 하나일 수 있으며 또는 둘 이상의 혼합물 형태일 수도 있다. 상기 붕소(B)를 함유하는 가열 축합 반응 생성물은 예시적으로 하기 화학식 2 및/또는 화학식 3 등의 화합물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
[화학식 2]
Figure pat00008
[상기 화학식 2에서, R1은 탄소수 8 내지 30의 알킬기이며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않으며, 각각의 R은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며, w, x, y 및 z은 각각 독립적으로 0 또는 양의 정수이며, 단 w+x+y+z는 1 내지 50의 정수이다.]
[화학식 3]
Figure pat00009
[상기 화학식 3에서, R1은 탄소수 8 내지 30의 알킬기이며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않으며, 각각의 R은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며, w, x, y 및 z은 각각 독립적으로 0 또는 양의 정수이며, 단 w+x+y+z는 1 내지 50의 정수이다.]
본 발명의 일 양태에 따른 반응 생성물을 얻는 데 있어, 가열 축합 반응은 바람직하게 90 내지 260 ℃의 온도에서, 30 분 내지 24 시간 동안 이루어질 수 있다. 상기 가열 축합 반응은 보다 바람직하게 110 내지 200 ℃의 온도에서, 2 내지 20 시간 동안 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 반응 생성물을 얻는 데 있어, 반응하는 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 몰비(소르비탄 에스테르계 화합물:알킬 보레이트)는 바람직하게 1:0.1 내지 1:10 일 수 있으며, 보다 바람직하게 1:0.2 내지 1:8 일 수 있으며, 가장 바람직하게 1:0.5 내지 1:5 일 수 있다. 상기와 같이 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 몰비(소르비탄 에스테르계 화합물:알킬 보레이트)가 1:0.5 내지 1:5 이면, 얻어지는 반응 생성물의 마찰저감 성능은 보다 우수해질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 반응 생성물에 있어서, 반응 생성물 내의 붕소(B)의 함량은 바람직하게 0.01 내지 5 중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게 0.1 내지 4 중량%일 수 있으며, 가장 바람직하게 0.5 내지 3 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 반응 생성물에 있어서, 반응 생성물은 고점도의 액체 물질로서 브룩필드(Brookfield)　점도계로 60 ℃에서 측정된　점도가 바람직하게 10,000 내지 100,000　cPs일 수 있으며, 보다 바람직하게 20,000 내지 70,000　cPs일 수 있다. 상기와 같이 반응 생성물의 점도가 10,000 내지 100,000　cPs이면, 마찰저감 성능은 보다 우수해질 수 있다.
본 발명은 또 다른 양태로, 윤활제 100 중량부; 및 본 발명의 일 양태에 따른 반응 생성물 0.01 내지 5.0 중량부;를 포함하는 윤활제 조성물을 제공한다. 이 때, 본 발명의 반응 생성물의 함유량이 0.01 중량부 미만인 경우에는 그 함량이 너무 적어서 마찰저감 및 마모저감 효과를 확인하기 어려우며, 5.0 중량부를 초과하는 경우에는 그 함량이 과도하여 오일에 대한 용해성이 떨어지게 되어 헤이즈(Haze) 현상이나 침전 발생 또는 추가적인 마찰저감 및 마모저감 효과를 보기 어려우므로 바람직하지 않다. 특히, 본 발명의 반응 생성물의 함유량은 바람직하게 0.1 내지 4.0 중량부일 수 있으며, 보다 바람직하게 0.5 내지 3.0 중량부일 수 있다.
본 발명의 윤활제 조성물의 윤활제는 베이스오일(Base Oil); 및 산화방지제, 금속세정제, 방식제, 포말억제제, 유동점 강하제, 점도조절제 및 분산제에서 선택되는 적어도 하나 이상의 첨가제;를 포함할 수 있다.
상기 베이스오일은 당업계에서 사용하는 모든 베이스오일을 사용할 수 있으며, 구체적으로 폴리알파올레핀(PAO), 알킬벤젠, 폴리에테르, 폴리알킬렌글리콜, 폴리올 에스테르, 에틸렌알파올레핀 공중합체, 폴리뷰텐, 방향족 에스테르, 힌더드 에스테르(Hindered Ester), 염기성 에스테르, 파라핀계 광유 및 나프텐계 광유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 광유계 오일(Mineral Oil) 또는 폴리알파올레핀(PAO) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 산화방지제의 실예로는 폴리올 에스터, 알킬화된 디페닐아민, N-알킬화된 페닐렌디아민, 힌더드 페놀(Hindered Phenol), 알킬화된 히드로퀴논, 히드록실화된 티오디페닐 에테르, 알킬리덴비스페놀, 오일 용해성 구리 화합물 등을 포함할 수 있고, 상기 금속세정제의 실예로는 금속성 페네이트, 금속성 설포네이트, 금속성 살리실레이트 등을 포함할 수 있고, 상기 방식제의 실예로는 알킬숙시닉에시드, BTA(Benzotriazole) 등을 포함할 수 있고, 상기 포말억제제의 실예로는 디메틸실록산, 폴리옥시알킬렌 폴리올 등이 있을 수 있고, 상기 유동점 강하제의 실예로는 폴리알킬메타크릴레이트 등이 있을 수 있고, 상기 점도조절제의 실예로는 폴리이소부틸렌 또는 폴리메타크릴레이트 등이 있을 수 있고, 상기 분산제의 실예로는 폴리이소부테닐숙신이미드, 폴리이소부틸렌 석시네이트 에스테르, 만니히 베이스(Mannich Base) 무회 분산제 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 윤활제는 대표적으로 하기 [표 2]의 구성을 갖는 윤활제의 사용이 가능하다.
성 분 넓은 범위 ( 중량% ) 일반적인 범위 ( 중량% )
베이스오일 잔 부 잔 부
산화방지제 0 ∼ 5.0 0.01 ∼ 3.0
금속세정제 0.1 ∼ 15.0 0.2 ∼ 8.0
방식제 0 ∼ 5.0 0 ∼ 2.0
포말억제제 0 ∼ 5.0 0.001 ∼ 0.15
유동점강하제 0.01 ∼ 5.0 0.01 ∼ 1.5
점도조절제 0.01 ∼ 10.0 0.25 ∼ 7.0
분산제 0.5 ∼ 5.0 1.0 ∼ 2.5
총 계 100 100
상기 [표 2]는 일반적으로 윤활제로 사용이 될 때의 첨가제의 대표적인 유효한 양을 나타낸 것이다. 이상의 표에서 나타낸 첨가제의 양들은 일반적인 유효한 양과 첨가제의 종류를 나타낸 것으로, 본 발명의 범위를 이에 한정하지는 않는다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 윤활제 조성물은 바람직하게 내연기관용일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 내연기관이라 함은 연료를 연소시켜서 생긴 연소가스가 직접 피스톤 또는 터빈블레이드 등에 작용하여 연료가 가지고 있는 열에너지를 기계적인 일로 바꾸는 기관을 말하는 것으로, 내연기관은 사용하는 연료에 따라 디젤엔진, 가스엔진, 가솔린엔진 등으로 분류될 수 있다. 상기 내연기관용 윤활제 조성물은 디젤엔진, 가스엔진, 가솔린엔진 등의 내연기관에 적용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 윤활제 조성물에 있어서, 본 발명의 일 양태에 따른 반응 생성물은 마찰저감제로 사용되는 것인데, 금속을 함유하지 않아 무회(Ashless) 특성을 가질 뿐만 아니라 마찰저감 효과 또한 탁월할 수 있다.
본 발명은 또한 추가의 양태로,
a) 하기 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트(B(OR)3, 각각의 R은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)의 혼합물을 가열하여 축합 반응시키는 단계; 및
b) 윤활제 100 중량부; 및 상기 단계 a)의 가열 축합 반응 생성물 0.01 내지 5.0 중량부;를 혼합하는 단계;
를 포함하는 윤활제 조성물의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00010
[상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 8 내지 30의 알킬기이며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않으며, w, x, y 및 z은 각각 독립적으로 0 또는 양의 정수이며, 단 w+x+y+z는 1 내지 50의 정수이다.]
상기 제조방법의 단계 a)의 가열 축합 반응은 바람직하게 90 내지 260 ℃의 온도에서, 30 분 내지 24 시간 동안 이루어질 수 있다.
상기 제조방법의 단계 a)의 혼합물에 있어서, 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 몰비(소르비탄 에스테르계 화합물:알킬 보레이트)는 바람직하게 1:0.1 내지 1:10 일 수 있다.
상기 제조방법의 단계 a)의 가열 축합 반응 생성물에 있어서, 반응 생성물 내의 붕소(B)의 함량은 바람직하게 0.01 내지 5 중량%일 수 있다.
상기 제조방법의 단계 b)의 윤활제는 베이스오일; 및 산화방지제, 금속세정제, 방식제, 포말억제제, 유동점강하제, 점도조절제 및 분산제에서 선택되는 적어도 하나 이상의 첨가제;를 포함할 수 있다.
상기 제조방법에 의하여 제조되는 윤활제 조성물은 바람직하게 내연기관용일 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일례일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1-4]: 본 발명의 마찰저감제 1-4의 제조
하기 [표 3]의 기재에 따라, 소르비탄 에스테르계 화합물 20 g과 붕산(Boric Acid)을 소정의 몰비로 톨루엔 100 mL에 용해하여 반응 혼합물을 마련하였다. 이어서, 반응 혼합물을 140 ℃에서 4 시간 동안 가열하여 소르비탄 에스테르계 화합물과 붕산 간의 축합 반응을 진행시켰으며, 가열 축합 반응에서 발생한 물을 컨덴서에서 냉각하여 분리하였다. 다음으로 용매인 톨루엔을 감압 증류를 통해 제거하여 반응 생성물을 획득하였으며, 획득한 반응 생성물 내 붕소의 함량은 유도 결합 플라즈마 분광 분석법(ICP-OES, Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy)으로 측정하였으며, 탄소, 수소 및 산소의 함량은 원소 분석법(EA, Elemental Analyzer)으로 측정하였다. 또한, 브룩필드(Brookfield)　점도계를 사용하여 60 ℃에서 반응 생성물의 점도를 측정하였다.
[실시예 5]: 본 발명의 마찰저감제 5의 제조
하기 [표 3]의 기재에 따라, 소르비탄 에스테르계 화합물 20 g과 트리이소프로필 보레이트(Triisopropyl Borate)를 1:1의 몰비로 톨루엔 100 mL에 용해하여 반응 혼합물을 마련하였다. 이어서, 반응 혼합물을 130 ℃에서 16 시간 동안 가열하면서 용매 및 가열 축합 반응에서 발생한 이소프로판올을 단순 증류를 통해 분리 제거한 다음, 용매인 톨루엔을 감압 증류를 통해 제거하여 반응 생성물을 획득하였다. 획득한 반응 생성물 내 붕소, 탄소, 수소 및 산소의 함량은 실시예 1-4와 동일한 방법으로 측정하였으며, 반응 생성물의 점도 역시 실시예 1-4와 동일한 방법으로 측정하였다.
[비교예 1]: 비교예로 활용한 마찰저감제의 제조
소르비탄 모노올레이트 (Sorbitan Monooleate) 20 g과 붕산을 1:1의 몰비로 톨루엔 100 mL에 용해하여 반응 혼합물을 마련한 것을 제외하고는, 실시예 1-4와 동일한 방법으로 반응 생성물을 제조하고 반응 생성물 내 붕소, 탄소, 수소 및 산소의 함량을 측정하였다. 또한, 반응 생성물의 점도 역시 실시예 1-4와 동일한 방법으로 측정하였다.
　 소르비탄 에스테르계
화합물 		알킬 보레이트 몰비
( 소르비탄 에스테르계: 알킬 보레이트 ) 		반응 생성물 내 조성 반응 생성물 점도
(cPs, 60℃) 		반응 생성물의 기타 특성
탄소 함량
(중량%) 		수소 함량
(중량%) 		산소 함량
(중량%) 		붕소 함량
(중량%)
실시예 1 Tween 80 B(OH)3 1:1 58.2 9.6 31.4 0.8 35,220 황색 액체
실시예 2 Tween 80 B(OH)3 1:3 58.5 9.6 29.9 2.0 38,830 황색 액체
실시예 3 Tween 40 B(OH)3 1:3 58.4 9.8 29.9 1.9 41,280 황색 액체
실시예 4 Tween 20 B(OH)3 1:3 57.2 9.4 31.5 1.9 44,050 황색 액체
실시예 5 Tween 80 B(O i Pr)3 1:1 59.8 9.7 29.7 0.8 54,870 황색 액체
비교예 1 소르비탄 모노올레이트 (Sorbitan Monooleate) B(OH)3 1:1 71.7 10.8 15.5 2.0 2,441 황갈색 액체　
[실시예 6-10]: 본 발명의 마찰저감제를 포함한 윤활제 조성물의 제조
윤활제로 하기 표 4의 윤활제 배합 A를 마련하였다.
성 분 윤활제 조성 ( 중량% )
배합 A
베이스오일 잔 부
산화방지제 0.3
금속세정제 3.0
방식제 1.0
포말억제제 0.1
유동점 강하제 0.5
점도조절제 2.0
분산제 8.0
총 계 100.0
윤활제 100 중량부에 마찰저감제를 하기 [표 5]의 조성비로 첨가하여 윤활제 조성물을 제조하였으며, 제조된 윤활제 조성물에 대하여 PCS-Instrument사의 MTM(Mini Traction Machine) 장비를 사용하여 마찰계수(Friction Coefficient)를 측정하였다. 측정 조건은 (하중 35N, SRR 20 %, 온도 100 ℃, 회전 속도 100 mm/s 조건에서 3 시간 동안 길들이기 후) 하중 35N, SRR 50 %, 온도 100 ℃로 고정한 후 MTM 장비 시편(Ball/Disc) 간의 회전 속도(Rolling Speed)를 변화시키면서 마찰계수를 관찰하였고, 그 평균값을 하기 [표 5]에 나타내었다.
또한, 윤활제의 황산회분(Sulfated Ash) 함량 측정 공인 시험법인 ASTM D874에 따라 제조된 윤활제 조성물에 대하여 재(Ash) 함량을 측정하였고, 그 결과를 [표 5]에 나타내었다.
[비교예 2-4]: 비교예로 활용한 윤활제 조성물의 제조
윤활제로 상기 표 4의 윤활제 배합 A를 마련하고, 윤활제에 마찰저감제를 첨가하지 않거나(비교예 2), 비교예 1에서 제조한 마찰저감제를 첨가하거나(비교예 3), 또는 종래의 마찰저감제인 몰리브데늄 디티오카바메이트(Molybdenum Dithiocarbamate, MoDTC)을 첨가한 것(비교예 4)을 제외하고는, 실시예 6-10과 동일한 방법으로 윤활제 조성물을 제조하였다.
윤활제 조성물
윤활제 마찰저감제 ( 중량부 ) 마찰계수( CoF ) 재(Ash) 함량( 중량% )
실시예 6 배합 A 실시예 1의 반응 생성물 (1.0) 0.0228 0.99
실시예 7 배합 A 실시예 2의 반응 생성물 (1.0) 0.0360 0.99
실시예 8 배합 A 실시예 3의 반응 생성물 (1.0) 0.0612 0.99
실시예 9 배합 A 실시예 4의 반응 생성물 (1.0) 0.0548 0.99
실시예 10 배합 A 실시예 5의 반응 생성물 (1.0) 0.0412 0.99
비교예 2 배합 A - 0.1166 0.99
비교예 3 배합 A 비교예 1의 반응 생성물 (1.0) 0.0898 0.99
비교예 4 배합 A 몰리브데늄 디티오카바메이트 (1.0) 0.0399 1.07
상기 [표 5]의 개시에서와 같이, 몰리브데늄(Molybdenum)계 마찰저감제를 윤활제 조성물에 적용한 경우(비교예 4)에는 비교예 2의 윤활제 조성물 대비 재(Ash) 함량이 현저히 증가하나, 본 발명의 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 혼합물을 가열 축합 반응시켜 얻어진 반응 생성물을 윤활제 조성물에 적용한 경우(실시예 6-10)에는 비교예 2의 윤활제 조성물 대비 재(Ash) 함량이 증가되지 않았음이 확인된다.
본 발명의 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 혼합물을 가열 축합 반응시켜 얻어진 반응 생성물을 윤활제 조성물에 적용한 경우(실시예 6-10), 몰리브데늄(Molybdenum)계 마찰저감제를 윤활제 조성물에 적용한 경우(비교예 4)와는 마찰계수가 동등 수준이나, 마찰저감제를 적용하지 않은 경우(비교예 2)와 대비 시 마찰계수가 현저히 감소됨이 확인된다. 특히, 본 발명의 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물의 R1이 탄소수 16 내지 20의 알킬기인 경우(실시예 6-7, 10) 마찰계수가 더욱 현저히 감소됨이 확인된다.
또한, 본 발명의 화학식 1에 해당하지 않는 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 혼합물을 가열 축합 반응시켜 얻어진 반응 생성물을 윤활제 조성물에 적용하는 경우(비교예 3)와 대비하여도, 실시예 6-10에 따른 본 발명의 윤활제 조성물의 마찰계수가 뚜렷이 낮음이 확인된다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트(B(OR)3, 각각의 R은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)의 혼합물을 가열하여 축합 반응시켜 얻어진 반응 생성물.

    [화학식 1]
    Figure pat00011

    [상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 8 내지 30의 알킬기이며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않으며, w, x, y 및 z은 각각 독립적으로 0 또는 양의 정수이며, 단 w+x+y+z는 1 내지 50의 정수이다.]
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열은 90 내지 260 ℃의 온도에서, 30 분 내지 24 시간 동안 이루어지는 반응 생성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물에 있어서, 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트의 몰비(소르비탄 에스테르계 화합물:알킬 보레이트)는 1:0.1 내지 1:10 인 반응 생성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응 생성물에 있어서, 반응 생성물 내의 붕소(B)의 함량은 0.01 내지 5 중량%인 반응 생성물.
  5. 윤활제 100 중량부; 및
    제1항 내지 제4항에서 선택된 어느 한 항의 반응 생성물 0.01 내지 5.0 중량부;를 포함하는 윤활제 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 윤활제는 베이스오일; 및 산화방지제, 금속세정제, 방식제, 포말억제제, 유동점 강하제, 점도조절제 및 분산제에서 선택되는 적어도 하나 이상의 첨가제;를 포함하는 윤활제 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 윤활제 조성물은 내연기관용인 윤활제 조성물.
  8. a) 하기 화학식 1의 소르비탄 에스테르계 화합물과 알킬 보레이트(B(OR)3, 각각의 R은 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)의 혼합물을 가열하여 축합 반응시키는 단계; 및
    b) 윤활제 100 중량부; 및 상기 단계 a)의 가열 축합 반응 생성물 0.01 내지 5.0 중량부;를 혼합하는 단계;
    를 포함하는 윤활제 조성물의 제조방법.

    [화학식 1]
    Figure pat00012

    [상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 8 내지 30의 알킬기이며, 상기 알킬기는 불포화 결합을 포함하거나 포함하지 않으며, w, x, y 및 z은 각각 독립적으로 0 또는 양의 정수이며, 단 w+x+y+z는 1 내지 50의 정수이다.]
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