KR20230025712A - 구동 시스템 윤활용 수성 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동력화 시스템 윤활용 수성 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 적어도 탈이온수; 하나 이상의 폴리알킬렌 글리콜; 글리콜로부터 선택되는 하나 이상의 부동액 화합물, 및 하나 이상의 인 화합물을 포함하는 고정식 또는 이동식 구동 시스템의 윤활은 위한 수성 윤활제 조성물에 관한 것이다.
또한 고정식 또는 이동식 구동 시스템의 윤활 및 냉각을 위한 이 수성 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이다.

Description

구동 시스템 윤활용 수성 조성물
본 발명은 윤활제 조성물, 특히 롤링 베어링, 기어, 베어링 또는 엔진과 같은 기계 시스템의 윤활을 위한 윤활제 조성물 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이동식 또는 고정식 구동 시스템의 윤활을 위한 수계 윤활제 조성물에 관한 것이다.
"윤활제"라고도 하는 윤활제 조성물은 일반적으로 기계 시스템에 사용되어 부품 간의 마찰을 줄여 부품이 마모되지 않도록 보호한다. 마모 현상 외에도 마찰은 접촉하는 부품 간의 상대 운동을 방해하고 기계 시스템의 최적의 작동에 해로운 에너지 손실을 유발할 수 있다.
윤활제는 예를 들어 금속 가공, 특히 금속 변형 작업, 항공, 선박, 철도 운송 및 발전(electrical power generation) 분야의 가스 또는 증기 터빈, 자동차 추진 시스템, 예를 들어 베어링, 기어, 엔진 등 여러 분야에서 윤활을 위해 사용된다.
예를 들어, 자동차 엔진 또는 변속기용 윤활제 분야에서 윤활제의 제제(formulation)은 그것이 자동차의 다양한 부품 사이에서 발생하는 마찰력에 미치는 영향을 통해서, 연료 소비에 영향을 미칠 수 있고 결과적으로는 이산화탄소 배출에 영향을 미칠 수 있다는 점에서 중요한 문제이다.
가장 일반적인 윤활제는 탄화수소 기반 윤활제이다. 이러한 탄화수소 기반 윤활제는 일반적으로 베이스 오일의 윤활제 성능을 촉진시키기 위한 몇 가지 첨가제, 예를 들어 마찰 저감 첨가제(friction-modifying additives)와 같은 첨가제와 일반적으로 합쳐지는 하나 이상의 베이스 오일로 구성된다.
또한 움직이는 부품 사이의 마찰로 인해 열이 발생하고 이로 인해 기계 시스템을 함께 냉각해야 할 수도 있다. 이러한 냉각은 전형적으로 탄화수소계 윤활제와는 다른 냉각제, 예를 들어 공기, 물과 같은 수성 유체 또는 물과 글리콜의 혼합물과 같은 냉각제에 의해 제공된다.
요즘에는 새로운 윤활제를 개발할 때 유독하거나 잠재적으로 독성이 있는 용매의 사용을 피하거나 환경에 미치는 영향과 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 새로운 제약 조건들을 고려해야 한다. 따라서 물을 기반으로 하는 제제에 대한 관심이 높아지고 있다.
물은 우수한 냉각제이지만, 윤활제에 필요한 마찰공학적 특성(tribological properties), 특히 마찰을 줄이고 마모로부터 부품을 보호하는 측면에서 마찰공학적 특성을 가지고 있지 않다.
다양한 첨가제로 보충된 수계(water-based) 윤활제 조성물이 이미 연구되었다. 예를 들어, 문서 US 2012/0149616은 물 외에 수용성 폴리알킬렌 글리콜, 유화제, 알킬렌 글리콜 또는 글리세롤 유형의 부동액 첨가제, 부식 방지 첨가제, 소포제 및 마찰 감소 첨가제를 포함하는 수성 윤활제를 제안한다.
본 발명은 기계 시스템의 윤활에 사용하기에 적합한 마찰공학적 특성을 갖는 신규한 수계 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명은 적어도 다음을 포함하는, 고정식 또는 이동식 구동 시스템을 윤활하기 위한 수성 윤활제 조성물에 관한 것이다:
- 탈이온수;
- 하나 이상의 폴리알킬렌 글리콜;
- 글리콜, 바람직하게는 알킬렌 글리콜; 글리세롤; 디글리세롤; 트리글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것인 하나 이상의 부동액 화합물; 및
- 하나 이상의 인 화합물.
본 발명에 따른 조성물은 물의 존재와 관련된 우수한 냉각 특성과 우수한 마찰공학적 특성, 특히 마찰 감소 및 내마모 특성을 결합한다. 따라서, 본 발명에 따른 수성 조성물은 유리하게 윤활 및 냉각의 이중 기능을 제공할 수 있다.
도 1은 400 rpm 내지 2000 rpm의 속도 범위에 걸쳐 본 발명에 따른 조성물(I1) 및 비교 조성물(C1)에 대한 "실린더 헤드 벤치" 시험에 의해 측정된 마찰 토크를 나타낸다.
본 발명의 목적상, "수성 조성물"이라는 표현은 기본 유체, 즉 주요 용매로서 물을 포함하는 조성물을 나타내는 것으로 이해된다. 특히, 물, 바람직하게는 탈이온수는 바람직하게는 윤활제 조성물의 총 중량의 35 중량% 이상을 나타낸다.
본 발명의 목적상, "삼투수(osmosed water)"라는 표현은 예를 들어 유기 및/또는 무기 화합물의 함량을, 예를 들어 5.0 중량% 미만, 바람직하게는 1.0 중량% 미만으로 감소시키기 위해 특히 역삼투 공정에 의해 정제된 물을 나타내는 것으로 이해된다. 본문의 나머지 부분에서 "탈염수 (demineralized water)" 또는 "초순수 (ultrapure water)"라는 표현은 "삼투수"라는 표현과 동등하거나 동의어로 간주된다. 특히, 삼투수는 "탈이온수", 즉 일반적으로 물에 존재하는 Ca2+ 및 HCO3 - 이온과 같은 이온의 함량을 감소시키기 위해 정제 과정을 거친 물일 수 있다. 바람직하게는, 탈이온수는 이온을 함유하지 않는다.
본문의 나머지 부분에서, "수성 윤활제 조성물" 또는 "수성 윤활제"라는 표현은 기계 시스템에서 움직이는 부품을 윤활하기 위한 것으로 의도된 본 발명에 따른 윤활제 조성물을 나타내며, 특히 이동식 또는 고정식 구동 시스템을 윤활하기 위해 의도된 것이다.
본 발명의 목적상, "구동 시스템"은 의도된 이동 또는 고정 사용에 필요한 모든 기계 부품을 포함하고 적어도 하나의 엔진을 포함하는 시스템을 나타내는 것으로 이해된다. 이것은 구동 시스템에 포함된 엔진(들): 연소 엔진, 가스 엔진, 특히 수소 엔진, 수성 암모니아 엔진 및/또는 전기 모터의 특성에 따라 연소, 가스, 특히 수소, 수성 암모니아, 전기 또는 하이브리드 구동 시스템일 수 있다..
"이동식" 구동 시스템은 보다 구체적으로 경량 차량, 중장비 차량, "오프로드" 이동 기계 또는 해양 차량을 포함하는 차량에 사용되는 구동 시스템이다.
따라서 이동식 구동 시스템은 특히 차량의 추진 시스템에 해당한다.
본 발명의 목적상, "추진 시스템"은 차량 추진에 필요한 기계 부품을 포함하는 시스템을 나타내는 것으로 이해된다. 추진 시스템은 특히 엔진, 변속기 및 선택적으로 배터리를 포함한다. 배터리 자체는 일반적으로 셀이라고 하는 축전지의 세트로 구성된다.
유리하게는, 이동식 구동 시스템은 전기 또는 하이브리드 차량용 추진 시스템이다. 따라서 추진 시스템은 특히 전력 전자 장치(속도 제어와 관련된)의 회전자-고정자 어셈블리를 포함하는 전기 모터, 변속기 및 배터리를 포함한다.
본 발명의 목적상, "전기 자동차"는 유일한 추진 수단으로서 전기 모터를 포함하는 차량을 의미하는 것으로 이해되며, 하이브리드 자동차는 결합된 추진 수단으로서 연소 엔진과 전기 모터를 포함한다.
본 발명의 목적상, "고정식" 구동 시스템은 고정식 모터를 포함하는 구동 시스템이다. 이것은 예를 들어 전력 생성 장치에서 응용 예를 찾을 수 있다. 이것은 특히 가스 구동 시스템, 특히 고정식 가스 엔진일 수 있다.
모든 예상과는 반대로, 본 발명자들은 글리콜로부터 선택되는 적어도 하나의 부동액 화합물, 적어도 하나의 인 화합물 및 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜의 특정 조합에 물을 보충함으로써 우수한 마찰공학적 특성을 갖는 수성 제제가 달성될 수 있음을 발견하였다.
유리하게는, 따라서 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 탄화수소 오일(들)을 기반으로 하는 종래의 윤활제를 사용하여 달성되는 것과 비교하여 동등하거나 심지어 개선된, 기계 시스템의 움직이는 부품 사이의 마찰 감소 측면에서 성능을 나타낸다.
따라서 본 발명에 따른 수성 조성물은 기계 시스템에서 움직이는 부품의 윤활을 위한 윤활제, 보다 구체적으로 이동식 또는 고정식 구동 시스템의 윤활을 위한 윤활제로서 사용하기에 적합한 것으로 입증되었다. 따라서 기존의 탄화수소 기반 윤활제를 대체하여 모든 시스템과 응용 분야에서 사용할 수 있다. 적용 예는 본 문서의 나머지 부분에서 제공된다.
따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 기계 시스템에서 움직이는 부품의 윤활을 위한, 보다 구체적으로 이동식 또는 고정식 구동 시스템의 윤활을 위한 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 출원은 특히 이동식 구동 시스템, 특히 차량 추진 시스템, 보다 특히 전기 또는 하이브리드 차량 추진 시스템의 윤활을 위한 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 출원은 또한 기계 시스템, 특히 이동식 또는 고정식 구동 시스템, 보다 특히 차량 추진 시스템에서 움직이는 부품 사이의 마찰을 감소시키기 위한 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이며, 또한 기계 시스템, 특히 이동식 또는 고정식 구동 시스템, 보다 특히 차량 추진 시스템에서 부품의 마모를 감소시키기 위한 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 본 발명은 또한 기계 시스템(또는 기계 시스템의 부품), 특히 이동식 또는 고정식 구동 시스템, 보다 특히 차량 추진 시스템에서 부품을 윤활하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 기계 시스템의 적어도 한 부품을 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함하는 윤활 방법에 관한 것이다.
유리하게는, 본 발명에 따른 조성물은 물의 존재와 관련된 우수한 냉각 특성과 우수한 마찰 특성, 특히 마찰 감소 및 내마모 특성을 결합한다. 따라서, 본 발명에 따른 수성 조성물은 유리하게 윤활 및 냉각의 이중 기능을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 기계 시스템, 특히 이동식 또는 고정식 구동 시스템, 보다 특히 차량 추진 시스템에서 움직이는 부품의 윤활 및 냉각을 위한 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 출원은 특히 이동식 구동 시스템, 특히 차량 추진 시스템, 보다 특히 전기 또는 하이브리드 차량 추진 시스템의 윤활 및 냉각을 위한 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이다.
따라서 본 발명에 따른 수성 조성물을 이용하여 2개의 개별적인 유체, 한편으로는 냉각제 및 다른 한편으로는 윤활 유체의 사용을 생략하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은 제제화하기 쉽다는 장점이 있다. 냉각 및 윤활이 결합된 특성 외에도 안정성이 우수하다. 유리하게는, 그것은 또한 우수한 부식 방지 특성을 갖는다.
한가지 적용 변형에 따르면, 수성 윤활제 조성물은 자동차의 엔진 또는 변속기를 윤활하기 위해 사용될 수 있다. 이들 용도는 엔진 또는 변속기, 특히 기어박스 또는 차축의 적어도 하나의 구성요소를 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물과 접촉시키는 것을 포함한다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 유리하게는 자동차의 다양한 구성요소 사이에서 생성되는 마찰력에 미치는 영향을 통해 연료 소비에 효과적으로 작용하는 것을 가능하게 한다. 특히, 수성 윤활제 조성물은 기어박스, 차축 디퍼렌셜 (axle differentials) 및/또는 실린더 헤드의 마찰을 줄이는 데 매우 특히 유리한 것으로 입증되었다.
따라서 차량의 추진 시스템에서 움직이는 부품 사이의 마찰을 줄임으로써, 본 발명에 따른 윤활제 조성물은 마모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 과도한 연료 소비의 원인이 되는 에너지 손실을 제한할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 "Fuel Eco" 특성이라고도 하는 자동차의 연료 소비 감소 측면에서 유리하게 우수한 특성을 가지며, 사실상 CO2 배출 감소에 기여한다.
따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 엔진, 특히 이 조성물에 의해 윤활되는 차량 엔진의 연료 소비를 감소시키기 위한 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이다.
또한 본 조성물에 의해 윤활되는, 변속기, 특히 차축 또는 기어박스가 장착된 차량의 연료 소비를 감소시키기 위한 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 다른 특징, 변형 및 이점은 본 발명의 비제한적 예시로서 제공된 하기의 기재 및 실시예를 읽으면 보다 명확하게 드러날 것이다.
"... 와... 사이", "... 부터 ... 까지의 범위", "... 부터 ... 까지 형성된" 및 "... 부터 ... 까지 다양한"이라는 용어는 달리 언급되지 않는 한 한계가 포함된 것으로 이해되어야 한다.
설명 및 실시예에서, 특별한 언급이 없는 한 백분율은 중량 백분율이다. 따라서 백분율은 조성물의 총 중량에 대한 중량으로 표현된다. 달리 표시하지 않는 한 온도는 섭씨 온도로 표시하고 압력은 달리 표시하지 않는 한 기압이다.
수성 조성물
상기 언급한 바와 같이, 수성 윤활제라고도 하는 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 주요 용매로서 물, 특히 탈이온수를 포함하는 제제이다.
본 발명의 목적을 위해, "주요 용매"는 물이 조성물에 존재할 수 있는 임의의 다른 용매보다 더 많은 양으로 존재함을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 조성물의 총 중량에 대하여, 35 중량% 이상의 물, 특히 탈이온수, 바람직하게는 35 중량% 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 40 중량% 내지 75 중량%으로 물, 특히 탈이온수를 포함한다.
유리하게는, 용매로서의 역할에 더하여, 물은 우수한 냉각 특성을 가지는 윤활제 조성물에 대한 접근을 제공하며, 기계 시스템에서 움직이는 부품을 위한 냉각제로 사용될 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 사용되는 물은 탈염수라고도 하는 탈이온수이다.
탈이온수에는 일반적으로 물에 존재하는 Ca2+ 및 HCO3 - 이온과 같이 물에서 전기 전도를 담당하는 이온이 포함되어 있지 않다.
따라서 탈이온수의 사용은 전기를 거의 또는 전혀 전도하지 않는 유체를 필요로 하는 적용을 위한 본 발명에 따른 수성 윤활제의 용도 측면에서 특히 유리하며, 예를 들어 전기 회로를 포함하는 기계 시스템, 특히 전기 또는 하이브리드 모터, 특히 전기 또는 하이브리드 자동차에서 윤활 및 냉각을 위한 수성 윤활제의 용도 측면에서 특히 유리하다.
따라서 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 하나 이상의 수불용성 베이스 오일을 대부분 포함하는 기계 시스템에 종래에 사용되는 윤활제와 차이가 있다.
"수불용성 오일"은 특히 실온(약 25℃)에서 물에 실질적으로 용해되지 않는 오일을 의미하는 것으로 이해된다. 특히, 수불용성 오일은 실온에서 물에 대한 용해도가 0.2 g/L 미만이다.
이들은 특히 API 분류에 정의된 등급에 따른 그룹 I 내지 V에 속하는 윤활 베이스 오일(또는 ATIEL 분류에 따른 등가물) 및 이들의 혼합물을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 조성물의 총 중량에 대하여 수불용성 베이스 오일을 5 중량% 미만, 바람직하게는 2 중량% 미만, 보다 바람직하게는 1 중량% 미만으로 포함한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 수불용성 오일을 전혀 포함하지 않는다.
폴리알킬렌 글리콜
상기 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 하나 이상의 폴리알킬렌 글리콜을 포함한다.
폴리알킬렌 글리콜("PAG"로 표시됨)은 수용성 폴리알킬렌 글리콜에서 선택된다.
용어 "수용성"은 실온(약 25℃)에서 수중에서 적어도 10 g/L, 바람직하게는 적어도 500 g/L의 수 용해도를 갖는 폴리알킬렌 글리콜을 나타내는 것으로 이해된다.
폴리알킬렌 글리콜은 보다 특히 C1-C4, 바람직하게는 C1-C3, 보다 구체적으로는 C2-C3 알킬렌 옥사이드 단위로부터 형성될 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 사용되는 폴리알킬렌 글리콜은 50 중량% 이상, 구체적으로는 80 중량% 이상, 보다 바람직하게는 90 중량% 이상의 프로필렌 옥사이드 및/또는 에틸렌 옥사이드 단위를 포함한다. 이는 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드의 공중합체, 특히 랜덤 공중합체일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 사용되는 폴리알킬렌 글리콜은 1000 내지 20,000 g.mol-1, 바람직하게는 5000 내지 15,000 g.mol-1의 중량 평균 몰 질량(Mn)을 갖는다.
수 평균 몰 질량은 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 사용되는 폴리알킬렌 글리콜은 ASTM D445 표준에 따라 100 ℃에서 측정된 동점도(KV100)가 100 내지 5000 mm2/s, 구체적으로는 150 내지 3000 mm2/s, 보다 구체적으로는 500 내지 3000 mm2/s이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 사용되는 폴리알킬렌 글리콜은 ASTM D445 표준에 따라 40 ℃에서 측정된 동점도(KV40)가 500 내지 30,000 mm²/s, 구체적으로는 1,000 내지 25,000 mm²/s, 또는 5,000 내지 25,000 mm²/s이다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 사용되는 폴리알킬렌 글리콜의 인화점은 바람직하게는 160 ℃ 이상, 특히 220 ℃ 이상이다. 인화점은 ISO 2592 또는 ASTM D92 표준으로 측정할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 사용되는 폴리알킬렌 글리콜은 ASTM D2270 표준에 따라 측정된 점도 지수(viscosity index)가 100 내지 800, 바람직하게는 250 내지 550이다.
특히, 상기 폴리알킬렌 글리콜 화합물(들)은 조성물의 총 중량에 대하여 5.0 중량% 이상, 바람직하게는 5.0 중량% 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 10 중량% 내지 40 중량%, 특히 15 중량% 내지 30 중량%의 함량으로 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 구현될 수 있다.
부동액 화합물
상기 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 글리콜, 바람직하게는 알킬렌 글리콜; 글리세롤; 디글리세롤; 트리글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것인 하나 이상의 부동액 화합물을 포함한다.
이들 화합물은 동결 방지 작용, 즉 조성물의 동결 온도를 감소시키는 것으로 알려져 있다.
글리콜은 2개의 하이드록실 그룹이 상이한 탄소 원자, 바람직하게는 인접 탄소 원자에 의해 보유되는 디올이다.
바람직하게는, 글리콜은 특히 2 내지 10개의 탄소 원자, 특히 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 글리콜이다. 예로서, 모노에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜을 언급할 수 있다.
부동액 화합물은 또한 글리세롤, 디글리세롤, 트리글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 부동액 화합물은 모노에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 바람직하게는, 부동액 화합물은 모노에틸렌 글리콜이다.
특히, 상기 부동액 화합물(들)은 조성물의 총 중량에 대하여 5.0 중량% 이상, 바람직하게는 5.0 중량% 내지 35 중량%, 보다 바람직하게는 10 중량% 내지 35 중량%, 특히 15 중량% 내지 30 중량%의 함량으로 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 구현될 수 있다.
인 화합물
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 하나 이상의 인 화합물, 즉 하나 이상의 인 원자를 포함하는 화합물을 포함한다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 고려되는 인 화합물은 황을 도입하지 않는다.
상기 인 화합물(들)은 수용성 또는 수유화성 형태(water-emulsifiable form), 특히 이온성 염의 형태로 유리하게 사용된다.
특히, 인 화합물은 아민 포스페이트; 포스페이트 에스테르, 특히 알킬, 알케닐 또는 아릴 포스페이트와 같은 포스페이트; 폴리포스페이트; 포스포네이트 에스테르, 특히 알킬, 알케닐 또는 아릴 포스포네이트와 같은 포스포네이트(phosphonate); 폴리포스포네이트; 카르바밀 포스페이트; 포스피네이트(phosphinates); 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
인 화합물(들)은 바람직하게는 염의 형태, 특히 적절한 반대이온에 의해 중화된 포스페이트, 포스포네이트 또는 포스피네이트 이온의 형태로 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 존재한다.
염은 알칼리 또는 알칼리 토금속, 암모늄, 알칸올아민, 특히 C2-C8 알칸올아민, 또는 알칸아민, 특히 C2-C8 알칸아민의 염, 또는 포스페이트, 포스포네이트 또는 포스피네이트 염일 수 있다.
본 발명에 매우 특히 적합한 화합물의 예는 포스페이트 에스테르, 포스포네이트 에스테르 및 그의 염, 바람직하게는 포스페이트 에스테르 및 그의 염이다.
인산 에스테르라고도 하는 포스페이트 에스테르는 하나 이상의 선택적으로 에톡실화된 선형 또는 분지형 알코올, 바람직하게는 1 내지 18개의 탄소 원자, 특히 1 내지 14개의 탄소 원자, 특히 1 내지 12개의 탄소 원자, 더욱 바람직하게는 2 내지 8개의 탄소 원자를 포함하는 하나 이상의 알코올을 화학식 P2O5의 오산화 인(phosphorus pentoxide) 또는 인산(phosphoric acid)과 반응시킴으로써 얻어질 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 수성 조성물에 사용되는 인 화합물은 포스페이트 에스테르, 특히 알킬, 알케닐 또는 아릴 포스페이트, 특히 아릴 포스페이트, 보다 특히 에톡실화된 아릴 포스페이트로부터 선택된다.
이러한 화합물은 특히 에톡실화된 트리데실 알코올 포스페이트 에스테르, 에톡실화된 트리스티릴페놀 포스페이트 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
포스페이트 에스테르는 특히, 모노에탄올아민(MEA), 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA)과 같은 에탄올아민, 디글리콜아민(DGA), 모노이소프로판올아민(MIPA), 디이소프로판올아민(DIPA) 및 트리이소프로판올아민(TIPA)과 같은 이소프로판올아민, 에틸렌디아민(EDA), 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라아민(TETA) 및 테트라에틸렌펜타아민(TEPA)과 같은 에틸렌아민, 메틸디에탄올아민(MDEA)과 같은 알칸올아민, 시클로헥실아민과 같은 시클아민, 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, pH 조절 첨가제를 사용하여 중화된 형태 또는 산 형태로 사용될 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 수성 조성물에 사용되는 인 화합물은 포스페이트 에스테르의 염, 특히 포스페이트 에스테르, 특히 C1-C8 알킬 또는 디알킬 포스페이트 에스테르의 알칼리 금속 염으로부터 선택된다.
그러한 화합물은 특히 부틸 포스페이트 칼륨염, 디부틸포스페이트 칼륨염 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
이러한 인 화합물 중 일부는 이미 유압 유체의 대전 방지제로 제안되었다. 그러나, 본 발명자들이 아는 한, 이러한 화합물은 수성 윤활제 조성물에 사용된 적이 없다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 상기 정의된 바와 같은 인 화합물을, 특히 포스페이트 에스테르의 염의 형태인 염의 형태로, 상기 조성물의 총 중량에 대하여 5.0 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 5.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3.0 중량%로 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 0.016 중량% 내지 0.40 중량%, 특히 0.04 중량% 내지 0.24 중량%, 보다 특히 0.08 중량% 내지 0.16 중량% 범위의 함량으로 인을 포함할 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 0.010 중량% 내지 0.40 중량%, 특히 0.014 중량% 내지 0.16 중량%, 보다 특히 0.04 중량% 내지 0.10중량% 범위의 함량으로 인을 포함할 수 있다.
인 함량은 ICP(Inductively Coupled Plasma)로 측정할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 다음을 포함한다:
- 물, 바람직하게는 탈이온수;
- 특히 상기 정의된 바와 같은, 하나 이상의 폴리알킬렌 글리콜;
- 글리콜, 바람직하게는 알킬렌 글리콜; 글리세롤; 디글리세롤; 트리글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, 바람직하게는 모노에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것인 하나 이상의 부동액 화합물; 및
- 특히 포스페이트 에스테르 또는 이의 염으로부터 선택되는 하나 이상의 인 화합물, 특히 다음으로부터 선택되는 인 화합물:
- 포스페이트 에스테르, 특히 C1-C8 알킬 또는 디알킬 포스페이트 에스테르의 알칼리 금속 염, 예를 들어 부틸 포스페이트 칼륨염, 디부틸 포스페이트 칼륨염;
- 에톡실화된 알킬, 알케닐 또는 아릴 포스페이트, 예를 들어 에톡실화된 트리데실 알코올 포스페이트 에스테르, 에톡실화된 트리스티릴페놀 포스페이트; 및
- 이들의 혼합물.
첨가제
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 첨가제(들)는 수성 매질에서의 사용과 상용할 수 있는 것으로 이해된다. 유리하게는, 첨가제는 수용성 또는 수 유화성 형태, 예를 들어 이온성 염 또는 액체의 형태로 사용된다.
상기 첨가제(들)는 물론 수성 윤활제의 의도되는 적용 용도에 따라 선택된다.
물론, 당업자는 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물의 유리한 특성, 특히 마찰공학적 특성, 특히 마찰 감소 및 마모에 대한 부품의 보호 특성과 냉각 특성이 제안된 첨가에 의해 악영향을 받지 않는 방향에서 가능한 첨가제 및/또는 그것의 양을 선택하는데 주의를 기울일 수 있다.
이러한 첨가제는 더욱 특히 소포제, 살생물제, pH 조절제, 부식 방지제, 내마모제 및/또는 극압 첨가제, 격리제(sequesterants), 금속 부동태화제, 염료, 분산제, 유화제 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 소포제, 극압제, 부식 방지제, pH 조절제, 금속 부동태화제, 염료 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 조성물의 총 중량에 대하여, 보다 특히 0.1 중량% 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 1.0 중량% 내지 8.0 중량%로 첨가제를 포함할 수 있다.
부식 방지제
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 적어도 하나의 부식 방지제를 포함할 수 있다. 부식 방지제는 유리하게 금속 부품의 부식을 감소시키거나 심지어 방지하는 것을 가능하게 한다. 상기 부식 방지제(들)의 성질은 알루미늄, 강, 아연 도금된 강, 예를 들어 구리 또는 황동과 같은 황색 금속과 같은 부식에 대해 보호될 금속에 관련하여 선택될 수 있다.
무기 부식 방지제 중에서 아질산염, 아황산염, 규산염, 붕산염, 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 마그네슘 포스페이트, 알칼리 금속 포스페이트, 수산화물, 몰리브덴산염, 아연, 마그네슘 또는 니켈 황산염이 언급될 수 있다.
유기 부식 방지제 중에서 트리에탄올아민과 같은 알칸올아민, 특히 4 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 지방족 모노카르복실산, 예를 들어 옥탄산, 4 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 지방족 디카르복실산, 예를 들어 데칸디오산, 운데칸디오산, 도데칸디오산 또는 이들의 혼합물, 선택적으로 트리에탄올아민으로 중화되는 폴리카르복실산, 예컨대 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리-(6-아미노카프로)산, 알카노일아미도카르복실산, 특히 이소노나노일아미도카프로산, 및 이들의 혼합물이 언급될 수 있다. 아민 또는 아미노 알코올과 붕산의 반응 생성물인 붕산염 아미드도 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 조성물의 총 중량에 대해서 특히 0.1 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 4중량%, 더 바람직하게는 1 내지 2.5중량%의 부식 억제제를 포함할 수 있다.
내마모제 /극압 첨가제
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 적어도 하나의 내마모성 및/또는 극압 첨가제를 포함할 수 있다. 이들의 기능은 마모 및 마찰 계수를 감소시키거나 금속 표면에 흡착된 보호막을 형성하여 금속-금속 접촉을 방지하는 것이다.
매우 다양한 내마모성 첨가제가 있으며, 그 중에서 금속 알킬티오포스페이트 또는 이의 염과 같은 인-황 첨가제로부터 선택된 것들을 언급할 수 있다.
인을 제공하지 않는 첨가제, 예를 들어 폴리설파이드, 특히 황 함유 올레핀이 또한 적합할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 황 함유 지방산, 및 바람직하게는 이의 중화된 수유화성 또는 수용성 형태로 사용되는 디머캅토티아디아졸로부터 선택되는 하나 이상의 극압 첨가제를 포함한다. 유리하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 바람직하게는 중화된 형태, 특히 무기 염기성화제 또는 알칸올아민에 의해 중화된 황 함유 지방산 유형의 극압 첨가제를 하나 이상 포함한다.
황 함유 지방산은 8 내지 22개의 탄소 원자, 바람직하게는 12 내지 18개의 탄소 원자를 포함할 수 있다.
상기 황 함유 지방산(들)에 의해 제공되는 ASTM D2622 표준에 따른 황의 함량은 5 중량% 내지 30 중량%, 특히 10 중량% 내지 20 중량%일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에서 상기 황 함유 지방산(들)에 의해 제공되는, ASTM D1662 표준에 따른 150 ℃에서의 활성 황의 양은 윤활제 조성물의 총 중량에 대해 2 중량% 이상, 특히 5 중량% 내지 10 중량%이다.
본 발명의 목적을 위해, "활성 황"이라는 표현은 화학적 화합물이 ASTM D1662 표준의 조건하에 놓일 때 생성하거나 방출할 수 있는 황을 의미하는 것으로 이해된다. ASTM D-1662 표준은 주어진 온도에서 화합물의 활성 황 함량을 고정된 시간에 걸쳐 주어진 양의 구리와 황 함유 화합물 샘플의 반응 전후로 황 함량의 중량 백분율로 표현된 차이로 정의한다.
본 발명의 수성 윤활제 조성물에서 150 ℃에서의 활성 황의 양(ASTM D1662 표준)은 극압 성능에 영향을 미칠 수 있다. 윤활제 조성물에서 150 ℃에서의 활성 황의 양(ASTM D1662 표준)은 너무 낮아서는 안 되며, 그렇지 않으면 만족스러운 극압 거동을 얻을 수 없다. 특히 금속 및 금속 합금, 특히 구리와 관련하여 부식의 위험을 피하기 위해 상기 활성 황의 양은 너무 높지 않아야 한다.
상기 언급된 바와 같이, 상기 황 함유 지방산(들)은 바람직하게는 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 모노에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 디이소프로판올아민 및 트리이소프로판올아민과 같은 알칸올아민과 같은 염기성화제에 의해 중화된 형태로 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물에 사용된다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 조성물의 총 중량에 대해 0.01 중량% 내지 10 중량%의 내마모제 및/또는 극압 첨가제(들), 특히 상기 정의된 바와 같은 황 함유 지방산(들)을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 조성물의 총 중량에 대해 0.2 중량% 내지 5 중량%로 포함할 수 있다.
소포제
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 적어도 하나의 소포 첨가제를 포함할 수 있다. 소포제는 윤활제의 거품 형성을 방지할 수 있다.
예를 들어 폴리실록산 또는 아크릴레이트 폴리머를 기반으로 하는 소포제일 수 있다. 바람직하게는, 소포제는 3차원 실록산들로부터 선택된다.
또한, 소포제는 폴리메틸실록산 또는 폴리아크릴레이트와 같은 극성 폴리머일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 조성물의 총 중량에 대하여 0.001 중량% 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 0.005 중량% 내지 1.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.01 중량% 내지 1.0 중량%의 소포 첨가제(들)를 포함할 수 있다.
pH 조절제
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 적어도 하나의 pH-조절 첨가제, 특히 알칼리 완충액을 포함할 수 있다. pH 조절제는 특히 금속 표면의 부식을 방지하기 위해 특히 알칼리성 pH, 유리하게는 pH 8 내지 11을 유지하기 위해 윤활제 조성물의 원하는 pH를 유지하는 것을 가능하게 한다.
pH 조절제는 아민 계열, 특히 알칸올아민 및 아미노 알코올로부터 선택될 수 있다.
pH 조절제는 특히 모노에탄올아민(MEA), 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA)과 같은 에탄올아민, 디글리콜라아민(DGA) 모노이소프로판올아민(MIPA), 디이소프로판올아민(DIPA) 및 트리이소프로판올아민(TIPA)과 같은 이소프로판올아민, 에틸렌디아민(EDA), 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라민(TETA) 및 테트라에틸렌펜타민(TEPA)과 같은 에틸렌아민, 메틸디에탄올아민(MDEA)과 같은 알칸올아민, 시클로헥실아민과 같은 시클아민, 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 조성물의 총 중량에 대해 0.1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 5 중량%의 pH 조절 첨가제를 특히 포함할 수 있다.
금속 부동태화제
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 하나 이상의 금속 부동태화제를 포함할 수 있다. 금속 부동태화제는 금속 표면에 금속 산화물의 형성을 촉진하여 금속 부품을 보호할 수 있게 한다.
금속 부동태화제는 예를 들어 테트라히드로벤조트리아졸(THBTZ), 톨릴트리아졸(TTZ), 벤조트리아졸(BTZ)과 같은 트리아졸 유도체, N,N-비스(2-에틸헥실)-1,2,4-트리아졸-1-일메탄아민, N'-비스(2-에틸헥실)-4-메틸-1H-벤조트리아졸-1-메틸아민, N,N-비스(헵틸)-아르-메틸-1H- 벤조트리아졸-1-메탄아민, N,N-비스(노닐)-아르-메틸-1H-벤조트리아졸-1-메탄아민, N,N-비스(데실)-아르-메틸-1H-벤조트리아졸-1-메탄아민, N, N-비스(운데실)-아르-메틸-1H-벤조트리아졸-1-메탄아민, N,N-비스(도데실)-아르-메틸-1H-벤조트리아졸-1-메탄아민, N,N-비스(2-에틸헥실)-아르-메틸-1H-벤조트리아졸-1-메탄아민과 같은 트리아졸기로 치환된 아민, 1,2,4-트리아졸, 벤즈이미다졸, 2-알킬디티오벤즈이미다졸, 2-알킬디티오벤조티아졸, 2-(N,N-디알킬디티오카바모일)벤조티아졸, 2,5-비스(알킬디티오)-1,3,4-티아디아졸, 예컨대 2,5-비스(tert-옥틸디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-노닐디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-운데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-도데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-트리데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-테트라데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-펜타데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-헥사데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-헵타데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-옥타데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-노나데실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(tert-에이코실디티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(N,N-디알킬디티오카르바모일)-1,3,4-티아디아졸, 2-알킬디티오-5-메르캅토티아디아졸 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 금속 부동태화제는 테트라히드로벤조트리아졸(THBTZ), 톨릴트리아졸(TTZ), 벤조트리아졸(BTZ) 및 이들의 염으로부터 단독으로 또는 혼합물로서 선택된다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 금속 부동태화제(들)을 조성물의 총 중량에 대해서 특히 0.01 중량% 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 1.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.2 중량% 내지 0.8 중량%로 포함할 수 있다.
염료
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 하나 이상의 염료를 포함할 수 있다. 염료는 천연 또는 합성일 수 있으며 일반적으로 유기 염료이다.
수성 윤활제 조성물에 사용될 수 있는 염료는 보다 특히 천연 또는 합성 수용성 염료, 예를 들어 염료 FDC Red 4, DC Red 6, DC Red 22, DC Red 28, DC Red 30, DC Red 33, DC Orange 4, DC Yellow 5, DC Yellow 6, DC Yellow 8, FDC Green 3, DC Green 5, FDC Blue 1, 베타닌(비트), 카민, 클로로필린, 메틸렌 블루, 안토시아닌(에노시아닌, 검은 당근 및 히비스커스), 캐러멜 및 리보플라빈으로부터 선택 될 수 있다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 염료(들)를 조성물의 총 중량에 대해 0.01 중량% 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.01 중량% 내지 1.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.02 중량% 내지 1.0 중량%로 포함할 수 있다.
유화제(Emulsifiers)
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 유화제(emulsifying agents)로도 지칭되는 하나 이상의 유화제를 포함할 수 있다. 이들의 역할은 물에서 안정한 유화액(emulsion)을 생성하는 것이다.
유화제는 보다 특히, 예를 들어 에톡실화 지방 알코올, 에톡실화 지방산, 에톡실화 지방 아미드와 같은 비이온성; 예를 들어 KOH 또는 NaOH의 비누와 같은 음이온성; 설포네이트; 4급 암모늄 화합물과 같은 양이온성; 또는 수용성 또는 수유화성 카르복실산 에스테르일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 유화제(들)를 윤활제 조성물의 총 중량에 대해 0.01 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 5.0 중량%로 포함할 수 있다.
격리제(Sequestrants)
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 하나 이상의 격리제를 포함할 수 있다. 킬레이트제라고도 하는 격리제는 조성물에서 금속 이온의 외피형성(encrustation)을 제한하는 것을 가능하게 한다.
격리제의 예로서, 디에틸렌트리아민 펜타메틸 포스폰산(DTPMPA), 아미노트리(메틸렌 포스폰)산(ATMP), 히드록시에탄 디포스폰산(HEDP), 1-히드록시에틸리덴 1,1-디포스포네이트, 2-히드록시에틸아민 디(메틸렌 포스폰산)(HEAMBP), 디에틸렌 트리아미노펜타(메틸렌 포스폰산)(DTMP)과 같은 포스폰산 및 포스포네페이트 유도체, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 프테로일-L-글루탐산(PGLU)과 같은 다관능성 유기산 및 히드록시산, 말레산 및 폴리아스파르트산과 같은 유기 폴리산, 이눌린, 카르복시메틸 이눌린 및 카르복시메틸 키토산과 같은 다당류 및 탄수화물이 언급될 수 있다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 조성물의 총 중량에 대해 0.001 중량% 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.01 중량% 내지 1.0 중량%의 격리제(들)을 포함할 수 있다.
살생물제 및 살진균제(Biocides and fungicides)
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 하나 이상의 살생물제 및/또는 살진균제를 포함할 수 있다. 살생물제 및 살진균제는 윤활제 유체에서 박테리아, 진균 및 효모의 증식을 제한함으로써 조성물의 생물학적 안정성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 살생물제는 파라벤, 알데히드, 반응성 아세틸아세톤 화합물, 이소티아졸리논, 페놀 화합물, 산염, 할로겐화 화합물, 4급 암모늄, 특정 알코올 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 살생물제는 N-부틸-1,2-벤즈이소티아졸린-3-온과 같은 선택적으로 치환된 벤즈이소티아졸리논(BIT), 메틸이소티아졸리논(MIT), 메틸이소티아졸리논 및 클로로메틸이소티아졸리논의 혼합물 (MIT/ CMIT), 오르토-페닐페놀(OPP) 또는 그의 나트륨염, 3-이오도-2-프로피닐 부틸카바메이트(IPBC), 클로로크레졸, N,N-메틸렌비스모르폴린(MBM), 소르빈산으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는, 오르토-페닐페놀(OPP) 또는 그의 나트륨염, 3-이오도-2-프로피닐 부틸카바메이트(IPBC), 클로로크레졸, 벤즈이소티아졸리논 및 N,N-메틸렌비스모르폴린으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 특히 살생물제(들) 및/또는 살진균제(들)을 조성물의 총 중량에 대해 0.01 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 5.0 중량%로 포함할 수 있다.
특정 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 다음을 포함한다:
- 35 중량% 이상의 물, 바람직하게는 탈이온수;
- 특히 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 폴리알킬렌 글리콜 5.0 중량% 내지 50 중량%;
- 글리콜, 바람직하게는 알킬렌 글리콜; 글리세롤; 디글리세롤; 트리글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, 바람직하게는 모노에틸렌 글리콜로부터 선택되는 하나 이상의 부동액 화합물 5.0 중량% 내지 35 중량%
- 특히 포스페이트 에스테르 및 이의 염, 특히 하기로부터 선택되는 하나 이상의 인 화합물 0.1 중량% 내지 10 중량%:
- 포스페이트 에스테르, 특히 C1-C8 알킬 또는 디알킬 포스페이트 에스테르의 알칼리 금속 염, 예를 들어 부틸 포스페이트 칼륨염, 디부틸 포스페이트 칼륨염;
- 에톡실화된 알킬, 알케닐 또는 아릴 포스페이트, 예를 들어 에톡실화된 트리데실 알코올 포스페이트 에스테르, 에톡실화된 트리스티릴페놀 포스페이트; 및
- 이들의 혼합물;
- 선택적으로, 소포제, 극압제, 부식 방지제, pH 조절제, 금속 부동태화제, 염료, 유화제, 격리제 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제 0.1 중량% 내지 10 중량%.
상기 함량은 윤활제 조성물의 총 중량에 대해 표현된 것이다.
특히, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 다음으로 이루어질 수 있다:
- 특히 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 폴리알킬렌 글리콜 5.0 중량% 내지 50 중량%;
- 글리콜, 바람직하게는 알킬렌 글리콜; 글리세롤; 디글리세롤; 트리글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, 바람직하게는 모노에틸렌 글리콜로부터 선택되는 하나 이상의 부동액 화합물 5.0 중량% 내지 35 중량%
- 특히 포스페이트 에스테르 및 이의 염, 특히 하기로부터 선택되는 하나 이상의 인 화합물 0.1 중량% 내지 10 중량%:
- 포스페이트 에스테르, 특히 C1-C8 알킬 또는 디알킬 포스페이트 에스테르의 알칼리 금속 염, 예를 들어 부틸 포스페이트 칼륨염, 디부틸 포스페이트 칼륨염;
- 에톡실화된 알킬, 알케닐 또는 아릴 포스페이트, 예를 들어 에톡실화된 트리데실 알코올 포스페이트 에스테르, 에톡실화된 트리스티릴페놀 포스페이트; 및
- 이들의 혼합물;
- 선택적으로, 소포제, 극압제, 부식 방지제, pH 조절제, 금속 부동태화제, 염료, 유화제, 격리제 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제 0.1 중량% 내지 10 중량%;
상기 함량은 윤활제 조성물의 총 중량에 대해 표현된 것이다;
- 물, 바람직하게는 탈이온수로 이루어진 나머지.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활제 조성물은 ASTM D445 (ISO 3104) 표준에 따라 40 ℃에서 측정된 동점도(KV40)가 10 내지 1,000 mm2/s, 특히 20 내지 300 mm2/s, 보다 특히 25 내지 80 mm2/s이다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활제 조성물은 ASTM D445 (ISO 3104) 표준에 따라 100 ℃에서 측정된 동점도(KV100)가 3 내지 50 mm2/s, 특히 4 내지 25 mm2/s, 보다 특히 5 내지 20 mm2/s이다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활제 조성물은 ASTM D445 (ISO 3104) 표준에 따라 -10 ℃에서 측정된 동점도(KV-10)가 200 내지 600 mm2/s, 특히 250 내지 500 mm2/s, 보다 특히 275 내지 400 mm2/s이다.
응용
상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따라 제제화된 수성 윤활제 조성물은 특히 상기 기재된 바와 같이 마찰 감소 및 내마모성 측면에서 우수한 마찰공학적 특성을 가지며, 이는 상기 조성물을 윤활 유체로서 사용하기에 특히 적합하게 만든다.
수성 윤활제 조성물은 다양한 용도를 찾을 수 있다. 일반적으로 기존의 탄화수소 기반 윤활제를 대체하여 시스템 및 응용 분야의 윤활유체로 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 기어, 롤링 베어링, 롤링 또는 슬라이딩 베어링과 같은 베어링 또는 엔진의 윤활에 사용될 수 있다.
예로서, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 이동식 구동 시스템의 윤활, 특히 자동차의 다양한 구성요소의 윤활, 특히 변속기 또는 엔진의 윤활, 예를 들어 자동차 엔진과 같은 특히 내연 기관의 실린더 헤드의 윤활을 위해 사용될 수 있다. 그것은 변속기와 엔진과 같은 차량 추진 시스템의 부품 사이의 마찰을 유리하게 감소시키는 것을 가능하게 한다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 윤활제 조성물은 연료 소비 감소 면에서 우수한 특성("Fuel Eco" 특성)을 갖는다.
내연기관은 일반적으로 "하부 엔진"에 조립된 적어도 하나의 실린더 헤드로 구성된 "상부 엔진"이라고 하는 부분으로 나뉜다. 실린더 헤드는 엔진의 실린더 상단을 닫는 부품이다. 이것은 흡기 덕트와 흡기 밸브를 통해 연소 챔버의 흡기 가스가 분배되는 것과 배기 덕트와 배기 밸브를 통해 연소가스가 배출되는 것을 가능하게 한다. 실시예에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 차량 엔진 실린더 헤드의 마찰을 상당히 감소시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 윤활제 조성물은 또한 자동차 변속기 구성요소, 특히 경량 또는 대형 차량용 변속기, 예를 들어 기어박스 및/또는 차축의 윤활에 사용될 수 있다.
또 다른 적용 변형에서, 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 금속 가공, 예를 들어 금속, 예를 들어 알루미늄, 강철, 아연 도금된 강철, 황색 금속의 가공을 위해 사용될 수 있다.
유리하게는, 주로 물로 형성된 본 발명에 따른 윤활제 조성물은 특히 이 윤활제를 사용하는 사람들에게 독성 영향이 거의 없다. 유리하게는, 물이 본 발명에 따른 수성 윤활제의 주요 용매임에도 불구하고 처리된 표면은 올바르게 윤활된다.
또한, 많은 양의 물이 존재 덕분에 특히 물로 간단히 헹구어 처리된 표면을 더 쉽게 세척할 수 있다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물은 또한 전기 또는 하이브리드 차량 추진 시스템, 특히 엔진, 전력 전자 장치, 변속기 및/또는 배터리의 윤활을 위한 유리한 적용을 찾을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 수성 조성물은 예를 들어 전기 또는 하이브리드 차량 추진 시스템에서 냉각제 및 윤활제 모두로 사용될 수 있다. 유리하게는, 본 발명에 따른 조성물은 전기 하이브리드 자동차 추진 시스템 부품의 냉각 및 윤활 측면에서 우수한 특성을 공동으로 달성하는 것을 가능하게 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 조성물은 전기 또는 하이브리드 차량의 전기 모터를 냉각 및 윤활하는 것을 가능하게 한다. 전력 전자 장치 및/또는 전기 모터의 회전자 및/또는 고정자를 냉각하는 데 특히 효과적이다. 또한 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 전기 모터의 회전자와 고정자 사이에 있는 롤링 베어링의 윤활을 보장한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 조성물은 변속기, 특히 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 감속 기어가 존재할 때 윤활을 보장하는 것을 가능하게 한다. 또한, 본 발명에 따른 조성물은 유리하게 전기 또는 하이브리드 차량에 존재하는 배터리를 효과적으로 냉각시키는 것을 가능하게 한다.
따라서, 유리하게는, 예를 들어 본 발명에 따른 단일 조성물을 사용함으로써 전기 또는 하이브리드 자동차에서 배터리의 냉각 및 변속기, 특히 감속기어의 윤활을 모두 보장하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 조성물의 특정한, 유리한 또는 바람직한 특징은 또한 본 발명에 따른 특정한, 유리한, 또는 바람직한 용도를 정의하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 이하의 실시예에 의해 기술될 것이며, 이는 당연히도 본 발명의 비제한적 예시로서 주어진다.
실시예
마찰 측정
마찰 감소 측면에서 조성물의 성능은 실린더 헤드 테스트 벤치(cylinder head test bench)를 사용하여 측정된다.
캠과 태핏 사이의 접촉에 의해 발생하는 구동 마찰을 토크 센서에 의해 측정하기 위해 발전기에 의해 엔진 실린더 헤드가 구동된다.
테스트는 2.5 내지 3.5 bar 사이의 고정 압력과 두 가지 다른 온도에서 수행된다.
- "저온"이라고 하는 32 ℃에서 40 ℃ 사이의 온도 그리고
- “고온”이라고 하는 58 ℃에서 62 ℃ 사이의 온도.
회전 속도 증가 사이클(Rotation speed increase cycles)은 다음 프로토콜에 따라 각 온도에 대해 수행된다.
- 세제 첨가제를 함유한 헹굼유로 실린더 헤드 테스트 벤치를 헹구고, 그 다음 참조 윤활제 조성물로 헹군다.
- 첫 번째 설정 온도에 도달하면 실린더 헤드 입구 압력을 조정한다.
- 설정 온도에 도달하면 제어 프로그램을 시작한다.
- 홀드(hold)는 약 60초 동안 지속되며 각 홀드에서 50 rpm씩 500 rpm에서 2000 rpm으로, 점진적으로 증가한다(즉, 다시 60초 동안의 홀드가 30 번- 각 홀드 사이의 통과는 약 2초 동안 지속됨).
- 2000 rpm에서 60초간 홀드;
- 홀드는 약 60초 동안 지속되며 각 홀드에서 50 rpm씩 2000 rpm에서 500 rpm으로, 점진적으로 증가한다(즉, 다시 60초 동안의 홀드가 30번 - 각 홀드 사이의 통과는 약 2초 동안 지속됨).
- 설정 온도를 원하는 온도로 조정하여 다음 온도에 대한 절차를 반복한다.
각 온도 및 각 속도 홀드에 대해 평균 마찰 토크, 실린더 헤드 입구의 오일 온도 및 토크 측정에 대한 표준 편차가 기록된다.
값은 각 홀드의 마지막 30초 동안 계산되며 각 온도의 마지막 2주기 동안의 평균이다.
테스트 종료 시: 전기 모터를 멈춘 다음 테스트 벤치를 완전히 멈춘다.
극압 특성 측정
마찰 감소 측면에서 조성물의 성능은 ASTM D2783 표준에 따라 다음 매개변수로 조정된 2개의 4-볼 테스트를 사용하여 평가된다.
- 1500 rpm에 가까운 속도,
- 실온, 즉 약 20°C,
- 용접 하중(weld load) 측정을 위한 1분 또는 마지막 비압착 하중(non-seizure load) 측정을 위한 10초의 하중 지속 시간,
- 약 3.5 GPa의 초기 접촉 압력.
극압 측정은 움직이지 않는 스테인리스 스틸로 만들어진 3개의 볼에서 스테인리스 스틸 볼을 회전시켜 수행되며, 4개의 볼은 윤활막으로 완전히 코팅되어 있다. 하중이 볼에 가해지고 볼이 서로 용접될 때까지 점진적으로 증가한다(10kg부터 10kg씩 증가). 볼은 각 하중이 증가하기 전에 교체된다.
극압 용량은 4개의 볼이 용접되는 하중 값에 해당하여 위쪽 볼이 다른 3개의 볼에서 회전하는 것을 방지한다. 상기 하중 값이 클수록 극압 용량이 높아진다.
내마모성 측정
본 발명에 따른 윤활제 조성물의 내마모성은 FALEX 트리보미터(tribometer)를 사용하여 ASTM D2670 표준에 따라 다음 시험 조건 하에서 평가되었다: 시험편: FALEX 강; 브레이크인 시간(break-in period): 300초; 테스트 시간: 180분; 브레이크인 하중(break-in load): 445 N; 테스트 하중: 1335N; 속도: 290rpm; 및 실온.
실시예 1
본 발명에 따른 윤활제 조성물 및 비교 조성물의 제조
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물(I1), 및 그룹 II 및 그룹 III 베이스 오일을 기반으로 하는 비교 윤활제 조성물(C1)은 실온에서 다음 성분을 표시된 중량 백분율로 단순 혼합하여 제제화되었다. 따라서 아래 표 1에서 백분율은 조성물의 총 중량에 대한 중량으로 표현된다.
조성물 본 발명에 따른 조성물 (I1) 비교 조성물 (C1)
그룹 II 베이스 오일 [%] - 71
그룹 III 베이스 오일 [%] - 15
탈이온수 [%] 57.31 -
폴리알킬렌 글리콜[%] 17.65 -
모노에틸렌 글리콜 [%] 20.52 -
8%(1) 포스페이트 에스테르 알칼리 금속염 [%] 1.0 -
중화된 황 함유 지방산 [%] 0.7 -
부식 방지제 [%] 1.39 -
부동태화제 0.33 -
마찰 저감제 (Friction modifier) [%] - 0.5
유동점 억제제 (Pour point depressant) [%] - 0.2
산화방지 첨가제 [%] - 1.5
pH 조절제 [%] 1.07 -
소포제 [%] 0.03 -
염료 [%] 0.03 -
첨가제 패키지 [%] - 12.3
(1) 인 화합물의 인 함량[%]
실시예 2
본 발명에 따른 조성물 및 비교 조성물의 마찰 감소 측면에서 특성 확인
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물(I1)에 의해 유도된 마찰 토크는 상기 정의된 측정 프로토콜에 따라 각각의 속도 및 각각의 온도에 대해 비교 유성 윤활제 조성물(C1)에 의해 유도된 토크와 비교된다.
결과는 도 1에 요약되어 있으며, 400 rpm에서 1800 rpm의 속도 범위에 걸쳐 주어진 온도에서 각 조성물에 대한 마찰 토크를 보여준다. 측정된 토크가 낮을수록 마찰 감소가 크다.
본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물 I1은 비교 윤활제 조성물 C1에 대해 얻은 것보다 항상 낮은 토크 값을 갖는다.
이것은 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물 I1이 하나 이상의 탄화수소계 유체를 포함하는 윤활제 조성물(비교 조성물 C1)의 사용과 비교하여 상당한 마찰 감소를 가짐을 입증한다.
또한 마찰 감소가 클수록 연비 또는 Fuel-Eco가 커진다. 따라서 이것은 본 발명에 따른 수성 윤활제 조성물이 유성 윤활제 조성물에 비해 Fuel-Eco 측면에서 개선된 특성을 갖는다는 것을 의미한다.
실시예 3
본 발명에 따른 윤활제 조성물의 제조
본 발명에 따른 3가지 윤활제 조성물(I2, I3 및 I4)은 실온에서 하기 표 2에 나타낸 중량 백분율로 하기 성분을 단순 혼합하여 제조하였다. 따라서 백분율은 조성물의 총 중량에 대한 중량 백분율로 표시된다.
조성물 본 발명에 따른 조성물 (I2) 본 발명에 따른 조성물 (I3) 본 발명에 따른 조성물 (I4)
탈이온수 [%] 57.31 57.31 57.31
폴리알킬렌 글리콜[%] 17.65 17.65 17.65
모노에틸렌 글리콜 [%] 20.52 20.52 20.52
4.5%(1) 에톡실화 포스페이트 에스테르 (ethoxylated phosphate ester) [%] 1.0 - -
1.7%(1) 에톡실화트리스티릴페놀 포스페이트 (ethoxylated tristyrylphenol phosphate) (산 형태) [%] - 1.0 -
1.4%(1) 에톡실화트리스티릴페놀 포스페이트 (ethoxylated tristyrylphenol phosphate) (중화 형태) [%] - - 1.0
중화된 황 함유 지방산 [%] 0.7 0.7 0.7
부식 방지제 [%] 1.39 1.39 1.39
부동태화제 0.33 0.33 0.33
pH 조절제 [%] 1.07 1.07 1.07
소포제 [%] 0.03 0.03 0.03
염료 [%] 0.03 0.03 0.03
첨가제 패키지 [%] 0.03
(1) 인 화합물의 인 함량[%]
실시예 4
본 발명에 따른 조성물 및 비교 조성물의 극압 및 내마모성 측면에서 특성 확인
극압 및 내마모성 특성은 상기와 같이 정의된 측정 프로토콜에 따라 평가된다.
결과는 아래 표 3에 정리되어 있으며 용접 하중(weld load) 값, 마지막 비압착 하중(non-seizure load) 및 마모(μm)가 표시된다. 하중 값이 높을수록 극압 특성이 우수하다. 마모 값이 낮을수록 내마모성이 우수하다.
조성물 조성물(I1) 조성물(I2) 조성물(I3) 조성물(I4)
마지막 비압착 하중 [DaN] 126 100 100 100
용접 하중 [DaN] 49 44.8 43.4 42.8
마모 [μm] 84 100 102 105
본 발명에 따른 조성물 I1, I2, I3 및 I4는 높은 하중 값을 가지므로 매우 우수한 극압 특성을 갖는다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 조성물 I1, I2, I3 및 I4는 낮은 마모 값을 가지므로 매우 우수한 내마모성을 갖는다.

Claims (17)

  1. 적어도 다음을 포함하는, 고정식 또는 이동식 구동 시스템을 윤활하기 위한 수성 윤활제 조성물:
    - 탈이온수;
    - 하나 이상의 폴리알킬렌 글리콜;
    - 글리콜, 바람직하게는 알킬렌 글리콜; 글리세롤; 디글리세롤; 트리글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것인 하나 이상의 부동액 화합물; 및
    - 하나 이상의 인 화합물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량에 대하여 물, 바람직하게는 탈이온수를 35 중량% 이상, 바람직하게는 35 중량% 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 40 중량% 내지 75 중량%로 포함하는
    수성 윤활제 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌 글리콜은 50 중량% 이상, 구체적으로는 80 중량% 이상, 보다 바람직하게는 90 중량% 이상의 프로필렌 옥사이드 및/또는 에틸렌 옥사이드 단위를 포함하고,
    구체적으로는 상기 폴리알킬렌 글리콜은 공중합체, 구체적으로는 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드의 랜덤 공중합체인 것을 특징으로 하는
    수성 윤활제 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌 글리콜은 ASTM D445 표준에 따라 100 ℃에서 측정된 동점도(KV100)가 100 내지 5000 mm2/s, 구체적으로는 150 내지 3000 mm2/s, 보다 구체적으로는 500 내지 3000 mm2/s인 것을 특징으로 하는
    수성 윤활제 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량에 대하여 폴리알킬렌 글리콜을 5.0 중량% 이상, 바람직하게는 5.0 중량% 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 10 중량% 내지 40 중량%, 구체적으로는 15 중량% 내지 30 중량%로 포함하는
    수성 윤활제 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부동액 화합물은 모노에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    수성 윤활제 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량에 대하여 부동액 화합물을 5.0 중량% 이상, 바람직하게는 5.0 중량% 내지 35 중량%, 보다 바람직하게는 10 중량% 내지 35 중량%, 구체적으로는 15 중량% 내지 30 중량%로 포함하는
    수성 윤활제 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인 화합물은 포스페이트 에스테르의 염들, 구체적으로는 포스페이트 에스테르의 알칼리 금속염, 구체적으로는 C1-C8 알킬 또는 디알킬 포스페이트 에스테르, 예를 들어 부틸 포스페이트 칼륨염(potassium butyl phosphate), 디부틸 포스페이트 칼륨염(potassium dibutyl phosphate) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
    수성 윤활제 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량에 대하여 인 화합물을 5.0 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 5.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3.0 중량%로 포함하는
    수성 윤활제 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    소포제, 살생물제, pH 조절제, 부식 방지제, 내마모제 및/또는 극압 첨가제, 격리제, 금속 부동태화제, 염료, 분산제, 유화제 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, 바람직하게는 소포제, 극압 첨가제, 부식 방지제, pH 조절제, 금속 부동태화제, 염료 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는
    수성 윤활제 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    황 함유 지방산 및 디머캅토티아디아졸(dimercaptothiadiazole)로부터 선택되는, 바람직하게는 황 함유 지방산, 보다 바람직하게는 중화된 형태의 황 함유 지방산, 보다 구체적으로는 무기 염기화제 또는 알칸올아민에 의해 중화된 형태의 황 함유 지방산으로부터 선택되는 하나 이상의 극압 첨가제를 포함하는
    수성 윤활제 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물의 총 중량에 대하여 수불용성 오일을 5 중량% 미만, 바람직하게는 2 중량% 미만, 보다 바람직하게는 1 중량% 미만으로 포함하고,
    보다 구체적으로는 상기 조성물은 수불용성 오일을 포함하지 않는
    수성 윤활제 조성물.
  13. 고정식 또는 이동식 구동 시스템을 윤활하기 위한, 바람직하게는 이동식 구동 시스템을 윤활하기 위한 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른
    수성 윤활제 조성물의 용도.
  14. 제13항에 있어서,
    전기 또는 하이브리드 자동차 추진 시스템, 구체적으로는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 엔진, 전력 전자 장치, 변속기 및/또는 배터리의 윤활을 위한 것인 용도.
  15. 고정식 또는 이동식 구동 시스템, 바람직하게는 이동식 구동 시스템을 윤활 및 냉각하기 위한, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도.
  16. 제15항에 있어서,
    전기 또는 하이브리드 자동차 추진 시스템, 구체적으로는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 엔진, 전력 전자 장치, 변속기 및/또는 배터리의 윤활 및 냉각을 위한 것인 용도.
  17. 엔진, 구체적으로는 변속기, 특히 차축 또는 기어박스가 장착된 차량의 연료 소비를 감소시키기 위한,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 수성 윤활제 조성물의 용도로서, 상기 엔진 또는 상기 변속기는 상기 조성물에 의해 윤활되는 것인 용도.
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