KR20180054100A - 저온특성 및 내마모성이 우수한 마찰저감형 엔진오일 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저온특성 및 내마모성이 우수한 마찰저감형 엔진오일 조성물에 관한 발명이다. 본 발명의 엔진오일 조성물은, 40℃에서 10 내지 50 cSt의 점도를 갖는 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유와, 40℃에서 20 내지 100 cSt의 점도를 갖는 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유가 혼합되어 이루어지는 혼합기유 70.5 내지 90 중량%, 청정 분산제 3 내지 10 중량%, 마찰조정제 0.5 내지 3 중량%, 산화방지제 0.7 내지 3 중량%, 내마모제 0.5 내지 3 중량%, 유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%, 및 점도지수 향상제 1 내지 10 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명의 엔진오일은 저온특성과 내마모성이 우수하다.
Description
본 발명은 자동차 엔진과 같은 내연기관에 사용되는 엔진오일 조성물에 관한 발명이다.
자동차 엔진과 같은 내연기관은 피스톤과 실린더 내벽 사이의 운동부위에서 마찰이 일어나므로 실린더의 내벽, 실린더 링, 베어링, 벨트 등의 엔진 내부에서 마모가 일어난다. 이와 같은 마모는 엔진의 성능약화는 물론 수명의 단축, 연비약화, 발화현상 등과 같은 엔진품질 열화의 요인이 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다양한 종류의 엔진오일이 개발되어 상용화 되고 있다. 초창기의 엔진오일은 식물성 오일이 사용되다가, 현재는 광물성 오일을 기유(Base Oil)로 사용하는 광유계 엔진오일이 주로 사용되고 있다.
이 광유계 엔진오일의 문제점은 윤활성이 부족하여 고속 고압의 환경조건에서 사용이 바람직하지 않다. 또한, 온도 변화에 따른 점도변화가 심하여 적정 점도의 유지가 어렵다. 이를 보완하기 위하여 여러 종류의 고분자 폴리머를 점도지수개선제로 사용하나 엔진의 운전 중 전단응력에 의한 고분자의 파괴에 따라 급격한 점도지수 강하 현상이 일어나는 문제점이 있었다.
한편, 광유계 엔진오일의 문제점을 보완하기 위하여 광유계 엔진오일과 에스테르계 엔진오일을 합성한 광유계-에스테르계 합성 엔진오일이 개발되고 사용되고 있으나, 이 또한 저온특성과 내마모성 측면에서 미흡한 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 저온특성과 내마모성이 우수한 마찰저감형 에스테르계 엔진오일 조성물을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진오일 조성물에 있어서, 40℃에서 10 내지 50 cSt의 점도를 갖는 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유와, 40℃에서 20 내지 100 cSt의 점도를 갖는 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유가 혼합되어 이루어지는 혼합기유 70.5 내지 90 중량%;
청정 분산제 3 내지 10 중량%; 마찰조정제 0.5 내지 3 중량%; 산화방지제 0.7 내지 3 중량%; 내마모제 0.5 내지 3 중량%; 유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%; 및 점도지수 향상제 1 내지 10 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 엔진오일은 저온특성와 내마모성이 특히 우수하다.
상기 혼합기유는, 상기 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유와 상기 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유가 1 : 1 내지 1 : 3 중량비율 혹은 1 : 1 내지 3 : 1 중량비율로 배합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters)합성기유는 단일 1종 내지 2종 이상을 사용한 기유를, 상기 폴리올 에스테르계(Polyol Esters)합성기유는 단일 1종 내지 2종 이상을 사용한 기유를 합성한다.
상기 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유는 디이소옥탄올(diisooctanol), 디트리데칸올(Ditridecanol), 디이소노닐알콜(Diisononylalcohol), 디이소데실알콜(Diisodecylalcohol) 에틸헥실알콜(Ethylhexanol)로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 디베이직산(Dibasic acid)인 에디픽산(AdiPic acid), 세바식산(Sebasic acid)로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나가 1 : 2 내지 2.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유이며, 상기 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유는 트리메틸올프로판 (TMP:Trimethylolpropane), 펜타에리스리톨(PETN:Pentaerythritol)로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 이소노나노익산(isononanoic aicd), 카프로익산(Caproic acid), 카프릴릭산(Caprylic acid), 카프릭산(Capric aicd), 라우릭산(Lauric acid), 팔미틱산(Palmitic acid), 스테아릭산(Stearic aicd)으로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나가 1 : 3.5 내지 1 : 4.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유인 것이 바람직하다.
본 발명의 엔진오일은 저온에서 유동적으로 엔진을 보호하는 우수한 저온특성을 가진다. 또한, 높은 점도지수 및 산화안정성을 바탕으로 내마모성이 우수한 마찰저감형 엔진오일의 제공이 가능하다.
본 발명은 실시예들을 예시로 상세하게 설명하고 있으나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 구체화될 수 있다.
본 발명의 엔진오일 조성물은 기유(Base Oil)로서 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유와 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유를 혼합한 혼합기유를 사용한다.
이와같은 혼합기유는 단일 1종 내지 2종 이상의 디베이직 에스테르계 합성기유와 단일 1종 내지 2종 이상의 폴리올 에스테르계 합성기유가 1 : 1 내지 1 : 3 중량비율 혹은 1 : 1 내지 3 : 1 중량비율로 배합되어 이루어질 수 있다.
디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유로 디이소옥탄올(diisooctanol), 디트리데칸올(Ditridecanol), 디이소노닐알콜(Diisononylalcohol), 디이소데실알콜(Diisodecylalcohol) 에틸헥실알콜(Ethylhexanol) 중 적어도 하나와, 디베이직산(Dibasic acid)인 에디픽산(AdiPic acid), 세바식산(Sebasic acid) 중 적어도 하나가 1 : 2 내지 1 : 2.5의 중량비율로 반응되어 생성되는 디베이직에스테르(Dibasic Esters) 합성기유로 사용한다.
폴리올 에스테르계(Polyol Exters) 합성기유로 트리메틸올프로판 (TMP:Trimethylolpropane), 펜타에리스리톨(PETN:Pentaerythritol) 중 적어도 하나와, 카프로익산(Caproic acid), 카프릴릭산(Caprylic acid), 카프릭산(Capric aicd), 라우릭산(Lauric acid), 팔미틱산(Palmitic acid), 스테아릭산(Stearic aicd) 중 적어도 하나가 1 : 3.5 내지 1 : 4.5의 중량비율로 반응되어 생성되는 폴리올 에스테르계(Polyol Exters) 합성기유로 사용한다.
엔진오일 조성물에 있어서, 40℃에서 10 내지 50 cSt의 점도를 갖는 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유와, 40℃에서 20 내지 100 cSt의 점도를 갖는 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유가 혼합되어 이루어지는 혼합기유 70.5 내지 90 중량%, 청정분산제 3 내지 10 중량%, 마찰조정제 0.5 내지 3 중량%, 산화방지제 0.7 내지 3 중량%, 내마모제 0.5 내지 3 중량%, 유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%, 점도지수향상제 1 내지 10 중량%로 이루어지는 엔진오일 조성물로서 우수한 윤활성 및 내마모성을 구현하였다.
디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유와 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유가 혼합되는 혼합기유의 양이 70.5% 이하가 된다면, 상대적으로 첨가제의 양이 많아지게 되므로 엔진오일의 연소에 따른 환경오염의 문제가 발생한다. 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유와 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유가 혼합되는 혼합기유의 양이 90% 이상이 된다면, 첨가제의 양이 적어지므로 원하는 엔진오일의 성능을 구현할 수가 없다. 따라서, 75 내지 85 중량% 의 혼합기유를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
특히, 본 발명의 엔진오일은 저온에서 유동적으로 엔진을 보호하기 위한 우수한 저온특성을 가지며, 높은 점도지수, 산화안정성 및 저증발성을 바탕으로 장시간 사용이 가능하다.
청정분산제는 폴리부텐포리아민숙신이미드(Polybutene Polyamine Succinimide), 폴리알킬렌폴리아민(Poly Alkylene Polyamine), 숙시네이트에스테르(Succinate Ester), 폴리부텐하이드록실벤질폴리아민(Polybutene hydroxylnenzyl polyamine)으로 이루어지는 군에서 적어도 어느 하나 이상을 선택하였다.
마찰조정제는 아연-디알킬디티오포스페이트(Zinc Dialkyl Dithiophosphate) 및 인산트리크레질(Tricresyl Phosphate)로 이루어지는 군에서 선택되어지는 것이 바람직하다.
산화방지제로는 연쇄반응 정지제, 과산화물 분해제, 금속 불활성화제 및 이들 중 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 초기단계의 산화진행을 막아주기 위해서 연쇄반응 정지제가 주로 사용될 수 있다. 연쇄반응 정지제로는 2-6-디터셔리 부틸 파라 크레졸(2-6-di-tert-butyl-p-cresol), 4,4-메틸렌비스(6-터셔리-부틸-오르쏘-크레졸)과 같은 힌더드페놀계 및 디옥틸디페닐아민, 페닐알파나프탈렌과 같은 방향족아민계 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 힌더드 페놀계 산화방지제인 2-6-디-터셔리-부틸-파라-크레졸을 사용하였고 그 사용량은 윤활유의 전체 중량을 기준으로 0.7 내지 3.0 중량%가 첨가되는데 산화방지제가 0.7 중량%보다 적게 첨가되면 산화방지효과가 떨어지고, 3.0 중량%를 초과하여 첨가하면 더 이상의 성능 개선 효과는 기대할 수 없다.
내마모제로는 징크알킬디티오포스페이트를 사용한다. 징크알킬디티오포스페이트는 알킬기의 구조에 따라 1차형과 2차형이 있으며 1차형은 열분해 온도 측면에서 우수하고 2차형은 내하중 성능면에서 우수하다. 따라서 1차형과 2차형을 혼합하여 사용한다. 바람직하게는 1 : 2 비율이 적당하며, 사용량은 0.5 내지 3 중량%가 첨가되는데, 바람직하게는 0.8 내지 2.5 중량%가 첨가되도록 배합한다.
점도지수향상제는 저온에서 고온까지 넓은 온도범위에서 사용되는 윤활유의 점도를 일정하게 유지하여 주는 첨가제로 보통 분자량 10,000이상의 유용성 고분자화합물이 사용된다. 특별히 사용되는 종류가 제한되는 것은 아니나 폴리이소부텐류, 폴리메타크릴레이트와 에틸렌-프로필렌의 공중합체, 폴리메타크릴레이트 산성 에스테르류, 폴리아크릴레이트 산성 에스테르류, 디엔 중합체류, 폴리알킬스티렌류, 알케닐 아릴 컨쥬게이트화 디엔 중합체류, 폴리올레핀류 중의 어느 하나 혹은 이들에서 선택된 2 이상의 혼합물을 사용한다. 점도지수개선제는 윤활유의 전체 중량을 기준으로 1 내지 10 중량%가 첨가되는데, 바람직하게는 2 내지 8 중량%이 첨가되도록 배합한다. 점도지수개선제가 1 중량%보다 적게 첨가되면, 점도지수가 낮아 다급점도유의 역할을 충분히 못하여 고온 및 저온에서 일정한 점도를 유지할 수 없으며, 10중량%를 초과하여 첨가 되면, 전단응력이 큰 고압의 전단력 작용 시 점도지수개선제 내의 고분자가 파괴되어 점도 저하를 일으키고 결국 유막이 파괴되어 펌프의 체적효율이 급격이 떨어진다.
유동점 강하를 위해 폴리메타크릴레이트계 점도개선제를 소량 투입하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 0.1 내지 0.5 중량%를 사용한다.
본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 엔진오일 조성물을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
하기 표 1의 비율로 엔진오일을 제조하였다.
| 구분 | 화합물 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 디베이직에스테르 | 디(2-에틸헥실) 세바카이트(DI(2-ETHYLHEXYL) SEBACATE); | 14.5 | - | - | - | - |
| 디베이직에스테르 | 디이소트리데실 에디페이트 (Diisotridecyl adipate) | 28.2 | 42.7 | 85.4 | - | - |
| 폴리올에스테르 | C8-C10, triesters with trimethylolpropane | 17.1 | 42.7 | - | 85.4 | - |
| 폴리올에스테르 | 펜타에리스리틸테트라이소노나노에이트 (Pentaerithrityl tetraisononanoate) | 25.6 | - | - | - | - |
| Group 3 기유 | SK社Yubase | - | - | - | - | 83.4 |
| 청정분산제 | 폴리부텐포리아민숙신이미드 | 9.5 | 9.5 | 9.5 | 9.5 | 9.5 |
| 마찰조정제 | 아연 디알킬디티오포스페이트 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 산화방지제 | 2,6 디터셔리 부틸 파라 크레졸 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 |
| 내마모제 | 징크알킬디티오포스페이트 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 유동점강하제 | 메타아크릴레이트 코폴리머 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 점도지수향상제 | 폴리메타크릴산메틸에스테르 | 1 | 1 | 1 | 1 | 3 |
실시예
1
기유(Basic Oil) 조성비가 디베이직 에스테르(Dibasic Esters) 50%, 폴리올에스테르(Polyol Esters) 50%이며 2종의 디베이직 에스테르(Dibasic Esters)와 2종의 폴리올 에스테르(Polyol Esters)를 사용하여 제조하였다.
실시예
2
표 1의 비율과 같이 기유(Basil Oil) 조성비를 단일 디베이직 에스테르(Dibasic Esters) 50 %, 단일 폴리올 에스테르(Polyol Esters) 50%로 제조하였다.
비교예 1
표 1의 비율과 같이 기유(Basic Oil) 조성비를 단일 디베이직 에스테르(Dibasic Esters) 100%로 제조하였다.
비교예 2
표 1의 비율과 같이 기유(Basic Oil) 조성비를 단일 폴리올에스테르(Polyol Esters) 100%로 제조하였다.
비교예 3
표 1의 비율과 같이 기유조성비를 Yubase 100%로 제조하였다.
실시예 1-2, 비교예 1-3의 모든 엔진오일 조성물의 첨가제는 청정 분산제 3내지 10 중량%, 마찰조정제 0.5 내지 3 중량%, 산화방지제 0.7 내지 3 중량%, 내마모제 0.5 내지 3 중량%, 유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%, 점도지수향상제 1 내지 10 중량%를 동일하게 사용하였다.
엔진오일은 통상적인 방법으로 제조하였으며, 실시예 1-2, 비교예 1-3에서 제조한 엔진오일에 대한 물성은 다음과 같은 방법으로 측정하였으며, 그에 대한 결과는 표 2에 나타난 바와 같다. 윤활유의 기본 물성 및 성능에 관한 측정은 내연기관용 윤활유(KS M 2121) 및 ASTM 시험규격에 준하여 수행하였다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | 비고 |
| 비중 (15/4℃) | 0.931 | 0.932 | 0.917 | 0.894 | 0.842 | ASTM D1298 |
| vis 40℃ | 44.15 | 37.50 | 41.23 | 34.59 | 42.49 | ASTM D445 |
| vis 100℃ | 8.9 | 7.7 | 8.3 | 7.1 | 7.0 | ASTM D445 |
| Viscosity index | 183 | 181 | 182 | 174 | 160 | ASTM D2270 |
| 인화점(℃) | 264 | 262 | 245 | 265 | 235 | ASTM D92 |
| 유동점(℃) | -47 | -45 | -47 | -42 | -34 | ASTM D97 |
| 산가증가 | 0.21 | 0.23 | 0.31 | 0.29 | 1.23 | KS M 2021 |
| 점도비 | 1.04 | 1.03 | 1.08 | 1.05 | 1.43 | KS M 2021 |
| 내마모성능(4구식) | 0.3987 | 0.3965 | 0.4213 | 0.4352 | 0.6978 | ASTM D4172 |
[표-2]의 결과에서 나타난 바와 같이, 디베이직 에스테르(Dibasic Esters)와 폴리올 에스테르(Polyol Esters)를 혼합한 기유로 제조된 실시예 1 및 2의 엔진오일은, 단일 디베이직 에스테르(Dibasic Esters), 단일 폴리올 에스테르(Polyol Esters) 및 단일 광유로 제조된 비교예 1 내지 3의 엔진오일보다 저온특성이 우수함을 확인 할 수 있다. 유동점은 저온에서 점도가 증가하여 유동성을 잃게 되는 온도를 말한다. 실시예 1 및 2는 유동점 측면에서 비교예들보다 일반적으로 우수하다.
실시예 1 및 2는 내마모성 및 윤활성 측면에서 비교예 1 내지 3보다 우수하다. ASTM D4172 규격에 의한 4구식 내마모성능 시험은 일정 조건에서의 볼의 마모율을 측정하는 것이다. 마모율의 수치가 적은 실시예 1 및 2가 비교예 1 내지 3보다 내마모성이 우수함을 확인 할 수 있다.
점도지수(Viscosity Index) 및 인화점은 높을수록 더욱 안정적인 엔진오일 특성을 나타낸다.
산가증가 지수와 점도비는 낮을수록 시간이 경과함에 따라 엔진오일의 변형이 적은 것을 표시하는 지수로서 우수한 품질의 엔진오일 특성을 대변한다.
본 발명은 실시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명에 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 알 수 있을 것이다. 또한, 특허청구의 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능하다.
Claims (4)
- 엔진오일 조성물에 있어서:
40℃에서 10 내지 50 cSt의 점도를 갖는 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유와, 40℃에서 20 내지 100 cSt의 점도를 갖는 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유가 혼합되어 이루어지는 혼합기유 70.5 내지 90 중량%;
청정 분산제 3 내지 10 중량%;
마찰조정제 0.5 내지 3 중량%;
산화방지제 0.7 내지 3 중량%;
내마모제 0.5 내지 3 중량%;
유동점강하제 0.1 내지 0.5 중량%; 및
점도지수향상제 1 내지 10 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 혼합기유는, 상기 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유와 상기 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유가 1 : 1 내지 1 : 3 중량비율 혹은 1 : 1 내지 3 : 1 중량비율로 배합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.
- 제 2 항에 있어서,
상기 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters)합성기유는 단일 1종 내지 2종 이상을 사용한 기유를, 상기 폴리올 에스테르계(Polyol Esters)합성기유는 단일 1종 내지 2종 이상을 사용한 기유를 합성하는 것을 특징으로 하는 조성물.
- 제 1 항에 있어서,
상기 디베이직 에스테르계(Dibasic Esters) 합성기유는 디이소옥탄올(diisooctanol), 디트리데칸올(Ditridecanol), 디이소노닐알콜(Diisononylalcohol), 디이소데실알콜(Diisodecylalcohol), 에틸헥실알콜(Ethylhexanol)로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 디베이직산(Dibasic acid)인 에디픽산(AdiPic acid), 세바식산(Sebasic acid)으로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나를 1 : 2 내지 1 : 2.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유이며,
상기 폴리올 에스테르계(Polyol Esters) 합성기유는 트리메틸올프로판 (TMP:Trimethylolpropane), 펜타에리스리톨(PETN:Pentaerythritol) 로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나와, 이소노나노익산(isononanoic aicd), 카프로익산(Caproic acid), 카프릴릭산(Caprylic acid), 카프릭산(Capric aicd), 라우릭산(Lauric acid), 팔미틱산(Palmitic acid), 스테아릭산(Stearic aicd)으로 이루어진 그룹 내에서 선택된 적어도 하나가 1 : 3.5 내지 1 : 4.5의 중량비율로 합성하여 생성되는 합성기유인 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.
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| KR1020160151625A KR20180054100A (ko) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 저온특성 및 내마모성이 우수한 마찰저감형 엔진오일 조성물 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113913231A (zh) * | 2020-07-08 | 2022-01-11 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种与生物燃料兼容的国六发动机油及其制备方法 |
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2016
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| CN113913231A (zh) * | 2020-07-08 | 2022-01-11 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种与生物燃料兼容的国六发动机油及其制备方法 |
| CN113913231B (zh) * | 2020-07-08 | 2022-12-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种与生物燃料兼容的国六发动机油及其制备方法 |
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