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KR100957279B1 - 자동변속기 윤활제 조성물 - Google Patents

자동변속기 윤활제 조성물 Download PDF

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KR100957279B1
KR100957279B1 KR1020080053833A KR20080053833A KR100957279B1 KR 100957279 B1 KR100957279 B1 KR 100957279B1 KR 1020080053833 A KR1020080053833 A KR 1020080053833A KR 20080053833 A KR20080053833 A KR 20080053833A KR 100957279 B1 KR100957279 B1 KR 100957279B1
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Abstract

본 발명은 자동변속기 윤활제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 윤활 점도의 오일, 무회 분산제, 산화 방지제, 인계 내마모제 및 마찰 조정제를 포함하되, 310 ppm 이상의 인을 함유하는 윤활제 조성물을 개발함으로써 슬립록업 토크 컨버터 및 페이퍼재질의 클러치를 사용하는 변속 클러치 및 유성 기어 시스템을 포함한 자동변속기, 특히 6단(six speed) 자동변속기의 윤활 및 작동에 유용한 자동변속기 윤활제 조성물에 관한 것이다.
자동변속기 윤활제 조성물, 오일, 무회 분산제, 산화 방지제, 인계 내마모제, 마찰 조정제

Description

자동변속기 윤활제 조성물{Lubricating oil Composition for 6-speed Automatic Transmissions}
본 발명은 윤활 점도의 오일, 무회 분산제, 산화 방지제, 인계 내마모제 및 마찰 조정제를 포함하되, 310 ppm 이상의 인을 함유하는 윤활제 조성물에 관한 것이다.
보다 더 에너지 효율적인 차량에 대한 끊임없는 요구에 따라, 변속기 제작 업체들은 차량연비에 효율적인 더욱 정교한 변속기를 설계하기에 이르렀다. 최근의 변속기 설계는 변속기를 보다 더 에너지 효율적으로 만들지만 윤활시키기가 그만큼 더욱 어려운 다음과 같은 사항을 포함한다: (a) 더욱 고정된 속도; (b) 향상된 토크 컨버터 클러치(즉, 차량이 운행되는 시간의 최소한 25%는 토크 컨버터 클러치가 연결되어 있음을 의미함); (c) 소형 변속 클러치; 및 (d) 라비노(Ravigneaux) 같은 정교한 유성 기어 세트 설계 및 레펠레티아(Lepelletier) 시스템에서와 같은 전체적인 구조.
효율적인 작동 및 에너지 효율을 제공하기 위하여, 변속기는 장기간 동안(마일리지 누적) 변속기를 올바르게 작동시킬 수 있는 매우 특정한 윤활 조성물과 함 께 사용되는 특정한 설계를 가져야 한다.
긴 변속기 수명 및 에너지 효율적인 부품의 최적 작동을 보장하기에 적절한 마찰 특성 및 내마모성을 갖는 윤활 조성물과 함께 사용되는, 적극적으로 작동되는 토크 컨버터 클러치, 소형 변속 클러치 및 진보된 설계의 유성 기어 시스템 같은(이들로 한정되지는 않음) 에너지 효율을 개선시키기 위한 널리 공지되어 있는 기계적 방법 및 부품을 포함하는 자동변속기, 예컨대 6단 자동변속기를 포함한다. 향상된 토크 컨버터 클러치는 매우 우수한 마찰 특성 및 내구성을 갖는 유체를 필요로 한다. 소형 변속 클러치는 탁월한 고에너지 마찰 내구성을 갖는 유체를 필요로 한다. 또한, 진보된 설계의 유성 기어 시스템은 탁월한 내마모 특성을 갖는 유체를 필요로 한다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 노력한 결과, 윤활 점도의 오일, 무회 분산제, 산화 방지제, 인계 내마모제 및 마찰 조정제를 포함하되, 310 ppm 이상의 인을 함유하는 윤활제 조성물이 슬립록업 토크 컨버터 및 페이퍼재질의 클러치를 사용하는 변속 클러치 및 유성 기어 시스템을 포함한 자동변속기, 특히 6단(six speed) 자동변속기의 윤활 및 작동에 유용함을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 미끄러짐 토크 컨버터 클러치 및 라비노 기어 세트를 갖는 6단 자동변속기를 포함하여 자동변속기에 효율적인 윤활제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 윤활제 조성물을 6단 자동변속기에 적용하여 윤활시키는 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 윤활 점도의 오일 100 중량부; 무회 분산제 0.5 ~ 5 중량부; 산화 방지제 0.05 ~ 5 중량부; 인계 내마모제 0.03 ~ 4.75 중량부; 및 마찰 조정제 0.05 ~ 5 중량부를 포함하되, 310 ppm 이상의 인을 함유하는 자동변속기 윤활제 조성물을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 윤활제 조성물을 6단 자동변속기에 적용하여 윤활시키는 방법을 포함한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 윤활 점도의 오일, 무회 분산제, 산화 방지제, 인계 내마모제 및 마찰 조정제를 포함하되, 310 ppm 이상의 인을 함유하는 윤활제 조성물을 개발함으로써 슬립록업 토크 컨버터 및 페이퍼재질의 클러치를 사용하는 변속 클러치 및 유성 기어 시스템을 포함한 자동변속기, 특히 6단(six speed) 자동변속기의 윤활 및 작동에 유용한 자동변속기 윤활제 조성물에 관한 것이다.
달리 표시되지 않는 한, 상세한 설명 및 청구의 범위에 사용되는, 구성성분의 양, 반응 조건, 치수, 물리적 특징, 공정 매개변수 등을 표현하는 모든 수치들은 모든 경우에 있어서 "약"이라는 용어에 의해 다소 변경되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 달리 표시되지 않는 한, 하기 상세한 설명 및 청구의 범위에 기 재되는 수치 값은 본 발명에서 얻고자 하는 요구되는 특성에 따라 달라질 수 있다. 적어도, 그리고 특허청구의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하지 않는 의도로서, 각 수치 값은 보고된 유의한 자릿수에 비추어 또한 통상적인 어림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다. 뿐만 아니라, 본 발명에 개시된 모든 범위는 범위 개시 값 및 범위 종결 값, 및 그 안에 포함되는 더 작은 임의의 범위를 모두 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"이라는 범위가 언급되면, 이는 최소값 1과 최대값 10 사이의(또한 상기 최소값과 최대값을 포함하는) 더 작은 임의의 범위를 모두, 즉 최소값 1 이상으로 시작하고 최대값 10 이하로 종결되는 더 작은 범위(예컨대, 5.5 내지 10)를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하기 기재내용에서 미국 특허 또는 특허 문헌 또는 참고 문헌이 언급되는 경우에는 해당 문헌이 본원에 참고로 인용되며, 전체가 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 사용되는 용어 "하이드로카빌 치환기" 또는 "하이드로카빌기"는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있는 그의 통상적인 의미로 사용된다. 구체적으로, 이는 분자의 나머지에 직접 부착된 탄소 원자를 갖고 우세하게 탄화수소 특성을 갖는 기를 말한다. 하이드로카빌기의 예는 알킬 및 알케닐 같은 탄화수소 기 사이클로알킬 및 치환기의 우세한 탄화수소 특성을 변화시키지 않는 다른 치환기를 포함한다. 치환기의 우세한 탄화수소 특성을 변화시키지 않는 황, 산소 및 질소 같은 헤테로원자도 포함된다.
본 발명은 (a) 윤활 점도의 오일; (b) 무회 분산제; (c) 산화 방지제; (d) 인계 내마모제; 및 (e) 마찰 조정제를 포함하여, 미끄러짐 토크 컨버터 클러치 및 라비노 기어 세트를 갖는 6단 변속기에 공급함을 포함하는, 자동변속기 윤활제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따라, 상기 윤활 점도의 오일은 하나 이상의 천연 오일, 하나 이상의 합성 오일 및 이들의 혼합물을 비롯한 윤활 점도의 다양한 오일을 포함한다. 본 발명의 비한정적인 실시양태에서, 윤활 점도의 오일은 다량(즉, 약 50 중량%보다 많은 양)으로 존재한다. 전형적으로, 윤활 점도의 오일은 전체 윤활제 조성물의 75 ~ 95중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 80 ~ 95 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명에 적합한 천연 오일은 동물유 및 식물유, 뿐만 아니라 액체 석유 오일 및 가수소 분해 또는 가수소 마무리 처리 공정에 의해 추가로 정제될 수 있는 파라핀계, 나프텐계 또는 혼합된 파라핀계/나프텐계 유형의 용매 처리되거나 산 처리된 광물성 윤활유 같은 광물성 윤활유를 포함한다.
본 발명에 적합한 합성 윤활유는 폴리알파올레핀으로도 알려져 있는 중합 및 상호중합된(interpolymerized) 올레핀 같은 탄화수소유 및 할로-치환된 탄화수소유; 폴리페닐; 알킬화된 다이페닐 에터; 및 알킬화된 다이페닐 설파이드 및 이들의 유도체, 유사체 및 동족체를 포함한다. 다른 합성 윤활유는 다양한 알콜과 다이카복실산의 에스터, 또는 C4 내지 C15 모노카복실산 및 폴리올 또는 폴리올 에터로부터 제조되는 에스터를 포함한다.
상기 기재된 천연 오일 및 합성 오일은 정제되지 않거나, 정제되거나 또는 재정제된 오일일 수 있다. 본 발명에 사용되는 용어 "정제되지 않은 오일"은 추가의 정제 처리 없이 천연 또는 합성 공급원으로부터 직접 수득될 수 있는 오일을 일컫는다. 본 발명에 사용되는 용어 "재정제된 오일"은 하나 이상의 특성을 개선하기 위하여 1회 이상의 정화 단계에서 추가로 처리된 오일을 지칭한다. 이들은 예를 들어 수소화되어 산화에 대해 개선된 안정성을 갖는 오일을 생성할 수 있다.
본 발명의 비한정적인 실시양태에서, 윤활 점도의 오일은 API 분류 오일 호환성 지침(API Base Oil Interchangeability Guidelines)에 의해 정의되는 II군 오일, III군 오일, IV군 오일, V군 오일 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 적합한 II군 오일의 예는 Yubase®3이고, 적합한 III군 오일의 예는 Yubase®6이다(Yubase는 SK 에너지주식회사의 등록상표임). 또한, 적합한 IV군 오일의 예는 폴리알파올레핀이고, 적합한 V군 오일의 예는 에스터이다.
본 발명에 따라, 상기 윤활 점도의 오일은 단일 점도 범위의 오일 또는 높은 점도 범위의 오일과 낮은 점도 범위의 오일의 혼합물을 포괄할 수 있다. 비제한적인 실시양태에서, 윤활 점도의 오일은 약 2 ~ 약 8 mm2/초(cSt)의 100 ℃ 동점도를 나타낸다. 100 ℃에서의 점도가 약 5.0 ~ 약 6.0 mm2/초, 예컨대 약 5.3 ~ 약 5.5 mm2/초가 되도록 전체 윤활제 조성물을 배합할 수 있다. -40 ℃에서 12,000 cP 미만, 예컨대 10,000 cp 미만의 브룩필드(Brookfield) 점도(ASTM D-2983)를 갖도록 전체 윤활제 조성물을 배합할 수 있다.
본 발명에 따라, 윤활 조성물은 무회 분산제를 포함한다. 무회 분산제는 오일 100 중량부 기준으로 0.5 ~ 5.0 중량부, 예를 들어 1.0 ~ 4.0 중량부 또는 2.0 ~ 3.0 중량부로 조성물에 존재할 수 있다.
적합한 무회 분산제는 장쇄(즉, 40개보다 많은 탄소 원자) 치환된 하이드로카빌 숙신이미드 및 하이드로카빌 숙신아마이드, 장쇄(즉, 40개보다 많은 탄소 원자) 하이드로카빌-치환된 호박산의 혼합된 에스터/아마이드, 장쇄 하이드로카빌-치환된 호박산의 하이드록시에스터 및 장쇄(즉, 40개보다 많은 탄소 원자) 하이드로카빌-치환된 페놀, 포름알데하이드 및 폴리아민의 만니히(Mannich) 축합 생성물 중에서 선택된 것을 포함한다. 이러한 분산제의 혼합물도 사용할 수 있다.
본 발명의 비한정적인 실시양태에서, 상기 무회 분산제는 장쇄 알케닐 숙신이미드를 포함한다. 이들은 특허 문헌에 널리 개시되어 있는 것과 같은 다양한 아민 또는 아민 유도체를 사용하여 제조된 비환상 하이드로카빌 치환된 숙신이미드를 포함한다. 인의 무기 산(또는 그의 무수물) 및 보론화제로 처리된 알케닐 숙신이미드의 사용도, 이들이 플루오로-엘라스토머 및 규소-함유 엘라스토머 같은 성분으로부터 제조된 엘라스토머 밀봉과 훨씬 더 상용성(혼화성)이기 때문에, 본 발명의 조성물에 사용하기 적합하다. 폴리아이소부테닐 호박산 무수물 및 알킬렌 폴리아민(예컨대, 트라이에틸렌 테트라민 또는 테트라에틸렌 펜타민)으로부터 제조된 폴리아이소부테닐 숙신이미드(여기에서, 폴리아이소부테닐 치환기는 500 내지 5000, 예컨대 800 내지 2500의 수평균 분자량을 갖는 폴리아이소부텐으로부터 유도됨)가 적합하다. 분산제는 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있는 다수의 시약으로 후 처리될 수 있다[예를 들어, 미국 특허 제 3,254,025 호 제 3,502,677 호 및 제 4,857,214 호 참조].
본 발명에 따라, 윤활 조성물은 하나 이상의 산화 방지제를 포함한다. 본 발명의 산화 방지제는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있다. 이들은 통상 두 가지 부류에 속하지만 이들 부류로 한정되는 것은 아니다. 일반적으로 두 가지 부류는 방향족 아민 화합물 또는 힌더드 페놀 화합물로서 특징지어진다. 적합한 방향족 아민은 방향족 트라이아졸, 페노티아진, 다이페닐 아민, 각각 약 16개 이하의 탄소 원자를 갖는 1 또는 2개의 치환기를 함유하는 알킬 다이페닐 아민, 페닐-알파-나프틸 아민, 페닐-베타-나프틸 아민, 알킬 또는 아릴 치환된 페닐-알파-나프틸 아민을 포함한다.
비제한적인 실시양태에서, 방향족 아민은 노넨(C9)으로 알킬화된 다이페닐 아민이다. 이 물질은 모노알킬화 및 다이알킬화된 다이페닐 아민의 혼합물이며, 이 때 치환기는 분지된 C9이다. 이 물질의 시판되는 형태는 켐튜라 코포레이션(Chemtura Corporation)에서 노갈루브(Naugalube) 438L(등록상표)이다.
적합한 힌더드 페놀은 2,6-다이-3급-부틸 페놀, 4-메틸-2,6-다이-3급-부틸 페놀, 2,4,6-트라이-3급-부틸 페놀 및 이들의 유사체 및 동족체 같은 오르토-알킬화된 페놀계 화합물을 포함한다. 다른 적합한 힌더드 페놀은 부틸화된 하이드록실 톨루엔(BHT), 부틸화된 하이드록실 아니솔(BHA) 및 이들의 유도체를 포함한 다. 힌더드 페놀의 다른 유용한 부류는 단독으로 또는 다른 장애 페놀과 함께, 또는 입체 힌더드 비가교 페놀계 화합물과 함께 사용될 수 있는 메틸렌 결합된 알킬 페놀을 포함한다. 적합한 메틸렌 가교된 페놀의 예는 4,4'-메틸렌비스(6-3급-부틸-o-크레솔), 4,4'-메틸렌비스(4-메틸-6-3급-부틸페놀) 및 4,4'-메틸렌비스(2,6-다이-3급-부틸페놀), 및 이들의 유도체를 포함한다. 둘 이상의 이들 단핵 페놀계 화합물의 혼합물도 적합하다.
본 발명의 산화 방지제는 오일 100 중량부를 기준으로 약 0.05 ~ 5.0 중량부, 예를 들어 약 0.1 ~ 약 3.0 중량부 또는 약 0.25 ~ 약 2.0 중량부의 양으로 윤활제 조성물에 존재할 수 있다.
본 발명에 따라, 윤활제 조성물은 하나 이상의 인계 내마모제를 포함한다. 본 발명에서 인계 내마모제는 오일 100 중량부를 기준으로 0.03 ~ 4.75 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 유용한 인계 내마모제는 아인산의 유기 에스터, 즉 유기-포스파이트, 또는 아인산의 아민염일 수 있다.
적합한 유기-포스파이트는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있다. 본 발명에 적합한 유기-포스파이트의 예는 하기 화학식 I로 표시될 수 있다:
[화학식 I]
Figure 112008041059955-pat00001
상기 식에서, R1 및 R2는 독립적으로 C1 내지 C18 알킬기 또는 수소이나, 단 R1 및 R2가 둘 다 수소이지는 않다. 알킬기는 선형 또는 분지형일 수 있고, 질소, 산소 또는 황 같은 헤테로원자를 함유할 수 있다. 적합한 유기-포스파이트는 또한 다이-부틸 하이드로젠 포스파이트(R1=R2=C4H9), 다이-2-에틸헥실 하이드로젠 포스파이트(R1=R2=2-에틸헥실), 다이-올레일 하이드로젠 포스파이트(R1=R2=올레일) 및 모노-부틸 하이드로젠 포스파이트(R1= C4H9 R2=H)를 포함한다.
비한정적인 실시양태에서는, 유기-포스파이트를 본 발명의 무회 분산제와 반응시켜 그의 용해도 및 안정성을 개선시킬 수 있다.
비제한적인 실시양태에서는, 아인산의 아민 염을 생성시킴으로써 본 발명의 인계 내마모제를 생산할 수 있다. 아인산 H3PO3는 R1=R2=H인 화학식 I로 표시될 수 있다. 아인산을 폴리아민계 무회 분산제와 2성분 반응으로써, 또는 붕산의 존재 하에서 반응시킴으로써, 이들 물질을 통상적으로 제조한다. 이 유형 물질의 제조방법은 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 4,857,214 호에 기재되어 있다.
본 발명에 따라, 윤활제 조성물은 하나 이상의 마찰 조정제를 포함한다. 적합한 마찰 조정제는 당해 분야의 숙련자에게 널리 공지되어 있다. 마찰 조정제의 유용한 목록은 미국 특허 제 4,792,410 호에 포함되어 있다. 본 발명에 유용한 마찰조정제의 목록은 지방산 아마이드, 지방 에폭사이드, 지방 아민, 붕화된 글리세롤 에스터, 알콕실화된 지방 아민, 붕화된 알콕실화 아민, 지방 이미다졸 린, 카복실산 또는 무수물과 폴리아민의 축합 생성물 중에서 선택된 것을 포함하지만, 이들로 국한되지는 않는다.
본 발명에 유용한 지방산 아마이드는 시판되고 있으며, 스테아르아마이드, 올레아마이드를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는다. 일반적으로, 산 기는 약 10 내지 약 20개의 탄소 원자를 함유한다.
본 발명에 유용한 지방 에폭사이드는 과산화제(예컨대, 과아세트산)를 올레핀과 반응시킴으로써 생성된 것을 포함한다. 마찰 조정제의 제조에 유용한 올레핀은 통상 약 10개 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖고, 보통은 말단 위치에, 예컨대 제 1 탄소 원자와 제 2 탄소 원자 사이에 이중 결합을 갖는 선형이다. 유용한 물질은 1,2 에폭시 헥사데케인, 1,2 에폭시 옥타데케인 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다. 지방 에폭사이드를 붕산 같은 보론화제와 추가로 반응시켜, 붕화된 지방 에폭사이드를 생성시킬 수 있다.
본 발명에 유용한 붕화된 글라이세롤 에스터는 스테아르산 및 올레산 같은 장쇄 지방산과 글리세롤의 에스터를 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다. 산 1몰을 글리세롤 1몰과 반응시켜 2개의 유리 하이드록실기를 남김으로써 붕화된 글리세롤 에스터를 제조할 수 있다. 이러한 물질의 예는 글리세롤 모노-올리에이트이다. 이들 다이올 함유 에스터를 붕산과 추가로 반응시켜 하이드록실기의 보레이트 에스터를 생성시킬 수 있다.
알콕실화된 지방 아민은 널리 공지되어 있는 마찰 조정제이다. 이들 물질은 보통 10 내지 20개의 탄소 원자를 함유하는 장쇄 아민의 비스-(모노 에톡실레 이트)이다. 이들은 아크조 노벨(Akzo Nobel; 암스테르담) 같은 생산업체로부터 에토민(Ethomeen) 부류의 제품으로 시판되고 있다. 이들 물질은 비스(2-하이드록시에틸)탈로우 아민, 비스(2-하이드록시에틸) 올레일아민 및 비스(2-하이드록시에틸) 옥타데실아민을 포함하지만, 이들로 국한되지는 않는다. 비스 알콕실화된 아민을 붕산과 추가로 반응시켜, 붕화된 알콕실화 아민을 생성시킬 수 있다. 알콕실화된 아민과 다이에톡실레이트 1몰당 0.5 내지 2.0몰의 붕산의 반응 생성물을 또한 본 발명의 마찰조정제로서 사용할 수 있다.
지방 이미다졸린은 지방산과 다이아민 또는 폴리아민의 축합 생성물이다. 적합한 산은 데칸산, 올레산, 스테아르산, 아이소스테아르산, 팔미트산, 미리스트산, 리놀레산, 라우르산, 및 수지(tallow) 및 팜유로부터의 산과 같은 천연 산을 포함한다. 바람직한 아민은 테트라에틸렌 펜타민 및 폴리아민을 포함한다.
카복실산 또는 무수물과 폴리아민의 축합 생성물로부터 상기 기재된 이미다졸린을 생성시킬 수 있다. 그러나, 이들은 또한 보다 온화한 반응 조건의 경우 단순한 아마이드를, 또는 호박산 무수물계 반응물의 경우 숙신아마이드를 생성시킬 수 있다.
다른 적합한 마찰 조정제 부류는 알킬 치환된 호박산 무수물과 폴리아민의 반응에 의해 생성된 것이다. 예를 들어, 적합한 물질은 3-옥타데닐 호박산 무수물과 다이-에틸렌 트라이아민 또는 테트라에틸렌 펜타민의 축합 생성물을 포함한다. 이들 물질의 제조방법은 미국 특허 제 5,840,663 호에 기재되어 있다.
본 발명에 따라, 상기 기재된 다양한 마찰 조정제를 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
상기 마찰 조정제는 오일 100 중량부를 기준으로 약 0.05 ~ 약 5.0 중량부, 예를 들어 약 0.1 ~ 약 4.0 중량부의 양으로 윤활제 조성물에 존재할 수 있다.
본 발명에 따라, 윤활제 조성물에 존재하는 인의 양은 310 ppm 이상의 인이다. 전형적으로, 윤활제 조성물 중 인의 총량은 1500 ppm 미만이다. 윤활 조성물 중의 인 수준은, 존재하는 인의 최소량이 윤활제 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 310 ppm 이상인 한, 하나의 인 공급원 또는 수개의 공급원의 혼합물로부터 유도될 수 있다.
본 발명의 윤활제 조성물은 다양한 추가적인 성분을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 임의적인 성분은 하기 성분을 포함하지만 이들로 국한되지는 않는다: 점도조정제, 부식방지제, 소포제, 고무팽윤제, 유동점 강하제, 분산제, 유동화제 및 염료.
점도조정제 및 분산 점도조정제는 널리 공지되어 있다. 이들은 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀, 스타이렌-말레산 무수물 공중합체 및 유사한 단독 중합체, 공중합체 및 그라프트 공중합체를 포함할 수 있다. 본 발명의 비제한적인 실시양태에서 점도조정제는 로막스(RohMax)에서 아크릴로이드(Acryloid) 및 비스코플렉스(Viscoplex) 씨리즈 중합체로서 시판되는 폴리메타크릴레이트를 포함한다.
윤활제가 적절한 하이드로 다이나믹(Hydrodynamic) 윤활조건을 제공하기 위하여, 100 ℃에서의 동점도가 5.2 cSt보다 크고(바람직하게는 5.2 ~ 6.0 cSt), -40 ℃에서의 브룩필드(Brookfield) 점도가 12,000 cP 미만(바람직하게는 3,000 ~ 12,000 cP)이어야 하는데, 본 발명의 윤활제 조성물은 이를 만족한다.
본 발명에 따른 윤활제 조성물은 100 ℃에서의 동점도가 5.2 cSt보다 크고(바람직하게는 5.2 ~ 6.0cSt), -40 ℃에서의 브룩필드(Brookfield) 점도가 12,000 cP 미만(바람직하게는 3,000 ~ 12,000 cP)을 가지므로, 펌핑(Pumping), 교반(Churning) 및 점도로 인한 드랙로스(Drag loss) 등을 감소시켜 전반적인 변속기의 에너지 효율 향상에 기여할 수 있다.
이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 5
하기 비한정적인 실시예에 의해 본 발명을 예시한다. 모든 부 및 백분율은 달리 규정되지 않는 한 중량 기준이다. 실시예 1 내지 5는 본 발명에 따른 윤활 조성물을 나타낸다.
당해 분야에 널리 공지되어 있는 방법을 이용하여 하기 성분을 조합함으로써 실시예 1을 준비하였다:
(1) 윤활 점도의 오일 : API III군 오일 100 중량부
(2) 무회 분산제: 폴리아이소부테닐(분자량 약 1000)-치환된 호박산 무수물을 알킬렌 폴리아민과 반응시킴으로써 제조된 분산제 1.50 중량부
(3) 마찰 조정제 :(a) 3-옥타덴실 호박산 무수물을 폴리아민과 반응시킴으로써 제조된 마찰 조정제 3.60 중량부; (b) 카복실산 마찰 조정제 0.10 중량부; (c) 알킬 티오 에터 에스터 마찰 조정제 0.10 중량부; 및 (d) 지방산 아마이드 마찰 조정제 0.09 중량부로 구성됨.
(4) 산화 방지제 :(a) 힌더드 페놀 산화 방지제 0.25 중량부; 및 (b) 알킬 다이페닐아민 산화 방지제 0.75 중량부로 구성됨 및
(5) 인계 내마모제 : 폴리아민과 추가로 반응한 후의 최종 생성물이 약 0.8 중량%의 인을 함유하고 전체 윤활제 조성물에 330 ppm 이상의 인을 제공하도록, 모노알킬 및 다이알킬 포스파이트의 혼합물과 반응한 폴리아이소부테닐(분자량 약 2000)-치환된 호박산 무수물 4.00 중량부.
실시예 1은 하기 임의적인 성분을 함유하였다: (1) 부식 억제제 0.10 중량부; (2) 칼슘 분산제 0.20 중량부; (3) 헤테로환상 밀봉 팽윤제 1.50 중량부; (4) 폴리메타크릴레이트 점도 조정제 2.00 중량부; 및 (5) 소포제 200 ppm.
실시예 2 내지 5도 본 발명에 따른 실시예를 예시한다. 아래 표 1에 기재된 실시예에서, 윤활 점도의 오일은 다음과 같았다: (a) 실시예 2에서는 4cSt III군; (b) 실시예 3에서는 4cSt III군; (c) 실시예 4에서는 3cSt III군; 및 (d) 실시예 5에서는 3cSt III군.
하기 표 1에 기재된 실시예에서, 무회 분산제는 다음과 같았다: (a) 실시예 2에서는 950 MW PIBSA/PAM; (b) 실시예 3에서는 950 MW PIBSA/PAM; (c) 실시예 4에서는 2000 MW PIBSA/PAM; 및 (d) 실시예 5에서는 2000 MW PIBSA/PAM.
하기 표 1에 기재된 실시예에서, 산화 방지제는 다음과 같았다: (a) 실시예 2, 3, 4 및 5에서 (i) 알킬 다이페닐 아민 및 (ii) 힌더드 페놀.
하기 표 1에 기재된 실시예에서, 인계 내마모제는 다음과 같았다: (a) 실시예 2에서는 다이-부틸 하이드로젠 포스파이트 (b) 실시예 3에서는 다이-페닐 하이드로젠 포스파이트 (c) 실시예 4에서는 H3PO3 및 H3PO3와 반응한 950 MW PIBSA/PAM 분산제 및 (d) 실시예 5에서는 H3PO3 및 H3PO3와 반응한 950 MW PIBSA/PAM 분산제.
아래 표 1에 기재된 실시예에서, 마찰 조정제는 다음과 같았다: (a) 실시예 2에서는 아이소스테아르산과 테트라에틸렌 펜타민의 반응 생성물 (b) 실시예 3에서는 (i) 3-옥타데세닐 호박산 무수물과 다이에틸렌 트라이아민의 반응 생성물 및 (ii) 다이에톡실화된 탈로우 아민 (c) 실시예 4에서는 (i) 아이소스테아르산과 테트라에틸렌 펜타민의 반응 생성물 및 (ii) 1-하이드록시에틸-2-헵타데실 이미다졸린 및 (d) 실시예 5에서는 (i) 3-옥타데세닐 호박산 무수물과 다이에틸렌 트라이아민의 반응 생성물 및 (ii) 다이에톡실화된 탈로우 아민.
성분 실시예 2 [오일 100 중량부 기준 중량부] 실시예 3 [오일 100 중량부 기준 중량부] 실시예 4 [오일 100 중량부 기준 중량부] 실시예 5 [오일 100 중량부 기준 중량부]
무회 분산제 2.50 2.50 2.0 2.0
산화 방지제 (i) 0.75 및 (ii) 0.25 (i) 0.75 및 (ii) 0.25 (i) 0.75 및 (ii) 0.25 (i) 0.75 및 (ii) 0.25
인계 내마모제 0.25 0.18 4.75 4.05
마찰 조정제 2.0 (i) 2.0 및 (ii) 0.2 (i) 2.0 및 (ii) 0.5 (i) 2.0 및 (ii) 0.2
널리 공지되어 있는 방법을 이용하여 실시예 1을 포함하는 윤활제 조성물을 배합하였고, 다수의 성능 시험을 수행하였다. 참고로, 시판중인 공장 급유 4단 자동 변속기 오일, 미쯔비시 자동차의 미쯔비시 다이아퀸(DiaQueen) SP-III ATF (아래 "비교예 1")에 대해 동일한 시험을 수행하였다. 시험 결과는 다음 표 2에 기재되어 있다.
성능 데이터
시험 실시예 1 비교예 1
인 함량[ppm] 330 240
마모
FZG A/3.3/90a, 고장 로드 단계 13 11
마찰
안티-셔더 내구성b, 고장까지의 시간 384 168
SAE NO. 2
머콘(MERCON)법, 정지 마찰 계수c 0.125 0.120
자소(JASO)법d, 정지 마찰 계수[μt] 0.118 0.110
마찰계수비[μ0/μd] 0.95 1.00
산화
DKA 방법e[TAN 증가] 0.65 0.97
점도
100℃에서의 동점도, ASTM D-445[mm2/s(cSt)] 5.41 7.53
-40℃에서의 브룩필드 점도, ASTM D-2983[cP] 8,850 15,600
a 방법 DIN 51354-2에 따라. b 다이낙스(Dynax) D512 마찰 디스크를 사용하여 제이소 방법 M-349-2001에 따라. c 보그 워너(Borg Warner) BW 6100 마찰 디스크를 사용하여 포드(Ford) 머콘 규정["MERCON(등록상표) Automatic Transmission Fluid for Service", 1997년 1월, Appendix 4]에 따라. d 니세키워너(NissekiWarner) NW461E 마찰 디스크를 사용하여 방법 JASO M-348-2002에 따라. e CEC-L-48(170℃, 192시간)에 따라.
상기 표 2의 성능 데이터는 본 발명에 따른 윤활제 조성물이 본 발명자들이 수행한 모든 성능 시험에서 비교예 1의 유체 보다 더욱 우수한 성능 결과를 나타냄을 보여준다.
마모: FZG 시험은 윤활제가 기어의 스커핑(Scuffing)을 방지하는 능력을 평가한다. 본 발명의 윤활제는 시험에 사용된 비교예 1의 오일 대비 뛰어난 성능을 보여준다. (비교예 1의 오일은 11단계에서 fail 한데 반해 본 발명의 윤활제는 13단계에서 fail)
마찰: 상기의 결과는 크게 두 가지의 결과를 시사한다. 첫째로, JASO M-349-2001 시험에서는 안티-셔더 내구성(Anti-shudder durability)이 비교예 1의 오일의 168시간 대비 384시간으로 대폭 향상되었는데 이는 본 발명의 윤활제를 사용할 경우 토크 컨버터 클러치의 사용을 대폭 확대할 수 있다는 것을 의미한다. 둘째로, SAE #2 시험에서는 두 가지의 시험법을 통하여 비교예 1의 윤활제 대비 본 발명의 윤활제가 상대적으로 더 높은 정지 마찰계수(static friction coefficient)를 가지고 있음을 보여준다. 이는 특히 견인과 같은 고하중 조건에서 본 발명의 윤활제를 사용한 변속기가 더 높은 토크 용량(Torque capacity)을 가질 수 있음을 의미한다.
산화: 상기 결과에서 본 발명의 윤활제는 비교예 1 대비 향상된 산화에 대한 저항을 보여준다. 전산가(TAN)의 증가량이 적다는 것은 더 나은 산화 안정성과 그에 따른 오일 수명의 연장을 의미한다.
점도: 더 낮은 100 ℃ 점도와 -40 ℃에서의 브룩필드 점도로 인해 베어링과 같은 변속기의 하이드로다이나믹(Hydrodynamic) 윤활 부분에서의 적절한 유막 두께를 유지함과 동시에 이 변속기의 전체적인 에너지 효율성을 향상시키는데 지대한 역할을 한다.
본 발명에 따른 윤활제 조성물은 슬립록업 토크 컨버터 및 페이퍼재질의 클러치를 사용하는 변속 클러치 및 유성 기어 시스템을 포함한 자동변속기, 특히 6단(six speed) 자동변속기의 윤활 및 작동에 매우 유용하다.

Claims (11)

  1. 윤활 점도의 오일 100 중량부,
    무회 분산제 0.5 ~ 5 중량부,
    산화 방지제 0.05 ~ 5 중량부,
    인계 내마모제 0.03 ~ 4.75 중량부 및
    마찰 조정제 0.05 ~ 5 중량부를 포함하되, 310 ppm 이상의 인을 함유하는 것을 특징으로 하는 미끄러짐 토크 컨버터 클러치 및 라비노(Ravigneaux) 기어 세트를 갖는 6단(six speed) 변속기용 윤활제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 윤활 점도의 오일이 API 그룹 II군 오일, III군 오일, IV군 오일, V군 오일 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 무회 분산제가 (a) 장쇄 치환된 하이드로카빌 숙신이미드 및 하이드로카빌 숙신아마이드; (b) 장쇄 하이드로카빌-치환된 석신산의 혼합된 에스터/아마이드; (c) 장쇄 하이드로카빌-치환된 석신산의 하이드록시에스터; 및 (d) 장쇄 하이드로카빌-치환된 페놀, 포름알데하이드 및 폴리아민의 만니히(Mannich) 축합 생성물을 포함하는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 조성 물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 무회 분산제가 장쇄 알케닐 숙신이미드인 것을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 산화방지제는 방향족 아민 화합물 또는 힌더드 페놀 화합물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 인계 내마모제는 유기-포스파이트 또는 아인산의 아민 염인 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 인계 내마모제는 아인산을 폴리아민계 무회 분산제와 2성분 반응시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 마찰 조정제는 지방산 아마이드, 지방 에폭사이드, 지방 아민, 붕화된 글라이세롤 에스터, 알콕실화된 지방 아민, 붕화된 알콕실화 아민, 지방 이미다졸린, 카복실산 및 무수물과 폴리아민의 축합 생성물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 마찰 조정제는 3-옥타데세닐호박산 무수물과 폴리아민의 반응 생성물인 것을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물이 100 ℃에서의 동점도가 5.2 cSt보다 크고, -40 ℃에서의 브룩필드(Brookfield) 점도가 12,000 cP 미만인 것을 특징으로 하는 조성물.
  11. 청구항 1 내지 10 중에서 선택된 어느 한 항의 조성물을 미끄러짐 토크 컨버터 클러치 및 라비노(Ravigneaux) 기어 세트를 갖는 6단(six speed) 변속기에 공급하는 것을 특징으로 하는 자동변속기의 윤활 방법.
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