KR101080763B1 - 장수명 가솔린 엔진오일 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장수명 가솔린 엔진오일 조성물에 관한 것으로, 자세하게는 하이드로즈네이티드-스티렌-디인계 화합물, 징크알킬디티오포스페이트, 모노알킬몰리브덴디티오카바메이트, 폴리올에스테르, 힌더드 페놀계 산화방지제 및 고정제 기유를 함유하는 가솔린 엔진오일 조성물에 관한 것으로, 산화안정성과 내마모성능이 개선되어 수명이 길어지고, 마모 성능 및 연비를 개선하며, 길어진 수명에 따라 엔진오일의 열화가 적게되어 엔진연비가 지속적으로 향상된 연비지속형 장수명 엔진오일의 조성물에 관한 것이다.
엔진오일, 가솔린, 몰리브덴 첨가제
Description
본 발명은 가솔린 엔진오일의 교환주기를 연장하기 위한 엔진오일 조성물에 관한 것이다.
엔진오일의 수명은 엔진오일의 산화에 의한 엔진오일의 성능저하와 마찰 및 마모에 의한 슬러지 발생과 엔진오일의 열화 등이 영향을 준다. 엔진오일은 고온과 저온 조건에서 장시간 사용되므로 산화로 인한 슬러지 생성, 열분해, 열중합 등에 의해 엔진오일의 수명이 단축되는 문제가 있으므로, 엔진오일의 산화안정성 개선을 위해 적절한 산화방지제를 사용한다.
엔진오일이 고온, 경계 윤활에서 마찰, 마모가 발생하면, 과도한 열이 발생하게 되어 점도가 상승하고 전산가가 증가하며, 슬러지가 발생하게 되어 엔진오일의 수명이 단축된다. 따라서 내마모 첨가제를 사용하여 마찰, 마모를 방지하려고 하지만, 엔진오일을 가혹한 조건에서 사용하면 엔진오일에 사용된 점도지수향상제의 파손이 생겨 엔진오일의 유막이 얇아지게 되어 마찰, 마모가 과도하게 발생하 고, 또한 장시간 사용에 따른 내마모 첨가제의 고갈 등으로 마찰, 마모가 과도하게 발생한다.
엔진오일에 의한 연비향상은 엔진오일의 드래그 토크 저감과 습동부위의 마찰저감을 통해 달성할 수 있으며, 엔진오일의 점도를 낮추면 드래크 토크를 저감할 수 있으나 습동부 마찰, 마모가 증가되는 경향이 있으므로 저점도화를 통한 연비개선은 엔진내 마찰, 마모 발생을 감소시키는 첨가제를 사용해야 한다.
일반적으로 사용되는 마찰조정제는 징크알킬디티오포스페이트이며, 몰리브덴계 첨가제를 동시에 사용한다 그러나 몰리브덴계 첨가제만으로는 저온에서의 효과 및 마찰감소 지속성이 감소하는 문제점이 있다.
본 발명은 향상된 연비가 지속적으로 유지되고 산화안정성이 우수하여 수명이 연장된 엔진오일의 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하이드로즈네이티드-스티렌-디인계 화합물, 징크알킬디티오포스페이트, 모노알킬몰리브덴디티오카바메이트, 폴리올에스테르, 힌더드 페놀계 산화방지제 및 고정제 기유를 함유하는 가솔린 엔진오일 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 산화안정성과 내마모성능이 개선되어 수명이 길어지고, 마모 성능 및 연비를 개선하며, 길어진 수명에 따라 엔진오일의 열화가 적게되어 엔진연비가 지속적으로 향상된 연비지속형 장수명 엔진오일의 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 하이드로즈네이티드-스티렌-디인계 화합물 2 ~ 10 중량%, 징크알킬디티오포스페이트 0.05 ~ 5 중량%, 모노알킬몰리브덴디티오카바메이트 0.5 ~ 2 중량%, 폴리올에스테르 0.2 ~ 2 중량%, 힌더드 페놀계 산화방지제 0.05 ~ 1.0 중량%, 100 ℃ 동점도가 3 ~ 10 cSt인 고정제 기유 70 ~ 90 중량% 함유하는 엔진오일 조성물에 관한 것이다.
상기 모노알킬몰리브덴디티오카바메이트는 몰리브덴 함량은 8 ~ 15 중량%, 황함량은 10 ~ 12 중량%인 것을 특징으로 하고, 상기 폴리올계에스테르는 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판 및 펜타에리트리톨 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정제 광유는 방향족 성분이 0.1 중량% 이하이고, 점도지수가 120 이상인 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물에 대한 것이다.
점도지수향상제로서 사용한 하이드로즈네이티드-스티렌-디인계 화합물은 스티렌과 부타디엔을 공중합시킨 후 불포화결합 부분을 수소화시킨 것으로 현재 올레핀코폴리머(OCP), 폴리메타크릴레이트(PMA)와 함께 엔진오일에 대표적으로 사용되는 점도지수향상제이고, 본 발명에서는 SSI(Shear Stability Index)가 5 ~ 10이며 고분자 물질의 희석용매로 고정제기유(VHVI 기유)를 사용한 것을 사용하였다.
점도지수향상제의 중요한 물성은 점증력, 저온성능, 전단안정성이 있으며 이외에 유해한 부생물 생성이 적어야 하고, 열안정성, 산화안정성이 우수해야 한다.
점증력은 고분자 0.1 중량% 추가시 100 ℃에서의 점도증가를 나타내는 것으로 높을수록 좋으며, 저온성능은 코울드크랭킹시뮬레이터(Cold Cranking Simulater)로 측정하는 저온점도가 낮을수록 좋으며, 전단안정성은 보쉬인젝터에서 30 싸이클 동작 후의 영구점도 저하를 %로 나타낸 것으로 작을수록 우수하다.
하이드로즈네이티드-스티렌-디인계 점도지수향상제는 올레핀코폴리머, 폴리메타크릴레이트 보다 점증효과와 전단안정성이 우수하다. 따라서 우수한 점증 력에 의해 적은량의 고분자를 사용하고도 고온에서의 점도가 높게 되어 유막이 강해져 마찰, 마모 방지에 크게 도움이 되며, 우수한 전단안정성은 장시간 가혹한 조건에서 엔진을 가동할 때 점도지수향상제 고분자의 파손을 방지하므로 점도지수향상제의 파손에 의한 영구적인 점도저하가 적어져 엔진오일의 성능이 장시간 유지되므로 엔진오일의 장수명화를 이룰 수 있다.
내마모제로 징크알킬디티오포스페이트를 사용한다. 이때 징크알킬디티오포스페이트는 알킬기의 구조에 따라 1차형과 2차형이 있으며 1차형은 열분해 온도 측면에서 우수하고 2차형은 내하중 성능면에서 우수하다. 따라서 1차형과 2차형의 비율이 1:2 정도가 적당하며, 사용량은 0.05 ~ 5 중량%이 적당하다. 만일 사용량이 0.05 중량% 미만이면 내마모성능이 나빠지게 되고 5 중량% 이상이면 슬러지가 발생되는 문제가 생긴다.
몰리브덴계 첨가제로서 사용한 모노알킬몰리브덴디티오카바메이트는 경계 및 극압 윤활에서 금속과 반응하여 이황화몰리브덴 형태의 피막을 형성하여 마찰계수를 낮추어 줌으로써 마찰저감제 역할을 한다. 몰리브덴계 첨가제는 유기몰리브덴 첨가제로 알킬기가 탄소수 8 ~ 13인 것을 사용할 수 있고, 몰리브덴 함량은 8 ~ 15 중량%, 황함량은 10 ~ 12 중량%인 고농축 모노알킬몰리브덴디티오카바메이트를 사용하였다. 사용량은 0.5 ~ 2 중량%가 적당하다. 만일 사용량이 0.5 중량% 미만이면 마찰저감효과가 적어지게 되고, 2 중량% 초과하면 엔진오일을 제조할 때 잘 녹지 않는 문제가 생기고 사용할 때 고온에서 슬러지가 발생되는 문제가 생긴다.
에스테르계 첨가제는 폴리올계에스테르를 사용하였다. 폴리올계에스테르는 열안정성과 내하중성능이 우수하고 엔진오일에 대한 용해성도 우수하다. 사용하는 폴리올은 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨을 사용할 수 있다. 사용량은 0.2 ~ 2 중량%이 적당하다. 만일 사용량이 0.2% 미만이면 마찰 저감효과가 적어지게 되고, 2 중량% 초과하면 엔진오일을 제조할 때 잘 녹지 않는 문제가 생기고 실의 스웰링 현상이 생길 수 있다.
산화방지제는 일반적으로 연쇄반응 정지제, 과산화물 분해제, 금속 불활성화제 및 이들 중 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있고, 초기단계의 산화진행을 막아주는 연쇄반응 정지제가 주로 사용될 수 있다. 상기 연쇄반응 정지제로는 2,6-디-터셔리-부틸-파라-크레졸, 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 0.05 ~ 1.0 중량%이 적당하다. 만일 사용량이 0.05% 미만이면 산화방지 효과가 적어지게 되고 1.0 중량%를 초과하면 더 이상의 성능 개선효과가 떨어진다.
본 발명에 사용한 기유는 100 ℃ 동점도가 3 ~ 10 cSt인 고정제 광유 1 ~ 2종을 사용하였다. 고정제 광유란 방향족 성분이 0.1 중량% 이하이고 점도지수가 120 이상인 기유를 말하며, 방향족 성분은 고온에서 산화되기 쉬운 물질이므로 방향족 성분이 적을수록 산화안정성이 우수하고 점도지수가 120 이상이면 온도에 따른 점도 변화가 적게 되어 온도에 따른 엔진오일의 성능이 우수해 진다. 본 발명에서는 이러한 고정제 광유 1 ~ 2종을 70 ~ 90 중량% 사용하였다.
이하 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 가솔린 엔진오일의 제조
하기 표 1의 조성의 가솔린 엔진오일을 제조하였다.
| 구분 | 화합물명 | 실시예 1 | 비교예1 | 비교예2 |
| 기유 | 고점도지수형 기유 | 85 | 88.8 | 80.5 |
| 점도지수향상제 | 하이드로즈네이티드-스티렌-디인 | 5 | - | - |
| 올레핀코폴리머 | - | 3 | 12 | |
| 내마모제 | 징크알킬디티오포스페이트 | 2 | 2 | 3 |
| 몰리브덴계 | 모노알킬몰리브덴디티오카바메이트 | 0.8 | - | - |
| 에스테르계 | 폴리올에스테르 | 1 | - | - |
| 산화방지제 | 2,6-디-터셔리-부틸-파라-크레졸 | 0.5 | 0.5 | 0.3 |
| 무회분산제 | 폴리이소부틸렌숙신이미드 | 5.0 | 5.0 | 4.0 |
| 소포제 | 폴리실록산 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 부식방지제 | 벤조트리아졸 | 0.5 | 0.5 | - |
| 1) 기유: S-Oil社, Ultra-S 기유 2) 하이드로즈네이티드-스티렌-디인: Infineum社 3) 징크알킬디티오포스페이트(ZnDTP): Lubrizol社 4) 몰리브데늄디티오카바메이트(MoDTC): 아데카社, SC525 5) 폴리올에스테르: Uniqema社, P-1973. 6) 2,6-디-터셔리-부틸-파라-크레졸: Ciba社 7) 폴리이소부틸렌숙신이미드: Lubrizol社. 8) 폴리실록산: 신에츠社 9) 벤조트리아졸: Lubrizol社 |
||||
비교예
1.
API
SM
급 5W-20 가솔린 엔진오일
상용 API SM급 5W-20 가솔린 엔진오일을 사용하였다. 그 조성은 상기 표 1과 같다.
비교예
2.
ACEA
A3/B3 5W-40 가솔린 엔진오일
상용 ACEA A3/B3 5W-40 가솔린 엔진오일을 사용하였다. 그 조성은 상기 표 1과 같다.
시험예
1. 고온 산화안정성 평가
하기 표 2의 엔진시험 조건 하에서, 엔진오일의 산화안정성과 퇴적물 발생경향을 평가하는 고온 Deposit 엔진 다이나모 시험험을 수행하여 하기 표 3에 그 결괄를 나타내었다.
| 구분 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 피스톤 청정성 평가, rating(*) | 8.3 | 6.4 | 8.0 | |
| 엔진오일 소모량, % | 22.3 | 27.8 | 26.2 | |
| 전염기가, mgKOH/g | 시험전 | 9.7 | 7.1 | 11.1 |
| 시험후 | 7.2 | 3.1 | 6.7 | |
| 차이(시험후-시험전) | -2.5 | -4.0 | -4.4 | |
| 전산가, mgKOH/g | 시험전 | 3.1 | 3.3 | 3.5 |
| 시험후 | 4.2 | 5.8 | 5.8 | |
| 차이(시험후-시험전) | 1.1 | 2.5 | 2.3 | |
(*)피스톤 청정성은 CEC M-02-A-78법에 의해 평가하였고, 평가결과는 1 ~ 10으로 표시되며, 수치가 높을수록 퇴적물이 없어 성능이 우수함을 의미.
전산가는 ASTM D 664에 의해 평가하였음.
전알카리가는 ASTM D2896에 의해 평가하였음
본 발명에 따른 실시예에서는 비교예에 비해 피스톤 퇴적물이 크게 감소하였고 엔진오일 소모량도 감소하였다. 또한 전염기가와 전산가의 변화량도 적었다.
시험예
2.
연비성능
평가
엔진오일의 연비 성능을 평가하는 ASTM 시험법인 ASTM D-6837 (Seq-6B)엔진시험을 수행하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 초기 연비 (16시간 경과후), 연비개선율 %(*) | 0.6 | 1.0 | -1.2 |
| 연비 지속성 (96시간 경과후), 연비개선율 %(*) | 0.4 | 0.5 | -1.7 |
(*)연비개선율 평가는 연료소모량을 측정하여, 기준 엔진오일(API SL/GF-3 5W-20) 대비 연료소모량을 비교하여 평가함.
본 발명에 따른 실시예1는 비교예 1에 비해서는 점도가 낮고, 비교예 2에 비해서는 점도 높으므로, 평가 결과도 점도에 비례하여 연비 성능이 나타났다.
그러나 연비 성능 평가에서 기준으로 사용하는 엔진오일의 점도등급이 5W-20이므로, 실시예 1의 점도 등급인 5W-30보다 점도가 낮지만, 실시예 1의 연비가 연비성능 평가 기준 엔진오일보다 동등 수준 이상으로 우수한 것을 확인하였으므로 연비 성능이 우수하다. 또한, 연비가 지속성 측면에서도 시간이 경과 할수록 실시예 1의 연비성능이 우수함을 알 수 있었다.
Claims (4)
- 하이드로즈네이티드-스티렌-디인계 화합물 2 ~ 10 중량%, 징크알킬디티오포스페이트 0.05 ~ 5 중량%, 모노알킬몰리브덴디티오카바메이트 0.5 ~ 2 중량%, 폴리올에스테르 0.2 ~ 2 중량%, 힌더드 페놀계 산화방지제 0.05 ~ 1.0 중량%, 100 ℃ 동점도가 3 ~ 10 cSt인 고정제 기유 80 ~ 90 중량% 함유하는 엔진오일 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 모노알킬몰리브덴디티오카바메이트는 몰리브덴 함량은 8 ~ 15 중량%, 황함량은 10 ~ 12 중량%인 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리올에스테르는 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판 및 펜타에리트리톨 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 엔진오일 조성물.
- 삭제
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