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KR101080784B1 - 가솔린 엔진오일 조성물 - Google Patents

가솔린 엔진오일 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가솔린 엔진오일 조성물에 관한 것으로서, 더욱 자세하게 설명을 하면, 본 발명은 평균동점도 3 ~ 10 cSt(100 ℃)를 갖는 기유; 징크알킬디티오포스페이트; 글리세롤 모노올레이트, 몰리브데늄 디티오카바메이트 및 디부틸메틸렌 에스테르 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 마찰조정제; 마그네슘계 술포네이트, 칼슘계 술포네이트 및 붕산칼슘계 술포네이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 청정분산제; 3-히드록시디페닐아민; 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리이소프렌-폴리스틸렌 공중합체 및 수소화 스타이렌 아이소프렌 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 점도지수향상제; 및 실리콘 및 폴리메타아크릴레이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 소포제;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 이러한 본 발명은 내마모성, 마찰저감 효과가 우수하며, 고온 및 저온 반응성이 매우 우수한 바, 가솔린 자동차의 연비향상지속성이 우수하다.
엔진오일, 마찰저감, 연비

Description

가솔린 엔진오일 조성물{Gasoline engine oil compositions}
본 발명은 평균동점도 3 ~ 10 cSt(100 ℃)를 갖는 기유; 징크알킬디티오포스페이트; 글리세롤 모노올레이트, 몰리브데늄 디티오카바메이트 및 디부틸메틸렌 에스테르 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 마찰조정제; 마그네슘계 술포네이트, 칼슘계 술포네이트 및 붕산칼슘계 술포네이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 청정분산제; 3-히드록시디페닐아민; 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리이소프렌-폴리스틸렌 공중합체 및 수소화 스타이렌 아이소프렌 공중합체 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 점도지수향상제; 및 실리콘 및 폴리메타아크릴레이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 소포제;를 포함하는 가솔린 엔진오일 조성물에 관한 것이다.
에너지의 효율적 이용과 지구온난화 방지를 위해 이산화탄소 등 자동차 배기가스에 대한 규제가 점점 엄격해 지고 있으며, 이러한 환경규제에 대응하기 위해서 각 자동차에서는 엔진구조 변경과 저마찰 엔진오일에 의한 연비향을 목적으로 개발 이 진행되고 있다. 엔진오일에 의한 연비 향상은 엔진오일의 드래그 토크(Drag Torque) 저감과 습동부위의 마찰저감이며, 엔진오일의 점도를 낮추면 드래그 토크를 저감시킬 수 있으나 습동부 마찰, 마모는 증가되는 경향이 있다. 엔진내 마찰, 마모가 발생되는 부위는 캠과 태핏, 피스톤링과 실린더, 각종 베어링에서 발생된다.
저점도화에 의한 습동부위의 마모발생을 억제하기 위해서는 마찰계수를 낮추고 마모를 감소 시키는 첨가제의 사용이 필수적인데, 일반적으로 마찰 및 마모를 억제하기 위해 엔진오일 제조에 가장 널리 사용되고 있는 첨가제는 징크알킬디티오포스페이트(Zinc Dialkydithiophosphate, ZnDTP)로서, 상기 ZnDTP는 일반적으로 아연(Zn) 10 ~ 11 중량%, 인(P) 9 ~ 10 중량% 및 황(S) 15 ~ 25 중량%를 함유하고 있는 것이 일반적이다. 그리고 저마찰계수를 얻기 위해 몰리브덴을 10 중량% 이상 함유한 고농축 몰리브데늄디티오카바메이트(Molybdenum Ditiocarbamate, MoDTC)와 같은 유기몰리브덴 첨가제와 조합하여 사용하여 저마찰계수를 구현한다. Mo, Zn, Ca, Mg계와 같은 애쉬 타입(ASH TYPE)의 첨가제는 엔진 연소시 촉매쪽으로 일부 배출되는데 장기간 사용시 촉매에 회분(ASH)이 쌓여서 배기가스에 악영향을 주게 되는 바, 애쉬 타입 첨가제는 최소로 사용하여야 한다. 또한, MoDTC 단독으로는 저마찰계수를 확보하기 어려운 문제가 있고, MoDTC와 ZnDTP를 조합하여 사용시 초기 마찰계수는 낮은 장점이 있으나, 내구가 진행됨에 따라 MoDTC의 소모가 빠르게 진행되어 마찰계수가 높아지는 문제가 있다. 또한, MoDTC와 ZnDTP의 사용량을 증가시키면 슬러지 발생이 증가 되어 엔진오일의 교환주기가 단축되는 문제점이 있다. 이에 자동차 산업계에서는 상기 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 또는 개선된 엔진오일에 대한 개발에 대한 요구가 증대되고 있다.
이에 본 발명자는 기존 가솔린 엔진오일의 문제점을 해결하고자 끊임없이 연구한 결과, 무회계(ashless type) 첨가제인 글리세롤 모노올레이트를 사용하면 내구가 진행됨에 따라 저마찰계수를 지속적으로 유지시킬 수 있고, 사용되는 청정분산제 성분 및 마찰조정제 성분의 선택과 함유량에 따라서 가솔린 엔진오일의 점도 변화율을 최소화시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 본 발명은 가솔린 엔진오일의 점도 변화율을 최소화시킴으로써, 저마찰계수를 확보하여 우수한 연비향상지속성을 갖는 가솔린 엔진오일 조성물을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물은 동점도 3 ~ 10 cSt(100 ℃)를 갖는 기유; 징크알킬디티오포스페이트; 글리세롤 모노올레이트, 몰리브데늄 디티오카바메이트 및 디부틸메틸렌 에스테르 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 마찰조정제; 마그네슘계 술포네이트, 칼슘계 술포네이트 및 붕산칼슘계 술포네이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 청정분산제; 3-히드록시디페닐아민; 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리이소프렌-폴리스틸렌 공중합체 및 수소화 스타이렌 아이소프렌 공중합체 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 점도지수향상제; 및 실리콘 및 폴리메타아크릴레이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 소포제;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물은 본 발명은 점도변화율이 최소화되어 내마모성 및 마찰저감 효과가 매우 우수하기 때문에, 가솔린 자동차의 연비향상지속성을 제공하는 효과가 있다.
앞서 소개한 본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물에 대하여 설명을 하면 아래와 같다.
본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물은
동점도 3 ~ 10 cSt(100 ℃)를 갖는 기유; 징크알킬디티오포스페이트; 글리세롤 모노올레이트, 몰리브데늄 디티오카바메이트 및 디부틸메틸렌 에스테르 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 마찰조정제; 마그네슘계 술포네이트, 칼슘계 술포네이트 및 붕산칼슘계 술포네이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 청정분산제; 3-히드록시디페닐아민; 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리이소프렌-폴리스틸렌 공중합체 및 수소화 스타이렌 아이소프렌 공중합체 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 점도지수향상제; 및 실리콘 및 폴리메타아크릴레이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 소포제;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명을 조성비로 설명을 하면, 본 발명은
상기 기유 75 ~ 97 중량%;
상기 징크알킬디티오포스페이트 1 ~ 5 중량%;
상기 마찰조정제 0.1 ~ 5 중량%;
상기 청정분산제 1 ~ 7 중량%;
상기 3-히드록시디페닐아민 0.05 ~ 3 중량%;
상기 점도지수향상제 0.1 ~ 7 중량%; 및
상기 소포제 0.1 ~ 3 중량%;를 포함하고 있는데 그 특징이 있다.
이러한 본 발명의 조성물질 각각에 대하여 더욱 상세하게 설명을 하겠다.
우선, 본 발명의 조성물질 중 하나인 상기 기유는 100 ℃에서 평균동점도 3 ~ 10 cSt(센티스톡)인 것을 사용할 수 있는데, 이때, 상기 기유의 동점도가 3 cSt 미만이면 고온 조건하에서 증발량이 과대하여 오일 사용량을 증대시키는 문제가 있고, 10 cSt 초과 시 저온에서의 점도증가가 심해 저온시 동성을 저하시키는 문제점이 발생하는 바, 상기 범위 내의 동점도를 갖는 것을 사용하는 것이 좋다. 또한, 상기 기유는 고정제 광유 및 합성유 중에서 선택된 단종 또는 2종을 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 사용량은 가솔린 엔진오일 조성물 전체 중량에 대하여 75 ~ 97 중량%, 보다 바람직하게는 85 ~ 95 중량%를 사용하는 것이 좋다. 여기서 기유 함유량이 75 중량% 미만이면 다른 조성물질들의 양이 과대하여 점도증가 및 슬러지 발생이 심하고, 특히 저온에서의 점도가 증가하는 문제점이 있으며, 95 중량% 초과 시 다른 조성물질들의 함유량이 과소하여 엔진마모를 증가시키는 문제점이 있기 때문이다.
다음으로 본 발명의 조성물질 중 하나인 상기 징크알킬디티오포스페이 트(ZnDTP)는 본 발명에 있어서 내마모제 역할을 수행하는데, 이러한 ZnDTP 는 본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물 전체 중량에 대하여 1 ~ 5 중량%를 사용하며 1 중량% 미만인 경우 유효한 내마모 성능을 발휘할 수 없고, 5 중량% 초과시 청정분산제와의 경쟁흡착으로 인한 슬러지 발생 및 내마모성 저하 등의 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
다음으로 상기 마찰조정제는 글리세롤 모노올레이트, 몰리브데늄 디티오카바메이트 및 디부틸메틸렌 에스테르 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상을 혼합사용할 수 있으며, 본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 ~ 5 중량%를 사용할 수 있다. 여기서, 마찰조정제의 사용량이 0.1 중량% 미만 시 마찰저감 효과가 없으며, 5 중량% 초과시 금속부식의 문제가 발생할 수 있는 바 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 마찰조정제의 성분 중 하나인 상기 글리세롤 모노 올레이트는 바람직하게는 하기 화학식 1로 표시되는 것을 사용하는 것이 좋은데, 화학식 1에 있어서, R의 탄소수가 8개 미만인 것을 사용하면 마찰효과가 감소하는 문제가 발생할 수 있고, 탄소수가 20 개 초과하는 것을 사용하면 점도가 상승하는 문제가 생길 수 있으므로, 상기 범위 내의 탄소수를 갖는 글리세롤 모노 올레이트를 사용하는 것이 좋다. 이와 같은 글리세롤 모노올레이트의 극성기가 금속표면에 조밀하게 흡착하고 글리세린 부분이 윤활작용을 하게 되는 것이다.
Figure 112008076214899-pat00001
상기 화학식 1에 있어서, R은 탄소수 8 ~ 20을 갖는 알킬기이다.
다음으로, 상기 청정분산제는 마그네슘계 술포네이트, 칼슘계 술포네이트 및 붕산칼슘계 술포네이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 전염기가 200 이상인 칼슘술포네이트 및 마그네슘술포네이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종을 혼합사용할 수 있다. 상기 청정분산제는 본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물 전체 중량에 대하여 1 ~ 7 중량%를 사용하는 것이 좋으며, 1 중량% 미만으로 사용시 청정성이 미미하고, 7 중량% 초과하여 사용시 경쟁흡착 및 애쉬(ash) 생성 등의 문제점이 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
다음으로 본 발명의 또 다른 조성물질 주 하나인 상기 3-히드록시디페닐아민은 엔진오일의 산화 방지 역할을 수행하는데, 이러한 3-히드록시디페닐아민 본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물 전체 중량에 대하여 0.05 ~ 3 중량%를 사용한다. 여기서, 그 사용량이 0.05 중량% 미만이면 산화방지성능이 약해지는 문제가 있고, 3 중량%를 초과하여 사용하면 경쟁흡착에 의한 마모증가 및 금속부식 등의 문제가 발생할 수 있다.
다음으로 상기 점도지수향상제는 본 발명에 있어서, 점도지수 향상과 저온에 서의 유동성 증대효과를 부여하는 역할을 수행하며, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리이소프렌-폴리스틸렌 공중합체 및 수소화 스타이렌 아이소프렌 공중합체 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상을 혼합사용할 수 있다. 이러한 점도지수향상제는 본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 ~ 3 중량%를 사용할 수 있으며, 0.1 중량% 미만으로 사용시 저온 유동성이 나빠져서 저온에서의 시동성 저하 문제가 발생할 수 있고, 3 중량% 초과 시 점도지수향상제의 전단에 의한 점도저하 및 산화에 의한 점도 상승 문제가 발생할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
마지막으로 본 발명의 조성물질 중 하나인 상기 소포제는 실리콘 및 폴리메타아크릴레이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상을 혼합사용할 수 있다. 이러한 상기 소포제는 본 발명의 가솔린 엔진오일 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 ~ 3 중량%를 사용할 수 있는데, 여기서 소포제의 사용량이 0.1 중량% 미만 시 유효하게 윤활유 내의 기포발생을 억제할 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 3 중량% 초과 시에는 소포성이 오히려 감소하거나, 윤활유에서 석출되는 문제점이 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 자세하게 설명을 하겠다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
가솔린 엔진오일의 제조
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2
하기 표 1과 같은 조성을 온도 70 ℃, 교반기의 속도 400 rpm인 조건하에서 혼합하여 가솔린 엔진오일을 제조하였다.
Figure 112008076214899-pat00002
실험예
상기 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에서 제조한 가솔린 엔진오일을 신유와 15,000km 실차주행 후 사용유에 대해 평판실린더(PLATE-CYLINDER)형 시편을 사용하여 SRV 마찰계수 측정장비로 온도 60 ℃, 100 ℃ 및 하중 100N에서 마찰계수를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 그리고 실제 엔진의 플라이휘일에 모터를 연결하여 엔진오일 온도 60 ℃ 및 100℃, 엔진회전속도 800 rpm에서 토크를 측정한 비연소 마찰실험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Figure 112008076214899-pat00003
상기 표 2의 실험결과를 살펴보면, 비교예 보다 실시예의 가솔린 엔진오일이 저온 및 고온 조건하에서 신유와 실사주행 후의 사용유 간의 SRV 마찰계수 차 및 비연소 마찰 값 차가 매우 작은 것을 알 수 있다. 이로부터 본 발명의 가솔린 엔진오일의 연비향상 지속성이 우수함을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 동점도 3 ~ 10 cSt(100 ℃)를 갖는 기유 75 ~ 97 중량%;
    징크알킬디티오포스페이트 1 ~ 5 중량%;
    하기 화학식 1로 표시되는 글리세롤 모노올레이트 및 디부틸메틸렌 에스테르를 포함하는 마찰조정제 0.1 ~ 5 중량%;
    마그네슘계 술포네이트, 칼슘계 술포네이트 및 붕산칼슘계 술포네이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 청정분산제 1 ~ 7 중량%;
    3-히드록시디페닐아민 0.05 ~ 3 중량%;
    에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리이소프렌-폴리스틸렌 공중합체 및 수소화 스타이렌 아이소프렌 공중합체 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 점도지수향상제 0.1 ~ 7 중량; 및
    실리콘 및 폴리메타아크릴레이트 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 소포제 0.1 ~ 3 중량%;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진오일 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112011013640606-pat00005
    상기 화학식 1에 있어서, R은 탄소수 8 ~ 20을 갖는 알킬기이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항의 상기 가솔린 엔진오일 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진오일.
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