KR102484930B1

KR102484930B1 - 마찰 성능이 향상된 그리이스 조성물

Info

Publication number: KR102484930B1
Application number: KR1020160172371A
Authority: KR
Inventors: 이정호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2023-01-04
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: KR20180070094A

Abstract

본 발명은 기유, 증주제, 극성 첨가제를 포함하는 그리이스 조성물에 있어서, 사용되는 증주제를 극성을 띠게 하여 극성 첨가제의 용해도를 향상시킴으로써 그리이스의 마찰 성능을 향상시킨 그리이스 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 그리이스 조성물은 마찰계수와 마모량 저감에 큰 개선 효과가 있어, 휠베어링, 조인트 등 각종 마찰부용 그리이스로 적합하게 사용될 수 있다.

Description

마찰 성능이 향상된 그리이스 조성물{Grease composition improved frictional resistance}

본 발명은 기유, 증주제, 극성 첨가제를 포함하는 그리이스 조성물에 있어서, 사용되는 증주제를 극성을 띠게 하여 극성 첨가제의 용해도를 향상시킴으로써 그리이스의 마찰 성능을 향상시킨 그리이스 조성물에 관한 것이다.

자동차용 그리이스는 일반적으로 금속비누를 증주제로 한 그리이스가 사용되고 있다.

그러나 이러한 금속비누는 극성 성질이 강하지 않아, 극성 첨가제의 용해도가 낮아 결과적으로 마찰 성능이 저조한 그리이스로 제공된다는 문제가 있다.

한국 공개특허 제2009-39237호는 기유를 주재로 하고, 증주제 및 첨가제로 이루어지는 그리이스 조성물에서, 증주제로서 디페닐메탄-4,4-디이소시아네이트(MDI)와 싸이클로헥실아민을 반응시켜 얻은 알리싸이클릭디우레아와, 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)와 올레일아민을 반응시켜 얻어진 알리파틱디우레아의 혼합물을 함유하고, 첨가제로서 몰리브데늄디티오카바메이트, 징크디티오포스페이트 및 징크디티오카바메이트를 함유하는 기계적 안정성, 내수성이 우수하고, 특히 마찰 저감성이 우수한 그리이스 조성물을 제공한다. 그러나, 극성 첨가제인 몰리브데늄디티오카바메이트는 여전히 잘 용해되지 않아 마찰 성능에 여전히 한계가 있다.

이에 극성 첨가제의 용해를 향상시킴으로써 마찰 성능을 향상시킨 그리이스 조성물의 제공이 필요한 실정이다.

1. 한국 공개특허 제2009-39237호

이에 본 발명자들은 증주제로서 극성 기능기를 도입한 리튬 비누를 사용하는 경우 극성 첨가제의 용해도를 향상시켜 그리이스의 마찰 성능을 향상시킨다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 마찰 성능이 향상된 그리이스 조성물을 제공하는데 있다.

위와 같은 본 발명의 과제 해결을 위해, 본 발명에서는 (a) 광유, 폴리-α-올레핀유(PAO) 및 에스테르계유로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 기유 70 ~ 90 중량%; (b) 리튬 비누와 극성을 갖는 카르복실산염을 포함하는 증주제 8 ~ 25 중량%; (c) 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)인 극성 첨가제 1 ~ 3 중량%; 및 (d) 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)인 극성 첨가제 1 ~ 3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰 성능이 향상된 그리이스 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 그리이스 조성물은 마찰계수와 마모량 저감에 큰 개선 효과가 있어, 휠베어링, 조인트 등 각종 마찰부용 그리이스로 적합하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 그리이스를 나타낸 모습이다.

이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 (a) 광유, 폴리-α-올레핀유(PAO) 및 에스테르계유로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 기유 70 ~ 90 중량%; (b) 리튬 비누와 극성을 갖는 카르복실산염을 포함하는 증주제 8 ~ 25 중량%; (c) 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)인 극성 첨가제 1 ~ 3 중량%; 및 (d) 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)인 극성 첨가제 1 ~ 3 중량%를 포함하는 그리이스 조성물을 제공한다.

먼저, 기유로서는 광유, 폴리-α-올레핀유(PAO) 및 에스테르계유로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있다. 이때 광유는 40℃에서 동점도가 20 ~ 40cSt인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 30cSt이다.

아울러, 상기 기유는 그리이스 조성물 전체 중량에 대해 70 ~ 90 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 기유가 70 중량% 미만인 경우 기유의 함량이 적어 윤활능력의 한계가 있고, 90 중량% 초과인 경우 증주제의 극성 부여 효과가 적어 첨가제의 용해도가 줄어들기 때문에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

다음으로, 본 발명에서 사용하는 증주제는 일반적으로 사용되는 리튬 비누, 벤조산(benzonic acid), 및 수산화 리튬을 90 ~ 100℃ 온도에서 반응하여 얻은 것이다. 하기 표 1은 종래의 증주제와 본 발명에서 사용하는 증주제를 비교하여 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 증주제는 리튬 비누와 극성을 갖는 카르복실산염을 포함하게 된다. 이때, 상기 극성을 갖는 카르복실산염은 벤조산 리튬염이다.

종래의 증주제	본 발명의 증주제
리튬 비누(Li-soap)
복합 리튬 비누(Li-comp)

이처럼, 리튬 비누에 상기 기능의 도입으로 인해 리튬 비누는 극성을 갖게 되었으며, 사용되는 극성 첨가제의 용해도를 향상시킴으로써 마찰 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 리튬비누는 탄소수가 10 ~ 22개인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 탄소수가 10개 미만일 경우 증주제의 증주력이 낮아 그리이스 형성이 잘 되지 않으며, 탄소수가 22개 초과일 경우 증주제의 전단 특성이 나빠져 내하중성이 불리해지기 때문이다.

또한, 상기 증주제는 그리이스 조성물 전체 중량에 대해 8 ~ 25 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 증주제가 8 중량% 미만인 경우 증주제의 극성 부여 효과가 적어 첨가제의 용해도가 줄어들기 때문에 한계가 있고, 25 중량% 초과인 경우 증주제의 함량이 높아 기유의 윤활 작용을 방해 하기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 극성 첨가제는 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)와 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)를 사용한다. 이러한 극성 첨가제는 마찰 및 마모 저감 역할을 하는 것으로, 상기 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)와 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)를 단독으로 사용하는 경우 보다 혼합하여 사용하는 경우 마찰면에 마찰, 마모 저감 층이 고르게 분포되어 마찰, 마모 특성 개선 효과가 더욱 우수하다.

상기 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)은 그리이스 조성물 전체 중량에 대해 1 ~ 3 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)가 1 중량% 미만인 경우 마찰면에 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)에 의한 분포가 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)에 의한 분포 보다 너무 적어 불균형에 의한 한계가 있고, 3 중량% 초과인 경우 마찰면에 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)에 의한 분포가 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)에 의한 분포 보다 너무 많아 한계가 있기에 상기 범위 내에서 상용하는 것이 좋다.

또한 상기 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)도 그리이스 조성물 전체 중량에 대해 1 ~ 3 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)가 1 중량% 미만인 경우 마찰면에 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)에 의한 분포가 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)에 의한 분포 보다 너무 적어 불균형에 의한 한계가 있고, 3 중량% 초과인 경우 마찰면에 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)에 의한 분포가 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)에 의한 분포 보다 너무 많아 한계가 있기에 상기 범위 내에서 상용하는 것이 좋다.

보다 바람직하게는 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC): 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)은 1:3 ~ 3:1의 중량 비율로 사용한다. 상기 비율을 벗어나는 경우 극성 첨가제의 첨가로 인한 마찰 개선 효과가 낮기 때문이다.

따라서, 본 발명에 따른 그리이스 조성물은 마찰계수와 마모량 저간에 큰 효과가 있어, 휠베어링, 조인트 등 각종 마찰부용 그리이스로 적합하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명에 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

제조예 1: 본 발명에서 사용하는 증주제의 제조

리튬 비누 생성을 한 후에 벤조산(Benzoic acid)와 수산화 리튬을 16:3 질량비로 넣고 약 95℃ 에서 반응 후 100℃에서 물을 증발 시킨다. 극성 관능기를 갖는 벤조산 리튬염과 리튬 비누를 포함하는 증주제를 준비하였다. 이렇게 제조된 증주제는 리튬 비누와 벤조산염은 1:1의 분라량비로 존재한다.

실시예 1 ~ 7

하기 표 2의 조성과 함량으로 약 95℃ 에서 혼합하여 그리이스를 제조하였다.

구분 (단위: 중량%)		실시예
구분 (단위: 중량%)		1	2	3	4	5	6	7
기유	광유1)	88	78	73			78	78
	PAO2)				78
	에스테르유3)					78
증주제	Li-benz4)	8	18	23	18	18	18	18
	리튬 비누
	복합 리튬 비누
첨가제	MoDTC5)	2	2	2	2	2	1	3
첨가제	MoDTP6)	2	2	2	2	2	3	1
총 합량		100	100	100	100	100	100	100
1) 동점도: 30cSt, 제품명 : P96, 제조사명 : S-oil 2) 동점도: 30cSt, 제품명 : Durasyn series, 제조사명 : Ineos 3) 동점도: 30cSt, 제품명 : Hetcol series, 제조사명 : Chemtura 4) 지방산 - 제품명 : 12-HSA, 제조사 : Royal castor 벤조산 - 제품명 : Purox, 제조사 : DSM 수산화 리튬 - 제품명 : Lithium hydroxide monohydrate 제조사 : FMC 5) 제품명 : Molyvan A, 제조사명 : R.T.Vanderbilt 6) 제품명 : Molyvan L, 제조사명 : R.T.Vanderbilt

비교예 1 ~ 12

하기 표 3의 조성과 함량을 약 95℃ 에서 혼합하여 그리이스를 제조하였다.

구분		비교예
구분		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
기유	광유	78	78	91	68					78	78	78	78
	PA0					91	68
	에스테르유							91	68
증주제	Li-benz4)			5	28	5	28	5	28	18	18	18	18
	리튬 비누	18
	복합 리튬 비누		18
첨가제	MoDTC5)	2	2	2	2	2	2	2	2	0.5	3.5	4
첨가제	MoDTP6)	2	2	2	2	2	2	2	2	3.5	0.5		4
총 합량		100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
1) 동점도: 30cSt, 제품명 : P96, 제조사명 : S-oil 2) 동점도: 30cSt, 제품명 : Durasyn series, 제조사명 : Ineos 3) 동점도: 30cSt, 제품명 : Hetcol series, 제조사명 : Chemtura 4) 지방산 - 제품명 : 12-HSA, 제조사 : Royal castor 벤조산 - 제품명 : Purox, 제조사 : DSM 수산화 리튬 - 제품명 : Lithium hydroxide monohydrate 제조사 : FMC 5) 제품명 : Molyvan A, 제조사명 : R.T.Vanderbilt 6) 제품명 : Molyvan L, 제조사명 : R.T.Vanderbilt

실험예 : 마찰계수 및 마모량 측정

상부 시편으로서 Steel Ball, D=10mm, 하부 시편으로서 Steel Disk, D=24mm, H=7.9mm를 준비하고, 고주파 왕복동 마찰 시험기(SRV)를 이용하여 300NX1mmX80 ℃X50HzX1 시간 조건으로 실시예와 비교예에 대한 마찰 계수와 마모량을 측정하여 하기 표 4 및 표 5에 그 결과를 나타내었다.

(1) 마찰 계수 측정: 고주파 왕복동 마찰기 시험기(SRV)에서 한시간 동안 입력된 마찰 계수의 평균값으로 나타내었다.

(2) 마모량 측정: 상부 시편의 마모흔 크기를 측정하여 나타내었다.

<수학식 1> 마모량=(H+L)/2

(여기서, H: 마모흔의 수직방향 지름이고, L은 마모흔의 수평방향 지름이다.)

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7
마찰계수	0.080	0.055	0.060	0.061	0.058	0.061	0.069
마모량(μm)	581	472	494	488	490	516	557

구분	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예7	비교예8	비교예9	비교예10	비교예 11	비교예 12
마찰계수	0.096	0.102	0.093	0.087	0.091	0.108	0.090	0.100	0.105	0.112	0.121	0.135
마모량(μm)	611	609	624	602	615	647	607	622	633	619	644	637

상기 표 4 및 표 5를 보면, 증주제의 종류와, 증주제 함량, 기유의 함량에 따라 마찰계수와 마모량이 영향을 받음을 알 수 있었다.

본 발명에서 제조한 극성기가 도입된 리튬 비누를 MoDTC와 MoDPC의 극성 첨가제와 함께 사용하는 경우 광유, PAO, 및 에스테르유의 마찰 성능을 모두 향상시켰다.

특히, 본 발명에 따른 증주제가 8 중량% 미만인 비교예 3의 경우 극성이 약해져 극성 첨가제의 용해도가 낮아지기에 마찰계수의 개선 효과가 미미해지고, 증주제가 25 중량% 초과인 비교예 4의 경우 증주제의 ?t량이 너무 많아 기유의 윤활 작용을 방해함으로써 마찰계수를 높이는 한계가 있었다.

아울러, 비교예 11와 비교예 12을 통해, MoDTC와 MoDPC를 단독으로 사용하는 경우 마찰면에 첨가제 분포의 불균형으로 한계가 있었다.

또한, MoDTC와 MoDPC의 혼합물을 사용한 비교예 9 및 비교예 10을 통해, 첨가제의 비율이 3/4 초과이거나 1/4 미만인 경우 극성 첨가제의 첨가로 인한 마찰계수 및 마모량 개선 효과가 낮아짐을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 극성기가 도입된 증주제를 극성 첨가제와 함께 소정량 포함하는 그리이스 조성물의 경우, 기유의 마찰 계수와 마모량을 개선하여 휠베어링, 조인트 등 각종 마찰부용 그리이스로 적합하게 사용될 수 있음을 알 수 있었다.

Claims

(a) 광유, 폴리-α-올레핀유(PAO) 및 에스테르계유로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 기유 70 ~ 90 중량%;
(b) 리튬 비누와 극성을 갖는 카르복실산염을 포함하는 증주제 8 ~ 25 중량%;
(c) 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC)인 극성 첨가제 1 ~ 3 중량%; 및
(d) 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)인 극성 첨가제 1 ~ 3 중량%;를 포함하며, 상기 극성 첨가제에서 몰리브데늄 디티오카바메이트(MoDTC): 몰리브덴디티오카바메이트(MoDTP)의 사용량은 1:3 ~ 3:1의 중량 비율로 사용되는 것을 특징으로 하는 마찰 성능이 향상된 그리이스 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 극성을 갖는 카르복실산염은 벤조산 리튬염인 것을 특징으로 하는 마찰 성능이 향상된 그리이스 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 증주제는 리튬 비누, 벤조산(benzonic acid), 및 수산화 리튬을 90 ~ 100℃ 온도에서 반응하여 얻은 것을 특징으로 하는 마찰 성능이 향상된 그리이스 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 리튬비누는 탄소수가 10 ~ 22개인 것을 특징으로 하는 마찰 성능이 향상된 그리이스 조성물.
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