KR20210148771A - 다공성 실리카 나노 입자을 포함하는 윤활유 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공성 실리카(SIO2) 나노 입자가 포함된 윤활유;를 포함하고, 상기 나노 입자는 40 nm 내지 1000 nm의 직경을 가지며, 상기 나노 입자는 다공성 웜홀 구조를 가지고 있으며, 상기 나노 입자는 윤활유와 밀착성과 윤활면과의 밀착성이 우수하여 흘러내림이 감소하고, 내연기관의 윤활성을 향상시킴으로써 연비개선, 소음감소, 발열온도 저하, 윤활유의 산폐 방지기능 등의 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 것이다.
Description
본 발명은 윤활유의 성능을 개선시키는 방법과 효과에 관한 것으로, 다공성 실리카(SIO2) 나노 입자를 포함하는 윤활유를 사용하여 내연기관의 소음감소, 마찰력저하, 연비향상, 산폐 방지, 연소에 의한 발열을 감소시키는 성능이 보다 향상 되어지는, 다공성 실리카(SIO2) 나노 입자를 포함하는 윤활유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
에너지 문제와 환경 문제에 대응하기 위해서 엔진의 윤활 부위의 마찰을 줄이는 방법은 여러 가지 방법으로 초점을 맞추어 개발되어 왔다. 특히 장시간 사용된 엔진은 내부의 윤활 부위에 많은 긁힌 자국이 나타나 있고, 이 의 대부분은 엔진의 초기 시동시 엔진오일이 없거나 가라앉은 상태에서 시동을 걸 때 생긴 냉간 마모로 인한 것 으로 밝혀지고 있다.
또한 심할 경우 엔진의 기능 저하로 인하여 엔진 내부가 손상을 입기도 하며, 보링 등 엔 진 내부의 부품을 재가공하여 사용하여야 하는 등의 문제점이 발생하기도 한다. 아울러 엔진 윤활 부위의 마모 상태와 밀봉 여부에 따라 블로바이(blow-by)를 생성하여 연소 효율을 감소시키거나 미연 탄화수소를 배출하고, 엔진의 떨림으로 인해 진동과 소음이 많이 발생하기도 한다.
일반적으로 상기 문제점을 해결하기 위해서는 엔진오일에 점도개선을 위한 고분자나 마찰계수를 조정하기 위한 첨가제를 넣은 방법이 많이 사용되고 있다. 대부분의 첨가제로는 산화물 형태의 실리카, 알루미나, 산화망간 등을 겔(gel) 타입으로 사용하거나, 고분자 형태의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 금속 분말을 마이크로 크기로 제조한 구리 (Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 망간(Mn)의 합금 타입, 고체 윤활제인 그래파이트(Graphite), 이산화 몰리브덴 (MoS2) 등을 사용해 왔으며, 이는 엔진의 윤활 부위를 코팅하고 마모 부위를 채우며, 윤활유 막이 파괴될 경우 에도 융착을 막아주거나 지연시키는 등 실린더 등의 운동성을 원활히 하는 역할을 하도록 한다.
이러한 예로, 대한민국 특허 등록 제10-0469501호는 연료 첨가제에 마이크로 크기의 백금족 금속을 첨가시켜서 촉매기능에 의한 연소효율 향상시키는 것을 개시하고 있고, 대한민국 특허 등록 제10-0559632호는 고농축 몰리 브덴디티오카바메이트와 징크알킬디티오포스페이트 및 칼슘계 또는 붕산칼슘계 살리실레이트 등을 포함하는 마 찰저감형 엔진오일 조성물을 개시하고 있다. 그러나 상기의 겔 타입 산화물 첨가제는 산화물 입자의 크기가 마이크로미터 단위의 상대적으로 큰 입경으로 인 해 안정적인 분산이 어려우며, 오히려 엔진 내벽에 마모를 일으키거나 침전이 발생하고, 오일필터에 막힘 현상 이 발생하는 등 종종 문제가 있어 왔다.
또한 마이크로미터 크기의 금속 분말 첨가제도 겔 타입 산화물 첨가제와 같은 현상을 일으키고, 고체 윤활제보 다 높은 마찰 계수를 가지고 있으며, 엔진오일 속에 균일하게 분산시키기 위해서는 매우 작은 크기로 제조하여 첨가하여야 하며, 또한 분말 자체의 산화가 발생하여 엔진에 손상을 줄 수도 있으므로, 현재 나노미터 크기의 금속 분말이 개발되고 있다.
한편, 고체 윤활제인 그래파이트나 이산화 몰리브덴(MoS2)은 매우 낮은 마찰계수를 가지고 있으나, 고온(450도 이상)에서 산화되어 윤활막의 기능을 잃기도 한다. 따라서 고온의 엔진의 윤활 부위에서 윤활기능과 산화 안정성이 우수하고 실린더벽에서 흘러내리지 않는 윤활막을 형성하도록 하는 나노 분말을 포함하는 효과적인 첨가물질의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기술한 바와 같이 종래의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 나노 분말형태의 다공성 실리카(SIO2) 나노입자를 포함하여, 엔진에 전혀 손상을 주지 않으면서, 엔진 내부의 고온, 고압 환경에서 산화안정성이 우수하고 엔진오일의 흐름에 따라 윤활막을 생성하여 윤활부위를 손상시키지 않고, 엔진의 정지 시에도 흡착된 상태로 오랜 시간동안 지속성을 유지하는 윤활유를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입자 크기가 40 nm 내지 1000 nm인 다공성 실리카(SIO2) 나노입자 분말이 포함된 윤활유를 제공한다.
상기 윤활유는 광물성 윤활유, 합성 윤활유 또는 그 혼합물일 수 있다.
상기 다공성 실리카(SIO2) 나노입자 분말은 윤활유 1리터당 0.1 중량g 내지 10.0 중량g의 양으로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 나노 분말을 포함하는 윤활유는, 다공성 실리카(SIO2) 나노 입자 분말로서, 입자 크기가 40nm 내지 1000 nm인 분말을 사용하므로, 엔진 내부의 윤활 부위에 흘러내리지 않는 윤활막을 형성하여, 나노 입자들이 실린더와 피스톤 등 금속과 금속이 만나는 마찰 부위에 윤활막에 쌓여있는 나노 입자는 나노 베어링의 역할을 수행할 뿐만 아니라, 상기 나노 입자에 의해 생성된 윤활막은 엔진이 최상의 효율을 발휘하도록 하여 연소 효율을 높여주고, 엔진 출력을 높여주는 효과가 있으며, 이에 의해 엔진은 윤활 및 밀봉 효과가 극대화되어 소음/진동을 감소시킬 뿐만 아니라 유해 배기가스의 배출도 저감시킬 수 있다.
라서, 본 발명에 따른 다공성 실리카(SIO2) 나노입자 분말이 포함된 윤활유는 휘발유 엔진, 디젤 엔진, LPG 엔진, CNG 엔진, 선박용 엔진, 항공기용 엔진 등의 다양한 엔진에 사용될 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에서 나노 입자가 포함된 윤활유와 일반 윤활유의 흘러내림의 정도를 비교한 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 윤활유는, 입자 크기가 40 nm 내지 1000 nm인 나노 크기의 다공성 실리카(SIO2) 분말 및 윤활유를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 있어서, 상기 다공성 실리카(SIO2) 나노입자 분말은 입자 모양이 구형이고 입자 크기가 40 nm 내지 1000 nm인 것으로 빈틈을 상호 메꾸어 줌으로서 블로바이(blow-by)를 차단한다.
본 발명에 있어서 다공성 실리카(SIO2) 나노입자 분말은 뛰어난 표면 분자 기능화 특징인 우수한 분산도와 내열성을 가진다.
본 발명에 있어서 다공성 실리카(SIO2) 나노입자 분말은 수많은 웜홀이 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 다공성 실리카(SIO2) 나노입자 분말은 수많은 웜홀은 열 전달을 차단하며 윤활유가 열에 의해 산폐 되어지는 것을 방지하는 특징을 가진다.
본 발명에 있어서 다공성 실리카(SIO2) 나노입자 분말은 실린더 벽면에 윤활유와 같이 밀착되어 쉽게 흘러 내리지 않는 특징을 가진다.
도1은 종래의 기술인 일반윤할유에 해당하는 것이다.
유리병의 상부가 시간이 지나면 윤할유가 하나도 부착되지 않은 것임을 알 수 있다.
도2는 본발명을 적용한 본발명의 윤할유에 해당하는 것이다.
시간이 지나도 상부부분에 윤할유가 부착되어있음을 알 수있다.
이산화규소(silicon dioxide)는 규소와 산소의 화합물로, 규산 무수물이라고도 한다. 일반적으로 실리카라고 하는데, 이것은 천연으로 존재하는 각종 규산염 속의 성분으로서의 이산화규산을 말한다. 화학식은 SiO2이다. 천연 으로는 석영·수정·옥수·마노·부싯돌·규사·인규석·홍연석 등에 결정 또는 비결정으로 산출된다. 석영은 장석류에 이어 풍부하며 지구상의 여러 곳에 분포하여 지각의 12%를 차지한다.
가용성 규소의 염류 수용액에 적당한 산을 가해 증발·건고하면 비결정물질을 얻는다. 비결정성인 것을 융제를 사용하여 적당한 온도와 압력으로 융해·고화하면 3가지 변태(석영·인규석·홍연석)를 얻을 수 있다.
순수한 것은 무색 투명한 고체로, 분자량 60.09이다. 천연산은 불순물을 함유하므로 불투명, 또는 유색인 것도 있다. 규소를 4개의 산소가 둘러싼 정사면체형인 SiO4를 기본단위로 하고 모든 산소를 규소가 공유하여 3차원적 으로 연결된 거대분자구조를 가지고 있다. 이때의 SiO4의 사면체 배열에 따라서 석영·인규석·홍연석의 차이가 생긴다. 또, 이 배열이 불규칙한 것이 석영 유리이며, 결정 이산화규소를 융해하여 냉각하면 석영 유리가 된다.
산에 녹지 않지만 알칼리용융 또는 탄산염융해 등에 의하여 가용성인 규산염이 된다. 진한 알칼리수용액에도 서 서히 녹는다. 플루오르화수소 HF에는 침식되기
쉽다. 이산화규소의 밀도는 2.65g/cm 3 이고, 녹는점은 1600도이고 끓는점은 2230도이다.
실시예
다음의 표는 다공성 실리카(SIO2) 직경이 40 nm ~ 1000 nm 의 입자를 엔진오일에 첨가하여 연비개선 효과를 나타내는 실험의 결과표이다.
| 차종 | 연식 | 투입전 연비 | 투입후 연비 | 효과 |
| K 7 가솔린 |
2018 68,720Km | 10Km/Li |
17.3Km/Li |
73.0% 상승 |
| 렉스턴칸 디젤 | 2019 31,805Km | 11Km/Li |
14.8Km/Li |
34.5% 상승 |
| 소나타 LPG | 2017 190,254Km |
10Km/Li |
17.6Km/Li |
76.0% 상승 |
K7 2018년식, 주행거리는 68,720㎞이었으며, 시내주행 50㎞ 정속 주행과 Eco운전 상태로 테스트 하였으며, 이 발명의 엔진오일에 다공성 실리카(SIO2) 직경이 40 nm ~1000 nm 의 입자를 주입하기 전 차량의 평균 연비는 9.0~11.0㎞/L로 하였으며, 엔진오일에 다공성 실리카(SIO2) 직경이 40 nm ~1000 nm 의 입자를 투입후의 연비는 73.0% 높아진 것이 확인되었다.
렉스턴칸 디젤 2019년식, 주행거리는 31,805㎞이었으며, 시내주행 60㎞ 정속 주행과 고속도로에서 100Km 고속운전을 50:50의 비율로 테스트 하였으며, 이 발명의 엔진오일에 다공성 실리카(SIO2) 직경이 40 nm ~ 1000 nm 의 입자를 주입하기 전 차량의 평균 연비는 10.0~12.0㎞/L로 하였으며, 엔진오일에 다공성 실리카(SIO2) 직경이 40 nm ~ 1000 nm 의 입자를 투입후의 연비는 34.5% 높아진 것이 확인되었다.
소나타 LPG 택시는 시내주행으로 주행거리는 190,254㎞이었으며, 시내주행 50㎞ 정속 주행과 Eco운전 상태로 테스트 하였으며, 이 발명의 엔진오일에 다공성 실리카(SIO2) 직경이 40 nm ~ 1000 nm 의 입자를 주입하기 전 차량의 평균 연비는 9.0~11.0㎞/L로 하였으며, 엔진오일에 다공성 실리카(SIO2) 직경이 40 nm ~ 1000 nm 의 입자를 투입후의 연비는 76.0% 높아진 것이 확인되었다.
3종류의 차량을 테스트 한 결과 가솔린과 LPG를 사용한 차량이 디젤을 사용한 차량보다 약 2배의 연비 개선 효과가 나타났다.
이로부터 사용자들은, 운행 및 가속할 때 힘이 있으며, 주행거리가 늘었고, 엔진 소음이 현저히 줄었으며, 아이 들링(공회전) 소음과 진동이 많이 줄었다는 평가를 하였다.
본 발명의 나노 입자는 화석 연료를 이용하는 자동차, 선박, 중장비, 산업기계, 기타 모든 기어 감속기 장치 등의 모든 내연 기관과 윤활유에 적용될 수 있다.
Claims (4)
- 입자의 크기가 40 nm 내지 1000 nm 인 원형의 다공성 실리카(SIO2)를 함유하는 윤활유.
- 입자의 크기가 40 nm 내지 1000 nm 인 원형의 다공성 이산화티타늄(TIO2)를 함유하는 윤활유.
- 제 1항에 있어서
입자의 크기가 40 nm 내지 1000 nm 인 원형의 다공성 실리카(SIO2)는 윤활유 1리터당 0.1 중량g 내지 10.0 중량g의 양을 함유하는 윤활유. - 제 2항에 있어서
입자의 크기가 40 nm 내지 1000 nm 인 원형의 다공성 이산화티타늄(TIO2)은
윤활유 1리터당 0.1 중량g 내지 10.0 중량g의 양을 함유하는 윤활유.
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|---|---|---|---|
| KR1020200066098A KR20210148771A (ko) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 다공성 실리카 나노 입자을 포함하는 윤활유 및 이의 제조방법 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100469501B1 (ko) | 1995-03-14 | 2005-05-16 | 플라티늄 플러스, 인코포레이티드 | 디젤 엔진에서 백금족 금속의 용도 |
| KR100559632B1 (ko) | 2003-10-30 | 2006-03-10 | 현대자동차주식회사 | 마찰저감형 엔진오일 조성물 |
-
2020
- 2020-06-01 KR KR1020200066098A patent/KR20210148771A/ko active Pending
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| KR100559632B1 (ko) | 2003-10-30 | 2006-03-10 | 현대자동차주식회사 | 마찰저감형 엔진오일 조성물 |
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