KR20170083612A - 식품 산업용 고온 윤활제 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식품등급 고온 윤활제, 보다 구체적으로는 고온 오일(oil) 및 고온 그리스(grease)에 관한 것으로, a) 트리멜리틱 에스테르 및 다른 트리멜리틱 에스테르의 혼합물, 알킬방향족 화합물(바람직하게는, 지방족으로 치환된 나프탈렌), 및 에스톨라이드로부터 선택된 적어도 하나의 오일; b) 수소화된 폴리이소부틸렌, 완전히 수소화된 폴리이소부틸렌, 또는 이들의 혼합물; 및 c) 하나 이상의 첨가제의 성분을 포함한다. 고온 그리스의 경우, 증점제(thickener)가 더 첨가된다.
Description
본 발명은 고온 윤활제에 관한 것으로, 보다 구체적으로 트리멜리틱(trimellitic) 에스테르, 서로 다른 트리멜리틱 에스테르들의 혼합물, 헤테로방향족 화합물들, 및 에스톨라이드(estolides)와 같은 방향족 에스테르; 및 완전히 수소화된 폴리이소부틸렌, 수소화된 폴리이소부틸렌, 또는 이들의 혼합물;에 기초한 고온 오일에 관한 것이다. 상기 고온 윤활제는, 증점제가 상기 윤활제 성분에 첨가되는 경우, 고온 그리스(grease)일 수 있다. 본 발명은 또한 식품 가공에 사용되는 윤활처리장치에 대해 이들 고온 윤활제를 사용하는 용도에 관한 것이다.
윤활작용 이외에도, 윤활제는 냉각, 마찰감소, 마모, 및 힘전달(force transmission), 부식방지, 및 동시에 실링효과(sealing effect)를 나타내는 아주 많은 다른 기능을 수행해야 한다.
종래의 윤활제는 예를 들어, 산화반응 및/또는 열분해반응 및 중합반응을 통해 고온에서 파괴되고 윤활특성이 심하게 제한되기 때문에 고온용도에 적합하지 않다. 분해반응의 경우, 윤활제는 저분자 질량(low molecular mass)의 휘발성 성분으로 분해된다. 이들 성분들의 증발은 점도의 원하지 않는 변화, 오일의 손실, 및 과도한 증기형성을 야기한다. 그 결과 윤활성에 손실이 있게 된다. 중합반응은 또한 불용성 중합생성물의 형성으로 인해 윤활제가 윤활성을 잃게 한다.
이러한 불순물들을 제거하는 것은 유지보수 노력을 증가시키고 제거되어야 하는 화학폐기물을 생성시키며, 이는 비용이 많이 들고 불편하다. 이들은 청소와 유지보수에 대한 시간과 노력을 증가시켜, 작동하지 않는 시간(downtime: 비운전시간)을 증가시킨다. 전반적으로, 고온용도에서 부적합한 윤활제를 사용하면 높은 비용을 야기하는데, 이는 장치가 오염되어 윤활제에 대한 큰 수요가 있기 때문이다. 또한, 제품의 품질이 저하된다.
고온에서 적용하기 위하여 사용되는 베이스 오일(base oil)은 보통 합성 에스테르인데, 이는 이들 에스테르들이 매우 우수한 산화성, 가수분해성, 및 열안정성을 지니기 때문이다.
고온 적용에서의 다양한 요건을 충족시키기 위해, 윤활제는 높은 안정성, 낮은 마찰계수, 및 높은 내마모성을 포함한 품질을 나타내야 한다. 고온에서도 균일한 윤활을 보장하기 위해서는, 가공공정 동안 금속부품 사이에 액체 윤활막(lubricating film)이 유지되어야 한다. 따라서, 최대 가공온도에서, 윤활제는 증발을 거의 일으키지 않고, 잔류물을 거의 형성하지 않으며, 가능한 한 작은 정도의 분해잔류물(cracking residue)을 형성해야 한다.
높은 가공온도는 요리, 베이킹(baking), 끓이기, 굽기, 스튜우잉(stewing), 멸균, 튀김, 및 찜(steaming)과 같이 식품가공에서의 사용과 관련하여 자주 나타난다. 이러한 작업들에서는 다양한 종류의 장치가 사용된다. 이 장치의 윤활에는 고온에 강한 윤활제가 필요하다.
식품가공용 윤활처리장치를 위한 베이스 오일은 주위환경과의 적합성 및 독성과 관련하여 특별한 요건이 요구된다. 기본적으로, 식품등급 윤활제는 윤활제가 직접 또는 간접적으로, 음식, 음료, 및 식품과 접촉하는 경우 H1 적합성을 가져야한다. 식품산업에서 선호되는 응용분야로는 베이킹 오븐(baking oven), 및 기타 고온응용분야에서의 체인(chain), 및 보조운반수단, 보다 구체적으로 트롤리(trolley) 및 베어링(bearing)이 있다.
이러한 윤활제는 NSF/H1 또는 NSF/H2 에 따른 인증과 같은 법규 조항의 적용을 받는다.
등급 "H1"은 "부수적인 식품 접촉" 에서의 윤활제에 의해 충족되어야 하는데, 이는 기술적으로 식품과의 불가피한 접촉이 가끔씩 있는 경우를 의미한다. 그러나 "H1" 윤활제가 사용되는 경우에도 의도되거나 지속적인 접촉은 배제되어야 한다. "H2" 등급은 독성이 없고 발암성이 아닌 윤활제에 의하여 얻어질 수 있다. 그럼에도 불구하고, "H2" 윤활제를 사용하는 경우에는 식품과의 어떠한 접촉도 배제되어야 한다.
고온분야에서 사용되는 종래의 식품등급 윤활제의 단점은 만족스러운 기술적 성과가 자주 부족하다는 점이다. 이런 이유로, 지금까지 사용된 식품등급 윤활제는 우수한 산화 내성 및 허용 유동점(acceptable pour point)을 가지지만, 완전한 증발 후의 잔류물 거동은 고온적용분야에서 요구되는 엄격한 요건을 따르지 않는다. 일정시간 후에, 침전물을 생성하는 크래킹(cracking) 잔류물은 다시 제거되어야 한다. 이 경우, 일반적으로, 공장가동이 중단되어야 하고 잔여물이 분리되거나 부품이 교체되어야 한다. 따라서, 오일의 베이스 오일 성분의 증발이 크게 감소되고 긴 시간 동안 끊임없이 비교적 고온에서 윤활성이 손실되지 않는 고온 윤활제가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 NSF/H1 윤활제의 기준을 충족하는 고온 오일 및 고온 그리스를 제공할 뿐만 아니라, 만족스러운 마모(tribological) 특성을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 윤활제는 긴 시간 동안 고온에서 우수한 윤활성을 보인다. 또한, 형성된 크래킹 잔류물은 "바니싱(varnishing)"을 보이지 않고, 그 대신에 신선한 오일에 의하여 재용해된다. 뿐만 아니라, 고온 윤활제는 가수분해에 대한 안정성이 좋고, 부식 및 마모에 강하며, 우수한 산화 내성 및 요건에 맞춰진 저온 거동을 가진다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 식품등급 고온 오일은 다음의 성분들을 포함한다:
a) 트리멜리트산 트리(iso-C10)에스테르(1) 및 트리멜리트산 트리(iso-C13)에스테르(2)의 혼합물 ((1) 내지 (2)의 혼합비는 99:1 내지 1:99 임), 알킬방향족 화합물 (바람직하게는, 지방족으로 치환된 나프탈렌), 및 에스톨라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 오일 93.9 내지 45 wt%;
b) 수소화된 폴리이소부틸렌, 완전히 수소화된 폴리이소부틸렌, 또는 이들의 혼합물 중합체 6 내지 45 wt%; 및
c) 부식방지첨가제, 산화방지제, 내마모첨가제, 자외선안정제, 무기 고체윤활제, 및 유기 고체윤활제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 첨가제 0.1 내지 5 wt%.
본 발명의 식품등급 고온 그리스는 다음의 성분들을 포함한다:
a) 트리멜리트산 트리(iso-C10)에스테르(1) 및 트리멜리트산 트리(iso-C13)에스테르(2)의 혼합물 ((1) 내지 (2)의 혼합비는 99:1 내지 1:99 임), 알킬방향족 화합물(바람직하게는, 지방족으로 치환된 나프탈렌), 및 에스톨라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 오일 91.9 내지 30 wt%;
b) 수소화된 폴리이소부틸렌, 완전히 수소화된 폴리이소부틸렌, 또는 이들의 혼합물 중합체 6 내지 45 wt%;
c) 부식방지첨가제, 산화방지제, 내마모첨가제, 자외선안정제, 무기 고체윤활제, 및 유기 고체윤활제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 첨가제 0.1 내지 5 wt%; 및
d) 증점제 2 내지 20 wt%.
놀랍게도, 본 발명의 고온 오일 및 고온 그리스는 H1 등급에 적합할 뿐만 아니라 뛰어난 기능을 보여줌이 밝혀졌다. 이런 이유로, 본 발명의 고온 오일 또는 고온 그리스는 긴 수명 및 우수한 윤활 특성과 함께 높은 열안정성을 나타낸다.
본 발명의 고온 오일 및 고온 그리스는 에스테르 화합물로서, 다른 트리멜리틱 에스테르의 혼합물의 트리멜리틱 에스테르를 포함하고, 이 에스테르의 알코올 기는 8 내지 16 탄소원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬기이다. 방향족 에스테르의 선택에 따라 윤활제의 특성, 예를 들어, 점도, 점도/온도 거동, 산화 내성, 및 잔류물 특성을 조절하는 것이 가능하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 방향족 에스테르는 알코올 성분으로서 입체장애가 있는 알코올, 바람직하게는 8 내지 16 탄소원자, 보다 특히 10 내지 13 탄소원자를 갖는 알코올, 보다 특히 트리멜리트산 트리(iso-C10)에스테르(1) 및 트리멜리트산 트리(iso-C13)에스테르(2)를 포함한다. (1)과 (2)의 혼합비는 99:1 내지 1:99 이고; 특히 바람직하게는, 혼합비 (1):(2)는 87:12 이다.
본 발명의 고온 오일 또는 고온 그리스는 방향족 화합물을 포함하는 제2 오일을 포함할 수 있다. 본 발명의 목적을 위한 방향족 화합물은 4 내지 15 개의 탄소원자를 갖는 모노사이클릭, 바이사이클릭 또는 트리사이클릭 고리(ring) 시스템이며, 모노사이클릭 시스템이 방향족 화합물이거나 바이사이클릭 또는 트리사이클릭 시스템 중 적어도 하나의 고리는 방향족 화합물이다. 바람직하게는 10개의 탄소원자를 갖는 바이사이클릭 시스템을 사용하는 것이 선호된다.
방향족 화합물은 바람직하게는 하나 이상의 지방족 치환기로 치환된다. 특히 바람직하게 방향족 화합물은 1 내지 4 개의 지방족 치환기에 의해 그리고 보다 특히 2 또는 3 개의 지방족 치환기에 의해 치환된다.
본 발명에 따른 알킬기는 1 내지 30 개, 바람직하게는 3 내지 20 개, 보다 바람직하게는 4 내지 17 개, 및 보다 특히 6 내지 15 개의 탄소원자를 갖는 포화 지방족 탄화수소기이다. 알킬기는 선형 또는 분지형일 수 있고 상기 언급된 하나 이상의 치환기에 의해 선택적으로 치환된다.
실제 실험에 의하면 다르게 치환된 나프탈렌의 혼합물, 즉 다른 치환도(degree of substitution) 및 다른 지방족 치환기를 갖는 나프탈렌의 혼합물이 특히 적합하다는 것이 밝혀졌다. 혼합물 조성을 변화시킴으로써, 예를 들어 고온 윤활제의 점도와 같은 특성의 경우에 특히 간단한 방식으로 조절될 수 있다. 또한, 지방족으로 치환된 나프탈렌은 뛰어난 용해 특성 및 높은 열산화 안정성으로 알려져 있다.
지방족으로 치환된 나프탈렌의 40°C 에서 측정되는 점도는 바람직하게는 30 내지 600 mm2/s, 더욱 바람직하게는 30 내지 300 mm2/s 이다.
뿐만 아니라, 에스톨라이드는 성분 a) 로서도 사용될 수 있다. 40°C 에서 측정되는 바람직한 점도는 30 내지 500 mm2/s 이다. 특히 바람직하게는 30 내지 140 mm2/s 의 점도이다.
에스톨라이드는 지방산, 바람직하게는 올레산, 또는 디카르복실산으로부터의 산성 또는 효소 촉매로 제조되는 에스테르 화합물을 의미한다. 이 반응에서, 산 기능은 인접한 지방산 분자의 이중결합을 공격하여, 높아진 분자량의 에스테르 혼합물을 형성한다. 그 다음, 말단 산기(acid group)는 통상적으로 알코올, 바람직하게는 2-에틸헥산올로 에스테르화되고, 나머지 이중결합은 카르복실산 - 예를 들어 아세트산으로 나중에 수소화되거나 에스테르화된다. 예를 들어, 이소아밀(isoamyl) 알코올 또는 게르베(Guerbet) 알코올과 같은 다른 알코올도 마찬가지로 말단 산기의 에스테르화가 가능할 수 있다.
추가의 에스톨라이드는 또한 하이드록시카르복실산의 축합을 통해서도 합성될 수 있고, 그 예는 올레산 또는 스테아르산의 유도체이다. 사용되는 하이드록시카르복실산 또는 불포화산의 사슬길이는 C6 내지 C54의 범위일 수 있다. 산은 추가 작용기, 예를 들면, 아민, 에테르, 황-을 포함하는 기(group)를 함유할 수 있다. 또한 알파-올레핀 또는 베타-파르네센과의 에스테르화도 가능할 수 있다.
본 발명의 고온 오일 또는 고온 그리스는 폴리이소부틸렌을 추가로 포함한다. 폴리이소부틸렌의 적절한 선택, 특히 수소화도(degree of hydrogenation) 및 분자량과 관련하여서는, 본 발명의 오일 및 그리스의 특성에 바람직한 방식으로, 예를 들어, 동점도(kinetic viscosity)에 영향을 미치는 것이 가능하다. 수소화된 폴리이소부틸렌, 완전히 수소화된 폴리이소부틸렌이 사용될 수 있으며, 이들의 혼합물 또한 사용될 수 있다. 완전히 수소화된 폴리이소부틸렌을 사용하는 것이 선호된다. 폴리이소부틸렌은 구성성분에서 6 내지 45 wt% 의 양으로 존재하고, 바람직하게는 10 내지 45 wt% 및 보다 특히 15 내지 45 wt% 가 사용된다.
추가의 바람직한 실시예에 따르면, 폴리이소부틸렌은 115 내지 10,000 g/mol, 바람직하게는 160 내지 5,000 g/mol 의 수-평균 분자량을 갖는다.
본 발명의 고온 오일 또는 그리스는 0.1 내지 5 wt% 의 첨가제를 더 포함하고, 이 첨가제로는 부식방지첨가제, 산화방지제, 내마모첨가제, 자외선안정제, 무기 고체윤활제, 및 유기 고체윤활제로 이루어진 군으로부터 선택되어 하나 또는 둘 이상으로 사용된다.
본 발명의 고온 그리스는 증점제를 추가로 포함한다. 윤활제 구성성분에서 본 발명의 고온 그리스에서의 증점제는 디이소시아네이트, 바람직하게는 2,4-디이소시아네이트톨루엔, 2,6-디이소시아네이트톨루엔, 4,4'-디이소시아네이트디페닐메테인, 2,4'-디이소시아네이트페닐메테인. 4.4'-디이소시아네이트바이페닐, 4,4'-디이소시아네이트-3,3'-디메틸페닐, 또는 4,4'-디이소시아나이트-3,3'-디메틸페닐메테인의 반응 생성물이고, 이들은 일반식 R’2-N-R 의 아민, 또는 일반식 R’2-N-R-NR’2 의 디아민과 하나 또는 둘 이상으로 사용될 수 있으며, 여기서 R은 2 내지 22 개의 탄소원자를 갖는 아릴, 알킬 또는 알킬렌 라디칼이고 R’은 동일하거나 다른 수소 또는 알킬, 알킬렌 또는 아릴 라디칼, 또는 아민 및 디아민의 혼합물,
또는
알루미늄 복합비누, 주기율표의 제1 및 제2 전형원소의 단순 금속비누, 주기율표의 제1 및 제2 전형원소 금속복합비누, 벤토나이트(bentonite), 설포네이트(sulfonate), 실리케이트(silicate), 에어로실(Aerosil), 폴리이미드(polyimide) 또는 PTFE, 또는 상기 증점제들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
식품 가공용 윤활처리장치를 위한 윤활제의 사용에 적용되는 법규 조항을 준수하기 위해, 사용된 첨가제는 H1 등급을 갖는 것이 유용하다.
산화방지제의 첨가는 특히 그 사용과정에서, 본 발명의 오일 또는 그리스의 산화를 감소시키거나 심지어 방지할 수도 있다. 산화의 경우에, 원하지 않는 자유라디칼이 형성될 수 있고, 결과적으로 고온 윤활제에서 분해반응이 증가될 수 있다. 산화방지제의 첨가는 고온의 오일 또는 그리스를 안정화시킨다.
본 발명에 따라 특히 적합한 산화방지제는 다음과 같은 식품등급 화합물이다:
디아로마틱 아민(diaromatic amine), 페놀릭 레진(phenolic resin), 티오페놀릭 레진(thiophenolic resin), 포스파이트(phosphite), 부틸화 하이드록시톨루엔(butylated hydroxytoluene), 부틸화 하이드록시아니솔(butylated hydroxyanisole), 페닐-알파-나프틸아민(phenyl-alpha-naphthylamine), 페닐-베타-나프틸아민(phenyl-beta-naphthylamine), 옥틸화/부틸화 디페닐아민(octylated/butylated diphenylamine), 디-알파-토코페롤(di-alpha-tocopherol), 디-터트-부틸페닐(di-tert-butylphenyl), 벤젠프로포노산(benzenepropanoic acid) 및 이러한 구성성분들의 혼합물.
상업적으로 이용 가능한 식품등급 첨가제는 다음과 같다:
IRGANOX® 1010 (벤젠프로포노산(benzenepropanoic acid), 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시-2,2-비스[[3-[3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐]-1-옥소프로폭시]메틸]-1,3-프로페인디일 에스테르(3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-2,2-bis[[3-[3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxyphenyl]-1-oxopropoxy]methyl]-1,3-propanediyl ester); IRGANOX® L06 (알킬화 페닐-알파-나프틸아민(alkylated phenyl-alpha-naphthylamine) 또는 N-페닐-ar(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-1-나프탈렌아민(N-phenyl-ar-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-1-naphthalenamine);
IRGANOX® L01 (디옥틸화 디페닐아민(dioctylated diphenylamine));
IRGANOX® L57 (알킬화 디페닐아민(alkylated diphenylamines)의 혼합물);
IRGANOX® L06;
IRGANOX® L115;
IRGANOX® L150 (고분자량의 아민성 및 페놀성 산화방지제);
IRGANOX® L64 (모노- 및 디알킬-부틸/옥틸-디페닐아민(mono- and dialkyl-butyl/octyl-diphenylamine)의 혼합물);
IRGANOX® 1035; (티오디에틸렌 비스(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시하이드록신나메이트(thiodiethylene bis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)로 이루어진 혼합물);
IRGANOX® 1010;
IRGANOX® L101 (테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이토]메테인(tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionato]methane)으로 이루어진 혼합물);
IRGANOX® L109 (벤젠프로판산(benzenepropanoic acid), 3,5-비스(1,1-디메틸)-4-하이드록시-1,6-헥세인디일 에스테르(3,5-bis(1,1-dimethyl)-4-hydroxy-1,6-hexanediyl ester));
IRGANOX® L57;
IRGANOX® L109;
lrgalube® TPPT;
IRGANOX® L115 (벤젠프로판산(benzenepropanoic acid), 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시티오디-2,1-에테인디일 에스테르(3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxythiodi-2,1-ethanediyl ester));
IRGANOX® E201 (액체 DL-알파-토코페롤(DL-alpha-tocopherol), 2H-1-벤조피란-6-올(2H-1-benzopyran-6-ol), 3,4-디하이드로-2,5,7,8-테트라메틸-2-(4,8,12-트리메틸트리데실(3,4-dihydro-2,5,7,8-tetramethyl-2-(4,8,12-trimethyltridecyl));
IRGAFOS® 168 (트리스(2,4-디-터트-부틸페닐)포스페이트(tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphate)를 포함하는 혼합물);
ADDITIN® RC7130 (N-페닐-1-나프틸아민(N-phenyl-1-naphthylamine));
Na-LUBE® A0142 (액체(liquid), 디페닐아민성 산화방지제(diphenylamine-based antioxidant));
VANLUBE® 961 (옥틸화 및 부틸화 디페닐아민 또는 벤젠아민(octylated and butylated diphenylamine or benzenamine))의 혼합물, N-페닐(N-phenyl), 2,4-트리메틸펜테인 및 2-메틸프로펜의 반응 생성물(reaction product of 2,4-trimethylpentane and 2-methylpropene));
VANLUBE® PCX (1-하이드록시-4-메틸-2-6-디-터트-부틸벤젠(1-hydroxy-4-methyl-2-6-di-tert-butylbenzene)을 포함하는 혼합물; 헥사메틸렌 비스(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트)(hexamethylene bis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)));
lrgafox® 168; N-페닐벤젠아민(N-phenylbenzenamine)과 2,4,4-트리메틸펜텐(2,4,4-trimethylpentene)의 반응 생성물;
티오디에틸렌 비스(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이토메테인)(thiodiethylene bis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamatomethane));
비스(4-(1,1,3,3-테트라메틸부틸)페닐)아민(bis(4-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)phenyl)amine);
3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시 에스테르(3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy ester);
티오디-2,1-에테인디일 에스테르(thiodi-2,1-ethanediyl ester).
또한, 본 발명의 고온 오일 또는 그리스는 부식방지첨가제, 금속 비활성제 또는 이온 착화제를 포함할 수 있다. 이들은 트리아졸, 이미다졸린, N-메틸클리신(사르코신), 벤조트리아졸 유도체, N,N-비스(2-에틸헥실)-ar-메틸-1H-벤조트리아졸-1-메테인아민; n-메틸-N(1-옥소-9-옥타데세닐)글리신, 인산 및 (C11 -14)-알킬아민과 반응한 모노- 및 디이소옥틸 에스테르의 혼합물, 인산 및 터트-알킬아민 및 1차 (C12-14)-아민과 반응한 모노- 및 디이소옥틸 에스테르의 혼합물, 도데칸산, 트리페닐 포스포티오네이트, 및 아민 포스페이트를 포함한다. 상업적으로 가능한 첨가제는 다음과 같다: IRGAMET®39, IRGACOR®DSS G, Amine O; SARKOSY®O (Ciba), COBRATEC®122, CUVAN®303, VANLUBE®9123, CI-426, CI-426EP, CI429, 및 CI-498.
추가로 가능한 내마모성 첨가제는 아민, 아민 포스페이트, 포스페이트 트리포스페이트, 포스포로티오네이트, 및 이들 구성성분의 혼합물이다. 상업적으로 가능한 내마모성 첨가제는 IRGALUBE®TPPT, IRGALUBE®232, IRGALUBE®349, IRGALUBE®211 및 ADDITIN®RC3760 Liq 3960, FIRC-SHUN®FG 1505 및 FG 1506, NA-LUBE®KR-015FG, LUBEBOND® FLUORO®FG, SYNALOX®40-D, ACHESON® FGA 1820 및 ACHESON®FGA 1810 을 포함한다.
상기 오일 또는 그리스는 PTFE, BN, Na 피로포스페이트(pyrophosphate), Zn 옥사이드(oxide), Mg 옥사이드(oxide), Zn 피로포스페이트(pyrophosphate), Na 티오설페이트(thiosulfate), Mg 카보보네이트(carbonate), Ca 카보네이트(carbonate), Ca 스테레이트(stearate), Zn 설파이드(sulfide), 또는 그들의 혼합물과 같은 식품 적합성을 갖는 고체 윤활제를 더 포함할 수 있다.
실제 실험을 통하여 본 발명의 고온의 오일 또는 그리스는 250°C 의 온도까지 분해현상 또는 무시할 수 있을 정도의 분해현상을 나타내지 않음을 보여주었다. 이는 윤활제의 10% 보다 적게 분해되는 것을 의미한다.
추가의 식품등급 베이스 오일로서, 본 발명의 고온 오일 또는 그리스는 바람직하게는 미네랄 오일(mineral oil), 지방족 카르복실 및 디카르복실 에스테르, 지방산 트리클리세라이드, 및/또는 폴리-알파-올레핀을 포함할 수 있다.
하나의 특정 실시예에서, 본 발명의 고온 오일 또는 그리스는 에스톨라이드를 포함하며, 에스톨라이드의 주성분은 바람직하게는 해바라기유, 유채씨유, 피마자유, 아마인유, 옥수수기름, 홍화유, 대두유, 아마인유, 땅콩기름, "레스퀘알레(Lesqueralle)"유, 야자유, 올리브유, 또는 상기 오일들의 혼합물의 군으로부터의 천연 오일을 기초로 한 화학적 또는 효소적 공정에 의해 수득된다.
실제 실험에 따르면 본 발명의 고온 오일 또는 그리스는, 그것의 물리적 및 화학적 특성에 기초하여 식품 가공용 윤활처리장치를 위해 중요하게 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 우수한 온도 저항 때문에, 260°C 까지의 높은 사용온도, 바람직하게는 150 내지 250°C 의 온도에서도 사용될 수 있고, 베이킹 오븐의 체인이 하나의 예가 된다.
또한, 본 발명은 상기 설명된 것처럼 고온의 오일 또는 그리스를 생산하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 베이스 오일 및 첨가제는 서로 혼합된다.
이제 본 발명은 하기 실시예와 관련하여 더욱 상세히 설명된다.
실시예 1 내지 7
식품 산업을 위한 본 발명의 고온의 오일의 제조
2 개의 트리멜리틱 에스테르를 교반된 용기에 채운다. 100°C 에서, 교반하면서, 폴리이소부틸렌 및 선택적으로 추가의 오일을 첨가한다. 이어서 혼합물이 균질 혼합물을 얻게 하기 위해 1 시간 동안 교반시킨다. 내마모제 및 산화방지제는 60°C 에서 교반시키면서 용기에 첨가된다. 약 1 시간 후, 얻어진 오일을 의도된 용기 내로 분배할 수 있다.
고온 오일의 조성:
표 1 은 고온 오일의 조성 및 첨가된 폴리이소부틸렌의 양에 대한 함수로서, 오일의 완전한 증발 후의 오일 잔류물의 재용해도를 나타낸다.
Ex. 1 | Ex. 2 | Ex. 3 | Ex. 4 | Ex. 5 | Ex. 6 | Ex. 7 | |
완전히 수소화된 폴리이소부틸렌 | 24.41 | 22.0 | 19.53 | 17.1 | 14.63 | 12.2 | 9.76 |
C10 분지형 트리멜리틱 에스테르(1) | 71.52 | 73.91 | 76.35 | 78.76 | 81.2 | 83.61 | 86.02 |
분지형 트리멜리틱 에스테르(2) | 0.72 | 0.74 | 0.77 | 0.79 | 0.82 | 0.84 | 0.87 |
점도 40°C mm2/s | 426.8 | 375.5 | 328.7 | 292.7 | 259 | 228.8 | 202.8 |
72 h/250°C 후 잔류물의 용해도 | 4 | 3 | 3 | 2 | 1 | 1 | 1 |
(바니쉬) | (바니쉬) | (바니쉬) |
4 = 완전 증발 후 바로 용해되는 잔류물
3 = 완전 증발 후 쉽게 용해되는 잔류물
2 = 완전 증발 후 부분적으로 용해되는 잔류물
1 = 완전 증발 후 용해되지 않는 잔류물
모든 수치는 중량에 의한 % 이다. 100 wt% 의 균형은 첨가제, 특히 아민성 및/또는 페놀성 산화방지제, 부식방지첨가제, 내마모성 첨가제 EP/AW, 금속 비활성제의 첨가에 의해 구성된다.
이 결과는 40°C 에서 292.7 mm²/s 의 동점도까지, 완전한 증발 후에 생성된 잔류물이 신선한 오일을 사용하여 재용해될 수 있음을 보여준다. 실시예1 에 따른 조성물은 점도 및 재용해도면에서 가장 우수한 특성을 보여준다.
이하의 실시예 8 내지 10은 비교예 1 내지 3과 비교하여, 상이한 성분 a)가 오일로서 사용될 때 용해도와 관련한 본 발명의 식품등급 고온 오일의 우수한 특성을 나타낸다.
실시예
8 내지 10
오일의 조성(모든 수치는 wt% 로 표시)
발명의 실시예 8 | 비교예 1 | |
트리멜리테이트 1 | 70.0 | 52.65 |
트리멜리테이트 2 | 0.7 | 44.0 |
수소화된 PIB | 25.95 | 0.0 |
아민성 산화방지제 | 0.5 | 0.5 |
페놀성 산화방지제 | 1.5 | 1.5 |
내마모성 첨가제 EP/WA | 1.0 | 1.0 |
부식방지제 | 0.25 | 0.25 |
금속 비활성제 | 0.1 | 0.1 |
용해도 | 매우 우수(4) | 나쁨(1) |
발명의 실시예 9 | 비교예 2 | |
트리멜리테이트 1 | 0.0 | 52.65 |
트리멜리테이트 2 | 0.0 | 44.0 |
알킬화된 나프탈렌 | 70.65 | 0.0 |
수소화된 PIB | 26.0 | 0.0 |
아민성 산화방지제 | 0.5 | 0.5 |
페놀성 산화방지제 | 1.5 | 1.5 |
내마모성 첨가제 EP/WA | 1.0 | 1.0 |
부식방지제 | 0.25 | 0.25 |
금속 비활성제 | 0.1 | 0.1 |
용해도 | 매우 우수(4) | 나쁨(1) |
발명의 실시예 10 | 비교예 3 | |
트리멜리테이트 1 | 0.0 | 52.65 |
트리멜리테이트 2 | 0.0 | 44.0 |
에스톨라이드 1 | 40.4 | 0.0 |
에스톨라이드 2 | 23.25 | 0.0 |
수소화된 PIB | 33.00 | 0.0 |
아민성 산화방지제 | 0.5 | 0.5 |
페놀성 산화방지제 | 1.5 | 1.5 |
내마모성 첨가제 EP/WA | 1.0 | 1.0 |
부식방지제 | 0.25 | 0.25 |
금속 비활성제 | 0.1 | 0.1 |
용해도 | 매우 우수(4) | 나쁨(1) |
표 5는 하기에서 본 발명의 식품등급 고온 그리스에 대한 예시적인 설명을 제공한다.
Ex. 11 | Ex. 12 | Ex. 13 | Ex. 14 | Ex. 15 | Ex. 16 | |
트리멜리테이트 1 | 46.3 | 0.0 | 46.3 | 39.0 | 46.3 | 46.3 |
트리멜리테이트 2 | 17.1 | 0.0 | 17.1 | 20.0 | 17.7 | 17.7 |
에스톨라이드 1 | 0.0 | 38.4 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
에스톨라이드 2 | 0.0 | 25.6 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
알킬화된 나프탈렌 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
완전히 수소화된 PIB | 25.0 | 25.0 | 25.0 | 25.0 | 25.0 | 25.0 |
산화방지제 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
증점제 | 10.6 | 10.0 | 10.6 | 15.0 | 10.0 | 10.0 |
재용해성을 알아내기 위해, 샘플을 250°C 에서 72 시간 동안 컨디셔닝(conditioning)했다. 잔류물은 그리스 표본의 각각의 베이스 오일를 사용하여 재용해되었다. 모든 실시예에서 재용해도는 우수했다.
실시예 11 내지 16에서 사용된 증점제는 복합 Li(Ex. 11 및 12), 복합 Al(Ex. 13), 벤토나이트(Ex. 14), 단순 Ca(Ex. 15), 단순 Li(Ex. 16), 및 요소(Ex. 17).
[표 5 계속]
또한, 2 개의 상이한 온도 (220°C/120 h) 및 (220°C/120 h) 에서 완전한 증발 후에 오일 잔류물의 재용해도는 2 개의 트리멜리틱 에스테르 (1) 및 (2)의 혼합비의 함수로서 조사되었다. 완전히 수소화된 PIB의 농도는 25 wt% 로 일정하게 유지되었다. 놀랍게도, 두 온도 모두에서 재용해도는 2 개의 트리멜리틱 에스테르의 혼합비에 의존한다는 것이 밝혀졌다. 0.02의 혼합비, 즉 이소-C10 에스테르에 비해 이소-C13 트리멜리틱 에스테르가 높은 비를 가질 때, 잔류물은 신선한 오일로 재용해되지 않으나, 이소-C10 트리멜리틱 에스테르의 양이 많아짐에 따라 용해도가 현저히 증가하고, 이는 그림 1로부터 알 수 있다. 포화점(saturation point)은 1:1의 혼합비에 도달한다. 그 값은 표 6 에 나와있다.
비율 iso-C10/iso-C13 |
완전한 증발(aging) 후의 잔류물의 용해도 | |
250℃/72h | 220℃/120h | |
0.02 | 1 | 1 |
0.33 | 2 | 3 |
1.00 | 3 | 4 |
2.97 | 3 | 4 |
87.12 | 3 | 4 |
4 = 완전 증발 후 바로 용해되는 잔류물
3 = 완전 증발 후 쉽게 용해되는 잔류물
2 = 완전 증발 후 부분적으로 용해되는 잔류물
1 = 완전 증발 후 용해되지 않는 잔류물
따라서, 잔류물의 용해도는 폴리이소부틸렌의 수소화도 뿐만 아니라 2 개의 에스테르의 혼합비에 의존한다는 것을 보여줄 수 있었다. 고온 오일의 H1 등급을 보장하기 위해서는 2 개의 에스테르가 모두 사용되어야 한다. 혼합비는 자유롭게 선택될 수 있으며, 바람직한 범위는 1:1 혼합물로부터 시작한다. 특히 바람직한 비율은 87.12(iso-C10/iso-C13) 이다.
전술한 식품등급 고온 오일 및 고온 그리스는 또한 윤활제에 부과된 요건과 유사한 제한을 받는 윤활장치를 위해 사용될 수 있다. 여기에는 화장품 및 제약 산업 및 동물 사료 산업 또한 포함된다.
식품 산업에 있어서, 본 발명의 고온 윤활제는 식품 산업에서 유압 오일로서, 식품 가공용 윤활처리장치, 식품 산업에서의 운반 체인 및 제어 체인, 및 시리얼, 밀가루, 및 동물 사료 공정을 위한 장치에도 사용될 수 있으며, 베이킹 오븐에도 사용될 수 있다.
특정 응용 분야의 경우, 스프레이 형태로의 사용이 유리하다.
Claims (7)
- a) 트리멜리트산 트리(iso-C10) 에스테르(1) 및 트리멜리트산 트리(iso-C13)에스테르(2)의 혼합물 ((1) 내지 (2)의 혼합비는 99:1 내지 1:99 임), 알킬방향족 화합물, 및 에스톨라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 오일 93.9 내지 45 wt%;
b) 수소화된 폴리이소부틸렌, 완전히 수소화된 폴리이소부틸렌, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체 6 내지 45 wt%; 및
c) 부식방지첨가제, 산화방지제, 내마모첨가제, 자외선안정제, 무기 고체윤활제, 및 유기 고체윤활제로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제 0.1 내지 5 wt%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품등급 고온 오일.
- a) 트리멜리트산 트리(iso-C10)에스테르(1) 및 트리멜리트산 트리(iso-C13)에스테르의 혼합물 ((1) 내지 (2)의 혼합비는 99:1 내지 1:99 임), 알킬방향족 화합물, 및 에스톨라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 오일 91.9 내지 30 wt%;
b) 수소화된 폴리이소부틸렌, 완전히 수소화된 폴리이소부틸렌, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체 6 내지 45 wt%;
c) 부식방지첨가제, 산화방지제, 내마모첨가제, 자외선안정제, 무기 고체윤활제, 및 유기 고체윤활제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제 0.1 내지 5 wt%; 및
d) 증점제 2 내지 20 wt%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품등급 고온 그리스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알킬방향족 화합물이 지방족으로 치환된 나프탈렌인 것을 특징으로 하는 고온 오일 또는 고온 그리스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성분 a)는 추가의 식품등급 오일로서 미네랄 오일, 지방족 카르복실 및 디카르복실 에스테르, 지방산 트리글리세리드, 및 폴리-알파-올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 오일 또는 고온 그리스.
- 제2항에 있어서, 상기 성분 d)는 요소, 알루미늄 복합비누, 주기율표의 제1 및 제2 전형원소의 단순 금속비누, 주기율표 제1 및 제2 전형원소의 금속 복합비누, 벤토나이트, 설포네이트, 실리케이트, 에어로실, 폴리이미드, PTFE 및 상기 언급된 증점제들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고온 그리스.
- 식품 산업에서의 유압 오일로서의 식품 가공용 윤활처리장치용, 운반 체인 및 제어 체인용, 시리얼, 밀가루, 및 동물 사료의 공정 장치용, 및 베이킹 오븐 장치용으로 사용하기 위한 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 따른 고온 오일 및/또는 고온 그리스의 용도.
- 스프레이 형태의 오일로서의 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 따른 고온 오일의 용도.
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