WO2021154004A1 - 합성식물유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압 작동유 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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이동춘
권영욱
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Definitions

  • the present invention relates to a synthetic vegetable oil, an environmentally friendly flame-retardant hydraulic oil composition comprising the same, and a method for preparing the same.
  • the present invention synthesizes glycerin-ester by using glycerin and fatty acid derived from vegetable oil, but is further improved and developed compared to the existing prior art, so that the hydraulic oil (lubricating oil) Glycerin ester and glycerin ester by anhydrous washing process to not only dramatically improve the problems that occur in the process of use, but also to expand the application area as a hydraulic oil and guarantee the extension of the service life, and to satisfy the tool life and energy reduction. It relates to a manufacturing process for providing a hydraulic oil comprising the same.
  • the present invention is to solve the above problems, and by using a plant-derived fatty acid and glycerin, a glycerin-ester system capable of synthesizing an environmentally friendly vegetable glycerin-ester by a synthesis process excluding the water washing process without using a catalyst To provide a method for manufacturing a lubricating base oil.
  • the present invention uses an environmentally friendly vegetable glycerin-ester obtained by the method for producing a glycerin-ester-based lube base oil according to the present invention. It is to provide a method for producing a flame-retardant hydraulic oil composition, which has good chemical properties and has an energy-saving effect even in the operation of equipment.
  • the present invention in order to solve the above problems, is a synthetic process that does not use a catalyst and excludes a water washing process using plant-derived fatty acids and glycerin. To provide a lubricating base oil.
  • the present invention by using the environmentally friendly vegetable glycerin-ester according to the present invention, is not only environmentally friendly and flame retardant, but also biodegradable by microorganisms, so it has good affinity for the human body and excellent physical properties, so that it can be used in industrial fields as well. Energy saving effect, tool life extension, equipment operation efficiency increase, and equipment consumable replacement cycle are also reduced in operation of equipment, as well as reduced fire risk due to flame retardancy, which can contribute to substantial cost reduction and respond to carbon emission regulations. It is to provide an environmentally friendly-flame retardant hydraulic oil composition.
  • the step of introducing a raw material containing fatty acids and a raw material containing glycerin into a reactor and a reaction temperature of 100 ° C to 350 ° C in the reaction and an inert gas atmosphere in the glycerin-ester It relates to a method for producing a glycerin-ester-based lubricating base oil, comprising the step of synthesizing, which is a catalyst-free and anhydrous washing process.
  • the reaction temperature has a plurality of temperature sections, and the input amount of the inert gas is 10 liters to 1000 liters per minute based on 10000 liters of the synthesis amount, and may be adjusted according to the temperature range there is.
  • the reaction temperature is increased to a temperature of 50 °C when 50% of the free fatty acid content (FFA) is reduced, and the gas input amount is 50 when the free fatty acid content (FFA) is reduced by 50% % or more.
  • the step of synthesizing the glycerin-ester may be terminating the synthesis when the free fatty acid content (FFA) is 1.0 or less or 0.5 or less.
  • FFA free fatty acid content
  • the reaction temperature is at least one of a first temperature section of 100 °C to 180 °C, a second temperature section of 200 °C to 230 °C, and a third temperature section of 250 °C to 350 °C. may include.
  • the input amount of the inert gas is, based on the synthesis amount of 10000 liters, a first input amount of 10 liters to 50 liters per minute, a second input amount of 50 liters to 150 liters, and 150 liters to 1000 liters per minute It may include at least one of the third input amounts.
  • the step of performing the synthesis process may be performed at normal pressure (760 mmHg) to reduced pressure (360 mmHg) pressure.
  • the raw material containing the fatty acid may be extracted from natural vegetable oil and include at least one of fatty acids having 10 to 22 carbon atoms.
  • the mass ratio of the first fatty acid to the remaining fatty acids in the raw material including the fatty acid may be 99:1 to 1:99 or 99:1 to 75:25.
  • the raw material containing the fatty acid may include 75 wt% or more of the unsaturated fatty acid among the raw material containing the fatty acid.
  • the raw material including the fatty acid may include 20 wt% or less of the polyunsaturated fatty acid among the raw material including the fatty acid.
  • the raw material containing the fatty acid contains 75% by weight or more of the raw material containing the fatty acid, an unsaturated fatty acid having 18 carbon atoms, or 20% by weight or less of a polyunsaturated fatty acid having 18 carbon atoms.
  • the raw material containing the fatty acid contains 75% by weight or more of the raw material containing the fatty acid, an unsaturated fatty acid having 18 carbon atoms, or 20% by weight or less of a polyunsaturated fatty acid having 18 carbon atoms.
  • the glycerin-ester may be represented by the following formula (1).
  • R 1 , R 2 and R 3 are each a saturated or unsaturated fatty acid residue having 8 to 20 carbon atoms.
  • the steps of synthesizing a glycerin-ester using the method for producing a glycerin-ester-based lubricating base oil according to the present invention and preparing a hydraulic oil composition by blending the glycerin-ester and a flame retardant additive It relates to a method for producing a flame-retardant hydraulic oil composition comprising:
  • the flame-retardant additive may be included in an amount of 0.01 wt% to 10.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil.
  • the flame-retardant additive is a phosphorus-based or halogen-based flame-retardant additive
  • the phosphorus-based or halogen-based flame-retardant additive is, tricresyl phosphate (Tricresyl Phosphate), tributyl phosphate (Tributyl Phosphate), tris ( ⁇ -chloroethyl) phosphate (Tris ( ⁇ -chloroethyl) Phosphate), tris ( ⁇ -chloropropyl) phosphate (Tris ( ⁇ -chloropropyl) Phosphate), tris (dichloropropyl) phosphate (Tris (dichloropropyl) Phosphate), trioctyl Phosphate (Trioctyl Phosphate), Triphenyl Phosphate (Triphenyl Phosphate), Octyl diphenyl P
  • the flame-retardant hydraulic oil further comprises one or more functional additives prepared from the group consisting of antioxidants, load-bearing and wear-resistance improvers, thickeners, corrosion inhibitors, and defoamers, and the additives include Each or all may be included in 0.1 wt% to 10 wt% of the flame-retardant hydraulic oil.
  • the kinematic viscosity (40 °C) of the flame-retardant hydraulic fluid may be in the range of 10 mm 2 /sec to 200 mm 2 /sec.
  • the glycerin-ester-based lube base oil includes two or more kinds, and when two or more kinds are included, the mass ratio of one glycerin-ester base oil to the other glycerin-ester base oil may be 90: 10 to 75: 25 or 90: 10 to 50: 50.
  • extracted from natural vegetable oil and containing glycerin-ester formed by the reaction of glycerin with a raw material containing at least one fatty acid among fatty acids having 10 to 22 carbon atoms, glycerin-ester-based lube base oil it's about
  • the glycerin-ester-based lubricating base oil is prepared by reacting the raw material containing the fatty acid and the glycerin in a non-catalytic condition at a reaction temperature of 100° C. to 350° C. and an inert gas atmosphere, and anhydrous It may be obtained by three processes.
  • the mass ratio of the first fatty acid to the remaining fatty acids in the raw material including the fatty acid may be 99:1 to 1:99 or 99:1 to 75:25.
  • the raw material containing the fatty acid has a kinematic viscosity of 20 mm 2 / sec or less.
  • a fatty acid mass ratio of 10 to 12 carbon atoms is 75 wt% or more and the mass ratio of fatty acids having 18 to 20 carbon atoms for synthesizing a high-viscosity glycerin-ester-based raw material having a kinematic viscosity of 30 mm 2 /sec or more may be 70 wt% or more.
  • the raw material including the fatty acid may include a monounsaturated fatty acid in 75 wt% or more of the raw material including the fatty acid.
  • the raw material including the fatty acid may include 20 wt% or less of the polyunsaturated fatty acid among the raw material including the fatty acid.
  • the raw material containing the fatty acid includes 75% by weight or more of the raw material containing the fatty acid monounsaturated fatty acid having 18 carbon atoms or 20% by weight or less of the polyunsaturated fatty acid having 18 carbon atoms. may include.
  • the glycerin-ester base oil may have a free fatty acid (FFA, %) content of 1.0 or less or 0.5 or less.
  • the glycerin-ester-based lubricating base oil may have a kinematic viscosity (40° C.) of 10 mm 2 /sec to 1000 mm 2 /sec.
  • the glycerin-ester may be represented by the following formula (1).
  • R 1 , R 2 and R 3 are each a saturated or unsaturated fatty acid residue having 8 to 20 carbon atoms.
  • glycerin-ester-based lubricating base oil glycerin-ester-based lubricating base oil; and a flame retardant additive, wherein the glycerin-ester-based lubricating base oil is extracted from natural vegetable oil and formed by the reaction of glycerin with a raw material containing at least one fatty acid among fatty acids having 10 to 22 carbon atoms and glycerin-ester containing It relates to an environmentally friendly-flame retardant hydraulic oil composition.
  • the glycerin-ester-based lube base oil includes two or more kinds, and when two or more kinds are included, one glycerin-ester base oil to the other glycerin-ester base oil
  • the mass ratio may be 90:10 to 75:25 or 90:10 to 50:50.
  • the kinematic viscosity of the flame-retardant hydraulic oil composition (40 °C, 10 mm / sec to 200 mm / sec may be one.
  • the flame-retardant additive may be included in an amount of 0.01 wt% to 10 wt% of the flame-retardant hydraulic oil composition.
  • the flame-retardant additive is a phosphorus-based or halogen-based flame-retardant additive
  • the phosphorus-based or halogen-based flame-retardant additive is, tricresyl phosphate (Tricresyl Phosphate), tributyl phosphate (Tributyl Phosphate), tris ( ⁇ chloroethyl) phosphate (Tris ( ⁇ Phosphate), tris ( ⁇ chloropropyl) phosphate (Tris ( ⁇ Phosphate), tris (dichloropropyl) phosphate (Tris (dichloropropyl) Phosphate), trioctyl phosphate (Trioctyl Phosphate), triphenyl phosphate ( Triphenyl Phosphate), octyl diphenyl phosphate (Octyl diphenyl Phosphate), tris
  • it may further include at least one selected from the group consisting of antioxidants, load-bearing and wear-resistance improvers, thickening and viscosity index improvers, pour point depressants, and corrosion inhibitors.
  • the antioxidant may be included in an amount of 0.1% to 7% by weight of the flame-retardant hydraulic oil composition.
  • the antioxidant is at least one selected from the group consisting of a phenylnaphthylamine-based compound, an aromatic amine-based compound, a phenol-based compound, a phosphoric acid ester-based compound, a metal salt of a phosphoric acid ester, and a sulfur-based compound.
  • a phenylnaphthylamine-based compound an aromatic amine-based compound, a phenol-based compound, a phosphoric acid ester-based compound, a metal salt of a phosphoric acid ester, and a sulfur-based compound.
  • the thickening and viscosity index improver is included in 0.01 wt% to 5 wt% of the flame-retardant hydraulic oil composition, and the thickening and viscosity index improver is an olefin copolymer, polybutene, poly It may include at least one selected from the group consisting of isobutylene, polymethacrylate, polyacrylate and ethylenepropylene copolymer.
  • the molecular weight (Mw) of the thickening and viscosity index improver may be 300 to 10000.
  • the load-bearing and anti-wear additive is included in an amount of 0.01% to 7% by weight of the environment-friendly-flammable hydraulic oil composition, and the load-bearing and anti-wear additive is It may include an amine salt-based compound of a phosphoric acid ester represented by Chemical Formula 2.
  • R is hydrogen or an alkyl or aryl hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms
  • X is hydrogen or a hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms
  • n is an integer of 1 to 10.
  • the present invention provides a method for producing a glycerin-ester-based lubricating base oil by a catalyst-free and anhydrous washing process, wherein the production method is an environmentally friendly base oil by synthesizing a synthetic vegetable oil without a residual catalyst or residual alkali substance. And it can provide a hydraulic oil including the same. Furthermore, the present invention can provide an environmentally friendly hydraulic oil composition excellent in flame retardancy (low risk of fire), lubricity, thermal/oxidative stability and other physical properties using a glycerin-ester lubricating base oil.
  • the present invention provides an environmentally friendly base oil by synthesizing a synthetic vegetable oil with a very small amount or no residual catalyst or residual alkali material by a catalyst-free and anhydrous washing process, and uses the glycerin-ester base oil to provide a flame retardant (low risk of fire), lubricity, thermal/oxidative stability and other excellent properties of an environment-friendly hydraulic oil composition can be provided.
  • the present invention provides a good affinity for the human body because hydraulic oil used for equipment is biodegradable by microorganisms, and it is possible to reduce the amount of electricity consumed while the equipment is running, so that it is a stable help to carbon credit. It is possible to provide a flame-retardant hydraulic oil composition that is excellent not only in cost reduction due to energy reduction but also in operation of equipment, and dramatically reduces the risk of fire by imparting flame retardancy.
  • FIG. 1 shows the measurement results of SRV friction coefficients of hydraulic hydraulic oil, mineral oil-based hydraulic oil, and commercially available hydraulic hydraulic oil manufactured in Examples of the present invention, according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2a shows the flame retardancy comparison results according to the spray fire test of the hydraulic oil composition prepared in the example according to the present invention.
  • Figure 2b shows the flame retardant results according to the spray fire test of commercially available mineral oil-based hydraulic oil.
  • FIG 3 shows, according to an embodiment of the present invention, electricity consumption measurement results according to the use of the hydraulic hydraulic oil composition prepared in the embodiment of the present invention and commercially available mineral oil-based hydraulic oil.
  • the present invention relates to a method for producing a glycerin-ester-based lube base oil, and more specifically, to a glycerin-ester-based lube base oil of fatty acids by a non-catalyst and no-wash process using fatty acid extracted from natural vegetable oil and glycerin. To provide a manufacturing method.
  • the method for producing the glycerin-ester-based lube base oil comprises the steps of introducing a raw material containing a fatty acid and a raw material containing glycerin into a reactor, and synthesizing a glycerin-ester in the reaction may include steps.
  • glycerin in the raw material containing glycerin is a material generally known in the art, for example, obtained as a by-product in various industrial processes such as biodiesel production or It can be applied to various sales ranging from cosmetics and pharmaceuticals.
  • glycerin may have a purity of 95% or more for excellent synthesis results.
  • the fatty acid in the raw material containing the fatty acid is extracted from natural vegetable oil, and may include one or more of fatty acids having 10 to 22 carbon atoms.
  • the fatty acids include saturated and/or unsaturated (monounsaturated and polyunsaturated) fatty acids, and the unsaturated fatty acids may include cis and/or trans unsaturated fatty acids.
  • the unsaturated fatty acid among the fatty acids may be applied without limitation as long as it can provide a glycerin-ester-based lubricating base oil, for example, pentadecanoic acid, arachidonic acid, myristic acid.
  • Omega-9 fatty acids such as oleic acid (monounsaturated omega-9 fatty acid), eicosenoic acid (monounsaturated omega-9 fatty acid), and erucic acid (monounsaturated omega-9 fatty acid) -9 fatty acids);
  • Arachidonic acid polyunsaturated omega-6
  • eicosenoic acid omega-6 fatty acid, Eicosatrienoic acid, 11,14,17-Eicosatrienoic acid
  • Linoleic acid polyunsaturated omega-6 fatty acid
  • Omega-6 fatty acids such as (Linoelaidic acid, omega-6 trans fatty acid); and omega-7 fatty acids (monounsaturated); and the like.
  • the raw material containing the fatty acid may include all of the fatty acids having 10 to 22 carbon atoms alone or in combination in order to obtain various kinematic viscosity grades for use as a lubricating base oil. That is, the raw material containing the fatty acid and the raw material containing glycerin, in order to obtain the desired kinematic viscosity of the lubricating base oil, the content ratio of glycerin and fatty acid and/or the type and/or composition of the fatty acid (for example, alone or mixed) can be added into the reactor by controlling the
  • the mass ratio of the first fatty acid to the remaining fatty acids is 99: 1 to 1: 99; 99:1 to 75:25; or 90:10 to 80:20.
  • a fatty acid mass ratio of 10 to 12 carbon atoms may include 75 wt% or more, and high viscosity glycerin having a kinematic viscosity of 30 mm 2 /sec or more -
  • the mass ratio of fatty acids having 18 to 20 carbon atoms may include 70 wt% or more.
  • the raw material containing the fatty acid is 75 wt% or more or 75 wt% to 80 wt% of the raw material containing the fatty acid in order to maintain stability against heat and oxidation and to provide a lubricating base oil with excellent quality. It may contain a monounsaturated fatty acid in weight % or a polyunsaturated fatty acid in an amount of 20% by weight or less or 15% by weight or less of the raw material containing the fatty acid.
  • fatty acids having 18 carbon atoms (oleic acid and linoleic acid) may be used as the fatty acid in order to obtain a lubricating base oil of low price and the most efficient quality. At this time, the total amount of fatty acids having 18 carbon atoms is adjusted to exceed 90%, but in order to maintain stability against heat and oxidation, the content of linoleic acid may be 15% or less.
  • the glycerin to the raw material including the fatty acid may be introduced into the reactor in a ratio (mass ratio) of 9.5: 90.5 to 16.0: 84.
  • a raw material containing glycerin and a raw material containing the fatty acid are added into a reactor, and a reaction of 100° C. to 350° C. in the reaction
  • the step of synthesizing the glycerin-ester may be performed at temperature and in an inert gas atmosphere.
  • the inert gas includes at least one selected from the group consisting of helium (He), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), neon (Ne), and xenon (Xe), and nitrogen versus the remaining gas in the composition of the mixed gas may be supplied at a flow rate (or input amount) of 1:1 to 1:0.1.
  • the inert gas may be filled or flowed into the reactor prior to the input of raw materials, and may be continuously supplied into the reactor during synthesis.
  • the input amount of the inert gas is 10 liters to 1000 liters per minute based on the synthesis amount of 10000 liters, and may be adjusted according to the temperature range shown below.
  • the synthesis may proceed by setting a plurality of temperature sections in order to improve the yield of the lubricating base oil and reduce the synthesis time, and the amount of inert gas may be adjusted according to the plurality of temperature sections.
  • the plurality of temperature rise sections may be determined by checking the degree of synthesis progress, and the degree of synthesis may be determined by the free fatty acid content (FFA).
  • the reaction temperature is 10 °C or more when 50% of the free fatty acid content (FFA) is reduced; 30°C or higher; 50°C or higher; Preferably, the temperature is raised to 50 °C, and the gas input amount can be increased to 50% or more when the free fatty acid content (FFA) is reduced by 50%.
  • the synthesis may be terminated when the free fatty acid content (FFA) is 1.0 or less or 0.5 or less.
  • the reaction temperature may include at least one of a first temperature section of 100 °C to 180 °C, a second temperature section of 200 °C to 230 °C, and a third temperature section of 250 °C to 350 °C.
  • the input amount of the inert gas may be at least one of a first input amount of 10 to 50 liters per minute, a second input amount of 50 liters to 150 liters, and a third input amount of 150 liters to 1000 liters per minute based on a synthetic amount of 10000 liters may include.
  • the step of performing the synthesis process may be performed at normal pressure (760 mmHg) to reduced pressure (350 mmHg).
  • the free fatty acid content (FFA) of the glycerin-ester base oil may be 1.0 or less or 0.5 or less, and the kinematic viscosity is 10 mm2/sec or more or 10 mm2/sec to 200 mm2/sec.
  • the glycerin-ester-based lubricating base oil may include a glycerin-ester in the form of a triglyceride represented by Chemical Formula 1 below.
  • R 1 , R 2 and R 3 each represent a saturated or unsaturated fatty acid residue having 8 to 20 carbon atoms.
  • the present invention may provide a method for producing a flame-retardant hydraulic oil composition using the glycerin-ester-based lubricating base oil or the glycerin-ester-based lubricating base oil according to the present invention. That is, the manufacturing method of the flame-retardant hydraulic oil composition is decomposable by microorganisms, and glycerin-ester based lubricating base oil using vegetable oil that emphasizes affinity for people and equipment or glycerin-ester by non-catalyst and anhydrous washing process An environmentally friendly and flame-retardant hydraulic oil composition can be provided by using a method for producing a lubricating base oil.
  • the method for preparing the flame-retardant hydraulic oil composition comprises the steps of synthesizing the glycerin-ester according to the present invention and mixing the glycerin-ester-based lubricating base oil and the flame-retardant additive to prepare a hydraulic oil composition may include steps.
  • the glycerin-ester-based lubricating base oil in the step of preparing the hydraulic oil composition, may be included alone or in a mixed configuration of two or more kinds, and when the two or more kinds are included, one A mass ratio of the glycerin-ester base oil to the remaining glycerin-ester base oil may be 90:10 to 75:25 or 90:10 to 50:50.
  • the mass ratio range it is possible to provide a more efficient environment-friendly flame-retardant hydraulic oil by improving the quality and biodegradability of the flame-retardant hydraulic oil.
  • the flame-retardant additive may be included in 0.01 wt% to 10.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil, and when included within the range, the flame-retardant can be improved more smoothly by improving the fire risk It is desirable to be able to respond to
  • the flame retardant additive is a phosphorus-based or halogen-based flame retardant additive, for example, tricresyl phosphate (Tricresyl Phosphate), tributyl phosphate (Tributyl Phosphate), tris ( ⁇ -chloroethyl) phosphate (Tris ( ⁇ -chloroethyl) Phosphate) ), tris ( ⁇ -chloropropyl) phosphate (Tris ( ⁇ -chloropropyl) Phosphate), tris (dichloropropyl) phosphate (Tris (dichloropropyl) Phosphate), trioctyl phosphate (Trioctyl Phosphate), triphenyl phosphate (Triphenyl Phosphate), Octyl diphenyl phosphate (Octyl diphenyl Phosphate), tris (isopropylphenyl) phosphate (Tris
  • one or more functional additives prepared from the group consisting of antioxidants, load-bearing and abrasion-resistance improvers, thickeners, corrosion inhibitors, and defoamers may be further added in the step of manufacturing hydraulic oil.
  • the functional additive may be included in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% of the flame-retardant hydraulic oil, individually or as a whole.
  • the content of the additive may be added in an appropriate amount in consideration of the occurrence of deterioration, discoloration, biodegradability, viscosity drop, etc.
  • the antioxidant is at least one selected from the group consisting of aromatic amines such as phenylnaphthylamine and alkylated diphenylamine, metal salts of phenolic, phosphoric acid esters and phosphoric acid esters (Zn-DTP) and sulfur compounds.
  • aromatic amines such as phenylnaphthylamine and alkylated diphenylamine
  • metal salts of phenolic such as phenylnaphthylamine and alkylated diphenylamine
  • Zn-DTP phosphoric acid esters
  • sulfur compounds may include, but is not limited thereto.
  • it may be a phenylnaphthylamine type.
  • the antioxidant may be included in an amount of 0.01 wt% to 10.0 wt%, preferably 0.3 wt% to 4.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil. When included within the above range, it is possible to obtain a suitable antioxidant effect, and to prevent or lower the occurrence of problems such as inhibition of environmental friendliness (biodegradability and fish toxicity) according to an increase in the amount of addition.
  • the thickener is a viscosity improving agent and a viscosity index improving agent, styrene-butadiene copolymer (Styrene-Butadien Co-polymer), styrene-hydrocarbon polymer such as styrene maleic acid ester copolymer (Styrene Hydrocarbon polymer), such as olefin copolymer, poly Butene, polyisobutylene and polymethacrylate, polyacrylate, may include at least one selected from the group consisting of ethylene propylene copolymer, but is not limited thereto.
  • the molecular weight (Mw) of the thickener may be 300 to 10000 in consideration of flame retardancy and environmental friendliness.
  • the thickener may be included in an amount of 0.01 wt% to 10.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil. When included within the above range, it is possible to provide hydraulic oil having an appropriate viscosity.
  • the anti-wear additive may include at least one of an amine salt of a phosphate ester, an aryl phosphate-based metal salt, and an additive of a sulfide, but is not limited thereto.
  • it may be an amine salt of a phosphoric acid ester.
  • the anti-wear additive may be 0.01 wt% to 7.0 wt% or 0.1 wt% to 2.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil. When included in the above range, it is possible to prevent excessive wear of cylinders, pumps, etc. while hydraulic equipment is operating, thereby improving the life of the equipment and reducing the occurrence of overheating due to wear.
  • corrosion inhibitors (Azole-based non-ferrous corrosion inhibitors, succinic ester type iron-based corrosion inhibitors, sulfonate-based corrosion inhibitors, etc.), antifoaming agents (silicon type ), alcohol type, amine type, antifoaming agents such as polymethacrylate) and other modifiers may be further added, and their content may be an appropriate content and It may be added in consideration of the combination between each component.
  • the present invention relates to a glycerin-ester-based lube base oil, and according to an embodiment of the present invention, the glycerin-ester-based lube base oil is a fatty acid (Fatty Acid) and glycerin (Glycerin) extracted from natural vegetable oil. and a fatty acid glycerin-ester-based lube base oil obtained by an anhydrous washing process.
  • the glycerin-ester-based lube base oil is a fatty acid (Fatty Acid) and glycerin (Glycerin) extracted from natural vegetable oil.
  • a fatty acid glycerin-ester-based lube base oil obtained by an anhydrous washing process.
  • glycerin-ester in the method for producing the glycerin-ester-based lube base oil, glycerin-ester is synthesized as a synthetic vegetable oil using glycerin and fatty acids derived from vegetable oil, and hydraulic oil (lubricating oil) Glycerin ester by non-catalyst and anhydrous washing process to not only dramatically improve the problems that occur in the process of using a hydraulic oil, but also to expand the application area as a hydraulic fluid and at the same time ensure the extension of the service life, and to satisfy the tool life and energy reduction.
  • hydraulic oil lubricating oil
  • the method for producing the glycerin-ester-based lube base oil comprises the steps of introducing a raw material containing a fatty acid and a raw material containing glycerin into a reactor, and synthesizing a glycerin-ester in the reaction may include steps.
  • glycerin in the raw material containing glycerin is a material generally known in the technical field of the present invention, for example, obtained as a by-product in various industrial processes, such as the production of biodiesel. It can be applied to various sales, ranging from cosmetics to pharmaceuticals.
  • glycerin may have a purity of 95% or more for excellent synthesis results.
  • the fatty acid in the raw material containing the fatty acid is extracted from natural vegetable oil, and may include one or more of fatty acids having 10 to 22 carbon atoms.
  • the fatty acids include saturated and/or unsaturated (monounsaturated and polyunsaturated) fatty acids, and the unsaturated fatty acids may include cis and/or trans unsaturated fatty acids.
  • the unsaturated fatty acid among the fatty acids may be applied without limitation as long as it can provide a glycerin-ester-based lubricating base oil, for example, pentadecanoic acid, arachidonic acid, myristic acid.
  • Omega-9 fatty acids such as oleic acid (monounsaturated omega-9 fatty acid), eicosenoic acid (monounsaturated omega-9 fatty acid), and erucic acid (monounsaturated omega-9 fatty acid) -9 fatty acids);
  • Arachidonic acid polyunsaturated omega-6
  • eicosenoic acid omega-6 fatty acid, Eicosatrienoic acid, 11,14,17-Eicosatrienoic acid
  • Linoleic acid polyunsaturated omega-6 fatty acid
  • Omega-6 fatty acids such as (Linoelaidic acid, omega-6 trans fatty acid); and omega-7 fatty acids (monounsaturated); and the like.
  • the raw material containing the fatty acid may include all of the fatty acids having 10 to 22 carbon atoms alone or in combination in order to obtain various kinematic viscosity grades for use as a lubricating base oil. That is, the raw material containing the fatty acid and the raw material containing glycerin, in order to obtain the desired kinematic viscosity of the lubricating base oil, the content ratio of glycerin and fatty acid and/or the type and/or composition of the fatty acid (for example, alone or mixed) can be added into the reactor by controlling the
  • the mass ratio of the first fatty acid to the remaining fatty acids is 99: 1 to 1: 99; 99:1 to 75:25; or 90:10 to 80:20.
  • a fatty acid mass ratio of 10 to 12 carbon atoms may include 75 wt% or more, and high viscosity glycerin having a kinematic viscosity of 30 mm 2 /sec or more -
  • the mass ratio of fatty acids having 18 to 20 carbon atoms may include 70 wt% or more.
  • the raw material containing the fatty acid is 75 wt% or more or 75 wt% to 80 wt% of the raw material containing the fatty acid in order to maintain stability against heat and oxidation and to provide a lubricating base oil with excellent quality. It may contain a monounsaturated fatty acid in weight % or a polyunsaturated fatty acid in an amount of 20% by weight or less or 15% by weight or less of the raw material containing the fatty acid.
  • fatty acids having 18 carbon atoms (oleic acid and linoleic acid) may be used as the fatty acid in order to obtain a lubricating base oil of low price and the most efficient quality. In this case, the total amount of fatty acids having 18 carbon atoms is adjusted to exceed 90%, but the content of linoleic acid may be 15% or less in order to maintain stability against heat and oxidation.
  • the glycerin to the raw material including the fatty acid may be introduced into the reactor in a ratio (mass ratio) of 9.5: 90.5 to 16.0: 84.
  • a raw material containing glycerin and a raw material containing the fatty acid are added into a reactor, and a reaction of 100° C. to 350° C. in the reaction
  • the step of synthesizing the glycerin-ester may be performed at temperature and in an inert gas atmosphere.
  • the inert gas includes at least one selected from the group consisting of helium (He), nitrogen (N 2 ), argon (Ar), neon (Ne), and xenon (Xe), and nitrogen versus the remaining gas in the composition of the mixed gas may be supplied at a flow rate (or input amount) of 1:1 to 1:0.1.
  • the inert gas may be filled or flowed into the reactor prior to the input of raw materials, and may be continuously supplied into the reactor during synthesis.
  • the input amount of the inert gas is 10 liters to 1000 liters per minute based on the synthesis amount of 10000 liters, and may be adjusted according to the temperature range shown below.
  • the synthesis may proceed by setting a plurality of temperature sections in order to improve the yield of the lubricating base oil and reduce the synthesis time, and the amount of inert gas may be adjusted according to the plurality of temperature sections.
  • the plurality of temperature rise sections may be determined by checking the degree of synthesis progress, and the degree of synthesis may be determined by the free fatty acid content (FFA).
  • the reaction temperature is 10 °C or more when 50% of the free fatty acid content (FFA) is reduced; 30°C or higher; 50 ° C or higher; Preferably, the temperature is raised to 50 °C, and the gas input amount may be increased to 50% or more when 50% of the free fatty acid content (FFA) is reduced.
  • the synthesis may be terminated when the free fatty acid content (FFA, %) is 1.0 or less or 0.5 or less.
  • the reaction temperature may include at least one of a first temperature section of 100 °C to 180 °C, a second temperature section of 200 °C to 230 °C, and a third temperature section of 250 °C to 350 °C.
  • the input amount of the inert gas may be at least one of a first input amount of 10 to 50 liters per minute, a second input amount of 50 liters to 150 liters, and a third input amount of 150 liters to 1000 liters per minute based on a synthetic amount of 10000 liters may include.
  • the step of performing the synthesis process may be performed at normal pressure (760 mmHg) to reduced pressure (350 mmHg).
  • the free fatty acid content (FFA, %) of the glycerin-ester base oil may be 1.0 or less or 0.5 or less, and the kinematic viscosity is 10 mm 2 /sec or more or 10 mm 2 /sec to 200 mm 2 / can be sec.
  • the glycerin-ester-based lubricating base oil may include a glycerin-ester in the form of a triglyceride represented by Chemical Formula 1 below.
  • R 1 , R 2 and R 3 each represent a saturated or unsaturated fatty acid residue having 8 to 20 carbon atoms.
  • the present invention relates to a flame-retardant hydraulic oil composition
  • a glycerin-ester-based lubricating base oil according to the present invention.
  • a glycerin-ester-based lube base oil made from vegetable oils that can be decomposed by microorganisms and emphasized affinity for people and equipment or a glycerin-ester-based lube base oil produced by a non-catalyst and anhydrous washing process, and biodegradation by microorganisms
  • it has an energy saving effect both in the industrial field and in the operation of equipment, extends the tool life, increases the efficiency of equipment operation, reduces the replacement cycle of equipment consumables, and provides flame retardancy This can reduce the fire risk.
  • the flame-retardant hydraulic oil composition includes a glycerin-ester base oil and a flame retardant additive, and may further include a functional additive.
  • the glycerin-ester-based lube base oil may be included alone or as a mixture of two or more kinds, and when the two or more kinds are included, one glycerin-ester base oil versus the other.
  • the mass ratio of the glycerin-ester base oil may be 90:10 to 75:25 or 90:10 to 50:50. When included in the mass ratio range, it is possible to provide a more efficient environment-friendly type-flame retardant hydraulic oil composition by improving the quality and biodegradability of the flame-retardant hydraulic oil composition.
  • the glycerin-ester-based lubricating base oil may include at least 50% by weight of the flame-retardant hydraulic oil composition; 60% by weight or more; 80% by weight or more; at least 90% by weight; Or 90% by weight to less than 100% by weight may be included.
  • the flame-retardant additive may be included in 0.01 wt% to 10.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil composition, and when included within the above range, it is possible to more smoothly respond to the fire risk by improving the flame retardancy. desirable.
  • the flame-retardant additive is a phosphorus-based or halogen-based flame retardant additive, and the phosphorus-based or halogen-based flame-retardant additive is, ), tris ( ⁇ chloropropyl) phosphate (Tris ( ⁇ Phosphate), tris (dichloropropyl) phosphate (Tris (dichloropropyl) Phosphate), trioctyl phosphate (Trioctyl Phosphate), triphenyl phosphate (Triphenyl Phosphate), octyl diphenyl phosphate ( Octyl diphenyl Phosphate), tris (isopropylphenyl) phosphate (Tris (Isopropylphenyl) Phosphate) and tributoxyethyl phosphate (Tributoxyethyl Phosphate) may include at least one selected from the group consisting of, but is not limited thereto
  • the functional additive may include at least one selected from the group consisting of flame retardant additives, antioxidants, load and wear resistance improvers, thickeners and viscosity index improvers, corrosion inhibitors and other modifiers. there is.
  • the functional additive may be included in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% of the flame-retardant hydraulic oil composition, individually or as a whole.
  • the content of the additive is an appropriate content in consideration of the occurrence of deterioration of environmental friendliness (biodegradability and fish toxicity), deterioration of hydraulic oil quality, discoloration, and drop in viscosity due to an appropriate combination with glycerin-ester base oil and additives. may be added.
  • the antioxidant may be included in an amount of 0.1 wt% to 7.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil.
  • the effect is small, and if it exceeds 7.0 parts by weight, the anti-oxidation effect can be expected, but problems such as discoloration of the oil and deterioration of the flame retardant effect may be raised.
  • the antioxidant power of the antioxidant it can be confirmed from the experimental results that the more the electron resonance hybrid structure is formed, the better the antioxidant power is.
  • the antioxidant phenylnaphthylamine-based, alkylated diphenylamine, N-isopropyl-N'-phenyl-1,4-phenylenediamine (N-phenyl-N'-isopropyl-P-phenylenediamine), aromatic amines such as N,N'-di-2-naphthyl-2-phenylenediamine; hydroquinones such as mono-tert-butylhydroquinone; Bisphenol 2,2'-Methylene-bis-(4-methyl-6-tert-butylphenol) (Bisphenol 2,2'-Metylen-Bis-(4-methyl-6-Tert-Butylphenol)), 4,4- Butylidenebis (6-tert-butyl-3-methylphenol) (4,4-butylidenebis (6-tert-butyl-3-methylphenol), BHT (3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxytoluene) Pheno
  • the thickener and viscosity index improver may be included in an amount of 0.01 wt% to 5.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil.
  • the thickener and the viscosity index improver are a viscosity improver and a viscosity index improver, and styrene-butadiene copolymer (Styrene-Butadien Co-polymer), styrene-hydrocarbon polymer such as styrene maleic acid ester copolymer (Styrene Hydrocarbon polymer), etc. It may include at least one selected from the group consisting of copolymer, polybutene, polyisobutylene and polymethacrylate, polyacrylate, and ethylenepropylene copolymer, but is not limited thereto.
  • the molecular weight (Mw) of the thickener and viscosity index improver may be 300 to 10000 in consideration of flame retardancy and environmental friendliness. When included within the above range, it is possible to provide a hydraulic oil composition having an appropriate viscosity.
  • the load-bearing and anti-wear additive may be included in an amount of 0.01 wt% to 7.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil composition.
  • the load-bearing and anti-wear additive may be included in an amount of 0.01 wt% to 7.0 wt% of the flame-retardant hydraulic oil composition.
  • the load-bearing and anti-wear additive may include at least one of an amine salt of a phosphoric acid ester, an aryl phosphate-based additive, a metal salt of a phosphoric acid ester, and an additive of a sulfide, but is not limited thereto.
  • it may be an amine salt of a phosphoric acid ester.
  • the load-bearing and abrasion-resistance additive has the best effect of the amine salt type (Formula 2) of the neutralized phosphate ester, and the metal salt of the phosphate ester, the allylic phosphate ester and the sulfide additive can be used in combination. effect can be shown.
  • the compound of Formula 2 has a total acid number (Total Acid Number, mgKOH/g, TAN, ASTM D664) of 50 or more; 100 or more; or 200 or more.
  • R is hydrogen or an alkyl or aryl hydrocarbon compound having 1 to 10 carbon atoms
  • X is hydrogen or a hydrocarbon having 1 to 4 carbon atoms
  • n is an integer of 1 to 10.
  • corrosion inhibitors (Azole-based non-ferrous corrosion inhibitors, succinic ester-type iron-based corrosion inhibitors, sulfonate-based corrosion inhibitors, etc.), antifoaming agents (silicon type ), alcohol type, amine type, antifoaming agent such as polymethacrylate), pour point depressant (other than polymethacrylate type) and other modifiers may be further added, and their content Unless departing from the object of the present invention, it may be added in consideration of an appropriate content and a combination between each component.
  • glycerin (16% by weight) and fatty acid having 10 carbon atoms (84% by weight) were introduced into a reactor filled with an inert gas, and a temperature of 100 ° C. to 260 ° C. and 10 liters to 400 liters of inert gas were introduced for 7 hours to The reaction proceeded for 12 hours.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity, iodine value and color of the obtained product were measured and shown in Table 1.
  • glycerin (15 wt%) and fatty acid (85 wt%) having 10 carbon atoms + 12 carbon atoms (85 wt%) were applied, and a temperature of 100 ° C to 260 ° C and 10 liters to 400 liters of inert gas were added while inputting for 7 hours to 12 hours.
  • the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity, iodine value and color of the obtained product were measured and shown in Table 1.
  • glycerin (10% by weight) and fatty acid (90% by weight) having 18 carbon atoms + 22 carbon atoms (90% by weight) were applied, and a temperature of 100°C to 350°C and 10 liters to 500 liters of inert gas were added while inputting for 6 hours to 10 hours.
  • the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity, iodine value and color of the obtained product were measured and shown in Table 1.
  • glycerin (9.5% by weight) and fatty acid having 22 carbon atoms (90.5% by weight) were applied, and the reaction was carried out for 6 hours to 10 hours while introducing a temperature of 100 ° C. to 350 ° C. and 10 to 500 liters of inert gas. .
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity, iodine value and color of the obtained product were measured and shown in Table 1.
  • glycerin (10.5% by weight) and a mixture of 10 to 22 carbon atoms (89.5% by weight) were applied, and the reaction was carried out for 6 to 12 hours while introducing a temperature of 100 °C to 350 °C and 10 to 700 liters of inert gas. did.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity, iodine value and color of the obtained product were measured and shown in Table 1.
  • glycerin (10.5% by weight) and a mixture of 10 to 22 carbon atoms (89.5% by weight) were applied, and the reaction was carried out for 6 hours to 10 hours while introducing a temperature of 100 ° C to 350 ° C and 10 liters to 1000 liters of inert gas. proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity, iodine value and color of the obtained product were measured and shown in Table 1.
  • a hydraulic oil composition was prepared by mixing the glycerin-ester base oil prepared in Example 1, additives, and other additives according to components and content (unit: parts by weight). The physical properties and performance of the prepared hydraulic oil composition were measured and shown in Table 2.
  • the lubricating base oil was selected in consideration of the viscosity grade of hydraulic oil, and the test equipment and test method used for each performance evaluation are as follows.
  • Tester Rotating Bomb Type Oxidation Stability Tester
  • Test Method ASTM D2272
  • Tester Shell type 4-ball tester (1200rpm, 40 kg/cm2), Test method: ASTM D 2266
  • Tester Shell type 4-ball tester (1760rpm, kg/cm2), Test method: ASTM 2596
  • Tester SRV Test (1mm, 200N, 40°C, 50Hz)
  • Fig. 1 shows a comparison of the SRV (1mm, 200N, 40°C, 50Hz) friction coefficients of hydraulic oil and mineral oil-based hydraulic oil.
  • Mineral and synthetic hydraulic fluids are wear-resistant hydraulic fluids available in the general market.
  • the hydraulic oil conforms to the International Viscosity Standards (ISO VG) 46 and 68 manufactured with API standard Group II lubricating base oil.
  • ISO VG International Viscosity Standards
  • the hydraulic oil to which the plant-based lubricating base oil according to the present invention is applied obtained good results in flash point, viscosity index and oxidation stability, and SRV test (friction, wear, vibration) for hydraulic oil. very excellent results were obtained, and it corresponds to very excellent and stable results compared to the general mineral oil-based hydraulic fluid presented in FIG. 1 .
  • Eco-friendly hydraulic oil according to the present invention can be expected to be more stable and energy-saving when applied to actual industrial equipment
  • the present invention is biodegradable by microorganisms and has good affinity for the human body, as well as excellent physical properties. It is possible to reduce the replacement cycle of equipment consumables, as well as reduce the risk of fire as it is flame retardant, so it can contribute to substantial cost reduction and provide hydraulic oil (lubricating oil) that can respond to carbon emission regulations.
  • a synthetic vegetable oil (glycerin-ester) was prepared as follows.
  • Glycerin (16.0% by weight) and a mixed fatty acid (84% by weight) of 36 total carbon atoms (10 to 14 carbon atoms) are applied, and a temperature of 100° C. to 300° C. and 10 to 700 liters of inert gas are added for 6 hours to 12 hours. The reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • Glycerin (15.0% by weight) and a mixed fatty acid (85% by weight) having a total carbon number of 42 (10 to 16 carbon atoms) are applied, and a temperature of 100°C to 300°C and 10 to 700 liters of inert gas are added for 6 hours to 12 hours. while the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • Glycerin 14.5% by weight
  • a mixed fatty acid 85.5% by weight
  • 48 total carbon atoms 14 to 18 carbon atoms
  • a temperature of 100°C to 300°C and 10 to 700 liters of inert gas are added while inputting 6 hours to 12 hours. while the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • Glycerin 13.5% by weight
  • a mixed fatty acid 86.5% by weight
  • 50 total carbon atoms 14 to 18 carbon atoms
  • a temperature of 100° C. to 300° C. and 10 to 700 liters of inert gas are added while inputting 6 hours to 12 hours. while the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • Glycerin 13.5% by weight
  • a mixed fatty acid 86.5% by weight
  • 50 total carbon atoms 14 to 18 carbon atoms
  • a temperature of 100° C. to 300° C. and 10 to 700 liters of inert gas are added while inputting 6 hours to 12 hours. while the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • Glycerin (12.5% by weight) and mixed fatty acid (87.5% by weight) of 54 total carbon atoms (14 to 22 carbon atoms) are applied, and a temperature of 100° C. to 320° C. and 10 to 700 liters of inert gas are added for 6 hours to 12 hours. while the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • Glycerin (12.0% by weight) and mixed fatty acids (88.0% by weight) of 54 total carbon atoms (14 to 22 carbon atoms) are applied, and a temperature of 100° C. to 320° C. and 10 to 700 liters of inert gas are added for 6 hours to 12 hours. while the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • Glycerin 11.0% by weight
  • mixed fatty acid 89.0% by weight
  • 54 total carbon atoms 14 to 22 carbon atoms
  • a temperature of 100° C. to 350° C. and 10 to 1000 liters of inert gas are added while inputting 6 hours to 12 hours. while the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • Glycerin (10.0% by weight) and a mixed fatty acid (90.0% by weight) of total carbon number of 60 (16 to 22 carbon atoms) are applied, and a temperature of 100°C to 350°C and 10 to 1000 liters of inert gas are added while inputting 6 hours to 12 hours while the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • Glycerin (9.5% by weight) and a mixed fatty acid (90.5% by weight) of 66 total carbon atoms (18 to 22 carbon atoms) are applied, and a temperature of 100° C. to 350° C. and 10 to 1000 liters of inert gas are added for 6 hours to 12 hours. while the reaction proceeded.
  • the free fatty acid (FFA), kinematic viscosity and iodine values of the obtained product were measured and shown in Table 4.
  • a flame-retardant hydraulic oil composition was prepared by using the synthetic vegetable oil (glycerin-ester) of Table 4 as a lubricating base oil, and mixing a flame retardant additive (Table 5), an antioxidant (Table 6), and a load-bearing and abrasion-resistant additive (Table 7). Specific compositions are shown in Tables 8 to 9.
  • the synthetic vegetable oil (glycerin-ester) according to the present invention is mixed with a lubricating base oil, a flame retardant additive, an antioxidant paper, a thickener and a viscosity index improver, a load-bearing and abrasion resistance improver, a corrosion inhibitor, a pour point depressant and others.
  • Eco-friendly flame-retardant hydraulic fluid manufactured by adding a modifier obtained excellent results in fish toxicity (water flea test) test, and excellent flame retardancy performance, SRV test (friction, abrasion, vibration) Shell for hydraulic fluid
  • SRV test flame retardancy, abrasion, vibration
  • the environmentally friendly-flammable hydraulic oil according to the present invention did not burn, but mineral oil-based hydraulic oil could confirm the occurrence of explosive fires.
  • the environmentally friendly-flame retardant hydraulic oil according to the present invention can reduce electricity consumption by an average of 7.12% compared to petroleum-based hydraulic oil.
  • This is an environment-friendly-flammable hydraulic oil according to the present invention is more stable and energy-saving can be expected when applied to actual industrial equipment.
  • Eco-friendly type for hydraulic oil used in equipment means that it is possible to reduce not only the environmental friendliness standards for biodegradability and fish toxicity, but also the electricity consumed while the equipment is running, so that it can be a stable help to carbon credits. Although necessary, there was no case that reported the actual evaluation results for the reduction of electricity consumption in the reported hydraulic fluid.
  • the synthetic vegetable oil hydraulic oil according to the present invention is applied to an industrial site, the amount of power consumed is compared with the conventional mineral oil-based wear-resistant hydraulic oil (ISO VG 46 of ISO-L-HM regulations), an average of 7.12% saving effect can be obtained (FIG. 3), which shows that it is possible to provide a hydraulic fluid capable of actively coping with energy reduction and ensuring stable operation of equipment according to the present invention.
  • the present invention uses a synthetic vegetable oil (glycerin-ester) by a non-catalyst and anhydrous washing process using fatty acids and glycerin, and a lubricating additive that has been further improved and developed compared to the existing prior art, for example, a flame retardant additive, oxidation An inhibitor, load-bearing and abrasion-resistance improvers, thickeners and viscosity index improvers, pour point depressants, corrosion inhibitors and other modifiers may be blended to provide a hydraulic fluid composition.
  • a synthetic vegetable oil glycol-ester
  • a lubricating additive that has been further improved and developed compared to the existing prior art, for example, a flame retardant additive, oxidation An inhibitor, load-bearing and abrasion-resistance improvers, thickeners and viscosity index improvers, pour point depressants, corrosion inhibitors and other modifiers may be blended to provide a hydraulic fluid composition.
  • the hydraulic oil composition not only contributes to substantial cost reduction due to energy reduction by reducing carbon emission by reducing power consumption in the process of using hydraulic oil (lubricating oil), but also expands the application area as a hydraulic oil and extends service life at the same time and can dramatically reduce the risk of fire by verifying flame retardancy.
  • the present invention not only actively copes with the emphasis on compatibility with the natural environment and people required in the process of industrial development, energy reduction measures, and guarantee of stable operation of equipment, but also reduces the risk of fire by giving flame retardancy, as well as Since it can compete with mineral oil-based lubricants in price, it can contribute to substantial cost reduction.

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Abstract

본 발명은, 합성식물유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압 작동유 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 무촉매 및 무수세 공정인, 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법, 상기 방법으로 획득한 합성식물유인 글리세린-에스테르계 윤활기유 및 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유를 포함하는 난연성(자체 소화기능을 갖는) 및 윤활성이 우수하여 광유계 윤활유대비 7~8%의 전기 소모량 감소가 가능한 환경친화형-난연성 유압 작동유 조성물을 제공하는 것이다.

Description

합성식물유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압 작동유 조성물 및 그 제조방법
본 발명은, 합성식물유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압 작동유 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
산업의 발전 과정에서 자연환경과 사람에 대한 친화성의 강조와 에너지 저감 대책 및 장비의 안정된 구동의 보장은 필수조건이 될 수밖에 없기에, 이러한 조건에 보다 능동적으로 대처할 수 있는 윤활유의 보급을 요구하고 있다. 하지만, 석유 정제물이 다량 사용되는(광유형 윤활유) 윤활유 산업(특히, 유압작동유)에서는 매우 어려운 과제일 수 있다. 그 동안 국내 및 국외에서 발명된 식물유를 기반으로 한 윤활유 및 글리세린-에스테르(Glycerine-Ester)를 이용한 발명들이 보고되었다. 단, 이들 발명은 식물유 자체를 이용하거나(한국공개특허공보 제1996-0029441호), 다양한 알코올과 지방산을 이용하되 촉매 합성법 후 수세처리까지 연결된다(미국특허 제6551523호).
식물유 자체를 이용한 윤활유에서 가장 어려움이 있는 사항은식물유가 가지고 있는 높은 불포화 탄화수소 함량에 따른 열과 산화에 대한 안정도 결함을 극복하지 못한다는 것이고, 불포화 탄화수소 함량을 조정한다 하더라도 종래의 에스테르 합성법에 따른 촉매의 사용 및 알칼리 물질로의 수세 처리는 미량의잔류물(촉매, 알칼리 물질)이 남는 것이 일반적이므로 가수분해 안정성 결함과 이물질 형성의매우 큰 악영향을 초래하기에 식물유 자체를 이용한 친환경 윤활유의 한계사항 발생으로 상용성이 크지 않다.
이에, 본 발명은, 식물유에서 유래한 글리세린(Glycerin)과 지방산(Fatty acid)을 이용하여 글리세린-에스테르(Glycerin-Ester)를 합성하되 기존 종래 기술에 비하여 한층 개선되고 발전시켜 유압작동유(윤활유)의 사용 과정에서 발생되는 문제점들을 획기적으로 개선할 뿐만 아니라, 유압작동유로서의 적용 영역의 확대와 동시에 사용수명의 연장을 보장하며 공구 수명과 에너지저감까지 만족하기 위한 무촉매, 무수세 공정에 의한 글리세린 에스테르 및 이를 포함하는 유압작동유를 제공하기 위한 제조 공정에 관한 것이다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 식물 유래 지방산과 글리세린을 이용하여 촉매를 사용하지 않으면서 수세 공정도 배제한 합성 공정으로 환경친화적인 식물성 글리세린-에스테르를 합성할 수 있는, 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법에 의해 획득한 환경친화적인 식물성 글리세린-에스테르를 이용하여 환경친화형 및 난연성일 뿐 아니라, 미생물에 의한 생분해가 가능하여 인체에 대한 친화성이 좋고, 설비의 구동에서도 에너지 절감 효과를 갖는, 난연성 유압작동유 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 식물 유래 지방산과 글리세린을 이용하여 촉매를 사용하지 않으면서 수세 공정도 배제한 합성 공정으로 환경친화적인 합성 식물유인, 글리세린-에스테르를 포함하는, 글리세린-에스테르계 윤활기유를 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 환경친화적인 식물성 글리세린-에스테르를 이용하여 환경친화적이고 난연성일 뿐 아니라, 미생물에 의한 생분해가 가능하여 인체에 대한 친화성이 좋고, 물성도 우수하여 산업현장에 있어서 물론 설비의 구동에서도 에너지 절감 효과와, 공구 수명의 연장, 장비 구동의 효율성 증가와 장비 소모품 교체 주기의 감소는 물론 난연성이라 화재위험이 적으므로 실질적인 원가절감에 기여할 수 있고, 탄소량 배출 규제에 대응할 수 있는 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 지방산을 포함하는 원료 물질 및 글리세린을 포함하는 원료 물질을 반응기에 투입하는 단계 및 상기 반응 내에서 100 ℃ 내지 350 ℃의 반응 온도 및 비활성 가스 분위기에서 글리세린-에스테르를 합성하는 단계를 포함하고, 무촉매 및 무수세 공정인, 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 반응 온도는, 복수 개의 온도 구간을 갖고, 상기 비활성 가스의 투입량은 합성량 10000 리터 기준으로 분당 10 리터 내지 1000 리터이고, 상기 온도 구간에 따라 조절되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 반응온도는, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 50 ℃의 온도로 상승되고, 상기 가스 투입량은, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 50 % 이상으로 증량하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 유리지방산 함량(FFA)이 1.0 이하 또는 0.5 이하인 경우에 합성을 종료하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 반응 온도는, 100 ℃ 내지 180 ℃의 제1 온도 구간, 200 ℃ 내지 230 ℃의 제2 온도 구간 및 250 ℃ 내지 350 ℃의 제3 온도 구간 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 비활성 가스의 투입량은, 합성량 10000 리터를 기준으로 분당 10 리터 내지 50 리터의 제1 투입량, 50 리터 내지 150 리터의 제2 투입량 및 150 리터 내지 1000 리터의 제3 투입량 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 합성 공정을 진행하는 단계는, 상압(760mmHg) 내지 감압(360mmHg) 압력에서 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질에서 제1 지방산 대 나머지 지방산의 질량비는, 99 : 1 내지 1 : 99 또는 99 : 1 내지 75 : 25인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 20 중량% 이하의 다불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 탄소수 18의 불포화 지방산을 포함하거나 20 중량% 이하의 탄소수 18의 다불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르는, 하기의 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000001
(여기서, R 1, R 2 및 R 3는, 각각, 탄소수 8 내지 20의 포화 또는 불포화 지방산잔기이다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법을 이용하여 글리세린-에스테르를 합성하는 단계 및 상기 글리세린-에스테르 및 난연성 첨가제를 배합하여 유압작동유 조성물을 제조하는 단계를 포함하는, 난연성 유압작동유 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 첨가제는, 상기 난연성 유압작동유 중 0.01 중량% 내지 10.0 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 첨가제는, 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제이며, 상기 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제는, 트리크레실 포스페이트(Tricresyl Phosphate), 트리부틸 포스페이트(Tributyl Phosphate), 트리스(β-클로로에틸) 포스페이트(Tris(β-chloroethyl) Phosphate), 트리스(β-클로로프로필) 포스페이트(Tris(β-chloropropyl) Phosphate), 트리스(디클로로프로필) 포스페이트(Tris(dichloropropyl) Phosphate), 트리옥틸 포스페이트(Trioctyl Phosphate), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phosphate), 옥틸 디페닐 포스페이트(Octyl diphenyl Phosphate), 트리스(이소프로필페닐) 포스페이트(Tris(Isopropylphenyl)Phosphate) 및 트리부톡시에틸 포스페이트(Tributoxyethyl Phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 유압작동유는, 산화방지제, 내하중 및 내마모 향상제, 증점제, 부식방지제 및 소포제로 이루어진 군으로부터 제조된 1종 이상의 기능성 첨가제를 더 포함하고, 상기 첨가제는 각각 또는 전체로 상기 난연성 유압작동유 중 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 유압작동유의 동점도(40 ℃)가 10 ㎟/sec 내지 200 ㎟/sec인 것일 수 있다.
본 발명의일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는 2종 이상을 포함하고, 2종 이상을 포함할 경우에, 하나의 글리세린-에스테르계 윤활기유 대 나머지 글리세린-에스테르계 윤활기유의 질량비는, 90 : 10 내지 75 : 25 또는 90 : 10 내지 50 : 50인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하는, 글리세린-에스테르계 윤활기유에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 100 ℃내지 350 ℃의 반응 온도 및 비활성 가스 분위기에서 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 및 상기 글리세린을 무촉매 조건에서 반응시키고, 무수세 공정으로 획득된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질에서 제1 지방산 대 나머지 지방산의 질량비는, 99 : 1 내지 1 : 99 또는 99 : 1 내지 75 : 25인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 동점도가 20 ㎟/초 이하의 저점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 10 내지 12의 지방산 질량비가 75 중량% 이상이고, 동점도가 30 ㎟/초 이상의 고점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위한 탄소수 18 내지 20의 지방산 질량비가 70 중량% 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 단일 불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 20 중량% 이하의 다불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 탄소수 18의 단일 불포화 지방산을 포함하거나 20 중량% 이하의 탄소수 18의 다불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 유리지방산(FFA, %) 함량이 1.0 이하 또는 0.5 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 동점도(40 ℃)가 10 ㎟/sec 내지 1000 ㎟/sec인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르는, 하기의 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000002
(여기서, R 1, R 2 및 R 3는, 각각, 탄소수 8 내지 20의 포화 또는 불포화지방산 잔기이다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 글리세린-에스테르계 윤활기유; 및 난연성 첨가제를 포함하고, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하는 것인, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 2종 이상을 포함하고, 2종 이상을 포함할 경우에, 하나의 글리세린-에스테르계 윤활기유 대 나머지 글리세린-에스테르계 윤활기유의 질량비는, 90 : 10 내지 75 : 25 또는 90 : 10 내지 50 : 50인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 유압작동유 조성물의 동점도(40 ℃는, 10 ㎟/sec 내지 200 ㎟/sec인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 첨가제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 첨가제는, 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제이며, 상기 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제는, 트리크레실 포스페이트(Tricresyl Phosphate), 트리부틸 포스페이트(Tributyl Phosphate), 트리스(β클로로에틸) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(β클로로프로필) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(디클로로프로필) 포스페이트(Tris(dichloropropyl) Phosphate), 트리옥틸 포스페이트(Trioctyl Phosphate), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phosphate), 옥틸 디페닐 포스페이트(Octyl diphenyl Phosphate), 트리스(이소프로필페닐) 포스페이트(Tris(Isopropylphenyl)Phosphate) 및 트리부톡시에틸 포스페이트(Tributoxyethyl Phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 산화방지제, 내하중 및 내마모 향상제, 증점 및 점도지수 향상제, 유동점 강하제 및 부식방지제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화방지제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.1 중량% 내지 7 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화방지제는, 페닐나프틸아민계 화합물, 아로마틱 아민계 화합물, 페놀계 화합물, 인산에스테르계 화합물, 인산 에스테르의 금속염 및 황계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 증점 및 점도지수 향상제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%로 포함되고, 상기 증점 및 점도지수 향상제는, 올레핀 공중합체, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 및 에틸렌프로필렌공중합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 증점 및 점도지수 향상제의 분자량(Mw)은 300 내지 10000인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 상기 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 7 중량%로 포함되고, 상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 하기의 화학식 2로 표현되는 인산에스테르의 아민염계 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000003
(상기 화학식 2에서, R은 수소 또는 탄수 1 내지 10 알킬 또는 아릴형 탄화수소이며, X는 수소 또는 탄수 1 내지 4의 탄화수소이며, n은 1 내지 10의 정수이다.)
본 발명은, 무촉매 및 무수세 공정에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조 방법을 제공하고, 상기 제조 방법은, 잔류 촉매나 잔류 알칼리 물질이 전혀 없는 합성계 식물성 유지를 합성하여 환경친화적인 유활기유 및 이를 포함하는 유압작동유를 제공할 수 있다. 더욱이, 본 발명은, 글리세린-에스테르계 윤활기유를 사용하여 난연성(화재에 대하여 위험성이 적음), 윤활성, 열·산화안정성 및 기타 물성이 우수한 환경친화형 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은, 무촉매 및 무수세 공정에 의해 잔류 촉매나 잔류 알칼리 물질이 극소량 또는 전혀 없는 합성계 식물성 유지를 합성하여 환경친화적인 유활기유를 제공하고, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유를 사용하여 난연성(화재에 대하여 위험성이 적음), 윤활성, 열·산화안정성 및 기타 물성이 우수한 환경친화형 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은, 장비에 사용되는 유압작동유가 미생물에 의한 생분해가 가능하여 인체에 대한 친화성이 좋고, 장비가 구동되는 동안 소모되는 전기사용량에 대하여 감축이 가능하여 탄소배출권에 안정적인 도움이 되도록 지원하여 에너지 저감에 따른 원가절감뿐만 아니라 설비의 구동에서도 우수하며 난연성 부여로 화재위험을 획기적으로 저감시키는 난연성 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 제조된 유압작동유, 광유계 유압작동유 및 시판 유압작동유의 SRV 마찰계수의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2a는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 실시예에서 제조된 유압작동유 조성물의 분무 화재 시험에 따른 난연성 비교 결과를 나타낸 것이다.
도 2b는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 시판되는 광유계 유압작동유의 분무 화재 시험에 따른 난연성 결과를 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명의 실시예에서 제조된 유압작동유 조성물와 시판되는 광유계 유압작동유의 사용에 따른 전기 소모량 측정 결과를 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은, 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 천연 식물유에서 추출한 지방산(Fatty Acid)과 글리세린을 이용하여 무촉매 및 무 수세 공정에 의한 지방산의 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법은, 지방산을 포함하는 원료 물질 및 글리세린을 포함하는 원료 물질을 반응기에 투입하는 단계 및 상기 반응 내에서 글리세린-에스테르를 합성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린을 포함하는 원료 물질에서 글리세린은 본 발명의 기술 분야에서 일반적으로 알려진 물질이며, 예를 들어, 바이오디젤의 생산과 같이 다양한 공업적인 공정에서 부산물로서 얻어지거나 화장품 및 의약품에 이르기까지 다양한 분양에 적용될 수 있다. 상기 반응기에 투입하는 단계에서 글리세린은 우수한 합성 결과물을 위하여 95 % 이상의 순도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질에서 지방산은, 천연 식물유에서 추출된 것으로, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 지방산은, 포화 및/또는 불포화(단일 불포화 및 다불포화) 지방산을 포함하고, 상기 불포화 지방산은 시스 및/또는 트랜스 불포화 지방산을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 지방산 중 불포화 지방산은, 글리세린-에스테르계 윤활기유를 제공할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 펜타데실산(Pentadecanoic acid), 아라키돈산(Arachidonic acid), 미리스트산(Myristoleic acid), 팔미톨레산(Palmitoleic acid), 사피에닉산(Sapienic acid), 엘라이드산(Elaidic acid), 박센산(Vaccenic acid); 올레산(Oleic acid, 단일불포화 오메가-9 지방산), 에이코센산(Eicosenoic acid, 단일불포화 오메가-9 지방산), 에루스산(Erucic acid, 단일불포화 오메가-9 지방산) 등의 오메가-9-지방산(Omega-9 fatty acid); 아라키돈산(Arachidonic acid, 다불포화 오메가-6), 에이코세노산(오메가 6 지방산, Eicosatrienoic acid, 11,14,17-Eicosatrienoic acid) 리놀레산(Linoleic acid, 다불포화 오메가-6 지방산), 리놀레라이드산(Linoelaidic acid, 오메가-6 트랜스 지방산) 등의 오메가-6 지방산(Omega-6 fatty acid); 및 오메가-7 지방산(Omega-7 fatty acid, 단일 불포화); 등을 포함할 수 있다.
상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 윤활기유로 사용하기 위해 다양한 동점도(Kinematic Viscocity) 등급을 획득하기 위해서 탄소수 10 내지 탄소수 22의 지방산 모두 단독 또는 혼합하여 포함할 수 있다. 즉, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 및 글리세린을 포함하는 원료물질은, 윤활기유의 원하는 동점도를 얻기 위해서 글리세린 및 지방산의 함량비 및/또는 지방산의 종류 및/또는 구성(예를 들어, 단독 또는 혼합)을 조절하여 반응기 내에 투입될 수 있다.
예를 들어, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질이 2종 이상의 지방산을 포함할 경우에, 제1 지방산 대 나머지 지방산의 질량비는, 99 : 1 내지 1 : 99; 99 : 1 내지 75 : 25; 또는 90 : 10 내지 80 : 20일 수 있다. 예를 들어, 동점도가 20㎟/초 이하의 저점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 10 내지 12의 지방산 질량비가 75 중량% 이상 포함할 수 있고, 동점도가 30 ㎟/초 이상의 고점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 18 내지 20의 지방산 질량비가 70 중량% 이상 포함할 수 있다. 상기 질량비를 조절하여 열 및 산화에 대한 안정성, 윤활기유의 품질 및 제조비용 등을 개선시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 열과 산화에 대한 안정성을 유지하고, 품질이 우수한 윤활기유를 제공하기 위해서, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상 또는 75 중량% 내지 80 중량%의 단일 불포화 지방산을 포함하거나 또는 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 20 중량% 이하 또는 15 중량% 이하의 다불포화 지방산을 포함할 수 있다. 바람직하게는 가격이 저렴하고 가장 효율적인 품질의 윤활기유를 얻기 위하여 상기 지방산으로 탄소수 18개의 지방산(Oleic acid 및 Linoleic acid)을 사용할 수 있다. 이때 탄소수 18개의 지방산 총량은 90 %를 상회하도록 조정하되, 열과 산화에 대한 안정성 유지를 위하여 리놀레산(Linoleic acid) 함량은 15% 이하일 수 있다.
상기 글리세린 대 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 9.5 : 90.5 내지 16.0 : 84의 비율(질량비)로 반응기 내에 투입될 수 있다 .
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 반응기 내에 글리세린을 포함하는 원료 물질 및 상기 지방산을 포함하는 원료 물질을 투입하고, 상기 반응 내에서 100 ℃ 내지 350 ℃의 반응 온도 및 비활성 가스(Inert Gas) 분위기에서 글리세린-에스테르를 합성하는 단계를 진행할 수 있다.
상기 비활성 기체는 헬륨(He), 질소(N 2), 아르곤(Ar), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고, 혼합 가스의 구성 시 질소 대 나머지 가스는 1 : 1 내지 1 : 0.1의 흐름속도(또는, 투입량)로 공급될 수 있다. 상기 비활성 기체는 원료의 투입 이전에 반응기 내에 채워지거나 흐를 수 있고, 합성 중에서 계속적으로 반응기 내에 공급될 수 있다.
상기 비활성 가스의 투입량은 합성량 10000 리터 기준으로 분당 10 리터 내지 1000 리터이고, 하기에 제시한 온도 구간에 따라 조절될 수 있다.
상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 윤활기유의 수율 향상과 합성 시간을 줄이기 위해서 복수 개의 온도 구간을 설정하여 합성을 진행할 수 있으며, 상기 복수 개의 온도 구간에 따라 비활성 기체의 투입 양도 조절할 수 있다. 상기 복수개의 온도 상승 구간은 합성 진행 정도를 확인하여 결정하고, 상기 합성 진행 정도는 유리지방산 함량(FFA)으로 결정할 수 있다. 즉, 상기 반응온도는, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 10 ℃ 이상; 30 ℃이상; 50 ℃이상; 바람직하게는 50 ℃의 온도로 상승되고, 상기 가스 투입량은, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 50 % 이상으로 증량할 수 있다. 상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 유리지방산 함량(FFA)이 1.0 이하 또는 0.5 이하인 경우에 합성을 종료할 수 있다.
예를 들어 상기 반응 온도는, 100 ℃ 내지 180 ℃의 제1 온도 구간, 200 ℃ 내지 230 ℃의 제2 온도 구간 및 250 ℃ 내지 350 ℃의 제3 온도 구간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 비활성 가스의 투입량은, 합성량 10000 리터 기준으로 분당 10 리터 내지 50 리터의 제1 투입량, 50 리터 내지 150 리터의 제2 투입량 및 150 리터 내지 1000 리터의 제3 투입량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 합성 공정을 진행하는 단계는, 상압(760 mmHg) 내지 감압(350 mmHg) 압력에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유의 유리지방산 함량(FFA)은, 1.0 이하 또는 0.5 이하일 수 있고, 동점도는 10 ㎟/sec 이상 또는 10 ㎟/sec 내지 200 ㎟/sec 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 하기의 화학식 1로 표시되는 트리글리세라이드(Triglyceride) 형태의 글리세린-에스테르를 포함할 수 있다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000004
여기서, R 1, R 2 및 R 3는, 각각, 탄소수 8 내지 20의 포화 또는 불포화 지방산 잔기이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법 또는 글리세린-에스테르계 윤활기유를 이용하여 난연성 유압작동유 조성물의 제조방법을 제공할 수 있다. 즉, 상기 난연성 유압작동유 조성물의 제조방법은, 미생물에 의하여 분해 가능하고, 사람과 장비에 대한 친화성을 강조한 식물성 유지에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유 또는 무촉매 및 무수세 공정에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법을 이용하여 환경친화형 및 난연성 유압작동유 조성물을제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 유압작동유 조성물의 제조방법은, 본 발명에 의한 글리세린-에스테르를 합성하는 단계 및 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유 및 난연성 첨가제를 배합하여 유압작동유 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 유압작동유 조성물을 제조하는 단계에서 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 단독 또는 2종 이상의 혼합 구성으로 포함될 수 있고, 상기 2종 이상을 포함할 경우에, 하나의 글리세린-에스테르계 윤활기유 대 나머지 글리세린-에스테르계 윤활기유의 질량비는, 90 : 10 내지 75 : 25 또는 90 : 10 내지 50 : 50일 수 있다. 상기 질량비 범위 내에 포함되면 난연성 유압작동유의 품질 개선과 생분해성을 향상시켜 보다 효율적인 환경친화적인 난연성 유압작동유를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 첨가제는, 상기 난연성 첨가제는, 상기 난연성 유압작동유 중 0.01 중량% 내지 10.0 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에 포함되면 난연성의 향상으로 보다 원활하게 화재 위험에 대응할 수 있어 바람직하다.
상기 난연성 첨가제는, 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제이며, 예를 들어, 트리크레실 포스페이트(Tricresyl Phosphate), 트리부틸 포스페이트(Tributyl Phosphate), 트리스(β-클로로에틸) 포스페이트(Tris(β-chloroethyl) Phosphate), 트리스(β-클로로프로필) 포스페이트(Tris(β-chloropropyl) Phosphate), 트리스(디클로로프로필) 포스페이트(Tris(dichloropropyl) Phosphate), 트리옥틸 포스페이트(Trioctyl Phosphate), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phosphate), 옥틸 디페닐 포스페이트(Octyl diphenyl Phosphate), 트리스(이소프로필페닐) 포스페이트(Tris(Isopropylphenyl)Phosphate) 및 트리부톡시에틸 포스페이트(Tributoxyethyl Phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 유압작동유를 제조하는 단계에서 산화방지제, 내하중 및 내마모 향상제, 증점제, 부식방지제 및 소포제로 이루어진 군으로부터 제조된 1종 이상의 기능성 첨가제를 더 첨가할 수 있다.
상기 기능성 첨가제는, 각각 또는 전체로 상기 난연성 유압작동유 중 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 첨가제의 함량은, 글리세린-에스테르계 윤활기유와 적절한 조합과 첨가제에 의한 난연성 유압작동유의 품질 저하, 변색, 생분해성 저하, 점도 강하 등의 발생을 고려하여 적절한 함량으로 첨가될 수 있다.
상기 산화방지제는, 페닐나프틸아민계, 알킬레이티드 디페닐아민 등의 아로마틱 아민계, 페놀계, 인산에스테르계 및 인산 에스테르의 금속염(Zn-DTP) 및 황계화합물으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 페닐나프틸아민계일 수 있다.
상기 산화방지제는, 난연성 유압작동유 중 0.01 중량% 내지 10.0 중량%, 바람직하게는 0.3 중량% 내지 4.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 적합한 산화 방지 효과를 얻고, 첨가량의 증가에 따른 환경친화성(생분해성 및 어독성)의 저해 등의 문제가 발생되는 것을 방지 또는 낮출 수 있다.
상기 증점제는, 점도향상제 및 점도지수향상제이며, 스티렌-부타디엔 공중합체(Styrene-Butadien Co-polymer), 스티렌말레산에스테르공중합체 등의 스티렌-탄화수소 폴리머(Styrene Hydrocarbon polymer) 등의 올레핀 공중합체, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌 및 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 에틸렌프로필렌공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 증점제의 분자량(Mw)은 난연성 및 환경친화성 등을 고려하여 300 내지 10000일 수 있다. 상기 증점제는, 상기 난연성 유압작동유 중 0.01 중량% 내지 10.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 적절한 점도의 유압작동유를 제공할 수 있다.
상기 내마모 첨가제는, 인산에스테르의 아민염, 아릴 포스페이트계, 인산에스테르의 금속염, 및 황화물의 첨가제 중 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 인산에스테르의 아민염일 수 있다.
상기 내마모 첨가제는 상기 난연성 유압작동유 중 0.01 중량% 내지 7.0 중량% 또는 0.1 중량% 내지 2.0 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 유압장비가 가동되는 동안 실린더, 펌프 등의 과도한 마모를 방지하여 장비의 수명을 향상시키며 마모에 따른 과열 발생을 낮출 수 있다.
필요에 따라, 부식방지제(아조(Azole)계 비철부식방지제, 숙신 에스테르형(Succinic Ester type)의 철계 부식방지제, 술폰산염(Metal-Sulfonate) 계통의 부식방지제등), 소포제(실리콘 형(Silicon type), 알코올형(Alcohol type), 아민형(Amine type), 폴리메타아크릴레이트 등의 소포제) 및 기타 개질재 등을 더 첨가할 수 있고, 이들의 함량은 본 발명의 목적을 벗어나지 않는다면 적절한 함량 및 각 성분 간의 조합을 고려해서 첨가될 수 있다.
본 발명은, 글리세린-에스테르계 윤활기유에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 천연 식물유에서 추출한 지방산(Fatty Acid)과 글리세린(Glycerin)을 이용하여 무촉매 및 무수세 공정에 의해 획득한 지방산의 글리세린-에스테르계 윤활기유일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법은, 식물유에서 유래한 글리세린과 지방산을 이용하여 합성식물유로서 글리세린-에스테르(Glycerin-Ester)를 합성하고, 유압작동유(윤활유)의 사용 과정에서 발생되는 문제점들을 획기적으로 개선할 뿐만 아니라, 유압작동유로서의 적용 영역의 확대와 동시에 사용수명의 연장을 보장하며 공구 수명과 에너지 저감까지 만족하기 위한 무촉매 및 무수세 공정에 의한 글리세린 에스테르를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법은, 지방산을 포함하는 원료 물질 및 글리세린을 포함하는 원료 물질을 반응기에 투입하는 단계 및 상기 반응 내에서 글리세린-에스테르를 합성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린을 포함하는 원료 물질에서 글리세린은, 본 발명의 기술 분야에서 일반적으로 알려진 물질이며, 예를 들어, 바이오디젤의 생산과 같이 다양한 공업적인 공정에서 부산물로서 얻어지거나 화장품 및 의약품에 이르기까지 다양한 분양에 적용될 수 있다. 상기 반응기에 투입하는 단계에서 글리세린은 우수한 합성 결과물을 위하여 95% 이상의 순도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질에서 지방산은, 천연 식물유에서 추출된 것으로, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 지방산은, 포화 및/또는 불포화(단일 불포화 및 다불포화) 지방산을 포함하고, 상기 불포화 지방산은 시스 및/또는 트랜스 불포화 지방산을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 지방산 중 불포화 지방산은, 글리세린-에스테르계 윤활기유를 제공할 수 있는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있고, 예를 들어, 펜타데실산(Pentadecanoic acid), 아라키돈산(Arachidonic acid), 미리스트산(Myristoleic acid), 팔미톨레산(Palmitoleic acid), 사피에닉산(Sapienic acid), 엘라이드산(Elaidic acid), 박센산(Vaccenic acid); 올레산(Oleic acid, 단일불포화 오메가-9 지방산), 에이코센산(Eicosenoic acid, 단일불포화 오메가-9 지방산), 에루스산(Erucic acid, 단일불포화 오메가-9 지방산) 등의 오메가-9-지방산(Omega-9 fatty acid); 아라키돈산(Arachidonic acid, 다불포화 오메가-6), 에이코세노산(오메가 6 지방산, Eicosatrienoic acid, 11,14,17-Eicosatrienoic acid) 리놀레산(Linoleic acid, 다불포화 오메가-6 지방산), 리놀레라이드산(Linoelaidic acid, 오메가-6 트랜스 지방산) 등의 오메가-6 지방산(Omega-6 fatty acid); 및 오메가-7 지방산(Omega-7 fatty acid, 단일 불포화); 등을 포함할 수 있다.
상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 윤활기유로 사용하기 위해 다양한 동점도(Kinematic Viscocity) 등급을 획득하기 위해서 탄소수 10 내지 탄소수 22의 지방산 모두 단독 또는 혼합하여 포함할 수 있다. 즉, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 및 글리세린을 포함하는 원료물질은, 윤활기유의 원하는 동점도를 얻기 위해서 글리세린 및 지방산의 함량비 및/또는 지방산의 종류 및/또는 구성(예를 들어, 단독 또는 혼합)을 조절하여 반응기 내에 투입될 수 있다.
예를 들어, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질이 2종 이상의 지방산을 포함할 경우에, 제1 지방산 대 나머지 지방산의 질량비는, 99 : 1 내지 1 : 99; 99 : 1 내지 75 : 25; 또는 90 : 10 내지 80 : 20일 수 있다. 예를 들어, 동점도가 20 ㎟/초 이하의 저점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 10 내지 12의 지방산 질량비가 75 중량% 이상 포함할 수 있고, 동점도가 30 ㎟/초 이상의 고점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 18 내지 20의 지방산 질량비가 70 중량% 이상 포함할 수 있다. 상기 질량비를 조절하여 열 및 산화에 대한 안정성, 윤활기유의 품질 및 제조비용 등을 개선시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 열과 산화에 대한 안정성을 유지하고, 품질이 우수한 윤활기유를 제공하기 위해서, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상 또는 75 중량% 내지 80 중량%의 단일 불포화 지방산을 포함하거나 또는 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 20 중량% 이하 또는 15 중량% 이하의 다불포화 지방산을 포함할 수 있다. 바람직하게는 가격이 저렴하고 가장 효율적인 품질의 윤활기유를 얻기 위하여 상기 지방산으로 탄소수 18개의 지방산(Oleic acid 및 Linoleic acid)을 사용할 수 있다. 이때 탄소수 18개의 지방산 총량은 90 %를 상회하도록 조정하되, 열과 산화에 대한 안정성 유지를 위하여 리놀레산(Linoleic acid) 함량은 15 % 이하일 수 있다.
상기 글리세린 대 상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 9.5 : 90.5 내지 16.0 : 84의 비율(질량비)로 반응기 내에 투입될 수 있다 .
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 반응기 내에 글리세린을 포함하는 원료 물질 및 상기 지방산을 포함하는 원료 물질을 투입하고, 상기 반응 내에서 100 ℃ 내지 350 ℃의 반응 온도 및 비활성 가스(Inert Gas) 분위기에서 글리세린-에스테르를 합성하는 단계를 진행할 수 있다.
상기 비활성 기체는 헬륨(He), 질소(N 2), 아르곤(Ar), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하고, 혼합 가스의 구성 시 질소 대 나머지 가스는 1 : 1 내지 1 : 0.1의 흐름속도(또는, 투입량)로 공급될 수 있다. 상기 비활성 기체는 원료의 투입 이전에 반응기 내에 채워지거나 흐를 수 있고, 합성 중에서 계속적으로 반응기 내에 공급될 수 있다.
상기 비활성 가스의 투입량은 합성량 10000 리터 기준으로 분당 10 리터 내지 1000 리터이고, 하기에 제시한 온도 구간에 따라 조절될 수 있다.
상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 윤활기유의 수율 향상과 합성 시간을 줄이기 위해서 복수 개의 온도 구간을 설정하여 합성을 진행할 수 있으며, 상기 복수 개의 온도 구간에 따라 비활성 기체의 투입 양도 조절할 수 있다. 상기 복수개의 온도 상승 구간은 합성 진행 정도를 확인하여 결정하고, 상기 합성 진행 정도는 유리지방산 함량(FFA)으로 결정할 수 있다. 즉, 상기 반응온도는, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 10 ℃ 이상; 30 ℃ 이상; 50 ℃ 이상; 바람직하게는 50 ℃의 온도로 상승되고, 상기 가스 투입량은, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 50 % 이상으로 증량할 수 있다. 상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 유리지방산 함량(FFA, %)이 1.0 이하 또는 0.5 이하인 경우에 합성을 종료할 수 있다.
예를 들어 상기 반응 온도는, 100 ℃ 내지 180 ℃의 제1 온도 구간, 200 ℃ 내지 230 ℃의 제2 온도 구간 및 250 ℃ 내지 350 ℃의 제3 온도 구간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 비활성 가스의 투입량은, 합성량 10000 리터 기준으로 분당 10 리터 내지 50 리터의 제1 투입량, 50 리터 내지 150 리터의 제2 투입량 및 150 리터 내지 1000 리터의 제3 투입량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 합성 공정을 진행하는 단계는, 상압(760mmHg) 내지 감압(350mmHg) 압력에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유의 유리지방산 함량(FFA, %)은, 1.0 이하 또는 0.5 이하일 수 있고, 동점도는 10㎟/sec 이상 또는 10 ㎟/sec 내지 200 ㎟/sec 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 하기의 화학식 1로 표시되는 트리글리세라이드(Triglyceride) 형태의 글리세린-에스테르를 포함할 수 있다.
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여기서, R 1, R 2 및 R 3는, 각각, 탄소수 8 내지 20의 포화 또는 불포화 지방산 잔기이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유를 포함하는 난연성 유압작동유 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 유압작동유 조성물은, 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물이며, 미생물에 의하여 분해 가능하고, 사람과 장비에 대한 친화성을 강조한 식물성 유지에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유 또는 무촉매 및 무수세 공정에 의한 글리세린-에스테르계 윤활기유을 이용하고, 미생물에 의한 생분해가 가능하며 인체에 대한 친화성이 좋을 뿐 아니라, 물성도 우수하여 산업현장에 있어서 물론 설비의 구동에서도 에너지 절감 효과와, 공구 수명의 연장, 장비 구동의 효율성 증가와 장비 소모품 교체 주기의 감소는 물론 난연성이라 화재위험을 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 유압작동유 조성물은, 글리세린-에스테르계 윤활기유 및 난연성 첨가제를 포함하고, 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 단독 또는 2종 이상의 혼합 구성으로 포함될 수 있고, 상기 2종 이상을 포함할 경우에, 하나의 글리세린-에스테르계 윤활기유 대 나머지 글리세린-에스테르계 윤활기유의 질량비는, 90 : 10 내지 75 : 25 또는 90 : 10 내지 50 : 50일 수 있다. 상기 질량비 범위 내에 포함되면 난연성 유압작동유 조성물의 품질 개선과 생분해성을 향상시켜 보다 효율적인 환경친화형-난연성 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다.
상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 50 중량% 이상; 60 중량% 이상; 80 중량% 이상; 90 중량% 이상; 또는 90 중량% 내지 100 중량% 미만으로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 난연성 첨가제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 10.0 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에 포함되면 난연성의 향상으로 보다 원활하게 화재 위험에 대응할 수 있어 바람직하다.
상기 난연성 첨가제는, 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제이며, 상기 인계 또는 할로겐계 난연성 첨가제는, 　트리크레실 포스페이트(Tricresyl Phosphate), 트리부틸 포스페이트(Tributyl Phosphate), 트리스(β클로로에틸) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(β클로로프로필) 포스페이트(Tris(βPhosphate), 트리스(디클로로프로필) 포스페이트(Tris(dichloropropyl) Phosphate), 트리옥틸 포스페이트(Trioctyl Phosphate), 트리페닐 포스페이트(Triphenyl Phosphate), 옥틸 디페닐 포스페이트(Octyl diphenyl Phosphate), 트리스(이소프로필페닐) 포스페이트(Tris(Isopropylphenyl)Phosphate) 및 트리부톡시에틸 포스페이트(Tributoxyethyl Phosphate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 기능성 첨가제는, 난연성 첨가제, 산화방지제, 내하중 및 내마모 향상제, 증점 및 점도지수향상제, 부식방지제 및 기타 개질제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 기능성 첨가제는, 각각 또는 전체로 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 첨가제의 함량은, 글리세린-에스테르계 윤활기유와 적절한 조합과 첨가제에 의한 환경친화력(생분해성 및 어독성)의 저하, 유압작동유의 품질 저하, 변색, 점도 강하 등의 발생을 고려하여 적절한 함량으로 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 산화방지제는, 상기 난연성 유압작동유 중 0.1 중량% 내지 7.0 중량%로 포함되는 것일 수 있다. 일반적으로 0.5 중량부 미만에서는 효과가 작으며 7.0 중량부를 초과하는 경우 산화방지의 효과는 기대할 수 있으나, 유제의 변색 및 난연성 효과 저하 등의 문제가 제기될 수 도 있다. 상기 범위 내에 포함되면 적합한 산화 방지 효과를 얻고, 첨가량의 증가에 따른 환경친화성(생분해성 및 어독성)의 저해 등의 문제가 발생되는 것을 방지 또는 낮출 수 있다.
상기 산화방지제의 산화방지력은, 전자의 공명혼성구조(resonance hybrid)가 많이 형성될수록 산화방지력이 우수하다는 것이 실험결과로 확인될 수 있다.
상기 산화방지제는, 페닐나프틸아민계, 알킬레이티드 디페닐아민, N-이소프로필-N'-페닐-1,4-페닐렌디아민(N-phenyl-N'-isopropyl-P-phenylenediamine), N,N'-디-2-나프틸-2-페닐렌디아민(N,N'-Di-2-naphthyl-2- phenylenediamine) 등의 아로마틱 아민계; 모노 터셔리 부틸하이드로퀴논(mono-tert-butylhydroquinone) 등의 하이드로퀴논계; 비스페놀 2,2'-메틸렌-비스-(4-메틸-6-터트-부틸페놀)(Bisphenol 2,2'- Metylen-Bis-(4-methyl-6-Tert-Butylphenol)), 4,4-부틸리덴비스(6-터트-부틸-3-메틸페놀)(4,4-butylidenebis(6-tert-butyl-3-methylphenol), BHT(3, 5-di-tert-butyl-4-hydroxytoluene) 등의 페놀계; 트리스(노닐페닐)포스페이트, (Tris(nonylphenyl)phosphate) 등의 인산 에스테르계 및 인산 에스테르의 금속염(Zn-DTP); 및 디라우릴 티오디프로피오네이트(Dilauryl Thiodipropionate), 2-메르캅토벤조이미다졸, 2-메트캅토메틸 벤즈이미다졸(2-mercaptomethyl benzimidazole) 등의 황계화합물;로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 증점 및 점도지수향상제는 상기 난연성 유압작동유 중 0.01 중량% 내지 5.0 중량%로 포함되는 것일 수 있다.
상기 증점 및 점도지수향상제는, 점도향상제 및 점도지수향상제이며, 스티렌-부타디엔 공중합체(Styrene-Butadien Co-polymer), 스티렌말레산에스테르공중합체 등의 스티렌-탄화수소 폴리머(Styrene Hydrocarbon polymer) 등의 올레핀 공중합체, 폴리부텐, 폴리이소부틸렌 및 폴리메타아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 에틸렌프로필렌공중합체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 증점 및 점도지수향상제의 분자량(Mw)은 난연성 및 환경친화성 등을 고려하여 300 내지 10000일 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 적절한 점도의 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 상기 난연성 유압작동유 조성물 중 0.01 중량% 내지 7.0 중량%로 포함되는 것일 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 유압장비가 가동되는 동안 실린더, 펌프 등의 과도한 마모를 방지하여 장비의 수명을 향상시키며 마모에 따른 과열 발생을 낮출 수 있다.
상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 인산에스테르의 아민염, 아릴 포스페이트계, 인산에스테르의 금속염, 및 황화물의 첨가제 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 인산에스테르의 아민염일 수 있다.
예를 들어, 상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 중화처리된 인산에스테르의 아민염계(화학식 2)의 효과가 가장 좋으며, 인산에스테르의 금속염, 알릴계 인산에스테르 및 황화물의 첨가제를 병용할 수 있으며 상승효과를 나타낼 수 있다. 화학식 2의 화합물은 전산가(Total Acid Number, mgKOH/g, TAN, ASTM D664) 50 이상; 100 이상; 또는 200 이상일 수 있다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000006
상기 화학식 2에서, R은 수소 또는 탄수 1 내지 10 알킬 또는 아릴형 탄화수소 화합물이며, X는 수소 또는 탄수 1 내지 4의 탄화수소이며, n은 1 내지 10의 정수이다.
필요에 따라, 부식방지제(아조(Azole)계 비철부식방지제, 숙신 에스테르형(Succinic Ester type)의 철계 부식방지제, 술폰산염(Metal-Sulfonate) 계통의 부식방지제 등), 소포제(실리콘 형(Silicon type), 알코올형(Alcohol type), 아민형(Amine type), 폴리메타아크릴레이트 등의 소포제), 유동점 강하제(폴리메타아크릴레이트 type 외) 및 기타 개질재 등을 더 첨가할 수 있고, 이들의 함량은 본 발명의 목적을 벗어나지 않는다면 적절한 함량 및 각 성분 간의 조합을 고려해서 첨가될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 글리세린-에스테르(Glycerin-Ester)계 윤활기유의 합성
실시예 1-1
표 1에 따라 글리세린(16 중량%) 및 탄소수 10의 지방산(84 중량%)을 비활성 가스로 채워진 반응기 내에 투입하고, 100 ℃ 내지 260 ℃ 온도 및 10 리터 내지 400 리터 비활성 가스를 투입하면서 7 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도, 요오드 값 및 색상을 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예 1-2
표 1에 따라 글리세린(15 중량%) 및 탄소수 10 ＋ 탄소수 12의 지방산(85 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 260 ℃ 온도 및 10 리터 내지 400 리터 비활성 가스를 투입하면서 7 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도, 요오드 값 및 색상을 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예 1-3
표 1에 따라 글리세린(10 중량%) 및 탄소수 18 ＋ 탄소수 22의 지방산(90 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 리터 내지 500 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 10 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도, 요오드 값 및 색상을 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예 1-4
표 1에 따라 글리세린(9.5 중량%) 및 탄소수 22의 지방산(90.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 내지 500 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 10 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도, 요오드 값 및 색상을 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예 1-5
표 1에 따라 글리세린(10.5 중량%) 및 탄소수 10 ~ 22 혼합(89.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도, 요오드 값 및 색상을 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예 1-6
표 1에 따라 글리세린(10.5 중량%) 및 탄소수 10 ~ 22 혼합(89.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 리터 내지 1000 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 10 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도, 요오드 값 및 색상을 측정하여 표 1에 나타내었다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000007
주 1 : 윤활기유의 Total Acid Number 이며 % as Oleic으로 정의한다.
주 2 : ASTM D 1500에서 규정하는 색상 등급을 의미한다.
실시예 2: 친환경 유압작동유 제조
표 2에 제시한 바와 같이, 성분 및 함량 (단위: 중량부)에 따라 실시예 1에서 제조된 글리세린-에스테르계 윤활기유, 첨가제 및 기타 첨가제를 배합하여 유압작동유 조성물을 제조하였다. 제조된 유압작동유 조성물의 물성치 및 성능을 측정하여 표 2에 나타내었다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000008
주) 상기에서 윤활기유는 유압작동유의 점도등급을 고려하여 선택하였으며, 각각의 성능평가에 사용된 시험장비 및 시험방법은 아래와 같다.
주 1) 시험기: 회전봄브(Bomb)식 산화안정도시험기, 시험방법 : ASTM D2272
주 2) 시험기: Shell식 4구 시험기(1200rpm, 40 kg/㎠), 시험방법 : ASTM D 2266
주 3) 시험기 : Shell식 4구 시험기(1760rpm, kg/㎠), 시험방법 : ASTM 2596
주 4) 시험기 : SRV Test(1mm, 200N, 40℃, 50Hz)
(1) 실시예 2의 유압작동유와 광유계 유압작동유의 SRV 마찰계수 비교
도 1에 유압작동유와 광유계 유압작동유의 SRV(1mm, 200N, 40℃, 50Hz) 마찰계수 비교하여 나타내었다. 광유계 및 합성계 유압작동유는 일반 시중에서 구할 수 있는 내마모성 유압작동유이다. 즉, 유압작동유는 API 규격 Group II 윤활기유로 제조된 국제점도규격(ISO VG) 46 및 68에 적합한 것이다.
표 2 및 도 1을 살펴보면, 표 2에서 본 발명에 의한 식물계 윤활기유를 적용한 유압작동유는 인화점, 점도지수 및 산화안정성에서 양호한 결과를 획득하였고, 유압작동유에 대한 SRV test(마찰, 마모, 진동)에서 매우 우수한 결과를 획득하였고, 도 1에서 제시한 일반적인 광유계 유압작동유 대비 매우 우수하고 안정한 결과에 해당된다. 본 발명에 의한 친환경 유압작동유는 실제 산업 장비에 적용 시 보다 안정되고 에너지 저감 효과를 기대할 수 있다
(2) 생분해도(Biodegradable) 측정
실시예 2의 환경친화성을 확인하기 위해서 생분해도를 측정하였고, 그 결과는 표 3에 나타내었다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000009
표 3을 살펴보면, 본 발명에 의한 식물성 글리세린-에스테르계 윤활기의 적용 시 생분해성이 우수하여 친환경 유압작동유를 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은, 미생물에 의한 생분해가 가능하며 인체에 대한 친화성이 좋을 뿐 아니라, 물성도 우수하여 산업현장에 있어서 물론 설비의 구동에서도 에너지 절감 효과와, 공구 수명의 연장, 장비 구동의 효율성 증가와 장비 소모품 교체 주기의 감소는 물론 난연성이라 화재위험이 적으므로 실질적인 원가절감에 기여할 수 있고, 탄소량 배출 규제에 대응할 수 있는 유압작동유(윤활유)를 제공할 수 있다.
2. 합성예
다음과 같이 합성 식물유(글리세린-에스테르)를 준비하였다.
윤활기유 A
글리세린(16.0 중량%) 및 전체 탄소수 36(탄소수10 내지 탄소수14)의 혼합 지방산(84 중량%)를 적용하고 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
윤활기유 B
글리세린(15.0 중량%) 및 전체 탄소수 42(탄소수10 내지 탄소수16)의 혼합 지방산(85 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
윤활기유 C
글리세린(14.5 중량%) 및 전체 탄소수 48(탄소수14 내지 탄소수18)의 혼합 지방산(85.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
윤활기유 D
글리세린(13.5 중량%) 및 전체 탄소수 50(탄소수14 내지 탄소수18)의 혼합 지방산(86.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
윤활기유 E
글리세린(13.5 중량%) 및 전체 탄소수 50(탄소수14 내지 탄소수18)의 혼합 지방산(86.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 300 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
윤활기유 F
글리세린(12.5 중량%) 및 전체 탄소수 54(탄소수14 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(87.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 320 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
윤활기유 G
글리세린(12.0 중량%) 및 전체 탄소수 54(탄소수14 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(88.0 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 320 ℃ 온도 및 10 내지 700 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
윤활기유 H
글리세린(11.0 중량%) 및 전체 탄소수 54(탄소수14 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(89.0 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 내지 1000 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
윤활기유 I
글리세린(10.0 중량%) 및 전체 탄소수 60(탄소수16 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(90.0 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 내지 1000 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
윤활기유 J
글리세린(9.5 중량%) 및 전체 탄소수 66(탄소수18 내지 탄소수22)의 혼합 지방산(90.5 중량%)를 적용하고, 100 ℃ 내지 350 ℃ 온도 및 10 내지 1000 리터 비활성 가스를 투입하면서 6 시간 내지 12 시간 동안 반응을 진행하였다. 획득한 생성물의 유리 지방산(FFA), 동점도 및 요오드 값을 측정하여 표 4에 나타내었다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000010
주 1 : 윤활기유의 미반응 지방산 함량이며, "% as Oleic"으로 정의한다.
2. 첨가제의 준비
표 5 내지 표 8에 각각, 난연성 첨가제, 산화방지제 및 내하중 및 내마모성첨가제를 준비하였다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000011
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000012
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000013
실시예 3-1 내지 실시예 3-14
(1) 난연성 유압작동유 조성물의 제조
표 4의 합성 식물유(글리세린-에스테르)를 윤활기유로 사용하고, 난연성 첨가제(표 5), 산화방지제(표 6) 및 내하중 및 내마모성첨가제(표 7)를 혼합하여 난연성 유압작동유 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성은 표 8 내지 표 9에 나타내었다.
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000014
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000015
Figure PCTKR2021001135-appb-img-000016
(1) 물성평가
표 10에 따른 제조된 난연성 유압작동유 조성물의 어독성, 산화안정성, 난연성 및 윤활성 시험 조건에 따라 물성 및 성능을 측정하였으며, 그 결과는 표 8 내지 표 9에 나타내었다.
(2) 분무화재 시험 결과
고압분무점화실험-기계진흥협력회 기술연구소법(일본)에 따라 분무화재 시험을 실시하여 도 2에 나타내었다. 도 2에는 실시예 3-7과 석유계 시판 제품을 이미지로 나타내었다.
(3) 유압작동유 사용에 따른 전기 소모량 측정
실시예 3-14와 광유계 시판 제품으로 유압작동유 오일 변경 후 전기 소모량 변화를 측정하여 도 3에 나타내었다.
시험 장비: 850톤 다이캐스팅
표 9 내지 표 8을 살펴보면, 본 발명에 의한 합성 식물유(글리세린-에스테르)를 윤활기유와 난연성첨가제, 산화방제지, 증점 및 점도지수향상제, 내하중 및 내마모향상제, 부식방지제, 유동점강하제 및 기타 개질제를 첨가하여 제조한 환경친화형-난연성 유압작동유는, 어독성(물벼룩시험)시험에서 우수한 결과를 얻었으며, 탁월한 난연성 성과를 획득하였고, 유압작동유에 대한 SRV test(마찰, 마모, 진동) Shell 4-Ball test에서 매우 우수한 결과를 획득하였고, 산화방지성능 또한 매우 양호한 결과를 얻을 수 있다.
도 2의 결과에서, 본 발명에 의한 환경친화형-난연성 유압작동유는 연소되지 않았으나, 광유계 유압작동유는 폭박적 화재 발생을 확인할 수 있다.
도 3의 결과에서, 본 발명에 의한 환경친화형-난연성 유압작동유는 석유계 유압작용유에 비하여 전기 소모량 변화에서 평균 7.12% 절감할 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에 의한 환경친화형-난연성 유압작동유는 실제 산업 장비에 적용 시 보다 안정되고 에너지 저감 효과를 기대할 수 있다.
장비에 사용되는 유압작동유에 대한 환경친화형이란 생분해성 및 어독성에 대한 환경친화성의 기준뿐 아니라 장비가 구동되는 동안 소모되는 전기사용량에 대하여 감축이 가능하여 탄소배출권에 안정적인 도움이 되도록 지원하는 것이 필요하지만, 보고된 유압작동유에서 전기소모량 감량에 대한 실질적인 평가 결과를 보고한 사례는 없었다. 하지만, 본 발명에 의한 합성 식물유 유압작동유를 산업현장에 적용하였을 때 소모되는 전력량을 종래의 광유계 내마모성 유압작동유(ISO-L-HM 규정의 ISO VG 46)와 비교하면 평균 7.12% 정도의 절감효과를 얻을 수 있으며(도 3), 이는 본 발명에 따른 에너지 저감 및 장비의 안정된 구동의 보장에 능동적으로 대처할 수 있는 유압작동유를 제공할 수 있음을 보여준다.
본 발명은, 지방산과 글리세린을 이용하여 무촉매 및 무수세 공정에 의한 합성 식물유(글리세린-에스테르)를 이용하고, 기존 종래 기술에 비하여 한층 개선되고 발전시킨 윤활첨가제, 예를 들어, 난연성 첨가제, 산화방지제, 내하중 및 내마모 향상제, 증점 및 점도지수향상제, 유동점 강하제, 부식방지제 및 기타 개질제를 배합하여 유압작동유 조성물을 제공할 수 있다. 상기 유압작동유 조성물은, 유압작동유(윤활유)의 사용 과정에서 전력량 소모의 감량으로 탄소배출량을 감소시켜 에너지 저감에 따른 실질적인 원가절감에 기여할 뿐 아니라, 유압작동유로서의 적용 영역의 확대와 동시에 사용수명의 연장을 보장하며 난연성의 확인으로 화재위험을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 산업의 발전 과정에서 요구되는 자연환경과 사람에 대한 친화성의 강조와 에너지 저감 대책 및 장비의 안정된 구동의 보장에 능동적으로 대처할 뿐 아니라 난연성을 부여하여 화재의 위험을 감소시킴은 물론 광유계 윤활유와 가격적으로 경쟁할 수 있으므로 실질적인 원가절감에도 기여할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (19)

  1. 지방산을 포함하는 원료 물질 및 글리세린을 포함하는 원료 물질을 반응기에 투입하는 단계 및 상기 반응 내에서 100 ℃ 내지 350 ℃의 반응 온도 및 비활성 가스 분위기에서 글리세린-에스테르를 합성하는 단계를 포함하고, 무촉매 및 무수세 공정인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 온도는, 복수 개의 온도 구간을 갖고, 상기 비활성 가스의 투입량은, 합성량 10000 리터 기준으로 분당 투입량이 10 리터 내지 1000 리터이고,
    상기 비활성 가스의 투입량은, 상기 온도 구간에 따라 조절되는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응 온도는, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 50 ℃의 온도로 상승되고,
    상기 가스 투입량은, 유리지방산 함량(FFA)의 50 % 감량 시 50 % 이상 증량하는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 글리세린-에스테르를 합성하는 단계는, 유리지방산 함량(FFA)이 1.0 이하 또는 0.5 이하인 경우에 합성을 종료하는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반응 온도는, 100 ℃ 내지 180 ℃ 의 제1 온도 구간, 200 ℃ 내지 230 ℃의 제2 온도 구간 및 250 ℃ 내지 350 ℃의 제3 온도 구간 중 적어도 하나를 포함하는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상을 포함하는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 글리세린-에스테르는, 하기의 화학식 1로 표시되는 것인, 글리세린-에스테르계 윤활기유의 제조방법:
    Figure PCTKR2021001135-appb-img-000017
    (여기서, R 1, R 2 및 R 3는, 각각, 탄소수 8 내지 20의 포화 또는 불포화지방산 잔기이다.)
  8. 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하는, 글리세린-에스테르계 윤활기유.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 100 ℃ 내지 350 ℃의 반응 온도 및 비활성 가스 분위기에서 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 및 상기 글리세린을 무촉매 조건에서 반응시키고, 무수세 공정으로 획득된 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질에서 제1 지방산 대 나머지 지방산의 질량비는, 99 : 1 내지 1 : 99 또는 99 : 1 내지 75 : 25인 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 동점도가 20 ㎟/초 이하의 저점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위하여는 탄소수 10 내지 12의 지방산 질량비가 75 중량% 이상이고, 동점도가 30 ㎟/초 이상의 고점도 글리세린-에스테르계 원료의 합성을 위한 탄소수 18 내지 20의 지방산 질량비가 70 중량% 이상인 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 단일 불포화 지방산을 포함하는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 20 중량% 이하의 다불포화 지방산을 포함하는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 지방산을 포함하는 원료 물질은, 상기 지방산을 포함하는 원료 물질 중 75 중량% 이상의 탄소수 18의 단일 불포화 지방산을 포함하거나 20 중량% 이하의 탄소수 18의 다불포화 지방산을 포함하는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 유리지방산(FFA, %) 함량이 1.0 이하 또는 0.5 이하인 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 동점도(40 ℃)가 10 ㎟/sec 내지 1000 ㎟/sec인 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 글리세린-에스테르는, 하기의 화학식 1로 표시되는 것인,
    글리세린-에스테르계 윤활기유:
    Figure PCTKR2021001135-appb-img-000018
    (여기서, R 1, R 2 및 R 3는, 각각, 탄소수 8 내지 20의 포화 또는 불포화지방산 잔기이다.)
  18. 글리세린-에스테르계 윤활기유; 및 산화방지제와 극압 및 내마모성 첨가제를 포함하고, 상기 글리세린-에스테르계 윤활기유는, 천연 식물유에서 추출되고, 탄소수 10 내지 22의 지방산 중 1종 이상의 지방산을 포함하는 원료 물질과 글리세린의 반응으로 형성된 글리세린-에스테르를 포함하는 것인,
    환경친화형-난연성 유압 작동유 조성물.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 상기 환경친화형-난연성 유압작동유 중 0.01 중량% 내지 7 중량%로 포함되고, 상기 내하중 및 내마모 첨가제는, 하기의 화학식 2로 표현되는 인산에스테르의 아민염계 화합물을 포함하는 것인,
    환경친화형-난연성 유압작동유 조성물:
    Figure PCTKR2021001135-appb-img-000019
    (상기 화학식 2에서, R은 수소 또는 탄수 1 내지 10 알킬 또는 아릴형 탄화수소 화합물이며, X는 수소 또는 탄수 1 내지 4의 탄화수소이며, n은 1 내지 10의 정수이다.)
PCT/KR2021/001135 2020-01-31 2021-01-28 합성식물유 및 이를 포함하는 환경친화형-난연성 유압 작동유 조성물 및 그 제조방법 WO2021154004A1 (ko)

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