1.서론
자동차용 윤활유, 산업적 응용분야에서 석유계 윤활유를 대체하며 급격한 성장이 기대되는 세 가지 주된 합성(기)유는 다음과 같다.
* 선형 알파 올레핀 올리고머 (linear alpha olefin oligomers)
: (대표제품 : hydrogenated decene-1 oligomer)
* 네오 폴리올 에스테르 (neopolyol esters)
: (대표제품 : technical pentaerythritol esters)
* 지방산 에스테르 (dibasic acic esters)
: (대표제품 : di-tridecyl adipate)
2. 요약
합성윤활유'는 30년간에 걸쳐서 사용되어 오고 있으며, 제트엔진, 항공기 그리고 터빈이 장착, 운전되는 장비들에 대한 사용을 위해 이미 오래 전부터 개발, 사용되고 있다. 이들 합성 윤활유들은 석유계 윤활유들이 온도 제한성 때문에 작용할 수 없는 극한 지역에서 그 가치가 입증되었으며 수많은 가혹하고 정밀한 분야에 대한 응용 등에서도 역시 그 가치가 입증되었다.
합성유계나 석유계의 윤활유란 윤활기유(80~90%)에다 윤활유 첨가제(10~20%)
를 섞은 것이다.
합성유가 석유계보다 무작정 좋은 것은 아니다,
3. 합성유의 산업동향
1) 자동차용 합성 윤활유
현재 판매되고 있는 자동차용 합성 윤활기유를 석유계 기유와 혼합한 부분 합성 윤활유는 가솔린 엔진용 윤활유 시장을 위한 것이다. 이러한 자동차용 합성 윤활유는 높은 가격(석유계 윤활유 가격의 약3배 이상)이지만 더 긴 교환주기, 개선된 주행거리, 높고 낮은 온도 모두에서 (높은 점도지수) 훌륭한 윤활특성을 보이고 있다. 석유계 윤활유와 비교해서 합성 윤활유는 훌륭한 고유의 열 안정성과 월등한 청정성과 분산성 때문에 더욱 더 긴 교환주기를 준다. 이러한 성질들은 연장된 교환기간을 통하여 낮은 기화손실과 감소된 슬럿지 형성을 나타낸다. 추운 날씨에서 사용되는 합성 윤활유는 점도증가나 여분의 윤활유 감소 없이 정상적인 엔진 가동온도보다도 더 높은 온도에서 사용될 수 있다. 저온 시동성과 극압성능과 내마모를 위해 zinc dithiophosphate(Zn-DTP) 첨가제가 혼합된 단급 혹은 다급 점도용 석유계 craankcase용 윤활유는 역시 Zn-DTP 가 기화성 윤활유를 초래하고 촉매 변환기의 촉매를 오염시킨다는 결점을 갖는다. 인기를 얻고 있는 4기통 가솔린 엔진은 0℉와 같은 저온에서 시동과 주행에 여러 가지 어려운 점이 있다. 다급 점도용 석유계 윤활유는 정상적이거나 더 높은 엔진가동 온도에서 여분의 증발감량과 마모증가 등 두 가지 결점을 가지고 있다. 이러한 어려운 점들은 적절한 합성윤활유에서는 일어나지 않는다. 사실상 5W-20 점도와 -35℉ 와 같은 저온에서의 시동성은 광범위하게 사용되는 합성유의 주된 특성이다. 앞으로 여러 해 안에 crankcase유는 대부분 위에 나타난 이유들 때문에 현재의 10W/30이나 10W/40 범위에서 5W/20이나 7.5W/20의 점도 범위를 가질 것이다. 합성유의 사용은 디젤 자동차 시장과 함께 성장하게 될 것이다. 현재의 윤활유첨가제 기술과 더불어 디젤 연료 매연은 내마모 첨가제(zinc dithiophosphate)의 성능을 저하시키며 crankcase유를 교환함으로써 최대 3,000마일에서 제거되어야 한다.
2) 첨가제
윤활유는 개선된 마모특성과 다른 바람직한 특성들을 달성하기 위하여 합성기유에 첨가제를 적절히 배합하는 방법이 중요하다, 첨가제는 윤활유의 20%를 이룬다. 합성윤활유로부터 가장 좋은 전체적 성능 특성을 얻기 위해서 첨가제는 사용되는 특별한 기유를 위해 잘 맞춰 제조되어야 한다. 윤활유 배합 기술자들은 석유계 윤활제에서의 첨가제에 대한 이전 경험에만 의존해서는 안되고 매우 조심스럽게 첨가제의 배합에 신경을 써야 한다. 첨가제와 합성기유의 배합은 경험과 과학의 조화이다. 윤활유 첨가제 배합과 그 기술은 독점적이고 비밀스러운 사항이므로 여기에서는 가장 보편적으로 사용되는 첨가제 몇몇과 그들의 특성에 대해서만 간단하게 기술하고 더 보편적인 몇 가지 첨가제에 대한 사항들을 아래 표에 기술하였다. 덧붙여 유동점 강하제, 항 유화제 등 몇 가지 첨가제 종류가 더 있다. 모든 첨가제들이 합성윤활유 배합에 사용되지는 않는다. 합성기유의 톡특한 성질의 결과로서 점도지수 향상제나 유동점 강하제 없이 몇 가지 합성유를 제조하는 것이 가능하다. 그리고 몇 가지 첨가제들은 제거될 수 있고 상대적으로 낮은 농도로 사용될 수 있어서 합성유에서의 첨가제의 배합비율이 20% 미만이 될 수도 있다.
3) 제트 항공기 엔진용 합성윤활유
고온 안전성, 낮은 휘발성, 낮은 유동점 그리고 높은 점도지수와 같은 요구성질들의 조화가 군용, 상업용, 항공기 제트 터빈 엔진, 산업용 제트 터빈용 윤활유로서 유일하게 dibasic acid esters와 neopolyol esters을 많이 사용한다. 항공기용 터빈 윤활유를 위한 기유로서 더 좋은 고온 성질뿐만 아니라 만족스러운 저온 성질들을 갖기 때문에 neopolyol esters을 사용하고 월등한 저온 성질들 때문에 dibasic acid esters 로 만든 윤활유들로서 만족된다. 그러나 더 높은 온도에서의 요구사항이 더 많으므로 neopolyol esters의 월등히 우수한 고온 성질들 때문에 dibasic acid esters에 neopolyol esters를 혼합하여 사용하는 것이 필요하다.
4) 극한지용 엔진 윤활유
극한지에서의 요구 규격은 linear alpha oligomers나 ester 유형(neopolyol esters혹은 dibasic acid esters)의 기유들로써 제조된 합성 윤활유들에 의해서만 만족된다. 이들 합성윤활유들은 가솔린과 디젤 엔진 crankcases에서뿐만 아니라 연중 가동되는 유압작동유나 강력 트랜스미션유로 작동하는데 석유계 윤활제에 비해서 월등히 우수함을 보였다. 가솔린과 디젤 엔진 모두의 crankcases 윤활을 위해 적절하고 4℃~54℃ 사이의 온도영역에서 적절하며 전천후 4계절 트랜스미션유로서 극한 사용을 위해 적당한 단급 엔진오일에 적용된다. 그러한 윤활유들로서는 세 가지가 있다. dialkly benzene계. dibasic acid ester계. linear alpha olefin oligomers계이다. 이들 합성유들에 대해서는 더 좋은 가스 연비, 교환주기의 연장, 감소된 마모가 이루어졌다.
5) 산업 분야에의 응용
산업적 응용분야에서의 합성 윤활유들의 사용은 성장하고 있으며 자동차 분야에서의 응용에서 두 번째 비율로 계속될 것으로 기대된다. 위에서 기술된 바와 같은 이유로 그들 합성윤활유들은 이미 장착된 제트 터빈들에 사용되었으며 제트 항공기용 엔진들에 사용된다. reciprocating과 rotary(sliding vane, screw) 콤푸레셔에 대해서 dibasic acid ester계 윤활제의 고온 성질, 산화안정성, demulsibility 그리고 antifoaming 성질들 때문에 사용이 증가하고 있으며 다른 예로는 oven chain 윤활유로서의 사용이다.
6) 합성기유의 종류 및 생산회사
linear alpha olefin oligomers : bray, gulf. Millmaster. Mobil. lion fat & oil
neoolyol esters : Emery. Hatco. Hercules. Mobil. PVO. Stauffer. nippon fat & oil. Ajinomoto. new japan chemical. asahi denka kogyo
dibasic acid esters : Emery. Hatco. PVO. rohm & haas. Tenneco. new japan chemical. daichi chemical industry. sanken chemical. mitsubishi monsanto chemical
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