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潤滑油
潤滑油（じゅんかつゆ）（Lube ルーブ、Lubricant ルブリカント）とは、機械の歯車などを効率よく潤滑するための潤滑剤として使われる油であり、時には冷却にも益する。エンジンオイルもこの一種。 また、この化学的性質を例えとして、物事が円滑に運ばれるための仲立ちとなる物や人を指す言葉。
概要
油は分子量が大きく、液体としては水などに比べ粘性が高く皮膜が丈夫で、物体間の摩擦を軽減させる。このため多くの機械装置の潤滑には油が利用される。また機械装置に利用する上では、電気的性質が中性で金属の錆（酸化）を誘発させないなど都合がよい。絶縁の性質も強いものが多い。
潤滑油は、機械の機械要素間に働く摩擦を軽減するために利用される油全般を指す表現で、一般には機械油とも呼ばれるが、機械油自体は切削油や伝熱材としての利用など、潤滑以外に利用されている油も含まれ、潤滑油を含む概念である。
こういった油の多くは、特に機械装置内を潤滑する場合に於いて長期間粘度が変わらないことが求められ、そのためには酸化し難いことや温度変化で極端に粘性が変化しないことなどが求められる。特に内燃機関では高温の環境下で変質したり燃焼しないよう、高い沸点のものが利用される。また難燃剤や添加剤などを加え、沸点を押し上げることも行われるが、この添加剤によっては有害なものもある（カドミウムなど）。
潤滑油の作用
潤滑油は以下の作用が生じる[1]。
- 摩擦の軽減 : 面どうしに油膜を形成することで摩擦を低下
- 摩耗の低減 : 面どうしが直接接触するのを防ぎ、摩耗を小さくする
- 冷却 : 摩擦熱を吸収し、焼付きを防止する
- 密封 : 形成された油膜によって外部に物質などが出入りするのを防ぐ
- 錆止め : 金属表面に吸着することで発錆を防ぐ
- 異物の除去 : 外部からの異物を排除する。特に内燃機関では煤が凝集することを防ぐ。
潤滑油(基油)の種類
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潤滑が必要な場所や性質によってさまざまな種類があり、また鉱物油（石油を原料とする）から動植物より得られるものまでさまざまな油が利用されてきた。
鉱物油
鉱物油（鉱油）とは、石油の精製により得られる油分である[2]。潤滑油の90%以上は鉱油である。その成分によって、パラフィン系、ナフテン系などに分けられる[3]。一般的に、環分析（n-d-M法）でパラフィンの炭素数が50以上をパラフィン系、その中でも分子結合が直鎖状のものをノルマル・パラフィン、側鎖を持つものをイソパラフィンという。ナフテンの炭素数が30～45をナフテン系と呼ぶ。潤滑油としては粘土指数が高いパラフィン系が最も安定しており、ナフテン系がそれに次いで安定している[3]。
安価である。粘度範囲は広く、さまざまな粘度の鉱油が存在する。
精製では不純物を完全に除去することはできない。また一般に、不純物や分子構造により熱安定性が低く、流動点が高い。低くとも-20℃で凝固する[4]。このため、不純物がなく高い粘土指数を持つ合成油に比べると性能や使用温度範囲は狭いが、最近は高度な水素添加や異性化などにより合成油に近い特性をもつ高度精製鉱物油もある。
合成油
一般的に合成油系潤滑油とは、化学合成により生産された潤滑油である。製造工程ではまず石油原料を分解し、目的物質に応じて各種精製や合成を行う。潤滑油用途に限っても、合成油の種類と製造法は非常に多岐にわたる。
鉱油と比べ高価で、条件によっては性質が劣る問題点がある[3]。鉱油で十分に代替できる場合は鉱油系潤滑油が用いられることが多い。鉱油系潤滑油では能力面で問題がある場合にこの種類の潤滑油が用いられる[5]。例えば、低温潤滑、高温潤滑、高速剪断、対樹脂、対ゴム、真空などである。
炭化水素系
- ポリアルファオレフィン
- 粘度指数120～140、流動点-50.0以下と広い温度範囲で使用できる。自動車エンジン油、駆動系油、ギヤ油、真空ポンプ油、グリースなどに使われる。
- ポリブデン
- 製品の粘度範囲が広く、耐熱性と耐薬品性に優れている。絶縁油、コンプレッサ油、2サイクルエンジン油などに使われる。
- アルキルベンゼン
- 低温流動性と熱安定性に優れている。絶縁油、コンプレッサ油、コンデンサ油などに使われる。
- シクロアルカン類
- 熱安定性と酸化安定性に優れトラクション係数が高い。トラクション油などに使われる。
エステル系
一般に熱安定性が高く潤滑性に優れるが加水分解しやすい欠点がある。
- モノエステル
- 単体で潤滑油として用いられることはない。油性剤として鉱油に10～20％混合される。
- ジエステル（DOS）
- 潤滑性、低温流動性と粘度温度特性に優れているが、ベータ位の炭素上の水素原子のため加水分解に対する安定性に劣る。エンジン油、耐寒用グリース基油などに使われる。使用温度範囲が非常に広い一部のジエステルはジェット機用のエンジンオイル(使用温度範囲は-55～+220℃)に使われる。
- ポリオールエステル
- 原料はネオペンチルグリコール（NPG）、トリメチロールプロパン（TMP）、ペンタエリスリトール（PE）などの多価アルコールとC5-C18の直鎖または分岐脂肪酸である。ベータ位の炭素上の水素原子が無いためジエステルより加水分解されにくい。原料の組み合わせで非常に多くの種類があり、用途に合わせた合成ができる。一般的な特性としては[6]（1）低流動点かつ高粘度指数で使用温度範囲が広い（2）引火点が高く、また蒸発量が少ない（3）熱・酸化安定性が優れている（4）潤滑性が良い（5）清浄分散作用がある（溶解力がある）（6）生分解性がある。特に、有機酸とアルコールの一部の水素基をアルキル基に置換したものを原料とするヒンダードエステルは、熱・酸化安定性に優れる。しかし一方で、ポリオールエステルの一部はゴム、シール材、樹脂類、塗料での使用を制限されている。ポリオールエステルはジェットエンジン油、作動油などに使われる。
- リン酸エステル
- 原料はオキシ塩化リンとアルコール、フェノール類である。アルキルタイプとアリールタイプがあり、いずれも難燃性（自己消火性）と潤滑性、耐摩耗性に優れている。一方で、加水分解安定性や粘度温度特性に劣る。アリールタイプの粘度指数は低い。難燃性作動油、圧縮機油などに使われる。
- ケイ酸エステル（シリケート）
- アルキルタイプとフェニルタイプがある。低流動点かつ高粘度指数であり、使用温度範囲は広い。
エーテル系
- ポリグリコール
- 粘度指数が高く、劣化を受けてもスラッジを生成しないが吸湿性がある。自動車用ブレーキ液、不燃性作動液、金属加工油などに使われる。
- フェニルエーテル（mpm-5P4E）
- 耐熱性や耐放射線性に優れているが低温流動性に劣る。超音速ジェットエンジン油、耐放射線性原子炉用作動油などに使われる。
シリコーン系
性質が安定しているため、広い範囲で使われる。
- ポリシロキサン（ジメチルポリシロキサン）
- 低温流動性、粘度温度特性、熱安定性、酸化安定性、電気特性に優れているが、鋼の潤滑用途に不適である。絶縁油、離型剤、グリース基油などに使われる。
- シリケートエステル
- 誘電特性や熱安定性に優れているが、酸化安定性や水分解安定性は低い。航空作動油、高温用熱媒体油などに使われる。
フッ素系
- ハロカーボン（トリフルオロエチレン）
- 耐薬品、熱安定性、酸化安定性に優れている。一部は低温流動性と粘度温度特性が非常に低い。コンプレッサ油、難燃性作動油、真空ポンプ油などに使われる。
植物油
植物由来の潤滑油。植物由来の潤滑剤は概して液体である。
植物油はまた代表的な油性剤でもある。また、種々の化学反応で処理することにより、基油や油性剤、極圧添加剤、乳化・分散剤になる。このように、原料のままでも加工したものでも潤滑剤用の添加剤として用いられている。
一般に生分解性であり、環境中に放出されても早期に消失する。また、人体に対して無害である。このため、農業用や食品工場用の機械に用いられている。環境汚染防止や環境保全の観点から、鉱油や合成油から動植物油への代替が進んでいる。例えば、低公害車燃料にパーム油のメチルエステルや菜種油の活用が欧米やマレーシアなどで開発されている。ナタネ油の脂肪酸メチルエステルはヨーロッパにおいて自動車や農機具、チェンソー用の潤滑油に利用されている。
植物油脂
トリグリセライド構造により、鉱油にない潤滑特性をもっている。また、鉱油より潤滑性は高い。圧延油の基油に用いられる。また、油性向上剤でもあり、圧延油、切削油、研削油、プレス油、引抜油、伸線油に使用される。
- パーム油
- パーム油の主要な生産国はマレーシアとインドネシアである。近年、インドネシアではパーム油の潤滑油利用の工業分野の発展が盛んに行われており、液固体脂の分別、油脂分解、脂肪酸誘導体の開発が行われている[7]。
- 菜種油
- 食用油の代表格だが、日本では照明にも使われ、比較的広い範囲で菜種が栽培され得やすかったため、築城などの折に大きな石の運搬で、ソリの潤滑にも使われた。
- ヒマシ油
- 粘度が高いが粘度指数はさほど高くない。
ポリオキシアルキレン化油脂
油脂に酸化アルキレンが付加されたもの。潤滑油一般の油性向上剤および、水溶性潤滑油の基油、乳化剤、分散剤に用いられる。
- 硬化ヒマシ油
塩素化油
油脂の二重結合部分に塩素（Cl）が付加されたもの。極圧添加剤に用いられる。
硫化油
油脂の二重結合部分に硫黄（S）が付加されたもの。極圧添加剤に用いられる。
重合油
油脂が熱、または酸化重合されたもの。潤滑油一般の油性向上剤および、水溶性切削油や水溶性研削油の基剤に用いられる。
ワックス（蝋）
固形で照明にも使われるが、建具などの潤滑にも利用される。障子や襖の溝に塗るのはその一例。
脂肪酸誘導体
以下に、植物原料由来の脂肪酸誘導体を示す。これらも潤滑油や油性向上剤に用いられる。
- 脂肪酸（RCOOH）
- 油脂をケン化または酵素分解したもの。末端にカルボキシル基（-COOH）をもち，この極性基が油性の向上効果をもたらす。油性向上剤に用いられる。
- セッケン（RCOOMe）
- 有機アミンセッケン、金属セッケン、アルカノールアミン塩などがある。引抜油や伸線油（銅やアルミ用）、水溶性切削油の基油および、アルミの圧延油の油性剤、乳化剤および、グリースの増粘剤に用いられる。
- エステル化（RCOOR）
- C8～18モノエステルやポリエステルがある。粘度低下や浸透力向上の効果がある。油圧作動油、エンジン油、燃料油の基油に用いられる。不水溶性および水溶性潤滑油の油性向上剤や低粘度溶剤にも使用される。
- アミド化
- 脂肪酸アルカノールアミドがある。スカム分散剤や乳化剤（オレイン酸、ヤシ脂肪酸）に用いられる。
- ポリオキシアルキレン付加体
- POE3～8モル付加体がある。水溶性潤滑油の乳化剤や一般潤滑油の消泡剤に用いられる。
- 塩素化、硫化、重合化
- 脂肪酸アルキルエステルが塩素化、硫化、あるいは重合化されたもの。難切削油やプレス油、引抜油の極圧添加剤に用いられる。
動物油
- ラード(豚脂)・牛脂(ヘット)
- 古くからもっとも身近にありふれた動物性油脂であり、潤滑剤として広く利用されていた。融点が高く、常温では半固形状となるためグリースに類する用途で使用される他、鉱油で不足する油性を向上する目的で添加する場合もあった。硫化することで安定性や潤滑性を向上させたものも利用される。含まれる脂肪酸は合成潤滑剤の原料として利用される。
潤滑油添加剤
基本的に潤滑油には性能の向上や付加のために添加剤が混入されている[8][9]。
清浄分散剤
エンジンなどの運転で生成する有害な不純物を潤滑面から取り除き、エンジンなどの内部を清浄に維持する。また、焼きつきや故障を防ぐ。一般的に清浄分散剤を使用するとエンジンなどの寿命が長くなる。主にエンジンオイルに用いられる。通常、添加量は2～10%であり、他の添加剤と比べて基油に対する配合量が高い。米国や日本では添加剤需要量における清浄分散剤の比率が50％前後に達すると考えられている[8]。
不純物とは不溶性金属粉（スラッジ）であり、金属表面が摩擦すると微少ながら金属が削れて溶解性金属分子のスラッジ前駆体（スラッジプリカーサ）が現れる。スラッジ前駆体が油中に蓄積していくと多数の前駆体が重合して高分子量の不溶性成分となる。不溶性成分が凝集若しくは沈殿してスラッジとなる[10]。潤滑面に存在すると摩擦や摩耗の原因となり、潤滑油に混入すると潤滑油の酸化や劣化の原因となる。すると、機械の焼き付きや故障につながる。
清浄分散剤は多機能であり、スラッジの分散作用、スラッジ前駆体の可溶化作用、燃料の燃焼生成物や潤滑油の劣化生成物に由来する酸性物質の中和作用を持つ。さらに、スルホネートは防錆作用も、フェネートは酸化防止作用も有する。
- 清浄剤：スラッジ前駆体を化学的に中和してスラッジの発生を防止するための有機酸金属塩化合物。金属清浄剤とも呼ばれる。ディーゼルエンジンオイルの場合、カーボンデポジットが高温により生じ、清浄剤はカーボンデポジットのエンジン内の付着を防ぐ。中性/過塩基性金属（Ba，Ca，Mg）スルホネート、過塩基性金属（Ba，Ca，Mg）フェネート、過塩基性金属（Ca，Mg）サリシレートなど。
- 分散剤：低温時でスラッジや煤を油内に分散させ、摩擦や磨耗を防止する。コハク酸イミド、コハク酸エステル、ベンジルアミン（マンニッヒ化合物）など。
酸化防止剤
潤滑油の酸化を防止し、かつ、油の酸化に起因するワニスやスラッジの生成を抑制する。酸化防止剤は、ワニスやスラッジの生成要因である遊離イオンや過酸化物と反応して安定な物質に変換する。ジチオリン酸亜鉛、有機硫黄化合物、ヒンダードフェノール、芳香族アミン、N,N'-ジサリシリデン-1,2-ジアミノプロパンなど。通常、添加量は0.1～1%。
潤滑油は空気中の酸素分子によって酸化され、潤滑油成分はアルコール類やケトン類となる。下記に潤滑油の酸化反応を示す[11]。
- RH(炭化水素) + エネルギー(熱、光、触媒) → R*(ラジカル) ・・・(1)
- R* + O2 → R-O-O*(遊離基) ・・・(2)
- R-O-O* + RH → R-O-O-H + R* ・・・(3)
上記(1)～(3)はエネルギーが付加された際に潤滑油中の炭化水素が酸化される過程である。 酸化生成物であるラジカルや遊離基はそのまま別の炭化水素の酸化反応を引き起こす。したがって、一度でも炭化水素からラジカルが生じると酸化は下記の終結反応まで繰り返される。すなわち、潤滑油の酸化は連鎖反応である。終結反応を下記に示す。
- 2 R* → R-R ・・・(4)
- R* + R-O-O* → R-O-O-R ・・・(5)
- 2 R-O-O* → R-O-O-H + O2 ・・・(6)
これら高活性な有機物が蓄積して重縮合するとスラッジとなる。潤滑油の酸化は使用時の高温作用、剪断による撹拌作用、および金属表面の活性金属の触媒作用により促進される。ここで不活性金属とは第一に遊離の金属イオンや過酸化物であり、金属表面の摩擦により生成される。第二に、金属石鹸といった潤滑油添加剤である。また、使用中だけでなく、保管条件によっては保管中にも酸化は進行する。
- 連鎖反応停止剤： (4)～(6)の終結反応の基質となり、ラジカルや遊離基を安定な物質に変える。これにより潤滑油成分の酸化生成物の重縮合反応を停止させ、スラッジへと成長することを防ぐ。フェノール系酸化防止剤とアミン系酸化防止剤がある。
- 過酸化物分解型： 潤滑油成分の過酸化物を分解し、酸化の進行を止める。ジアルキルジチオリン酸亜鉛（ZnDTP）や有機硫黄系酸化防止剤がある。
- 金属不活性化剤： 金属表面を不活性化させ、潤滑油の酸化劣化を防止する添加剤。金属は活性化すると触媒となり、潤滑油の炭化水素や添加剤を酸化させる。含窒素化合物：ベンゾトリアゾール、N,N'-ジサリシリデン-1,2-ジアミノプロパン、2,5-ジアルキルメルカプト-1,3,4-チアジアゾールなどがある。通常、添加量は0.3%未満。
耐荷重添加剤
潤滑油の潤滑性能と耐荷重性能を向上させる添加剤。これにより磨耗や焼き付きを防止する。
- 油性向上剤（油性剤）：低荷重下において摩擦および摩耗を減少させる長鎖の炭化水素。炭化水素鎖の片方の端に官能基が付いており、金属と結合する。すると、金属表面から外側に向けて炭化水素は露出し、油膜が形成されて摩擦面を保護する。結合のためこの油膜は剪断に対して強く、大きな剪断応力を受けても排除されない。一方、金属と結合しない基油の成分は一定以上の剪断応力を受けると摩擦面から排除される。長鎖脂肪酸、脂肪酸エステル、高級アルコール、アルキルアミンなど。通常、添加量は1～2.5%。
- 摩耗防止剤：摩擦熱により2次的化合物となって保護膜を形成し、摩耗を防止する。リン酸エステル、ジチオリン酸亜鉛など。通常、添加量は5～10%。
- 極圧剤（EP剤）：極圧潤滑状態における焼付きやスカッフィングを防止する。有機硫黄、リン化合物、有機ハロゲン化合物。通常、添加量は5～10%。
- 固体潤滑剤 ：境界・混合潤滑領域で摩擦を低減する。金属同士の直接の接触を阻止し摩耗を防止。金属面の粗さを低減して油膜の維持する。二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、窒化ホウ素、四フッ化エチレンポリマー（PTFE）、フッ化グラファイト、フラーレン（C60，C70）などがある。
錆止め剤
鉄の錆を防止する添加剤。作用機序としては第一に、金属表面に保護膜を形成し、錆の原因物質である酸素分子や水を金属に接触させなくする。この効果は耐荷重添加剤も有するため、錆止め剤かつ耐荷重添加剤である物質も存在する。第二に潤滑油内の酸性物質を中和して錆の発生を防止する。錆止め剤にはカルボン酸、スルホネート、リン酸塩、アルコール、エステルなどがある。通常、添加量は0.1～1%。
腐食防止剤
鉄以外の金属の錆（腐食）を防止する添加剤。基本的に作用機序は錆止め剤と同じ。含窒素化合物（ベンゾトリアゾールおよびその誘導体、2,5-ジアルキルメルカプト-1,3,4-チアジアゾール）、ジチオリン酸亜鉛などがある。通常、添加量は0.4～2%。
粘度指数向上剤
温度変化に伴う潤滑油の粘度変化、特に低温時での粘度増加を低減する。主な用途はエンジン油であり、他の一般的な潤滑油には粘度指数向上剤は用いられない。エンジン油の場合、起動直後および、冬場や寒冷地での低温で粘度指数が悪いとエンジンの立ち上がりや運転が非効率となる。粘度指数向上剤の添加は省燃費性の向上、エンジン油の消費量低減、エンジン油の交換時期の延長、エンジンの長寿命化、低温での始動の効率化が得られる。ポリメタクリレート、オレフィンコポリマー、スチレンオレフィンコポリマー、ポリイソブチレンなどがある。通常、添加量は2～20%である。
流動点降下剤
潤滑油の流動点を低下させ、潤滑油として使用可能な温度範囲を低温側に広げる添加剤。作用機序については、低温における潤滑油中の蝋分の結晶化を防止する。結晶化が進行すると流動性が無くなり、潤滑性能が失われる。ポリメタクリレート、アルキル化芳香族化合物、フマレート・酢酸ビニル共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合物などがある。通常、添加量は0.05～0.5%である。
消泡剤
潤滑油の泡を破壊し、潤滑油の泡立ちを抑制する添加剤。ポリメチルシロキサン、シリケート、有機フッ素化合物、金属石鹸、脂肪酸エステル、リン酸エステル、高級アルコール、ポリアルキレングリコールなどがある。通常、添加量は1～1,000ppmである。
乳化剤
油を乳化し、生成したエマルションの安定性を保つ界面活性剤。エチレンオキサイド付加物、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのブロックポリマー、エステル、カルボン酸塩、硫酸エステル、スルホン酸塩、リン酸エステル、アミン誘導体、第4級アンモニウム塩などがある。通常、添加量は3%未満である。
抗乳化剤
エマルションを破壊する。また、潤滑油の乳化を防止する。エチレンオキサイド付加物、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのブロックポリマー、アルキルフェノール・ホルマリン縮合物のエチレンオキサイド付加物、第4級アンモニウム塩などがある。通常、添加量は3%未満である。
カビ防止剤
エマルション中に生存する細菌、カビ、酵母などの微生物の増殖を防ぎ、それらに起因する障害を抑制する。フェノール化合物、ホルムアルデヒド供与体化合物、サリチリアリニド化合物などがある。
潤滑油の等級
業界では以下のように添加剤配合の有無による分類も存在する。現代では一部を除くほとんどの潤滑油は高級潤滑油となるため用いられることはあまり多くない。
並級潤滑油
基油（鉱油）のみで構成され添加剤を含まないストレート油。軸受油としてはマシン油、スピンドル油、ダイナモ油、タービン油、その他はモーター油、シリンダー油、絶縁油の一部など。 無添加の軸受油に関しては旧JIS規格ではタービン油を除きマシン油、スピンドル油、ダイナモ油それぞれに規格が存在したが1979年に（広義の）マシン油（JIS K 2238）として統合された[12]。これは粘度の差を除くと大きな違いがなく、ISOで分類される全損式の無添加潤滑油との規格の共通性を持たせるためでもある。
並級潤滑油は高い性能が求められないことから精製度の低い鉱油も許容されていたが、鉱油に含まれる多環芳香族（PCA）の発ガン性に対する懸念から現在では基準値以下となるように並級潤滑油においても一定以上の高度な精製が行われている。
高級潤滑油
基油に添加剤を配合した潤滑油。高い性能が要求される現代の潤滑油では何かしらの添加剤が配合されるため、自動車、産業、工業用の潤滑油の大多数は高級潤滑剤に分類される。
戦前戦中など添加剤を配合することが一般的ではなく、ストレート油がスタンダードだった時代において言及される「高級潤滑油」は添加剤の有無ではなく、一定以上の性能を持つもの、強いて言えば粘度指数および精製度が相当に高いもの（例:当時の高性能モビール油、航空潤滑油など）を指すこともある。この粘度指数と精製度で定義した場合、現在流通する並級潤滑油も当時の高級潤滑油に相当する場合もある。
化学的性質
潤滑油には多くの化学的性質が要求されており、そのために試験方法が規定されている[13]。試験項目として代表的なものは以下の通りである[14]。
- 酸化安定度（JIS K 2519）
- あわ立ち（JIS K 2518）
- 抗乳化性（JIS K 2520）
- 中和価（JIS K 2501）
- 銅板腐食（JIS K 2513）
- 熱安定度（JIS K 2540）
- 引火点（JIS 2265）
- 流動点（JIS K 2269）
- 曇り点（JIS K 2269）
なお、潤滑油は時間の経過によって酸化や重合など化学反応が伴って変質・劣化する[15]。
潤滑油が適さない例
小さい力で動くよう設計されている精密機械では油の粘性がかえって邪魔になることもある。例えば腕時計のような微小な装置や、カメラのシャッターのような高速で動くことを前提とした機構では、粘度の高い潤滑油の場合は動作を不確実なものとしてしまう。
そのほか、空気中の埃など微細な汚れを吸着し、作動不良を招くことがある。例えば古く動作の固くなった鍵穴に潤滑油を挿すと、その時は動作が軽くなるが、後々砂などがくっついてしまい、余計に動作が悪くなることがある。
こういったものの潤滑には専用の潤滑剤を特に摩擦の影響を受けやすい場所だけに適量塗布したり、あるいは脱脂などで余計な汚れや油を取り除いたりする。
極端には潤滑油の使用を避け、固体潤滑剤を使用する。宇宙機のように真空に暴露されるので液体ではすぐに揮発してしまう場合などは、固体被膜潤滑剤が必須である。
脚注
- ^ 岡本純三・中山景次・佐藤昌夫 1993, p. 53.
- ^ “各種潤滑油の製造に使われるベースオイルの品質性状”. ジュンツウネット21. 2017年3月28日閲覧。
- ^ a b c 岡本純三・中山景次・佐藤昌夫 1993, p. 56.
- ^ ジェイテクト「ベアリング入門書」編集委員会. 図解入門よくわかる最新ベアリングの基本と仕組み
- ^ 岡本純三・中山景次・佐藤昌夫 1993, p. 57.
- ^ “エステル系合成潤滑油の使い方”. ジュンツウネット21. 2017年4月6日閲覧。
- ^ “潤滑油の分野で利用されている動植物油の現状と将来性”. ジュンツウネット21. 2017年4月7日閲覧。
- ^ a b “潤滑油添加剤の種類・用途”. ジュンツウネット21. 2017年1月16日閲覧。
- ^ “添加剤の種類と使用目的”. ジュンツウネット21. 2017年1月16日閲覧。
- ^ “内燃機関のオイル劣化判定装置”. j-platpat. 2022年3月10日閲覧。
- ^ 豊口満. 潤滑油酸化防止剤について. doi:10.5059/yukigoseikyokaishi.13.512.
- ^ 同時に添加剤を配合したものは「軸受油 JIS K 2239」として規格化された
- ^ 岡本純三・中山景次・佐藤昌夫 1993, p. 70.
- ^ 岡本純三・中山景次・佐藤昌夫 1993, pp. 70–71.
- ^ 岡本純三・中山景次・佐藤昌夫 1993, p. 71.
参考文献
- 岡本純三・中山景次・佐藤昌夫『トライボロジー入門』幸書房、1993年4月30日。ISBN 4-7821-0101-5。
関連項目
- グリース
- 潤滑
- 潤滑剤
- 油の分類
- トライボロジー - 二つの物質摩擦面の相互作用などを研究する学問
- トライボフィルム - 物質摩擦面の潤滑油添加剤によって形成される保護被膜
- 7月10日 - 「潤滑油の日」として制定されている。
- ローラーチェーン
外部リンク
- 『潤滑油』 - NPO法人・科学映像館Webサイトより
윤활유 (준가스유)(Lube 루브, Lubricant 루브리칸트)는 기계 의 기어 등을 효율적으로 윤활 하기 위한 윤활제 로 사용되는 오일 이며, 때로는 냉각에도 이익을 준다. 엔진 오일 도 이 일종. 또, 이 화학적 성질을 비유해, 일이 원활하게 운반되기 위한 중재가 되는 물건이나 사람을 가리키는 말.
개요
오일은 분자량 이 크고, 액체로서는 물 등에 비해 점성이 높고 피막이 튼튼하고, 물체간의 마찰을 경감시킨다. 따라서 많은 기계 장치의 윤활에는 오일이 사용됩니다. 또한, 기계 장치에 이용하기 위해서는, 전기적 성질이 중성이고 금속 의 녹 (산화)을 유발시키지 않는 등 편리하다. 절연 의 성질도 강한 것이 많다.
윤활유는 기계의 기계요소 간에 작용하는 마찰을 경감하기 위해 이용되는 오일 전반을 가리키는 표현으로, 일반적으로는 기계유 라고도 불리지만, 기계유 자체는 절삭유 나 전열재로서의 이용 등, 윤활 이외에 이용되고 있는 오일도 포함되며, 윤활유를 포함하는 개념이다.
이러한 오일의 대부분은, 특히 기계 장치 내를 윤활하는 경우에 있어서 장기간 점도가 변하지 않는 것이 요구되고, 그 때문에는 산화하기 어려운 일이나 온도 변화로 극단적으로 점성이 변화하지 않는 것 등이 요구된다. 특히 내연 기관 에서는 고온의 환경 하에서 변질되거나 연소되지 않도록 높은 비등점 의 것이 이용된다. 또한 난연제 나 첨가제 등을 첨가하여 비점을 밀어 올리는 것도 행해지지만, 이 첨가제에 따라서는 유해한 것도 있다( 카드뮴 등).
윤활유의 작용
윤활유는 다음의 작용이 발생한다 [ 1 ] .
- 마찰 경감 : 면끼리에 유막을 형성함으로써 마찰을 저하
- 마모 감소 : 표면이 직접 접촉하는 것을 방지하고 마모를 줄입니다.
- 냉각 : 마찰열을 흡수하고 굽기 방지
- 밀봉 : 형성된 유막에 의해 외부에 물질 등이 출입하는 것을 방지
- 녹 방지 : 금속 표면에 흡착하여 발청을 방지
- 이물질 제거 : 외부에서 이물질을 제거한다. 특히 내연기관에서는 그을음이 응집되는 것을 막는다.
윤활유(기유)의 종류
윤활이 필요한 장소나 성질에 따라 다양한 종류가 있으며, 또한 광물유( 석유 를 원료로 한다)로부터 동식물로부터 얻어지는 것까지 다양한 유가 이용되어 왔다.
미네랄 오일
광물유 (광유)는 석유의 정제에 의해 얻어지는 유분이다 [ 2 ] . 윤활유의 90% 이상은 광유이다. 그 성분에 따라 파라핀계, 나프텐계 등으로 나뉜다 [ 3 ] . 일반적으로, 환 분석 (ndM법)으로 파라핀의 탄소수가 50 이상을 파라핀계, 그 중에서도 분자 결합이 직쇄상의 것을 노르말·파라핀, 측쇄를 갖는 것을 이소파라핀이라고 한다. 나프텐의 탄소수가 30~45를 나프텐계라고 부른다. 윤활유로서는 점토 지수 가 높은 파라핀계가 가장 안정하고, 나프텐계가 그 다음에 안정되어 있다 [ 3 ] .
저렴하다. 점도 범위는 넓고 다양한 점도의 광유가 존재한다.
정제는 불순물을 완전히 제거할 수 없다. 또한 일반적으로 불순물이나 분자 구조에 의해 열 안정성이 낮고 유동점이 높다. 낮게도 -20 ℃에서 응고한다 [ 4 ] . 이 때문에, 불순물이 없고 높은 점토 지수 를 갖는 합성유에 비하면 성능이나 사용 온도 범위는 좁지만, 최근에는 고도의 수소 첨가 나 이성화 등에 의해 합성유에 가까운 특성을 갖는 고도 정제 광물유도 있다.
합성유
일반적으로 합성유계 윤활유는 화학 합성에 의해 생산된 윤활유이다. 제조 공정에서는 우선 석유 원료를 분해하고, 목적 물질에 따라 각종 정제나 합성을 행한다. 윤활유 용도에 한해서 합성유의 종류와 제조법은 매우 다양하다.
광유에 비해 비싸고 조건에 따라 성질이 떨어지는 문제점이 있다 [ 3 ] . 광유로 충분히 대체할 수 있는 경우에는 광유계 윤활유가 사용되는 경우가 많다. 광유계 윤활유에서는 능력면에서 문제가 있는 경우에 이 종류의 윤활유가 사용된다 [ 5 ] . 예를 들면, 저온 윤활, 고온 윤활, 고속 전단, 대 수지, 대 고무, 진공 등이다.
탄화수소계
- 폴리 알파 올레핀
- 점도지수 120~140, 유동점-50.0 이하로 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있다. 자동차 엔진유, 구동계유, 기어유, 진공펌프유, 그리스 등에 사용된다.
- 폴리부덴
- 제품의 점도 범위가 넓고 내열성과 내약품성이 우수하다. 절연유, 컴프레서유, 2사이클 엔진유 등에 사용된다.
- 알킬벤젠
- 저온 유동성과 열 안정성이 우수하다. 절연유, 컴프레서유, 콘덴서유 등에 사용된다.
- 시클로알칸류
- 열 안정성과 산화 안정성이 뛰어나 트랙션 계수가 높다. 트랙션유 등에 사용된다.
에스테르계
일반적으로 열안정성이 높고 윤활성이 우수하지만 가수분해되기 쉬운 단점이 있다.
- 모노 에스테르
- 단독으로 윤활유로서 사용되는 것은 아니다. 유성제로서 광유에 10~20% 혼합된다.
- 디에스테르(DOS)
- 윤활성, 저온 유동성 및 점도 온도 특성이 우수하지만, 베타 위치의 탄소 상의 수소 원자 때문에 가수분해에 대한 안정성이 떨어진다. 엔진유, 내한용 그리스 기유 등에 사용된다. 사용 온도 범위가 매우 넓은 일부 디에스테르는 제트기용 엔진 오일(사용 온도 범위는 -55~+220℃)에 사용된다.
- 폴리올 에스테르
- 원료는 네오펜틸글리콜(NPG), 트리메틸올프로판(TMP), 펜타에리트리톨(PE)과 같은 다가 알코올과 C5-C18의 선형 또는 분지형 지방산이다. 베타 위치의 탄소상의 수소 원자가 없기 때문에 디 에스테르보다 가수 분해되기 어렵다. 원료의 조합으로 매우 많은 종류가 있어, 용도에 맞춘 합성을 할 수 있다. 일반적인 특성으로서는 [ 6 ] (1) 저유동점 또한 고점도 지수로 사용 온도 범위가 넓다 (2) 인화점이 높고, 또한 증발량이 적다 (3) 열·산화 안정성이 우수하다 (4) 윤활성이 좋다 (5) 청정 분산 작용이 있다 (용해력이 있다) (6) 생분해성이 있다. 특히, 유기산과 알코올의 일부의 수소기를 알킬기로 치환한 것을 원료로 하는 힌더드 에스테르는, 열·산화 안정성이 우수하다. 그러나 한편으로, 폴리올 에스테르의 일부는 고무, 시일재, 수지류, 도료로의 사용이 제한되어 있다. 폴리올 에스테르는 제트 엔진 오일, 작동유 등에 사용된다.
- 인산 에스테르
- 원료는 옥시염화인과 알코올, 페놀류이다. 알킬 타입과 아릴 타입이 있어, 모두 난연성(자기 소화성)과 윤활성, 내마모성이 우수하다. 한편, 가수분해 안정성이나 점도 온도 특성이 떨어진다. 아릴 타입의 점도 지수는 낮다. 난연성 작동유, 압축기유 등에 사용된다.
- 규산 에스테르(실리케이트)
- 알킬 타입과 페닐 타입이 있다. 낮은 유동점 및 고점도 지수이며, 사용 온도 범위는 넓다.
에테르계
- 폴리글리콜
- 점도 지수가 높고, 열화를 받아도 슬러지를 생성하지 않지만 흡습성이 있다. 자동차용 브레이크액, 불연성 작동액, 금속가공유 등에 사용된다.
- 페닐 에테르 (mpm-5P4E)
- 내열성이나 내방사선성이 우수하지만 저온 유동성이 떨어진다. 초음속 제트 엔진유, 내방사선성 원자로용 작동유 등에 사용된다.
실리콘계
성질이 안정되어 있기 때문에 넓은 범위에서 사용된다.
- 폴리실록산(디메틸폴리실록산)
- 저온 유동성, 점도 온도 특성, 열 안정성, 산화 안정성, 전기 특성이 우수하지만, 강의 윤활 용도에 부적합하다. 절연유, 이형제, 그리스 기유 등에 사용된다.
- 실리케이트 에스테르
- 유전 특성이나 열 안정성이 우수하지만, 산화 안정성이나 수분해 안정성은 낮다. 항공 작동유, 고온용 열매체유 등에 사용된다.
불소계
- 할로카본(트리플루오로에틸렌)
- 내약품, 열안정성, 산화안정성이 우수하다. 일부는 저온 유동성과 점도 온도 특성이 매우 낮다. 컴프레서유, 난연성 작동유, 진공펌프유 등에 사용된다.
식물성 기름
식물 유래의 윤활유. 식물 유래의 윤활제는 일반적으로 액체이다.
식물성 기름은 또한 대표적인 유성제이다. 또한, 다양한 화학 반응으로 처리함으로써 기유, 유성제, 극압 첨가제, 유화 분산제가된다. 이와 같이, 원료 그대로도 가공한 것에서도 윤활제용 첨가제로서 사용되고 있다.
일반적으로 생분해성이며, 환경 중에 방출되어도 조기에 사라진다. 또한 인체에 무해하다. 이 때문에, 농업용이나 식품 공장용의 기계에 사용되고 있다. 환경오염방지나 환경보전의 관점에서 광유와 합성유에서 동식물유로의 대체가 진행되고 있다. 예를 들어, 저공해차연료에 팜유의 메틸에스테르나 유채유의 활용이 구미나 말레이시아 등에서 개발되고 있다. 유채 기름의 지방산 메틸 에스테르는 유럽에서 자동차, 농기구, 체인 톱용 윤활유에 이용되고있다.
식물유지
트리글리세라이드 구조는 광유에 없는 윤활 특성을 가지고 있다. 또한 광유보다 윤활성이 높다. 압연유 의 기유에 사용된다. 또한, 유성 향상제이기도 하고, 압연유, 절삭유, 연삭유 , 프레스유, 인발유, 신선유에 사용된다.
- 팜 오일
- 팜유의 주요 생산국은 말레이시아와 인도네시아이다. 최근 인도네시아에서는 팜유의 윤활유 이용 공업분야의 발전이 활발히 이루어지고 있으며, 액 고체지의 분별, 유지분해, 지방산 유도체의 개발이 이루어지고 있다 [ 7 ] .
- 유채 기름
- 식용유 의 대표격이지만, 일본에서는 조명 에도 사용되었고, 비교적 넓은 범위에서 채소 가 재배되기 쉽기 때문에, 축성 등의 때에 큰 돌의 운반으로, 썰매의 윤활에도 사용되었다.
- 피마자유
- 점도는 높지만 점도 지수 는 그다지 높지 않다.
폴리옥시알킬렌화 유지
유지에 산화알킬렌이 부가된 것. 윤활유 일반적인 유성 향상제 및 수용성 윤활유의 기유, 유화제, 분산제에 사용된다.
- 경화 피마자 기름
염소화유
유지의 이중 결합 부분에 염소 (Cl)가 부가된 것. 극압 첨가제에 사용된다.
황화유
유지의 이중 결합 부분에 황 (S)이 부가된 것. 극압 첨가제에 사용된다.
중합유
유지가 열 또는 산화 중합 된 것. 윤활유 일반적인 유성 향상제 및 수용성 절삭유 및 수용성 연삭유의 기재에 사용된다.
왁스( 왁스 )
고체로 조명에도 사용되지만, 건구 등의 윤활에도 이용된다. 장자 나襖의 홈에 바르는 것은 그 일례.
지방산 유도체
이하, 식물 원료 유래의 지방산 유도체를 나타낸다. 이들도 윤활유 및 유성 향상제에 사용된다.
- 지방산(RCOOH)
- 유지를 비누화 또는 효소 분해한 것. 말단에 카르복실기(-COOH)를 갖고, 이 극성기가 유성의 향상 효과를 가져온다. 유성 향상제에 사용된다.
- 세켄 (RCOOMe)
- 유기 아민 세켄, 금속 세켄 , 알칸올아민염 등이 있다. 인발유나 신선유(구리나 알루미늄용), 수용성 절삭유 의 기유 및, 알루미늄 의 압연유의 유성제, 유화제 및, 그리스 의 증점제에 사용된다.
- 에스테르화(RCOOR)
- C8~18 모노에스테르나 폴리에스테르 가 있다. 점도 저하나 침투력 향상의 효과가 있다. 유압 작동유, 엔진유, 연료유의 기유에 사용된다. 불수용성 및 수용성 윤활유의 유성 향상제나 저점도 용제에도 사용된다.
- 아미드화
- 지방산 알칸올아미드가 있다. 스컴 분산제나 유화제(올레산, 야자 지방산)에 사용된다.
- 폴리옥시알킬렌 부가체
- POE3~8몰 부가체가 있다. 수용성 윤활유의 유화제나 일반 윤활유의 소포제에 사용된다.
- 염소화, 황화, 중합화
- 지방산 알킬 에스테르가 염소화, 황화 또는 중합된 것; 난절삭유나 프레스유, 인발유의 극압 첨가제에 사용된다.
동물 기름
- 향유 고래 기름
- 저온 환경에서도 경화하지 않고, 한랭지 사양의 손목시계 등에도 이용되었다. 안정된 성질의 합성유가 생기고 나서는 수요도 없어졌지만, 그때까지의 1970년대까지는 다른 윤활유가 없었다.
- 라드 (돼지지)・우지( 헤트 )
- 옛부터 가장 가까이에 흔한 동물성 유지 이며, 윤활제 로서 널리 이용되고 있었다. 융점이 높고, 상온에서는 반고형상이 되기 때문에 그리스와 유사한 용도로 사용되는 것 외에, 광유로 부족한 유성을 향상시키는 목적으로 첨가하는 경우도 있었다. 황화함으로써 안정성이나 윤활성을 향상시킨 것도 이용된다. 포함되는 지방산은 합성 윤활제의 원료로 이용된다.
윤활유 첨가제
기본적으로 윤활유에는 성능의 향상이나 부가를 위해 첨가제가 혼입되어 있다 [ 8 ] [ 9 ] .
청정 분산제
엔진 등의 운전에 의해 발생하는 유해한 불순물을 윤활면으로부터 제거하고, 엔진 등의 내부를 청정하게 유지한다. 또한 굽기 나 고장을 방지한다. 일반적으로 청정 분산제를 사용하면 엔진 등의 수명이 길어진다. 주로 엔진 오일 에 사용됩니다. 통상, 첨가량은 2∼10%이며, 다른 첨가제와 비교하여 기유에 대한 배합량이 높다. 미국과 일본에서는 첨가제 수요량에 있어서의 청정 분산제의 비율이 50% 전후에 이른다고 생각되고 있다 [ 8 ] .
불순물이란 불용성 금속 분말( 슬러지 )이며, 금속 표면이 마찰하면 미소하면서 금속이 깎여 용해성 금속 분자의 슬러지 전구체(슬러지 프리커서)가 나타난다. 슬러지 전구체가 오일 중에 축적되어 가면 다수의 전구체가 중합되어 고분자량의 불용성 성분이 된다. 불용성 성분이 응집되거나 침전되어 슬러지가된다 [ 10 ] . 윤활면에 존재하면 마찰이나 마모의 원인이 되고, 윤활유에 혼입하면 윤활유의 산화나 열화의 원인이 된다. 그러면 기계의 굽기나 고장으로 이어진다.
청정 분산제는 다기능이며, 슬러지의 분산 작용, 슬러지 전구체의 가용화 작용, 연료의 연소 생성물이나 윤활유의 열화 생성물에 유래하는 산성 물질의 중화 작용을 갖는다. 또한, 술포네이트 는 방청 작용도, 페네이트 는 산화 방지 작용도 갖는다.
- 세정제: 슬러지 전구체를 화학적으로 중화하여 슬러지의 발생을 방지하기 위한 유기산 금속염 화합물. 금속 청정제라고도 불린다. 디젤 엔진 오일의 경우, 탄소 예금 은 고온으로 인해 발생하며, 세제는 탄소 예금의 엔진 내 부착을 방지합니다. 중성/과염기성 금속(Ba, Ca, Mg) 설포네이트, 과염기성 금속(Ba, Ca, Mg) 페네이트, 과염기성 금속(Ca, Mg) 살리 실레이트 등.
- 분산제 : 저온에서 슬러지와 그을음을 오일에 분산시켜 마찰과 마모를 방지합니다. 숙신산이미드 , 숙신산 에스테르 , 벤질아민 ( 만 니히 화합물) 등;
산화 방지제
윤활유의 산화를 방지하고, 오일의 산화에 기인하는 바니시 나 슬러지의 생성을 억제한다. 산화 방지제는 바니시나 슬러지의 생성 요인인 유리 이온이나 과산화물과 반응하여 안정한 물질로 변환한다. 디티오포스페이트 아연 , 유기 황 화합물 , 힌더드 페놀 , 방향족 아민 , N,N'-디살리실리덴-1,2-디아미노프로판 등. 통상, 첨가량은 0.1~1%.
윤활유는 공기 중의 산소 분자에 의해 산화되고, 윤활유 성분은 알코올류나 케톤류가 된다. 다음은 윤활유의 산화 반응을 보여줍니다 [ 11 ] .
- RH (탄화수소) + 에너지 (열, 빛, 촉매) → R * ( 라디칼 ) ... (1)
- R * + O 2 → ROO * (유리기) ... (2)
- ROO * + RH → ROOH + R * ... (3)
상기 (1) ~ (3)은 에너지가 부가되었을 때 윤활유 중의 탄화수소가 산화되는 과정이다. 산화 생성물인 라디칼이나 유리기는 그대로 다른 탄화수소의 산화 반응을 일으킨다. 따라서, 한번이라도 탄화수소로부터 라디칼이 발생하면 산화는 하기의 종결 반응까지 반복된다. 즉, 윤활유의 산화는 연쇄 반응 이다. 종결 반응을 이하에 나타낸다.
- 2 R* → RR ・・・(4)
- R * + ROO * → ROOR ... (5)
- 2 ROO* → ROOH + O 2・・・ (6)
이들 고활성 유기물이 축적되어 중축 합하면 슬러지가 된다. 윤활유의 산화는 사용시의 고온 작용, 전단에 의한 교반 작용, 및 금속 표면의 활성 금속의 촉매 작용에 의해 촉진된다. 여기서, 불활성 금속은 우선 유리의 금속 이온이나 과산화물이며, 금속 표면의 마찰에 의해 생성된다. 둘째, 금속 비누 와 같은 윤활유 첨가제입니다. 또한 사용 중뿐만 아니라 보관 조건에 따라 보관 중에도 산화가 진행됩니다.
- 연쇄 반응 정지제: (4)~(6)의 종결 반응의 기질이 되어, 라디칼이나 유리기를 안정한 물질로 바꾼다. 이것은 윤활유 성분의 산화 생성물의 중축 합 반응을 정지시키고 슬러지로 성장하는 것을 방지한다. 페놀 계 산화 방지제와 아민 계 산화 방지제가 있다.
- 과산화물 분해형: 윤활유 성분의 과산화물 을 분해하여 산화 진행을 멈춘다. 디알킬디티오인산아연 (ZnDTP)이나 유기황황계 산화방지제가 있다.
- 금속 불활성화제: 금속 표면을 불활성화시키고 윤활유의 산화 열화를 방지하는 첨가제. 금속은 활성화되면 촉매가 되어 윤활유의 탄화수소나 첨가제를 산화시킨다. 질소 함유 화합물: 벤조트리아졸 , N,N'-디살리실리덴-1,2-디아미노프로판 , 2,5-디알킬머캅토-1,3,4-티아시아졸 등이 있다. 보통 첨가량은 0.3% 미만.
내하중 첨가제
윤활유의 윤활 성능과 내하중 성능을 향상시키는 첨가제. 이에 의해 마모나 베이킹을 방지한다.
- 유성 향상제(유성제): 낮은 하중 하에서 마찰 및 마모를 감소시키는 장쇄 탄화수소. 탄화수소 사슬의 한쪽 끝에는 작용기가 부착되어 금속과 결합합니다. 그러면 금속 표면으로부터 바깥쪽으로 탄화수소가 노출되어 유막이 형성되어 마찰면을 보호한다. 결합으로 인해 유막은 전단에 강하고 큰 전단 응력을 받더라도 제거되지 않습니다. 한편, 금속과 결합하지 않는 기유의 성분은 일정 이상의 전단 응력을 받으면 마찰면으로부터 배제된다. 장쇄 지방산 , 지방산 에스테르 , 고급 알코올 , 알킬아민 등. 보통 첨가량은 1~2.5%.
- 마모 방지제: 마찰열에 의해 2차 화합물이 되어 보호막을 형성하여 마모를 방지한다. 인산 에스테르 , 디티오인산 아연 등. 보통 첨가량은 5~10%.
- 극압제(EP제): 극압 윤활 상태에서의 소부나 스커핑 을 방지한다. 유기 황, 인 화합물 , 유기 할로겐 화합물 ; 보통 첨가량은 5~10%.
- 고체 윤활제 : 경계·혼합 윤활 영역에서 마찰을 저감한다. 금속끼리의 직접적인 접촉을 저지해 마모를 방지. 금속 표면의 거칠기를 감소시켜 유막을 유지한다. 이황화 몰리브덴 , 이황화 텅스텐 , 흑연 , 질화 붕소 , 사불화 에틸렌 중합체 (PTFE), 불화 흑연 , 풀러렌 (C60, C70) 등이 있다.
녹 방지제
철의 녹을 방지하는 첨가제. 작용 메카니즘으로서는, 우선, 금속 표면에 보호막을 형성하고, 녹의 원인 물질인 산소 분자나 물을 금속에 접촉시키지 않게 한다. 이 효과는 내 하중 첨가제도 있기 때문에, 녹 방지제 및 내 하중 첨가제 인 물질도 존재한다. 둘째, 윤활유 내의 산성 물질을 중화하여 녹의 발생을 방지한다. 녹 방지제에는 카르복실산 , 술포네이트 , 인산염 , 알코올 , 에스테르 등이 있다. 통상, 첨가량은 0.1~1%.
부식 방지제
철 이외의 금속의 녹(부식)을 방지하는 첨가제. 기본적으로 작용 기전은 녹 방지제와 동일하다. 질소 함유 화합물( 벤조트리아졸 및 그 유도체, 2,5-디알킬머캅토-1,3,4-티아시아졸 ), 디티오인산 아연 등이 있다. 통상, 첨가량은 0.4~2%.
점도 지수 향상제
온도 변화에 따른 윤활유의 점도 변화, 특히 저온에서의 점도 증가를 감소시킨다. 주요 용도는 엔진 오일이며, 다른 일반적인 윤활유에는 점도 지수 향상제가 사용되지 않습니다. 엔진유의 경우, 기동 직후 및 겨울철이나 한랭지에서의 저온에서 점도 지수가 나쁘면 엔진의 상승이나 운전이 비효율이 된다. 점도 지수 향상제의 첨가는 연비 연비성의 향상, 엔진유의 소비량 저감, 엔진유의 교환 시기의 연장, 엔진의 장수명화, 저온에서의 시동의 효율화를 얻을 수 있다. 폴리메타크릴레이트 , 올레핀 공중합체 , 스티렌 올레핀 공중합체 , 폴리이소 부틸렌 등이 있다. 통상, 첨가량은 2~20%이다.
유동점 강하제
윤활유의 유동점 을 저하시키고 윤활유로서 사용할 수 있는 온도 범위를 저온측으로 넓히는 첨가제. 작용 메카니즘에 대해서는, 저온에서의 윤활유 중의 왁스의 결정화를 방지한다. 결정화가 진행되면 유동성이 없어져 윤활 성능이 손실된다. 폴리 메타 크릴 레이트 , 알킬화 방향족 화합물, 푸마 레이트 비닐 아세테이트 공중 합체 , 에틸렌 비닐 아세테이트 공중 합체 등이있다. 통상, 첨가량은 0.05∼0.5%이다.
소포제
윤활유의 거품을 파괴하고 윤활유의 거품 발생을 억제하는 첨가제. 폴리메틸실록산 , 실리케이트 , 유기 불소 화합물 , 금속 비누 , 지방산 에스테르 , 인산 에스테르 , 고급 알코올 , 폴리알킬렌 글리콜 등이 있다. 통상, 첨가량은 1~1,000ppm이다.
유화제
오일을 유화시키고 생성된 에멀젼 의 안정성을 유지하는 계면활성제. 에틸렌옥사이드 부가물, 에틸렌옥사이드 와 프로필렌옥사이드 의 블록 중합체 , 에스테르 , 카르복실 산염 , 황산에스테르 , 술폰산 염 , 인산 에스테르 , 아민 유도체 , 제4급 암모늄염 등이 있다. 통상, 첨가량은 3% 미만이다.
항 유화제
에멀젼을 파괴한다. 또한, 윤활유의 유화를 방지한다. 에틸렌옥사이드 부가물 , 에틸렌옥사이드 와 프로필렌옥사이드 의 블록 중합체 , 알킬페놀 · 포르말린 축합물의 에틸렌옥사이드 부가물, 4급 암모늄염 등이 있다. 통상, 첨가량은 3% 미만이다.
곰팡이 방지제
에멀젼 중에 생존하는 박테리아, 곰팡이, 효모 등의 미생물의 증식을 방지하고, 그것에 기인하는 장애를 억제한다. 페놀 화합물 , 포름알데히드 공여체 화합물, 살리실리아 리니드 화합물 등이 있다.
윤활유 등급
업계에서는 다음과 같이 첨가제 배합의 유무에 따른 분류도 존재한다. 현대에서는 일부를 제외한 대부분의 윤활유는 고급 윤활유가 되기 때문에 사용되는 것은 그다지 많지 않다.
평급 윤활유
기유(광유)만으로 구성되어 첨가제를 포함하지 않는 스트레이트유. 베어링유로서는 머신유, 스핀들유, 다이나모유, 터빈유, 그 외는 모터유, 실린더유, 절연유의 일부 등. 무첨가의 베어링유에 관해서는 구 JIS 규격에서는 터빈유를 제외하고 머신유, 스핀들유, 다이나모유 각각에 규격이 존재했지만 1979년에 (광의의) 머신유(JIS K 2238)로서 통합되었다 [ 12 ] . 이는 점도의 차이를 제외하면 큰 차이가 없고 ISO로 분류되는 전손식 무첨가 윤활유와의 규격의 공통성을 갖게 하기 때문이다.
병급 윤활유는 높은 성능이 요구되지 않기 때문에 정제도가 낮은 광유도 허용되고 있었지만, 광유에 포함되는 다환 방향족(PCA)의 발암성에 대한 우려로부터 현재는 기준치 이하가 되도록 병급 윤활유에 있어서도 일정 이상의 고도의 정제가 행해지고 있다.
고급 윤활유
기유에 첨가제를 배합한 윤활유. 고성능이 요구되는 현대의 윤활유에서는 어떤 첨가제가 배합되기 때문에 자동차, 산업, 공업용 윤활유의 대다수는 고급 윤활제로 분류된다.
전전전중 등 첨가제를 배합하는 것이 일반적이 아니고, 스트레이트유가 스탠다드였던 시대에 있어서 언급되는 「고급 윤활유」는 첨가제의 유무가 아니고, 일정 이상의 성능을 가지는 것, 강하게 말하면 점도 지수 및 정제도가 상당히 높은 것(예: 당시의 고성능 모빌 오일, 항공 윤활유 등)을 가리킨다. 이 점도 지수와 정제도로 정의한 경우, 현재 유통하는 병급 윤활유도 당시의 고급 윤활유에 상당하는 경우도 있다.
화학적 성질
윤활유에는 많은 화학적 성질이 요구되며, 그 때문에 시험방법이 규정되어 있다 [ 13 ] . 시험항목으로서 대표적인 것은 다음과 같다 [ 14 ] .
- 산화 안정도(JIS K 2519)
- 아와 서 (JIS K 2518)
- 항유화성(JIS K 2520)
- 중화가(JIS K 2501)
- 구리판 부식(JIS K 2513)
- 열 안정도(JIS K 2540)
- 인화점(JIS 2265)
- 유동점(JIS K 2269)
- 흐림점(JIS K 2269)
또한, 윤활유는 시간의 경과에 따라 산화 나 중합 등 화학 반응이 수반하여 변질·열화된다 [ 15 ] .
윤활유가 적합하지 않은 예
작은 힘으로 움직이도록 설계된 정밀 기계 에서는 기름의 점성이 오히려 방해가 될 수도 있다. 예를 들면 손목시계 와 같은 미소한 장치나, 카메라 의 셔터 와 같은 고속으로 움직이는 것을 전제로 한 기구에서는, 점도 가 높은 윤활유의 경우에는 동작을 불확실한 것으로 한다.
그 외에 공기 중의 먼지 등 미세한 얼룩을 흡착하여 작동 불량을 초래할 수 있다. 예를 들어, 오래 동작이 딱딱해진 열쇠 구멍 에 윤활유를 꽂으면, 그 때는 동작이 가벼워지지만, 나중에 모래 등이 붙어 버려, 불필요하게 동작이 나빠지는 경우가 있다.
이러한 것의 윤활에는 전용의 윤활제 를 특히 마찰의 영향을 받기 쉬운 장소에만 적당량 도포하거나, 탈지 등으로 불필요한 더러움이나 기름을 제거하거나 한다.
극단적으로는 윤활유의 사용을 피하고 고체 윤활제 를 사용한다. 우주기처럼 진공에 노출되기 때문에 액체에서는 곧바로 휘발해 버리는 경우 등은 고체 피막 윤활제 가 필수이다.
각주
- ^ 오카모토 준조, 나카야마 케이지, 사토 마사오 1993 , p. 53.
- ↑ “ 각종 윤활유의 제조에 사용되는 베이스 오일의 품질 성상 ”. 준츠우넷 21. 2017년 3월 28일 열람.
- ↑ a b c 오카모토 준조, 나카야마 케이지, 사토 마사오 1993 , p.56.
- ↑ 제이 텍트「베어링 입문서」편집위원회.
- ^ 오카모토 준조, 나카야마 케이지, 사토 마사오 1993 , p. 57.
- ↑ “ 에스테르계 합성 윤활유의 사용법 ”. 준츠우넷트 21. 2017년 4월 6일 열람.
- ↑ “ 윤활유의 분야에서 이용되고 있는 동식물유의 현상과 장래성 ”. 준츠우넷 21. 2017년 4월 7일 열람.
- ↑ a b “ 윤활유 첨가제의 종류·용도 ”. 준츠우넷 21. 2017년 1월 16일 열람.
- ↑ “ 첨가제의 종류와 사용 목적 ”. 준츠우넷 21. 2017년 1월 16일 열람.
- ↑ “ 내연 기관의 오일 열화 판정 장치 ”. j-platpat. 2022년 3월 10일 열람.
- ^ 풍구 만. 윤활유 산화 방지제에 대해서 . doi : 10.5059/yukigoseikyokaishi.13.512
- ↑ 동시에 첨가제를 배합한 것은 「베어링유 JIS K 2239」로서 규격화되었다
- ↑ 오카모토 준조, 나카야마 케이지, 사토 마사오 1993 , 70쪽.
- ↑ 오카모토 준조, 나카야마 케이지, 사토 마사오 1993 , pp. 70-71.
- ^ 오카모토 준조, 나카야마 케이지, 사토 마사오 1993 , p. 71.
참고문헌
- 오카모토 준조・나카야마 케이지・사토 마사오「트라이볼로지 입문」유키쇼보, 1993년 4월 30일. ISBN 4-7821-0101-5 .
관련 항목
- 그리스
- 윤활
- 윤활제
- 기름 분류
- 트라이 볼 로지 - 두 물질 마찰 표면의 상호 작용 등을 연구하는 학문
- 트라이보 필름 - 물질 마찰 표면의 윤활유 첨가제에 의해 형성된 보호 코팅
- 7월 10일 - '윤활유의 날'로 제정되었다.
- 롤러 체인
외부 링크
- 『윤활유』 - NPO 법인·과학 영상관 웹사이트에서
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