스크랩 합성오일의 종류와 가합성분의 기능 비교

[이병학]

▶	합성윤활유의 성분
	상기하는 의미에서 다시 한번 합성윤활유의 구성을 보면 기유(BASE OIL) + 산화방지제, 청정분산제, 극압제, 마모방지제, 점도지수향상제, 유동점강하제, 녹 방지제 등으로 이루어져 있습니다. 아래에서는 이와 같은 내용들을 세부적으로 살펴보도록 하겠습니다. 아래의 내용을 심도있게 읽어 보신 후, 맨 밑에 있는 각 기유별 특성표를 보시면, 매우 정확하게 이해하실 수 있을 것입니다. 1993년 이전에는 자기인증유라 하여 제조사 개개의 책임으로 규격을 표시했지만, 일부 메이커들의 조악한 엔진오일이 문제가 되어, APO가 지정한 시험기관의 엔진시험에 합격한 오일을 API SH규격으로 인정, 운용 하기 시작하였습니다. SH규격과 동시에 연비절약유 규격 ILSAC GF-I이 제정되었고, 이후 특히 고온청정성 과 동변계 마모방지성 개선 및 연비 절약 향상을 목적으로 SJ → SL → SM 규격으로 발전되었습니다. 가격적으로 화학합성유베이스는 광유베이스에 비하여 2배 이상 비싸고, ESTER베이스의 경우 광유대비 6배 이상 비싸지만, 오일의 수명, 드라이빙 트러블, 차량관리, 성능의 유지/보존 등을 고려하여 평가하면 합성유 쪽이 더 경제적이라고 할 수 있습니다. 아래에서 일단 크게 분류한 기유의 종류와 특성을 세부적으로 보고, 그 효과 / 적용 등을 제시하여 보지요. 기유 광유계 (그룹 I ~ II) 일반적으로 시판되고 있는 대부분의 오일로, 원유에서 정제된 기유에 각종 첨가제를 배합하여 조합합니다 탄소(C)와 수소(H)로 이루어진 탄화수소가 주성분으로, 방향족, 나프텐환과 곁사슬 방법이 무수히 많고, 황산과 질산 화합물까지 포함되어 있는 수만 가지나 되는 복잡한 혼합물이다. 반화학(부분화학)합성오일 광유계 베이스오일과 화학합성계 오일, 혹은 이와 고점도지수 베이스오일의 혼합체이다. 성능적인 목적성과 코스트(가격젹인 면)의 요구에 따라 그 조합을 달리한다. 고점도지수계 오일 (VHVI계 : 그룹II+ 혹은, 그룹III) 광유계 오일을 재정제하여, 불순물이 적고 점도지수가 높은 특징을 가진다. 합성유 그룹인 그룹IV(PAO)와 거의 비슷한 점도지수성능을 가집니다. 화학합성계 오일 1. 폴리알파올레핀(PAO : 그룹IV) 1. 나프타를 분해하여 만든 에틸렌이 원료로, 에틸렌을 원하는 분자구조로 다시 결합시켜 만든다. 통상 화학 1. 합성유의 경우, 이 PAO를 베이스오일로 하는 경우가 많으며, 특히 내열성이 우수하다. 2. 지방산 에스테르(ESTER : 그룹 V) 2. 유지(주로 팜유)와 다가 알코올을 반응시켜 만든다. 특히, 윤활성이 우수하다. 식물유 예전부터 레이스에 사용되어 오던 오일로(일반적으로 피마자오일이 많다) 유성(오일이 금속이 흡착하는힘) 이 커서 유막 잘림을 방지할 수 있다. 주로 2사이클 오일로 사용되고 있는데, 광물유나 화학합성유와의 용해 가 되지 않아, 일반차용으로는 사용하지 않는다. 화학합성유의 성상 화학합성유를 베이스로 만든 윤활유는, 광유에 비해 상당히 다순하여 조성을 정확히 알 수 있고, 윤활유에 적극적으로 유효한 화학구조 성분을 합성시킨 것이기 때문에 광유는 할 수 없는 다양한 기능적 특성을 갖고 있다. 그 특성을 간략히 보면, 1. 내열성 1. 광유의 경우 복잡한 혼합물이므로, 많은 불순물들이 포함되어, 열에 쉽게 열화되어 산화되지만, 합성유는 1. 불순물이 포함되어 있지 않으므로, 합성유에 배합되어 있는 산화방지제 등의 첨가제 효과가 쉽게 나타나 1. 내열성이 우수하다. 2. 증발성 2. 최근의 엔진오일은 연비절약유로 저점도화 되고 있는데, 이 저점도유에 광유를 이용하면 증발량이 많아 2. 오일 소비량이 증가하게 됩니다. 화학합성유의 경우 저점도에서 증발량이 상당히 적어 사용이 절대적입 2. 니다 3. 저온 유동성 2. 유동점 강하제를 첨가한 광유계 오일의 유동점이 -15℃~35℃인데 비해, 합성유는 그 자체가 -40℃~60℃ 3. 로 극한지에서도 시동가능하다. 4. 점도지수 (VI : Viscosity Index) 4. 광유 베이스 오일의 점도지수가 100전후인데 비해, 합성유 베이스오일은 140~150이다. 따라서, 만약 4. SAE 10W30 (VI=150가량)의 엔진오일이라면 광유베이스에서는 다량의 점도지수 향상제(폴리머)를 첨가 4. 해야 하고, 이 폴리머는 장시간 사용하면 전단을 받아 점도저하를 일으킨다. 4. 반면, 합성유 베이스는 소량의 첨가제로 와이드한 멀티 그레이드 오일을 만들 수 있어 가혹한 레이스나 4. 장기간 사용에도 안정된 성능을 유지 할 수 있다. 합성윤활유가 갖추고 있는 일반적 성능 윤활유에 요구되는 성능은 용도에 따라 다릅니다. 하지만, 일반적으로 요구되는 공통적인 성능은 다음과 같 습니다. 이들 중 전용유나 강화유라고 소개되는 제품의 경우 그 용도에 따라 2~3가지 성능에 대해 기유 혹은 첨가제의 작용을 고려 해 확대, 강화시켜 놓은 제품입니다. 1. 점성(점도) → 점도지수 향상제 1. 좋은 윤활상태, 즉 유체상태를 유지하기 위해서는 마찰면의 제조건에 맞는 적절한 점도의 윤활유를 선택 1. 할 필요가 있습니다. 윤활유의 점도는 사용온도에 따라 변하므로, 그 기관(혹은,기계)의 사용온도 범위내 1. 에서 큰 변화가 있으면 충분한 윤활작용을 하지 못하고 윤활막이 찢어지는 경우가 생기게 된다. 이 때문에 1. 일반적으로는 점도지수가 높은 오일을 사용하는 것이 바람직합니다. 즉, 윤활유는 사용조건에 맞는 적절 1. 한 점도를 가져야 하는 것입니다. 1. 점도가 너무 높으면 마찰이 커지고, 점도가 너무 낮으면 윤활효과가 줄어듭니다. 1. 적절한 점도의 선택은 마찰의 감소, 윤활부분의 밀봉, 냉각 효과까지도 활성화 시킵니다. 2. 마모방지성 (내하중성) → 마모방지 전단안정성 향상제 1. 점성(점도)이 적당하면, 마모도 최대한 방지되지만, 하중이 극단저긍로 큰 경우(고RPM)나 기계의 설계 1. 조건에 따라 오히려 극압윤활을 해야 할 경우는 금속면에 밀착되거나, 금속과 반응하여 보호막을 만들어 1. 소부와 마모를 방지하는 성능이 윤활유에 요구된다. 3. 열 및 산화 안정성 → 산화 억제제 1. 윤활유는 고온에서 장시간 사용하면 공기 중의 산소에 의해 산화, 열화를 일으킴과 동시에, 산화반응이 1. 촉진된다. 윤활유를 장시간 사용하기 위해서는 이 열과 산화에 대한 저항력, 즉 산화안정성이 좋아야 합니 1. 다. 4. 청정분산성 → 청정분산제 1. 내연기관 등에서 연소가스 속의 불순물을 금속 표면에서 씻어냄과 동시에, 미립자 상태 그대로 오일 속에 1. 확산시켜 성장을 막는 작용을 말합니다. 쉽게 말하면, 오일이 금속표면의 불순물을 잘게 분해하여, 그 잘 1. 게 쪼개진 불순물 입자마다 윤활막을 재형성하여(캡슐을 떠올리시면 이해가 가시겠죠) 준다는 것이지요. 1. 특히, 내연기관에서 그 요구값이 큽니다. 5. 녹 방지 및 부식방지성 → 부식 방지제 1. 금속은 공기 중의 산소와 습기(수분)에 의해 녹이 습니다. 또, 부식성 가스와 접하거나 오일의 열화로 인해 1. 발생한 산성물질과 접촉하여 금속이 부식되기 때문에, 윤활유에는 윤활부분에서 녹과 부식의 발생을 방지 1. 하는 성능이 요구됩니다. 6. 저온유동성 → 유동점 향상제 1. 윤활유가 온도변화에 대해 점도변화가 적어야 바람직하다는 것은 전술했지만, 기계의 사용온도 범위가 저 1. 온에 그칠 때는 저온 시 충분한 유동성이 요구됩니다. 유동점이 그 기준이 됩니다. 윤활유는 저온이 됨에 1. 따라 유동성이 나빠지는데, 냉각을 계속하면 오일 속에 왁스가 석출되어 투명도를 상실하게 되는데, 이 1. 때의 온도를 담점(CLOUD POINT)이라고 하며, 최종적으로 유동성이 없어져 정지상태가 될 때의 온도를 1. 응고점이라고 합니다. 바로, 응고점 바로 직전인 2.5℃를 유동점이라고 합니다. 7. 소포성 → 기포생성 방지제 1. 윤활유는 베어링과 기어, 오일펌프 등의 사용 중에 교반에 의해 공기의 작은 기포가 오일 속에 들어가거나 1. 생성됩니다. 마찰면에 기포가 들어가면 유막이 찢어져 윤활불량의 원인이 되므로 좋지 않습니다.. 그러므 1. 로, 윤활유에는 기포가 잘 생기지 않고, 또, 기포가 생기더라도 쉽게 없어지는 성능이 요구됩니다. 1. 최대한 기포를 빨리 없애는 것이 바람직하지만 불순물의 혼입과 오일의 열화로 기포가 빨리 없어지지 않 1. 는다. 통상은 소포제로 실리콘 오일을 첨가하게 됩니다.
▶	기유별로 본 성능 비교
▶	에스테르의 발전 변천사
	위에서 설명되고, 도표로 기재 해 드린 바와 같이 에스테르계의 기유는 여지없이 그 성능이 합성유가 갖추어야 할 전반적인 기능에 매우 뛰어난 반응도를 가지고 있다고 할 수 있습니다. 그 성분자체가 워낙 뛰어나다 보니, 그 기능들을 한층 더 높일 수 있도록 하기 위한, 연구개발의 결과물로 에스테르도 현재까지 아래와 같은 단계로 발전되어 오고 있습니다. 하지만, 에스테르윤활유가 최초 출시된(1973년 디 에스테르) 이래, 단독으로 윤활유로서 사용하기에는 그 비용이 워낙 경제성과 맞지 않고, 에스테르의 가장 큰 단점인 장기 사용면을 보완하기 위한 여러가지 방법들, 첨가제를 더욱 더 강화시켜 조합 한다거나, 다른 기유와 첨가제의 조합비를 맞추어 경제성을 보완한다던가 하는 방법들이 주로 사용되고 있습니다. 휴,,,결국은 기유와 첨가제의 개발기술, 조합비의 연구 등이 관건이라고 할 수 있겟지요. 에스테르의 단계가 밑으로 내려 갈수록 유체윤활, 경계윤활, 흡착분자막의 형성이 뛰어나나고 간략히 말씀드릴 수 있습니다. 열화와 수명, 반응도(흔히들 리스폰스라고 하지요)에 관한 보완을 위해 그 단계가 점점 올라가고 발전하게 되는 것입니다. 에스테르의 발전 / 변천사 디에스테르 ↓ 네오 폴리 올 에스테르 ↓ 네오 폴리 올 코 에스테르 ↓ 네오 폴이 디 에스테르 (반응도는 빠르나, 수명이 짧다) ↓ 컴플렉스 에스테르 ↓ 더블 에스테르

[김진봉]

잘보고갑니다