윤활유는 어떻게, 그리고 왜 노화되는가?

산화 안정성은 안정성의 핵심 요소입니다.

윤활유의 산화는 구조에 돌이킬 수 없는 변화를 일으켜 주요 물리화학적 특성이 손실되는 화학적 과정입니다. 산화의 결과로 산화된 분자의 중합으로 인한 점도 증가, 유기산, 바니시 및 침전물 형성, 그리고 성능 향상 첨가제의 소모로 인해 윤활유 교체 주기가 잦아집니다. 또한, 열화된 윤활유는 기계 부품의 조기 마모를 유발합니다. 오일 열화는 함유된 산화방지제의 분해로 시작됩니다. 산화방지제 가 완전히 소모된 후에야 오일 기유의 실제적이고 급속한 노화 과정이 시작됩니다. 특정 합성 기유는 광물유보다 산화 안정성이 더 높다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 하지만 습기, 고온, 금속 입자(촉매) 존재, 자외선 노출, 지속적인 산소 노출과 같은 요인들이 이러한 악영향을 크게 가속화한다는 점을 명심해야 합니다.

참고: 광물유와 합성유의 차이점

윤활유의 산화

오일과 그리스의 파괴적인 산화는 개시, 전파, 분기, 종결의 순환 과정을 거쳐 진행됩니다. 이 순환은 분자가 하나 이상의 전자를 잃고 반응성 자유 라디칼과 과산화물을 형성하는 개시 단계 에서 시작됩니다. 이는 외부 에너지의 영향으로 발생하며, 개시 요인은 일반적으로 고온, 자외선 또는 기계적 전단력입니다 . 전파 단계에서는 이러한 라디칼이 산소와 반응하여 증식하고, 그리스에 추가적인 화학적 변화를 일으킵니다. 분기가 진행됨에 따라 반응성 물질의 수가 증가하여 점도 증가와 침전물 형성이 가속화되고, 결국 윤활유가 더 이상 부품을 보호할 수 없게 됩니다. 이 시점에서 급격한 노화 과정이 발생합니다. 이 순환이 종결 될 때까지 산화는 계속되어 오일이나 그리스가 사실상 사용할 수 없게 됩니다.

윤활유의 노화를 방지하는 방법은 무엇일까요?

산화 과정은 주요 화학적 단계에 개입함으로써 제어할 수 있습니다. 효과적인 보호는 주로 개시 단계(산소 및 고온으로부터 차단)를 제한하고 전파 단계(연쇄 반응 차단)를 차단하는 데 기반합니다. 산화 억제제(항산화제) 는 오일 노화를 방지하는 핵심 도구입니다 . 이러한 첨가제는 기유의 산화 저항성을 증가시켜 윤활유의 수명을 연장합니다. 산화 억제제의 작용은 다음과 같습니다.

• 공격적인 자유 라디칼을 안정적인 형태로 전환하여 산화 연쇄 반응을 차단합니다.
• 윤활유 보호 – 산화방지제는 기유보다 산소와 훨씬 빠르게 반응하여 윤활유의 특성을 보존합니다.
• 다른 성분과의 상호 작용 – 윤활유 배합에서 산화 억제제는 다른 첨가제(예: AW 또는 EP)와 함께 작용합니다.

항산화제에는 어떤 종류가 있나요?

윤활유의 노화를 완벽하게 방지하기 위해 1차 및 2차 산화 방지제, 두 가지 유형의 산화 방지제의 시너지 효과를 활용합니다.

• 주요 항산화제

주요 항산화제(주로 방향족 아민 또는 페놀) 는 자유 라디칼 소거제 역할을 합니다. 이들은 반응 진행 단계에서 자유 라디칼을 포착하여 중화시킵니다. 라디칼에 수소 원자를 제공하여 안정적인 분자로 변환시킵니다. 이렇게 함으로써 분해 과정을 늦추고 침전물 및 광택제 형성을 유발하는 연쇄 반응을 제한하는 데 도움을 줍니다.

• 이차 항산화제

2차 항산화제(예: 아인산염 또는 황 화합물)는 보조적인 역할을 하며 제형의 장기 안정성에 매우 중요합니다. 이들은 1차 항산화제의 작용으로 생성되는 불안정한 과산화물과 반응하여 산화 주기를 차단하고 분기 반응을 방지함으로써 제형의 장기 안정성에 필수적인 역할을 합니다.

특히, 고도의 시너지 시스템에서 2차 항산화제는 1차 항산화제 분자를 ‘재생’시켜 라디칼 소거 능력을 회복시킬 수 있습니다. 일반적으로 윤활유 제형에서 이들은 전체 산화 주기 동안 함께 작용합니다. 이들은 기유의 산화 저항성을 향상시켜 윤활유가 이러한 항산화제가 없을 때보다 더 높은 온도에서 더 오랫동안 작동할 수 있도록 합니다 .

윤활유의 안정성을 지원하기 위해 PCC 그룹은 Rostabil Rostabil 와 같은 Rostabil 시리즈를 제공합니다. 유기 인 화합물은 이러한 제품에서 핵심적인 역할을 합니다. 이 시리즈의 제품은 산업용 윤활유 뿐만 아니라 열 안정성이 중요한 요소인 플라스틱 및 코팅에도 적합한 솔루션입니다.

윤활유의 산화 저항성 테스트

산화 저항성 시험은 윤활유의 내구성을 평가하는 데 중요한 부분입니다. 이 분야에서 가장 널리 인정받는 분석 방법 중 하나는 ASTM D943에 따라 수행되는 TOST( 터빈 오일 안정성 시험 )입니다. 이 시험에서는 오일 시료를 순수 산소, 고온 및 금속 촉매 존재 하에 노출시켜 노화 과정을 극한으로 가속시킵니다. 시험 중에는 산가의 증가율을 측정합니다. 이 증가는 오일 성분의 점진적인 화학적 분해와 산화로 인한 산성 분해 생성물의 형성을 나타냅니다. 이 방법을 통해 특정 윤활유가 보호 기능을 얼마나 오랫동안 유지할 수 있는지 확인할 수 있습니다.