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제목 그리스의 구성요소 및 제조
작성자 (주)루브텍 (ip:)
  • 작성일 2016-04-08 13:30:17
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그리스의 구성요소

가. 증주제(Thickener)


증주제는 .그리스의 유동특성을 나타내 주는 매우 중요한 성분으로 사용온도 범위에서
기유에 불용이긴 하지만, 친화성이 있는 고체로서 기유속에 잘게 분산되어 안정된 3차원
적 구조를 형성하는 물질이고, 그리스의 내열성, 내수성, 기계적 안정성, 내진동성에
절대적인 영향을 준다.  증주제는 보통 그리스 총 중량의 5~20%정도 차지 하고 크게
비누, 콤플렉스 비누, 유기계비비누, 무기계비비누로 나눌 수 있으며 그 특성은 다음과 같다.







증주제로서는 사용온도범위에서 기유에 녹지는 않지만 친화성이 있는 고체로 기유 속에
잘게 분산되어 안정된 3차원적 구조를 만드는 것이 좋다.

금속과 지방산의 배합으로 여러 가지 그리스가 가능하며 금속으로서는 나트륨, 칼슘,
리튬, 알루미늄 등이 사용되었지만 나트륨비누, 그리스는 물에 약하며 칼슘, 알루미늄
비누, 그리스는 내열성이 없기 때문에 물에도 열에도 강한 만능형 리튬비누 그리스가
많아지고 있다.

지방산원료로서는 油脂 또는 그것을 가수분해하여 글리세린을 뺀 조제지방산도 이용
되었지만, 리튬비누용으로서는 정제한 스테아린산, 또는 피마자유의 경화지방산인
12히드록 시스테아레이트산을 사용하는 일이 많다. 이 두가지에 의한 그리스는 사용상의
특성이 약간 다르다.

리튬비누 그리스라도 200℃전후에서는 액화하는데다가 전이점도 있으므로, 지방산에
첨가하여 다른 유기산을 사용하여 복합비누로서 내열성을 개량한 것이 컴플렉스
그리스라 불리는 것이다. 칼슘 컴플렉스, 알루미늄 컴플렉스, 리튬 컴플렉스 그리스
등이 있으며 적점은 200℃를 넘는다.

더욱, 비누계의 한계를 넘어서기 때문에 비누 이외의 증주제를 사용한 것이 非비누계
그리스이다. 유기계에서는 폴리우레아 불소수지계가 있고, 무기계에서는 벤톤 및
실리카겔 그리스가 있는데, 무기계의 경우는 친유성을 부여하기 때문에 유기물에 의한
표면처리가 필요해 진다. 非비누계 그리스는 증주제 그 자체의 내열성은 좋을지라도
장기간 고온으로 유지되면 구조가 변화되어 연화되거나 경화되거나 하는 것이 있으므로
주의를 요한다.


나. 기유(Base Oil)


보통의 기유는 광유이며 저점도에서 고점도까지 윤활유로서 사용할 수 있는 것은 전부
사용된다. 윤활개소에서 사용할 수 있는 것은 전부 사용된다. 윤활개소에서 그리스는
대부분 기유의 상태가 되어 윤활하기 때문에, 오일 單體로 사용할 때에 준하여 저온,
저하중, 고속에는 저점도, 고온, 고하중, 저속에는 고점도의 기유가 적합하다.

다만 고온에서의 구조안정성면에서는 광유타입의 선정이 약간 있다.
예를 들면, 호일베어링 그리스의 기유에는 고온에서도 리튬비누와의 친화성을 잃지
않는 나프텐계의 광유가 사용된다. 광유의 한계를 넘는 사용온도에 대해서는 합성
기유가 사용된다. 저온용으로는 2염기산 디에스테르가 적합하며 저온장치의 베어링,
또는 군용, 極寒地用의 호일베어링용 등에 사용된다. 고온용으로는 컴플렉스비누,
非비누계 등 내열성증주제와 배합하여 Neo benzyl polyol ester, α-올레핀올리고머,
실리콘유 등이 사용된다.

기유는 그리스 조성의 약 90% 정도를 차지하여 본래의 목적인 윤활성을 부여하는데,
이것은 그 점성에 따라 상대운동을 하는 윤활면 사이에 유막을 만들어 접촉을 방지하고
유체윤활을 수행한다. 또 조건이 가혹해져서 마찰면의 돌출 부분끼리 접촉이 시작되면,
기유 자신의 성분 또는 첨가제로서 첨가된 성분이 금속표면에 흡착층 또는 반응층을
형성하여 접촉시에 이 층을 사이에 두고 마찰면을 완화시켜 마모나 눌어붙음을 방지한다.
이러한 기유의 역할은 주로 다음과 같은 특성을 결정하는 결정적 요인이 된다.

  • 그리스의 사용온도 범위  
  • 그리스의 내열성, 내 노화성
  • 그리스의 사용온도에서의 기회선력(Torque)
  • 재질과 유체매체에 대한 그리스의 내성
  • 그리스의 수명  

이 특성들을 향상시키기 위해 기유가 갖추어야 할 주요성질은 다음과 같다.  
  • 적당한 점도.온도 특성을 가질 것.(점도지수가 높을것)  
  • 그리스 윤활부분의 온도에 최적인 점도를 가질것.
    윤활제는 베어링 및 기타 윤활부분에서 속으로 흘러들어가 두표면을 유막으로
    분리시키는데, 점도가 낮으면 유막이 얇아지거나 심한 하중을 받을 경우 유막이
    파괴되어 마모를 야기한다.  또한 점도가 높은 기유를 사용하면 그리스의 압송
    이나 분배에 문제가 발생하기도 하고 사용중 마찰저항이 발생한다.  
  • 고온에서 증발성이 적을것  
  • 산화안정성, 열안정성이 좋을것.  윤활수명에 영향을 주는 것은 물론이지만.
    그리스 제조시에 200℃까지 가열하는 일이 많으므로 이때 변질이나 변색을 일으
    키지 않기 위해서는 우수한 열안정성이 필요하다.
  • 저온 유동성이 좋을 것.  
  • 유성이 좋을 것.   기유 자체에서도 화학구조나 미량 성분에 따라 윤활성에 차이
    가 있고 광유에서는 나프텐계, 합성유에서는 에스테르계가 좋으며 실리콘은 좋지
    않다. 그러나 최근에는 유성제나 극압 첨가제가 효과적이어야 한다.  
  • Oil Seal과의 Compatibility가 좋을 것.  밀봉베어링의 Seal 또는 자동차 조인트
    부의 더스트 커버 등을 변질시키지 않아야 하고 상대의 재료에 따라서는 나프텐계
    광유, 에스테르계 합성유, 알킬벤젠 등이 문제가 된다. 브레이크 부품 등 특히
    배려할 필요가 있을 때는 피마자유나 폴리글리콜 등을 사용한다.  
  • 증주제에 대한 친화성이 좋을 것.   광유는 그리스의 제조가 용이하고 경제적이
    라는 점에서 많이 사용되고 있으며, 정제도 면에 가장 적절한 결정형태의 그리스
    몸체를 형성하는 쪽은 점도지수가 높은 광유보다 천연 극성물질을 많이 포함하고
    있는 저 혹은 중 점도지수를 갖는 광유쪽이 좋은 결과를 얻을 수 있다.
    일반적으로 비누함량이 일정할 경우 나프텐 기유를 사용하면 전단안 정성과 주도
    가 가장 좋은 그리스가 만들어진다



다. 첨가제

그리스의 각종 성능을 향상시키기 위해서 많은 종류의 첨가제가 사용되는데 대부분
윤활유에 사용되는 첨가제와 거의 동일하다. 단지 그리스 종류에 따라서 특정첨가제가
증주제의 조직을 파괴해서 그리스의 현저한 연화를 초래하는 경우가 있기 때문에 주의
해야 한다.  그리스에 사용되는 대표적인 첨가제를 아래표에 나타냈다.






그리스에서도 산화방지제, 방청제, 극압첨가제, 유성제 등, 윤활유에 대한 것과 같은
것이 똑같은 목적으로 사용된다. 산화방지제로서는 윤활유에는 그다지 사용되지 않는
페닐- α-나프틸아민 등, 또 방청제로서는 미세한 분말 아연산소가 사용되기도 한다.
또 그리스에서는 이황화몰리브덴이나 그라파이트 등의 고체윤활제는 효과적으로 사용할
수 있다. 그리스에서는 첨가제의 소모가 부분적으로 편중되어 발생하고, 다른 부분에서
성분이 이동하여 보충하는 작용이 적기 때문에 윤활유의 경우보다 일반적으로 농도를
높일 필요가 있다.

그리스 특유의 것으로서는, 점착성을 증가시키기 위해 폴리이소브틸렌 등의 폴리머가
첨가되기도 한다. 또 증주제의 분산을 잘 하여 구조의 안정성을 개량하기 때문에,
구조안정제로서 계면활성제를 첨가하기도 한다. 당연히 액체윤활제의 독특한 작용에
관련된 소포제와 청정분산제는 사용되고 있지 않다. 또 점도지수향상제와 유동점강하제도
그리스의 경우 효과가 적으므로 보통은 사용되지 않는다.

그리스 제조

그리스의 제조는 기유와 비누화물을 검화 탱크에 넣어 가열교반을 행하면서 금속
수산화물인 염기재의 수용액을 서서히 가하여 검화반응을 일키게 하고, 필요에 따라
첨가제를 첨가하여 이것을 균일하게 분산시켜 제품을 만드는 것으로서 일반적으로
다음과 같은 4공정으로 분류된다.

(1)  검화공정
  1. 필요량의 오일중에서 필요 검화물질을 분산시킨다.  
  2. 검화제의 첨가 : 종종 물에 녹이거나 Suspension상태  
  3. 비누 형성을 위한 가열

(2)  분산공정

검화공정에서 만든 비누 또는 다른 증주제를 기유에 균일하게 분산시키는 공정으로써
검화반응에서 생성된 수분의 탈수공정도 동시에 행하기 위해 가열교반을 한다.  분산
공정이 적정한 온도로 행해지지 않고, 또 시간이 부족하면 비누화 및 증주제 분산 등이
불균일하게 되거나, 연질의 그리스가 되어 오일의 분리가 발생하기 쉬운 그리스가 된다.

(3)  겔화공정

기유속에 분산된 비누나 증주제를 냉각하면서 균질한 미세한 구조를 형성시키는 것을
그리스의 겔화라 한다.  이 공정은 교반하면서 온도 조절을 하여 정해진 속도로 냉각
하는 것으로써, 냉각속도가 그리스의 주도를 비롯해 물리적 특성에 크게 영향을 미치
므로 이 공정은 매우 중요하다. 일반적으로 급랭하면 비누 섬유의 길이가 길게되고
서냉하면 짧게 된다.


(4)  균질화 공정

겔화한 그리스 속의 비누를 균일하게 분산시키고 비누섬유의 크기와 길이를 일정하게
하고 주도를 조정하기 위해 콜로이드 밀(Colloid Mill), 삼단롤 밀(Three roll Mill),
Homogenizer 등으로 처리한다.  이때 밀의 필요성은 다음과 같다.  
  • 외관이 좋아진다.  
  • 수율향상  
  • 생산능률 향상  
  • Shear Stability  개선  
  • 제품의 품질 균일성  
  • Storage Stability 향상  
  • Leakage Tendency 감소  
  • Oil Separation감소


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