그리스 이야기
그리스를 만드는 증주제는 매우 다양하다. 그리고 각 증주제는 나름의 강점과 약점을 가지고 있다. 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)는 아주 새로운 증주제의 그리스는 아니지만 약 60년 동안 여러해를 거치면서 산업에 적합하게 변해왔다. 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)는 고온 고압 그리고 녹 방지성에서 아주 우수한 성능이 있는 것으로 알려져 있다. 그리고 이 그리스의 약점은 저온에서의 유동성이 떨어져 펌프빌리티가 안좋은 것이다.
칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)를 만드는 과정은 오버베이스 칼슘 설포네이트를 방해석 결정을 함유한 그리스로 변형하는 과정을 거쳐야 하는데 이 과정에서 방해석의 형태로 변형되는 정도에 따라 그리스의 특성이 결정된다. 따라서 그리스를 만드는 과정에서 이러한 조건들을 잘 맞추어 성능을 향상시키는 성분을 잘 만드는 것이 중요하다.
전 세계적으로 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)의 사용량은 2005년 1.2% 에서 2010년 1.4%로 늘어나는 추세이다. 미국에서는 2005년 3.8% 에서 2010년 5.4% 로 크게 사용량이 늘어났다. 인도에서의 사용량은 댝 0.8% 이다. 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)의 여러 장점으로 인하여 북미에서는 다른 종류의 그리스 보다 사용량이 점차 늘어나며 다목적 그리스로서 자리를 잡아가고 있다.
칼슐 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)의 이러한 다목적 그리스로서의 용도 외에 생산 공정의 혁신과 사용 첨가제의 조절 등을 통하여 다른 특수 목적의 캴슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)를 개발하였다. 그 중 하나는 극압의 조건 하에서 사용할 수 있는 극압 그리스로서 800Kg의 웰딩포인트(4ball Weld Point test / ASTM D-2596)와 70파운드의 팀켄 하중(Timken OK Load / ASTM D-2509)을 가진 그리스이다. 그리고 1,000시간의 소금물 스프레이(Salt Spray Corrosion Testing / ASTM B117)에서도 우수한 녹 방지성능과 수저항성을 가진 해양 설포네이트 그리스와 극저온에서 사용할 수 있는 악틱 그리스(Arctic Grease) 등을 개발하였다.
소개
설포네이트 그리스로 잘 알려진 오버베이스 칼슘 설포네이트 그리스(Overbased Calcium Sulfonate Grease)는 전혀 새로운 그리스는 아니며 이미 1940년 대에 발명하여 특허가 난 물질이다. 이 그리스를 개발하게 된 동기는 칼슘 그리스의 고온 성능을 개선하기 위하여 개발하게 된 것으로 보인다. 칼슘 그리스는 일반적으로 매우 우수한 수정항성과 저온 안정성을 가지나 고온에 매우 약한 것이 단점이다. 고분자량 설포네이트와 저분자량 설포네이트의 조합을 증주제로 사용한 설포네이트 베이스 그리스는 고 적점을 가진다고 하여 짐머에트알은 204ºC 의 멜팅포인트를 가진 설포네이트 베이스 그리스로 특허를 획득하였다.
그리고 1960년대에 맥클린은 260 C 의 적점을 가진 그리스를 개발하여 특허를 획득하였다. 이후로 TBN(Total Base Number) 가 300 에서 500 까지를 사용한 오버 베이스 칼슘 설포네이트 용액을 겔화 하여 칼슘 설포네이트 그리스를 생산하는 방법은 지금까지 실질적으로 바뀌지 않고 있다.
일반적인 공정 과정에서는 상당히 높은 수준의 오버베이스 설포네이트를 베이스 오일과 섞은 다음 산과 석회 그리고 적절한 반응촉진제로 처리하면 비결정의 칼슘 카보네이트가 결정을 가진 방해석으로 바뀌게 된다. 이런 공정 과정에서 비결정의 칼슘 카보네이트는 결정을 가진 방해석(바람직한 변환)이나 혹은 바테라이트 결정체로 변환되게 되는데 이 바테라이트는 바람직한 물질이 아니다. 이 과정은 사용하는 매개물이나 성분에 매우 민감하므로 최종의 그리스 성능은 생산하는 사람의 노하우에 매우 영향을 받게 된다. 칼슘설포네이트 그리스를 병형한 칼슘 보라이트는 무려 299ºC 의 적점을 가진다고 무어에트알은 보고하고 있다.
일반적으로 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Grease)는 높은 적점과 높은 수저항성 우수한 녹 방지성능과 본질적인 우수한 극압 성능을 가지는 것으로 알려져 있다. 그리고 이 그리스의 약점은 증주제의 굳기가 높아 저온에서 유동성이 부족하여 저온에서 펌프빌리티가 낮은 것이 약점으로 지적된다. 다른 여러 종류의 그리스 보다 특히 리튬 그리스에 대한 여러 가지 강점과 장점으로 인하여 현재 세계적으로 사용량이 늘어나고 있는 추세이다.
여러 다양한 종류의 오버 베이스 칼슘 그리스(Overbased Calcium Sulfonate Grease)가 여러 가지 장점과 용도를 가지고 시장에 사용되고 있으나 이 그리스는 생산자의 공정 촉진제, 반응제 그리고 성능을 향상하기 위한 첨가제를 어떤 종류를 사용하는가에 따라 성능이 크게 달라진다. 일반적으로 리튬계 그리스에서 사용하는 일반적인 첨가제를 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Grease)에 사용할 경우 효력을 발휘하지 못한다. 당사는 수십년간 오버 베이스 칼슘 설포네이트 그리스(Overbased Calcium Sulfonate Grease)를 생산하여 충분한 제조 노하우를 가지고 고객의 필요에 맞게 제품을 생산하며 혹심한 조건에서 사용하고자 하는 고객의 요구를 수 차례에 걸쳐 완벽하게 생산한 경험이 있다. 또한 최근에는 세 종류의 그리스 즉 슈퍼 헤비 로드에 사용하는 그리스로써 800Kg의 웰딩 포인트를 가지고 있으며 1000 시간의 소금물 포그에도 녹이 발생하지 않는 해상용 그리스 그리고 -40ºC 에서 유동성 시험을 통과한 초저온 그리스 등을 개발하였다.
시험
그리스를 생산하는데 사용하는 베이스 오일은 다양한 점도를 가진 광유 혹은 합성유를 사용한다. 광유는 파라핀 혹은 나프탄 오일을 섞어 사용하거나 그냥 단일로 사용하기도 한다. 오버베이스 칼슘 설포네이트 증주제는 400 TBN의 설포네이트를 사용하여 생산한다. 그리고 이 논문에서 사용한 장비는 일반 공장에서 상업용 그리스를 생산하기 위하여 사용하는 열매체유를 사용하는 5톤 용량의 교반기와 샤롯테 밀 그리고 호모나이져를 사용하여 생산한 그리스를 생산한 것이다.
그리고 그리스는 ASTM과 IP 시험기준을 사용하여 시험하였다. 그리고 그리스의 유동성은 미국 철강산업 유동성 시험 방법을 사용하여 시험하였다. 소금물 분사 시험은 ASTM B 117을 사용하여 시험하였음을 명시합니다.
슈퍼 헤비 듀티 칼슘 술포네이트 그리스의 개발
차량용과 산업용으로 일반적으로 수 많은 종류의 그리스가 사용되고 있다. 일반적으로 차량용 휠베어링, 차체, 디스크 브레이크, 유니버셜 조인트 등에 사용하는 극압그리스는 NLGI GC-LB의 조건을 만족하는 리튬 혹은 리튬 콤플렉스 계열 또는 알미늄 콤플렉스 계열 또는 칼슘 설포네이트 계열의 그리스를 사용한다. 그리고 또한 이러한 계열의 그리스가 용도에 따라 약간 변형하여 그리 혹심한 조건이 아닌 산업용 그리스로 사용되기도 한다. 중간 속도이거나 하이 스피드 베어링의 경우 일반적으로 사용되는 그리스는 점도가 VG 150-220 정도의 그룹1 오일 혹은 나프탄계 베이스 오일을 사용하여 생산한다. 이러한 그리스들은 250-400Kg의 웰딩 포인트를 가지며 40-50파운드 정도의 팀켄 로드를 가지며 칼슘 설포네이트 그리스의 경우 팀켄 로드가 약간 높은 50 파운드를 가지는 것이 일반적이다. 그리고 수저항성의 경우 79ºC에서 15% 정도의 손실(15% wt@79ºC)을 나타낸다. 그러나 오프 로드 차량이나 중장비 덤프트럭 혹은 광산장비 등은 일반적인 요구 사항인 NLGI GC-LB를 훨씬 초과하는 극압 성능 혹은 고하중을 이동하는 능력 등을 요구하는 그리스를 사용하여야 한다.
철강회사, 광산, 건설, 드릴링, 제지회사 등 혹심한 조건에서 윤활을 해야하는 산업에서 주로 리튬 혹은 리튬콤플렉스, 알미늄콤플렉스, 벤톤 클레이 혹은 칼슘 설포네이트 그리스를 사용하는데 이러한 그리스 들의 특징을 표2에 나타냈다. 또 고하중이 걸리거나 아주 큰 베어링의 윤활에서는 베이스 오일로 점도 320-460의 오일을 사용하여 많은 량의 EP 첨가제를 사용하여 이러한 혹심한 조건의 윤활을 하기도 한다. 칼슘 설포네이트 그리스는 이러한 조건을 충족하기 위해서도 그리 많은 다량의 EP 첨가제를 사용하지 않아도 충분히 이러한 혹심한 조건을 충족할 수 있다.
많은 공장에서 칼슘 설포네이트 그리스를 생산하지만 산업 현장에서 틈새 시장인 극심한 고하중이나 쇼크 하중에 사용할 수 있는 경쟁적인 성능을 낼 수 있는 그리스를 생산하는데 힘을 모으고 있다. 당사에서는 이러한 시장의 요구에 따라 광산 철강 건설 산업에서 요구하는 슈퍼 고하중이나 충격 하중에 견딜 수 있는 특별히 고안된 제품을 개발하였다.
이 그리스는 다른 시중에 판매되고 있는 칼슘 설포네이트 그리스 보다 아주 우수한 성능을 나타낸다. 일반적인 칼슘 설포네이트 그리스는 웰딩 하중이 400-500 Kg인 반면 몰리브덴이나 그라파이트를 첨가하지 않고 ASTM D-2596으로 시험한 결과 800 Kg의 놀라운 결과를 보여 준다. 따라서 팀켄 오케이 로드 역시 일반 칼슘설포네이트 그리스가 45-55 파운드를 가지는 반면 당사의 수퍼 헤비 듀티 그리스는 70파운드의 하중을 보여 준다.
이러한 엄청난 시험 결과를 나타내는 것은 여러 가지 요소가 복합적으로 작용하여 나타나는 것이다. 그 요소 중 한 가지는 미결정 칼슘 카보네이트를 결정의 방해석으로 정제하는 과정에 불필요한 바테라이트가 최소화 하도록 하는 촉진 공정을 잘 하느냐에 달려있다. 이와 같이 그리스가 방해석을 많이 가질수록 베르사이트를 많이 가진 그리스 보다 우수한 극압성능을 발휘하게 된다. 판상 구조의 방해석은 보다 낳은 윤활층을 형성하여 베르사이트가 많은 그리스 보아 아주 우수한 극압성을 가지게 된다. 일반적으로 리튬계열의 그리스에서 극압제로 사용하는 황인산염이나 엔티모니 아연 등을 칼슘 설포네이트 그리스에 사용하는 경우 좋은 효과를 기대하기 어려워 이 첨가제로 칼슘설포네이트 그리스의 극압성을 높이는데는 한계가 있다. 그리고 이러한 800 Kg의 웰드 포인트와 70 파운드의 팀켄 로드를 가지는 데는 또한 칼슘설포네이트 그리스에 맞는 특수한 첨가제를 개발 한 것이 시너지 효과를 가짐으로써 가능하게 되었다. 슈퍼 헤비 듀티 그리스가 다른 경쟁 그리스에 비하여 얼마나 높은 극압성능을 가지는지를 보여 준다. 그리고 또 다른 장점은 이 그리스가 일반 상온에서뿐 아니라 저온에서도 아주 우수한 펌프빌리티를 보여 준다는 것이다. 미국 철강 시험 방법(USS DM 43)으로 시험한 결과 -18ºC 에서 13.2gm/분, 그리고 -30ºC 에서 3.2gm/분 을 나타내는데 이는 일반적인 그리스에서 사용하는 점도 220의 오일을 사용한 경우와 비교하였을 때 아주 우수한 성능을 나타내는 것이다. 이러한 결과는 제강회사나 광산에서 사용하는 중앙집중 급유 방식의 윤활을 하는 곳에서 아주 적적하게 사용할 수 있다는 것이다.
해상용 슈퍼 칼슘설포네이트 그리스
해상용 드릴링 산업이나 선박의 경우 직 간접적으로 염분에 접하기 때문에 장비의 부식이 항상 문제가 된다.
이러한 염분이 있는 환경에서 베어링 기어 와이어 로프 등 그리스 윤활이 팰요한 곳은 그리스의 우수한 수정항성 물에 대한 씻김에 대한 저항성 그리고 염수에 대한 부식 방지 성능이 절실하게 필요하다. 이러한 경유 칼슘설포네이트 그리스가 최상의 선택인데 이는 태생적으로 이 구리스는 부식에 강하기 때문이다. 수정항성의 시험은 ASTM D 1264의 시험 방법으로 시험하며 수분 스프레이 시험은 ASTM D 4049의 방법으로 시험한다.
해상 적용 윤활의 경우에 대한 부식 방지 성능 시험은 ASTM B 117에 의거하여 염수 안개 스프레이 시험이 다른 시험에 비해 더 타당한 것으로 보고되고 있다. 어떤 경우에는 고객이 염수 안개 시험에서 1000 시간의 조건을 충족하는 그리스를 원하기도 한다. 이러한 혹심한 조건의 그리스는 일반적인 리튬 계열 혹은 알미늄 콤플렉스 그리스로는 충족할 수가 없다. 칼슘설포네이트 그리스 일지라도 정교하게 생산하지 않는 경우 이러한 조건을 충족할 수 없다.
당사에서는 이러한 해상용의 까다로운 조건을 충족하는 그리스를 개발하였으며 이 그리스는 아주 우수한 기계적 안정성을 유지하며 그리고 또한 620Kg의 웰드 포인트와 65 파운드의 팀켄 로드를 가지는 정도의 매우 우수한 극압성을 유지하고 또한 상기에서 언급한 최상의 염수 수분에 대한 부식 방지 성능을 가지고 있다. 염수 포그 분사 시험의 경우 다른 모든 경쟁 그리스가 실패한 1000 시간 염수 시험에 성공하였다. 물론 1000 시간 이상도 갈 수 있었으나 처음 계획한 1000 시간 까지만 시험한 후 시험을 종료하였다. 비록 칼슘 설포네이트 그리스 라도 일반적인 칼슘 설포네이트 그리스는 다른 그리스에 대해서는 우수했지만 360시간 까지만 성공하였다. 이러한 최상의 부식 방지 성능을 나타내는 이유는 아직 정확하게 규명하지 못하고 있지만 추정하건데 오버베이스 칼슘 설포네이트의 분자가 가지는 극성과 첨가제의 극성끼리 어떤 전기적인 상호작용에 의한 것이 아닌가 추정하고 있다.
저온에서의 악틱 칼슘 설포네이트 그리스
일반적으로 칼슘 설포네이트 그리스는 다른 리튬컴플렉스 그리스나 알미늄 콤플렉스 그리스에 비하여 증주제의 굳기가 심하여 2번 그리스의 경우에 저온에서 유동성이 떨어지는 것으로 보고되고 있다.
그리고 철강 공장이나 광산 등에서는 다른 계열의 그리스 보다 우수한 극압성능과 부식 방지 성능으로 해서 칼슘 설포네이트 그리스를 채택하여 사용한다. 알미늄 콤플렉스 그리스의 경우는 우수한 수정항성이 있는 것으로 알려져 광산이나 드릴링 등에 사용된다. 그러나 지금 까지는 이러한 산업 분야에서도 오히려 리튬이나 리튬 콤플렉스 계열의 그리스가 더 많이 사용되고 있는 실정이었으며 지금은 변화의 과정에 있으며 그 선택은 알미늄 콤플렉스 제품이냐 아니면 칼슘 설포네이트 제품이냐 의 단계이다. 칼슘 설포네이트 그리스로 교환하기가 더 유리한 점은 이 그리스가 리튬이나 리튬 콤플렉스 그리스와 호환이 가능하므로 무리 없이 변환 사용이 가능하다는 점에서 알미늄 콤플렉스 그리스 보다 큰 장점이 있다.
캐나다 중국 그리고 일부 유럽의 경우 겨울에 광산이나 드릴링의 경우 매우 저온에서 심지어 -40ºC에서 그리스를 펌핑해서 윤활을 해야 한다. 따라서 이러한 경우에도 무리 없이 윤활을 하는 것이 큰 과제이며 대부분의 다른 그리스는 이러한 조건을 충족할 수 없다. 이러한 경우에 사용하는 대부분의 그리스는 리튬 혹은 칼슘 혹은 알미늄 콤플렉스의 증주제에 합성 기유를 사용한 그리스가 사용된다. 또 다른 방법은 여름에는 주도 2번의 그리스를 사용하고 겨울에는 주도 1번의 그리스를 사용하기도 한다. 혹은 합성 그리스를 사용하기도 하는데 이는 너무 가격이 비싼 단점이 있다.
당사에서는 최근 반합성오일을 기유로 하여 악틱 칼슘 설포네이트 그리스를 개발하였는데 극 저온의 조건을 충족하는 그리스이다.
주도 2번의 그리스에서 100,000번의 더블 스트로크의 진동에도 단지 11 정도의 변화만 보이는 최상의 전단 안정성을 가지며 277ºC의 높은 적점을 가진다. 그리고 또한 620Kg의 웰드 포인트와 60 파운드의 팀켄 로드의 극압성을 가지고 있으며 다른 우수한 극압 그리스 경쟁 제품을 압도하는 극압성능을 발휘한다. 또한 매우 우수한 부식 성능(ASTM D 1743)과 우수한 저온 유동성 -18ºC 에서 140gm/분, -40ºC 에서 18gm/분 을 나타낼 정도로 우수한 유동성을 가진다. 대부분 이러한 조건에서 작업하는 고객들은 -40ºC 에서 4gm/분 정도의 조건을 충족하기를 원하므로 본사의 악틱 칼슘 설포네이트 그리스는 최상의 성능을 가진 그리스라 말할 수 있겠다. 이렇게 그리스를 제조할 수 있는 요인은 그리스 공정의 최적화와 완전성 그리고 최소한의 증주제를 사용하여 주도 2번의 그리스를 만드는 공정의 기술과 점도 조절을 통한 정교한 최적화된 기술에 요인하는 것이다.
그리스 이야기
그리스를 만드는 증주제는 매우 다양하다. 그리고 각 증주제는 나름의 강점과 약점을 가지고 있다. 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)는 아주 새로운 증주제의 그리스는 아니지만 약 60년 동안 여러해를 거치면서 산업에 적합하게 변해왔다. 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)는 고온 고압 그리고 녹 방지성에서 아주 우수한 성능이 있는 것으로 알려져 있다. 그리고 이 그리스의 약점은 저온에서의 유동성이 떨어져 펌프빌리티가 안좋은 것이다.
칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)를 만드는 과정은 오버베이스 칼슘 설포네이트를 방해석 결정을 함유한 그리스로 변형하는 과정을 거쳐야 하는데 이 과정에서 방해석의 형태로 변형되는 정도에 따라 그리스의 특성이 결정된다. 따라서 그리스를 만드는 과정에서 이러한 조건들을 잘 맞추어 성능을 향상시키는 성분을 잘 만드는 것이 중요하다.
전 세계적으로 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)의 사용량은 2005년 1.2% 에서 2010년 1.4%로 늘어나는 추세이다. 미국에서는 2005년 3.8% 에서 2010년 5.4% 로 크게 사용량이 늘어났다. 인도에서의 사용량은 댝 0.8% 이다. 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)의 여러 장점으로 인하여 북미에서는 다른 종류의 그리스 보다 사용량이 점차 늘어나며 다목적 그리스로서 자리를 잡아가고 있다.
칼슐 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)의 이러한 다목적 그리스로서의 용도 외에 생산 공정의 혁신과 사용 첨가제의 조절 등을 통하여 다른 특수 목적의 캴슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Complex Grease)를 개발하였다. 그 중 하나는 극압의 조건 하에서 사용할 수 있는 극압 그리스로서 800Kg의 웰딩포인트(4ball Weld Point test / ASTM D-2596)와 70파운드의 팀켄 하중(Timken OK Load / ASTM D-2509)을 가진 그리스이다. 그리고 1,000시간의 소금물 스프레이(Salt Spray Corrosion Testing / ASTM B117)에서도 우수한 녹 방지성능과 수저항성을 가진 해양 설포네이트 그리스와 극저온에서 사용할 수 있는 악틱 그리스(Arctic Grease) 등을 개발하였다.
소개
설포네이트 그리스로 잘 알려진 오버베이스 칼슘 설포네이트 그리스(Overbased Calcium Sulfonate Grease)는 전혀 새로운 그리스는 아니며 이미 1940년 대에 발명하여 특허가 난 물질이다. 이 그리스를 개발하게 된 동기는 칼슘 그리스의 고온 성능을 개선하기 위하여 개발하게 된 것으로 보인다. 칼슘 그리스는 일반적으로 매우 우수한 수정항성과 저온 안정성을 가지나 고온에 매우 약한 것이 단점이다. 고분자량 설포네이트와 저분자량 설포네이트의 조합을 증주제로 사용한 설포네이트 베이스 그리스는 고 적점을 가진다고 하여 짐머에트알은 204ºC 의 멜팅포인트를 가진 설포네이트 베이스 그리스로 특허를 획득하였다.
그리고 1960년대에 맥클린은 260 C 의 적점을 가진 그리스를 개발하여 특허를 획득하였다. 이후로 TBN(Total Base Number) 가 300 에서 500 까지를 사용한 오버 베이스 칼슘 설포네이트 용액을 겔화 하여 칼슘 설포네이트 그리스를 생산하는 방법은 지금까지 실질적으로 바뀌지 않고 있다.
일반적인 공정 과정에서는 상당히 높은 수준의 오버베이스 설포네이트를 베이스 오일과 섞은 다음 산과 석회 그리고 적절한 반응촉진제로 처리하면 비결정의 칼슘 카보네이트가 결정을 가진 방해석으로 바뀌게 된다. 이런 공정 과정에서 비결정의 칼슘 카보네이트는 결정을 가진 방해석(바람직한 변환)이나 혹은 바테라이트 결정체로 변환되게 되는데 이 바테라이트는 바람직한 물질이 아니다. 이 과정은 사용하는 매개물이나 성분에 매우 민감하므로 최종의 그리스 성능은 생산하는 사람의 노하우에 매우 영향을 받게 된다. 칼슘설포네이트 그리스를 병형한 칼슘 보라이트는 무려 299ºC 의 적점을 가진다고 무어에트알은 보고하고 있다.
일반적으로 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Grease)는 높은 적점과 높은 수저항성 우수한 녹 방지성능과 본질적인 우수한 극압 성능을 가지는 것으로 알려져 있다. 그리고 이 그리스의 약점은 증주제의 굳기가 높아 저온에서 유동성이 부족하여 저온에서 펌프빌리티가 낮은 것이 약점으로 지적된다. 다른 여러 종류의 그리스 보다 특히 리튬 그리스에 대한 여러 가지 강점과 장점으로 인하여 현재 세계적으로 사용량이 늘어나고 있는 추세이다.
여러 다양한 종류의 오버 베이스 칼슘 그리스(Overbased Calcium Sulfonate Grease)가 여러 가지 장점과 용도를 가지고 시장에 사용되고 있으나 이 그리스는 생산자의 공정 촉진제, 반응제 그리고 성능을 향상하기 위한 첨가제를 어떤 종류를 사용하는가에 따라 성능이 크게 달라진다. 일반적으로 리튬계 그리스에서 사용하는 일반적인 첨가제를 칼슘 설포네이트 그리스(Calcium Sulfonate Grease)에 사용할 경우 효력을 발휘하지 못한다. 당사는 수십년간 오버 베이스 칼슘 설포네이트 그리스(Overbased Calcium Sulfonate Grease)를 생산하여 충분한 제조 노하우를 가지고 고객의 필요에 맞게 제품을 생산하며 혹심한 조건에서 사용하고자 하는 고객의 요구를 수 차례에 걸쳐 완벽하게 생산한 경험이 있다. 또한 최근에는 세 종류의 그리스 즉 슈퍼 헤비 로드에 사용하는 그리스로써 800Kg의 웰딩 포인트를 가지고 있으며 1000 시간의 소금물 포그에도 녹이 발생하지 않는 해상용 그리스 그리고 -40ºC 에서 유동성 시험을 통과한 초저온 그리스 등을 개발하였다.
시험
그리스를 생산하는데 사용하는 베이스 오일은 다양한 점도를 가진 광유 혹은 합성유를 사용한다. 광유는 파라핀 혹은 나프탄 오일을 섞어 사용하거나 그냥 단일로 사용하기도 한다. 오버베이스 칼슘 설포네이트 증주제는 400 TBN의 설포네이트를 사용하여 생산한다. 그리고 이 논문에서 사용한 장비는 일반 공장에서 상업용 그리스를 생산하기 위하여 사용하는 열매체유를 사용하는 5톤 용량의 교반기와 샤롯테 밀 그리고 호모나이져를 사용하여 생산한 그리스를 생산한 것이다.
그리고 그리스는 ASTM과 IP 시험기준을 사용하여 시험하였다. 그리고 그리스의 유동성은 미국 철강산업 유동성 시험 방법을 사용하여 시험하였다. 소금물 분사 시험은 ASTM B 117을 사용하여 시험하였음을 명시합니다.
슈퍼 헤비 듀티 칼슘 술포네이트 그리스의 개발
차량용과 산업용으로 일반적으로 수 많은 종류의 그리스가 사용되고 있다. 일반적으로 차량용 휠베어링, 차체, 디스크 브레이크, 유니버셜 조인트 등에 사용하는 극압그리스는 NLGI GC-LB의 조건을 만족하는 리튬 혹은 리튬 콤플렉스 계열 또는 알미늄 콤플렉스 계열 또는 칼슘 설포네이트 계열의 그리스를 사용한다. 그리고 또한 이러한 계열의 그리스가 용도에 따라 약간 변형하여 그리 혹심한 조건이 아닌 산업용 그리스로 사용되기도 한다. 중간 속도이거나 하이 스피드 베어링의 경우 일반적으로 사용되는 그리스는 점도가 VG 150-220 정도의 그룹1 오일 혹은 나프탄계 베이스 오일을 사용하여 생산한다. 이러한 그리스들은 250-400Kg의 웰딩 포인트를 가지며 40-50파운드 정도의 팀켄 로드를 가지며 칼슘 설포네이트 그리스의 경우 팀켄 로드가 약간 높은 50 파운드를 가지는 것이 일반적이다. 그리고 수저항성의 경우 79ºC에서 15% 정도의 손실(15% wt@79ºC)을 나타낸다. 그러나 오프 로드 차량이나 중장비 덤프트럭 혹은 광산장비 등은 일반적인 요구 사항인 NLGI GC-LB를 훨씬 초과하는 극압 성능 혹은 고하중을 이동하는 능력 등을 요구하는 그리스를 사용하여야 한다.
철강회사, 광산, 건설, 드릴링, 제지회사 등 혹심한 조건에서 윤활을 해야하는 산업에서 주로 리튬 혹은 리튬콤플렉스, 알미늄콤플렉스, 벤톤 클레이 혹은 칼슘 설포네이트 그리스를 사용하는데 이러한 그리스 들의 특징을 표2에 나타냈다. 또 고하중이 걸리거나 아주 큰 베어링의 윤활에서는 베이스 오일로 점도 320-460의 오일을 사용하여 많은 량의 EP 첨가제를 사용하여 이러한 혹심한 조건의 윤활을 하기도 한다. 칼슘 설포네이트 그리스는 이러한 조건을 충족하기 위해서도 그리 많은 다량의 EP 첨가제를 사용하지 않아도 충분히 이러한 혹심한 조건을 충족할 수 있다.
많은 공장에서 칼슘 설포네이트 그리스를 생산하지만 산업 현장에서 틈새 시장인 극심한 고하중이나 쇼크 하중에 사용할 수 있는 경쟁적인 성능을 낼 수 있는 그리스를 생산하는데 힘을 모으고 있다. 당사에서는 이러한 시장의 요구에 따라 광산 철강 건설 산업에서 요구하는 슈퍼 고하중이나 충격 하중에 견딜 수 있는 특별히 고안된 제품을 개발하였다.
이 그리스는 다른 시중에 판매되고 있는 칼슘 설포네이트 그리스 보다 아주 우수한 성능을 나타낸다. 일반적인 칼슘 설포네이트 그리스는 웰딩 하중이 400-500 Kg인 반면 몰리브덴이나 그라파이트를 첨가하지 않고 ASTM D-2596으로 시험한 결과 800 Kg의 놀라운 결과를 보여 준다. 따라서 팀켄 오케이 로드 역시 일반 칼슘설포네이트 그리스가 45-55 파운드를 가지는 반면 당사의 수퍼 헤비 듀티 그리스는 70파운드의 하중을 보여 준다.
이러한 엄청난 시험 결과를 나타내는 것은 여러 가지 요소가 복합적으로 작용하여 나타나는 것이다. 그 요소 중 한 가지는 미결정 칼슘 카보네이트를 결정의 방해석으로 정제하는 과정에 불필요한 바테라이트가 최소화 하도록 하는 촉진 공정을 잘 하느냐에 달려있다. 이와 같이 그리스가 방해석을 많이 가질수록 베르사이트를 많이 가진 그리스 보다 우수한 극압성능을 발휘하게 된다. 판상 구조의 방해석은 보다 낳은 윤활층을 형성하여 베르사이트가 많은 그리스 보아 아주 우수한 극압성을 가지게 된다. 일반적으로 리튬계열의 그리스에서 극압제로 사용하는 황인산염이나 엔티모니 아연 등을 칼슘 설포네이트 그리스에 사용하는 경우 좋은 효과를 기대하기 어려워 이 첨가제로 칼슘설포네이트 그리스의 극압성을 높이는데는 한계가 있다. 그리고 이러한 800 Kg의 웰드 포인트와 70 파운드의 팀켄 로드를 가지는 데는 또한 칼슘설포네이트 그리스에 맞는 특수한 첨가제를 개발 한 것이 시너지 효과를 가짐으로써 가능하게 되었다. 슈퍼 헤비 듀티 그리스가 다른 경쟁 그리스에 비하여 얼마나 높은 극압성능을 가지는지를 보여 준다. 그리고 또 다른 장점은 이 그리스가 일반 상온에서뿐 아니라 저온에서도 아주 우수한 펌프빌리티를 보여 준다는 것이다. 미국 철강 시험 방법(USS DM 43)으로 시험한 결과 -18ºC 에서 13.2gm/분, 그리고 -30ºC 에서 3.2gm/분 을 나타내는데 이는 일반적인 그리스에서 사용하는 점도 220의 오일을 사용한 경우와 비교하였을 때 아주 우수한 성능을 나타내는 것이다. 이러한 결과는 제강회사나 광산에서 사용하는 중앙집중 급유 방식의 윤활을 하는 곳에서 아주 적적하게 사용할 수 있다는 것이다.
해상용 슈퍼 칼슘설포네이트 그리스
해상용 드릴링 산업이나 선박의 경우 직 간접적으로 염분에 접하기 때문에 장비의 부식이 항상 문제가 된다.
이러한 염분이 있는 환경에서 베어링 기어 와이어 로프 등 그리스 윤활이 팰요한 곳은 그리스의 우수한 수정항성 물에 대한 씻김에 대한 저항성 그리고 염수에 대한 부식 방지 성능이 절실하게 필요하다. 이러한 경유 칼슘설포네이트 그리스가 최상의 선택인데 이는 태생적으로 이 구리스는 부식에 강하기 때문이다. 수정항성의 시험은 ASTM D 1264의 시험 방법으로 시험하며 수분 스프레이 시험은 ASTM D 4049의 방법으로 시험한다.
해상 적용 윤활의 경우에 대한 부식 방지 성능 시험은 ASTM B 117에 의거하여 염수 안개 스프레이 시험이 다른 시험에 비해 더 타당한 것으로 보고되고 있다. 어떤 경우에는 고객이 염수 안개 시험에서 1000 시간의 조건을 충족하는 그리스를 원하기도 한다. 이러한 혹심한 조건의 그리스는 일반적인 리튬 계열 혹은 알미늄 콤플렉스 그리스로는 충족할 수가 없다. 칼슘설포네이트 그리스 일지라도 정교하게 생산하지 않는 경우 이러한 조건을 충족할 수 없다.
당사에서는 이러한 해상용의 까다로운 조건을 충족하는 그리스를 개발하였으며 이 그리스는 아주 우수한 기계적 안정성을 유지하며 그리고 또한 620Kg의 웰드 포인트와 65 파운드의 팀켄 로드를 가지는 정도의 매우 우수한 극압성을 유지하고 또한 상기에서 언급한 최상의 염수 수분에 대한 부식 방지 성능을 가지고 있다. 염수 포그 분사 시험의 경우 다른 모든 경쟁 그리스가 실패한 1000 시간 염수 시험에 성공하였다. 물론 1000 시간 이상도 갈 수 있었으나 처음 계획한 1000 시간 까지만 시험한 후 시험을 종료하였다. 비록 칼슘 설포네이트 그리스 라도 일반적인 칼슘 설포네이트 그리스는 다른 그리스에 대해서는 우수했지만 360시간 까지만 성공하였다. 이러한 최상의 부식 방지 성능을 나타내는 이유는 아직 정확하게 규명하지 못하고 있지만 추정하건데 오버베이스 칼슘 설포네이트의 분자가 가지는 극성과 첨가제의 극성끼리 어떤 전기적인 상호작용에 의한 것이 아닌가 추정하고 있다.
저온에서의 악틱 칼슘 설포네이트 그리스
일반적으로 칼슘 설포네이트 그리스는 다른 리튬컴플렉스 그리스나 알미늄 콤플렉스 그리스에 비하여 증주제의 굳기가 심하여 2번 그리스의 경우에 저온에서 유동성이 떨어지는 것으로 보고되고 있다.
그리고 철강 공장이나 광산 등에서는 다른 계열의 그리스 보다 우수한 극압성능과 부식 방지 성능으로 해서 칼슘 설포네이트 그리스를 채택하여 사용한다. 알미늄 콤플렉스 그리스의 경우는 우수한 수정항성이 있는 것으로 알려져 광산이나 드릴링 등에 사용된다. 그러나 지금 까지는 이러한 산업 분야에서도 오히려 리튬이나 리튬 콤플렉스 계열의 그리스가 더 많이 사용되고 있는 실정이었으며 지금은 변화의 과정에 있으며 그 선택은 알미늄 콤플렉스 제품이냐 아니면 칼슘 설포네이트 제품이냐 의 단계이다. 칼슘 설포네이트 그리스로 교환하기가 더 유리한 점은 이 그리스가 리튬이나 리튬 콤플렉스 그리스와 호환이 가능하므로 무리 없이 변환 사용이 가능하다는 점에서 알미늄 콤플렉스 그리스 보다 큰 장점이 있다.
캐나다 중국 그리고 일부 유럽의 경우 겨울에 광산이나 드릴링의 경우 매우 저온에서 심지어 -40ºC에서 그리스를 펌핑해서 윤활을 해야 한다. 따라서 이러한 경우에도 무리 없이 윤활을 하는 것이 큰 과제이며 대부분의 다른 그리스는 이러한 조건을 충족할 수 없다. 이러한 경우에 사용하는 대부분의 그리스는 리튬 혹은 칼슘 혹은 알미늄 콤플렉스의 증주제에 합성 기유를 사용한 그리스가 사용된다. 또 다른 방법은 여름에는 주도 2번의 그리스를 사용하고 겨울에는 주도 1번의 그리스를 사용하기도 한다. 혹은 합성 그리스를 사용하기도 하는데 이는 너무 가격이 비싼 단점이 있다.
당사에서는 최근 반합성오일을 기유로 하여 악틱 칼슘 설포네이트 그리스를 개발하였는데 극 저온의 조건을 충족하는 그리스이다.
주도 2번의 그리스에서 100,000번의 더블 스트로크의 진동에도 단지 11 정도의 변화만 보이는 최상의 전단 안정성을 가지며 277ºC의 높은 적점을 가진다. 그리고 또한 620Kg의 웰드 포인트와 60 파운드의 팀켄 로드의 극압성을 가지고 있으며 다른 우수한 극압 그리스 경쟁 제품을 압도하는 극압성능을 발휘한다. 또한 매우 우수한 부식 성능(ASTM D 1743)과 우수한 저온 유동성 -18ºC 에서 140gm/분, -40ºC 에서 18gm/분 을 나타낼 정도로 우수한 유동성을 가진다. 대부분 이러한 조건에서 작업하는 고객들은 -40ºC 에서 4gm/분 정도의 조건을 충족하기를 원하므로 본사의 악틱 칼슘 설포네이트 그리스는 최상의 성능을 가진 그리스라 말할 수 있겠다. 이렇게 그리스를 제조할 수 있는 요인은 그리스 공정의 최적화와 완전성 그리고 최소한의 증주제를 사용하여 주도 2번의 그리스를 만드는 공정의 기술과 점도 조절을 통한 정교한 최적화된 기술에 요인하는 것이다.