Calcium Sulfonate 증주제의 이해

‘그리스(Grease)란 무엇인가’에 대한 답은 쉽지 않습니다. 이유는 매우 다양한 그리스가 존재하기 때문입니다. 장비에 잘못된 그리스가 사용된다면 고객들은 부품을 교체하는 많은 비용을 지출해야만 합니다.  반면 적합한 그리스를 사용한다면 유지보수의 문제없이 수 년간 효율적으로 장비를 운용 할 수 있습니다. 따라서 요점은 고객이 필요로 하는 적합한 그리스가 무엇인지 알 수 있는 능력을 키우는 것입니다.

Calcium Sulfonate

Calcium Sulfonate 그리스는 최신의 그리스가 아닌 약 50년 전에 개발된 그리스입니다. 이 그리스는 자체적으로 극압(EP – Extreme Pressure) 성능을 가지고 있습니다. 이러한 자체적인 EP성능으로 인해 식품등급 (NSF H-1)으로 제조가 가능하며 다른 그리스들이 갖고 있지 않는 여러 우수한 성능으로 기존의 그리스를 대체해 내고 있습니다.

Background

그리스에는 다양한 종류의 증주제(Thickner)가 사용되며 각각의 증주제는 고유한 강점 및 약점을 가지고 있습니다. 가장 일반적인 그리스인 리튬 그리스는 지방산(Fatty Acid–12–hydroxystearic acid)과 그리스를 증주하는 단순 비누기(Simple soap)를 만드는 Lithium이 사용됩니다. 추가적으로 극압성을 부여하기 위해 극압첨가제(Extreme Pressure Additive) 및 설비의 특성에 따른 최상의 성능을 발휘하기 위한 각종 첨가제가 함유됩니다.

Figure 1. Calcium Sulfonate Grease

리튬 복합 그리스(Lithium Complex Grease)를 제조하기 위해서는 지방산(Fatty Acid)의 일부가 복합 비누기 증주제를 만들기 위해 다른 산(일반적으로 Di-acid)으로 전환됩니다. 이렇게 제조된 그리스는 고온 환경에 놓이게 되더라도 그리스의 구조가 쉽게 파괴되지 않고 이유도(Oil Separation – 증주제로부터 오일이 분리되는 현상)가 극히 낮아지게 됩니다. 그리스의 사용온도는 일반적으로 적점(Dropping Point)과 관련됩니다. 그리스의 구조에 있어서 적점은 매우 중요한 요소가 되는데, 그 이유는 그리스가 오일로 변환되는 온도 즉 그리스의 구조가 파괴되어 증주제로부터 오일이 빠져나와 버리는 온도를 의미합니다.

Calcium Sulfonate 그리스는 매우 높은 적점을 가지고 있어 고온 환경의 어플리케이션에 매우 적합합니다.

Calcium Sulfonate 그리스는 Calcium Carbonate를 함유하고 있는 Fluid Detergent를 Calcite(방해석)을 함유한 그리스의 형태로 변환시켜 만듭니다. 이 Calcite 가루의 윤활 특성으로 인해 황(S), 인(P), 아연(Zn)과 같은 극압성능을 부여하기 위한 첨가제가 따로 필요 없습니다. 위의 세가지 첨가제를 처리하지 않기 때문에 식품등급(Food Grade : NSF H-1) 그리스를 만들기에 적합합니다.

The Art of Making Grease

독일의 수학자이자 물리학자인 맥스 본(Max Born)은 “과학은 정형화된 로직이 아닙니다. 다른 창조적인 예술과 마찬가지로 극도로 자유롭고 창의적인 행동이 필요한 학문입니다.”라고 말했습니다. 그리스를 만드는 작업도 이와 마찬가지입니다. Calcium Sulfonate 그리스 관점에서 세정제를 그리스로 만드는 작업도 이러한 맥락에서 통한다고 볼 수 있습니다. 누가 이러한 요소들을 통해 극압 성능과 적점의 문제를 모두 해결한 그리스를 만들 수 있으리라 생각했겠습니까.

Concerns with Calcium Sulfonates

Calcium Sulfonate 그리스가 우수한 성능을 가지고 있지만 단점은 구매 비용입니다. Calcite 분말의 가격이 그리스를 생산하는데 있어서 거의 대부분을 차지한다 할 정도로 Calcite의 비용은 매우 비쌉니다. 더불어 Calcium Sulfonate의 공급이 한정적이다 보니 가격 또한 상승하고 있습니다. Calcium Sulfonate는 일반적으로 엔진오일, 절삭유, 자동차 트랜스미션 오일, 산업용 또는 자동차 산업의 기어오일 첨가제 등 다양한 분야에 적용됩니다. 고하중 디젤 어플리케이션은 5% 정도의 threat level을 필요로 하지만 그리스 어플리케이션의 경우 threat level이 20%에서 50% 가량 크게 증가합니다.

다른 특징으로는 펌핑성(Pump Ability)과 수분에 대한 저항성(Water Spray Off)요소입니다.

펌핑성은 적합한 베이스 오일 선정을 통해 높일 수 있습니다. ASTM D4049 분무 테스트에 따르면 PANEL에 매우 얇은 그리스 유막을 만든 뒤 물을 분사합니다. 테스트가 종료되면, 소진된 그리스의 양을 측정합니다. 많은 Calcium Sulfonate 그리스는 물에 대한 강한 저항성을 보입니다.

Table 1. 상기의 테스트는 Lithium Complex 그리스와 Calcium Sulfonate 그리스의 비교자료임

Advantages and Applications

Calcium Sulfonate그리스는 가격을 뛰어넘는 특별한 성능을 가지고 있습니다. ASTM D2596 - 4 BALL TEST와 ASTM D2509 – TIMKEN TEST에서 볼 수 있듯이 매우 높은 EP 성능을 보유하고 있습니다. 물에 대한 강한 저항성으로 해양산업, 염수에 노출되어 있는 교각의 서스펜션을 비롯한 다양한 적용 분야를 가지고 있습니다.

Calcium Sulfonate 그리스의 일반적인 적용분야는 자동차 산업, 농업, 건설, 식품산업, 광산업, 제지산업, 제철 산업 등입니다.

또한 Calcium Sulfonate 그리스는 고압(Hi Pressure)에서 구동되는 모터 구동 방식의 스팀밸브에 적용이 가능합니다. 이런 종류의 스팀 밸브는 핵 발전소(Nuclear Plant) 또는 열 병합 발전소(Thermal Generating Stations)에서 많이 사용됩니다. NLGI에서 2002년에 발행된 문서에는 방해석(Calcite Partcle)에 관한 문건이 있는데 여기서 Calcium Sulfonate 그리스가 고온에서 매우 탁월한 그리스 선택이라 명시하고 있습니다.

Calcium Sulfonate 그리스는 산화 안정성(Oxidation Stability)이 매우 높아 방청성에 있어서 우수한 성상을 보유하고 있습니다. 방청제(Rust Inhibitors)는 금속 표면의 산을 중화시키는 계면활성제(Surfactants)입니다. 계면활성제는 표면에 오일층(Oilly Surface or Barrier)을 만들어 표면의 부식을 막아줍니다. 증주제도 역시 산화에 영향을 미치지만 오일의 품질에도 영향을 많이 받습니다.

4 Ball Weld Test(4구 융착 하중 테스트)에서 Calcium Sulfonate는 일반적으로 315~400kg 이상의 성능을 발휘합니다. Calcite 조각들이 금속 사이에서 전단 층을 형성하여 금속 간의 마찰을 막아줍니다.

결론적으로 Calcium Sulfonate 그리스는 식품등급 NSF H-1 인증, 열과 물에 대한 저항성, 열악한 환경과 민감한 요소에 노출되어 있는 개소에 대하여 가격을 넘어서는 뛰어난 성능을 발휘할 수 있습니다.

References

1.    Jeff St. Aubin. Calcium Sulfonate Grease. Chemtool Inc.

2.    W. Mackwood, Crompton Co., and K. J. Brown, Utility Service Associates. Proper Grease Selection Reduces Steam Valve Maintenance.