폐식용유를 이용한 바이오디젤의 마찰 공학적 특성 연구

Abstract

산업용 윤활유에 올레인산(Oleic acid), 스테아린산(Stearic acid) 등의 고급 지방산, 올레인 알코올(Oleic alcohol), 스테아린 알코올(Stearic alcohol) 등의 고급 알코올 및 각종 에스테르 또는 채종유, 우지 등이 생분해성 및 윤활성능이 우수하여 금속가공유에 유성향상제로 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 긴 지방산 알킬에스테르 구조를 가진 바이오디젤을 유성향상제로서의 응용 가능성을 마찰 공학적 특성으로 대두유, 폐식용유(대두유)로 합성한 바이오디젤과 에스테르 유성향상제로 Methyl Oleate를 비교 연구하고자 한다. 우선 기본 물성으로 비중, 동점도, 운점, 유동점 등을 측정하였으며 응용물성으로 윤활특성을 HFRR, SRV 시험기로 마찰계수(COF) 및 마모흔 직경(SRV Wear Scar Diameter)을 측정하여 평가하였다. 추가적으로 가스크로마토 그래피를 이용하여 윤활성에 영향을 미치는 조성에 대해 분석하였다. 기본물성 평가 결과, Methyl Oleate와 비교해볼 때 바이오디젤의 운점 및 유동점이 5℃ 이상 높아 저온 유동성이 열악하다. 금속가공유는 하중에 따라 접촉면에 발생되는 마찰 및 마모 손실이 오직 윤활막 내에서 이루어지므로 점도에 큰 영향을 받는다. 따라서 바이오디젤을 Methyl Oleate 대체 유성향상제로 적용시킬 경우에는 점도를 약간 높여 합성하고, 동절기에는 저온 유동성 개선을 위해 유동점 강화제와 함께 적용하면 유성향상제로사용가능하다. 윤활성능 평가 결과, HFRR WSD 값은 171∼230 ㎛, SRV WSD 값은 0.81∼0.82 ㎜, SRV COF 값은 0.128∼0.143으로 거의 동일한 수준이었다. 폐식용유(대두유)로 제조한 바이오디젤은 연료유로써, 산업용 윤활유의 유성향상제로써 모두 적용이 가능하다. 또한 폐식용유로부터 바이오디젤을 생산하기 때문에 친환경적이며 자원을 재활용함으로써 자원절감 등의 장점을 가지고 있다. 그리고 Methyl Oleate, 기존 바이오디젤과 비교하여도 물성이나 경제성에서 우수하여 대체원료로써 장점이 있다.