고성능 윤활유, 특히 엔진 오일을 제조할 때 첨가제의 선택과 최적화는 성능과 장비 내구성에 큰 영향을 미칩니다. 가장 중요한 첨가제 중 하나는 ZDDP(아연 디알킬디티오인산염)로, 마모 감소, 산화 안정성 향상, 엔진 수명 연장 등으로 산업 전반에서 인정받고 있습니다. 이 글에서는 ZDDP의 화학 구조, 성능 메커니즘, 주요 적용 분야, 제형 고려 사항 및 규제 측면을 깊이 있게 다루어, 윤활유 제조 최적화를 위한 실질적인 통찰을 제공합니다.
아연 디알킬디티오인산염(ZDDP)은 주로 아연, 황, 인 및 탄화수소 그룹으로 구성된 유기금속 화합물입니다. 항마모 첨가제로서의 주요 기능은 경계 윤활 조건(유체 윤활이 완전히 이루어지지 않는 상황)에서 마찰과 마모를 줄이는 것입니다. ZDDP는 고압과 고온 조건에서 금속 표면에 직접 보호 트라이보필름을 형성함으로써 이를 달성합니다. 특히 캠축, 피스톤 링, 베어링과 같은 엔진 부품에서 효과적입니다.
윤활유 제조사 및 OEM 엔지니어에게 ZDDP의 중요성은 심각한 마모를 방지하고 부품 수명을 연장함으로써 장비 신뢰성과 총 소유 비용에 직접적인 영향을 미친다는 점입니다. 또한, 항산화제와의 조합으로 산화 안정성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
ZDDP 첨가제는 경계 윤활 조건에서 금속 표면과 화학적으로 반응하여 주로 아연 인산염과 철 황화물로 구성된 강력한 트라이보필름을 생성합니다. 이 트라이보필름은 우수한 하중 지지 및 마찰 감소 특성을 나타내어 금속 표면을 직접적인 접촉으로부터 효과적으로 보호합니다.
보호 트라이보필름 형성 메커니즘은 ZDDP 분자의 열분해를 포함합니다. 열과 기계적 응력 하에서 ZDDP는 황과 인을 포함하는 화합물을 방출하며, 이들은 금속 표면(특히 철 기반 합금)과 빠르게 반응하여 화학적으로 결합된 보호층을 형성합니다. 이 트라이보필름은 특히 스커핑과 접착 마모를 줄여 부품 수명을 크게 연장합니다(ASTM D4172 Four-Ball Wear Test 등으로 입증됨).
이 과정에서 유화제의 적절한 사용은 오일의 균일한 분산을 돕습니다.
엔진 설계가 고효율, 배출 가스 감소, 첨단 후처리 시스템 호환성을 향해 발전함에 따라 적절한 ZDDP 수준은 중요한 제형 고려 사항이 되었습니다. 과도한 ZDDP 함량은 배기 가스 흐름에 더 많은 인을 도입하여 촉매 내구성에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 불충분한 수준은 마모 위험과 엔진 조기 고장을 증가시킬 수 있습니다.
현대 가솔린 엔진의 경우, 일반적인 인 한도(API 및 ILSAC 사양에 의해 규제됨)는 ZDDP 사용을 약 800ppm 인으로 제한합니다. 중장비 디젤 엔진 오일은 더 까다로운 윤활 조건으로 인해 일반적으로 더 높은 ZDDP 수준(최대 1200ppm 인)을 허용합니다. 이러한 한도와 적절한 마모 보호를 균형 있게 맞추려면 ZDDP 농도를 최적화하고 마찰 조정제 및 윤활유 패키지와 같은 호환 가능한 첨가제로 보완하는 신중한 제형 전략이 필요합니다.
