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광물유

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1. 개요

광물유는 다양한 이름으로 불리며, 윤활유의 주요 성분으로 사용되는 탄화수소 혼합물이다. 가격이 저렴하고 점도 범위가 넓어 널리 사용되지만, 불순물로 인해 열 안정성이 낮고 사용 온도 범위가 좁다는 단점이 있다. 파라핀계와 나프텐계 윤활유로 구분되며, 윤활유, 절삭유, 화장품, 의약품, 식품 등 다양한 분야에서 활용된다. 세계 보건 기구는 최소 처리된 광물유를 발암 물질로 분류하고 있으며, 작업장에서의 노출에 대한 안전 기준이 존재한다.

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광물유
개요
투명한 미네랄 오일
미네랄 오일
다른 이름액체 파라핀
파라핀 오일
백유
유형고급 알케인의 액체 혼합물
물리적 특성
밀도0.8 – 0.87 g/cm³
화학적 특성
화학식CnH2n+2 (n > 15)
식별
CAS 번호8012-95-1
관련 화합물
관련 물질광유 에스테르
위험성
GHS 위험 문구H304
추가 정보
주 성분고급 파라핀 탄화수소
용도윤활제
절삭유
의약품
화장품

2. 명칭

광물유는 미네랄 오일, 베이비 오일, 케이블 오일, 액체 파라핀, 액체 석유, 백색 오일 등 다양한 이름으로 불린다.[4] 영어권에서는 'paraffinum liquidum' (액체 파라핀) 등의 용어를 사용하기도 한다. 이러한 명칭의 다양성은 과거 광물유의 화학적 조성이 명확하게 밝혀지기 이전의 역사에서 기인한다.[4]

3. 윤활유

윤활유의 90% 이상은 광물유이다.[37] 광물유계 윤활유는 주로 방향족계, 파라핀계, 나프텐(사이클로알케인)계 탄화수소로 구성된다. 환 분석(n-d-M법)에 따르면 파라핀 탄소수가 50 이상이면 파라핀계, 나프텐 탄소수가 30 - 45이면 나프텐계 윤활유로 분류한다.

광물유계 윤활유는 가격이 저렴하고, 다양한 점도의 제품이 존재하여 넓은 범위에 사용가능하다.

하지만 정제 과정에서 불순물을 완전히 제거할 수 없어 열 안정성이 낮고, 유동점이 높아 -20 ℃에서 응고한다.[38] 따라서 불순물이 없는 합성유보다 사용 온도 범위가 좁다.

3. 1. 파라핀계 윤활유

파라핀계 윤활유는 광물유 윤활유 기유의 대부분을 차지하며, 종류가 매우 많다. 탄소수는 C15 - C50, 분자량은 200 - 700 mol/g, 상압 환산 끓는점은 250 - 600 ℃로 범위가 넓다. 세이볼트 유니버셜 점도(SUS 점도)로 종류를 구분하며, SUS/100F의 점도로 60 - 700 정도의 유분은 뉴트럴 오일(Neutrals), 감압 증류 잔유를 탈 정제한 것은 브라이트 스톡(Bright Stocks)이라고 한다[37]

점도 지수와 인화점은 나프텐계(점도 지수 0 - 70, 인화점 VG68에서 약 230)보다 높다(점도 지수 90 - 110, 인화점 VG68에서 약 192). 엔진 오일에 사용된다[41]

파라핀계 윤활유의 원료는 파라핀계 탄화수소를 많이 포함하는 원유이며, 주로 중동(서아시아)에서 산출된다. 이 원유를 상압 증류한 잔유로부터 제조된다. 일반적인 파라핀계 윤활유 제조 공정은 용제 정제법과 수소화 분해법 두 가지가 있다. 이와는 별도로, 고정제 윤활유, 고점도 지수 윤활유, 저유동점 윤활유 등 고성능 윤활유 제조를 위한 특수한 정제 공정이 있다.

3. 2. 나프텐계 윤활유

나프텐은 석유에 포함된 사이클로알케인의 총칭이다.[39] 유동점이 낮아 파라핀계(-10 ~ -25℃)보다 낮은 -30 ~ -50℃이다.[41] 대체 프레온 이외의 냉동기 오일이나 전기 절연유에 쓰인다. 아닐린점은 낮고 용해성이 높다. 파라핀계의 아닐린점이 80 ~ 110인데 비해 나프텐계는 60 ~ 90이다.[41] 금속 가공 오일, 잉크 기유, 점착제 기제, 고무 배합 오일/신장 오일, 그리스 기유 등으로 쓰인다. 또한 카본이 부드러워 밸브 등에 퇴적된 카본이 쉽게 제거되므로 고온용 왕복형 공기 압축기 오일에 사용된다.[40]

나프텐계 윤활유의 원료는 베네수엘라, 미국, 러시아, 오스트레일리아 등 일부 유전에서 산출된다. 일본은 주로 오스트레일리아의 완두 원유(Wandoo Crude)를 사용한다.[41] 나프텐계 원유를 상압 증류 또는 감압 증류 처리한 잔유를 정제하여 만든다. 정제 방법은 황산 세척 - 백토 처리, 용제 정제, 수소화 처리 등을 함께 사용한다.[37]

나프텐계 원유가 나는 유전은 세계적으로 고갈되어 가고 있으며, 고급 윤활유를 만들 수 있는 양질의 원유는 더욱 적은 것으로 보인다. 또한, 정제 기술의 발전과 첨가제 개발로 파라핀계 윤활유의 일부 성능이 나프텐계 윤활유와 같아졌다. 이 때문에 나프텐계 윤활유는 파라핀계 윤활유로 대체되는 추세이다.[41]

3. 3. 역사

기원전부터 천연 아스팔트(역청)가 윤활제로 사용되었다. 그러나 당시 기술력으로는 쉽게 이용할 수 있는 석유 자원이 한정되어 있었기 때문에, 식물이나 동물에서 얻은 유지와 비교하여 널리 쓰이지는 못했다.

17세기 이후, 연료용으로 석유 굴착과 정제가 활발하게 이루어지면서, 분류중질유윤활유로 주목받게 되었다. 1845년, 미국에서 칼슘 그리스 (광유와 짐승기름, 석회를 혼합한 윤활유)가 개발되었다[42]。동식물유에 비해 안정성 등이 뛰어나고, 다른 석유 제품과 마찬가지로 가격이 저렴했기 때문에, 일부 용도를 제외하고 동식물유에서 광물유로 전환되었다.

20세기에 들어서 피셔-트롭슈 공정, 베르기우스 공법 등의 발명으로, 광유를 분해·합성하여 불순물을 제거하고, 수소 첨가나 이성질화 등으로 성분을 개선한 고도 정제 광물유가 제조되었다[43]

4. 용도

광물유는 윤활유 외에도 다양한 용도로 사용된다. 정제된 광물유는 변압기유로 사용되며, 영국, 미국, 프랑스 등지에서는 향을 첨가하여 베이비 오일로 판매한다. 또한 냉각제나 표본액, API Kit에서 혐기적 조건 형성에도 이용된다.[37]

4. 1. 산업

정제된 광물유는 변압기에서 변압기유로 사용된다.[21] 압축성이 없기 때문에 유압 기계 및 차량의 유압 작동유로 사용된다.

광물유는 전기를 전도하지 않고 공기와 물을 대체하는 기능을 하므로, 전기 부품의 비전도성 냉각수 또는 열 유체로 사용된다. 예를 들어 고전압 개폐기에서는 절연체 및 냉각제로 사용하여 스위칭 아크를 분산시킨다.[21] 전기 난방기는 때때로 광물유를 열 전달 오일로 사용한다.

열 전달 유체로 광물유를 사용하는 전기 라디에이터


섬유 생산을 위해 선택된 황마 섬유의 컨디셔닝 오일로 사용되며, 이는 '황마 배치'라고 알려진 과정이다.[23] 방적유는 섬유 산업에서 윤활제로 사용되는 옅은 광물유이다.

광물유는 윤활유, 절삭유로 사용된다.

아마추어 무선 통신에서 냉각재로 사용된다.

4. 2. 의약품 및 화장품

광물유는 아기 로션, 콜드 크림, 연고, 화장품의 흔한 성분이다. 무취, 무미의 가볍고 저렴한 오일이다. 속눈썹의 부서짐을 방지하기 위해 사용될 수 있으며, 콜드 크림에서는 크림 메이크업과 일시적 문신을 제거하는 데에도 사용된다.[20]

광물유는 변비를 완화하기 위해 대변과 창자에 수분을 유지하는 변비 완화제로 사용된다.[11] 경구 투여[13] 또는 직장 투여[14]할 수 있다. 섭취된 물질의 대부분이 신체에 흡수되기보다는 대변으로 배설되기 때문에 관장 제제의 윤활제로 사용되기도 한다.[15]

특수 순도의 광물유는 체외 수정 및 관련 절차에서 난자 및 배아 배양 시 배양 배지의 미세 방울을 덮는 오버레이로 페트리 접시에 자주 사용된다. 오일을 사용하면 배지의 증발을 방지하여 농도 및 pH 변화를 최소화하고, 사용되는 배지 부피를 줄일 수 있다. 또한 접시를 관찰하기 위해 배양기에서 꺼낼 때 세포에 대한 열 충격을 최소화하는 온도 완충제 역할을 한다.

일반의약품으로 판매되는 수의사 사용 광물유는 애완동물 및 가축의 완만한 변비약으로 사용된다.[18] 특정 광물유는 가축 백신에 면역 보조제로 사용되어 백신 접종 물질에 대한 세포 매개 면역 반응을 자극한다.

4. 3. 식품

식품 등급의 광물유는 나무 도마, 샐러드볼 및 조리 도구의 보존제로 사용된다. 나무로 된 주방 용품에 소량의 광물유를 정기적으로 문질러 바르면 음식 액체의 흡수를 막고, 따라서 음식 냄새도 막아 나무 조리 도구와 장비를 위생적으로 청소하는 과정을 용이하게 한다. 광물유를 사용하여 수분 흡수를 막으면 젖고 마르는 주기에 의해 나무 조리 도구에 균열이나 틈이 생기는 것을 방지할 수도 있다.

갓 오일을 바른 도마.


광물유는 과자류에서 식품 산업에서 사용되기도 한다. 광택 효과를 내고, 스웨덴 피쉬처럼 사탕 조각들이 서로 달라붙는 것을 방지하기 위해 사용된다.[25][26]

4. 4. 기타

광물유는 다음과 같은 용도로 사용된다.

  • 새로운 점토 포커 칩에 사용감을 주기 위해 사용된다. 이는 오랜 사용을 통해서만 얻을 수 있다.[27] 칩을 잠시 동안 광물유에 담그거나, 각 칩에 오일을 바른 후 닦아내면 제조 과정에서 남은 잔여물이 제거되고, 칩의 모양과 느낌이 향상된다.
  • 일부 젤 타입 향초의 주요 연료로 사용된다.[28]
  • 맞춤형 컴퓨터의 액체 침수 냉각에 사용된다.[29][30]
  • 자동차 증발 배출(EVAP) 시스템의 누출 검사에 사용된다. 특수 기계에서 연소되어 두꺼운 흰색 연기를 생성한 다음, 이 연기를 시스템으로 불어 넣어 누출을 찾는다.
  • 설화 석고 광택 처리, 칼날 녹 방지, 개방형 베어링을 사용하는 포켓 나이프 또는 음식 취급 도구 윤활 및 청소에 사용된다. 경질 광물유('''파라피눔 액체''')는 연마용 숫돌에서 날카로운 도구(예: )를 연마할 때 호닝 오일로 사용된다.

5. 독성 및 안전성

세계 보건 기구는 최소 처리된 광물유를 발암 물질 1군으로 분류하며, 인체에 발암성이 있는 것으로 알려져 있다.[7] 고도로 정제된 오일은 유해하지 않다고 분류할 수 있는 충분한 정보를 바탕으로 발암성이 의심되지 않는 3군으로 분류된다.[8]

사람들은 작업장에서 흡입, 피부 접촉 또는 눈 접촉을 통해 광물유 미스트에 노출될 수 있다. 미국 산업 안전 보건청은 작업장의 광물유 미스트 노출에 대한 법적 제한을 8시간 작업일 기준 5mg/m3으로 설정했으며, 국립 산업 안전 보건 연구원은 8시간 작업일 기준 5mg/m3의 권고 노출 기준을 설정했다. 단기 노출에 대한 이전 제한은 10mg/m3이었으며, ACGIH에서 편집한 2019년 직업 노출 값 가이드에 따라 철회되었다. 2500mg/m3 이상의 수준은 생명과 건강에 즉시 위험한 것으로 표시된다. 그러나 현재의 독성학적 데이터는 어떤 수준에서의 단기 노출로 인한 비가역적인 건강 영향에 대한 증거를 포함하고 있지 않다. 현재 값 2500mg/m3는 임의적인 것으로 표시된다.[10]

미국 생식 의학회에서는 생식 능력을 보존하기 위한 질 윤활제로 사용할 것을 권장한다.[16] 하지만 오일은 라텍스 콘돔을 손상시키는 것으로 알려져 있다.[17]

6. 연료유

에너지 혁명 이전에는 가솔린도 광물유로 구분했다. 일본에서는 그 흔적이 남아있어, 연료유를 취급하는 업체 중 회사 이름에 '광유'를 사용하는 곳이 있다. (예: 주유소 체인을 운영하는 우사미 광유, 태양 광유 등)

참조

[1] 웹사이트 Mineral oil (Dictionary.com) https://www.dictiona[...]
[2] 간행물 Opinion of the Scientific Panel on Food Additives, Flavourings, Processing Aids and Materials in Contact with Food (AFC) on a request from the Commission related the use of mineral oils in jute and sisal bags http://www.efsa.euro[...] 2007-01-27
[3] 웹사이트 Mechanical properties of materials http://www.kayelaby.[...] National Physical Laboratory 2008-03-06
[4] 웹사이트 Definition of MINERAL OIL https://www.merriam-[...] 2018-09-10
[5] 웹사이트 Annex E - API Base Oil Interchangeability Guidelines for Passenger Car Motor Oils and Diesel Engine Oils https://www.api.org/[...] American Petroleum Institute
[6] 웹사이트 Is my oil mineral or synthetic? http://learnoilanaly[...] 2017-08-08
[7] 서적 MINERAL OILS, UNTREATED OR MILDLY TREATED https://www.ncbi.nlm[...] International Agency for Research on Cancer
[8] 웹사이트 Agents Classified by the IARC Monographs, Volumes 1–102 http://monographs.ia[...] International Agency for Research on Cancer 2011-11-11
[9] 뉴스 Survey of printing inks and mineral oils http://www.food.gov.[...] 2011-12-15
[10] 웹사이트 Oil mist (mineral). Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations (IDLH) https://www.cdc.gov/[...] 2018-06-12
[11] 웹사이트 Drugs & Medications https://www.webmd.co[...]
[12] 간행물 First do no harm: The dangers of mineral oil
[13] 웹사이트 Mineral Oil https://www.webmd.co[...] WebMD 2019-04-20
[14] 웹사이트 Mineral Oil rectal enema https://my.cleveland[...] Cleveland Clinic 2019-04-20
[15] 웹사이트 WHO Food Additive Monograph 70.39 http://www.inchem.or[...]
[16] 웹사이트 Optimizing Natural Fertility http://www.sart.org/[...] 2013-11-11
[17] 간행물 Mineral oil lubricants cause rapid deterioration of latex condoms
[18] 서적 Guide to Equine Clinics (Volume 1) Sudz Publishing
[19] 웹사이트 Chronic Ear Infections in Canines https://www.whole-do[...] whole-dog-journal.com 2004-05-12
[20] 간행물 Is mineral oil comedogenic?
[21] 학술발표 Dielectric properties of mixtures between mineral oil and natural ester
[22] 간행물 Electrical and viscosity properties of mineral oil components Springer New York
[23] 웹사이트 Batch and batching of jute https://textileapex.[...] 2021-05-20
[24] 간행물 Vegetable oils for liquid-filled transformers
[25] 웹사이트 Swedish Fish Nutrition Facts http://www.swedishfi[...]
[26] 간행물 Update of the risk assessment of mineral oil hydrocarbons in food https://pmc.ncbi.nlm[...] 2023-09-13
[27] 웹사이트 Oiling chips FAQ http://www.pokerchip[...] 2009-07-13
[28] 보고서 Economic data on candle and incense production and sales http://www.epa.gov/n[...] United States Environmental Protection Agency 2010-10-11
[29] commercial site Mineral oil submerged computer http://www.pugetsyst[...] 2009-07-13
[30] 웹사이트 How to build an oil-cooled ‘aquarium’ PC http://revision3.com[...] 2009-07-13
[31] 웹사이트 Information on alkali metals https://ehs.stanford[...] Stanford University 2022-05-10
[32] 웹사이트 MiniBooNE detector http://www-boone.fna[...] Fermi National Accelerator Laboratory 2015-12-07
[33] 웹사이트 Study material for the examination for Certificate of Fitness for fire producer E-28 / fire performer E-29 http://www.nyc.gov/h[...] City of New York 2015-12
[34] 간행물 Exogenous lipoid pneumonia caused by paraffin in an amateur fire breather
[35] 간행물 Fire-breathing burn
[36] 보고서 Material safety data sheet https://www.menards.[...] 2002-11-13
[37] 웹사이트 各種潤滑油の製造に使われるベースオイルの品質性状 http://www.juntsu.co[...] ジュンツウネット21 2017-03-28
[38] 서적 図解入門よくわかる最新ベアリングの基本と仕組み
[39] 웹사이트 ナフテン https://kotobank.jp/[...] コトバンク 2021-06-20
[40] 웹사이트 レシプロ型圧縮機油とナフテン基油 http://www.juntsu.co[...] ジュンツウネット21 2017-04-05
[41] 웹사이트 パラフィン系基油とナフテン系基油の相違について http://www.jalos.jp/[...] 日本潤滑油協会 2017-04-05
[42] 웹사이트 グリースの歴史(協同油脂ホームページ) http://www.kyodoyush[...]
[43] 웹사이트 特集記事・「合成潤滑油-その素性と可能性」2005/8(潤滑通信社ホームページ) http://www.juntsu.co[...]



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