ES2745812T3 - Método de deposición de lubricantes fluorados - Google Patents

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ES2745812T3 ES06827267T ES06827267T ES2745812T3 ES 2745812 T3 ES2745812 T3 ES 2745812T3 ES 06827267 T ES06827267 T ES 06827267T ES 06827267 T ES06827267 T ES 06827267T ES 2745812 T3 ES2745812 T3 ES 2745812T3
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Mario Nappa
Melodie Schweitzer
Allen Sievert
Ekaterina Swearingen
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Chemours Co FC LLC
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Abstract

Un método para depositar un lubricante fluorado sobre una superficie, que comprende: (a) combinar un lubricante fluorado y un disolvente, dicho disolvente comprendendo E- o Z-C2F5CH=CH(CF2)3CF3 para formar una combinación lubricante fluorado-disolvente; (b) poner en contacto la combinación lubricante fluorado-disolvente con la superficie; y (c) evaporar el disolvente de la superficie para formar un revestimiento de lubricante fluorado sobre la superficie.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de deposición de lubricantes fluorados
Campo de la invención
Esta invención se refiere a un método para depositar composiciones de lubricantes fluorados que comprenden hidrocarburos fluorados insaturados.
Antecedentes de la invención
Los compuestos de clorofluorocarbono (CFC) se han usado ampliamente en el área de la fabricación de semiconductores para limpiar superficies, tales como medios de discos magnéticos. Sin embargo, se considera que los compuestos que contienen cloro, tales como los compuestos de CFC, son perjudiciales para la capa de ozono de la Tierra. Además, se ha descubierto que muchos de los hidrofluorocarbonos usados para sustituir los compuestos de CFC contribuyen al calentamiento global. Por lo tanto, existe la necesidad de identificar nuevos disolventes seguros para el medioambiente para aplicaciones de limpieza, tales como la eliminación de resinas de soldadura residuales, lubricantes o contaminantes aceitosos, y partículas. También existe la necesidad de identificar nuevos disolventes para la deposición de lubricantes fluorados.
Composiciones que comprenden hidrocarburos fluorados insaturados tienen utilidad en muchas de las aplicaciones anteriormente realizadas con los compuestos de CFC. El documento WO 94/23008 describe composiciones azeotropicas que comprenden un perfluoroalcano o alqueno y un disolvente orgánico, que son usados como disolventes portadores para lubricantes. Las composiciones del método de la presente invención poseen algunas o todas las propiedades deseadas de poco o ningún impacto ambiental, la capacidad de disolver aceites, grasas o lubricantes (en particular lubricantes que contienen flúor), e incombustibilidad.
Sumario de la invención
Se describe un método para depositar un lubricante fluorado sobre una superficie, que comprende:
(a) combinar un lubricante fluorado y un disolvente que comprende E- o Z-C2F5CH=CH(CF2)3CF3 para formar una combinación lubricante fluorado-disolvente;
(b) poner en contacto la combinación lubricante-disolvente con la superficie ; y
(c) evaporar el disolvente de la superficie para formar un revestimiento de lubricante fluorado sobre la superficie. Descripción detallada de la invención
Antes de abordar los detalles de las realizaciones descritas más adelante, se definen o se aclaran algunos términos. Tal como se usa en la presente memoria, los términos "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye", "tiene", "que tiene", o cualquier otra variación de los mismos, pretenden cubrir una inclusión no exclusiva. Por ejemplo, un proceso, método, artículo, o aparato que comprende una lista de elementos no se limita necesariamente a esos elementos solamente, sino que puede incluir otros elementos no enumerados explícitamente o inherentes a tal proceso, método, artículo, o aparato. Además, a menos que se indique expresamente al contrario, "o" se refiere a un o inclusivo, y no a un o exclusivo. Por ejemplo, una condición A o B se satisface mediante cualquiera de lo siguiente: A es cierto (o está presente) y B es falso (o no está presente), A es falso (o no está presente) y B es cierto (o está presente), y tanto A como B son ciertos (o están presentes).
Además, el uso de "un" o "uno/una" se emplea para describir los elementos y componentes descritos en la presente memoria. Esto se hace simplemente por comodidad y para proporcionar un sentido general del alcance de la invención. Se debería interpretar que esta descripción incluye uno o al menos uno, y el singular también incluye el plural a menos que sea evidente que quiere decir algo distinto.
A menos que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente memoria tienen el mismo significado que comprende habitualmente un experto en la técnica a la que pertenece esta invención. Aunque se pueden usar métodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la presente memoria en la práctica o en el ensayo de las realizaciones de la presente invención, a continuación se describen los métodos y materiales adecuados. En caso de conflicto, prevalecerá la presente memoria descriptiva, lo que incluye las definiciones. Además, los materiales, métodos y ejemplos son solamente ilustrativos, y no pretenden ser limitantes.
Además, cuando se proporciona una cantidad, concentración, u otro valor o parámetro en forma de un intervalo, intervalo preferido, o una lista de valores preferibles superiores y valores preferibles inferiores, se debe entender que se describen de manera específica todos los intervalos formados a partir de cualquier par de cualquier límite superior del intervalo o valor preferido y cualquier límite inferior del intervalo o valor preferido, independientemente de si los intervalos se describen por separado. Cuando se enumera un intervalo de valores numéricos en la presente memoria, a menos que se indique de otra manera, el intervalo pretende incluir los extremos del mismo, y todos los números enteros y fracciones dentro del intervalo. No se pretende que el alcance de la invención se limite a los valores específicos enumerados cuando se define un intervalo.
En una realización, las composiciones descritas tienen un Potencial de Calentamiento Global (PCG) no superior a 1000. En otra realización, las composiciones descritas tienen un Potencial de Calentamiento Global (PCG) no superior a 500. En otra realización más, las composiciones descritas tienen un Potencial de Calentamiento Global (PCG) no superior a 150. En aún otra realización más, las composiciones descritas tienen un Potencial de Calentamiento Global (PCG) no superior a 100. En aún otra realización más, las composiciones descritas tienen un Potencial de Calentamiento Global (PCG) no superior a 50. Tal como se usa en la presente memoria, "PCG" se mide respecto del de dióxido de carbono y a lo largo de un horizonte temporal de 100 años, como se define en "The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, a report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project".
En una realización, las presentes composiciones tienen un Potencial de Reducción de Ozono (PRO) no superior a 0,05. En otra realización, las presentes composiciones tienen un Potencial de Reducción de Ozono (PRO) no superior a 0,02. En otra realización más, las presentes composiciones tienen un Potencial de Reducción de Ozono (PRO) de alrededor de cero. Tal como se usa en la presente memoria, "PRO" es como se define en "The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, A report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project".
La presente invención se refiere a un método para depositar un lubricante fluorado sobre una superficie, dicho método comprende combinar el lubricante fluorado con un disolvente que comprende un hidrocarburo fluorado insaturado, poner en contacto dicha combinación de lubricante fluorado y disolvente con la superficie y evaporar el disolvente para formar un revestimiento de lubricante fluorado sobre la superficie.
Las densidades de grabación más altas, más avanzadas y el método de menor costo para almacenar información digital implica escribir y leer patrones de flujo magnético desde discos rotativos recubiertos con materiales magnéticos. Una capa magnética, donde la información se almacena en forma de bits, se pulveriza sobre una estructura de soporte metálica. A continuación, se coloca una capa superior, generalmente un material a base de carbono, encima de la capa magnética para protección y finalmente se aplica un lubricante a la capa superior. Un cabezal de lectura y escritura vuela sobre el lubricante y la información se intercambia entre el cabezal y la capa magnética. En un intento implacable de aumentar la eficiencia de la transferencia de informaciones, los fabricantes de discos duros han reducido la distancia entre la cabeza y la capa magnética, o altura de vuelo, a menos de 100 Angstroms (10 nanómetros).
Invariablemente, durante la aplicación normal de la unidad de disco, el cabezal y la superficie del disco harán contacto. Para reducir el desgaste del disco, tanto de los contactos deslizantes como voladores, debe lubricarse. Los lubricantes fluorados se usan ampliamente como lubricantes en la industria de los discos magnéticos para disminuir la fricción entre el cabezal y el disco, es decir, reducir el desgaste y, por lo tanto, minimizar la posibilidad de falla del disco.
Existe una necesidad en la industria de métodos mejorados para la deposición de lubricantes fluorados. El uso de ciertos disolventes, como CFC-113 y PFC-5060, ha sido regulado debido a su impacto en el medio ambiente. Por lo tanto, los disolventes que se utilizarán en esta aplicación deben considerar el impacto ambiental. Además, dicho disolvente debe disolver el lubricante fluorado y formar un revestimiento sustancialmente uniforme o uniforme de lubricante fluorado. Además, se ha descubierto que los disolventes existentes requieren mayores concentraciones de lubricantes fluorados para producir un revestimiento de espesor dado y producir irregularidades en la uniformidad del revestimiento de lubricante fluorado.
En una realización, los lubricantes fluorados de la presente descripción comprenden compuestos de perfluoropoliéter (PFPE), o un lubricante que comprende X-1P®, que es un lubricante de disco que contiene fosfazeno. Estos compuestos de perfluoropoliéter a veces se denominan perfluoroalquiléteres (PFAe ) o perfluoropolialquiléteres (PFPAE). Estos compuestos de PFPE varían desde polímeros de éter perfluorados simples hasta polímeros de éter perfluorados funcionalizados. Los compuestos de PFPE de diferentes variedades que pueden ser útiles como lubricantes fluorados en la presente invención están disponibles en varias fuentes. En otra realización, los lubricantes fluorados útiles para el presente método inventivo incluyen, pero sin limitación, Krytox® GLP 100, GLP 105 o GLP 160 (E. I du Pont de Nemours & Co., Fluoroproducts, Wilmington, DE, 19898, EE. Uu .); Fomblin® Z-Dol 2000, 2500 o 4000, Z-Tetraol o Fomblin® AM 2001 o AM 3001 (vendido por Solvay Solexis S.p.A., Milán, Italia); Demnum™ LR-200 o S-65 (ofrecido por Daikin America, Inc., Osaka, Japón); X-1P® (un lubricante de disco de fluorofenoxi ciclotrifosfenceno parcialmente fluorado disponible de Quixtor Technologies Corporation, una subsidiaria de Dow Chemical Co, Midland, MI); y mezclas de los mismos. Los lubricantes Krytox® son perfluoroalquilpoliéteres que tienen la estructura general F(CF(CF3)CF2O)n-CF2CF3, en donde n varía de 10 a 60. Los lubricantes Fomblin® son perfluoropoliéteres funcionalizados que varían en peso molecular de 500 a 4000 unidades de masa atómica y tienen la fórmula general X-CF2-O(CF2-CF2-O)p-(CF20)q-CF2-X, en donde X puede ser -CH2OH, CH2(O-CH2-CH2)nOH, CH2OCH2CH(OH)CH2OH o -CH2O-CH2-piperonilo. Los aceites Demnum ™ son aceites a base de perfluoropoliéter que varían en peso molecular de 2700 a 8400 unidades de masa atómica. Además, se están desarrollando nuevos lubricantes como los de Moresco (Thailand) Co., Ltd, que pueden ser útiles en el presente método inventivo.
Los lubricantes fluorados del método de la presente invención pueden comprender adicionalmente aditivos para mejorar las propiedades del fluorolubricante. X-1P®, que puede servir como lubricante en sí, a menudo se agrega a otros fluorolubricantes de menor costo para aumentar la durabilidad de las unidades de disco pasivando los sitios de ácido de Lewis en la superficie del disco responsables de la degradación del PFPE.
Se pueden usar otros aditivos lubricantes comunes en los lubricantes fluorados de los métodos de la presente invención.
Los lubricantes fluorados del método de la presente invención pueden comprender además Z-DPA (Hitachi Global Storage Technologies, San José, CA), un PFPE terminado con grupos terminales de dialquilamina. Los grupos terminales nucleofílicos tienen el mismo propósito que X1P®, proporcionando así la misma estabilidad sin ningún aditivo.
La superficie sobre la que se puede depositar el lubricante fluorado es cualquier superficie sólida que pueda beneficiarse de la lubricación. Los materiales semiconductores, como los discos de sílice, las superficies metálicas o de óxido metálico, las superficies de carbono depositado por vapor o las superficies de vidrio son representativas de los tipos de superficies para los que los métodos de la presente invención son útiles. El presente método de la invención es particularmente útil para recubrir medios magnéticos tales como discos duros de disco de computadora. En la fabricación de discos de computadora, la superficie puede ser un sustrato de vidrio o aluminio con capas de medios magnéticos que también se recubren por deposición de vapor con una capa delgada (10-50 Angstrom) de carbono amorfo hidrogenado o nitrogenado. El lubricante fluorado puede depositarse en el disco de superficie indirectamente aplicando el lubricante fluorado a la capa de carbono del disco.
La primera etapa de combinar el lubricante fluorado y el disolvente se puede realizar de cualquier manera adecuada, como mezclar en un recipiente adecuado, como un vaso de precipitados u otro recipiente que se pueda usar como baño para el método de deposición. La concentración de lubricante fluorado en el disolvente de hidrocarburo fluorado insaturado puede ser de aproximadamente 0,010 por ciento (p/p) a aproximadamente 0,50 por ciento (p/p). La etapa de poner en contacto dicha combinación de lubricante fluorado y disolvente con la superficie puede realizarse de cualquier manera apropiada para dicha superficie (considerando el tamaño y la forma de la superficie). Un disco duro debe estar soportado de alguna manera, como con un mandril u otro soporte que pueda pasar a través del orificio en el centro del disco. El disco se mantendrá así verticalmente de modo que el plano del disco sea perpendicular al baño de disolvente. El mandril puede tener diferentes formas, que incluyen pero no se limitan a, una barra cilíndrica o una barra en forma de V. La forma del mandril determinará el área de contacto con el disco. El mandril puede estar construido de cualquier material lo suficientemente fuerte como para sostener el disco, incluidos, entre otros, metal, aleación de metal, plástico o vidrio. Además, un disco puede sostenerse verticalmente en posición vertical en una cesta tejida o sujetarse en posición vertical con 1 o más abrazaderas en el borde exterior. El soporte puede estar construido de cualquier material con la resistencia para sostener el disco, como metal, aleación de metal, plástico o vidrio. Sin embargo, el disco es compatible, el disco se bajará a un recipiente que contiene un baño de la combinación de lubricante fluorado/disolvente. El baño puede mantenerse a temperatura ambiente o calentarse o enfriarse a temperaturas que oscilan entre aproximadamente 0°C y aproximadamente 50°C.
Alternativamente, el disco puede ser soportado como se describió anteriormente y el baño puede elevarse para sumergir el disco. En cualquier caso, el disco puede retirarse del baño (ya sea bajando el baño o levantando el disco). La combinación de exceso de lubricante fluorado/disolvente puede drenarse en el baño.
Cualquiera de los métodos para poner en contacto la combinación de lubricante fluorado/disolvente con la superficie del disco, ya sea bajando el disco a un baño o elevando un baño para sumergir el disco, se conoce comúnmente como revestimiento por inmersión. Se pueden usar otros métodos para poner en contacto el disco con la combinación de lubricante fluorado/disolvente en el presente método inventivo, incluyendo la pulverización o el recubrimiento por rotación.
Cuando el disco se retira del baño, tendrá un revestimiento de lubricante fluorado y algo de disolvente residual (hidrocarburo fluorado insaturado) en su superficie. El disolvente residual puede evaporarse. La evaporación generalmente se realiza a temperatura ambiente. Sin embargo, también se pueden usar otras temperaturas por encima y por debajo de la temperatura ambiente para la etapa de evaporación. Se pueden usar temperaturas que varían de aproximadamente 0°C a aproximadamente 100°C para la evaporación.
La superficie, o el disco si la superficie es un disco, después de completar el método de revestimiento, quedará con un revestimiento sustancialmente uniforme o uniforme de lubricante fluorado que está sustancialmente libre de disolvente. El lubricante fluorado puede aplicarse a un espesor de menos de aproximadamente 300 nm, y alternativamente a un espesor de aproximadamente 100 a aproximadamente 300 nm.
Se desea un revestimiento uniforme de lubricante fluorado para el funcionamiento adecuado de un disco y, por lo tanto, las áreas de espesor variable de lubricante fluorado no son deseables en la superficie del disco. A medida que se almacena más y más información en el mismo tamaño de disco, el cabezal de lectura/escritura debe acercarse cada vez más al disco para que funcione correctamente. Si hay irregularidades debido a la variación en el espesor del recubrimiento en la superficie del disco, la probabilidad de contacto del cabezal con estas áreas en el disco es mucho mayor. Si bien existe el deseo de tener suficiente lubricante fluorado en el disco para fluir hacia áreas donde se puede eliminar por contacto con el cabezal u otros medios, el revestimiento que es demasiado grueso puede causar "manchas", un problema asociado con la lectura del cabezal de lectura/escritura que acoge un exceso de lubricante fluorado.
Una irregularidad específica en el espesor del revestimiento observada en la industria es la conocida como efecto de "orejas de conejo". Estas irregularidades se detectan visualmente en la superficie del disco después de la deposición del lubricante fluorado utilizando los sistemas de disolventes existentes. Cuando el disco se pone en contacto con la solución de lubricante fluorado en el disolvente y luego se retira de la solución, cualquier punto donde la solución se pueda acumular y no drenar fácilmente desarrollará gotas de solución que no se drenarán fácilmente. Uno de esos puntos de formación de gotas es el punto de contacto (o puntos) con el mandril u otro dispositivo de soporte con el disco. Cuando se usa un mandril en forma de V, hay dos puntos de contacto en los que el mandril contacta con el borde interior del disco. Cuando se forman gotas de solución de lubricante fluorado en estos lugares que no se drenan cuando se retiran del baño, se crea un área de mayor espesor de lubricante fluorado cuando el disolvente se evapora. Los dos puntos de contacto con el disco producen lo que se conoce como un efecto de "orejas de conejo", debido a que las áreas de mayor espesor de lubricante fluorado producen un patrón que se asemeja a las orejas de conejo detectables visualmente en la superficie del disco.
Cuando el revestimiento por inmersión se usa para depositar lubricante fluorado en la superficie, la velocidad de extracción (velocidad a la que se retira el disco del baño) y la densidad del lubricante fluorado y la tensión superficial son relevantes para determinar el espesor de película resultante del lubricante fluorado. Es necesario conocer estos parámetros para obtener el espesor de película deseado. Los detalles sobre cómo estos parámetros afectan los revestimientos se dan en "Revestimiento por inmersión de lubricante líquido ultradelgado y su control para discos duros magnéticos de película delgada" en IEEE Transactions on Magnetics, vol. 31, no. 6 de noviembre de 1995. Todas las composiciones y métodos descritos en este documento pueden hacerse y ejecutarse sin experimentación excesiva a la luz de la presente descripción.
Ejemplos
La presente invención se define adicionalmente en los siguientes Ejemplos. Debe entenderse que estos ejemplos, aunque indican realizaciones preferidas de la invención, se dan solo a modo de ilustración.
EJEMPLO DE REFERENCIA 1
Síntesis de 1,1,1,2,2,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tetradecafluorooct-3-eno (F24E)
Síntesis de C4F9CHICH2C2F5
Se añadieron yoduro de perfluoroetilo (220 g, 0,895 moles) y 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohex-1-eno (123 g, 0,50 moles) a un tubo agitador Hastelloy™ de 400 ml y calentado a 200°C durante 10 horas bajo presión autógena. El producto de este y otros dos realizados en condiciones similares se combinaron y se lavaron con dos porciones de 200 ml de bisulfito de sodio acuoso al 10% en peso. La fase orgánica se secó sobre cloruro de calcio y luego se destiló para dar 277,4 g de C4F9CH2CHICF3 (79-81°C/67-68 mm Hg) con un rendimiento del 37%.
Conversión de C4F9CHICH2C2F5 a F24E
Un matraz de fondo redondo de 1 litro equipado con un agitador mecánico, embudo de adición, condensador y termopar se cargó con C4F9CHICH2C2F5 (277,4 g, 0,56 moles) e isopropanol (217,8 g). El embudo de adición se cargó con una solución de hidróxido de potasio (74,5 g, 1,13 moles) disuelto en 83,8 g de agua. La solución de KOH se añadió gota a gota al matraz con agitación rápida durante el transcurso de aproximadamente una hora a medida que la temperatura aumentó lentamente de 21°C a 42°C. La masa de reacción se diluyó con agua y el producto se recuperó por separación de fases. El producto se lavó con porciones de 50 ml de bisulfito de sodio acuoso al 10% en peso y agua, se secó sobre cloruro de calcio y luego se destiló a presión atmosférica. El producto, F24E (128,7 g, 63%) hierve a 95,5°C. Se caracterizó por RMN de 19F (8 -81.6 (CF3, m, 3F), -85.4 (CF3, m, 3F), -114,7 (CF2, m, 2F), -118,1 (CF2, m, 2F), -124,8 ppm (CF2, m, 2F), -126,3 ppm (CF2, m, 2F)) y 1H NMR (86,48) en solución de cloroformod.
EJEMPLO DE REFERENCIA 2
Síntesis de C4F9CHICH2C2F5
Se añadieron 3,3,4,4,5,5,6,6,6-Nonafluorohex-1-eno (20,5 gm, 0,0833 moles), bis(trifenilfosfina)níquel(0)dicarbonilo (0,53 g, 0,0008 moles), y yoduro de perfluoroetilo (153,6 g, 0,625 moles) a un tubo agitador Hastelloy™ de 210 ml y se calentaron a 100°C durante 8 horas a presión autógena. El análisis del producto por GC-MS indicó la presencia de C4F9CHICH2C2F5 (64,3% de área de GC) y el diaducto (3,3% de área de GC); la conversión de 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohex-1 -eno fue del 80,1%.
EJEMPLO 3
La capacidad de los compuestos de fluoroolefina insaturados para disolver un aceite fluorado se determinó agregando una cantidad de aceite al compuesto de fluoroolefina insaturada hasta que la mezcla se volvió turbia o se separó en dos fases. Los resultados en la Tabla 1 muestran que el compuesto de fluoroolefina insaturado tiene una alta capacidad para disolver el aceite fluorado. Además, se preparó una solución de 0,5% en peso del aceite en el compuesto de fluoroolefina insaturado. En este ejemplo, la fluoroolefina insaturada era 1,1,1,2,2,5,5,6,6,7,7,8,8,8­ tetradecafluorooct-3-eno (F24E). Los cupones de metal previamente pesados se sumergieron en la solución, el disolvente se evaporó y el cupón se volvió a pesar. La Tabla 1 muestra el revestimiento promedio obtenido por este proceso de revestimiento por inmersión. Por lo tanto, los compuestos de fluoroolefina insaturados pueden usarse como fluidos portadores para la deposición del aceite fluorado sobre un sustrato.
Tabla 1
Figure imgf000006_0001

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un método para depositar un lubricante fluorado sobre una superficie, que comprende:
(a) combinar un lubricante fluorado y un disolvente, dicho disolvente comprendendo E- o Z-C2F5CH=CH(CF2)3CF3 para formar una combinación lubricante fluorado-disolvente;
(b) poner en contacto la combinación lubricante fluorado-disolvente con la superficie; y
(c) evaporar el disolvente de la superficie para formar un revestimiento de lubricante fluorado sobre la superficie.
2. El método de la reivindicación 1, en el que la superficie es la de material semiconductor, metal, óxido metálico, carbón depositado por vaporo vidrio.
3. El método de la reivindicación 1, en el que la superficie es la de un medio magnético.
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