JP2006083228A - 潤滑剤組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐熱性、導電性が改善された潤滑剤組成物、摩擦係数の低い潤滑剤組成物を提供すること；及び特定の炭素繊維の潤滑剤組成物における新たな用途を提供すること。
【解決手段】 基油と炭素繊維とを含む潤滑剤組成物であって、該炭素繊維が底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有するものであることを特徴とする潤滑剤組成物；上記炭素繊維の潤滑剤組成物における耐熱性向上剤、増ちょう剤、導電性向上剤、摩擦特性向上剤としての使用。

Description

本発明は、潤滑剤組成物に関し、特に特定の構造を有する炭素繊維を含む潤滑剤組成物に関する。

最近、炭化水素を気相成長させる事によって得られる特異的な構造を有する炭素繊維（カーボンナノチューブ）が開発されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
この炭素繊維は、一般的な同心円状のカーボンナノチューブと異なり、底のないカップを積み重ねた形状（カップスタック、またはヘリンボン型）をしており、また内部に大きな中空構造（約50nm）を持つ。この特異的な構造により、他のナノカーボン材料とは異なり、長さを制御したり、表面を改質したりすることによって、さまざまな用途に対応させることが可能であるといわれている。
さらに具体的には、この炭素繊維は、折れにくい、曲がりやすい、ねじれやすい等の性質を有する。また、カーボンブラックとは異なり繊維状であるため切れにくい。
さらに、カーボンナノチューブは、せん断によりチューブが割れ、外表面に軸方向に亀裂が生じたり、ささくれたちが生じたり、芯が抜けたような状態が生じるのに対して、この炭素繊維は、応力がかかると底のないカップ状の炭素網層が抜け出して分離され、炭素網層の形状が壊れにくいという特徴を有する。
しかし、上記炭素繊維の優れた特徴を有効に利用した潤滑剤組成物は知られていない。

特開２００３−７３９２８ 特開２００３−１４７６４１ 特開２００３−１４７６４４

本発明の目的は、耐熱性が改善された潤滑剤組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、導電性が改善された潤滑剤組成物を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、摩擦係数の低い潤滑剤組成物を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、特定の炭素繊維の潤滑剤組成物における新たな用途を提供することである。

本発明は以下の潤滑剤組成物を提供するものである。
１．基油と炭素繊維とを含む潤滑剤組成物であって、該炭素繊維が底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有するものであることを特徴とする潤滑剤組成物。
２．基油と炭素繊維と増ちょう剤とを含む潤滑剤組成物であって、該炭素繊維が底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有するものであることを特徴とする潤滑剤組成物。
３．底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有する炭素繊維の使用であって、潤滑剤組成物の耐熱性向上剤としての使用。
４．底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有する炭素繊維の使用であって、潤滑剤組成物の増ちょう剤としての使用。
５．底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有する炭素繊維の使用であって、潤滑剤組成物の導電性向上剤としての使用。
６．底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有する炭素繊維の使用であって、潤滑剤組成物の摩擦特性向上剤としての使用。

本発明の潤滑剤組成物は、分解温度が高く、耐熱性が改善されている。
本発明の潤滑剤組成物は、体積固有抵抗率が低く、分解温度が高く、導電性及び耐熱性が改善されている。
本発明の潤滑剤組成物は、摩擦係数が低く、摩擦特性が改善されている。

本発明の潤滑剤組成物に使用する炭素繊維は、底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有するものである。このような炭素繊維としては、例えば、特許文献１〜３に記載されたものが挙げられる。さらに具体的には、以下に示す炭素繊維が挙げられる。
（１）底の無いカップ形状をなす炭素網層が数個〜数100個積層した、気相成長法による炭素繊維であって炭素網層の端面が露出したことを特徴とする炭素繊維。
（２）さらに節のない中空状をなすことを特徴とする上記１の炭素繊維。
（３）中空部の外表面および内表面側の炭素網層の端面も露出していることを特徴とする上記２の炭素繊維。
（４）2％以上の外表面で炭素網層の端面が露出していることを特徴とする上記１〜３のいずれか１項記載の炭素繊維。
（５）炭素網層の端面が露出している表面の部位が、該端面が不揃いで、原子の大きさレベルでの微細な凹凸を呈することを特徴とする上記３又は４記載の炭素繊維。
（６）2500℃以上の高温で熱処理しても、黒鉛化しないことを特徴とする上記１〜５のいずれか１項記載の炭素繊維。
（７）2500℃以上の高温で熱処理してもラマンスペクトルのＤピーク（1360ｃｍ^-1）が消失しないことを特徴とする上記１〜６のいずれか１項記載の炭素繊維。
（８）複数層の炭素網層からなる各群ごとに、炭素網層の外端面が接合して、断面多重輪状に閉じていることを特徴とする上記１〜７のいずれか１項記載の炭素繊維。
（９）酸化性雰囲気中で熱処理されることにより前記断面多重輪状に閉じている炭素網層の外端面が開かれて、炭素網層の外端面が露出していることを特徴する上記８記載の炭素繊維。

上記炭素繊維の市販品としては、株式会社ＧＳＩクレオス製カルベール（登録商標）が挙げられる。具体的には、カルベール（登録商標）２４ＰＳ−４ｌｂｓ、２４ＨＴ−４ｌｂｓ、１９ＰＳ、２４ＰＳ−ＡＲ１０、２４ＰＳ−ＡＲ５、２４ＨＴ−ＡＲ１０等が挙げられる。

本発明の潤滑剤組成物に使用される基油は特に制限されること無く、通常潤滑油として使用されている油はすべて使用することができる。これらは単独でもしくは混合して使用できる。具体的には鉱物油、ポリαオレフィン、アルキルシクロペンタン等の炭化水素系油、エステル油、エーテル油、芳香族系油、シリコーン油、パーフルオロアルキルエーテル等が挙げられる。

本発明の潤滑剤組成物は、基油と上記炭素繊維のみから構成されていてもよい。この場合、基油１００質量部に対する炭素繊維の割合は好ましくは０．５〜１００質量部、さらに好ましくは１〜６０質量部である。

本発明の潤滑剤組成物は、さらに増ちょう剤を含んでいてもよい。
増ちょう剤としては、金属石鹸、金属複合石鹸、ウレア化合物、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。
本発明の潤滑剤組成物中、基油１００質量部に対する増ちょう剤の割合は好ましくは０．５〜１００質量部、さらに好ましくは１〜６０質量部である。

本発明の潤滑剤組成物は、さらにモリブデンジチオカーバメート（ＭｏＤＴＣ）、モリブデンジチオホスフェート（ＭｏＤＴＰ）等の摩擦調整機能を有する有機モリブデン化合物を含んでいてもよい。
本発明の潤滑剤組成物中、基油１００質量部に対する有機モリブデン化合物の割合は好ましくは０．１〜５０質量部、さらに好ましくは０．５〜２５質量部である。

本発明の潤滑剤組成物の好ましい実施態様としては、上記炭素繊維、基油（好ましくは、鉱物油、ポリαオレフィン、アルキルシクロペンタン等炭化水素系油から選ばれる少なくとも１種）、増ちょう剤（好ましくは、金属石鹸、金属複合石鹸、ウレア化合物、ポリテトラフルオロエチレンから選ばれる少なくとも1種）を含有する潤滑剤組成物が挙げられる。この潤滑剤組成物は、特に耐熱性が向上している。
本発明の潤滑剤組成物の他の実施態様としては、上記炭素繊維、基油（好ましくは、鉱物油、ポリαオレフィン、アルキルシクロペンタン等炭化水素系油から選ばれる少なくとも１種）を含有する潤滑剤組成物が挙げられる。この潤滑剤組成物は、特に、導電性、耐熱性が向上している。
本発明のさらに他の実施態様としては、上記炭素繊維、基油、有機モリブデン化合物を含有する潤滑剤組成物が挙げられる。この潤滑剤組成物は、特に優れた摩擦特性を示す。

本発明の実施例組成物には、従来使用されている、酸化防止剤、防錆剤、極圧剤、油性剤、摩耗防止剤等の添加剤を添加しても良い

以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。他に明記しない限り、「部」は質量部である。
実施例における試験方法は以下のとおりである。
不混和ちょう度
ＪＩＳＫ２２２０ ５．３に準拠し、１／４ちょう度計で０ワークのちょう度を測定した。値が小さいほど増ちょう性良好である。
分解温度−減量開始温度（熱重量−示差熱分析）
装置：上皿式差動型示差熱天秤（ＴＧ−ＤＴＡ）ブルカーエイエックス株式会社製ＴＧ−ＤＴＡ２０１０型
条件：温度レンジ室温〜５００℃、窒素雰囲気、窒素導入速度１００ｍｌ／分、
試料重量約１０ｍｇ、昇温速度１０℃／分、参照試料アルミナ

体積固有抵抗率（Ω・ｃｍ）
試料に加えた直流電界（Ｖ／ｍ）とそのときに試料に加わる単位断面積当たりの電流との比。試料１辺１ｃｍの立方体の相対する面間の抵抗に等しい。ＪＩＳＣ２１０１ ２．２準拠で測定。両電極間（２ｍｍ）に気泡が入らないようにグリースを充填しこの電極に電圧を印加し、１分後の抵抗値から算出。印加電圧１００Ｖ、時間１分、温度２５℃
摩擦係数（１００Ｎ）試験−振動式摩擦摩耗試験
オプチモル社製ＳＲＶ摩擦摩耗試験機を用い、直径１０ｍｍの鋼球（ＳＵＪ−２）、直径２４ｍｍ、厚さ７．８５ｍｍのディスクを用い、周波数１５Ｈｚ、振幅１ｍｍ、試験温度２５℃、１００Ｎ／分で１２００Ｎまでステップアップし、１００Ｎでの平均摩擦係数を測定した。

実施例１（耐熱性向上剤としての利用）
トリス（２-オクチルドデシル）シクロペンタン(MAC油)(NYE LUBRICANTS社製nye synthetic oil 2001A)９０部に１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム１０部を加え２３０℃まで加熱後、室温まで放冷し、三段ロールミルにて混練し、ベースグリースとした。
このベースグリース９９部に各種炭素材料１部を添加し、攪拌後三段ロールミルにて混練し、試料グリースとし、その分解温度を調べた。ベースグリースの分解温度に対する温度の上昇値を表１に示す。この値が大きい方が耐熱性良好である。表中「＊」は比較例であることを示す。

Ｌｉ（１２ＯＨ）Ｓｔ：１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム
２４ＰＳ−４ｌｂｓ：株式会社ＧＳＩクレオス製カルベール２４ＰＳ−４ｌｂｓ
２４ＨＴ−４ｌｂｓ：株式会社ＧＳＩクレオス製カルベール２４ＨＴ−４ｌｂｓ
１９ＰＳ：株式会社ＧＳＩクレオス製カルベール１９ＰＳ
２４ＰＳ−ＡＲ５：株式会社ＧＳＩクレオス製カルベール２４ＰＳ−ＡＲ５
２４ＰＳ−ＡＲ１０：株式会社ＧＳＩクレオス製カルベール２４ＰＳ−ＡＲ１０
２４ＨＴ−ＡＲ１０：株式会社ＧＳＩクレオス製カルベール２４ＨＴ−ＡＲ１０
ナノチューブ：カーボンナノチューブ
ＣＢ：カーボンブラック（ケッチェンインターナショナル製ケッチェンブラックＥＣ）
酸化防止剤：ヒンダードフェニルエステル（チバ・スペシャルティ・ケミカル製イルガノックスＬ−１０７）

カーボンナノチューブ、カーボンブラック、ヒンダードフェニルエステルを添加した試料７〜９では、分解が促進され、添加剤を含まない基準試料１（ベースグリース）に対して分解温度が低下した。これに対して本発明の炭素繊維（カルベール）を使用した試料２〜６ではすべて基準試料１（ベースグリース）より分解温度が向上した。

実施例２（増ちょう性、導電性、耐熱性向上剤としての利用）
基油としてポリα-オレフィン（ＰＡＯ）（PAO601：BP Amoco Chemical Company製）又はエステル油（ペンタエリストールエステル）（花王株式会社製）を使用し、これに本発明の炭素繊維（カルベール）を８．５質量％添加し、ちょう度、導電性、耐熱性を調べた。結果を表２及び表３に示す。

基油としてポリα-オレフィンを使用し、本発明の炭素繊維２４ＰＳ−４ｌｂｓ、２４ＨＴ−４ｌｂｓ、１９ＰＳを添加した試料１２〜１４は、１２−ヒドロキシステアリン酸リチウム、ナノチューブ、カーボンブラックを添加した試料１１、１５、１６と同等の増ちょう性を示した。
本発明の炭素繊維２４ＰＳ−４１ｂｓ、２４ＨＴ−４ｌｂｓ、１９ＰＳを添加した試料１２、１３、１４の導電性は、ナノチューブ、カーボンブラック（ＣＢ）と同等レベルで１Ｅ＋５Ω・ｃｍより低い抵抗値を示し、良好であった。特に２４ＨＴ−４１ｂｓの導電性が優れていた。
一方、本発明の炭素繊維２４ＰＳ−４ｌｂｓ、２４ＨＴ−４ｌｂｓ、１９ＰＳを添加した試料１２〜１４の耐熱性は、ナノチューブ、カーボンブラックを添加した試料１５及び１６より優れていた。特に２４ＨＴ−４１ｂｓの耐熱性が優れていた。

基油としてエステル油（ペンタエリストールエステル）を使用し、本発明の炭素繊維２４ＨＴ−４ｌｂｓ、１９ＰＳを添加した試料２２、２３は、ナノチューブ、カーボンブラックを添加した試料２４及び２５と同等の増ちょう性及び１Ｅ＋５Ω・ｃｍ程度の抵抗値を示し、導電性に優れていた。また、本発明の炭素繊維２４ＰＳ−４ｌｂｓを使用した試料２１は約１Ｅ＋５〜１Ｅ＋９Ω・ｃｍ程度の抵抗値を示し静電気拡散性程度の導電性を示した。

実施例３（増ちょう剤、摩擦特性向上剤としての利用）
基油としてポリα-オレフィン（PAO601：BP Amoco Chemical Company製）を使用し、本発明の炭素繊維（カルベール）で増ちょうしたグリースに、モリブデンジチオカーバメート（ＭｏＤＴＣ）又はモリブデンジチオホスフェート（ＭｏＤＴＰ）を添加し、振動式摩擦摩耗試験を行った。結果を表４及び表５に示す。

ナノチューブ、カーボンブラック（ＣＢ）を使用した試料３２、３３、３９、４０が１２−ヒドロキシステアリン酸リチウムを使用した基準試料３０、３４に比べ摩擦係数が高い。一方、本発明の炭素繊維２４ＨＴ−４ｌｂｓを使用した試料３１および３６は摩擦係数が低い

実施例４（摩擦特性向上剤としての利用）
基油として鉱物油（５００ＮＴ）を使用し、ジウレア化合物で増ちょうしたグリースに、本発明の炭素繊維（カルベール）、モリブデンジチオホスフェート（ＭｏＤＴＰ）を添加し、振動式摩擦摩耗試験を行った。結果を表６に示す。

ＭｏＤＴＰと本発明の炭素繊維２４ＨＴ−４１ｂｓを併用（各１．５％添加）した試料４３は、基準試料４１、ＭｏＤＴＰ単独３．０％添加の試料４２、炭素繊維２４ＨＴ−４１ｂｓ単独３．０％添加の試料４４、ＭｏＤＴＰとカーボンブラックを併用（各１．５％添加）した試料４５、ＭｏＤＴＰとナノチューブを併用（各１．５％添加）した試料４６に比べ摩擦係数が低く、ＭｏＤＴＰと本発明の炭素繊維２４ＨＴ−４１ｂｓとの併用効果が見られた。本発明の炭素繊維２４ＨＴ−４１ｂｓが摩擦特性向上剤の役割をしている。

Claims (6)

1. 基油と炭素繊維とを含む潤滑剤組成物であって、該炭素繊維が底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有するものであることを特徴とする潤滑剤組成物。
2. 基油と炭素繊維と増ちょう剤とを含む潤滑剤組成物であって、該炭素繊維が底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有するものであることを特徴とする潤滑剤組成物。
3. 底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有する炭素繊維の使用であって、潤滑剤組成物の耐熱性向上剤としての使用。
4. 底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有する炭素繊維の使用であって、潤滑剤組成物の増ちょう剤としての使用。
5. 底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有する炭素繊維の使用であって、潤滑剤組成物の導電性向上剤としての使用。
6. 底のないカップ形状をなす炭素網層が積層した構造を有する炭素繊維の使用であって、潤滑剤組成物の摩擦特性向上剤としての使用。