JP2007308578A - フッ素グリース組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 フッ素グリースがもつ多機能性に加え、油分離および油拡散を同時に改善することにより、様々な箇所に適用することができ、ノーメンテナンスで長寿命の製品を提供することが可能なフッ素グリース組成物を提供する。
【解決手段】 基油のパーフルオロポリアルキルエーテル油に、有機又は無機の増稠剤と、油分離防止剤としてパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物とを配合したフッ素グリース組成物である。パーフルオロポリアルキルエーテル油とパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物の配合重量比は、９：１〜５：５の範囲が好ましい。また、増稠剤としては、平均粒径１０.０μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンの使用が好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、油分離および油拡散が小さいフッ素グリース組成物に関する。

グリースの分類は、グリースの基油や増稠剤により分類されることが多い。中でも、基油であるパーフルオロポリアルキルエーテル油を、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系ポリマーのような有機増稠剤や無機増稠剤により増稠させたグリースを、フッ素グリースと呼ぶ。

フッ素グリースは高価ではあるが、潤滑性、耐熱性、酸化安定性、対樹脂性、対ゴム性、低発塵性など、非常に多くの機能を有し、その優れた性能は基油であるパーフルオロポリアルキルエーテル油に由来するものである。また、フッ素グリースは、特に家電製品など精密でデリケートな部分に使用されることが多い。家電製品は製品によっては１０年以上をノーメンテナンスで取り扱うが、その要求仕様をフッ素グリースの多機能性は十分満足させるものである。

しかし、フッ素グリースは、上記のごとく非常に多機能ではあるが、汎用に使用される石鹸グリースに比べ、油分離および油拡散が大きいという欠点を有している。油分離は外観を損ねたり、グリースの固化による摺動不良を起こしたりする可能性がある。また、油拡散により、通電部位やレンズ部位に油が付着し、作動不良を起こす可能性がある。

グリースの油分離は、基油の粘度および増稠剤の親和性に依存する。フッ素グリースの増稠剤として、特に最適なものはポリテトラフルオロエチレンである。ポリテトラフルオロエチレンは、単体でも固体潤滑剤として作用するため、非常に潤滑性に優れる。しかし、ポリテトラフルオロエチレンとパーフルオロポリアルキルエーテル油との親和性は、汎用に使用される石鹸グリースのそれと比較すると小さい。一方、グリースの油拡散は、基油の粘度および適用部材の表面に依存する。

上記の問題を解決するために、幾つかの提案がなされている。例えば、油分離を低減する方法に関しては、特開昭５９−１４９９８号公報に、増稠剤のポリテトラフルオロエチレンと共に、第２増稠剤としてテトラフルオロエチレンとフッ素−αオレフィンの共重合体ポリマーを配合することが開示されている。特許２５９２３１５号公報には、増稠剤であるポリテトラフルオロエチレンに、第２増稠剤としてテトラフルオロエチレン共重合体テロマーを配合することが記載されている。また、特許３７２０８６６号公報には、低離しょうグリースの製造方法についての記載がある。ここで、離しょうとは、基油と増稠剤の親和性の不足および基油と増稠剤の比重差等の原因により、グリースを静置した際に生じる油分離を指す。

また、油拡散を防止する方法としては、特許２５４０３９３号公報に、フッ素系シラン化合物からなるフッ素系界面活性剤を配合し、油拡散を防止する方法が記載されている。更に、特開２０００−１０９８７４号公報には、フッ素グリースにシリコーン油を配合し、油分離および油拡散を防止する処方について記載されている。

特開昭５９−１４９９８号公報 特許２５９２３１５号公報 特許３７２０８６６号公報 特許２５４０３９３号公報 特開２０００−１０９８７４号公報

上記したように油分離や油拡散に関して多くの提案がなされているが、特開昭５９−１４９９８号公報記載の方法は、実施例に記載されるようにパラフィン系合成油を基油とするものであり、パーフルオロポリアルキルエーテル油が基油の場合には同様の効果は発現されない。また、特許２５９２３１５号公報記載の方法では、離油度は改善するが、第２増稠剤の共重合体テロマーを別途作製する必要があるため、汎用的に使用されているポリテトラフルオロエチレンのみを増稠剤として、簡易的に離油度を改善する方法が望まれている。

また、特許３７２０８６６号公報記載の方法は、石鹸グリースに関する方法であり、石鹸系増稠剤とパーフルオロポリアルキルエーテル油は親和性に乏しいため、この方法をフッ素グリースに適用することはできない。特許２５４０３９３号公報記載の方法は、ポリαオレフィン油などの合成油に配合することで油拡散を抑制するものである。しかし、パーフルオロポリアルキルエーテル油を基油としたフッ素グリースに適用しても、その作用がほとんど発現されない。

更に、特開２０００−１０９８７４号公報記載の方法によれば、フッ素グリースの油拡散は小さくなる。しかしながら、この方法では、拡散防止剤として使用するシリコーン油は増稠剤であるポリテトラフルオロエチレンとの親和性が小さく、基油であるパーフルオロポリアルキルエーテル油との比重差が大きいため、シリコーン油が表面に分離しやすく、油分離が大きくなってしまうという問題がある。

本発明は、上記した従来の事情に鑑みてなされたものであり、油分離および油拡散を同時に改善したフッ素グリース組成物を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供するフッ素グリース組成物は、パーフルオロポリアルキルエーテル油に、有機又は無機の増稠剤と、油分離防止剤としてパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物とを配合したことを特徴とするものである。

上記本発明のフッ素グリース組成物においては、前記パーフルオロポリアルキルエーテル油とパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物の配合重量比が、９：１〜５：５の範囲であることが好ましい。また、前記増稠剤として平均粒径１０.０μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンを使用することで、油分離および油拡散は大きく改善することができる。

本発明によれば、従来なし得なかった油分離と油拡散の両方が同時に改善されたフッ素グリース組成物を提供することができる。従って、本発明のフッ素グリース組成物は、従来のフッ素グリースがもつ多機能性に加え、より万能なグリースとして様々な箇所に適用することができ、例えば家電製品などに組み込んでノーメンテナンスで長寿命の製品を提供することが可能となる。

一般的に、グリースの油分離は、増稠剤と基油の比重差、増稠剤と基油の親和力、増稠剤の分散度、増稠剤の三次元構造の形成能など、増稠剤の特性に大きく左右される。一方、油拡散は、毛細管現象により適用部材表面を油が浸透することであり、基油の粘度、基油と適用部材との濡れ性、適用部材の表面形状などに大きく依存する。この油分離能と油拡散能の相関は小さいため、油分離と油拡散を同時に解決することは非常に困難であった。

本発明においては、基油であるパーフルオロポリアルキルエーテル油に、有機又は無機の増稠剤を配合すると共に、更に油分離防止剤としてパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物を配合することによって、従来不可能であった油分離と油拡散の問題を同時に解決することができた。

パーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物を配合することにより、油分離と油拡散を抑制する機構は明らかではないが、基油のパーフルオロポリアルキルエーテル油中でパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物が加熱によって重合し、系の中で第２増稠剤のように作用して、パーフルオロポリアルキルエーテル油を保持するためであると推測される。

本発明で用いるパーフルオロポリアルキルエーテル油は、従来からフッ素グリースの基油として使用されているものであり、下記の化学式１〜４のいずれかで表記可能な構造を有している。具体的な商品名としては、ＤｕＰｏｎｔ社製のＺｏｎｙｌ ＰＦＰＥシリーズ、Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｉｓ社製のＦｏｍｂｌｉｎ ＹシリーズとＭシリーズ、ダイキン工業（株）製のデムナムＳシリーズなどがある。

基油であるパーフルオロポリアルキルエーテル油は、上記した直鎖タイプおよび側鎖タイプのいずれでもよい。また、パーフルオロポリアルキルエーテル油の粘度は、油分離および油拡散に大きく影響を及ぼす因子である。粘度が高くなるとパーフルオロポリアルキルエーテル油の有する低温性が損なわれるため、基油の粘度は４０℃で１０〜６００ｍｍ^２／ｓの範囲が好ましい。

増稠剤としては、フッ素グリースに通常使用されている有機または無機の増稠剤であってよいが、その中でもポリテトラフルオロエチレンが好ましい。ポリテトラフルオロエチレンの配合量は、従来と同様であってよく、配合量を増やすことでグリースの稠度および油分離量の低減が可能である。しかし、配合量を増やすと、グリース中の固体比が大きくなってグリースの粘性が増大し、ハンドリング性および低温下でのトルクが増大してしまうため、通常はフッ素グリース組成物全体の１０〜５０重量％程度が好ましい。

また、ポリテトラフルオロエチレンの粒径が細かいほど、パーフルオロポリアルキルエーテル油との接触面積が大きく且つ親和力も大きくなるため、油分離を小さくする効果が認められる。従って、使用するポリテトラフルオロエチレンの平均粒径は１０.０μｍ以下が好ましく、０.１〜５.０μｍが更に好ましい。平均粒径が１０.０μｍを超えるポリテトラフルオロエチレンを使用した場合、平均粒径が１０.０μｍ以下のものに比べて、同程度の配合量でも油分離が多くなり、また稠度収率が大きく劣る結果となる。

上記ポリテトラフルオロエチレン以外の増稠剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−四フッ化エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライドなど、パーフルオロポリアルキルエーテル油と親和性の高いものは使用可能である。また、用途によっては、シリカエアロゲル、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、タルク、グラファイト、二硫化モリブデン、メラニンシアヌル酸付加物、超高分子量ポリエチレンなどの粉体を使用することも可能である。これらの増稠剤にはパーフルオロポリアルキルエーテル油との親和性がないものも存在するが、後述のパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物を併用することで、油分離を抑制することが可能である。

本発明において、パーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物は油分離および油拡散を抑制するための添加剤として配合する。パーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物の化学構造は下記化学式５により表すことができる。

パーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物は、加熱により重合してエラストマーとなる。即ち、パーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物とパーフルオロポリアルキルエーテル油とが相溶し、両者が混合した状態で加熱することによって、パーフルオロポリアルキルエーテル油の基油としての性能を維持しながら、油分離および油拡散を同時に抑制することができる。

基油のパーフルオロポリアルキルエーテル油に対するパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物の配合量は、パーフルオロポリアルキルエーテル油：パーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物の配合重量比で、９：１〜５：５の範囲が好ましい。この配合重量比が９：１を超えてパーフルオロポリアルキルエーテル油の割合が大きくなると、パーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物の添加効果が認められない。また、この配合重量比が５：５を超えてパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物の割合が大きくなると、エラストマーとしての性質が強くなり、基油の流動性が失われる。

上記した本発明のフッ素グリース組成物の製造方法としては、例えば、基油であるパーフルオロポリアルキルエーテル油に、油分離防止剤のパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物を混合した後、１００〜１５０℃の温度にて１〜２４時間程度加熱する。その後、有機又は無機の増稠剤、好ましくはポリテトラフルオロエチレンを混合して、通常のごとく混練すればよい。尚、上記以外の成分として、従来から通常使用されている拡散防止剤などの添加剤を配合することもできる。

下記表１に示す各試料のフッ素グリース組成物を作製した。使用した基油Ａはダイキン（株）製のデムナムＳ−２０、基油Ｂはダイキン（株）製のデムナムＳ−６５、基油Ｃはダイキン（株）製のデムナムＳ−２００、基油Ｄはデュポンフルオロケミカル製のＧＰＬ １０７である。増稠剤として使用したポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥと略記する）は、そのＡが住友３Ｍ（株）製のダイニオンＴＦ−９２０７（平均粒径０.２μｍ）、Ｂが（株）喜多村製のＫＴＬ−６１０（平均粒径１５μｍ）である。

また、本発明の試料１〜４および比較例の試料ａ〜ｃでは、油分離防止剤として、パーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物（ＰＦＰＡＳと略記する）を使用した。尚、従来の代表的なグリース組成物として、通常の拡散防止剤を配合し比較例の試料ｄと試料ｅを作製した。使用した拡散防止剤Ａは信越化学工業（株）製のＫＰ８０１Ｍ、拡散防止剤Ｂは信越化学（株）製のＫＦ−９６ ５０ｃｓｔ（ジメチルシリコーンオイル）である。

本発明の試料１〜４および比較例の試料ａ〜ｃは、基油のパーフルオロポリアルキルエーテル油にパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物（ＰＦＰＡＳ）を混合し、１５０℃で２時間加熱した後、これに増稠剤のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を加えて混練し、三本ロールミルで処理し、脱泡して組成物とした。尚、比較例の試料ｄ〜ｅは、加熱処理を行わなかった以外、各成分を上記と同様に混練し、三本ロールミル処理により作製した。作製した各フッ素グリースはＪＩＳ Ｋ ２２２０の不混和稠度を測定し、全試料ほぼ同じ稠度になるように調整した。

次に、各試料のフッ素グリース組成物について、油分離および油拡散に関する評価を行った。油分離試験は、ＪＩＳ Ｋ ２２２０の離油度試験方法に準拠した。即ち、円錐型の金網に各グリースを１０ｇ充填し、１００℃で２４時間放置後に油分離量を測定し、油分離量をグリース充填量で除することにより離油度を算出した。また、油拡散性については、油拡散試験により拡散距離を求めた。即ち、２０００番目のラッピングペーパー上に注射器で各グリースを２ｍｌ計り取り、できる限り均一になるように塗布し、このときの塗布したグリースの直径をｄ（ｍｍ）とした。引き続き５０℃で２４時間放置した後、グリースを塗布した部位を中心として、その中心を通る油拡散の最大距離Ｌ（ｍｍ）を測定し、拡散距離Ｄ（ｍｍ）＝（Ｌ−ｄ）／２を算出した。

得られた結果を、下記表２に示した。ただし、離油度および拡散性は基油の粘度に大きく影響されるため、対比する試料の基油の粘度（４０℃）は表２のとおり同等のものとした。下記表２から分るように、本発明の試料１と比較例の試料ａ、同様に試料２と試料ｂ、試料３と試料ｃをそれぞれ対比すると、本発明の各グリース組成物はパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物を配合させることにより、比較例のものよりも離油度および拡散性が大幅に改善された。

また、本発明の試料４では、パーフルオロポリアルキルエーテル油：パーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物の配合重量比を５：５にしたところ、基油粘度の増大による影響も大きいが、離油度は０となり且つ油拡散も極めて小さくなった。一方、従来例である比較例の試料ｄは、離油度および拡散性ともに本発明の各試料よりも大きい値である。また、従来例である比較例の試料ｅは、拡散性は本発明の各試料と同程度であるが、離油度は本発明の各試料よりも大きい値を示した。

Claims (3)

1. パーフルオロポリアルキルエーテル油に、有機又は無機の増稠剤と、油分離防止剤としてパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物とを配合したことを特徴とするフッ素グリース組成物。
2. 前記パーフルオロポリアルキルエーテル油とパーフルオロイソプロポキシアルキルシラン化合物の配合重量比が、９：１〜５：５の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のフッ素グリース組成物。
3. 前記増稠剤が平均粒径１０.０μｍ以下のポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のフッ素グリース組成物。