JP2015063649A - イオン液体、潤滑剤及び磁気記録媒体 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた潤滑性を有するイオン液体、優れた潤滑性を有する潤滑剤、及び優れた実用特性を有する磁気記録媒体を提供する。
【解決手段】ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)とから形成されるイオン液体を含有し、前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有し、水中における前記ブレンステッド酸のpKaと水中における前記ブレンステッド塩基のpKaとの差が、12以上である潤滑剤である。
【選択図】図1

Description

本発明は、ブレンステッド酸とブレンステッド塩基とから構成されるイオン液体、該イオン液体を含有する潤滑剤、及びそれを用いた磁気記録媒体に関する。
従来、薄膜磁気記録媒体では、磁気ヘッドと媒体表面における摩擦や摩耗を減少させるために磁性層表面に潤滑剤が塗布される。実際の潤滑剤の膜厚は、スティクションのような接着を避けるため、分子レベルになる。それゆえ、薄膜磁気記録媒体において、最も重要なことは、あらゆる環境下においても、優れた耐摩耗性を有する潤滑剤の選択にあるといっても過言ではない。
磁気記録媒体のライフにおいて、脱離、スピンオフ、化学的な劣化などを生じさせずに、潤滑剤を媒体表面に存在させることは重要である。潤滑剤を媒体表面に存在させることは、薄膜磁気記録媒体の表面が平滑になるほど困難となる。これは、薄膜磁気記録媒体が塗布型磁気記録媒体のような潤滑剤の補充能力を有していないからである。
また、潤滑剤と磁性層表面の保護膜との接着力が弱い場合には、加熱や摺動時に潤滑剤膜厚の減少が生じ、摩耗を加速することになるため、多量の潤滑剤が必要とされる。多量の潤滑剤は、移動性の潤滑剤となり、消失した潤滑剤の補充機能を持たせることができる。しかし、過剰な潤滑剤は、潤滑剤の膜厚を表面疎度よりも大きくするため、接着に関連する問題が生じ、致命的な場合にはスティクションとなってドライブ不良の原因になるというジレンマがある。これらの摩擦の問題は、従来のパーフルオロポリエーテル(PFPE)系潤滑剤では、十分には解決されていない。
特に、表面平滑性の高い薄膜磁気記録媒体では、これらのトレードオフを解消するために、新規潤滑剤が分子設計され、合成されている。また、PFPEの潤滑性に関する報告が数多く提出されている。このように、磁気記録媒体において、潤滑剤は、大変重要なものである。
表1に、代表的なPFPE系潤滑剤の化学構造を示す。
表1中のZ−DOLは、一般に使用されている薄膜磁気記録媒体用の潤滑剤の一つである。また、Z−tetraol(ZTMD)は、機能性の水酸基をPFPEの主鎖にさらに導入したものであり、ヘッドメディアインターフェイスの隙間を減少させながらドライブの信頼性を高めるとの報告がある。A20Hは、PFPE主鎖のルイス酸やルイス塩基による分解を抑え、トライボロジー特性を改善するとの報告がある。一方、Monoは、高分子主鎖及び極性基が、上記のPFPEと異なり、それぞれポリノルマルプロピルオキシとアミンであり、ニアコンタクトにおける接着相互作用を減少させるとの報告がある。
しかし、融点が高く熱的に安定と考えられる一般的な固体潤滑剤では、非常に高感度である電磁変換プロセスを妨害し、また、ヘッドによって削られた摩耗粉が走行トラックに生じるために摩耗特性が悪くなる。前述のように液体潤滑剤では、ヘッドによる摩耗によって取り除かれた潤滑剤に対して隣の潤滑層から移動して補充するといった移動性がある。しかし、この移動性のために、特に高温では、ディスク稼働中にディスク表面からスピンオフして潤滑剤が減少し、その結果、防護機能が失われる。このため、粘度が高くまた低揮発性の潤滑剤が好適に用いられており、蒸発速度を抑え、ディスクドライブの寿命を延ばすことを可能としている。
これらの潤滑機構から鑑みると、薄膜磁気記録媒体に用いられる低摩擦、低摩耗の潤滑剤への要求としては、以下のようになる。
(1)低揮発性であること。
(2)表面補充機能のために低表面張力であること。
(3)末端極性基とディスク表面への相互作用があること。
(4)使用期間での分解、減少がないように、熱的及び酸化安定性が高いこと。
(5)金属、ガラス、高分子に対して化学的に不活性で、ヘッドやガイドに対して摩耗粉を生じないこと。
(6)毒性、可燃性がないこと。
(7)境界潤滑特性に優れていること。
(8)有機溶媒に溶解すること。
近年、蓄電材料、分離技術、触媒技術などにおいて、イオン液体が、有機や無機材料合成のための環境にやさしい溶媒の一つとして、注目を集めている。イオン液体は、低融点の溶融塩という大きな範疇に入るが、一般的には、その中でも融点が100℃以下のものをいう。潤滑剤として使用するイオン液体の重要な特性として、揮発性が低いこと、可燃性がないこと、熱的に安定であること、溶解性能に優れていることがある。それゆえイオン液体はその特徴から、真空中や高温中等の極限環境下における新規潤滑剤としての適用も期待されている。また単一の自己形成量子ドットトランジスタのゲートにイオン液体を使用することによりトランジスタの制御性を従来の100倍に高める技術も知られている。この技術では、イオン液体が電気二重層を形成し1nm程度の絶縁膜として働いたことにより大きな電気容量が得られている。
例えば金属やセラミックス表面での摩擦及び摩耗が、あるイオン液体を用いることにより、従来の炭化水素系潤滑剤と比較して低減することがある。例えばフルオロアルキル基で置換してイミダゾールカチオンベースのイオン液体が合成され、アルキルイミダゾリウムのテトラフルオロホウ酸塩やヘキサフルオロリン酸塩が、鋼、アルミニウム、銅、単結晶SiO、シリコン、サイアロンセラミックス(Si−Al−O−N)に用いた場合、環状フォスファゼン(X−1P)やPFPEよりも優れたトライボロジー特性を示すとの報告がある。また、アンモニウムベースのイオン液体では、弾性流体から境界潤滑領域において、ベースオイルよりも摩擦を低下させる報告もある。また、イオン液体は、ベースオイルへの添加剤としての効果が調べられたり、化学的な及びトライボ化学的な反応が潤滑機構を理解するうえで研究されたりしているが、磁気記録媒体としての応用例はほとんどない。
イオン液体の中でプロトン性のイオン液体は、ブレンステッド酸とブレンステッド塩基の当量の化学反応によって形成される化合物の総称である。Kohlerらによるカルボン酸とアミンの相互作用に関する研究では、化学等量でカルボン酸とアミンの1:1複合体ができることを報告している(例えば非特許文献1、2参照。)。パーフルオロオクタン酸アルキルアンモニウム塩は、プロトン性イオン液体(PIL)であるが、既述のZ−DOLと比較して、著しく磁気記録媒体の摩擦低減の効果があることを報告している(特許文献1及び2、並びに非特許文献3〜5参照)。
しかし、これらのパーフルオロカルボン酸アンモニウム塩は、以下の反応式(A)に示す反応の中で、カチオンとアニオンの相互作用が弱く、Le Chatelier’sの法則から、高温では平衡が左側になり、解離した中性の化合物となって熱的な安定性が悪くなる。つまり、高温ではプロトンの移動が起こり、平衡が中性の物質へと移動して解離する(例えば非特許文献6参照。)。
ところで、ハードディスクの面記録密度の限界は、1−2.5Tb/inと言われている。現在、その限界に近付きつつあるが、磁性粒子の微細化を大前提として、大容量化技術への精力的な開発が続けられている。大容量化の技術として、実効フライングハイトの減少、Shingle Writeの導入(BMP)などがある。
また、次世代記録技術として、「熱アシスト磁気記録(Heat Assisted Magnetic Recording)」がある。図3に、熱アシスト磁気記録の概略を示す。この技術の課題としては、記録再生時にレーザーで記録部分を加熱するために、磁性層表面の潤滑剤の蒸発あるいは分解による耐久性の悪化が挙げられる。熱アシスト磁気記録は、短い時間ではあるが400℃以上とも言われる高温に晒される可能性があり、一般に使用されている薄膜磁気記録媒体用の潤滑剤Z−DOLやカルボン酸アンミニウム塩系潤滑剤では、その熱的な安定性が懸念されている。
イオン液体は、前述のようにイオンを形成するために一般的には熱的な安定性が高い物質である。その平衡は次のScheme1に示される。
ここでHAはブレンステッド酸を、Bはブレンステッド塩基を示す。酸(HA)と塩基(B)はScheme1に示すように反応して塩(AHB)となる。
このときに酸及び塩基のそれぞれの解離定数Ka1及びKb2は、濃度を含めた形で次のScheme2のように表すことができる。
a1及びKb2は物質によって大きく異なり、場合によっては大きな桁数になるため、取扱いに不便なため、負の常用対数で表される場合が多い。つまり、次のScheme3に示すように−log10a1=pKa1と定義し、明らかにpKa1が小さい酸ほど酸性が強い。
ここで酸と塩基の酸解離定数の差ΔpKaについて議論する。酸・塩基反応はお互いにその酸性・塩基性(あるいはその共役酸の酸性)に影響され、その酸性度の差ΔpKaは併せて次のScheme3に表すことができる。
ΔpKaは、酸濃度及び塩基濃度に対して塩濃度[AHB]が大きくなると大きくなる、ことがわかる。
その中でYoshizawaらは、酸と塩基のpKaの差(ΔpKa)が10以上となるとプロトン移動が起こりやすくなり、
[AH]+[B]⇔[AHB
上記式の平衡がイオン側(右側)へシフトし、より安定性が増すことを報告している(例えば非特許文献6参照。)。しかし、MacFarlaneらは、ΔpKaが4あれば、プロトン移動が起こり、イオン化されたPILを得るには十分であるとの報告もある(例えば非特許文献7参照。)。また、エネルギーレベルダイアグラムから、Daiらは、プロトン性イオン液体の熱的な安定性は、強酸と強塩基の組み合わせにより大きく改善すると説明している(例えば非特許文献8参照。)。また、渡邉らは、プロトン性イオン液体のプロトン移動性と熱的な安定性がΔpKaに大きく依存し、塩基としてDBU(1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデ−7−センを用いた場合、そのΔpKaが15以上となる酸を用いることにより、イオン液体の熱的安定性が大きく向上することを報告している(例えば非特許文献9参照。)。しかしながら、ΔpKaがアプリケーションによってどの程度必要かの考察は固まっていない。
特許第2581090号公報 特許第2629725号公報
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以上のように、磁気記録媒体の分野においては、潤滑剤の能力不足に起因して、走行性、耐摩耗性、耐久性等の実用特性に不満を残している。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、高温においても優れた潤滑性を有するイオン液体、高温においても優れた潤滑性を有する潤滑剤、及び優れた実用特性を有する磁気記録媒体を提供する。
本件発明者は、鋭意検討を行った結果、イオン液体において、ブレンステッド塩基の炭化水素基の炭素数、及び、ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaとの差を規定することによって、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
<1> ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)とから形成されるイオン液体を含有し、
前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有し、
水中における前記ブレンステッド酸のpKaと水中における前記ブレンステッド塩基のpKaとの差が、12以上であることを特徴とする潤滑剤である。
<2> 前記イオン液体が、下記一般式(1)で表される前記<1>に記載の潤滑剤である。
前記一般式(1)中、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは水素原子であり、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基である。
<3> 前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状アミジンである前記<1>に記載の潤滑剤である。
<4> 前記イオン液体が、下記一般式(2)で表される前記<3>に記載の潤滑剤である。
前記一般式(2)中、R11は、ビシクロ環の炭素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
<5> 前記ブレンステッド酸が、スルホン酸である前記<1>から<4>のいずれかに記載の潤滑剤である。
<6> 前記イオン液体の示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度が、370℃以上である前記<1>から<5>のいずれかに記載の潤滑剤である。
<7> 前記炭化水素基が、アルキル基である前記<1>から<6>のいずれかに記載の潤滑剤である。
<8> ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)とから形成されるイオン液体を含有し、
前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有し、
アセトニトリル中における前記ブレンステッド酸のpKaとアセトニトリル中における前記ブレンステッド塩基のpKaとの差が、6以上であることを特徴とする潤滑剤である。
<9> 前記イオン液体が、下記一般式(1)で表される前記<8>に記載の潤滑剤である。
前記一般式(1)中、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは水素原子であり、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基である。
<10> 前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状アミジン、及び炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状グアニジンのいずれかである前記<8>に記載の潤滑剤である。
<11> 前記イオン液体が、下記一般式(2)及び下記一般式(3)のいずれかで表される前記<10>に記載の潤滑剤である。
前記一般式(2)中、R11は、ビシクロ環の炭素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
前記一般式(3)中、R21は、ビシクロ環の炭素又は窒素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
<12> 前記イオン液体の示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度が、370℃以上である前記<8>から<11>のいずれかに記載の潤滑剤である。
<13> 前記ブレンステッド酸が、パーフルオロアルキルスルホン酸、下記構造式(A)で表される化合物、下記構造式(B)で表される化合物、下記構造式(C)で表される化合物、及び下記構造式(D)で表される化合物のいずれかである前記<8>から<12>のいずれかに記載の潤滑剤である。
<14> 非磁性支持体上に少なくとも磁性層を有してなる磁気記録媒体において、
前記磁性層に、前記<1>から<13>のいずれかに記載の潤滑剤を保有することを特徴とする磁気記録媒体である。
<15> ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)とから形成され、
前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有し、
水中における前記ブレンステッド酸のpKaと水中における前記ブレンステッド塩基のpKaとの差が、12以上であることを特徴とするイオン液体である。
<16> 下記一般式(1)で表される前記<15>に記載のイオン液体である。
前記一般式(1)中、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは水素原子であり、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基である。
<17> 前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状アミジンである前記<15>に記載のイオン液体である。
<18> 下記一般式(2)で表される前記<17>に記載のイオン液体である。
前記一般式(2)中、R11は、ビシクロ環の炭素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
<19> 前記ブレンステッド酸が、スルホン酸である前記<15>から<18>のいずれかに記載のイオン液体である。
<20> 示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度が、370℃以上である前記<15>から<19>のいずれかに記載のイオン液体である。
<21> 前記炭化水素基が、アルキル基である前記<15>から<20>のいずれかに記載のイオン液体である。
<22> 前記ブレンステッド塩基が、オクタデシルアミン(C1837NH)、デシルアミン(C1021NH)、テトラデシルアミン(C1429NH)、エイコシルアミン(C2041NH)、オレイルアミン(C1835NH)、2−ヘプチルウンデシルアミン(CH(CHCH(C15)NH)、及び下記構造式(1)で表される化合物のいずれか1種である前記<15>から<21>のいずれかに記載のイオン液体である。
<23> ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)とから形成され、
前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有し、
アセトニトリル中における前記ブレンステッド酸のpKaとアセトニトリル中における前記ブレンステッド塩基のpKaとの差が、6以上であることを特徴とするイオン液体である。
<24> 下記一般式(1)で表される前記<23>に記載のイオン液体である。
前記一般式(1)中、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは水素原子であり、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基である。
<25> 前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状アミジン、及び炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状グアニジンのいずれかである前記<23>に記載のイオン液体である。
<26> 下記一般式(2)及び下記一般式(3)のいずれかで表される前記<25>に記載のイオン液体である。
前記一般式(2)中、R11は、ビシクロ環の炭素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
前記一般式(3)中、R21は、ビシクロ環の炭素又は窒素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
<27> 示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度が、370℃以上である前記<23>から<26>のいずれかに記載のイオン液体である。
<28> 前記ブレンステッド酸が、パーフルオロアルキルスルホン酸、下記構造式(A)で表される化合物、下記構造式(B)で表される化合物、下記構造式(C)で表される化合物、及び下記構造式(D)で表される化合物のいずれかである前記<23>から<27>のいずれかに記載のイオン液体である。
<29> 前記ブレンステッド塩基が、オクタデシルアミン(C1837NH)、デシルアミン(C1021NH)、テトラデシルアミン(C1429NH)、エイコシルアミン(C2041NH)、オレイルアミン(C1835NH)、2−ヘプチルウンデシルアミン(CH(CHCH(C15)NH)、下記構造式(2)で表される化合物、及び下記構造式(3)で表される化合物のいずれか1種である前記<23>から<28>のいずれかに記載のイオン液体である。
本発明によれば、潤滑剤の蒸発や熱分解といった熱的な安定性を改善し、かつ優れた潤滑特性を長期に亘り維持させることができる。また、潤滑剤を磁気記録媒体に用いた場合も、潤滑特性に優れ、走行性、耐摩耗性、耐久性等の実用特性を向上させることができる。
図1は、本発明の一実施の形態に係るハードディスクの一例を示す断面図である。 図2は、本発明の一実施の形態に係る磁気テープの一例を示す断面図である。 図3は、熱アシスト磁気記録を示す概略図である。 図4は、実施例におけるTG測定結果を示す図である。 図5は、実施例36の生成物のFTIRスペクトルである。 図6は、実施例36の生成物のTG/DTA測定結果である。 図7は、実施例37の生成物のFTIRスペクトルである。 図8は、実施例37の生成物のTG/DTA測定結果である。 図9は、実施例38の生成物のFTIRスペクトルである。 図10は、実施例38の生成物のTG/DTA測定結果である。 図11は、実施例39の生成物のFTIRスペクトルである。 図12は、実施例39の生成物のTG/DTA測定結果である。 図13は、実施例40の生成物のFTIRスペクトルである。 図14は、実施例40の生成物のTG/DTA測定結果である。 図15は、実施例41の生成物のFTIRスペクトルである。 図16は、実施例41の生成物のTG/DTA測定結果である。 図17は、実施例42の生成物のFTIRスペクトルである。 図18は、実施例42の生成物のTG/DTA測定結果である。 図19は、比較例27の生成物のFTIRスペクトルである。 図20は、比較例27の生成物のTG/DTA測定結果である。 図21は、比較例28の生成物のFTIRスペクトルである。 図22は、比較例28の生成物のTG/DTA測定結果である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
1. 潤滑剤及びイオン液体
2. 磁気記録媒体
3. 実施例
<1.潤滑剤及びイオン液体>
本発明の一実施形態として示す潤滑剤は、一般式X示されるイオン液体を含有し、ブレンステッド塩基(B)として、炭素数が好ましくは10以上の直鎖状の炭化水素基を有する化合物(例えば、アンモニウム塩)を用いるものである。
本実施の形態におけるイオン液体は、ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)の中和により合成されるプロトン性イオン液体である。
このイオン液体は、水中におけるブレンステッド酸のpKaと水中におけるブレンステッド塩基のpKaとの差(ΔpKa:ブレンステッド塩基のpKa−ブレンステッド酸のpKa)が12以上であることにより、優れた熱安定性を発揮することができる。
また、このイオン液体は、アセトニトリル中におけるブレンステッド酸のpKaとアセトニトリル中におけるブレンステッド塩基のpKaとの差(ΔpKa:ブレンステッド塩基のpKa−ブレンステッド酸のpKa)が6以上であることにより、優れた熱安定性を発揮することができる。なお、アセトニトリル中のpKaについては、例えば、Blackwell Scintific Publications, Oxford, 1990、及びJ. Org. Chem. 2011, Vol. 76, pp. 391−395などに記載されている。
渡邉らは、プロトン性イオン液体のプロトン移動性と熱的な安定性がΔpKaに大きく依存し、塩基としてDBU(1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデ−7−センを用いた場合、そのΔpKaが15以上となる酸を用いることにより、イオン液体の熱的安定性が大きく向上することを報告している(Miran, M.S., Kinoshita, H., Yasuda, T., Susan, M.A.B.H., Watanabe, M., Physicochemical Properties Determined by ΔpKa for Protic Ionic Liquids Based on an Organic Super−strong Base with Various Bronsted Acids, Phys. Chem. Chem. Phys., Vol 14, pp.5178−5186 (2012))。
しかし、ΔpKaがアプリケーションによってどの程度必要かの考察は固まっていなかった。
本発明者らは、鋭意検討した結果、ΔpKaの数値でその熱安定性のメカニズムが異なっており、TG/DTAを用いた分析により、ΔpKaが小さい場合には、イオン液体の重量減少が吸熱でありそれが蒸発であるのに対して、ΔpKaが大きい場合では、イオン液体の重量減少が発熱であり熱分解が支配的であることを確認した。
そして、イオン液体において、水中におけるブレンステッド酸のpKaと水中におけるブレンステッド塩基のpKaとの差(ΔpKa:ブレンステッド塩基のpKa−ブレンステッド酸のpKa)が12以上であることにより、優れた熱安定性を発揮し、潤滑剤として有用であることを見出した。
また、イオン液体において、アセトニトリル中におけるブレンステッド酸のpKaとアセトニトリル中におけるブレンステッド塩基のpKaとの差(ΔpKa:ブレンステッド塩基のpKa−ブレンステッド酸のpKa)が6以上であることにより、優れた熱安定性を発揮し、潤滑剤として有用であることを見出した。
ここで、本明細書におけるpKaは、酸解離定数であって、水中における酸解離定数又はアセトニトリル中における酸解離定数である。
水中における前記酸解離定数は、例えば、J. Chem. Res., Synop. 1994, 212−213に記載の方法を参照して測定でき、具体的には、スペクトロメーターと電位差測定の組み合わせにより測定することができる。
アセトニトリル中における前記酸解離定数は、J. Org. Chem. 1998, 63, p.7868、又はJ. Org. Chem. 1997, 62, p.8479に記載されているのでここでは省略するが、酸をアセトニトリル中に溶解させ塩基で滴定を行い、UV−visスペクトロメータを用いて測定したスペクトルから計算される。
前記イオン液体は、低級アルコール(炭素数1〜3のアルコール)、エーテル等への揮発性の高い溶媒への溶解性に優れる。そのため、使用時において容易に溶液を作製することができる。また、前記溶液を塗布して使用する際に、容易に溶媒を除去することができる。
また、本発明における化合物は、長鎖のアルキル基を有しているため、比較的融点が高く、再結晶による生成が可能であり、非常に製造が容易である。
前記イオン液体の示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、優れた熱安定性を発揮する点で、370℃以上が好ましく、400℃〜500℃がより好ましい。
前記示差熱分析は、例えば、以下の方法で行うことができる。
セイコーインスツルメント社製EXSTAR6000を使用し、200mL/minの流量で空気中を導入しながら、10℃/minの昇温速度で30℃−600℃の温度範囲で測定を行う。ガスクロ質量スペクトルの装置はAgilent社製6890/5975MSDを用いる。カラムはDB−1(15m、直径0.25mm、膜厚0.1μm)用い、インジェクション温度は280℃、カラム初期温度は40℃で5分保持した後に昇温速度20℃/minで340℃まで昇温し、その温度で保持する。その質量ユニットは5975MSDでMS検出方式はEI、四重極温度は150℃、イオン源温度は300℃、質量スキャン範囲はm/z33−700、キャリブレーションはPFTBAを用いる。
水中での前記ΔpKaの上限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、水中での前記ΔpKaは、25以下が好ましく、21以下がより好ましい。
アセトニトリル中での前記ΔpKaの上限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アセトニトリル中での前記ΔpKaは、40以下が好ましく、35以下がより好ましい。
前記ブレンステッド酸としては、水中でのブレンステッド酸(HX)のpKaと水中でのブレンステッド塩基(B)のpKaとの差(ΔpKa)が12以上である条件を満たすものが用いられる。
また、前記ブレンステッド酸としては、アセトニトリル中でのブレンステッド酸(HX)のpKaとアセトニトリル中でのブレンステッド塩基(B)のpKaとの差(ΔpKa)が6以上である条件を満たすものが用いられる。
そのようなブレンステッド酸としては、例えば、文献J. Org. Chem. 2005, Vol.70, p.1019に示されるsuper acidを使用することができ、好ましくは、ブレンステッド酸(HX)のpKaが小さい、ビス((トリフルオロメチル)スルホニル)イミド((CFSONH)、ビス(ノナフルオロブチルスルホニル)イミド、シクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)などのスルホニルイミド、トリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH)、硫酸(HSO)、メタンスルホン酸(CHSOH)、パーフルオロオクタンスルホン酸(C17SOH)などのスルホン酸が用いられる。
前記ブレンステッド酸としては、その他に、パーフルオロアルキルスルホン酸、下記構造式(A)で表される化合物、下記構造式(B)で表される化合物、下記構造式(C)で表される化合物、下記構造式(D)で表される化合物などであってもよい。
また、前記ブレンステッド酸としては、その他に、非特許文献(Agnes Kutt, Toomas Rodima, Jaan Saame, Elin Raamat, Vahur Maemets, Ivari Kaljurand, Ilmar A. Koppel, Romute Yu. Garlyauskayte, Yurii L. Yagupolskii, Lev M. Yagupolskii, Eduard Bernhardt, Helge Willner, and Ivo Leito, “Equilibrium Acidities of Superacids”, J. Org. Chem. 2011, Vol.76, pp.391−395)のTable 1に記載されている有機酸なども用いることができる。
水中での前記ブレンステッド酸のpKaとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、−18〜−3が好ましい。
アセトニトリル中での前記ブレンステッド酸のpKaとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、−5〜12が好ましい。
前記ブレンステッド塩基としては、水中での前記ブレンステッド酸(HX)のpKaと水中での前記ブレンステッド塩基(B)のpKaとの差(ΔpKa)が12以上である条件を満たし、好ましくは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する有機塩基化合物(例えば、アンモニウム塩)が用いられる。炭素水素鎖が長鎖であることにより、摩擦係数を低減し、潤滑特性を向上させることができる。
前記ブレンステッド塩基としては、アセトニトリル中での前記ブレンステッド酸(HX)のpKaとアセトニトリル中での前記ブレンステッド塩基(B)のpKaとの差(ΔpKa)が6以上である条件を満たし、好ましくは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する有機塩基化合物(例えば、アンモニウム塩)が用いられる。炭素水素鎖が長鎖であることにより、摩擦係数を低減し、潤滑特性を向上させることができる。
前記有機塩基化合物としては、pKaが大きい化合物が好ましい。
前記有機塩基化合物としては、例えば、アミン類、ヒドロキシルアミン類、イミン類、オキシム類、ヒドラジン類、ヒドラゾン類、グアニジン、アミジン類、スルホアミド、イミド類、アミド類、チオアミド類、カルバメート類、ニトリル類、尿素類、ウレタン類、環状複素環類などが挙げられる。前記環状複素環類としては、例えば、ピロール、インドール、アゾール、オキサゾール、トリアゾール、テトラアゾール、イミダゾールなどが挙げられる。
また、前記ブレンステッド塩基としては、その他に、非特許文献(Ivari Kaljurand, Agnes Ku¨ tt, Lilli Soova¨ li, Toomas Rodima, Vahur Ma¨emets, Ivo Leito, and Ilmar A. Koppel、” Extension of the Self−Consistent Spectrophotometric Basicity Scale in Acetonitrile to a Full Span of 28 pKa Units: Unification of Different Basicity Scales”J. Org. Chem. 2005, Vol.70, pp.1019−1028)のTable 1に記載されている有機塩基なども用いることができる。
前記炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基の炭素数の上限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、原材料の調達の観点から前記炭素数は、25以下が好ましく、20以下がより好ましい。
炭化水素基は直鎖状であればよく、飽和炭化水素基でも、一部に二重結合を有する不飽和炭化水素基、又は一部に分岐を有する不飽和分枝炭化水素基のいずれでもよい。これらの中でも、耐摩耗性の観点から飽和炭化水素基であるアルキル基であることが好ましい。また、一部にも分岐を有さない直鎖状の炭化水素基であることも好ましい。
水中での前記ブレンステッド塩基のpKaとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、9〜30が好ましい。
アセトニトリル中での前記ブレンステッド塩基のpKaとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、15〜35が好ましい。
前記ブレンステッド塩基としては、例えば、前記ブレンステッド酸とイオン対を形成した際に正の電荷を有する窒素を含有する化合物などが挙げられる。そのような化合物としては、例えば、アミン類、ヒドロキシルアミン類、イミン類、オキシム類、ヒドラジン類、ヒドラゾン類、グアニジン、アミジン類、スルホアミド、イミド類、アミド類、チオアミド類、カルバメート類、ニトリル類、尿素類、ウレタン類、環状複素環類などが挙げられる。前記環状複素環類としては、例えば、ピロール、インドール、アゾール、オキサゾール、トリアゾール、テトラアゾール、イミダゾールなどが挙げられる。また、前記脂肪族アミン、芳香族アミン、環状アミン、アミジンなどが挙げられる。前記脂肪族アミンとしては、例えば、1級脂肪族アミン、2級脂肪族アミン、3級脂肪族アミンなどが挙げられる。前記芳香族アミンとしては、例えば、アニリン、ジフェニルアミン、4−アミノピリジンなどが挙げられる。前記環状アミンとしては、例えば、ピロリジン、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、キヌクリジンなどが挙げられる。前記アミジンとしては、例えば、環状アミジンなどが挙げられる。
具体的なブレンステッド塩基としては、オクタデシルアミン(C1837NH)、デシルアミン(C1021NH)、テトラデシルアミン(C1429NH)、エイコシルアミン(C2041NH)、オレイルアミン(C1835NH)、2−ヘプチルウンデシルアミン(CH(CHCH(C15)NH)などの脂肪族アミンが好ましく用いられる。しかしアミンの構造がこの限りでないことは言うまでもない。たとえば、炭化水素鎖が複素環化合物、脂環状化合物、芳香族化合物に導入されていてもよい。また、下記構造式(1)で表される化合物、下記構造式(2)で表される化合物、及び下記構造式(3)で表される化合物も好ましく用いられる。
前記ブレンステッド塩基として、脂肪族アミンを用いたイオン液体は、下記一般式(1)で示される。
前記一般式(1)中、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは水素原子であり、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基である。炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素以外のRは、分岐炭化水素、芳香環、脂環、不飽和結合を有する炭化水素、又は水素のいずれかであることが好ましい。また、複素環化合物であってもよく、ハロゲンが置換されていてもよい。
前記炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基としては、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基が好ましい。
また、前記イオン液体は、前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状アミジン、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状グアニジンであることが好ましい。前記環状アミジンとしては、例えば、イミダゾール、ベンズイミダゾール、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7(DBU)、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)−ノネン−5(DBN)などが挙げられる。なお、イミダゾールのpKaは、14であり、DBUの水中でのpKaは、12.5であり、DBNの水中でのpKaは、12.7である。前記環状グアニジンとしては、例えば、1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]−5−デセン(TBD)などが挙げられる。また、前記ブレンステッド塩基は、例えば、文献Chem. Eur. J. 2012, Vol.18, p.3621、又はJ. Org. Chem. 2005, Vol.70, p.1019に示されるsuper baseと言われる化合物を使用することができる。
前記イオン液体は、下記一般式(2)で表される化合物であることが好ましく、下記一般式(2−1)で表される化合物であることがより好ましい。
また、前記イオン液体は、下記一般式(3)で表される化合物であることが好ましく、下記一般式(3−1)で表される化合物であることがより好ましい。
前記一般式(2)中、R11は、ビシクロ環の炭素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
前記一般式(2−1)中、R11は、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
前記一般式(3)中、R21は、ビシクロ環の炭素又は窒素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
前記一般式(3−1)中、R21は、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
ここで、イオン液体の合成法について、一例を説明する。イオン液体は、ブレンステッド酸とブレンステッド塩基とから合成される。具体的には、例えばスルホン酸と有機塩基化合物を当量混合して中和することによって得られる。
また、脂肪族アミンを硝酸によって中和して硝酸アンモニウム塩を得た後、アニオン交換することにより得ることができる。例えば、下記の反応式(2)のように、硝酸アンモニウム塩に対して当量のビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドリチウム塩(Li[(CFSON])によってアニオン交換を行うことにより、イオン液体を得ることができる。
本実施の形態における潤滑剤は、前述のイオン液体を単独で使用してもよいが、従来公知の潤滑剤と組み合わせて用いてもよい。例えば、長鎖カルボン酸、長鎖カルボン酸エステル、パーフルオロアルキルカルボン酸エステル、カルボン酸パーフルオロアルキルエステル、パーフルオロアルキルカルボン酸パーフルオロアルキルエステル、パーフルオロポリエーテル誘導体などと組み合わせて使用することが可能である。
また、厳しい条件で潤滑効果を持続させるために、質量比30:70〜70:30程度の配合比で極圧剤を併用してもよい。前記極圧剤は、境界潤滑領域において部分的に金属接触が生じたときに、これに伴う摩擦熱によって金属面と反応し、反応生成物皮膜を形成することにより、摩擦・摩耗防止作用を行うものである。前記極圧剤としては、例えば、リン系極圧剤、イオウ系極圧剤、ハロゲン系極圧剤、有機金属系極圧剤、複合型極圧剤などのいずれも使用できる。
また、必要に応じて防錆剤を併用してもよい。前記防錆剤としては、通常この種の磁気記録媒体の防錆剤として使用可能であるものであればよく、例えば、フェノール類、ナフトール類、キノン類、窒素原子を含む複素環化合物、酸素原子を含む複素環化合物、硫黄原子を含む複素環化合物などが挙げられる。また、前記防錆剤は、潤滑剤として混合して用いてもよいが、非磁性支持体上に磁性層を形成し、その上部に防錆剤層を塗布した後、潤滑剤層を塗布するというように、2層以上に分けて被着してもよい。
また、前記潤滑剤の溶媒としては、例えば、イソプロピルアルコール(IPA)、エタノール等のアルコール系溶媒などから単独又は組み合わせて使用することができる。例えば、ノルマルヘキサンのような炭化水素系溶剤やフッ素系溶媒を混合しても使用することができる。
<2.磁気記録媒体>
次に、前述の潤滑剤を用いた磁気記録媒体について説明する。本発明の一実施形態として示す磁気記録媒体は、非磁性支持体上に少なくとも磁性層を有してなり、前記磁性層に前述の潤滑剤を保有してなるものである。
本実施の形態における潤滑剤は、磁性層が非磁性支持体表面に蒸着やスパッタリング等の手法により形成された、所謂、金属薄膜型の磁気記録媒体に適用することが可能である。また、非磁性支持体と磁性層との間に下地層を介した構成の磁気記録媒体にも適用することもできる。このような磁気記録媒体としては、磁気ディスク、磁気テープなどを挙げることができる
図1は、ハードディスクの一例を示す断面図である。このハードディスクは、基板11と、下地層12と、磁性層13と、カーボン保護層14と、潤滑剤層15とが順次積層された構造を有する。
また、図2は、磁気テープの一例を示す断面図である。この磁気テープは、バックコート層25と、基板21と、磁性層22と、カーボン保護層23と、潤滑剤層24とが順次積層された構造を有する。
図1に示す磁気ディスクにおいて、非磁性支持体は、基板11、下地層12が該当し、図2に示す磁気テープにおいて、非磁性支持体は、基板21が該当する。非磁性支持体として、Al合金板やガラス板等の剛性を有する基板を使用した場合、基板表面にアルマイト処理等の酸化皮膜やNi−P皮膜等を形成して、その表面を硬くしてもよい。
磁性層13、22は、メッキ、スパッタリング、真空蒸着、プラズマCVD等の手法により、連続膜として形成される。磁性層13、22としては、Fe、Co、Ni等の金属や、Co−Ni系合金、Co−Pt系合金、Co−Ni−Pt系合金、Fe−Co系合金、Fe−Ni系合金、Fe−Co−Ni系合金、Fe−Ni−B系合金、Fe−Co−B系合金、Fe−Co−Ni−B系合金等からなる面内磁化記録金属磁性膜や、Co−Cr系合金薄膜、Co−O系薄膜等の垂直磁化記録金属磁性薄膜が例示される。
特に、面内磁化記録金属磁性薄膜を形成する場合、予め非磁性支持体上にBi、Sb、Pb、Sn、Ga、In、Ge、Si、Tl等の非磁性材料を、下地層12として形成しておき、金属磁性材料を垂直方向から蒸着あるいはスパッタし、磁性金属薄膜中にこれら非磁性材料を拡散せしめ、配向性を解消して面内等方性を確保するとともに、抗磁力を向上するようにしてもよい。
また、磁性層13、22の表面に、カーボン膜、ダイヤモンド状カーボン膜、酸化クロム膜、SiO膜等の硬質な保護層14、23を形成してもよい。
このような金属薄膜型の磁気記録媒体に前述の潤滑剤を保有させる方法としては、図1及び図2に示すように、磁性層13、22の表面や、保護層14、23の表面にトップコートする方法が挙げられる。潤滑剤の塗布量としては、0.1mg/m〜100mg/mであることが好ましく、0.5mg/m〜30mg/mであることがより好ましく、0.5mg/m〜20mg/mであることが特に好ましい。
また、図2に示すように、金属薄膜型の磁気テープは、磁性層22である金属磁性薄膜の他に、バックコート層25が必要に応じて形成されていてもよい。
バックコート層25は、樹脂結合剤に導電性を付与するためのカーボン系微粉末や表面粗度をコントロールするための無機顔料を添加し塗布形成されるものである。本実施の形態においては、前述の潤滑剤を、バックコート層25に内添又はトップコートにより含有させてもよい。また、前述の潤滑剤を、磁性層22とバックコート層25のいずれにも内添、トップコートにより含有させてもよい。
また、他の実施の形態として、磁性塗料を非磁性支持体表面に塗布することにより磁性塗膜が磁性層として形成される、所謂、塗布型の磁気記録媒体にも潤滑剤の適用が可能である。塗布型の磁気記録媒体において、非磁性支持体や磁性塗膜を構成する磁性粉末、樹脂結合剤などは、従来公知のものがいずれも使用可能である。
例えば、前記非磁性支持体としては、例えば、ポリエステル類、ポリオレフィン類、セルロース誘導体、ビニル系樹脂、ポリイミド類、ポリアミド類、ポリカーボネート等に代表されるような高分子材料により形成される高分子支持体や、アルミニウム合金、チタン合金等からなる金属基板、アルミナガラス等からなるセラミックス基板、ガラス基板などが例示される。また、その形状も何ら限定されるものではなく、テープ状、シート状、ドラム状等、如何なる形態であってもよい。さらに、この非磁性支持体には、その表面性をコントロールするために、微細な凹凸が形成されるような表面処理が施されたものであってもよい。
前記磁性粉末としては、γ−Fe、コバルト被着γ−Fe等の強磁性酸化鉄系粒子、強磁性二酸化クロム系粒子、Fe、Co、Ni等の金属や、これらを含んだ合金からなる強磁性金属系粒子、六角板状の六方晶系フェライト微粒子等が例示される。
前記樹脂結合剤としては、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、ブタジエン、アクリロニトリル等の重合体、あるいはこれら二種以上を組み合わせた共重合体、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が例示される。これら結合剤には、磁性粉末の分散性を改善するために、カルボン酸基やカルボキシル基、リン酸基等の親水性極性基が導入されてもよい。
前記磁性塗膜には、前記の磁性粉末、樹脂結合剤の他、添加剤として分散剤、研磨剤、帯電防止剤、防錆剤等が加えられてもよい。
このような塗布型の磁気記録媒体に前述の潤滑剤を保有させる方法としては、前記非磁性支持体上に形成される前記磁性塗膜を構成する前記磁性層中に内添する方法、前記磁性層の表面にトップコートする方法、若しくはこれら両者の併用等がある。また、前記潤滑剤を前記磁性塗膜中に内添する場合には、前記樹脂結合剤100質量部に対して0.2質量部〜20質量部の範囲で添加される。
また、前記潤滑剤を前記磁性層の表面にトップコートする場合には、その塗布量は0.1mg/m〜100mg/mであることが好ましく、0.5mg/m〜20mg/mであることがより好ましい。なお、前記潤滑剤をトップコートする場合の被着方法としては、イオン液体を溶媒に溶解し、得られた溶液を塗布若しくは噴霧するか、又はこの溶液中に磁気記録媒体を浸漬すればよい。
本実施の形態では、ブレンステッド酸と好ましくは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有するブレンステッド塩基から形成され、水中におけるそのpKaの差(ΔpKa)が12以上であるイオン液体を含有する潤滑剤を用いることにより、良好な潤滑作用を発揮して摩擦係数を低減することができ、熱的に高い安定性を得ることができる。また、この潤滑作用は、高温、低温、高湿、低湿下等の厳しい条件下においても損なわれることはない。
また、本実施の形態では、ブレンステッド酸と好ましくは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有するブレンステッド塩基から形成され、アセトニトリル中におけるそのpKaの差(ΔpKa)が6以上であるイオン液体を含有する潤滑剤を用いることにより、良好な潤滑作用を発揮して摩擦係数を低減することができ、熱的に高い安定性を得ることができる。また、この潤滑作用は、高温、低温、高湿、低湿下等の厳しい条件下においても損なわれることはない。
したがって、本実施の形態における潤滑剤を適用した磁気記録媒体は、潤滑作用により、優れた走行性、耐摩耗性、耐久性等を発揮し、さらに、熱的安定性を向上させることができる。
<3.実施例>
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。本実施例では、イオン液体を合成し、イオン液体を含有する潤滑剤を作製した。そして、潤滑剤を用いて磁気ディスク及び磁気テープを作製し、それぞれディスク耐久性及びテープ耐久性について評価した。磁気ディスクの製造、ディスク耐久性試験、磁気テープの製造、及びテープ耐久性試験は、次のように行った。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
<磁気ディスクの製造>
例えば、国際公開第2005/068589号公報に従って、ガラス基板上に磁性薄膜を形成し、図1に示すような磁気ディスクを作製した。具体的には、アルミシリケートガラスからなる外径65mm、内径20mm、ディスク厚0.635mmの化学強化ガラスディスクを準備し、その表面をRmaxが4.8nm、Raが0.43nmになるように研磨した。ガラス基板を純水及び純度99.9%以上のイソプロピルアルコール(IPA)中で、それぞれ5分間超音波洗浄を行い、IPA飽和蒸気内に1.5分間放置後、乾燥させ、これを基板11とした。
この基板11上に、DCマグネトロンスパッタリング法によりシード層としてNiAl合金(Ni:50モル%、Al:50モル%)薄膜を30nm、下地層12としてCrMo合金(Cr:80モル%、Mo:20モル%)薄膜を8nm、磁性層13としてCoCrPtB合金(Co:62モル%、Cr:20モル%、Pt:12モル%、B:6モル%)薄膜を15nmとなるように順次形成した。
次に、プラズマCVD法によりアモルファスのダイヤモンドライクカーボンからなるカーボン保護層14を5nm製膜し、そのディスクサンプルを洗浄器内に純度99.9%以上のイソプロピルアルコール(IPA)中で10分間超音波洗浄を行い、ディスク表面上の不純物を取り除いた後に乾燥させた。その後、25℃50%相対湿度(RH)の環境においてディスク表面にイオン液体のIPA溶液を用いてディップコート法により塗布することで、潤滑剤層15を約1nm形成した。
<ディスク耐久性試験>
市販のひずみゲージ式ディスク摩擦・摩耗試験機を用いて、ハードディスクを14.7Ncmの締め付けトルクで回転スピンドルに装着後、ヘッドスライダーのハードディスクに対して内周側のエアベアリング面の中心が、ハードディスクの中心より17.5mmになるようにヘッドスライダーをハードディスク上に取り付けCSS耐久試験を行った。本測定に用いたヘッドは、IBM3370タイプのインライン型ヘッドであり、スライダーの材質はAl−TiC、ヘッド荷重は63.7mNである。本試験は、クリーン清浄度100、25℃60%RHの環境下で、CSS(Contact、Start、Stop)毎に摩擦力の最大値をモニターした。摩擦係数が1.0を超えた回数をCSS耐久試験の結果とした。CSS耐久試験の結果において、50,000回を超える場合には「>50,000」と表示した。また、耐熱性を調べるために、300℃の温度で3分間加熱試験を行った後のCSS耐久性試験を同様に行った。
<磁気テープの製造>
図2に示すような断面構造の磁気テープを作製した。先ず、5μm厚の東レ製ミクトロン(芳香族ポリアミド)フィルムからなる基板21に、斜め蒸着法によりCoを被着させ、膜厚100nmの強磁性金属薄膜からなる磁性層22を形成した。次に、この強磁性金属薄膜表面にプラズマCVD法により10nmのカーボンライクカーボンからなるカーボン保護層23を形成させた後、6ミリ幅に裁断した。この磁性層22上にIPAに溶解したイオン液体を、膜厚が1nm程度となるように塗布して潤滑剤層24を形成し、サンプルテープを作製した。
<テープ耐久性試験>
各サンプルテープについて、温度−5℃環境下、温度40℃30%RH環境下のスチル耐久性、並びに、温度−5℃環境下、温度40℃90%RH環境下の摩擦係数及びシャトル耐久性について測定を行った。スチル耐久性は、ポーズ状態での出力が−3dB低下するまでの減衰時間を評価した。シャトル耐久性は、1回につき2分間の繰り返しシャトル走行を行い、出力が3dB低下するまでのシャトル回数で評価した。また、耐熱性を調べるために、100℃の温度で10分間加熱試験を行った後の耐久性試験も同様に行った。
<3.1 ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaとの差(ΔpKa)の影響>
ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaとの差(ΔpKa)が異なるイオン液体を合成した。そして、磁気記録媒体にイオン液体を含有する潤滑剤を使用し、ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaとの差(ΔpKa)の影響について調べた。
なお、実施例1〜35、比較例1〜26におけるpKaは、水中におけるpKaである。実施例36〜56、比較例27〜32におけるpKaは、アセトニトリル中におけるpKaである。
(実施例1)
[イオン液体1]
表2に示すように、ブレンステッド酸としてビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(pKa=−10)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数18の直鎖状の炭化水素基を有するオクタデシルアミン(pKa=10.7)を用いた。ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaの差(ΔpKa)は20.7であった。オクタデシルアミンを硝酸によって中和して硝酸アンモニウム塩を得たのちに、硝酸アンモニウム塩に対して当量のビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドリチウム塩(Li[(CFSON])によってアニオン交換を行い、イオン液体1を合成した。なお、イオン液体1は、後述するイオン液体12と同じ化合物であり、合成方法の詳細は、イオン液体12の合成方法に記載の通りである。
(実施例2)
[イオン液体2]
表2に示すように、ブレンステッド酸としてトリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH、pKa=−7)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数18の直鎖状の炭化水素基を有するオクタデシルアミン(pKa=10.7)を用いた。ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaの差(ΔpKa)は17.7であった。オクタデシルアミンに対して当量のトリフルオロメタスルホン酸を混合して中和し、イオン液体2を合成した。
(実施例3)
[イオン液体3]
表2に示すように、ブレンステッド酸として硫酸(HSO、pKa=−3)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数18の直鎖状の炭化水素基を有するオクタデシルアミン(pKa=10.7)を用いた。ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaの差(ΔpKa)は13.7であった。オクタデシルアミンに対して当量の硫酸を混合して中和し、イオン液体3を合成した。
(実施例4)
[イオン液体4]
表2に示すように、ブレンステッド酸としてメタンスルホン酸(CHSOH、pKa=−2)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数18の直鎖状の炭化水素基を有するオクタデシルアミン(pKa=10.7)を用いた。ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaの差(ΔpKa)は12.7であった。オクタデシルアミンに対して当量のトリフルオロメタンスルホン酸を混合して中和し、イオン液体4を合成した。
(比較例1)
[比較イオン液体1]
表2に示すように、ブレンステッド酸としてトリフルオロ酢酸(CFCOOH、pKa=0.5)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数18の直鎖状の炭化水素基を有するオクタデシルアミン(pKa=10.7)を用いた。ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaの差(ΔpKa)は10.2であった。オクタデシルアミンに対して当量のトリフルオロ酢酸を混合して中和し、比較イオン液体1を合成した。
(比較例2)
[比較イオン液体2]
表2に示すように、ブレンステッド酸としてパーフルオロオクタン酸(C15COOH、pKa=2.5)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数18の直鎖状の炭化水素基を有するオクタデシルアミン(pKa=10.7)を用いた。ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaの差(ΔpKa)は8.2であった。オクタデシルアミンに対して当量のパーフルオロオクタン酸を混合して中和し、比較イオン液体2を合成した。
(比較例3)
[比較イオン液体3]
表2に示すように、ブレンステッド酸としてステアリン酸(C1735COOH、pKa=5.0)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数18の直鎖状の炭化水素基を有するオクタデシルアミン(pKa=10.7)を用いた。ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaの差(ΔpKa)は5.7であった。オクタデシルアミンに対して当量のステアリン酸を混合して中和し、比較イオン液体3を合成した。
(実施例5)
イオン液体1を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表3に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例6)
イオン液体2を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表3に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例7)
イオン液体3を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表3に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例8)
イオン液体4を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表3に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(比較例4)
比較イオン液体1を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表3に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超えたものの、加熱試験後のCSS測定は1,230回であり、加熱試験により耐久性が悪化した。これは、高温によりイオンの解離が進行し、熱的安定性が悪化したからであると考えられる。
(比較例5)
比較イオン液体2を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表3に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超えたものの、加熱試験後のCSS測定は891回であり、加熱試験により耐久性が悪化した。これは、比較例4と同様、高温によりイオンの解離が進行し、熱的安定性が悪化したからであると考えられる。
(比較例6)
比較イオン液体3を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表3に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超えたものの、加熱試験後のCSS測定は803回であり、加熱試験により耐久性が悪化した。これは、比較例4と同様、高温によりイオンの解離が進行し、熱的安定性が悪化したたからであると考えられる。
次に、イオン液体1〜4、及び比較イオン液体1〜3を磁気テープに適用した例を示す。
(実施例9)
イオン液体1を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表4に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.19であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.23であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体1を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例10)
イオン液体2を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表4に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.20であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.23であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体2を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例11)
イオン液体3を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表4に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.25であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.28であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体3を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例12)
イオン液体4を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表4に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.24であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.28であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体4を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(比較例7)
比較イオン液体1を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表4に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.23であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.30であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で45minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で59minであった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で135回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で126回であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で26minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で31minであった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で55回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で42回であった。以上の結果より、比較イオン液体1を塗布した磁気テープは、加熱試験後のスチル耐久性、及びシャトル耐久性の劣化が大きいことが分かった。
(比較例8)
比較イオン液体2を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表4に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.21であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.25であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で12minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で16minであった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で30回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で23回であった。以上の結果より、比較イオン液体2を塗布した磁気テープは、加熱試験後のスチル耐久性、及びシャトル耐久性の劣化が大きいことが分かった。
(比較例9)
比較イオン液体3を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表4に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.21であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.25であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で7minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で9minであった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で15回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で12回であった。以上の結果より、比較イオン液体3を塗布した磁気テープは、加熱試験後のスチル耐久性、及びシャトル耐久性の劣化が大きいことが分かった。
表3、4から、水中におけるブレンステッド酸のpKaと水中におけるブレンステッド塩基のpKaとの差(ΔpKa)が12以上であるイオン液体を用いることにより、優れた耐熱性及び耐久性を得ることができることが分かった。
<3.2 ブレンステッド塩基の直鎖状の炭化水素の炭素数及び構造の影響>
次に、ブレンステッド塩基として、直鎖状の炭化水素の炭素数及び構造(二重結合、一部分岐)が異なる脂肪族アミンを用いて、イオン液体を合成した。そして、磁気記録媒体にイオン液体を含有する潤滑剤を使用し、ブレンステッド塩基の直鎖状の炭化水素の炭素数及び構造の影響について調べた。なお、脂肪族アミンのブレンステッド塩基性は、炭化水素の長さで大きくは変わらず、ブレンステッド酸のpKaとブレンステッド塩基のpKaとの差(ΔpKa)は、概ね17〜18であった。
(実施例13)
[イオン液体5]
表5に示すように、ブレンステッド酸としてトリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数10の直鎖状の炭化水素基を有するデシルアミン(C1021NH)を用いた。デシルアミンに対して当量のトリフルオロメタンスルホン酸を混合して中和し、イオン液体5を合成した。
(実施例14)
[イオン液体6]
表5に示すように、ブレンステッド酸としてトリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数14の直鎖状の炭化水素基を有するテトラデシルアミン(C1429NH)を用いた。テトラデシルアミンに対して当量のトリフルオロメタンスルホン酸を混合して中和し、イオン液体6を合成した。
(実施例15)
[イオン液体7]
表5に示すように、ブレンステッド酸としてトリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数20の直鎖状の炭化水素基を有するエイコシルアミン(C2041NH)を用いた。エイコシルアミンに対して当量のトリフルオロメタンスルホン酸を混合して中和し、イオン液体7を合成した。
(実施例16)
[イオン液体8]
表5に示すように、ブレンステッド酸としてトリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数18の二重結合を有する直鎖状の炭化水素基を有するオレイルアミン(C1835NH)を用いた。オレイルアミンに対して当量のトリフルオロメタンスルホン酸を混合して中和し、イオン液体8を合成した。
(実施例17)
[イオン液体9]
表5に示すように、ブレンステッド酸としてトリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数18の分岐を有する直鎖状の炭化水素基を有する2−ヘプチルウンデシルアミン(CH(CHCH(C15)−NH)(一部に分岐を有する)を用いた。2−ヘプチルウンデシルアミンに対して当量のトリフルオロメタンスルホン酸を混合して中和し、イオン液体9を合成した。
(比較例10)
[比較イオン液体4]
表5に示すように、ブレンステッド酸としてトリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数8の直鎖状の炭化水素基を有するオクチルアミン(C17NH)を用いた。オクチルアミンに対して当量のトリフルオロメタンスルホン酸を混合して中和し、比較イオン液体4を合成した。
(比較例11)
[比較イオン液体5]
表5に示すように、ブレンステッド酸としてトリフルオロメタンスルホン酸(CFSOH)を用い、ブレンステッド塩基として炭素数4のイソブチルアミン(CNH)を用いた。イソブチルアミンに対して当量のトリフルオロメタンスルホン酸を混合して中和し、比較イオン液体4を合成した。
(実施例18)
イオン液体5を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表6に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例19)
イオン液体6を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表6に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例20)
イオン液体7を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表6に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例21)
イオン液体8を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表6に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例21)
イオン液体9を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表6に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(比較例12)
比較イオン液体4を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表6に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、23,500回であった。
(比較例13)
比較イオン液体5を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表6に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、11,000回であった。
表6から、炭化水素の炭素数が少なくとも10以上であるブレンステッド塩基から形成されるイオン液体を磁気ディスクに用いた実施例18〜22は、CSS耐久試験が50,000回超であり、炭素数が8以下であるブレンステッド塩基から形成されるイオン液体を用いた比較例12、13と比較して優れた耐久性を持つことが分かった。
次に、イオン液体5〜9、及び比較イオン液体4、5を磁気テープに適用した例を示す。
(実施例23)
イオン液体5を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表7に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.22であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.23であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で53minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で153回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で126回であった。以上の結果より、イオン液体5を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例24)
イオン液体6を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表7に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.20であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.21であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体6を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例25)
イオン液体7を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表7に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.21であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.21であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体7を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例26)
イオン液体8を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表7に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.22であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.22であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体8を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例27)
イオン液体9を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表7に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.24であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.25であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で51minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で59minであった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で135回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で158回であった。以上の結果より、イオン液体9を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(比較例14)
比較イオン液体4を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表7に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.29であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.30であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で35minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で39minであった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で96回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で95回であった。
(比較例15)
比較イオン液体5を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表7に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.36であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.41であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で15minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で25minであった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で86回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で54回であった。
表7から、炭化水素の炭素数が少なくとも10以上であるブレンステッド塩基から形成されるイオン液体を磁気テープに用いた実施例23〜27は、炭素数が8以下であるブレンステッド塩基から形成されるイオン液体を用いた比較例14、15と比較して摩擦係数、スチル耐久性、及びシャトル耐久性が大きく改善されることが分かった。また、直線状の炭化水素基に二重結合が導入されたイオン液体や分岐した炭化水素基を有するイオン液体を磁気テープに用いた実施例26、27は、炭素数14以上のものと比較すると摩擦係数がわずかに上昇するものの、スチル耐久性及びシャトル耐久性の実際の仕様を十分に満足させるものであった。
<3.3 ブレンステッド塩基の炭化水素基以外の構造の影響>
次に、ブレンステッド塩基として、炭化水素基以外の構造がアミンとは異なる化合物(環状アミジン)を用いて、イオン液体を合成した。そして、磁気記録媒体にイオン液体を含有する潤滑剤を使用し、ブレンステッド塩基の炭化水素基以外の構造の影響について調べた。
(実施例28)
<C17SO 1837(イオン液体10)の合成>
ステアリルアミンをn−ヘキサン85質量%/エタノール15質量%の混合溶媒に溶解させ、エタノールに溶解させた等モルのパーフルオロオクタンスルホン酸を加え、60℃で30分間加熱した。溶媒除去後、n−ヘキサンに少量のエタノールを混合させた溶媒から再結晶させ、無色の結晶(C17SO 1837)を得た。
(実施例29)
<6−ペンタデシルジアザビシクロウンデセン(6−Pentadecyl−1,8−diazabicyclo[5.4.0]undec−7−ene : 6−ペンタデシルDBU)の合成>
下記構造式(1)で表される6−ペンタデシルジアザビシクロウンデセンは、Matsumuraらの文献(N. Matsumura, H. Nishiguchi, M. Okada, and S. Yoneda, J. Heterocyclic Chem. pp.885−887, Vol/23. Issue 3 (1986))に従って、合成した。
<イオン液体11の合成>
上記方法で得られた構造式(1)で表される化合物をn−ヘキサン85質量%/エタノール15質量%の混合溶媒に溶解させた。そこへ、エタノールに溶解させたパーフルオロオクタンスルホン酸〔構造式(1)で表される化合物に対して95mol%〕を加えた。溶媒除去後、n−ヘキサンで洗浄して過剰の構造式(1)で表される化合物を除去し、イオン液体11を得た。
(比較例16)
<C15COO1837(比較イオン液体6)の合成>
Tribology Trans, Vol. 37, No. 1(Jan. 1994), pp.99−105 に従って合成した。
(比較例17)
<C15CH1837(比較イオン液体7)の合成>
ステアリルアミンと等モルのペンタデカフルオロオクタノールをn−ヘキサンと少量のエタノールを混合させた溶媒に溶解させ、60℃で30分間加熱した。ろ過を行いごみ等を除去した後に再結晶させ、無色の結晶を得た。
表8に実施例28、29、比較例16、17で得られたイオン液体のブレンステッド酸のpKa、ブレンステッド塩基のpKa及びΔpKaを示した。
<熱分析結果>
Seiko Instruments Inc.EXSTAR6000を用いて、実施例2、28、29、比較例16、17で得られたイオン液体のTG測定を行った(実施例30、31、比較例18、19)。また、Z−DOLについてもTG測定を行った(比較例20)。空気をパージしながら10℃/minの昇温速度で30℃から600℃の温度範囲で重量減少を測定した。その結果を図4に示した。また、10%重量減少温度を以下の表9にまとめた。
なお、イオン液体2の示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度は、374℃及び380℃であった。イオン液体10の示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度は、383℃及び402℃であった。
この結果から、ΔpKaが7を大きく超えたイオン液体10、及び11では10%重量減少温度が非常に高く、特に後者ではZ−DOLと比較して200℃以上も高いことがわかった。イオン液体11では、ブレンステッド塩基をステアリルアミンから塩基強度の高いDBU誘導体としていることによりΔpKaが増加し、10%重量減少温度が45℃上昇した。それと比較してΔpKaが6.9の比較イオン液体6では、10%重量減少温度が205℃、ΔpKaが4以下の比較イオン液体7では、10%重量減少温度が62℃と耐熱性が悪いことがわかった。
(実施例32〜33、比較例21〜23)
次に金属薄膜型磁気記録媒体(磁気ディスク)に適用した実施例について説明する。
表10に示すイオン液体を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。作製した磁気ディスクを用いて、CSS耐久性試験、及び加熱後のCSS耐久性試験を行った。結果を表10に示した。
表10より実施例32、及び33では、金属磁性薄膜の表面上にカーボン保護膜を形成し、その上部にブレンステッド酸と炭素数10以上の直鎖状の炭化水素基を含むブレンステッド塩基とのイオン液体であり、そのΔpKaが12以上である化合物を潤滑剤として使用した各サンプルディスクにあっては、CSS特性に優れ耐久性が向上し、加熱後でもその特性は影響されることがわかった。ΔpKaが10より小さい場合には加熱後の耐久性が悪くなるが、これは高温ではイオンの解離及び分解が進行し熱的安定性が悪化したものと考えられる。
(実施例34〜35、比較例24〜26)
次に磁気テープに適用した実施例について説明する。
表11に示すイオン液体を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。作製した磁気テープを用いて、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数、スチル耐久試験、シャトル耐久試験、加熱後のスチル耐久試験、加熱後のシャトル耐久試験を行った。結果を表11に示した。
これらの結果も、ブレンステッド酸と炭素数10以上の直鎖状の炭化水素基を含むブレンステッド塩基とのイオン液体であり、そのΔpKaが12以上である化合物を潤滑剤として塗布した磁気テープは、優れた耐摩耗性、スチル耐久性、シャトル耐久性を示した。しかし、比較例として示したΔpKaが7以下の化合物は、前述のディスクの場合と同様に加熱後にその耐久性の劣化が大きかった。
(実施例36)
[イオン液体12]
<n−オクタデシルアミン−ビストリフルオロメタンスルホニルイミド塩の合成>
合成スキームを以下に示す。
n−オクタデシルアミン−ビスノナフルオロブタンスルホニルイミド塩の合成については以下のHuangらの文献を参考にした(非特許文献:ing−Fang Huang, Huimin Luo, Chengdu Liang, I−Wen Sun, Gary A. Baker, and Sheng Dai,”Hydrophobic Bronsted Acid−Base Ionic Liquids Based on PAMAM Dendrimers with High Proton Conductivity and Blue Photoluminescence,” J. Am. Chem. Soc. Vol.127, 12784−12785 (2005))。
まず、n−オクタデシルアミン15.18gをエタノールに溶解させ、攪拌させながら60%濃硝酸(d=1.360)を滴下し、中和ポイントに達したところで滴下を終了させた。冷却後析出した結晶をろ過して乾燥させてn−オクタデシルアミン硝酸塩を得た。
次に、6.80gのn−オクタデシルアミン硝酸塩をエタノールに溶解させ、ビストリフルオロメタンスルホイミドリチウム塩5.91gをエタノールに溶解させたものを滴下しながら加え、滴下終了後1時間攪拌し、1時間加熱還流した。冷却後溶媒を除去し水とジエチルエーテルを加え、有機層を分離後さらに水で有機層を洗浄した。有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を除去後し、n−ヘキサンで再結晶を行い、無色結晶、融点67℃のn−オクタデシルアミン−ビストリフルオロメタンスルホニルイミド塩を得た。そのFTIRスペクトルとTG/DTAを図5及び図6に示す。
本実施例において、FTIRの測定は、日本分光社製FT/IR−460を使用し、KBrプレート法あるいはKBr錠剤法を用いて透過法で測定を行った。そのときの分解能は4cm−1である。
また、TG/DTA測定では、セイコーインスツルメント社製EXSTAR6000を使用し、200mL/minの流量で空気中を導入しながら、10℃/minの昇温速度で30℃−600℃の温度範囲で測定を行った。ガスクロ質量スペクトルの装置はAgilent社製6890/5975MSDを用いた。カラムはDB−1(15m、直径0.25mm、膜厚0.1μm)用い、インジェクション温度は280℃、カラム初期温度は40℃で5分保持した後に昇温速度20℃/minで340℃まで昇温し、その温度で保持した。その質量ユニットは5975MSDでMS検出方式はEI、四重極温度は150℃、イオン源温度は300℃、質量スキャン範囲はm/z33−700、キャリブレーションはPFTBAを用いた。
IRの吸収波数とその帰属を表12に示す。1,038cm−1にS−N−S結合の対称伸縮振動、1,131cm−1にSO結合の対称伸縮振動、1,194cm−1にCFの対称伸縮振動、1,344cm−1にSO結合の逆対称伸縮振動、1,600cm−1にNH の逆対称変角振動、2,850cm−1にCHの対称伸縮振動、2,916cm−1にCHの逆対称伸縮振動、3,360cm−1−3,020cm−1にブロードなNH の対称伸縮振動が見られることから、その構造が決定された。
またTG/DTAから、10%重量減少温度は329℃と非常に高く、またその重量減少が発熱であることから、重量減少は化合物の分解反応に起因していることが示唆される。
(実施例37)
[イオン液体13]
<n−オクタデシルアミン−ビスノナフルオロブタンスルホニルイミド塩の合成>
合成スキームを以下に示す。
エタノール中にビスノナフルオロブタンスルホニルイミド9.31gを溶解させ、エタノールに溶解させたn−オクタデシルアミンを加え、加熱還流を30min行った後に溶媒を除去した。n−ヘキサンで再結晶し、無色結晶、融点118℃のn−オクタデシルアミン−ビスノナフルオロブタンスルホニルイミド塩を得た。そのFTIRスペクトルとTG/DTAを図7及び図8に示す。
IRの吸収波数とその帰属を表13に示す。1,031cm−1にS−N−S結合の対称伸縮振動、1,088cm−1にSO結合の対称伸縮振動、1,200cm−1と1,141cm−1にCF及びCFの対称伸縮振動、1,355cm−1にSO結合の逆対称伸縮振動、1,616cm−1にNH の逆対称変角振動、2,856cm−1にCHの対称伸縮振動、2,926cm−1にCHの逆対称伸縮振動、3,360cm−1−3,025cm−1にブロードなNH の対称伸縮振動が見られることから、その構造が決定された。
またTG/DTAから、10%重量減少温度は331℃と非常に高く、またこの場合にも重量減少が発熱であることから、重量減少は化合物の分解反応に起因していることが示唆される。
(実施例38)
[イオン液体14]
<n−オクタデシルアミン−シクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド塩の合成>
合成スキームを以下に示す。
エタノール中にシクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド5.45gを溶解させ、n−オクタデシルアミン5gをエタノールに溶解させたもの加えた。発熱があったので氷で周囲を冷却した。加熱還流を30min行った後に溶媒を除去した。n−ヘキサンで再結晶し、無色結晶、融点92℃のn−オクタデシルアミン−シクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド塩を得た。そのFTIRスペクトルとTG/DTAを図9及び図10に示す。
IRの吸収波数とその帰属を表14に示す。1,043cm−1にS−N−S結合の対称伸縮振動、1,096cm−1にSO結合の対称伸縮振動、1,188cm−1と1,154cm−1にFの対称伸縮振動、1,348cm−1にSO結合の逆対称伸縮振動、1,608cm−1にNH の逆対称変角振動、2,850cm−1にCHの対称伸縮振動、2,920cm−1にCHの逆対称伸縮振動、3,350cm−1−3,035cm−1にブロードなNH の対称伸縮振動が見られることから、その構造が決定された。
またTG/DTAから、10%重量減少温度は347℃と非常に高く、またこの場合にも重量減少が発熱であることから、重量減少は化合物の分解反応に起因していることが示唆される。
(実施例39)
[イオン液体15]
<6−n−オクタデシル−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン(C18−DBU) ペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩の合成>
C18−DBUの合成スキームについて以下に示す。
C18−DBUは、Matsumuraらの方法(非特許文献:Noboru Matsumura, Hiroshi Nishiguchi, Masao Okada, and Shigeo Yoneda, “Preparation and Characterization of 6−Substituted 1,8−diazabicyclo[5.4.0]undec−7−ene,” J. Heterocyclic Chemistry Vol.23, Issue 3, pp.885−887 (1986))を参考にして合成した。
まず、原料の1,8−diazabicyclo[5.4.0]−7−undecene(DBU) 7.17gをテトラヒドロフラン(THF)溶液に溶解させて0℃に冷却し、1.64mol/L濃度のn−ブチルリチウム29ccをアルゴンガス雰囲気下で滴下して、0℃で1時間攪拌した。その溶液へ臭化オクタデシル15.71gをTHFに溶解させたものを滴下した後に24時間攪拌放置した。なおTHFはtype4Aのモレキュラーシーブスで乾燥後、蒸留精製したものを直ぐに用いた。その後、塩酸で酸性にした後に溶媒を除去し、ヘキサンに溶解させたものをアミノ化したシリカゲルでカラムクロマトグラフィーを行って精製して無色結晶の生成物を得た。収率90%。
この生成物について、ガスクロマトグラフィー及び質量スペクトルにより、目的のC18−DBUが合成されていることを確認した。
なお、ガスクロマトグラフィーの流出時間17分のピークは面積比率で99.5%であった。
次にC18−DBU ペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩の合成スキームを以下に示す。
C18−DBU3.00gとヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸(C17SOH)3.71gをエタノールに加熱溶解させた後に溶媒を除去し、n−ヘキサン/エタノール混合溶媒から再結晶させて無色結晶を得た。融点は41℃。
FTIRとTG/DTAの結果をそれぞれ図11と図12に示す。
IRの吸収波数とその帰属を表15に示す。1,252cm−1付近にCF及びCFの対称伸縮振動、1,643cm−1にC=Nの伸縮振動、2,851cm−1にCHの対称伸縮振動、2,920cm−1にCHの逆対称伸縮振動、3,410cm−1−3,178cm−1にブロードなNHの対称伸縮振動が見られることから、その構造が決定された。
またTG/DTAから、10%重量減少温度は384℃と高く、またこの場合にも重量減少が発熱であることから、重量減少は化合物の分解反応に起因していることが示唆される。
(実施例40)
[イオン液体16]
<C18−DBUシクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド塩の合成>
C18−DBUシクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド塩の合成スキームを以下に示す。
実施例39と同様に合成したC18−DBU 3.00gとシクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド2.18gをエタノールに溶解し、30min加熱還流後溶媒を除去してn−ヘキサンで再結晶を行い、無色結晶を得た。融点52℃。
FTIRとTG/DTAの結果をそれぞれ図13と図14に示す。
IRの吸収波数とその帰属を表16に示す。1,042cm−1にS−N−S結合の対称伸縮振動、1,091cm−1にSO結合の対称伸縮振動、1,164cm−1にCFの対称伸縮振動、1,360cm−1にSO結合の逆対称伸縮振動、1,633cm−1にC=Nの伸縮振動、2,848cm−1にCHの対称伸縮振動、2,920cm−1にCHの逆対称伸縮振動、3,387cm−1にNHの対称伸縮振動が見られることから、その構造が決定された。
またTG/DTAから、10%重量減少温度は386℃と高く、またこの場合にも重量減少が発熱であることから、重量減少は化合物の分解反応に起因していることが示唆される。
(実施例41)
[イオン液体17]
<7−n−オクタデシル−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]−5−デセン(C18−TBD) ペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩の合成>
まず、原料の7−n−オクタデシル−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]−5−デセン(C18−TBD)の合成スキームを以下に示す。
R.W. Alderらの方法を参考にして合成した(非特許文献: Roger W. Alder, Rodney W. Mowlam, David J. Vachon and Gray R. Weisman, “New Synthetic Routes to Macrocyclic Triamines,” J. Chem. Sos. Chem. Commun. pp.507−508 (1992))。
即ち、水素化ナトリウム(55質量%ヘキサン)を、実施例39と同様にして作製した乾燥THFに溶解させた1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]−5−デセン(TBD) 8.72g中に10℃で加えて攪拌した。10℃に温度を保ったまま臭素化オクタデカンを20分かけて滴下して30分、常温で2時間攪拌した後に1時間加熱還流した。常温に戻して過剰の水素化ナトリウムをエタノールを加えて反応させた。溶媒を除去後アミノ処理したシリカゲルでカラムクロマトグラフィーを行い淡黄色の目的物を得た。
この生成物について、ガスクロマトグラフィー及び質量スペクトルにより、目的のC18−TBD(分子量391)が合成されていることを確認した。
なお、ガスクロマトグラフィーでは溶媒の不純物が10.5分に見られるが、流出時間17分のピークは面積比率で98%であった。
次に、C18−TBD ペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩の合成スキームを以下に示す。
C18−TBD 3.91gとペンタデカフルオロオクタンスルホン酸5.00gをエタノールに溶解させ、加熱還流30min行った後に溶媒を除去した。n−ヘキサンで再結晶して無色の結晶を得た。融点65℃。
IRとTG/DTAを図15及び図16に示す。
IRの吸収波数とその帰属を表17に示す。1,255cm−1付近にCF及びCFの対称伸縮振動、1,602cm−1にC=Nの伸縮振動、2,851cm−1にCHの対称伸縮振動、2,924cm−1にCHの逆対称伸縮振動、3,289cm−1にNHの対称伸縮振動が見られることから、その構造が決定された。
またTG/DTAから、10%重量減少温度は381℃と高く、またこの場合にも重量減少が発熱であることから、重量減少は化合物の分解反応に起因していることが示唆される。
(実施例42)
[イオン液体18]
<C18−TBDシクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド塩の合成>
C18−TBDシクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド塩の合成スキームを以下に示す。
実施例41と同様に合成したC18−TBD 4.00gとヘキサフルオロプロパンスルホニルイミド3.00gをエタノールに溶解し、30min加熱還流後溶媒を除去し、続いて、n−ヘキサン/エタノール混合溶媒で再結晶を行った。無色結晶、融点67℃。
FTIRとTG/DTAの結果をそれぞれ図17と図18に示す。
IRの吸収波数とその帰属を表18にまとめる。1,042cm−1にS−N−S結合の対称伸縮振動、1,092cm−1にSO結合の対称伸縮振動、1,157cm−1にCFの対称伸縮振動、1,361cm−1にSO結合の逆対称伸縮振動、1,628cm−1にC=Nの伸縮振動、2,849cm−1にCHの対称伸縮振動、2,921cm−1にCHの逆対称伸縮振動、3,412cm−1にNHの対称伸縮振動が見られることから、その構造が決定された。
またTG/DTAから、10%重量減少温度は380℃と高く、またこの場合にも重量減少が発熱であることから、重量減少は化合物の分解反応に起因していることが示唆される。
(比較例27)
[比較イオン液体8]
<DBUペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩の合成>
DBUペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩の合成スキームを以下に示す。
DBUについては東京化成工業株式会社より購入したものを精製せずにそのまま使用した。DBU 5.00gとペンタデカフルオロオクタンスルホン酸1.52gをエタノールに溶解し、30min加熱還流後溶媒を除去し、続いて、n−ヘキサン/エタノール混合溶媒で再結晶を行った。無色結晶、融点121℃。
FTIRとTG/DTAの結果をそれぞれ図19と図20に示す。
IRの吸収波数とその帰属を表19に示す。1,282cm−1付近にCF及びCFの対称伸縮振動、1,651cm−1にC=Nの伸縮振動、2,868cm−1にCHの対称伸縮振動、2,943cm−1にCHの逆対称伸縮振動、3,289cm−1にブロードなNHの対称伸縮振動が見られることから、その構造が決定された。
またTG/DTAから、10%重量減少温度は393℃と高く、またこの場合にも重量減少が発熱であることから、重量減少は化合物の分解反応に起因していることが示唆される。
(比較例28)
[比較イオン液体9]
<TBDペンタデカフルオロスルホン酸塩の合成>
TBDについては東京化成工業株式会社より購入したものを精製せずにそのまま使用した。TBD ペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩の合成スキームを以下に示す。
TBD 1.50gとペンタデカフルオロオクタンスルホン酸5.39gをエタノールに溶解させ、加熱還流30min行った後に溶媒を除去した。n−ヘキサンで再結晶して無色の結晶を得た。融点84℃。
FTIRとTG/DTAを図21及び図22に示す。
IRの吸収波数とその帰属を表20に示す。1,202及び1,247cm−1にCF及びCFの対称伸縮振動、1,633cm−1にC=Nの伸縮振動、2,876cm−1にCHの対称伸縮振動、2,933cm−1にCHの逆対称伸縮振動、3,040cm−1−3,629cm−1にNHの対称伸縮振動が見られることから、その構造が決定された。
またTG/DTAから、10%重量減少温度は371℃と高く、またこの場合にも重量減少が発熱であることから、重量減少は化合物の分解反応に起因していることが示唆される。
合成したイオン液体について、下記表21にまとめる。
実施例36〜42で合成したイオン液体についてはイオン液体12〜18とする。また比較例27〜28で合成したイオン液体については比較イオン液体8〜9とする。そのときの10%重量減少温度も併せて示す。
比較イオン液体を含めてここで合成したイオン液体は酸と塩基の間のΔpKaが12以上であるために分解温度は高く、10%重量減少温度はすべてが320℃以上である。
(実施例43)
[イオン液体12]であるn−オクタデシルアミン−ビストリフルオロメタンスルホニルイミド塩を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表23に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例44)
[イオン液体13]であるn−オクタデシルアミン−ビスノナフルオロブタンスルホニルイミド塩を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表23に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例45)
[イオン液体14]であるn−オクタデシルアミン−シクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド塩を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表23に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例46)
[イオン液体15]であるC18−DBUペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表23に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例47)
[イオン液体16]であるC18−DBUシクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド塩を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表23に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例48)
[イオン液体17]であるC18−TBDペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表23に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例49)
[イオン液体18]であるC18−TBDシクロ−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニル)イミド塩を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表23に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(比較例29)
[比較イオン液体8]であるDBUペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表23に示すように、磁気ディスクのCSS測定での耐久性は5,860回、加熱試験後のCSS測定は14,230回であり、長鎖の炭化水素が潤滑剤中に含まれないために摩擦係数が上昇したものと考えられる。
(比較例30)
[比較イオン液体9]であるTBDペンタデカフルオロオクタンスルホン酸塩を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表23に示すように、磁気ディスクのCSS測定での耐久性は6,230回、加熱試験後のCSS測定は18,501回であり、長鎖の炭化水素が潤滑剤中に含まれないために摩擦係数が上昇したものと考えられる。
以上の説明からも明らかなように、ブレンステッド酸と炭素数が少なくとも10以上の直鎖状の炭化水素基を有するブレンステッド塩基とからなり、そのpKaの差(ΔpKa)が6以上であるイオン液体を含有する潤滑剤は、高温保存条件下においても優れた潤滑性を保つことができ、また、長期に亘ってそのCSS潤滑性を保つことができる。
次に、磁気テープに適用した例を示す。
(実施例50)
イオン液体12を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表24に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.19であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.23であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体12を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例51)
イオン液体13を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表24に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.20であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.22であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体13を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例52)
イオン液体14を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表24に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.21であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.24であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体14を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例53)
イオン液体15を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表24に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.22であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.26であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体15を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例54)
イオン液体16を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表24に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.23であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.26であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体16を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例55)
イオン液体17を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表24に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.24であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.28であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体17を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(実施例56)
イオン液体18を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表24に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.23であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.27であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で60min超であり、温度40℃、相対湿度30%環境下で60min超であった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で200回超であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で200回超であった。以上の結果より、イオン液体18を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
(比較例31)
比較イオン液体8を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表24に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.45であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.49であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で18minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で16minであった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で56回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で45回であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で14minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で8minであった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で36回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で30回であった。以上の結果より、比較イオン液体8を塗布した磁気テープは、加熱試験後のスチル耐久性、及びシャトル耐久性の劣化が大きいことが分かった。
(比較例32)
比較イオン液体9を含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した。表24に示すように、100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数は、温度−5℃の環境下で0.50であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で0.55であった。また、スチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で16minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で14minであった。また、シャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で45回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で36回であった。また、加熱試験後のスチル耐久試験は、温度−5℃の環境下で12minであり、温度40℃、相対湿度30%環境下で10minであった。また、加熱試験後のシャトル耐久試験は、温度−5℃の環境下で28回であり、温度40℃、相対湿度90%環境下で25回であった。以上の結果より、比較イオン液体9を塗布した磁気テープは、加熱試験後のスチル耐久性、及びシャトル耐久性の劣化が大きいことが分かった。
ブレンステッド酸と炭素数10以上の直鎖状の炭化水素基を含むブレンステッド塩基とのイオン液体であり、そのΔpKaが、水中におけるΔpKaが12以上である化合物、又はアセトニトリル中におけるΔpKaが6以上である化合物を潤滑剤として塗布した磁気テープは、優れた耐摩耗性、スチル耐久性、シャトル耐久性を示した。しかし、比較例として示した、水中におけるΔpKaが12以上、又はアセトニトリル中におけるΔpKaが6以上でも炭素数10以上の直鎖状の炭化水素鎖を持たない化合物は、前述のディスクの場合と同様にその耐久性の劣化が大きかった。
以上の説明からも明らかなように、ブレンステッド酸と炭素数が少なくとも10以上の直鎖状の炭化水素基を有するブレンステッド塩基とからなり、そのpKaの差(ΔpKa)が、水中におけるΔpKaにおいて12以上、又はアセトニトリル中におけるΔpKaにおいて6以上であるイオン液体を含有する潤滑剤は、高温条件下においても潤滑性を保つことができ、また、長期に亘って潤滑性を保つことができる。したがって、このイオン液体を含有する潤滑剤を用いた磁気記録媒体は、非常に優れた走行性、耐摩耗性、及び耐久性を得ることができる。
11 基板
12 下地層
13 磁性層
14 カーボン保護層
15 潤滑剤層
21 基板
22 磁性層
23 カーボン保護層
24 潤滑剤層
25 バックコート層

Claims (29)

  1. ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)とから形成されるイオン液体を含有し、
    前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有し、
    水中における前記ブレンステッド酸のpKaと水中における前記ブレンステッド塩基のpKaとの差が、12以上であることを特徴とする潤滑剤。
  2. 前記イオン液体が、下記一般式(1)で表される請求項1に記載の潤滑剤。
    前記一般式(1)中、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは水素原子であり、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基である。
  3. 前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状アミジンである請求項1に記載の潤滑剤。
  4. 前記イオン液体が、下記一般式(2)で表される請求項3に記載の潤滑剤。
    前記一般式(2)中、R11は、ビシクロ環の炭素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
  5. 前記ブレンステッド酸が、スルホン酸である請求項1から4のいずれかに記載の潤滑剤。
  6. 前記イオン液体の示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度が、370℃以上である請求項1から5のいずれかに記載の潤滑剤。
  7. 前記炭化水素基が、アルキル基である請求項1から5のいずれかに記載の潤滑剤。
  8. ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)とから形成されるイオン液体を含有し、
    前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有し、
    アセトニトリル中における前記ブレンステッド酸のpKaとアセトニトリル中における前記ブレンステッド塩基のpKaとの差が、6以上であることを特徴とする潤滑剤。
  9. 前記イオン液体が、下記一般式(1)で表される請求項8に記載の潤滑剤。
    前記一般式(1)中、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは水素原子であり、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基である。
  10. 前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状アミジン、及び炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状グアニジンのいずれかである請求項8に記載の潤滑剤。
  11. 前記イオン液体が、下記一般式(2)及び下記一般式(3)のいずれかで表される請求項10に記載の潤滑剤。
    前記一般式(2)中、R11は、ビシクロ環の炭素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
    前記一般式(3)中、R21は、ビシクロ環の炭素又は窒素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
  12. 前記イオン液体の示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度が、370℃以上である請求項8から11のいずれかに記載の潤滑剤。
  13. 前記ブレンステッド酸が、パーフルオロアルキルスルホン酸、下記構造式(A)で表される化合物、下記構造式(B)で表される化合物、下記構造式(C)で表される化合物、及び下記構造式(D)で表される化合物のいずれかである請求項8から12のいずれかに記載の潤滑剤。
  14. 非磁性支持体上に少なくとも磁性層を有してなる磁気記録媒体において、
    前記磁性層に、請求項1から13のいずれかに記載の潤滑剤を保有することを特徴とする磁気記録媒体。
  15. ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)とから形成され、
    前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有し、
    水中における前記ブレンステッド酸のpKaと水中における前記ブレンステッド塩基のpKaとの差が、12以上であることを特徴とするイオン液体。
  16. 下記一般式(1)で表される請求項15に記載のイオン液体。
    前記一般式(1)中、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは水素原子であり、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基である。
  17. 前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状アミジンである請求項15に記載のイオン液体。
  18. 下記一般式(2)で表される請求項17に記載のイオン液体。
    前記一般式(2)中、R11は、ビシクロ環の炭素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
  19. 前記ブレンステッド酸が、スルホン酸である請求項15から18のいずれかに記載のイオン液体。
  20. 示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度が、370℃以上である請求項15から19のいずれかに記載のイオン液体。
  21. 前記炭化水素基が、アルキル基である請求項15から20のいずれかに記載のイオン液体。
  22. 前記ブレンステッド塩基が、オクタデシルアミン(C1837NH)、デシルアミン(C1021NH)、テトラデシルアミン(C1429NH)、エイコシルアミン(C2041NH)、オレイルアミン(C1835NH)、2−ヘプチルウンデシルアミン(CH(CHCH(C15)NH)、及び下記構造式(1)で表される化合物のいずれか1種である請求項15から21のいずれかに記載のイオン液体。
  23. ブレンステッド酸(HX)とブレンステッド塩基(B)とから形成され、
    前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有し、
    アセトニトリル中における前記ブレンステッド酸のpKaとアセトニトリル中における前記ブレンステッド塩基のpKaとの差が、6以上であることを特徴とするイオン液体。
  24. 下記一般式(1)で表される請求項23に記載のイオン液体。
    前記一般式(1)中、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは水素原子であり、R、R、R、Rのうち少なくとも1つは炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を含む基である。
  25. 前記ブレンステッド塩基が、炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状アミジン、及び炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を有する環状グアニジンのいずれかである請求項23に記載のイオン液体。
  26. 下記一般式(2)及び下記一般式(3)のいずれかで表される請求項25に記載のイオン液体。
    前記一般式(2)中、R11は、ビシクロ環の炭素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
    前記一般式(3)中、R21は、ビシクロ環の炭素又は窒素に結合している炭素数が10以上の直鎖状の炭化水素基を表す。
  27. 示差熱分析(DTA)測定における発熱ピーク温度が、370℃以上である請求項23から26のいずれかに記載のイオン液体。
  28. 前記ブレンステッド酸が、パーフルオロアルキルスルホン酸、下記構造式(A)で表される化合物、下記構造式(B)で表される化合物、下記構造式(C)で表される化合物、及び下記構造式(D)で表される化合物のいずれかである請求項23から27のいずれかに記載のイオン液体。
  29. 前記ブレンステッド塩基が、オクタデシルアミン(C1837NH)、デシルアミン(C1021NH)、テトラデシルアミン(C1429NH)、エイコシルアミン(C2041NH)、オレイルアミン(C1835NH)、2−ヘプチルウンデシルアミン(CH(CHCH(C15)NH)、下記構造式(2)で表される化合物、及び下記構造式(3)で表される化合物のいずれか1種である請求項23から28のいずれかに記載のイオン液体。
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