JP2017101169A

JP2017101169A - 潤滑油組成物

Info

Publication number: JP2017101169A
Application number: JP2015236514A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎渡邉; Kentaro Watanabe
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: JP6659932B2

Abstract

【課題】潤滑性能に優れた潤滑油組成物を提供する。【解決手段】フラーレン誘導体及び基油を含み、前記フラーレン誘導体が基油に溶解している潤滑油組成物を用いる。【選択図】なし

Description

本発明は、フラーレン誘導体を含む潤滑油組成物に関する。

フラーレンの一種であるＣ_６０は潤滑剤として有用であることが知られている。ＢｈｕｓｈａｎらはＣ_６０の蒸着膜を形成したシリコン基板で、摩擦係数の低下を確認している（非特許文献１参照）。

さらにＣ_６０は従来の潤滑油への添加剤として優れた特性と示すことが知られている。Ｇｉｎｚｂｕｒｇらは銅箔の表面に一般の潤滑オイルを塗ったものとそのオイルにＣ_６０を５％添加したものを塗ったものとで鋼のローラーを荷重のもとにこすり付け、その時の摩擦抵抗を測定した。その結果、Ｃ_６０添加した場合には、添加しない場合と比較して耐摩耗性が向上することを確認している（非特許文献２参照）。

特許文献１にはフラーレンを含む潤滑油に関して、耐熱性、および潤滑寿命が改善することが記載されている。しかし、フラーレンは潤滑油には溶解しないため分散性が悪いという問題があった。

特許文献２には、フラーレン包摂体、または水酸基等の極性基をフラーレンに導入することにより、水系潤滑剤への分散性を高めることにより、フラーレンが溶解した水系潤滑剤組成物が開示されている。しかし、これは一般の潤滑油へ適用されるものではない。

一方、フラーレン誘導体として、ディールスアルダー反応を用いてジエン化合物をフラーレンに付加する反応が知られており（非特許文献３参照）、合成自体は簡便な方法である。しかし、この化合物の用途としては、有機太陽電池のみに限られており、潤滑油への適用を想定する例はない。

特開２０１１−０６８８９９号公報特開２００９−１７３８１４号公報

Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２，３２５３（１９９３）ＲｕｓｓｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ７５，１３３０（２００２）ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ，１９９７，３８，２８５

本発明は、潤滑性能に優れた潤滑油組成物を提供することを課題とする。

すなわち、本発明は以下に示す構成を含むものである。

[１] フラーレン誘導体及び基油を含み、前記フラーレン誘導体が基油に溶解している潤滑油組成物。
[２] 前記フラーレン誘導体が下記式（１）で表される前項[１]に記載の潤滑油組成物。

（式（１）中のＦＬＮはフラーレン骨格を示し、ｎは１以上の整数を示し、Ｒは水素または有機基を示す。）
[３] 潤滑油組成物中の前記フラーレン誘導体は、前記ｎが異なる混合物である前項[２]に記載の潤滑油組成物。
[４] 前記有機基は、炭素数１〜２４の、アルキル基、ビニル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、エーテル結合を有する基、エステル結合を有する基、アミド結合を有する基から選ばれる少なくとも１種である前項[２]または[３]に記載の潤滑油組成物。
[５] 前記ＦＬＮは、炭素数６０〜１２０のフラーレン、あるいは、これらの２量体または３量体である前項[２]〜[４]のいずれかに記載の潤滑油組成物。
[６] 潤滑油組成物中の前記フラーレン誘導体は、前記ＦＬＮが異なる混合物である前項[２]〜[５]のいずれかに記載の潤滑油組成物。
[７] 前記フラーレン誘導体は、基油１００質量部に対し０．００１〜５質量部含有される前項[１]〜[５]のいずれかに記載の潤滑油組成物。
[８] 前記基油は、鉱物油、油脂、及び合成潤滑油から選ばれる少なくとも１種である前項[１]〜[７]のいずれかに記載の潤滑油組成物。

本発明により、摩擦係数が小さく、潤滑寿命が良好な潤滑油組成物が得られる。

以下に、本発明の実施形態についてその構成を説明する。本発明は、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

本発明の潤滑油組成物は、フラーレン誘導体及び基油を含み、前記フラーレン誘導体は基油に溶解している。

前記フラーレン誘導体としては、基油に溶解しやすいものであればよく、フラーレンインデン付加体、フラーレン酪酸メチルエステル、等が挙げられ、特に、下記式（１）で表されるフラーレン誘導体が基油に溶解しやすく好ましい。

（式（１）中のＦＬＮはフラーレン骨格を示し、ｎは１以上の整数を示し、Ｒは水素または有機基を示す。）

以下、フラーレン誘導体として上記式（１）で表されるフラーレン誘導体を例に本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

前記式（１）のフラーレン誘導体は、例えば、インデン骨格をもつ化合物をディールスアルダー反応を用いてフラーレンに付加することにより合成することができる。この場合、前記ｎの異なる混合物が得られるが、それらを分離することなく本発明に用いてもよく、経済的である。すなわち、潤滑油組成物中の前記フラーレン誘導体は、前記ｎの異なる混合物となる。

ただし、前記混合物中の主成分となるフラーレン誘導体は、ｎが、基油に対する溶解性を得るために、２以上が好ましく、３以上がより好ましい。なお、ｎの上限は、前記式（１）のフラーレン骨格ＦＬＮの大きさが大きいほど大きくなる。ｎの最大値は、ＦＬＮとして最も小さいＣ_６０の場合１０程度であり、より大きなＦＬＮでは２０〜６０となりうる。

前記Ｒは、水素または有機基である。基油と親和性のある有機基を用いると基油に対する溶解性を得やすく好ましい。このような有機基としては、例えば、炭素数１〜２４の、アルキル基、ビニル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、エーテル結合を有する基、エステル結合を有する基、アミド結合を有する基から選ばれる少なくとも１種等が挙げられる。

前記式（１）のフラーレン骨格ＦＬＮは、本発明の目的を満たす限り限定されないが、炭素数６０〜１２０のフラーレン、あるいは、これらの２量体または３量体等を挙げることができる。より具体的には、Ｃ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８２、Ｃ_８４、Ｃ_９０、Ｃ_９４、Ｃ_９６及びより高次の炭素クラスター等が挙げられる。

潤滑油組成物中の前記フラーレン誘導体は、フラーレン骨格ＦＬＮとしてＣ_６０またはＣ_７０を有する誘導体を主成分とし、その他のフラーレン骨格を有する誘導体も含まれる混合物であると、溶解性に優れており好ましい。

なお、このようなラーレン誘導体の混合物を得るには、例えば、原料として、Ｃ_６０またはＣ_７０を主成分とする炭素数の異なるフラーレンの混合物を用い、前記合成を行えばよい。

前記フラーレン誘導体は、前記基油１００質量部に対し、０．００１〜５質量部の範囲で含有されるのが好ましい。前記範囲の下限は、０．０１質量部以上がより好ましく、０．０５質量部以上がさらに好ましい。一方、前記範囲の上限は、０．５質量部以下がより好ましく、０．２質量部以下がさらに好ましい。上記範囲内とすることにより、フラーレン誘導体を基油中に凝集させることなく溶解させることが可能となり、潤滑油組成物の特性向上の効果を得ることができる。

なお、本発明におけるフラーレン誘導体が溶解しているとは、多数のフラーレン誘導体の粒子が凝集のない状態で溶媒に均一に存在することをいう。フラーレン誘導体の凝集のない状態とは、動的光散乱法による粒度分布測定において、１０ｎｍ以上の粒子が存在していないことをいう。また、均一に存在することは、紫外可視吸収スペクトルにおいて、フラーレン誘導体の吸収が見られることにより確認できる。

前記基油は、特に限定されないが、例えば、鉱物油、油脂、及び合成潤滑油から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。前記鉱物油としては、例えば、灯油、軽油、スピンドル油、マシン油、ニュートラル油、タービン油、シリンダー油、及び流動パラフィンが挙げられる。また、前記油脂としては、牛脂、豚脂、ナタネ油、ヤシ油、パーム油、及びヌカ油、並びにこれらの水素添加油等が挙げられる。更に、上記合成潤滑油としては、前記油脂から得られる脂肪酸、脂肪酸とアルコールのエステル、ポリブテン等のポリαオレフィン、ポリエチレングリコール、ポリオールエステル等のポリオール類、ポリエーテル若しくはポリエステル、及び高級アルコール等が挙げられる。前記基油は、１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。さらに、通常の潤滑剤に使用される鉱油、合成油あるいはこれらの混合油を使用してもよい。具体的には、鉱油としてはパラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油を挙げることができ、合成油としては合成炭化水素油、エーテル油、エステル油を挙げることができる。

本発明の潤滑油組成物は、前記基油に、前記フラーレン誘導体を溶解し、必要であれば、通常、潤滑剤に用いる添加剤を添加し、得ることができる。

以下に本発明の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。

（摩擦摺動試験）
潤滑剤塗膜の表面の耐摩耗性は、ピンオンディスク型摩擦摩耗試験機（ＲＨＥＳＣＡ社製、ＦＲＩＣＴＩＯＮＰＬＡＹＥＲＦＰＲ−２０００）を用いて測定した。接触子としては直径２ｍｍのＡｌＴｉＣの球を用い、荷重０．３９Ｎ、しゅう動速度０．２５ｍ／ｓにて試験を行ない、摩擦係数が急激に変動するまでの時間とそれ以前の摩擦係数を測定した。潤滑剤の摩耗が進行し、潤滑剤膜が無くなると接触子と基板が直接接触するために摩擦係数が大きく変動する。その時点を耐摩耗の判断基準とした。それぞれの潤滑剤塗膜について４回ずつ測定し、摩擦係数と摩擦係数上昇までの時間について、それぞれ平均値を得た。

実施例１：
１０２ｍｍφのアルミニウム基板を模擬ディスクとして使用した。フラーレン誘導体として、フロンティアカーボン株式会社製フラーレンインデン付加体ＭＭＩ（前記式（１）において、Ｒが水素原子であり、ＦＬＮはＣ_６０，Ｃ_７０またはより高次のフラーレン骨格であり、ｎが１〜１０である、誘導体の混合物。ただし、ＦＬＮがＣ_６０，ｎが３である誘導体が主成分。）を用意した。添加物として前記フラーレン誘導体を０．１質量部をマシン油（株式会社エーゼット製ＡＺマシンオイル）１００質量部に添加し溶解した。添加物を溶解したマシン油１ｍＬをトルエン１００ｍＬに溶解し、潤滑油組成物を得た。スピンコート法で前記アルミニウム基板に前記潤滑剤組成物を塗布し、１００℃で１０分間加熱し、潤滑層を成膜した。このようにして得られた潤滑層の膜厚および、摩擦摺動試験の結果を表１に示す。

比較例１：
添加物を溶解させていないマシン油を用いたこと以外は、実施例１と同様に行った。結果を表１に示す。

比較例２：
添加物として、フラーレン誘導体の代わりに、フラーレン（フロンティアカーボン社ＮＭ−ＳＴ−Ｆ。Ｃ_６０を主成分とし、Ｃ_７０及びより高次のフラーレンを含む混合物。）を用いたこと以外は、実施例１と同様に行った。前記フラーレンはマシン油に溶解せず、分散液で成膜を行ったところ、フラーレンの固体が析出した不均一な膜になった。そのため、平均膜厚は得られなかった。結果を表１に示す。

摩擦摺動試験の結果、摩擦係数上昇までの時間は実施例１、および比較例２の双方が長くなっており、潤滑寿命の改善が確認できた。一方、摩擦係数は実施例１のみが小さくなっており、本発明の潤滑油組成物により、潤滑寿命の改善とともに、潤滑性能の改善の効果も得られた。

このように高い潤滑性能が得られたのは、以下のように推定される。
一般に、同農度であれば、フラーレン誘導体よりもフラーレンの方が潤滑性能に優れる。また、実施例などで用いたフラーレン誘導体は、フラーレン骨格とインデン骨格を有し、加熱すると、フラーレンとインデンとに分解することが知られている。このようなフラーレン誘導体を用いることにより、極圧時にフラーレン誘導体が分解して局部的に高濃度のフラーレンを生成したためと考えられる。

本発明のフラーレン誘導体は、潤滑剤に好ましく用いることができる。

Claims

フラーレン誘導体及び基油を含み、前記フラーレン誘導体が基油に溶解している潤滑油組成物。
前記フラーレン誘導体が下記式（１）で表される請求項１に記載の潤滑油組成物。

（式（１）中のＦＬＮはフラーレン骨格を示し、ｎは１以上の整数を示し、Ｒは水素または有機基を示す。）
潤滑油組成物中の前記フラーレン誘導体は、前記ｎが異なる混合物である請求項２に記載の潤滑油組成物。
前記有機基は、炭素数１〜２４の、アルキル基、ビニル基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、エーテル結合を有する基、エステル結合を有する基、アミド結合を有する基から選ばれる少なくとも１種である請求項２または３に記載の潤滑油組成物。
前記ＦＬＮは、炭素数６０〜１２０のフラーレン、あるいは、これらの２量体または３量体である請求項２〜４のいずれかに記載の潤滑油組成物。
潤滑油組成物中の前記フラーレン誘導体は、前記ＦＬＮが異なる混合物である請求項２〜５のいずれかに記載の潤滑油組成物。
前記フラーレン誘導体は、基油１００質量部に対し０．００１〜５質量部含有される請求項１〜５のいずれかに記載の潤滑油組成物。
前記基油は、鉱物油、油脂、及び合成潤滑油から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜７のいずれかに記載の潤滑油組成物。