JP2018090717A - Lubricant - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、潤滑油に関するものである。 The present invention relates to a lubricating oil.
本出願人は、下記特許文献１において、潤滑性が従前と同等以上に向上した潤滑油の発明を開示し、公知とした。 In the following Patent Document 1, the present applicant has disclosed and made known a lubricating oil whose lubricity is improved to be equal to or higher than before.
しかしながら、近年では、電気自動車などを始めとして、様々な機械類における摩擦によるエネルギーロスを削減し、さらなるエネルギー利用の効率化が求められている。 However, in recent years, there has been a demand for more efficient use of energy by reducing energy loss due to friction in various machines including electric vehicles.
そこで、本発明は、潤滑効果がさらに向上した潤滑油の提供を目的とした。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a lubricating oil having a further improved lubricating effect.
（１） 本発明の潤滑油は、基油に少なくともカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと呼ぶことがある）、カーボンナノダイヤ（球状ナノ炭素粒子の一つ）、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンナノファイバー、およびカーボンブラックの中から選択される１以上の炭素系ナノ材料（以下、単に、炭素系ナノ材料と呼ぶことがある。）を有した流体と、シリコン、ソルベントナフサ、尿素、飽和炭化水素、または飽和炭化水素系化合物と、を混合してなるものである。また、前記炭素系ナノ材料を有した流体は、粒子を分散して含むことが可能な媒質である分散媒と、前記分散媒中に均一に分散する複数の前記炭素系ナノ材料とを含んでいるｐＨ値が２．５〜８．０（好ましくは、６．０〜８．０）のものであるとともに、前記炭素系ナノ材料表面の活性点の少なくとも一部にＯＨ基、ＣＯ基およびＣＨＯ基のうちいずれか１つ以上が修飾されていることが好ましい。 (1) The lubricating oil of the present invention includes at least carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as CNT), carbon nanodiamond (one of spherical nanocarbon particles), carbon nanohorn, fullerene, carbon nanofiber, and carbon in the base oil. A fluid having one or more carbon-based nanomaterials selected from black (hereinafter sometimes simply referred to as carbon-based nanomaterials) and silicon, solvent naphtha, urea, saturated hydrocarbon, or saturated carbonization And a hydrogen compound. In addition, the fluid having the carbon-based nanomaterial includes a dispersion medium that is a medium capable of dispersing and including particles, and a plurality of the carbon-based nanomaterials that are uniformly dispersed in the dispersion medium. PH value is 2.5 to 8.0 (preferably 6.0 to 8.0), and at least a part of the active sites on the surface of the carbon-based nanomaterial is OH group, CO group and CHO. It is preferred that any one or more of the groups are modified.
（２） 上記（１）の潤滑油においては、前記シリコンが、全体に対して０．００１質量％以上８０質量％以下含まれていることが好ましい。 (2) In the lubricating oil of (1), the silicon is preferably contained in an amount of 0.001% by mass to 80% by mass with respect to the whole.
（３） 上記（１）の潤滑油においては、前記ソルベントナフサが、全体に対して０．００１質量％以上８０質量％以下含まれていることが好ましい。 (3) In the lubricating oil of (1), the solvent naphtha is preferably contained in an amount of 0.001% by mass to 80% by mass with respect to the whole.
（４） 上記（１）の潤滑油においては、前記尿素が、全体に対して０．００１質量％以上８０質量％以下含まれていることが好ましい。 (4) In the lubricating oil of (1), it is preferable that the urea is contained in an amount of 0.001% by mass to 80% by mass with respect to the whole.
（５） 上記（１）の潤滑油においては、前記飽和炭化水素が、全体に対して０．００１質量％以上８０質量％以下含まれていることが好ましい。 (5) In the lubricating oil of (1), the saturated hydrocarbon is preferably contained in an amount of 0.001% by mass to 80% by mass with respect to the whole.
（６） 上記（１）または（５）の潤滑油においては、前記飽和炭化水素が、ノルマルヘキサン、イソヘキサン、シクロヘキサン、ノルマルヘプタン、イソオクタン、ノルマルデカン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ノルマルブタン、イソブタン、および、プロパンの中から選択される１以上のものであることが好ましい。 (6) In the lubricating oil of (1) or (5), the saturated hydrocarbon is normal hexane, isohexane, cyclohexane, normal heptane, isooctane, normal decane, normal pentane, isopentane, normal butane, isobutane, and One or more selected from propane is preferred.
（７） 上記（１）の潤滑油においては、前記飽和炭化水素系化合物が、全体に対して０．００１質量％以上８０質量％以下含まれていることが好ましい。 (7) In the lubricating oil of (1), the saturated hydrocarbon compound is preferably contained in an amount of 0.001% by mass to 80% by mass with respect to the whole.
（８） 上記（１）または（７）の潤滑油においては、前記飽和炭化水素系化合物が、エチルシクロヘキサンおよびメチルシクロヘキサンの中から選択される１以上のものであることが好ましい。 (8) In the lubricating oil of (1) or (7), the saturated hydrocarbon compound is preferably one or more selected from ethylcyclohexane and methylcyclohexane.
（９） 上記（１）〜（８）の潤滑油においては、前記炭素系ナノ材料が、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属硫化物、金属窒化物、ホウ酸塩金属、または合金を充填したものであってもよい。 (9) In the lubricating oils of the above (1) to (8), the carbon-based nanomaterial is filled with metal, metal oxide, metal carbide, metal sulfide, metal nitride, borate metal, or alloy. It may be what you did.
（１０） 上記（１）〜（９）の潤滑油においては、前記炭素系ナノ材料の直径が０．０１ｎｍ〜５００ｎｍであることが望ましく、さらに好ましくは０．０１ｎｍ〜５０ｎｍである。なお、前記炭素系ナノ材料の直径が０．０１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に含まれる場合には、電気的特性がよいだけでなく、使用する量も少量ですむ。 (10) In the lubricating oils of the above (1) to (9), the diameter of the carbon-based nanomaterial is desirably 0.01 nm to 500 nm, and more preferably 0.01 nm to 50 nm. In addition, when the diameter of the carbon-based nanomaterial is included in a range of 0.01 nm to 50 nm, not only the electrical characteristics are good, but also the amount used is small.
（１１） 上記（２）の潤滑油においては、前記分散媒が、水、または、水と有機溶媒との混合物であってもよい。 (11) In the lubricating oil of (2), the dispersion medium may be water or a mixture of water and an organic solvent.
（１２） 上記（１１）の潤滑油においては、前記有機溶媒が、アルコール、スチレン、酢酸エチル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、および、アセトンの中から選択される１以上の液体であってもよい。 (12) In the lubricating oil of (11), the organic solvent may be one or more liquids selected from alcohol, styrene, ethyl acetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, and acetone.
（１３） 上記（１２）の潤滑油においては、前記分散媒が、水、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉｓｏ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ｔ−ペンタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルの中から選択される１以上の液体であってもよい。 (13) In the lubricating oil of (12), the dispersion medium is water, methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butanol, t-butanol, t-pentanol, ethylene. One or more liquids selected from glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, and propylene glycol monoethyl ether may be used.
本発明によれば、従来よりも潤滑効果が向上した潤滑油を安価に提供できる。また、本発明の流体中の炭素系ナノ材料においては、分散安定性が優れており、長期間分散できるという効果を奏する。また、本発明の潤滑油に含まれる炭素系ナノ材料がＣＮＴの場合、このＣＮＴは円筒形であるため、転がることが可能であることから、エンジンオイルなどの潤滑剤に含まれる場合、すべりの摩擦抵抗よりも摩擦抵抗が低い転がり摩擦が起きていると考えられる。特に、本発明の潤滑油に含まれるＣＮＴは、表面粗さが低いために表面に凹凸が少ない。また、本発明の潤滑油に含まれるＣＮＴのヤング率は比較的高いことから、窪みの程度が低い。これらの事項から、本発明の潤滑油に含まれるＣＮＴは、転がり摩擦が従来のＣＮＴに比べて低いと言える。また、本発明の潤滑油に含まれるシリコンまたは飽和炭化水素は、本潤滑油の潤滑性をさらに増加させる。したがって、このような潤滑油は、安価でありながら、従来よりも高い潤滑効果および潤滑性持続効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to provide a lubricating oil having an improved lubricating effect compared to the conventional one at a low cost. In addition, the carbon-based nanomaterial in the fluid of the present invention has excellent dispersion stability, and has the effect of being able to be dispersed for a long period of time. In addition, when the carbon-based nanomaterial contained in the lubricating oil of the present invention is CNT, since this CNT is cylindrical and can be rolled, when it is contained in a lubricant such as engine oil, it is slippery. It is considered that rolling friction having a frictional resistance lower than the frictional resistance occurs. In particular, since the CNT contained in the lubricating oil of the present invention has a low surface roughness, the surface has few irregularities. Moreover, since the Young's modulus of CNT contained in the lubricating oil of the present invention is relatively high, the degree of depression is low. From these matters, it can be said that the CNT contained in the lubricating oil of the present invention has a lower rolling friction than conventional CNTs. Moreover, the silicon or saturated hydrocarbon contained in the lubricating oil of the present invention further increases the lubricity of the lubricating oil. Therefore, such a lubricating oil has a higher lubricating effect and a longer lubricating effect than the conventional one, while being inexpensive.
続いて、本発明の一実施形態に係る潤滑油について、詳細に説明する。本実施形態の潤滑油は、基油に、少なくともカーボンナノチューブ、カーボンナノダイヤ、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンナノファイバー、およびカーボンブラックの中から選択される１以上の炭素系ナノ材料を有した流体と、シリコン、ソルベントナフサ、尿素、飽和炭化水素、および飽和炭化水素系化合物の中から選択される１以上のものと、を混合してなるものである。 Next, the lubricating oil according to one embodiment of the present invention will be described in detail. The lubricating oil of the present embodiment is a fluid having at least one carbon-based nanomaterial selected from carbon nanotubes, carbon nanodiamonds, carbon nanohorns, fullerenes, carbon nanofibers, and carbon black in the base oil, One or more selected from silicon, solvent naphtha, urea, saturated hydrocarbons, and saturated hydrocarbon compounds are mixed.
本実施形態における基油は、自動車（四輪車、二輪車、トラクター等の農機、パワーショベル等の建機等の種々の車両を包含する。以下同じ。）用、船用、工業用の潤滑油として用いられる鉱物油である。具体例を挙げると、自動車用潤滑油としては、エンジンオイル、ギヤオイル、および自動車用グリースが挙げられる。ギヤオイルとしては、例えば、パワーステアリングフルード、トランスミッションオイル、オートマチックトランスミッションオイル、およびディファレンシャルオイルが挙げられる。自動車用グリースとしては、例えば、ホイールベアリンググリース、ウォーターポンプグリース、およびシャシーグリースが挙げられる。船用潤滑油としては、船用エンジン油、シリンダー油が挙げられる。また、工業用潤滑油としては、特に限定されないが、冷凍機油、エアコンプレッサ油、真空ポンプ油、チェンソーオイル油、摺動面油、工業用ギヤ油、グリース等に用いられるものが挙げられる。 The base oil in the present embodiment includes lubricating oils for automobiles (including various vehicles such as agricultural machines such as automobiles, motorcycles, and tractors, and construction machines such as power shovels, the same applies hereinafter), ships, and industrial oils. It is a mineral oil used. Specific examples of the lubricating oil for automobiles include engine oil, gear oil, and automobile grease. Examples of the gear oil include power steering fluid, transmission oil, automatic transmission oil, and differential oil. Examples of automobile grease include wheel bearing grease, water pump grease, and chassis grease. Ship lubricating oils include ship engine oils and cylinder oils. The industrial lubricating oil is not particularly limited, and examples include those used for refrigeration oil, air compressor oil, vacuum pump oil, chain saw oil oil, sliding surface oil, industrial gear oil, grease, and the like.
本実施形態における流体は、分散媒、並びに、カーボンナノチューブ、カーボンナノダイヤ、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンナノファイバー、およびカーボンブラックの中から選択される１以上の炭素系ナノ材料を有したｐＨ２．５〜ｐＨ８．０のものであることが好ましく、該流体中の炭素系ナノ材料の割合は、０．０１質量％〜１０質量％程度に調整されていることが好ましい。分散剤については、必要に応じて使用してよい。 The fluid in this embodiment has a pH of 2.5 to 2.5 having a dispersion medium and one or more carbon-based nanomaterials selected from carbon nanotubes, carbon nanodiamonds, carbon nanohorns, fullerenes, carbon nanofibers, and carbon black. The pH is preferably 8.0, and the ratio of the carbon-based nanomaterial in the fluid is preferably adjusted to about 0.01% by mass to 10% by mass. About a dispersing agent, you may use as needed.
本実施形態の流体における分散媒としては、炭素系ナノ材料と反応せずに、分散剤を用いた場合でも該分散剤とともに安定した溶媒である。具体的には、水、または、水と水溶性有機溶媒のいずれか一種以上とからなる混合溶媒でも良い。 The dispersion medium in the fluid of this embodiment is a solvent that does not react with the carbon-based nanomaterial and is stable with the dispersant even when a dispersant is used. Specifically, water or a mixed solvent composed of one or more of water and a water-soluble organic solvent may be used.
上記水溶性有機溶媒としては、アルコール類（メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール、ベンジルアルコールなど）、多価アルコール類（エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコールなど）、多価アルコールエーテル類（例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテルなど）、アミン類（エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、モルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルプロピレンジアミンなど）、アミド類（ホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなど）、複素環類（２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、シクロヘキシルピロリドン、２−オキサゾリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンなど）、スルホキシド類（ジメチルスルホキシドなど）、スルホン類（スルホランなど）、低級ケトン類（アセトン、メチルエチルケトンなど）、その他、テトラヒドロフラン、尿素、アセトニトリルなどを使用することができる。 Examples of the water-soluble organic solvent include alcohols (methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, secondary butanol, tertiary butanol, benzyl alcohol, etc.), polyhydric alcohols (ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, Polyethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol, butylene glycol, hexanediol, pentanediol, glycerin, hexanetriol, thiodiglycol, etc.), polyhydric alcohol ethers (eg, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl) Ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monome Ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol mono Butyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, propylene glycol monophenyl ether, etc.), amines (ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, morpholine, N-ethylmorpholine, ethylenediamine, ethylene Diamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, polyethyleneimine, pentamethyldiethylenetriamine, tetramethylpropylenediamine, etc.), amides (formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), heterocyclic rings ( 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, cyclohexyl pyrrolidone, 2-oxazolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, etc.), sulfoxides (dimethylsulfoxide etc.), sulfones (sulfolane etc.), lower ketones Others (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), tetrahydrofuran, urea, acetonitrile, etc. can be used.
本実施形態の流体に必要に応じて使用する分散剤としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸アルカリ金属塩等の水溶性樹脂、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース類が好ましく、さらにカルボキシメチルセルロースが好ましい。これらの水溶性樹脂および／またはセルロース類を採用した場合には、他の分散剤を併用することも可能である。ここで、分散媒に含有される分散剤の濃度は、含有される分散質である炭素系ナノ材料の量によっても異なるが、炭素系ナノ材料が溶媒に充分になじむ程度の濃度であることが必要である。 Dispersants used as needed in the fluid of this embodiment include water-soluble resins such as polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, and alkali metal polyacrylates, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl Celluloses such as cellulose and hydroxypropylmethylcellulose are preferred, and carboxymethylcellulose is more preferred. When these water-soluble resins and / or celluloses are employed, other dispersants can be used in combination. Here, the concentration of the dispersant contained in the dispersion medium varies depending on the amount of the carbon-based nanomaterial as the dispersoid contained, but the concentration of the carbon-based nanomaterial may be sufficiently adjusted to the solvent. is necessary.
なお、上記の水溶性樹脂および／またはセルロース類を併用可能なその他分散剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤等の分散性向上作用を有する公知の分散剤を使用できる。 In addition, as other dispersants that can be used in combination with the above water-soluble resin and / or celluloses, an anionic surfactant, a cationic surfactant, a nonionic surfactant, an amphoteric surfactant, and the like are improved in dispersibility. A known dispersant having the following can be used.
アニオン性界面活性剤としては、芳香族スルホン酸系界面活性剤（ドデシルベンゼンスルホン酸等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ドデシルフェニルエーテルスルホン酸塩等）、モノソープ系アニオン性界面活性剤、エーテルサルフェート系界面活性剤、フォスフェート系界面活性剤、カルボン酸系界面活性剤などである。コール酸、オレイン酸なども好適に使用でき、アニオン性官能基を有する糖類であるアルギン酸、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸等はそのまま好適に使用でき、シクロデキストリンなどはアニオン性官能基で修飾することによって使用することが可能である。エステル基を有するポリマー、オリゴマーは、エステル部分を加水分解してアニオン性官能基に変換して使用することも可能である。 Anionic surfactants include aromatic sulfonic acid surfactants (alkyl benzene sulfonates such as dodecyl benzene sulfonic acid, dodecyl phenyl ether sulfonates, etc.), monosoap anionic surfactants, ether sulfate interfaces Activators, phosphate surfactants, carboxylic acid surfactants, and the like. Cholic acid, oleic acid, etc. can also be used suitably, saccharides having an anionic functional group such as alginic acid, chondroitin sulfate, hyaluronic acid, etc. can be suitably used as they are, and cyclodextrin, etc. are used by modifying with an anionic functional group Is possible. The polymer or oligomer having an ester group can be used by hydrolyzing the ester moiety to convert it into an anionic functional group.
カチオン性界面活性剤としては、第４級アルキルアンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、アルキルアミン塩等のカチオン性界面活性剤、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド等のカチオン性基を有する化合物である。 Cationic surfactants include cationic surfactants such as quaternary alkylammonium salts, alkylpyridinium salts, and alkylamine salts, and cationic groups such as polyethyleneimine, polyvinylamine, polyallylamine, polyvinylpyridine, and polyacrylamide. It is a compound that has.
ノニオン性界面活性剤としては、エーテル系（ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル等）およびエステル系（ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンジステアレート、ソルビタンラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンセスキオレエート、ポリオキシエチレンモノオレエート、ポリオキシエチレンステアレート等）、ソルビトールおよびグリセリン等の多価アルコール脂肪酸のアルキルエーテルおよびアルキルエステル、アミノアルコール脂肪酸アミド等を使用できる。 Nonionic surfactants include ethers (polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene dodecyl phenyl ether, polyoxyethylene alkyl allyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene lauryl ether). , Polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyalkylene alkyl ether, etc.) and ester type (polyoxyethylene oleate, polyoxyethylene distearate, sorbitan laurate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan sesquioleate, Polyoxyethylene monooleate, polyoxyethylene stearate, etc.), polyhydric alcohol fats such as sorbitol and glycerin Alkyl ethers and alkyl esters of the acids, the amino alcohol fatty acid amides can be used.
両性界面活性剤としてはアルキルベタイン系界面活性剤（ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、プロピルジメチルアミノ酢酸ベタイン）、スルホベタイン系界面活性剤、アミンオキサイド系界面活性剤を使用することができる。 As amphoteric surfactants, alkylbetaine surfactants (lauryldimethylaminoacetic acid betaine, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine, propyldimethylaminoacetic acid betaine), sulfobetaine surfactants An amine oxide surfactant can be used.
本実施形態の潤滑油は、潤滑性能を向上させる観点から、摺動材として上記炭素系ナノ材料を含んでいる。この炭素系ナノ材料は、後述する基油に分散可能である限り、その製法等について特に限定されないが、表面の少なくとも一部が極性基で修飾されている炭素系ナノ材料が好ましい。表面の少なくとも一部が極性基で修飾されている炭素系ナノ材料によれば、基油への分散性を向上させることができる。これにより、潤滑性能を安定して発揮させることができる。 The lubricating oil of the present embodiment contains the carbon-based nanomaterial as a sliding material from the viewpoint of improving lubricating performance. As long as the carbon-based nanomaterial can be dispersed in the base oil described later, the production method and the like are not particularly limited, but a carbon-based nanomaterial in which at least a part of the surface is modified with a polar group is preferable. According to the carbon-based nanomaterial in which at least a part of the surface is modified with a polar group, the dispersibility in the base oil can be improved. Thereby, the lubrication performance can be exhibited stably.
上記極性基としては、水酸基、カルボニル基およびカルボキシ基からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。この場合、炭素系ナノ材料の基油への分散性をより向上させることができるため、潤滑性能をより安定して発揮させることができる。 The polar group is preferably at least one selected from the group consisting of a hydroxyl group, a carbonyl group and a carboxy group. In this case, since the dispersibility of the carbon-based nanomaterial in the base oil can be further improved, the lubricating performance can be exhibited more stably.
また、炭素系ナノ材料としては、直径が０．０１ｎｍ〜５００ｎｍ（好ましくは０．０１ｎｍ〜５０ｎｍ）であり、炭素系ナノ材料がＣＮＴの場合は多層グラファイト層を備えたものであって、分散液の用途に応じて選択することができる。またＣＮＴを始めとする各炭素系ナノ材料の製造方法に関しても特に制限されるものではなく、公知の方法で製造できる。例えば、ＣＮＴの場合、炭素含有ガスを触媒と接触させる熱分解法、炭素棒間にてアーク放電を発生させてなるアーク放電法、カーボンターゲットにレーザーを照射するレーザー蒸発法、金属微粒子の存在下で炭素源のガスを高温で反応させるＣＶＤ法、一酸化炭素を高圧下で分解するＨｉＰｃｏ法等のいずれでも良い。また、金属、金属酸化物、金属炭化物、金属硫化物、金属窒化物、ホウ酸塩金属、または合金を充填されてなる炭素系ナノ材料であっても良い。また、上記多層グラファイト層に、窒素、ホウ素、リン、または硫黄原子がドープされていてもよい。なお、炭素系ナノ材料がＣＮＴの場合、ＣＮＴ濃度が低すぎると分散されたＣＮＴを得る効率が悪く、ＣＮＴ濃度が高すぎるとＣＮＴの分散が困難になる。また、本実施形態における流体中の炭素系ナノ材料の表面の活性点（欠陥）の少なくとも一部には、ＯＨ基、ＣＯ基およびＣＨＯ基のうちいずれか１つ以上が修飾されている。これにより、水素結合を利用することができるので、該炭素系ナノ材料の分散媒中への分散性を高めることができる。特に、水を分散媒として利用した場合、顕著である。 The carbon-based nanomaterial has a diameter of 0.01 nm to 500 nm (preferably 0.01 nm to 50 nm). When the carbon-based nanomaterial is CNT, the carbon-based nanomaterial includes a multilayer graphite layer, and the dispersion liquid It can be selected according to the application. Moreover, it does not restrict | limit especially regarding the manufacturing method of each carbon type nanomaterial including CNT, It can manufacture by a well-known method. For example, in the case of CNTs, a pyrolysis method in which a carbon-containing gas is brought into contact with a catalyst, an arc discharge method in which an arc discharge is generated between carbon rods, a laser evaporation method in which a carbon target is irradiated with a laser, in the presence of metal particles The CVD method in which the carbon source gas is reacted at a high temperature and the HiPco method in which carbon monoxide is decomposed under high pressure may be used. Further, it may be a carbon-based nanomaterial filled with metal, metal oxide, metal carbide, metal sulfide, metal nitride, borate metal, or alloy. Further, the multilayer graphite layer may be doped with nitrogen, boron, phosphorus, or sulfur atoms. In the case where the carbon-based nanomaterial is CNT, if the CNT concentration is too low, the efficiency of obtaining dispersed CNTs is poor, and if the CNT concentration is too high, CNT dispersion becomes difficult. In addition, at least a part of the active sites (defects) on the surface of the carbon-based nanomaterial in the fluid in the present embodiment is modified with any one or more of OH groups, CO groups, and CHO groups. Thereby, since a hydrogen bond can be utilized, the dispersibility in the dispersion medium of this carbon-type nanomaterial can be improved. This is particularly noticeable when water is used as a dispersion medium.
本実施形態の潤滑油は、潤滑性能を向上させる観点から、摺動材としてシリコン、ソルベントナフサ、または尿素、を含んでいてもよい。本実施形態の潤滑油中にシリコンが含まれる場合、このシリコンの含有割合は、０．００１質量％以上８０質量％程度に調整されている。本実施形態の潤滑油中にソルベントナフサが含まれる場合、このソルベントナフサの含有割合は、０．００１質量％以上８０質量％程度に調整されている。本実施形態の潤滑油中に尿素が含まれる場合、この尿素の含有割合は、０．００１質量％以上８０質量％程度に調整されている。 The lubricating oil of this embodiment may contain silicon, solvent naphtha, or urea as a sliding material from the viewpoint of improving lubricating performance. When silicon is contained in the lubricating oil of the present embodiment, the silicon content is adjusted to about 0.001 mass% to about 80 mass%. When the solvent naphtha is included in the lubricating oil of the present embodiment, the content ratio of the solvent naphtha is adjusted to about 0.001% by mass or more and about 80% by mass. When urea is contained in the lubricating oil of the present embodiment, the urea content is adjusted to about 0.001 mass% or more and about 80 mass%.
本実施形態の潤滑油は、潤滑性能を向上させる観点から、摺動材として飽和炭化水素または／および飽和炭化水素系化合物を含んでいてもよい。ここで、飽和炭化水素において好ましいのは、ノルマルヘキサン、イソヘキサン、シクロヘキサン、ノルマルヘプタン、イソオクタン、ノルマルデカン、ノルマルペンタン、イソペンタン、ノルマルブタン、イソブタン、および、プロパンの中から選択される１以上のものである。本実施形態の潤滑油中に飽和炭化水素が含まれる場合、この飽和炭化水素の含有割合は、０．００１質量％以上８０質量％程度に調整されている。また、飽和炭化水素系化合物において好ましいのは、エチルシクロヘキサンおよびメチルシクロヘキサンの中から選択される１以上のものである。本実施形態の潤滑油中に飽和炭化水素系化合物が含まれる場合、この飽和炭化水素系化合物の含有割合は、０．００１質量％以上８０質量％程度に調整されている。 The lubricating oil of this embodiment may contain a saturated hydrocarbon or / and a saturated hydrocarbon compound as a sliding material from the viewpoint of improving lubricating performance. Here, the saturated hydrocarbon is preferably one or more selected from normal hexane, isohexane, cyclohexane, normal heptane, isooctane, normal decane, normal pentane, isopentane, normal butane, isobutane, and propane. is there. When saturated hydrocarbon is contained in the lubricating oil of this embodiment, the content rate of this saturated hydrocarbon is adjusted to about 0.001 mass% or more and about 80 mass%. In addition, the saturated hydrocarbon compound is preferably one or more selected from ethylcyclohexane and methylcyclohexane. When a saturated hydrocarbon compound is contained in the lubricating oil of the present embodiment, the content ratio of the saturated hydrocarbon compound is adjusted to about 0.001% by mass or more and about 80% by mass.
（他の成分）
本実施形態の潤滑油には、必要に応じて他の成分を添加してもよい。他の成分としては、例えば有機モリブデン化合物（モリブデンジチオカーバメイト、モリブデンジチオホスフェイト、モリブデンアミン錯体等）、二硫化モリブデンなどのモリブデン化合物；ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる樹脂粉末；アルキル芳香族アミン、アルキルフェノール等の無灰系酸化防止剤；アルカリ土類金属を含有する中性または過塩基性のスルフォネート；コハク酸イミド（ホウ素化物を含む）、コハク酸エステル等の無灰系分散剤；ジアルキルジチオリン酸亜鉛、硫化油脂、硫化オレフィン、ポリサルファイド、リン酸エステル、亜リン酸エステルおよびそれらのアミン塩等の耐摩耗剤；流動点降下剤；防錆剤；消泡剤などが挙げられる。なかでも、潤滑性能を向上させる観点からモリブデン化合物が好ましく、有機モリブデン化合物がより好ましい。これらの成分は、１種単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。これらの成分を配合する場合、その配合量は、例えば０．０５質量％以上５質量％以下程度である。
(Other ingredients)
You may add another component to the lubricating oil of this embodiment as needed. Other components include, for example, organic molybdenum compounds (molybdenum dithiocarbamate, molybdenum dithiophosphate, molybdenum amine complex, etc.), molybdenum compounds such as molybdenum disulfide; resin powders made of fluororesins such as polytetrafluoroethylene; alkyl aromatics Ashless antioxidants such as amines and alkylphenols; Neutral or overbased sulfonates containing alkaline earth metals; Ashless dispersants such as succinimides (including borides) and succinates; dialkyls Examples include anti-wear agents such as zinc dithiophosphate, sulfurized fats and oils, sulfurized olefins, polysulfides, phosphate esters, phosphite esters and amine salts thereof; pour point depressants; rust preventives; Among these, from the viewpoint of improving the lubricating performance, a molybdenum compound is preferable, and an organic molybdenum compound is more preferable. These components may be used individually by 1 type, and may be used in combination of multiple types. When blending these components, the blending amount is, for example, about 0.05% by mass or more and 5% by mass or less.
また、本発明における流体に配合が可能な他の成分としては、各種の水溶性樹脂、水分散性樹脂、タンパク質等の生体内の高分子等、炭素系ナノ材料の用途に応じて必要な成分を配合することが可能である。 Further, as other components that can be blended in the fluid in the present invention, various water-soluble resins, water-dispersible resins, in vivo polymers such as proteins, and the like, necessary components depending on the use of the carbon-based nanomaterial Can be blended.
（ＣＮＴを有した流体の製造方法、および、潤滑油の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭素系材料の一例として、ＣＮＴを有した流体の製造方法、および、本実施形態に係る潤滑油の製造方法について説明する。本実施形態に係るＣＮＴを有した流体の製造工程を示す。本実施形態のＣＮＴを有した流体の製造工程においては、ＣＮＴを原料とし、最終製品として、ＣＮＴの分散安定性が優れているものを得ることができる。以下、詳細に説明する。
(Manufacturing method of fluid having CNT and manufacturing method of lubricating oil)
Next, as an example of the carbon-based material according to the present embodiment, a method for producing a fluid having CNT and a method for producing a lubricating oil according to the present embodiment will be described. The manufacturing process of the fluid which has CNT concerning this embodiment is shown. In the process for producing a fluid having CNTs according to the present embodiment, CNT can be used as a raw material, and a final product having excellent CNT dispersion stability can be obtained. Details will be described below.
まず、ＣＮＴ粉末と硫酸とを少量ずつ所定の割合で混合撹拌し、混合液を生成する（工程Ｓ１）。続いて、この混合液に所定の割合で硝酸を混合し撹拌する（工程Ｓ２）。その後、十分に煮沸するまで該混合液を加熱（工程Ｓ３）した後、加熱を止め、冷却する（工程Ｓ４）。続いて、該混合液をｐＨ１２〜１３のアルカリ水溶液で希釈してｐＨ値を調整（工程Ｓ５）した後、さらに大気中において冷却する（工程Ｓ６）。該混合液を十分に冷却した後、該混合液をろ過して、ろ過水を取り出す（工程Ｓ７）。そして、該混合液を水で希釈する（工程Ｓ８）。ここで、工程Ｓ７および工程Ｓ８については、さらに１回以上繰り返しても良い。続いて、遠心分離機を用いて該混合液をろ過（工程Ｓ９）した後、さらに超音波洗浄機を用いてろ過を行う（工程Ｓ１０）。ここで、工程Ｓ９および工程Ｓ１０については、それぞれさらに１回以上繰り返してもいいし、工程Ｓ９または工程Ｓ１０のいずれか一方のみをさらに１回以上繰り返してもよい。続いて、水で希釈して、所定の濃度に調整することで、本実施形態に係るＣＮＴを有した流体は完成する。その後、基油に該流体を添加した後に撹拌し、該基油と、該流体と、所定量のシリコンまたは／および所定量の飽和炭化水素とを混合することによって、本実施形態に係る潤滑油を得る。なお、一変形例として、本実施形態に係るＣＮＴを有した流体については、必要に応じて、上述した分散媒または／および分散剤を加えて、該流体をさらに調整しても良い。なお、一変形例として、ＣＮＴ表面への官能基の形成は、水中においてＣＮＴ表面をプラズマ処理することによって得ても良い。また、上記製造方法では、ＣＮＴの調整を行ったが、市販品のＣＮＴを調整せずに、そのまま用いてもよい。 First, a small amount of CNT powder and sulfuric acid are mixed and stirred at a predetermined ratio to generate a mixed solution (step S1). Subsequently, nitric acid is mixed in the mixed solution at a predetermined ratio and stirred (step S2). Then, after heating this liquid mixture until it fully boils (process S3), heating is stopped and it cools (process S4). Subsequently, the mixed solution is diluted with an alkaline aqueous solution having a pH of 12 to 13 to adjust the pH value (step S5), and further cooled in the atmosphere (step S6). After sufficiently cooling the mixed solution, the mixed solution is filtered to take out filtered water (step S7). And this liquid mixture is diluted with water (process S8). Here, step S7 and step S8 may be further repeated once or more. Then, after filtering this liquid mixture using a centrifuge (process S9), it filters using an ultrasonic cleaner further (process S10). Here, each of step S9 and step S10 may be repeated one more times, or only one of step S9 or step S10 may be repeated one more time. Subsequently, the fluid having CNTs according to the present embodiment is completed by diluting with water and adjusting to a predetermined concentration. Thereafter, the fluid is added to the base oil and then stirred, and the lubricating oil according to the present embodiment is mixed by mixing the base oil, the fluid, and a predetermined amount of silicon or / and a predetermined amount of saturated hydrocarbon. Get. As a modification, the fluid having the CNTs according to the present embodiment may be further adjusted by adding the above-described dispersion medium or / and dispersant as necessary. As a modification, the formation of the functional group on the CNT surface may be obtained by plasma treatment of the CNT surface in water. Moreover, in the said manufacturing method, although CNT was adjusted, you may use it as it is, without adjusting commercially available CNT.
なお、ＣＮＴ以外の炭素系ナノ材料についても、市販品をそのまま潤滑油に混合してもよいし、例えば、上述のＣＮＴを有した流体の製造方法のように調整を行って、各炭素系ナノ材料表面に官能基の形成を行ってもよい。 As for carbon-based nanomaterials other than CNTs, commercially available products may be mixed with lubricating oil as they are. For example, the carbon-based nanomaterials may be prepared by adjusting as in the above-described method for producing a fluid having CNTs. A functional group may be formed on the material surface.
本実施形態によれば、カーボンナノチューブなどの炭素系ナノ材料を従来よりも十分に分散して包含し、従来よりも高い潤滑効果を奏する潤滑油を安価に提供できる。また、本発明の流体中のカーボンナノチューブなどの炭素系ナノ材料においては、分散安定性が優れており、長期間分散できるという効果を奏する。また、本発明の潤滑油に含まれる炭素系ナノ材料がＣＮＴの場合、ＣＮＴは円筒形であるため、転がることが可能であることから、エンジンオイルなどの潤滑剤に含まれる場合、すべりの摩擦抵抗よりも摩擦抵抗が低い転がり摩擦が起きていると考えられる。特に、本発明の潤滑油に含まれる炭素系ナノ材料がＣＮＴの場合、このＣＮＴは、表面粗さが低いために表面に凹凸が少ない。また、本発明の潤滑油に含まれるＣＮＴのヤング率は９０．０×１０１０（Ｐａ）と比較的高いことから、窪みの程度が低い。これらの事項から、本発明の潤滑油に含まれるＣＮＴは、転がり摩擦が従来のＣＮＴに比べて低いと言える。また、本発明の潤滑油に含まれるシリコン、ソルベントナフサ、尿素、飽和炭化水素、または飽和炭化水素系化合物は、本潤滑油の潤滑性をさらに増加させる。したがって、このような潤滑油は、安価でありながら、従来よりも高い潤滑効果および潤滑性持続効果を奏する。 According to this embodiment, a carbon-based nanomaterial such as a carbon nanotube is included in a sufficiently dispersed manner compared to the conventional one, and a lubricating oil that exhibits a higher lubricating effect than the conventional one can be provided at low cost. In addition, the carbon-based nanomaterials such as carbon nanotubes in the fluid of the present invention have excellent dispersion stability and can be dispersed for a long time. In addition, when the carbon-based nanomaterial contained in the lubricating oil of the present invention is CNT, since CNT is cylindrical and can be rolled, if it is contained in a lubricant such as engine oil, slip friction It is considered that rolling friction having lower frictional resistance than resistance occurs. In particular, when the carbon-based nanomaterial contained in the lubricating oil of the present invention is CNT, the surface of the CNT has less unevenness because of its low surface roughness. Moreover, since the Young's modulus of CNT contained in the lubricating oil of the present invention is relatively high at 90.0 × 10 10 (Pa), the degree of depression is low. From these matters, it can be said that the CNT contained in the lubricating oil of the present invention has a lower rolling friction than conventional CNTs. Further, silicon, solvent naphtha, urea, saturated hydrocarbon, or saturated hydrocarbon compound contained in the lubricating oil of the present invention further increases the lubricity of the lubricating oil. Therefore, such a lubricating oil has a higher lubricating effect and a longer lubricating effect than the conventional one, while being inexpensive.
なお、本発明の潤滑油は、上述した用途の他にも、電気的な接点（金属）部分に関する表面改質、研磨剤、レンズ仕上げ剤、金型仕上げ剤、染色用途、メッキ用途、塗料への添加、生体認識を始めとした医療分野など、様々な用途に使用することができる。また、本発明の潤滑油は、自動車用または電気自動車用など機械用の潤滑油として使用すれば、初動時の潤滑性がよくなるだけでなく、潤滑性の持続効果が従来よりも向上するので、自動車などの機械において、エネルギーの有効活用に繋がる。 In addition to the applications described above, the lubricating oil of the present invention can be used for surface modification of electrical contact (metal) parts, abrasives, lens finishing agents, mold finishing agents, dyeing applications, plating applications, and paints. It can be used for various applications such as the medical field including the addition of bio-recognition. In addition, if the lubricating oil of the present invention is used as a lubricating oil for machinery such as for automobiles or electric cars, not only the lubricity at the time of initial operation is improved, but also the effect of sustaining the lubricity is improved than before, This leads to effective use of energy in machines such as automobiles.
Claims (14)
カーボンナノチューブ、カーボンナノダイヤ、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンナノファイバー、およびカーボンブラックの中から選択される１以上の炭素系ナノ材料を有した流体と、
シリコン、ソルベントナフサ、尿素、飽和炭化水素、または飽和炭化水素系化合物と、
を混合してなる潤滑油。 Base oil, at least
A fluid having one or more carbon-based nanomaterials selected from carbon nanotubes, carbon nanodiamonds, carbon nanohorns, fullerenes, carbon nanofibers, and carbon black;
Silicon, solvent naphtha, urea, saturated hydrocarbons, or saturated hydrocarbon compounds,
Lubricating oil made by mixing.
粒子を分散して含むことが可能な媒質である分散媒と、
前記分散媒中に均一に分散する複数の前記炭素系ナノ材料と、
を含んでいる、ｐＨ値が２．５〜８．０のものであり、
前記炭素系ナノ材料表面の活性点の少なくとも一部にＯＨ基、ＣＯ基およびＣＨＯ基のうちいずれか１つ以上が修飾されていることを特徴とする請求項１に記載の潤滑油。 The fluid having the carbon-based nanomaterial is
A dispersion medium that is a medium that can contain particles dispersedly;
A plurality of the carbon-based nanomaterials uniformly dispersed in the dispersion medium;
The pH value is 2.5-8.0,
The lubricating oil according to claim 1, wherein at least a part of active sites on the surface of the carbon-based nanomaterial is modified with at least one of an OH group, a CO group, and a CHO group.
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