JP2022096698A - 拡散防止剤およびフッ素グリース組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】過酷な高温高湿条件下においても油滲みを抑制可能で、パーフルオロポリエーテル油に対しても効果がある拡散防止剤及びフッ素グリース組成物を提供する。【解決手段】拡散防止剤が式（Ｉ）、及び／又は式（ＩＩ）で表される化合物を含む。TIFF2022096698000010.tif26158TIFF2022096698000011.tif26158（式（Ｉ）及び（ＩＩ）中のＲｆは、ＣｎＦ２ｎ＋１（ＯＣＦＣＦ３ＣＦ２ＯＣＦＣＦ３）mＣＨ２－において、ｎが１～４、ｍが１～２で表されるパーフルオロエーテル基である。）【選択図】なし

Description

本発明は、拡散防止剤およびフッ素グリース組成物に関し、具体的には、フッ素グリースから拡散する基油を防止するために用いる拡散防止剤および、その拡散防止剤を含むフッ素グリース組成物に関する。

グリースは増ちょう剤、基油、添加剤からなりそれらの種類によって分類される。例えば増ちょう剤の種類には金属石鹸やポリテトラフルオロエチレンが、基油にはエステル系やポリアルファオレフィン系の合成潤滑油やパーフルオロポリエーテル油などが用いられる。

この中でも特にポリテトラフルオロエチレンとパーフルオロポリエーテル油からなるグリースはフッ素グリースと呼ばれ、その優れた低温特性や潤滑性、化学的安定性から車載製品や家電製品の要求事項を満足させうる性能を有す。

ところが、上述のような高い性能を有しているフッ素グリースは増ちょう剤に由来する増ちょう性の低さから、汎用的に使用されている金属石鹸グリースなどと比較して油拡散が大きいという欠点を有す。

グリースの拡散防止剤として例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。この特許文献１には、フッ素系界面活性剤からなることを特徴とするグリースの基油拡散防止剤が提案されている。

また、フッ素グリースの拡散防止剤について特許文献２に記載されている技術が知られている。この特許文献２には直鎖のパーフルオロポリエーテル基を有したパーフルオロポリエーテル油の拡散防止剤が提案されている。

特公平４－４６９９９号公報 特開２０１６－２０４０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のグリースの基油拡散防止剤は合成潤滑油に対して効果を発揮するものの、ソルベイスペシャリティポリマーズジャパン製Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｍシリーズオイル等の直鎖状パーフルオロポリエーテルを含め、パーフルオロポリエーテル油に対しては効果を発揮しないという問題があった。また、特許文献２に記載のパーフルオロポリエーテル油の拡散防止剤は、高温高湿環境下においての性能が報告されておらず、さらに、パーフルオロポリエーテル油の種類に関して、直鎖状パーフルオロポリエーテルに対しての効果も報告されていないとの問題があった。すなわち、フッ素グリースに対して、高温高湿環境下で基油拡散防止効果を発揮し、かつ、直鎖状パーフルオロポリエーテルに対しての効果が明確な技術は、これまで存在していなかった。

そこで、本発明の主たる目的は、過酷な高温高湿条件下に対しても、フッ素グリースの性能を損なうことなく油滲みを抑制可能で、直鎖状のパーフルオロポリエーテル油に対しても効果がある拡散防止剤、およびフッ素グリース組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的の実現に向け鋭意検討した。その結果、特定の構造を有するフッ素化合物が直鎖状のパーフルオロポリエーテル油含有のフッ素グリースに対してもその性能を損なうことなく、また、油滲みによる拡散を、高温高湿下の過酷な条件でも抑制することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の拡散防止剤は、式（Ｉ）で表される化合物、および／または式（ＩＩ）で表される化合物を含むことを特徴とする。

（式（Ｉ）および（ＩＩ）中のＲｆは、Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１（ＯＣＦＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦＣＦ_３）_mＣＨ_２－において、ｎが１～４、ｍが１～２で表されるパーフルオロエーテル基である。）

また、本発明のフッ素グリース組成物は、フッ素グリースに対し、本発明の拡散防止剤が０．１～１０質量％混合されていることを特徴とする。

本発明のフッ素グリース組成物は、前記フッ素グリースが、フッ素油と増ちょう剤を含むことが好ましい。また、前記フッ素油が、下式（ＩＩＩ）または式（ＩＶ）で示される直鎖状のパーフルオロポリエーテルを基油として含むことが好ましい。
ＣＦ_３－［（ＯＣＦ_２ＣＦ_２）_ｐ－（ＯＣＦ_２）_ｑ］ＯＣＦ_３ （ＩＩＩ）
（式（ＩＩＩ）中のｐとｑは、ともに正の整数であり、ｐ＋ｑ＝４０～１８０、ｐ／ｑ＝０．５～２を満足する）
Ｆ－（ＣＦ_２－ＣＦ_２－ＣＦ_２－Ｏ－）_ｒ－ＣＦ_２－ＣＦ_３ （ＩＶ）
（式（ＩＶ）中のｒは、正の整数でありｒ＝１５～５０を満足する）

本発明によれば、過酷な高温高湿条件下に対しても、フッ素グリースの性能を損なうことなく油滲みを抑制可能で、直鎖状のパーフルオロポリエーテル油に対しても効果がある拡散防止剤、およびフッ素グリース組成物を得ることができる。特に、本発明の拡散防止剤は６０℃、９０％ＲＨといった過酷な条件でも直鎖状のパーフルオロポリエーテル油含有のフッ素グリースの油拡散を効果的に抑制することができる。

本発明の拡散防止剤は、式（Ｉ）で表される化合物、および／または式（ＩＩ）で表される化合物を含むことを特徴とするものである。

（式（Ｉ）および（ＩＩ）中のＲｆは、Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１（ＯＣＦＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦＣＦ_３）_mＣＨ_２－において、ｎが１～４、ｍが１～２で表されるパーフルオロエーテル基である。）

本発明に係る新規フッ素拡散防止剤を添加したフッ素グリース組成物によれば、フッ素グリースの高い性能を損なうことなく、従来油拡散が多いとされるフッ素グリースの油拡散を防止することができる。また、過酷な条件（６０℃、９０％ＲＨ）でも直鎖タイプのパーフルオロポリエーテル油に対して油拡散防止効果があることから、高湿度環境下での使用が多い機器における軸受け部、回転部、摺動部にも適用して好ましいものである。
以下、本発明の各構成成分について、詳しく説明する。

［拡散について］
フッ素グリースはパーフルオロポリエーテル油、増ちょう剤から成るものであるがフッ素グリースはその優れた性能を有する反面、増ちょう剤の増ちょう性の低さに起因した離油しやすいという欠点が存在する。本発明の拡散防止剤は上記組成のフッ素グリースに添加して用いられフッ素グリースの組成中のパーフルオロポリエーテル油の拡散を防止することができる。

［拡散防止剤の原理］
グリースの塗布部は微細な表面構造をもっていることが多く、フッ素グリース中のパーフルオロポリエーテル油はこのような表面状態のため毛細管現象により油分が滲みでて拡散される。この油分の滲みだしには、油の粘度や増ちょう剤の表面積も関係する。油の粘度が低いほど拡散しやすく、増ちょう剤の表面積が大きいほど油分は拡散しにくい。このときフッ素グリースに拡散防止剤が添加されていると、油中の拡散防止剤の一部が油の滲みだしよりも先に滲みだすことで塗布面に拡散防止剤が配向される。拡散防止剤は極性基とパーフルオロポリエーテル基をそれぞれ有しており塗布部表面には極性基が配向し、パーフルオロポリエーテル基は外向きに配向される。一方、グリース中の拡散防止剤はグリース側にパーフルオロポリエーテル基が向き外側に極性基が配向される。この結果先行して滲みだした拡散防止剤のパーフルオロポリエーテル基と、グリース内に残った拡散防止剤の極性基とが反発することによってオイルの拡散が防がれると考えられる。

ところで、本発明のフッ素拡散防止剤はパーフルオロアルキル基が分岐しており側鎖型である。そのため、側鎖状のパーフルオロポリエーテル油と直鎖状のパーフルオロポリエーテル油を比較すると側鎖状のパーフルオロポリエーテル油の方が親和性は高いと考えられる。よって、親和性の低い直鎖状のパーフルオロポリエーテル油の方が拡散防止剤は分離しやすく塗布面に対して先行して配向される。結果として、側鎖状のパーフルオロポリエーテル油よりも直鎖状のパーフルオロポリエーテル油の方が、拡散防止効果が高いと考えられる。

そのため、本発明の拡散防止剤は高温高湿（６０℃、９０％ＲＨ）条件においても直鎖状のパーフルオロポリエーテル油に対して拡散防止効果が確認された。一般的にパーフルオロポリエーテル油は温度が高いほど粘度が低くなり油が滲みやすい。また、高湿度条件下では水分子の極性基によって拡散防止剤の配向が阻害され、拡散防止効果が失われるため配向が阻害された部分から油が拡散してしまう。ところが、本発明のフッ素拡散防止剤はこのような条件においても効果が確認された。

［フッ素グリースの組成物について］
使用できるパーフルオロポリエーテル油には、例えば以下のような一般式で表される構造の化合物があげられる。ここで、基油としてのパーフルオロポリエーテル油は、例えば下記式（ＩＩＩ）～（Ｖ）で表される構造を有するものをあげることができる。具体的な製品としては、例えばＦｏｍｂｌｉｎ Ｍシリーズ（ソルベイスペシャリティポリマーズジャパン製）、デムナム Ｓシリーズ（ダイキン工業株式会社製）、Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｙシリーズ（ソルベイスペシャリティポリマーズジャパン製）があげられる。Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｍシリーズおよびデムナム Ｓシリーズは、それぞれ直鎖状（（ＩＩＩ）および（ＩＶ））のパーフルオロポリエーテル油であり、Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｙシリーズは側鎖状（（Ｖ））のパーフルオロポリエーテル油である。

ＣＦ_３－［（ＯＣＦ_２ＣＦ_２）_ｐ－（ＯＣＦ_２）_ｑ］ＯＣＦ_３ （ＩＩＩ）
（式（ＩＩＩ）中のｐとｑは、ともに正の整数であり、ｐ＋ｑ＝４０～１８０、ｐ／ｑ＝０．５～２を満足する）
Ｆ－（ＣＦ_２－ＣＦ_２－ＣＦ_２－Ｏ－）_ｒ－ＣＦ_２－ＣＦ_３ （ＩＶ）
（式（ＩＶ）中のｒは、正の整数でありｒ＝１５～５０を満足する）
ＣＦ_３－（Ｏ－ＣＦＣＦ_３－ＣＦ_２）_ｓ－（Ｏ－ＣＦ_２－）_ｔ－Ｏ－ＣＦ_３ （Ｖ）
（式（Ｖ）中のｓとｔは、ともに正の整数であり、ｓ＋ｔ＝８～４５、ｓ／ｔ＝２０～４４を満足する）

先にも述べた通り、パーフルオロポリエーテル油の粘度は油拡散に大きく影響を及ぼす。本発明の拡散防止剤はパーフルオロポリエーテル油の粘度が４０℃で１０～６００ｍｍ^２／ｓの範囲のものに対して好ましいものである。また、本発明の拡散防止剤は式（ＩＩＩ）、（ＩＶ）のような直鎖状のパーフルオロポリエーテル油に対して特に効果があるものである。

フッ素グリースの増ちょう剤としては、特に限定されるものではないがポリテトラフルオロエチレンを使用することが望ましい。ポリテトラフルオロエチレンはパーフルオロポリエーテル油に対して増ちょう性が高くフッ素グリースの増ちょう剤として広く使用されている。

その中でも平均粒径が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が好ましい。ポリテトラフルオロエチレンの粒形が小さいほど、表面積が増加するためパーフルオロポリエーテル油との接触面積が大きくなり油分離が小さくなる。また、ポリテトラフルオロエチレンの含有量を増加させることで油分離量を低減させることが可能だが、それと同時にグリースのちょう度が低くなり粘度も増加する。そのため、低温時にトルクが増加しやすくなるなど、用途によっては適さない場合がある。このようにポリテトラフルオロエチレンの粒径が小さいほど油分離しにくく好ましい。

また、フッ素グリースには潤滑性やその他特殊な性能を付与するために、固体潤滑剤をはじめ、増粘剤や防錆剤などを配合することができる。

［配合量］
本発明の拡散防止剤の配合量としては、特に限定されるものではなくグリースの組成に応じて適宜決定することが好ましい。パーフルオロポリエーテル油の粘度や増ちょう剤の配合量によって拡散防止剤の添加量は変化するが、フッ素グリースに対し、一般的には０．１～１０質量％の割合で配合することができる。この範囲よりも配合量が少なすぎると十分な効果が得られず、配合量が多すぎると性能が頭打ちになるとともに、油がグリースから全く分離せず潤滑性が損なわれる。

フッ素グリース中のパーフルオロポリエーテル油の配合量としては５０～９０質量％が一般的であるが、油の配合量が多いほど拡散防止剤の量を多く添加することが好ましい。また、上述したように油の粘度が低いほど油分離が起こりやすいため、拡散防止剤が塗布面に配向されるよりも先に油の拡散が起こる。そのため、油の粘度が低いほど拡散防止剤の添加量を増やすことが望ましい。

フッ素グリース中の増ちょう剤の配合量としては５～５０質量％が一般的であるが、増ちょう剤の配合量が少ないほど拡散防止剤の添加量を多くすることが好ましい。増ちょう剤の配合量が少ないほど油との接触面積が小さくなり油分離が起こりやすくなる。また、上述したように増ちょう剤の粒径が大きいほど油分離が起こりやすいため拡散防止剤の配合量を多くするように調製することが好ましい。

［フッ素グリース組成物の製造方法について］
本発明のフッ素グリース組成物は周知の一般的な方法により製造が可能である。例えば、基油であるパーフルオロポリエーテル油と増ちょう剤であるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を万能混錬機によって混錬しグリース基材を得る。得られたグリース基材に対して上述の拡散防止剤を所定量添加し分散させる。必要であればその他の各種添加剤を添加した後、三本ロールなどを用いて混錬を行う。これらにより拡散防止剤添加のフッ素グリース組成物を得ることができる。

［拡散防止剤］
以下に拡散防止剤の作成方法を示す。

攪拌子、温度計、ジムロート冷却管、三方コックを備えた１００ｍＬ４つ口フラスコに１Ｈ，１Ｈ－２，５－ジ（トリフルオロメチル）－３，６－ジオキソウンデアフルオロノナノール１４．５ｇ（３０．０ｍｍｏｌ）、クロロホルム（脱水）６０ｍＬ、ｍ－キシレンジイソシアネート２．８２ｇ（１５．０ｍｍｏｌ）、およびジラウリン酸ジブチルすず（ＩＶ）０．１４２ｇ（０．２２５ｍｍｏｌ）を仕込み、室温で攪拌した。その後、室温で５日間攪拌を行った。次に、溶液を１００ｍＬナスフラスコに移液し、ロータリーエバポレーターを用いて濃縮した。これをクロロホルム３０ｇに溶解してシリカゲルのショートカラムに通した。最後に溶液を濃縮し、１６．１ｇの無色透明粘稠液体を得た。

このようにして得られた、拡散防止剤Ａは、式（Ｉ）の構造を有し、Ｒｆは、Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１（ＯＣＦＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦＣＦ_３）_mＣＨ_２－において、ｎが３、ｍが１で表されるパーフルオロエーテル基であった。

［実施例のフッ素グリース組成物および比較例のフッ素グリース］
次に実施例１～３において、上述の添加剤を下記表１に示した配合比で含有させたフッ素グリース組成物を作成した。なお、配合量は「質量部」で表される。

ここで、基油となるパーフルオロポリエーテル油はソルベイ株式会社製のＦｏｍｂｌｉｎ Ｍ－１５（式（ＩＩＩ）の構造の直鎖状のパーフルオロポリエーテル油、４０℃における粘度が８５ｍｍ^２／ｓ）と、ダイキン工業株式会社製のデムナムＳ－６５（式（ＩＶ）の構造の直鎖状のパーフルオロポリエーテル油、４０℃における粘度が６５ｍｍ^２／ｓ）、ソルベイ株式会社製のＦｏｍｂｌｉｎ Ｙ－４５（式（Ｖ）の構造の側鎖状のパーフルオロポリエーテル油、４０℃における粘度が１４７ｍｍ^２／ｓ）をそれぞれ用いた。

加えて、増ちょう剤としてデュポン株式会社製のＺＯＮＹＬ ＴＬＰ－１０Ｆ－１（平均粒径が０．２μｍのポリテトラフルオロエチレン）を用いた。

実施例１～３のフッ素グリース組成物については以下の方法により調製を行った。すなわち、上述の基油となるパーフルオロポリエーテル油と増ちょう剤とをそれぞれ混錬して得たグリース基材に対して規定量の拡散防止剤Ａを添加した後、３本ロールミルで均一に分散させることで実施例１～３のフッ素グリース組成物を作成した。

また、比較例１のフッ素グリースについては、以下の方法により調製を行った。すなわち、上述の基油となるパーフルオロポリエーテル油と増ちょう剤とをそれぞれ混錬して得たグリース基材に対して拡散防止剤Ａを添加しないことで比較例１のフッ素グリースを作成した。実施例１～３のフッ素グリース組成物および比較例１のフッ素グリースの２５℃における混和ちょう度は、２６７～２７７とほぼ同一であった。

［拡散性試験、および評価］
実施例１～３のフッ素グリース組成物および比較例１のフッ素グリースについて、それぞれパーフルオロポリエーテル油の拡散性試験を行った。

パーフルオロポリエーテル油の拡散性試験として、まず初めにすりガラスに対して半径１５ｍｍ、厚さ１ｍｍとなるようにフッ素グリースを均一に塗布した。その後、８０℃、０％ＲＨの恒温槽内で２４時間放置し円柱状のグリース外周部からオイルが滲みだした最長距離を測定し、拡散幅とした。

また、実施例１～３のフッ素グリース組成物および比較例１のフッ素グリースをそれぞれ上述の塗布条件ですりガラスに対して塗布し、６０℃、９０％ＲＨの恒温槽内にて、上述の試験条件よりも高湿度で過酷な条件で２４時間放置したものを実施例４～６および比較例２とし、それらについて、円柱状のグリース外周部からオイルが滲みだした最長距離を測定し、拡散幅とした。

表１に、実施例１～３のフッ素グリース組成物と比較例１のフッ素グリースについての、８０℃、０％ＲＨで２４時間放置後の油拡散試験結果を示す。

表１に示すように、本発明の拡散防止剤Ａを添加した実施例１～３のフッ素グリース組成物は油拡散が起きていない一方、本発明の拡散防止剤Ａを添加していない比較例１のフッ素グリースは５４ｍｍの油拡散がみられた。このことから本発明の拡散防止剤はパーフルオロポリエーテル油の拡散を防止することが可能であることが確認された。

表２に、実施例４～６のフッ素グリース組成物と比較例２のフッ素グリースについての、６０℃、９０％ＲＨで２４時間放置後の油拡散試験結果を示す。

表２に示すように、本発明の拡散防止剤Ａを添加した実施例４～６のフッ素グリース組成物と本発明の拡散防止剤Ａを添加していない比較例２のフッ素グリースとを比較すると、６０℃、９０％ＲＨの恒温槽内と、上述の試験条件よりも高湿度で過酷な条件においても、表１の結果同様、実施例４～６の方がはるかに良い結果が得られた。また、本発明の拡散防止剤Ａを添加した実施例４～６同士を比較すると、２４時間後では直鎖状のパーフルオロポリエーテル油を含む実施例４および５では油拡散が起きていないのに対し、側鎖状のパーフルオロポリエーテル油を含む実施例６では油拡散が起きており、このことにより、拡散防止剤Ａは、直鎖状のパーフルオロポリエーテル油に対して、より油拡散防止効果があることが確認された。

以上のように、本発明によれば、過酷な高温高湿条件下に対しても、フッ素グリースの性能を損なうことなく油滲みを抑制可能で、直鎖状のパーフルオロポリエーテル油に対しても効果がある拡散防止剤、およびフッ素グリース組成物を得ることができることが分かる。特に、本発明の拡散防止剤は６０℃、９０％ＲＨといった過酷な条件でも直鎖状のパーフルオロポリエーテル油含有のフッ素グリースの油拡散を効果的に抑制することができる。

Claims (4)

1. 式（Ｉ）で表される化合物、および／または式（ＩＩ）で表される化合物を含むことを特徴とする拡散防止剤。
   

   

   
   

   

   （式（Ｉ）および（ＩＩ）中のＲｆは、Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１（ＯＣＦＣＦ_３ＣＦ_２ＯＣＦＣＦ_３）_mＣＨ_２－において、ｎが１～４、ｍが１～２で表されるパーフルオロエーテル基である。）
2. フッ素グリースに対し、請求項１に記載の拡散防止剤が０．１～１０質量％配合されていることを特徴とするフッ素グリース組成物。
3. 前記フッ素グリースが、フッ素油と増ちょう剤を含む請求項２に記載のフッ素グリース組成物。
4. 前記フッ素油が、式（ＩＩＩ）または式（ＩＶ）で示される直鎖状のパーフルオロポリエーテルを基油として含む請求項３に記載のフッ素グリース組成物。
   ＣＦ_３－［（ＯＣＦ_２ＣＦ_２）_ｐ－（ＯＣＦ_２）_ｑ］ＯＣＦ_３ （ＩＩＩ）
   （式（ＩＩＩ）中のｐとｑは、ともに正の整数であり、ｐ＋ｑ＝４０～１８０、ｐ／ｑ＝０．５～２を満足する）
   Ｆ－（ＣＦ_２－ＣＦ_２－ＣＦ_２－Ｏ－）_ｒ－ＣＦ_２－ＣＦ_３ （ＩＶ）
   （式（ＩＶ）中のｒは、正の整数でありｒ＝１５～５０を満足する）