JP3515173B2 - フッ素化ポリマー油及び六方格子窒化ホウ素を用いたグリース組成物 - Google Patents
フッ素化ポリマー油及び六方格子窒化ホウ素を用いたグリース組成物Info
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Description
双峰粒度分布を有する六方格子の窒化ホウ素粉末及び、
任意に、固体フッ素化ポリマーを含むグリース組成物に
関する。そのような組成物は、過酷な運転条件下におい
ても非常に良好な潤滑性を有することが見いだされた。
の摩擦係数を低下させるので、この技術分野で用いられ
ている。シリコーン油をベースとするグリース組成物中
に六方格子の窒化ホウ素(HLBN)粉末を使用するこ
ともこの技術分野で知られている。例えば、日本特許公
報62−043493はポリオルガノシロキサン及び窒
化ホウ素粉末を含むグリース組成物を開示している。し
かしながら、この文献はフッ素化ポリマー油の使用も、
固体フッ素化ポリマーと窒化ホウ素とをフッ素化グリー
ス用に組み合わせることも、窒化ホウ素の双峰分布も開
示していない。
63〜656, part 1,題名“Rheolog
y of Silicone Fluids Thic
kened with Boron Nitride”
(1963)は、密度1.02g/mLの水素化シリコー
ン流体と窒化ホウ素粉末とを組み合わせたグリース組成
物を開示している。ここには、安定したグリースを形成
するためには、43.2〜43.9wt%の標準的な粗
い粒状窒化ホウ素が必要であるが、望ましいグリースを
形成するためには、ほんの14.5〜19.7wt%の
サブミクロンの粒度の窒化ホウ素が必要であることを明
らかにしている。しかしながら、この文献は、フッ素化
シリコーン流体の密度が1.02g/mLを超えるから
(それは約1.3g/mLである)フッ素化シリコーン流
体の使用も、双峰粒度分布を有する窒化ホウ素粉末の使
用も、フッ素化ポリマー油をベースとするフッ素化グリ
ースを得るためのフッ素化ポリマーと窒化ホウ素との組
み合わせも記載していない。
する課題は、厳しい条件下にも非常に良好な潤滑性を有
する、窒化ホウ素をベースとするグリース組成物を見い
だすことである。この課 題の解決法は以下に記載するグ
リース組成物によって見い出された。
t%の液体フッ素化ポリマー油及び5〜45wt%の窒
化ホウ素粉末を含む増粘剤を含む新規なグリース組成物
に関する。この窒化ホウ素粉末は、25〜75wt%の
窒化ホウ素が2〜50μm の平均粒度を有する凝集粒子
であり、75〜25wt%の窒化ホウ素が0.01〜1
μm の平均粒度を有する微細粒子である双峰粒度分布を
有することを特徴とする。
似のグリースと較べれば、双峰粒度分布を有する窒化ホ
ウ素が非常に優れた潤滑性を与えることを見いだしたこ
とに基づく。本発明は、また、固体フッ素化ポリマーと
組み合わせた前記窒化ホウ素が、フッ素化ポリマー油を
ベースとするフッ素化グリースの価値ある増粘剤である
ことを見いだしたことに基づく。
剤は六方格子窒化ホウ素(HLBN)を含む。
末の25〜75wt%は平均粒度2〜50μm (±20
%)の凝集粒子を含む。そのような粒子は一般に表面積
1〜15m2/gを有する。粉末の40〜60wt%、最
も好ましくは50wt%が平均粒度5〜15μm (±2
0%)及び表面積3〜10m2/sを有する凝集粉末が好
ましい。
5〜25wt%は、平均粒度0.01〜1μm (±20
%)の微細粉末を含む。そのような粉末は一般に表面積
15〜150m2/sを有する。粉末の40〜60wt
%、最も好ましくは50wt%が平均粒度0.1〜0.
5μm (±20%)及び表面積25〜90m 2 /gを有す
る微細粉末が好ましい。
ば、酸化ホウ素及びアンモニアを加熱することにより製
造できる。HLBNはまた、川崎製鉄(株)から入手可
能である。粒度の測定は、篩により又は粒子を数えサイ
ズを測定することにより行うことができる。
有する凝集粉末及び微細粉末を単に混合することにより
得られる。そのような混合は従来のいずれかの方法、例
えば粉末ミキサー中で行いうる。
を含んでいてもよく、その殆どは商業的に入手可能であ
る。この従来のフッ素化増粘剤の量は、非常に広い範
囲、例えばHLBN対フッ素化増粘剤の重量比が0.1
〜10、好ましくは0.25〜4の範囲に亘りうる。そ
の様な従来のフッ素化増粘剤の例を挙げれば、ポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチ
レン及びヘキサフルオロプロペンのコポリマー、テトラ
フルオロエチレン及びペルフルオロプロピルビニルエー
テルのコポリマー、フッ化ビニリデン及びヘキサフルオ
ロイソブチレンのコポリマー並びにこれらポリマーの混
合物が挙げられる。当業者は、他の均等な増粘剤又はこ
れらの混合物もここでは機能することを理解するであろ
う。
(米国)によって商標VYDAXのもとに市販されてい
る一連の製品が含まれる。そのようなポリマーは、連鎖
移動剤、例えばCCl4 の存在下にテトラフルオロエチ
レンの重合により製造でき、典型的な数平均分子量は1
00,000以下、好ましくは50,000以下であ
る。この種のポリマーはフルオロカーボン溶媒、例えば
フレオン(商標)F113中の分散体として、又は前記
フレオン(商標)F113中の分散体から、もしくは中
程度の分子量のPTFEの水性分散体から得られる乾燥
された粉末の形態で得ることができる。
は、高分子量PTFEの熱もしくはγ線分解により、又
はその機械的粉砕により得られるポリマーである。その
ようなポリマーは、一般には104 〜106 のオーダー
の数平均分子量を有する。
例は、乳化重合及びそれに続く沈殿によって微細な粉末
を得ることにより得られる。PTFE粉末の凝集体は、
この粉末の懸濁液を2本ロールミル又は3本ロールミル
に通過させることにより容易に崩壊させることができ
る。この種のPTFEミクロパウダーの特別な例はI.
C.I.(英国)、ヘキスト社(ドイツ)、L.N.
P.(Malvern,PA)及びデュポン社(米国)
で製造されている。
ロプロペンのコポリマーは、低温でのトリクロロアセチ
ルパーオキサイドの存在下にテトラフルオロエチレン及
びヘキサフルオロプロペンを共重合することにより製造
できる。そのような方法は米国特許No.2598283
に記載されている。PTFE用として上に記載した条件
下での乳化重合のような他のアプローチも一般に有効で
ある。
プロピルビニルエーテルのコポリマーは、水性又は非水
性媒体中でのテトラフルオロエチレン及びペルフルオロ
プロピルビニルエーテルの共重合により製造できる。水
性共重合においては、水溶性開始剤と過フッ素化乳化剤
が用いられる。非水性共重合においては、共重合媒体に
溶解性のフッ素化アシルパーオキサイドが開始剤として
用いられる。これらの方法は、例えば米国特許No.31
32123、3635926及び3536733に記載
されている。
フルオロイソブチレンコポリマー粉末は、当技術分野で
公知であり、米国特許No.3706723に概説された
方法により調製することができる。一般に、このコポリ
マーはヘキサフルオロイソブ チレン単位に対する交互フ
ッ化ビニリデン単位のモル比が約1:1である。このコ
ポリマーの数平均分子量は、一般に少なくとも50,0
00であり、融点は、好ましくは300℃を超える。こ
の共重合体粉末は一般に平均粒度が2〜100μm 、好
ましくは5〜50μm である。
いられるとすれば)は、フッ素化ポリマー潤滑液中に懸
濁される。そのようなフッ素化油の代表的な例は、クロ
ロトリフルオロエチレンのテロマー、フルオロシリコー
ンポリマー及びペルフルオロポリエーテルを含む。
の液体テロマーは一般に40℃で0.00001〜0.
001m2/sの範囲の粘度を有する。これらの化合物は
当技術分野で公知であり、一般式CX3 (C2 F3 C
l)n X’又はCl(C2 F3Cl)n Cl(ここに、
X及びX’は独立にフッ素又は塩素から選ばれ、少なく
とも1つのXは塩素であり、nは40℃で上述の粘度範
囲を与えるのに充分な値である)で示される。この種の
液体テロマーは、Halocarbon Produc
ts Corp.(Hackensack, NJ)及
びAtochem(フランス)により製造されている。
一般に25℃で0.00003〜0.001m2/sの粘
度を持ち、次式(a)で示されるシロキサン単位のホモ
ポリマー
示されるシロキサン単位とのコポリマーでありうる。
り、Rは炭素原子数1〜6のアルキル基、脂環式基及び
フェニル基からなる群から選ばれる1価の炭化水素基で
あり、R’はメチル、フェニル及びクロロフェニルから
選ばれる1価の炭化水素基である。そのようなフルオロ
シリコーンがシロキサン単位(b)を含むときは、50
モル%以下の(b)単位が存在すべきである。好ましく
は、前記フルオロシリコーンは、25℃での粘度0.0
003〜0.002m2/sを有するシロキサン単位
(a)からなるべきである。本発明にとって、前記フル
オロシリコーンの末端基は重要ではなく、トリメチルシ
ロキシ、ジメチルフェニルシロキシ又はジメチルトリフ
ルオロプロピルシロキシのような基でありうる。
コポリマーは当技術分野で周知であり、幾つかはダウコ
ーニング社(米国)から商業的に入手可能である。
ルは、一般に20℃で粘度0.00003〜0.01m2
/sを有する。これらのペルフルオロポリエーテルは当
技術分野で周知であり次式で示すことができる。
数1〜3のペルフルオロアルキル基(即ち、−CF3 、
−CF2 CF3 又は−C3 F7 )から選ばれる。下付き
文字p、q、r、s、t、v、q’、s’及びr’の値
は、上述のペルフルオロポリエーテルの粘度が上述の範
囲、すなわち20℃で0.00003〜0.01m2/s
となるような値であり、さらに、比q/rが10〜10
00であり、比s/tが0.5〜5であり、比r’/
(r’+s’+q’)が1/10以下であり、r’+
s’+q’が上述の粘度を与えるものであり、q’/
s’が0.2〜6であるようなものである。
は、当技術分野で公知であり、幾つかはデュポン社(米
国)又はダイキン社(日本)から商業的に入手可能であ
る。他のものはGB 1104482、IT 9337
53、EP 0344547及びAusimont
S.r.l.のEP 0340793に開示された方法
に従って製造できる。
合物の内の1つから選ばれる。しかしながら、2〜5重
量%の適当な粘度を有するクロロトリフルオロエチレン
のテロマーをペルフルオロポリエーテル類の1つにブレ
ンドすることもできる。上述の各液体潤滑剤の推奨され
る粘度範囲を、一般に模範とすべきである。この流体の
粘度がこの範囲より小さいときは、得られる組成物は余
りにも「流れやすい」のであり、グリースとして使用す
るには適当でない。同様に、前記流体粘度が上述の範囲
を超えるときは、グリースは固すぎて適用が難しくな
る。
剤及び55〜95重量部のフッ素化合物ポリマー液体を
含む。好ましくは、本発明の組成物は10〜40重量部
の増粘剤及び60〜90重量部の液体フッ素化ポリマー
潤滑剤を含む。しかしながら、この配合物は、当技術分
野で普通に用いられている他の成分、例えば分散剤、湿
潤剤、耐磨耗剤及び金属の保護剤の添加によって改質で
きる。
Na及びC 8 F 17 SO 3 Kがある。相分離に関してグリ
ースの安定性の改善の為に一般に用いられるこの界面活
性剤は、一般に増粘剤の重量の0.1〜1wt%の割合
で加えられる。
撃的な環境に曝される金属ベアリング表面の保護を助け
る以下の組成物がある。 (1)NaNO2 、NaNO3 及びMgOの混合物であ
って、NaNO3 1重量部当たりNaNO2 2〜20重
量部、及びこれらナトリウム塩10〜50重量部当たり
MgO 1重量部の割合のもの。これらの混合物は一般
には増粘剤100重量部当たり0.01〜5重量部の割
合で加えられる。 (2)増粘剤100重量部当たり0.1〜3重量部のベ
ンゾトリアゾール及び0.05〜5重量部のMgO(任
意に0.05〜1.5重量部のKOHが存在してもよ
い)の混合物。 (3)増粘剤100重量部当たり1〜2重量部のジアル
キルナフタレンスルフォン酸、例えばジノニルナフタレ
ンスルフォン酸又はドデシルナフタレンスルフォン酸の
バリウム又は亜鉛塩。 (4)増粘剤100重量部当たり0.2〜2重量部のト
リフェニルホスフィン又はトリペンタフルオロフェニル
ホスフィン。 (5)増粘剤100重量部当たり1〜10重量部の耐磨
耗剤としてのMoS2。 (6)増粘剤100重量部当たり0.5〜1重量部の熱
安定剤、例えば亜鉛、カルシウム又はマグネシウムの酸
化物。
されたグリースを製造する技術分野で用いられる方法に
従って、本発明の組成物は調製されうる。即ち、例え
ば、低剪断ミキサー、例えば2つのZ−ブレードミキサ
ー中で、好ましくは真空下で、前記増粘剤は上述の添加
剤の1又はそれ以上(望むならば)と混合できる。添加
剤が用いられるとすればそれを増粘剤に混合した後、前
記液体フッ素化ポリマーを導入し、これら成分を50〜
180℃で2〜6時間混合することにより均質な分散体
が得られる。次いで、このグリースを室温に下げ、好ま
しくは更に3本ロールミル(例えば、出力ギャップ0.
05mm)で加工して、懸濁安定性を改善し、こうしてよ
り安定な配合物を得る。
動運動又は回転運動に曝される金属ベアリングを潤滑す
るのに用いられるとき、非常に良好な疲労に対する抵抗
性及び高負荷容量を示す。従って、これらの組成物は、
高負荷、高速度又は高度の振動に付されるベアリングに
おいて特別な有用性を発揮する。更に、本発明のグリー
スは高温に対する高い抵抗性を示し、酸化性の又は化学
的に攻撃的な環境中において、有効に機能する。
以下に例を示す。
空気もしくは揮発成分の除去の為の設備を備えた、ジャ
ケットの付いた1Lのミキサーに、1重量部のベンゾト
リアゾール、2重量部のMgO及び20重量部の六方格
子の窒化ホウ素を装填した。前記窒化ホウ素は、平均粒
度5〜15μm の凝集粉末及び平均粒度0.1〜0.5
μm の微細粉末(いずれも川崎製鉄(株)から得た)の
重量比50:50の混合物であった。これらの粉末をジ
ャケットを50℃に加熱する間攪拌し、この容器の口の
1つを真空に繋いで粉末の空隙から空気を除いた。この
混合物に、次の平均式で示されるペルフルオロポリエー
テル液体77重量部を加えた。
3 からなり、前記ペルフルオロポリエーテルの粘度は2
0℃で0.0015m2/sであった。得られた混合物を
50℃で更に8時間攪拌し、次いで3時間攪拌し、この
間に温度は50℃から180℃に上昇した。次いで、こ
の混合物を室温まで冷却し、安定なグリースを得た。次
いで、このグリースを、ギャップを20μm に設定して
3本ロールミルに2回通した。
M D1403進入(penetration)試験法
により測定して、National Lubrican
tsand Grease Institute(NL
GI)度2に対応するコンシステンシーを持っていた。
合衆国連邦試験方法標準(FTMS)791,321に
従う、このグリースの200℃/30時間のオイル分離
は、約14%であった。
ll 4−ball)極限圧力試験ASTM D 25
96−87(100℃、10秒)に付したところ、溶接
負荷が800kgより高く、400kgの負荷での傷痕は
0.94mm(10秒)であった。
びヘキサフルオロイソブチレンのモル比1:1のコポリ
マー(CM−X Fluoropolymerとして入
手可能)、16重量部の川崎製鉄(株)から得た平均粒
度5〜15μmの凝集HLBN粉末、1重量部のベンゾ
トリアゾール、2重量部のMgO及び65重量部の例1
のペルフルオロポリエーテルを均質化することによりグ
リースを製造した。
1に従って200℃/30時間で16.8%の油分離を
示し、シェル4−ボール極限圧力試験ASTM D 2
596−87(100℃、10秒)下に560kgの溶接
負荷を示した。このグリースをNational Ce
nter of Tribology of Risc
ley UK(NCT)にあるFALEX(商標)機を
100℃、290rpmで運転して試験したところ、故
障負荷(failure load)935kgを示し
た。
で回転し200Nの軸負荷のかかったシャフトに設置さ
れた一対のステンレススチールベアリングは200℃で
1540時間耐えた。
双峰分布HLBN粉末、1重量部のベンゾトリアゾー
ル、2重量部のMgO、24.8重量部のPTFEタイ
プTL102(ICI−LNPに従って製造されたも
の)及び59.8重量部のメチル−3,3,3−トリフ
ルオロプロピルポリシロキサン(25℃での粘度0.0
01m2/s)を均質化することによってグリースを製造
した。
M D1403進入(penetration)試験法
により測定して、NLGI度2に対応するコンシステン
シーを持っていた。FTMS791,321に従う、こ
のグリースの200℃/30時間のオイル分離は、約
2.1%であった。
峰分布HLBN粉末、1重量部のベンゾトリアゾール、
2重量部のMgO、17.6重量部のPTFEタイプT
L102(ICI−LNPに従って製造されたもの)及
び70.6重量部の実施例1のペルフルオロポリエーテ
ルを均質化することによってグリースを製造した。
321に従う、200℃/30時間のオイル分離が、約
8.3%であった。このグリースをシェル4−ボール
(shell 4−ball)極限圧力試験ASTM
D 2596−87(100℃、10秒)に付したとこ
ろ、溶接負荷が800kgであり、400kgの負荷での傷
痕は1mm(10秒)であった。実施例2に記載されたベ
アリングの耐久試験を、実施例4のグリースを用いて行
ったところ、耐用期間が200℃で840時間より長か
った。
更に1重量部のベンゾトリアゾール及び2重量部のMg
Oを加えて、実施例1の方法に従って2つのグリースを
配合した。
験を、比較例2のグリースを用いて行ったところ、20
0℃で1100時間を超える耐久性を示した。
にも非常に良好な潤滑性を有する。
Claims (11)
- 【請求項1】 次の(a)及び(b)を含むグリース組
成物: (a)25〜75wt%の窒化ホウ素が平均粒度2〜5
0μm を持ち、75〜25wt%の窒化ホウ素が平均粒
度0.01〜1μm を持つ双峰粒度分布を有する六方格
子窒化ホウ素粉末を含む増粘剤5〜45wt%;及び (b)55〜95wt%の液体フッ素化ポリマー油。 - 【請求項2】 前記増粘剤が10〜40wt%の量で存
在し、前記液体フッ素化ポリマー油が60〜90wt%
の量で存在する請求項1記載のグリース組成物。 - 【請求項3】 前記窒化ホウ素が、その40〜60wt
%が平均粒度2〜50μm を持ち、その60〜40wt
%が平均粒度0.01〜1μm を持つ粒度分布を有する
請求項1又は2記載のグリース組成物。 - 【請求項4】 前記窒化ホウ素が、その50wt%が平
均粒度5〜15μmを持ち、その50wt%が平均粒度
0.1〜0.5μm を持つ粒度分布を有する請求項1又
は2記載のグリース組成物。 - 【請求項5】 前記増粘剤が、ポリテトラフルオロエチ
レン、テトラフルオロエチレン及びヘキサフルオロプロ
ペンのコポリマー、テトラフルオロエチレン及びペルフ
ルオロプロピルビニルエーテルのコポリマー、フッ化ビ
ニリデン及びヘキサフルオロイソブチレンのコポリマー
並びにこれらの混合物から選ばれるフッ素化ポリマーを
も含む請求項1、2、3又は4記載のグリース組成物。 - 【請求項6】 前記液体フッ素化ポリマー油が、40℃
で粘度0.00001〜0.001m2/sを持ち、一般
式CX3 (C2 F3 Cl)n X’又はCl(C2 F3 C
l)n Cl(ここに、X及びX’は独立にフッ素及び塩
素から選ばれ、少なくとも1つのXは塩素であり、nは
40℃で粘度0.00001〜0.001m2/sを与え
るのに充分な値である)で示されるクロロトリフルオロ
エチレンのテロマーを含む請求項1〜5のいずれか1項
に記載のグリース組成物。 - 【請求項7】 前記液体フッ素化ポリマー油が、25℃
で粘度0.00003〜0.01m2/sを有するフルオ
ロシリコーンであって、次式で示される単位 【化1】 並びに次式で示されるシロキサン単位の混合物: 【化2】 及び 【化3】 (ここに、nは2〜3の整数であり、Rは炭素原子数1
〜6のアルキル基、脂環式基及びフェニル基から選ばれ
る1価の炭化水素基であり、R’はメチル、フェニル及
びクロロフェニルから選ばれる1価の炭化水素基であ
り、そのようなフルオロシリコーンがシリコーン単位
(b)を含むときは、50モル%以下の(b)単位が存
在する)から選ばれる単位を有するもの、を含む請求項
1〜5のいずれか1項に記載のグリース組成物。 - 【請求項8】 前記液体フッ素化ポリマー油が20℃で
粘度0.00003〜0.01m2/sを有するペルフル
オロポリエーテルを含む請求項1〜5のいずれか1項に
記載のグリース組成物。 - 【請求項9】 前記液体フッ素化ポリマー油が次式から
選ばれる構造で示されるペルフルオロポリエーテルを含
む請求項8記載のグリース組成物。 【化4】 ここに、R'fは独立に炭素原子数1〜3のペルフルオロ
アルキル基から選ばれ、p、q、r、s、t、v、
q’、s’及びr’は、この物質が20℃で粘度0.0
0003〜0.01m2/sを持つような整数であり、比
q/rが10〜1000であり、比s/tが0.5〜5
であり、比r’/(r’+s’+q’)が1/10以下
であり、q’/s’が0.2〜6である。 - 【請求項10】 更に分散剤、湿潤剤、耐磨耗剤及び金
属の保護剤からなる群から選ばれる添加剤を含む請求項
1〜9のいずれか1項に記載のグリース組成物。 - 【請求項11】 相互に接触して動く金属の摩擦係数を
低下させる方法であって、請求項1〜10のいずれか1
項に記載の組成物を前記金属間に配置することを含む方
法。
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