JP6606785B2

JP6606785B2 - フラーレン誘導体、フッ素樹脂組成物および潤滑剤

Info

Publication number: JP6606785B2
Application number: JP2016504198A
Authority: JP
Inventors: 威史五十嵐; 賢太郎渡邉
Original assignee: Mitsubishi Corp; Showa Denko KK
Current assignee: Mitsubishi Corp; Showa Denko KK
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2035-02-20
Also published as: EP3109228A4; CN105939990A; JPWO2015125940A1; EP3109228B1; CN105939990B; EP3109228A1; WO2015125940A1; US10343972B2; US20160347703A1

Description

本発明は、フラーレン誘導体、フッ素樹脂組成物および潤滑剤に関する。本願は、２０１４年２月２１日に、日本に出願された特願２０１４−０３１９１９と、２０１４年８月１２日に、日本に出願された特願２０１４−１６４３０８と、２０１４年９月３０日に、日本に出願された特願２０１４−２００７７８とに基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

本発明は、フラーレン骨格およびパーフルオロポリエーテル（ＰＥＰＥ）鎖を有するフラーレン誘導体、該フラーレン誘導体を含む潤滑剤及びフッ素樹脂組成物に関する。

パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）化合物は、耐熱性、耐薬品性、耐酸化性に優れる。またパーフルオロポリエーテル化合物は、粘度指数が大きい為、低温から高温まで広い温度領域で流動性（粘度）の変化も少ない。そのため、パーフルオロポリエーテル化合物は、良好な潤滑性を発揮する。またパーフルオロポリエーテル化合物は、不燃性でゴム・プラスチックなどの高分子系素材への影響も殆ど無い。さらにパーフルオロポリエーテル化合物は、低い蒸気圧と蒸発損失の少なさ、低表面張力、高電気絶縁性といった特性も有する。そのため、パーフルオロポリエーテル化合物は、潤滑剤として極めて広範囲にわたり高いパフォーマンスを示すことが知られている。そのため、潤滑油として真空ポンプ油や磁気ディスク／テープなどの潤滑、熱媒体、非粘着剤その他の用途で幅広く利用されている。パーフルオロポリエーテル化合物は、耐熱性、耐薬品性、耐酸化性に優れるため、パーフルオロエラストマー、フッ素ゴム、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂としてケミカルプラントのパッキンゴム等の特殊な用途にも用いることができる。このようなフッ素樹脂は非常に過酷な条件で使用されるため、特に耐熱性のさらなる改善が求められている。

一方、フラーレンの一種であるＣ６０は潤滑剤として有用であることが知られている。非特許文獻１（Ｂｈｕｓｈａｎｅｔａｌ．：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２，３２５３（１９９３））では、Ｃ６０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には、フラーレンにパーフルオロポリエーテル基を導入したフラーレン誘導体も提案されている。しかしながら、具体的な化合物やその製造方法に関する記載は無い。

さらにＣ６０は、従来の潤滑油への添加剤として優れた特性を示すことが知られている。非特許文献２（Ｇｉｎｚｂｕｒｇｅｔａｌ．：ＲｕｓｓｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ７５，１３３０（２００２））では、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Ｃ６０を５％添加したものを塗ったものの摩擦抵抗を測定している。摩擦抵抗は、鋼のローラーを、荷重を加えながらこすり付けて測定した。その結果、Ｃ６０を添加した場合は、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。

特許文献１（特開２００６−１３１８７４）には、Ｃ６０、カルボキシル基を有するＣ６０誘導体、水酸化フラーレンまたはエステル基を有するフラーレン誘導体と、パーフルオロポリエーテルとの混合物からなる潤滑剤が記載されている。

フラーレン誘導体は、この他にも様々な分野で利用されている。特許文献２（特開２０１３−１４０９２３）および特許文献３（特開２０１３−１７０１３７）には、ｎ型半導体材料として分子中にパーフルオロポリエーテル基を１つ有するフラーレン誘導体が記載されている。

特許文献４（特開平１０−３１０７０９）には、結晶性熱可塑性樹脂に対して、炭素クラスター（フラーレン）０．１〜２０００ｐｐｍを配合した結晶性熱可塑性樹脂組成物が開示されている。この結晶性熱可塑性樹脂組成物は、結晶化速度が速く、結晶性熱可塑性樹脂の優れた特性を損なうことない。また機械的特性並びに特に成形サイクルが良好である。

特許文献５（特開平８−４９１１６）には、ポリエステルとフラーレンとを含み、個体繊維の力価１０ｄｔｅｘ未満を有する繊維、フィルムまたは中空体が開示されている。

特許文献６（特開２００６−１１７７６０号）には、フラーレン類をナノメートルオーダーで分散させたポリエステル系樹脂組成物が開示されている。このフラーレン類の分散は、フラーレン類溶液を用いてポリエステル系樹脂組成物を製造することにより実現している。

特開２００６−１３１８７４号公報特開２０１３−１４０９２３号公報特開２０１３−１７０１３７号公報特開平１０−３１０７０９号公報特開平８−４９１１６号公報特開２００６−１１７７６０号公報

Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６２，３２５３（１９９３）ＲｕｓｓｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｓｔｒｙ７５，１３３０（２００２）

フラーレン骨格を有する化合物を潤滑剤として用いる場合、フラーレン自身が凝集する。そのため、この潤滑剤は、フラーレン骨格を有する化合物の良好な分散性が得られず、対象物に十分な耐摩耗性を付与できない。特許文献１には、フラーレンおよびフラーレン誘導体と、パーフルオロポリエーテルとの混合物を潤滑剤として用いることが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載のフラーレンおよびフラーレン誘導体は、パーフルオロポリエーテルとの親和性が十分では無く、凝集しやすいという問題がある。そのため、特許文献１に記載のフラーレンおよびフラーレン誘導体は、パーフルオロポリエーテルと同時に潤滑剤として使用しても、対象物に十分な耐摩耗性を付与できないという問題がある。

フラーレンをフッ素樹脂に対する添加剤として用いる場合は、フッ素樹脂に対して、Ｃ６０などのフラーレンはほとんど溶解しない。そのため、フラーレンを均一に分散させることは困難である。したがって、フラーレンによる熱的特性を向上させる効果を十分得ることはできなかった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、分子中にフラーレン骨格と複数のパーフルオロポリエーテル鎖とを有するフラーレン誘導体、及びその用途を提供することを目的とする。この用途としては、例えば、該フラーレン誘導体を含有し、耐摩耗性に優れた潤滑剤、及びフラーレン誘導体を含有し熱的耐性に優れたフッ素樹脂組成物などが挙げられる。

本発明者らは、分子中にフラーレン骨格と複数のパーフルオロポリエーテル鎖とを有するフラーレン誘導体を含む潤滑剤が、対象物の耐摩耗性の向上に優れることを見出した。またこのフラーレン誘導体を含むフッ素樹脂組成物が熱的耐性に優れることを見出した。
すなわち、本発明は以下に示す構成を備えるものである。

［１］分子中にフラーレン骨格と、前記フラーレン骨格に対して２カ所で結合する炭素原子を介して、前記フラーレン骨格に接合する複数のパーフルオロポリエーテル鎖と、を有するフラーレン誘導体。
［２］前記フラーレン骨格に、２〜５個のパーフルオロポリエーテル鎖が結合したものを有する［１］に記載のフラーレン誘導体。
［３］前記フラーレン誘導体が下記一般式（１）で表される化合物である［１］または［２］に記載のフラーレン誘導体。
（式中、ＦＬＮはフラーレン骨格であり、Ａはパーフルオロポリエーテル鎖を有する基であり、Ｒ^１は炭素数１〜２４の有機基であり、ｍは０〜５の整数であり、ｎは２〜５の整数である。）

［４］前記Ｒ^１がアリール基であることを特徴とする［３］に記載のフラーレン誘導体。
［５］前記フラーレン骨格がＣ６０であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体。
［６］前記パーフルオロエーテル鎖が、−（ＣＦ_２Ｏ）ｘ−、−（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）ｘ−、−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）ｘ−、−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）ｘ−、および−（ＣＦ_２（ＣＦ_２）_３ＣＦ_２Ｏ）ｘ−、からなる群から選ばれる少なくとも一つの部分構造を有することを特徴とする［１］〜［５］のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体。
（ただし、式中ｘは１〜５０の整数である。）

［７］前記パーフルオロエーテル鎖が、−（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｙ（ＣＦ_２Ｏ）ｚ−で表される部分構造を有することを特徴とする［１］〜［６］のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体。（ただし、式中ｙおよびｚは、１〜５０の整数である。）
［８］［１］〜［７］のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体を含有するフッ素樹脂組成物。
［９］［１］〜［７］のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体を含有する潤滑剤。
［１０］フラーレン骨格を有しないパーフルオロポリエーテル化合物をさらに含有する［９］に記載の潤滑剤。

分子中にフラーレン骨格と、複数のパーフルオロポリエーテル鎖とを有するフラーレン誘導体を用いることで、耐摩耗性に優れた潤滑剤を得ることができる。また、分子中にフラーレン骨格と、複数のパーフルオロポリエーテル鎖とを有するフラーレン誘導体を用いることで、熱的耐性に優れたフッ素樹脂組成物を得ることができる。

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。

本発明のフラーレン誘導体は、分子中にフラーレン骨格と、フラーレン骨格に対して２カ所で結合する炭素原子を介して、フラーレン骨格に接合する複数のパーフルオロポリエーテル鎖を有する。
パーフルオロポリエーテル鎖は、フラーレン骨格の２重結合が開裂してできたメタノ基と反応し、フラーレン骨格と２カ所で結合している。すなわち、パーフルオロエーテル鎖はメタノ基を介してフラーレン骨格と結合しているともいえる。
パーフルオロエーテル鎖は、フラーレン骨格と２カ所で結合しているため、局部的に高い摩擦熱や剪断力にさらされる条件下でも、パーフルオロポリエーテル鎖とフラーレン骨格との結合を安定的に維持することができる。

フラーレン誘導体は、１つのフラーレン骨格に２〜５個のパーフルオロポリエーテル鎖が結合したものを含むことが好ましい。結合するパーフルオロエーテル鎖の数がこの範囲であれば、分子内におけるフラーレン部位に対するパーフルオロポリエーテル鎖部位の割合が適度になると考えられる。そのため、フラーレン誘導体の潤滑性やフッ素樹脂中へフラーレン誘導体の分散性が、特に得やすくなる。また、被塗布表面に対するフラーレン誘導体の良好な分散性も得ることができる。

通常のフラーレンは、常温で固体である。そのためフラーレンは、溶媒にも溶けにくく互いに凝集する。したがって、フラーレンは、潤滑剤に添加しても被塗布面に均一に塗布するのが困難である。しかしながら、本発明のフラーレン誘導体は、複数のパーフルオロポリエーテル鎖を有することにより、例えばフッ素系溶媒に可溶となる。この溶媒を用いて、フラーレン誘導体を溶液にすると、フラーレン化合物自身の凝集を抑制することができる。したがって、潤滑剤にこの溶液を添加したものを被塗布面に塗布すると、被塗布面表面に均一にフラーレン化合物を塗布することが可能となる。

パーフルオロポリエーテル鎖は、−（ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、−（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、および−（ＣＦ_２（ＣＦ_２）_３ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、から選ばれる少なくとも１種で表される部分構造を有することが好ましい。ここでｘは１〜５０の整数であり、２〜３０が好ましく、５〜２０がより好ましい。パーフルオロエーテル鎖が、これらの部分構造を有することで、当該部分構造を有さない化合物に対し、フッ素系の溶媒に対する溶解性が増す。その結果被塗布面表面により均一に塗布することが可能になる。
数あるパーフルオロエーテル鎖の中でも、これらの部分構造を有するパーフルオロポリエーテル鎖は、工業的に製造されている。そのため、このパーフルオロポリエーテル鎖を有するものは、容易に入手することができ、産業上の利用性が高い。

さらに、パーフルオロエーテル鎖が、−（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｙ（ＣＦ_２Ｏ）ｚ−で表される部分構造を有することがより好ましい。ここでｙ及びｚは１〜５０の整数である。
この構造を有すると、パーフルオロポリエーテル鎖内でのエーテル部位の割合が実質的に増加する。そのために、パーフルオロポリエーテル鎖の柔軟性が高まることが予想される。その結果、潤滑性やフッ素樹脂への溶解性が向上する。

本発明のフラーレン誘導体において、フラーレン骨格に新たな炭素が２個以上結合する場合の結合位置は任意である。中でも、新たに結合される炭素は、フラーレン骨格の中心に対して対称位置に結合するのが、生成した化合物の構造安定性を高める上で好ましい。

本発明のフラーレン誘導体は、一般式（１）で表されるフラーレン骨格を有する化合物であることが好ましい。その式中、ＦＬＮはフラーレン骨格であり、Ａは前記パーフルオロポリエーテル鎖を有する基である。また式中Ｒ^１は炭素数１〜２４の有機基であり、ｍは０〜５の整数であり、ｎは２〜５の整数である。
一般式（１）で表されるフラーレン骨格を有する化合物は、フラーレン骨格の二重結合の内のｎ個（ｎは２〜４の整数）が開裂し、それぞれの箇所に新たな炭素が単結合する。この新たな炭素には、それぞれが、Ｒ^１で示される炭素数１〜２４の有機基と、−（ＣＨ_２）_ｍ−ＣＯ−Ｏ−Ａ基とが単結合する。

一般式（１）中のＲ^１は、炭素数１〜２４の有機基からなる。この有機基は、アリール基であることが好ましく、炭素数６〜１４のアリール基であることがより好ましく、中でもフェニル基であることが特に好ましい。
Ｒ^１がアリール基であると、フラーレンに置換基を導入する反応が容易であり、目的物の収率も高くなる。そのため、フラーレンに置換基を導入した化合物を安価に製造することができる。中でもフェニル基は、原料の入手が容易であり、より安価に製造することができる。
一般式（１）で表される化合物中のｎ箇所の、Ａ、Ｒ^１及びｍは、それぞれ同一であってもよく、また、異なってもよい。

一般式（１）中の、ｍは０〜５の整数である。ｍが当該範囲であれば、反応原料を工業的に入手しやすく好ましい。ｍは１〜４がより好ましく、ｍ＝３がさらに好ましい。ｎは２〜５の整数である。ｎは２〜４がより好ましく、ｎ＝２がさらに好ましい。

本発明のフラーレン誘導体は、下記一般式（１Ｂ）で表されるフラーレン骨格を有する化合物であることも好ましい。一般式（１Ｂ）中、ＦＬＮはフラーレン骨格であり、Ａは前述のパーフルオロポリエーテル鎖を有する基であり、Ａｒ^１およびＡｒ^２はヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数４〜１８のアリーレン基であり、Ｌは単結合または炭素数１〜５のアルキレン基であり、ｘおよびｙは０〜３の整数であり、ｎは１〜４の整数であり、（ｘ＋ｙ）×ｎは２以上である。また、一般式（１Ｂ）で表される化合物中の複数個所の、Ａ、Ａｒ^１、Ａｒ^２及びＬは、それぞれ同一であってもよく、また、異なってもよい。
このとき、一般式（１Ｂ）で表されるフラーレン骨格を有する化合物は、フラーレン骨格の二重結合の内のｎ個（ｎは１〜４の整数）が開裂し、それぞれの箇所に新たな炭素が単結合する。この新たな炭素には、それぞれが、−Ａｒ^１−（Ｌ−ＣＯ−Ｏ−Ａ）_ｘ基と−Ａｒ^２−（Ｌ−ＣＯ−Ｏ−Ａ）_ｙ基とが単結合している構造を有する。

Ａｒ^１およびＡｒ^２は、フェニレン基、ナフタレン基、アントラセン基、フェナントレン基などの芳香族炭化水素基、またはピロール基、フラン基、チオフェン基、インドール基、ベンゾフラン基、ベンゾチオフェン基、カルバゾール基、ジベンゾフラン基、ジベンゾチオフェン基、フェナジン基、フェノキサジン基、フェノチアジン構造などのヘテロ原子を含む複素環基アリール基であることが好ましく、芳香族炭化水素基であることがより好ましく、中でもフェニレン基であることが特に好ましい。
Ａｒ^１およびＡｒ^２がアリーレン基であると、フラーレンに置換基を導入する反応が容易であり、目的物の収率も高くなる。そのため、フラーレンに置換基を導入した化合物を安価に製造することができる。また中でもフェニレン基は原料の入手が容易であり、より安価に製造することができる。

一般式（１Ｂ）中のＬは、単結合または炭素数１〜５のアルキレン基である。炭素数１〜５のアルキレン基としては、−ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−などの直鎖型アルキレン基、−ＣＨ（ＣＨ_３）−、−ＣＨ（ＣＨ_３）ＣＨ_２−などの分岐構造を有するアルキレン基などが挙げられる。Ｌは原料の入手のし易さや合成の容易さを鑑みて適宜選択することができる。
一般式（１Ｂ）中の、ｘおよびｙは０〜３の整数である。ｘおよびｙが当該範囲であれば、反応原料を工業的に入手しやすく好ましい。ｘおよびｙは、（ｘ＋ｙ）×ｎが２以上の整数であるという関係を満たす。（ｘ＋ｙ）×ｎは２〜６が好ましく、２〜４がさらに好ましい。

本発明のフラーレン誘導体は、一般式（１Ｃ）で表されるフラーレン骨格を有する化合物であることも好ましい。その式中、ＦＬＮはフラーレン骨格であり、Ａはパーフルオロポリエーテル鎖を有する基であり、ｎは１〜４の整数である。式（１Ｃ）中、２つのＡは、同一であってもよく、また、異なってもよい。
このとき、一般式（１Ｃ）で表されるフラーレン骨格を有する化合物は、フラーレン骨格の二重結合の内のｎ個（ｎは１〜４の整数）が開裂し、それぞれの箇所に新たな炭素が単結合する。この新たな炭素には、−ＣＯ−Ｏ−Ａ基が２つ単結合している構造を有する。

一般式（１Ｃ）中のｎは１〜２がより好ましく、ｎ＝１がさらに好ましい。

本発明のフラーレン誘導体中のフラーレン骨格は、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８等を用いることができる。フラーレン誘導体中のフラーレン骨格は、中でもＣ６０が好ましい。Ｃ６０は他のフラーレン骨格よりも純度の高いものを容易に得ることができるためである。

（潤滑剤）
本発明の潤滑剤は、本発明のフラーレン誘導体を含有する。さらに、本発明のフラーレン誘導体に加えて、フラーレン骨格を有さないパーフルオロポリエーテル化合物を同時に含有してもよい。本発明のフラーレン誘導体は、分子中にパーフルオロエーテル鎖を有する。そのため、パーフルオロポリエーテルとの親和性が高く、潤滑剤中に均一に分散することができる。
潤滑剤中における本発明のフラーレン誘導体の含有量は、０．１％以上であることが好ましく、１％以上であることがより好ましい。潤滑剤中における本発明のフラーレン誘導体の含有量を０．１％以上とすることで、耐摩耗性が期待できる。また潤滑剤中における本発明のフラーレン誘導体の含有量を１％以上とすることでより高い耐摩耗性が期待できる。
このような本発明の潤滑剤は、特に、磁気ディスク等の磁気記録媒体用の潤滑剤として好ましく用いることができる。

（潤滑剤の製造方法）
本発明の潤滑剤は、下記の製造方法、またはこれに準じた製造方法によって製造することができる。
下記一般式（２）、（２Ｂ）または（２Ｃ）で表されるフラーレン誘導体と、Ａ−ＯＨ（Ａは、パーフルオロポリエーテル鎖を有する基であり、一般式（１）と同様のもの）で表されるアルコールとを縮合反応またはエステル交換反応させることによって得ることができる。
一般式（２）中のＲ^１は炭素数１〜２４の有機基であり、ｍは０〜５の整数であり、ｎは２〜５の整数である。一般式（２Ｂ）中の、Ａｒ^１、Ａｒ^２、Ｌ、ｘ、ｙ、及びｎは、一般式（１Ｂ）中のそれら記号と同じである。一般式（２Ｃ）中の、ｎは、一般式（１Ｃ）中のｎと同じである。
一般式（２）、（２Ｂ）及び（２Ｃ）中のＢは、水素原子または炭化水素基である。このＢは、製造が容易という観点から、メチル基であることが好ましい。一般式（２）、（２Ｂ）または（２Ｃ）で表される化合物中の複数のＢは、それぞれ同一であってもよく、異なってもよい。
Ｂが水素原子の場合には反応は縮合反応であり、Ｂが炭化水素基である場合には反応はエステル交換反応である。

反応が縮合反応である場合には、縮合剤を用いることが好ましい。縮合剤としては一般的に知られている縮合剤を制限無く使用することができる。例えばジシクロヘキシルカルボジイミドなどが縮合剤として挙げられる。
反応がエステル交換反応である場合には、酸触媒またはアルカリ触媒を用いることが好ましい。酸触媒またはアルカリ触媒としては、一般に知られている酸触媒またはアルカリ触媒を制限なく使用することができる。酸触媒としては、例えば、酢酸、塩酸、硫酸、リン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ナフィオン樹脂、強酸性イオン交換樹脂、ゼオライトなどを挙げることができる。アルカリ触媒としては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムｔ−ブトキシド、カリウムｔ−ブトキシド、水素化ナトリウム、トリエチルアミン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］−７−ウンデセンなどを用いることができる。

この反応は、無溶媒または溶媒中で行うことができる。溶媒としては、一般式（２）、（２Ｂ）または（２Ｃ）で表されるフラーレン誘導体とＡ−ＯＨで表されるアルコールとを溶解させる溶媒であれば特に制限はないが、例えばヘキサフルオロベンゼンが挙げられる。また、混合溶媒を用いることも可能である。混合溶媒としては、例えばトルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、オルトジクロロベンゼンなどの芳香族系溶媒とヘキサフルオロベンゼン、１，１−ジクロロ−１，２，２，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＣＦＣ−２２５）などのフッ素系溶媒との混合溶媒などを挙げることができる。
この反応は、不活性ガス雰囲気中で加熱撹拌しながら行うことが好ましい。不活性ガス雰囲気中で行うことで、不純物が生成されることを抑えることができる。加熱は４０℃以上２００℃以下で行うことが好ましい。加熱温度がこの範囲内であれば、十分な反応速度を得ることができ、反応時間が長くなることを避けることができる。また副反応が増加しすぎて、収率が低下することも避けることができる。

次に反応後の反応物から、縮合剤由来の副生成物や、触媒などを除くことにより粗生成物を得る。例えば、ｐ−トルエンスルホン酸などの均一系の酸触媒を用いた場合には、アンモニア水および純水で順次、分液洗浄し、溶媒を留去し、粗生成物を得る。
粗生成物はこのままでも潤滑剤として使用することが可能である。より高い純度が必要とされる場合には、例えば、粗生成物をさらに二酸化炭素超臨界流体抽出により精製することができる。すなわち、この粗生成物を圧力容器内にいれ、容器内の圧力及び温度を保ちながら、液化二酸化炭素を容器内に流入することで二酸化炭素を超臨界流体状態にし、目的の化合物を抽出により得ることができる。

この容器内の温度は、３１℃以上８０℃以下が好ましい。容器内の温度がこの範囲内であれば、二酸化炭素を十分超臨界流体状態にすることができる。また超臨界流体状態の二酸化炭素の抽出力が弱くなることもない。容器内の圧力は７．３８ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下であることが好ましい。容器内の圧力が、この範囲内であれば、二酸化炭素を十分超臨界流体状態にすることができる。また装置も汎用の耐圧性能を有するものを用いることができ、装置価格が高くなることもない。すなわち、製造コストが高くなることを避けることができる。

（フッ素樹脂組成物）
本発明のフッ素樹脂組成物は、本発明のフラーレン誘導体を含有する。本発明におけるフッ素樹脂は、完全フッ素化ポリマー、部分フッ素化ポリマー、フッ素化樹脂コポリマー等のフッ素原子を含む重合体の総称を指す。本発明のフラーレン誘導体は、分子中にパーフルオロエーテル鎖を有する。そのため、フッ素樹脂との親和性が高く、フッ素樹脂中に均一に分散することができる。
フッ素樹脂中における本発明のフラーレン誘導体の含有量は、０．０３質量％〜３質量％であることが好ましい。フッ素樹脂中における本発明のフラーレン誘導体の含有量をこの範囲とすることで、経済的なコストで熱的耐性の改善が期待できる。また含有量の下限値は、０．１質量％以上であることがより好ましく、０．３質量％以上であることがさらに好ましい。含有率の下限値がこの範囲であれば、より高い熱的耐性の改善が期待できる。

（フッ素樹脂組成物の製造方法）
本発明のフッ素樹脂組成物は、例えば、以下の手順で得ることができる。まずフッ素樹脂をフッ素系溶剤等に膨潤・溶解させ、本発明のフラーレン誘導体（例えば、前記式１の化合物など）を添加する。この溶剤にフラーレン誘導体を添加したものから、溶媒留去し、乾燥する。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。

（ＮＭＲ分析）
１Ｈ−ＮＭＲおよび１３Ｃ−ＮＭＲは下記の条件にて測定した。
装置：Ｂｒｕｋｅｒ社製ＢｉｏｓｐｉｎＡｖａｎｃｅ−５００
試料調整：試料（約１０ｍｇ〜３０ｍｇ）をＣＤＣｌ３／ヘキサフルオロベンゼン混合溶媒（約０．５ｍｌ）に溶解させた。その後、直径５ｍｍのＮＭＲ試料管に入れた。
測定温度：室温
基準物質：溶媒シグナルを基準とした。
（潤滑剤塗膜の膜厚測定）
潤滑剤塗膜の膜厚は、赤外吸収スペクトルのＣ−Ｆ結合の伸縮振動エネルギーに相当する吸収ピークの強度より求めた。それぞれの潤滑剤塗膜について４点ずつ測定し、その平均値を潤滑剤塗膜の平均膜厚とした。
装置：ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ＮｉｃｏｌｅｔｉＳ５０
測定方法：高感度反射法

（耐摩耗性）
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４０ｇｆ、しゅう動速度０．２５ｍ／ｓにて試験を行なった。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。そのため、潤滑剤塗膜の表面の摩擦係数が大きく変動する。耐摩耗性の指標として、この摩擦係数が急激に変動するまでの時間を測定した。それぞれの潤滑剤塗膜について４回ずつ測定し、その平均値を潤滑剤塗膜の耐摩耗性の指標とした。

（熱的耐性）
５％質量減温度をＮＥＴＺＳＣＨ社ＴＧ−ＤＴＡ２０００ＳＲを用いてデータを取得した。
大気圧中において４０℃〜６００℃の範囲を１０℃毎分の速度で上昇させ、試料の質量が５％減少する温度をそれぞれ２回ずつ測定し、その平均を熱的耐性の指標とした。

（合成例１）

フラーレン誘導体の［６，６］−ジフェニルＣ６２−ビス（酪酸メチルエステル）（ｂｉｓ［６０］ＰＣＢＭ、異性体混合物）（１ｇ，０．９１ｍｍｏｌ）、ＰＦＰＥ化合物であるソルベイ社製Ｆｏｍｂｌｉｎ（登録商標）ＴＸ（平均分子量２０００、１８．２ｇ，９．１ｍｍｏｌ）およびｐ−トルエンスルホン酸・一水和物（０．３８ｇ，２．０ｍｍｏｌ）を、ヘキサフルオロベンゼン（１００ｍＬ）に加えた。この混合物を窒素気流下において７２時間撹拌しながら加熱還流し、上記式の反応を行った。反応後、反応混合物を０．１Ｍアンモニア水、および純水で順次分液洗浄した。その後、反応混合物からヘキサフルオロベンゼンを留去し、粗生成物を得た。

次に、入口および出口を持つ肉厚のステンレス容器（内径２０ｍｍ×深さ２００ｍｍ）に、粗生成物を入れた。この容器内の温度を６０℃に保ちながら、超臨界二酸化炭素送液ポンプ（日本分光社製、ＰＵ２０８６−ＣＯ２）を使って、超臨界二酸化炭素を液化二酸化炭素換算流量１５ｍＬ／分で流した。容器内の圧力を１５〜２２ＭＰａの範囲で変化させ、未反応のＦｏｍｂｌｉｎＴＸを抽出して除き、茶褐色の固体の残渣１．５ｇを得た。この残渣は、下記に示したＮＭＲの分析結果より、上記式（３）の反応生成物（化合物１）であることが確認された。
１Ｈ−ＮＭＲ（溶媒：ＣＤＣｌ３）δ（ｐｐｍ）：１．８〜３．３（１２Ｈ），３．６〜４．０（２０Ｈ），４．１〜４．４（４Ｈ），７．３〜８．３（１０Ｈ）。
１３Ｃ−ＮＭＲ（溶媒：ＣＤＣｌ３）δ（ｐｐｍ）：２２．８，３４．３，６２．２，６３．６，６４．０，６９．４〜７１．２，７２．７，７３．１，７４．７，１１１．７〜１２１．４，１２８．４〜１２９．０，１３２．６。

（合成例２）
原料のＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、１８．２ｇ，９．１ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物２（１．５ｇ）を茶褐色の固体として得た。化合物２は、下記反応式（４）中の反応生成物として表される。分子中のＰＦＰＥ鎖が原料に用いたＰＥＦＥ化合物を反映したものとなっていることを除き、化合物１と同様である。

（合成例３）
原料のＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸをダイキン工業社製ＤＯＨ（平均分子量２０００、１８．２ｇ，９．１ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物３（１．５ｇ）を茶褐色の固体として得た。化合物３は、下記反応式（５）で表される反応生成物である。分子中のＰＦＰＥ鎖が原料に用いたＰＥＦＥ化合物を反映したものとなっていることを除き、化合物１と同様である。

（合成例４）
原料のフラーレン誘導体を［６，６］−フェニルＣ６３−トリス（酪酸メチルエステル）（ｔｒｉｓ［６０］ＰＣＢＭ、異性体混合物）（０．５ｇ、０．３９ｍｍｏｌ）に変更し、ＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、２３．２ｇ，１１．２ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物４（２．１ｇ）を茶褐色の固体として得た。化合物４は、下記反応式（６）で表される反応生成物である。分子中のＰＦＰＥ鎖が３個であり、原料に用いたＰＥＦＥ化合物を反映したものとなっていることを除き、化合物１と同様である。

（合成例５）
原料のフラーレン誘導体を［６，６］−フェニルＣ６３−トリス（酪酸メチルエステル）と［６，６］−フェニルＣ６４−テトラキス（酪酸メチルエステル）と［６，６］−フェニルＣ６５−ペンタキス（酪酸メチルエステル）との混合物（平均付加数ｎ＝４、０．５ｇ、０．３４ｍｍｏｌ）に変更し、ＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、１３．５ｇ，６．８ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物５（２．５ｇ）を茶褐色の固体として得た。化合物５は、下記反応式（７）で表される反応生成物である。分子中のＰＦＰＥ鎖が３〜５個であり、原料に用いたＰＥＦＥ化合物を反映したものとなっていることを除き、化合物１と同様である。

（合成例６）
原料のフラーレン誘導体を［６，６］−フェニルＣ６１−酪酸メチルエステル（［６０］ＰＣＢＭ）（０．８３ｇ、０．９１ｍｍｏｌ）に変更し、ＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、１８．２ｇ，９．１ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物６（１．２ｇ）を茶褐色の固体として得た。化合物６は、下記反応式（８）で表される反応生成物である。分子中のＰＦＰＥ鎖が１個であり、原料に用いたＰＥＦＥ化合物を反映したものとなっていることを除き、化合物１と同様である。

（合成例７）
原料のフラーレン誘導体を一般式（９）の化合物７Ａ（１．００ｇ、１．００ｍｍｏｌ）に変更し、ＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、２０．０ｇ，１０ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物７（１．８ｇ）を茶褐色の固体として得た。

（合成例８）
原料のフラーレン誘導体を一般式（１０）の化合物８Ａ（１．０７ｇ、１．００ｍｍｏｌ）に変更し、ＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、３０．０ｇ，１５ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物８（２．７ｇ）を茶褐色の固体として得た。

（合成例９）
原料のフラーレン誘導体を一般式（１１）の化合物９Ａ（１．１２ｇ、１．００ｍｍｏｌ）に変更し、ＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、４０．０ｇ，２０ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物９（３．４ｇ）を茶褐色の固体として得た。

（合成例１０）
原料のフラーレン誘導体を一般式（１２）の化合物１０Ａ（１．２３ｇ、１．００ｍｍｏｌ）に変更し、ＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、２０．０ｇ，１０ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物１０（１．６ｇ）を茶褐色の固体として得た。

（合成例１２）
原料のフラーレン誘導体を一般式（１３）の化合物１１Ａ（０．８５ｇ、１．００ｍｍｏｌ）に変更し、ＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、２０．０ｇ，１０ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物１１（１．５ｇ）を茶褐色の固体として得た。

（合成例１２）
原料のフラーレン誘導体を一般式（１４）の化合物１２Ａ（０．９８ｇ、１．００ｍｍｏｌ）に変更し、ＰＦＰＥ化合物をＦｏｍｂｌｉｎＴＸからソルベイ社製ＦｏｍｂｌｉｎＺ−ＤＯＬ（平均分子量２０００、４０．０ｇ，２０ｍｍｏｌ）に変更した。それ以外は合成例１と同様の操作を行い、化合物１２（３．１ｇ）を茶褐色の固体として得た。

（実施例１）
カーボンをターゲットとして用い、Ａｒガス雰囲気中で高周波マグネトロンスパッタにより、磁気ディスク用２．５インチガラスブランクにＤＬＣ（ＤｉａｍｏｎｄＬｉｋｅＣａｒｂｏｎ）を蒸着させてカーボン保護膜を成膜し、模擬ディスクを作製した。
次に、潤滑剤として合成例１で得た化合物１と、ＰＦＰＥ化合物としてＤ４ＯＨ（商品名、Ｍｏｒｅｓｃｏ社製）とを用い、これらの質量比が３：７となるように混合し、潤滑剤を調製した。この潤滑剤の濃度が０．０１２質量％となるように、バートレル（登録商標）ＸＦ（三井デュポンフロロケミカル社製）に溶解し、潤滑剤層形成用溶液を調製した。

次に、ディップ法を用いて、以下に示す方法により潤滑剤層形成用溶液を、模擬ディスクの保護膜上に塗布した。ディップコート装置の浸漬槽に入れられた潤滑剤層形成用溶液中に、模擬ディスクを浸漬し、その後、浸漬槽から模擬ディスクを一定の速度で引き上げた。そして、潤滑剤層形成用溶液を模擬ディスクの保護膜上の表面に塗布した。
その後、潤滑剤層形成用溶液の塗布された表面を乾燥させることにより、潤滑剤層を形成した。このようにして得られた潤滑剤層の平均膜厚および摩擦摺動試験の結果を表１に示す。

（実施例２〜１５）
潤滑剤として用いた化合物と比率を表１に示したように変更した。それ以外は実施例１と同様に模擬ディスクの表面に潤滑剤塗膜を形成し、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。

（比較例１）
潤滑剤としてＤ４ＯＨのみを用いた。それ以外は実施例１と同様に模擬ディスクの表面に潤滑剤塗膜を形成し、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。

（比較例２）
潤滑剤として化合物１に代えて、ＰＦＰＥ化合物のＡ２０Ｈ（商品名、Ｍｏｒｅｓｃｏ社製）を用いた。それ以外は実施例１と同様に模擬ディスクの表面に潤滑剤塗膜を形成し、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。

（比較例３）
潤滑剤として化合物１に代えて、一般式（８）の反応後の化合物である化合物６を用いた。それ以外は実施例１と同様に模擬ディスクの表面に潤滑剤塗膜を形成した。フラーレン化合物が模擬ディスク上で析出してしまったために、耐摩耗性を評価することができなかった。

（比較例４）
潤滑剤として化合物１に代えて、特許文献３（特開２０１３−１７０１３７）に記載されている下記式（１５）で表されるフラーレン化合物を用いた。それ以外は実施例１と同様に模擬ディスクの表面に潤滑剤塗膜を形成した。フラーレン化合物が模擬ディスク上で析出してしまったために、耐摩耗性を評価することができなかった。

（比較例５）
潤滑剤として化合物１に代えて、フラーレンＣ６０を用い、塗布溶媒としてバートレルＸＦに代えてイソプロピルアルコールとトルエンとの混合有機溶媒（質量比１：１）を用いた。それ以外は実施例１と同様に模擬ディスクの表面に潤滑剤塗膜を形成した。フラーレンＣ６０が模擬ディスク上で析出してしまったために、耐摩耗性を評価することができなかった。

（比較例６）
潤滑剤として化合物１に代えて、特許文献１（特開２００６−１３１８７４）に記載されている下記式（１６）で表されるカルボキシル基を有する化合物を用い、塗布溶媒としてバートレルＸＦに代えてイソプロピルアルコールとトルエンとの混合有機溶媒（質量比１：１）を用いた。それ以外は実施例１と同様に模擬ディスクの表面に潤滑剤塗膜を形成した。フラーレン化合物が模擬ディスク上で析出してしまったために、耐摩耗性を評価することができなかった。

（比較例７）
潤滑剤として化合物１に代えて、特許文献１（特開２００６−１３１８７４）に記載されている水酸化フラーレン（Ｃ６０−（ＯＨ）１０）を用い、塗布溶媒としてバートレルＸＦに代えてイソプロピルアルコールとトルエンとの混合有機溶媒（質量比１：１）を用いた。それ以外は実施例１と同様に模擬ディスクの表面に潤滑剤塗膜を形成した。水酸化フラーレンが模擬ディスク上で析出してしまったために、耐摩耗性を評価することができなかった。

この結果、実施例１〜１５は比較例１及び２に対し、摩擦係数上昇までの時間が長く、耐摩耗性の高いことが分かる。

（実施例１６）
３００ｍｇのパーフルオロエラストマー（ダイキン工業株式会社製ダイエルパーフロＧＡ−６５）を、フッ素系溶剤として５ｍＬのハイドロフルオロカーボン（旭硝子株式会社製アサヒクリンＡＣ−２０００）に膨潤・溶解させた。この混合物に、３ｍｇの化合物１を添加し、１日間撹拌した後、溶媒留去し、５０℃で１２時間真空乾燥を行った。そしてパーフルオロエラストマーに対して１質量％の化合物１を含むパーフルオロエラストマー組成物を得た。得られた組成物の５％質量減少温度を表２に示す。

（実施例１７〜２９）
フラーレン誘導体である化合物１及びその添加量を、表２に記載の化合物及び添加量に変えた。それ以外は、実施例１６と同様にパーフルオロエラストマー組成物を調製し、実施例１６と同様にして評価した。得られた組成物の５％質量減少温度を表２に示す。

（比較例８）
実施例１６で用いたパーフルオロエラストマーのみを実施例１６と同様にして評価した。結果を表２に示す。

（比較例９）
実施例１６で用いた化合物１の代わりに化合物６を用い、実施例１６と同様に操作を行った。乾燥後に得られたものは、パーフルオロエラストマーと化合物６とが分離しており、以後の評価を行わなかった。

この結果、実施例１６〜２９は比較例８に対し、５％質量減少温度が高く、本発明のフラーレン誘導体はフッ素樹脂の熱的耐性を改善する効果がある。

本発明のフラーレン誘導体は、潤滑剤に含有させることにより、該潤滑剤の耐摩耗性の向上に有効である。また、フッ素樹脂に含有させることにより、該フッ素樹脂の熱的耐性の改善に有効である。

Claims

分子中にフラーレン骨格と、
前記フラーレン骨格に対して２カ所で結合する炭素原子を介して、前記フラーレン骨格に接合する複数のパーフルオロポリエーテル鎖と、を有し、
下記一般式（１）で表される化合物である、フラーレン誘導体。
（式中、ＦＬＮはフラーレン骨格であり、Ａは−ＣＨ_２（ＣＦ_２）_ｗＯ−Ｒｆ−（ＣＦ_２）_ｗＣＨ_２ＯＨであり、Ｒｆはパーフルオロポリエーテル鎖であり、ｗは１であり、Ｒ^１は炭素数６〜２４のアリール基であり、ｍは０〜５の整数であり、ｎは２〜５の整数である。）
前記Ｒ^１が炭素数６〜１４のアリール基であることを特徴とする請求項１に記載のフラーレン誘導体。
前記フラーレン骨格がＣ６０であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のフラーレン誘導体。
前記パーフルオロエーテル鎖が、
−（ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、
−（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、
−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、
−（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、
および−（ＣＦ_２（ＣＦ_２）_３ＣＦ_２Ｏ）_ｘ−、
からなる群から選ばれる少なくとも一つの部分構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体。
（ただし、式中ｘは１〜５０の整数である。）
前記パーフルオロエーテル鎖が、
−（ＣＦ_２ＣＦ_２Ｏ）_ｙ（ＣＦ_２Ｏ）_ｚ−
で表される部分構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体。
（ただし、式中ｙおよびｚは、１〜５０の整数である。）
請求項１〜５のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体を含有するフッ素樹脂組成物。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のフラーレン誘導体を含有する潤滑剤。
フラーレン骨格を有しないパーフルオロポリエーテル化合物をさらに含有する請求項７に記載の潤滑剤。