JP6862254B2 - イオン液体、潤滑剤及び磁気記録媒体 - Google Patents

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Description

本発明は、イオン液体、該イオン液体を含有する潤滑剤、及びそれを用いた磁気記録媒体に関する。
従来、薄膜磁気記録媒体では、磁気ヘッドと媒体表面における摩擦や摩耗を減少させるために磁性層表面に潤滑剤が塗布される。実際の潤滑剤の膜厚は、スティクションのような接着を避けるため、分子レベルになる。それゆえ、薄膜磁気記録媒体において、最も重要なことは、あらゆる環境下においても、優れた耐摩耗性を有する潤滑剤の選択にあるといっても過言ではない。
磁気記録媒体のライフにおいて、脱離、スピンオフ、化学的な劣化などを生じさせずに、潤滑剤を媒体表面に存在させることは重要である。潤滑剤を媒体表面に存在させることは、薄膜磁気記録媒体の表面が平滑になるほど困難となる。これは、薄膜磁気記録媒体が塗布型磁気記録媒体のような潤滑剤の補充能力を有していないからである。
表面の余分な潤滑剤は、移動性の潤滑剤となり、消失した潤滑剤の補充機能を持たせることができる。しかし、接着に関連する問題が生じ、致命的な場合にはスティクションとなってドライブ不良の原因になるというジレンマがある。
また図1に示すように非特許文献1において、生産品のハードディスクドライブの面内記録密度の増加率はここ数年減少しているものの年率25%を達成しており、一つの目標である4Tb/inに届こうとしている。図2に示すようにその記録密度の増加に対するヘッドディスクインターフェイス間の距離は減少していることが分かるが、それに伴い常に信頼性を改善する必要性が存在する。そのことは、例えば次の非特許文献2〜非特許文献4に述べられている。
現在の記録密度は約1Tb/inで、スペーシングは約6nm、潤滑剤の厚みは0.8nmであり、将来的な4Tb/inの記録密度ではその潤滑剤の厚さも減少させなければならない。ところが、従来のPFPE潤滑剤では膜厚を減少させるためにはその分子量を小さくする必要があるが、そうすると熱安定性が劣化してしまう欠点がある。これらの信頼性の問題は、従来のパーフルオロポリエーテル(PFPE)系潤滑剤では、十分には解決されていないことがわかる。
特に、表面平滑性の高い薄膜磁気記録媒体では、これらのトレードオフを解消するために、新規潤滑剤が分子設計され、合成されている。また、PFPEの潤滑性に関する報告が数多く提出されている。このように、磁気記録媒体において、潤滑剤は、大変重要なものである。
表1に、代表的なPFPE系潤滑剤の化学構造を示す。
Figure 0006862254
表1中のZ−DOLは、一般に使用されている薄膜磁気記録媒体用の潤滑剤の一つである。また、Z−tetraol(ZTMD)は、機能性の水酸基をPFPEの主鎖にさらに導入したものであり、ヘッドメディアインターフェイスの隙間を減少させながらドライブの信頼性を高めるとの報告がある。A20Hは、PFPE主鎖のルイス酸やルイス塩基による分解を抑え、トライボロジー特性を改善するとの報告がある。一方、Monoは、高分子主鎖及び極性基が、上記のPFPEと異なり、それぞれポリノルマルプロピルオキシとアミンであり、ニアコンタクトにおける接着相互作用を減少させるとの報告がある。
しかし、融点が高く熱的に安定と考えられる一般的な固体潤滑剤では、非常に高感度である電磁変換プロセスを妨害し、また、ヘッドによって削られた摩耗粉が走行トラックに生じるために摩耗特性が悪くなる。前述のように液体潤滑剤では、ヘッドによる摩耗によって取り除かれた潤滑剤に対して隣の潤滑層から移動して補充するといった移動性がある。しかし、この移動性のために、特に高温では、ディスク稼働中にディスク表面からスピンオフして潤滑剤が減少し、その結果、防護機能が失われる。このため、粘度が高くまた低揮発性の潤滑剤が好適に用いられており、蒸発速度を抑え、ディスクドライブの寿命を延ばすことを可能としている。
ところで、ハードディスクの面記録密度の限界は、1−2.5Tb/inと言われている。現在、その限界に近付きつつあるが、磁性粒子の微細化を大前提として、大容量化技術への精力的な開発が続けられている。大容量化の技術として、実効フライングハイトの減少、Shingle Writeの導入(BMP)などがある。
また、次世代記録技術として、「熱アシスト磁気記録(Heat Assisted Magnetic Recording)」がある。図3に、熱アシスト磁気記録の概略を示す。この技術の課題としては、記録再生時にレーザーで記録部分を加熱するために、磁性層表面の潤滑剤の蒸発あるいは分解による耐久性の悪化が挙げられる。熱アシスト磁気記録は、短い時間ではあるが400℃以上とも言われる高温に晒される可能性があり、一般に使用されている薄膜磁気記録媒体用の潤滑剤パーフルオロポリエーテル、例えばZ−DOLやZ−TETRAOLでは、その熱的な安定性が懸念されている。
これらの潤滑機構から鑑みると、薄膜磁気記録媒体に用いられる低摩擦、低摩耗の潤滑剤への要求としては、以下のようになる。
(1)低揮発性であること。
(2)表面補充機能のために低表面張力であること。
(3)末端極性基とディスク表面への相互作用があること。
(4)使用期間での分解、減少がないように、熱的及び酸化安定性が高いこと。
(5)金属、ガラス、高分子に対して化学的に不活性で、ヘッドやガイドに対して摩耗粉を生じないこと。
(6)毒性、可燃性がないこと。
(7)境界潤滑特性に優れていること。
(8)有機溶媒、特にフッ素系溶媒に溶解すること。
近年、蓄電材料、分離技術、触媒技術などにおいて、イオン液体が、有機や無機材料合成のための環境にやさしい溶媒の一つとして、注目を集めている。イオン液体は、低融点の溶融塩という大きな範疇に入るが、一般的には、その中でも融点が100℃以下のものをいう。潤滑剤として使用するイオン液体の重要な特性として、揮発性が低いこと、可燃性がないこと、熱的に安定であること、溶解性能に優れていることがある。
例えば金属やセラミックス表面での摩擦及び摩耗が、あるイオン液体を用いることにより、従来の炭化水素系潤滑剤と比較して低減することがある。例えばフルオロアルキル基で置換したイミダゾールカチオンベースのイオン液体が合成され、アルキルイミダゾリウムのテトラフルオロホウ酸塩やヘキサフルオロリン酸塩が、鋼、アルミニウム、銅、単結晶SiO、シリコン、サイアロンセラミックス(Si−Al−O−N)に用いた場合、環状フォスファゼン(X−1P)やPFPEよりも優れたトライボロジー特性を示すとの報告がある。また、アンモニウムベースのイオン液体では、弾性流体から境界潤滑領域において、ベースオイルよりも摩擦を低下させる報告もある。また、イオン液体は、ベースオイルへの添加剤としての効果が調べられたり、化学的な及びトライボ化学的な反応が潤滑機構を理解するうえで研究されたりしているが、分子レベルでの潤滑特性が要求される磁気記録媒体としての応用例はほとんどない。
イオン液体の場合にはカチオンとアニオンとのコンビネーションは、イオン液体の物理的又は化学的な性質に非常に影響を与える。アニオン部分はバライアティに富むが、構造的に類似なカチオンでなければその関係性は明確にはならない(例えば、非特許文献5参照)。例えば、ハロゲンの水素結合力が強いほど(Cl>Br>I)液体の粘性は増加する。しかし、粘性を増加させる方法はこれだけではなく、例えば、イミダゾールのアルキル鎖を変化させることによっても可能である。同様に融点、表面張力、熱安定性についても影響を与えるが、その分子構造の影響は広範囲にわたっては研究されていない。つまりカチオンやアニオンのコンビネーションにより、これらの物理的又は化学的な性質を変化させることは可能であるが、非特許文献6に掲載されているように、予測することは難しい。
その中で広範囲の既知のカチオン及びアニオンの様々な組み合わせによって、現在、数千のイオン液体が文献や特許公報に記載されている。カチオンとしてはイミダゾリウム、ピロリジニウム、ピリジニウム、アンモニウム、ホスホニウム等が、またアニオンとしてはテトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、ビス(パーフルオロスルホニニル)イミド、パーフルオロスルホニウムを有するイオン液体が潤滑剤用途として最も一般に研究されている。アルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、及びヘキサフルオロホスフェートは、基油として有望な潤滑特性を示す。しかしながら、それらの構造にフッ素原子を有するイオン液体のいくつかは非常に反応性が高いため、鉄及び非鉄との接触時にトライボ腐食(tribocorrosion)のリスクがある。
ホウ素を有するテトラフルオロボレートアニオン[BF系のイオン液体は、種々の鉄及び非鉄系でのトライボロジー特性において良好な結果を与えることが示されている(非特許文献7参照)。また特許文献1においては、潤滑油組成にテトラフルオロボレートアニオン系イオン液体を添加することにより内燃機関の摩擦及び磨耗の低減をさせることが示されている。
またZhangらは、BF アニオンを有するイオン液体が、NTf2 、及びN(CN) アニオンを有するイオン液体よりも鋼鉄−鋼鉄及び鋼鉄−アルミニウム接触において良好なトライボロジー性能を有することを報告している(非特許文献8参照)。BF アニオンが優れたトライボロジー性能を有する理由は、ホウ素が界面において高圧及び高温下で極圧的に反応して潤滑性皮膜を形成して優れたトライボロジー特性を示すことである。
しかしながら、水分に対する[BF ]の反応性のため、[BF ]を含有するイオン液体はトライボロジー及び他の工業用途において望ましくないものとなっている。つまり、[BF ]は加水分解してフッ化水素を生じ得る。これが様々なトライボ化学反応によって腐食を引き起こし、ひいては機械システム中の基板に損傷が引き起こされるおそれがある。加えて、フッ素含有イオン液体は、周囲環境に毒性かつ腐食性のフッ化水素を放出し得る。それゆえ加水分解に対して安定性が高いフッ素を含まないホウ素をベースとするイオン液体を設計および合成する努力がなされている。したがって、疎水性でフッ素を含まないアニオンを含有する新規イオン液体の開発が非常に望まれている。
その中で、マンデラートボレートアニオン、サリチラートボレートアニオン、オキサラートボレートアニオン、マロナートボレートアニオン、スクシナートボレートアニオン、グルタラトボレートアニオンおよびアジパトボレートアニオンからなるボレート系アニオンを含むイオン液体が開発されている(非特許文献9、及び特許文献2参照)。この開発は、テトラアルキルホスホニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン、コリン等のカチオンとの組み合わせにより優れた潤滑特性を示すものである。
しかし、イオン液体が各種用途における潤滑剤として期待されているところ、この提案の技術のイオン液体よりも更に摩擦特性が優れるイオン液体が望まれている。
特表2012−518702号公報 特許第5920900号公報
Advances in Tribology Volume 2013, ArticleID 521086 C.M.Mate, Q. Dai, R. N. Payne, B. E. Knigge, and P. Baumgart, "Will the numbers add up for sub−7−nm magnetic spacings? Futuremetrology issues for disk drive lubricants, overcoats, and topographies," IEEE Transactions onMagnetics, vol. 41,no. 2, pp.626−631, 2005. B.Marchon and T. Olson, "Magnetic spacing trends: from LMR to PMR and beyond," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 45, no. 10, pp. 3608−3611, 2009. J. Gui, "Tribology challenges for head−disk interface toward 1Tb/in2," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 39, no. 2, pp. 716−721, 2003. Dzyuba, S. V.; Bartsch, R. A. ,"Influence of Structural Variations in 1−Alkyl(aralkyl)−3−Methylimidazolium Hexafluorophosphates and Bis(trifluoromethylsulfonyl)imides on Physical Properties of the Ionic Liquids,Chem. Phys. Phys. Chem. 2002, 3, 161−166 Anderson, J. L., Ding R., Ellern A., Armstrong D. W., "Structure and Properties of High Stability Geminal DicationicIonic Liquids", J.Am. Chem.Soc., 2005, 127, 593−604. Ye,C.,Liu,W.,Chen,Y.,Yu,L.:Room−temperature ionic liquids:a novel versatile lubricant.Chem. Commun.2244−2245(2001) Q.Zhang,Z.Li,J.Zhang,S.Zhang,L.Zhu,J.Yang,X.Zhang,Y.J.Deng.Physicochemical properties of nitrile−functionalized ionic liquids.J.Phys.Chem.B,2007,111,2864−2872 Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, vol.13, pp.12865
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、フッ素フリーであり、かつ摩擦特性に優れるイオン液体、及び前記イオン液体を用いた潤滑剤、並びに優れた実用特性を有する磁気記録媒体を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> イオン液体を含有し、
前記イオン液体が、下記一般式(A)で表され、フッ素原子を有しないカチオンと、下記一般式(X)で表され、フッ素原子を有しないアニオンとを有することを特徴とする潤滑剤である。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(A)中、Rは、炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基を含む基を表し、R、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、及び炭化水素基のいすれかを表す。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(X)中、Xは、下記一般式(Y−1)、下記一般式(Y−2)、及び下記一般式(Y−3)のいずれかを表す。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(Y−1)中、nは、0〜5の整数を表す。
ただし、前記一般式(Y−2)中、Arは、メタ位で*1及び*2の結合手を有し、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
ただし、前記一般式(Y−3)中、Rは、結合手、及びアルキレン基のいずれかを表し、Arは、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
<2> 前記一般式(A)において、R、R、及びRの1つが水素原子である前記<1>に記載の潤滑剤である。
<3> 前記一般式(X)が、下記構造式のいずれかである前記<1>から<2>のいずれかに記載の潤滑剤である。
Figure 0006862254
<4> 非磁性支持体と、前記非磁性支持体上に磁性層と、前記磁性層上に前記<1>から<3>のいずれかに記載の潤滑剤とを有することを特徴とする磁気記録媒体である。
<5> 下記一般式(A)で表され、フッ素原子を有しないカチオンと、下記一般式(X)で表され、フッ素原子を有しないアニオンとを有することを特徴とするイオン液体である。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(A)中、Rは、炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基を含む基を表し、R、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、及び炭化水素基のいすれかを表す。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(X)中、Xは、下記一般式(Y−1)、下記一般式(Y−2)、及び下記一般式(Y−3)のいずれかを表す。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(Y−1)中、nは、0〜5の整数を表す。
ただし、前記一般式(Y−2)中、Arは、メタ位で*1及び*2の結合手を有し、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
ただし、前記一般式(Y−3)中、Rは、結合手、及びアルキレン基のいずれかを表し、Arは、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
<6> 前記一般式(A)において、R、R、及びRの1つが水素原子である前記<5>に記載のイオン液体である。
<7> 前記一般式(X)が、下記構造式のいずれかである前記<5>から<6>のいずれかに記載のイオン液体である。
Figure 0006862254
本発明によれば、フッ素フリーであり、かつ摩擦特性に優れるイオン液体、及び前記イオン液体を用いた潤滑剤、並びに優れた実用特性を有する磁気記録媒体を提供することができる。
図1は、ハードディスクドライブの面内記録密度の推移と予測を表すグラフである。 図2は、ハードディスクの面内記録密度に対するヘッドメディアスペーシング(HMS)のロードマップである。 図3は、熱アシスト磁気記録を示す概略図である。 図4は、本発明の一実施の形態に係るハードディスクの一例を示す断面図である。 図5は、本発明の一実施の形態に係る磁気テープの一例を示す断面図である。 図6は、シリンダーオンディスク摩擦試験機の概略図である。 図7は、シリンダーオンディスク摩擦試験機を用いた摩擦試験結果である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
1. 潤滑剤及びイオン液体
2. 磁気記録媒体
3. 実施例
<1.潤滑剤及びイオン液体>
本発明の一実施形態として示す潤滑剤は、イオン液体を含有する。
本発明の一実施形態として示すイオン液体は、下記一般式(A)で表され、フッ素原子を有しないカチオンと、下記一般式(X)で表され、フッ素原子を有しないアニオンとを有する。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(A)中、Rは、炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基を含む基を表し、R、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、及び炭化水素基のいすれかを表す。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(X)中、Xは、下記一般式(Y−1)、下記一般式(Y−2)、及び下記一般式(Y−3)のいずれかを表す。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(Y−1)中、nは、0〜5の整数を表す。
ただし、前記一般式(Y−2)中、Arは、メタ位で*1及び*2の結合手を有し、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
ただし、前記一般式(Y−3)中、Rは、結合手、及びアルキレン基のいずれかを表し、Arは、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
前記イオン液体は、フッ素原子を有しない。更に、前記イオン液体は、ハロゲン原子を有しないことが好ましい。
前記ハロゲン原子には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子が含まれる。
<<カチオン>>
前記カチオンは、下記一般式(A)で表され、フッ素原子を有しない。
前記カチオンは、ハロゲン原子を有しないことが好ましい。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(A)中、Rは、炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基を含む基を表し、R、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、及び炭化水素基のいすれかを表す。
<<<R>>>
前記炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基を含む基としては、炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基が好ましい。
前記一般式(A)が、炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基を有することは、本発明のイオン液体が摩擦特性に優れる一因となる。
前記炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基の炭素数の上限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、原材料の調達の観点から、前記炭素数は、30以下が好ましく、25以下がより好ましく、20以下が特に好ましい。前記炭化水素基が長鎖であることにより、摩擦係数を低減し、潤滑特性を向上させることができる。
前記炭化水素基は直鎖状であればよく、飽和炭化水素基でも、一部に二重結合を有する不飽和炭化水素基、又は一部に分岐を有する不飽和分枝炭化水素基のいずれでもよい。これらの中でも、耐摩耗性の観点から飽和炭化水素基であるアルキル基であることが好ましい。また、一部にも分岐を有さない直鎖状の炭化水素基であることも好ましい。もちろん一部にも分岐を有する炭化水素基であってもよい。
<<<R、R、R>>>
、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、及び炭化水素基のいすれかを表す。
前記炭化水素基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、炭素数1〜20の炭化水素基が好ましく、炭素数6〜14の炭化水素基がより好ましい。
前記炭化水素基は、飽和炭化水素基でも、一部に二重結合を有する不飽和炭化水素基、又は一部に分岐を有する不飽和分枝炭化水素基のいずれでもよい。これらの中でも、アルキル基(飽和炭化水素基)であることが好ましい。また、一部にも分岐を有さない直鎖状の炭化水素基であることも好ましい。もちろん一部にも分岐を有する炭化水素基であってもよい。
前記一般式(A)においては、R、R、及びRの1つが水素原子であることが、摩耗特性が非常に優れる点で好ましい。
<<アニオン>>
前記アニオンは、下記一般式(X)で表され、フッ素原子を有しない。
前記アニオンは、ハロゲン原子を有しないことが好ましい。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(X)中、Xは、下記一般式(Y−1)、下記一般式(Y−2)、及び下記一般式(Y−3)のいずれかを表す。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(Y−1)中、nは、0〜5の整数を表す。
ただし、前記一般式(Y−2)中、Arは、メタ位で*1及び*2の結合手を有し、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
ただし、前記一般式(Y−3)中、Rは、結合手、及びアルキレン基のいずれかを表し、Arは、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
<<<Ar>>>
前記Arにおける置換基を有していてもよい芳香族基の置換基としては、フッ素原子以外であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、炭化水素基などが挙げられる。前記炭化水素基の炭素数としては、例えば、1〜4などが挙げられる。
前記Arにおける置換基を有していてもよい芳香族基の置換基の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、0〜5などが挙げられる。
前記Arにおける置換基を有していてもよい芳香族基の芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基などが挙げられる。
<<<R>>>
前記Rにおけるアルキレン基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましい。
<<<Ar>>>
前記Arにおける置換基を有していてもよい芳香族基の置換基としては、フッ素原子以外であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、炭化水素基などが挙げられる。前記炭化水素基の炭素数としては、例えば、1〜4などが挙げられる。
前記Arにおける置換基を有していてもよい芳香族基の置換基の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、0〜5などが挙げられる。
前記Arにおける置換基を有していてもよい芳香族基の芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基などが挙げられる。
前記一般式(X)としては、例えば、下記構造式が挙げられる。
Figure 0006862254
前記イオン液体としては、下記一般式(1)で表されるイオン液体、下記一般式(2)で表されるイオン液体が好ましい。
Figure 0006862254
ただし、前記一般式(1)及び一般式(2)中、Rは、炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基を含む基を表し、R、R、及びRは、それぞれ独立して、水素原子、及び炭化水素基のいすれかを表す。
本発明のイオン液体は、常温(25℃)で液体であることが好ましい。
前記イオン液体の融点は、25℃以下であることが好ましく、10℃以下であることがより好ましい。前記イオン液体の融点の下限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記イオン液体の融点は、−100℃以上が好ましい。
前記融点は、例えば、示差走査熱量測定により求めることができる。
前記イオン液体が常温以下の融点であることで、常温において流動性があるイオン液体となる。
前記イオン液体の合成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、以下の実施例に記載の方法を参考にすることで、種々の前記イオン液体を合成することができる。
本実施の形態における潤滑剤は、前述のイオン液体を単独で使用してもよいが、従来公知の潤滑剤と組み合わせて用いてもよい。例えば、長鎖カルボン酸、長鎖カルボン酸エステル、パーフルオロアルキルカルボン酸エステル、カルボン酸パーフルオロアルキルエステル、パーフルオロアルキルカルボン酸パーフルオロアルキルエステル、パーフルオロポリエーテル誘導体などと組み合わせて使用することが可能である。
また、厳しい条件で潤滑効果を持続させるために、質量比30:70〜70:30程度の配合比で極圧剤を併用してもよい。前記極圧剤は、境界潤滑領域において部分的に金属接触が生じたときに、これに伴う摩擦熱によって金属面と反応し、反応生成物皮膜を形成することにより、摩擦・摩耗防止作用を行うものである。前記極圧剤としては、例えば、リン系極圧剤、イオウ系極圧剤、ハロゲン系極圧剤、有機金属系極圧剤、複合型極圧剤などのいずれも使用できる。
また、必要に応じて防錆剤を併用してもよい。前記防錆剤としては、通常この種の磁気記録媒体の防錆剤として使用可能であるものであればよく、例えば、フェノール類、ナフトール類、キノン類、窒素原子を含む複素環化合物、酸素原子を含む複素環化合物、硫黄原子を含む複素環化合物などが挙げられる。また、前記防錆剤は、潤滑剤として混合して用いてもよいが、非磁性支持体上に磁性層を形成し、その上部に防錆剤層を塗布した後、潤滑剤層を塗布するというように、2層以上に分けて被着してもよい。
また、前記潤滑剤の溶媒としては、例えば、イソプロピルアルコール(IPA)、エタノール等のアルコール系溶媒などから単独又は組み合わせて使用することができる。例えば、ノルマルヘキサンのような炭化水素系溶媒やフッ素系溶媒を混合しても使用することができる。
前記溶媒としては、フッ素系溶媒が好ましい。前記フッ素系溶媒としては、例えば、
ハイドロフルオロエーテル〔例えば、COCH、COCH、COC、CCF(OCH)C、CF(CHF)CFCF〕などが挙げられるが、それにIPAやエタノールあるいはメタノール等のアルコールを混合して用いても良い。
前記フッ素系溶媒は、市販品であってもよい。前記市販品としては、例えば、3M社製のNovecTM 7000、7100、7200、7300、71IPA、三井・デュポン フロロケミカル株式会社製のVertrel XF、X−P10などが挙げられる。
<2.磁気記録媒体>
次に、前述の潤滑剤を用いた磁気記録媒体について説明する。本発明の一実施形態として示す磁気記録媒体は、非磁性支持体上に少なくとも磁性層を有してなり、前記磁性層に前述の潤滑剤を保有してなるものである。
本実施の形態における潤滑剤は、磁性層が非磁性支持体表面に蒸着やスパッタリング等の手法により形成された、所謂、金属薄膜型の磁気記録媒体に適用することが可能である。また、非磁性支持体と磁性層との間に下地層を介した構成の磁気記録媒体にも適用することもできる。このような磁気記録媒体としては、磁気ディスク、磁気テープなどを挙げることができる。
図4は、ハードディスクの一例を示す断面図である。このハードディスクは、基板11と、下地層12と、磁性層13と、カーボン保護層14と、潤滑剤層15とが順次積層された構造を有する。
また、図5は、磁気テープの一例を示す断面図である。この磁気テープは、バックコート層25と、基板21と、磁性層22と、カーボン保護層23と、潤滑剤層24とが順次積層された構造を有する。
図4に示す磁気ディスクにおいて、非磁性支持体は、基板11、下地層12が該当し、図5に示す磁気テープにおいて、非磁性支持体は、基板21が該当する。非磁性支持体として、Al合金板やガラス板等の剛性を有する基板を使用した場合、基板表面にアルマイト処理等の酸化皮膜やNi−P皮膜等を形成して、その表面を硬くしてもよい。
磁性層13、22は、メッキ、スパッタリング、真空蒸着、プラズマCVD等の手法により、連続膜として形成される。磁性層13、22としては、Fe、Co、Ni等の金属や、Co−Ni系合金、Co−Pt系合金、Co−Ni−Pt系合金、Fe−Co系合金、Fe−Ni系合金、Fe−Co−Ni系合金、Fe−Ni−B系合金、Fe−Co−B系合金、Fe−Co−Ni−B系合金等からなる面内磁化記録金属磁性膜や、Co−Cr系合金薄膜、Co−O系薄膜等の垂直磁化記録金属磁性薄膜が例示される。
特に、面内磁化記録金属磁性薄膜を形成する場合、予め非磁性支持体上にBi、Sb、Pb、Sn、Ga、In、Ge、Si、Tl等の非磁性材料を、下地層12として形成しておき、金属磁性材料を垂直方向から蒸着あるいはスパッタし、磁性金属薄膜中にこれら非磁性材料を拡散せしめ、配向性を解消して面内等方性を確保するとともに、抗磁力を向上するようにしてもよい。
また、磁性層13、22の表面に、カーボン膜、ダイヤモンド状カーボン膜、酸化クロム膜、SiO膜等の硬質な保護層14、23を形成してもよい。
このような金属薄膜型の磁気記録媒体に前述の潤滑剤を保有させる方法としては、図4及び図5に示すように、磁性層13、22の表面や、保護層14、23の表面にトップコートする方法が挙げられる。潤滑剤の塗布量としては、0.1mg/m〜100mg/mであることが好ましく、0.5mg/m〜30mg/mであることがより好ましく、0.5mg/m〜20mg/mであることが特に好ましい。
また、図5に示すように、金属薄膜型の磁気テープは、磁性層22である金属磁性薄膜の他に、バックコート層25が必要に応じて形成されていてもよい。
バックコート層25は、樹脂結合剤に導電性を付与するためのカーボン系微粉末や表面粗度をコントロールするための無機顔料を添加し塗布形成されるものである。本実施の形態においては、前述の潤滑剤を、バックコート層25に内添又はトップコートにより含有させてもよい。また、前述の潤滑剤を、磁性層22とバックコート層25のいずれにも内添、トップコートにより含有させてもよい。
また、他の実施の形態として、磁性塗料を非磁性支持体表面に塗布することにより磁性塗膜が磁性層として形成される、所謂、塗布型の磁気記録媒体にも潤滑剤の適用が可能である。塗布型の磁気記録媒体において、非磁性支持体や磁性塗膜を構成する磁性粉末、樹脂結合剤などは、従来公知のものがいずれも使用可能である。
例えば、前記非磁性支持体としては、例えば、ポリエステル類、ポリオレフィン類、セルロース誘導体、ビニル系樹脂、ポリイミド類、ポリアミド類、ポリカーボネート等に代表されるような高分子材料により形成される高分子支持体や、アルミニウム合金、チタン合金等からなる金属基板、アルミナガラス等からなるセラミックス基板、ガラス基板などが例示される。また、その形状も何ら限定されるものではなく、テープ状、シート状、ドラム状等、如何なる形態であってもよい。さらに、この非磁性支持体には、その表面性をコントロールするために、微細な凹凸が形成されるような表面処理が施されたものであってもよい。
前記磁性粉末としては、γ−Fe、コバルト被着γ−Fe等の強磁性酸化鉄系粒子、強磁性二酸化クロム系粒子、Fe、Co、Ni等の金属や、これらを含んだ合金からなる強磁性金属系粒子、六角板状の六方晶系フェライト微粒子等が例示される。
前記樹脂結合剤としては、塩化ビニル、酢酸ビニル、ビニルアルコール、塩化ビニリデン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレン、ブタジエン、アクリロニトリル等の重合体、あるいはこれら二種以上を組み合わせた共重合体、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が例示される。これら結合剤には、磁性粉末の分散性を改善するために、カルボン酸基やカルボキシル基、リン酸基等の親水性極性基が導入されてもよい。
前記磁性塗膜には、前記の磁性粉末、樹脂結合剤の他、添加剤として分散剤、研磨剤、帯電防止剤、防錆剤等が加えられてもよい。
このような塗布型の磁気記録媒体に前述の潤滑剤を保有させる方法としては、前記非磁性支持体上に形成される前記磁性塗膜を構成する前記磁性層中に内添する方法、前記磁性層の表面にトップコートする方法、若しくはこれら両者の併用等がある。また、前記潤滑剤を前記磁性塗膜中に内添する場合には、前記樹脂結合剤100質量部に対して0.2質量部〜20質量部の範囲で添加される。
また、前記潤滑剤を前記磁性層の表面にトップコートする場合には、その塗布量は0.1mg/m〜100mg/mであることが好ましく、0.5mg/m〜20mg/mであることがより好ましい。なお、前記潤滑剤をトップコートする場合の被着方法としては、イオン液体を溶媒に溶解し、得られた溶液を塗布若しくは噴霧するか、又はこの溶液中に磁気記録媒体を浸漬すればよい。
本実施の形態における潤滑剤を適用した磁気記録媒体は、潤滑作用により、優れた走行性、耐摩耗性、耐久性等を発揮し、さらに、熱的安定性を向上させることができる。
本発明のイオン液体の用途は、上記に限定されず、例えば、各種潤滑油(例えば、機械用潤滑油、自動車用潤滑油)の添加剤として用いてもよいし、それ自体で各種の潤滑油として用いることもできる。
<3.実施例>
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。本実施例では、イオン液体を合成し、イオン液体を含有する潤滑剤を作製した。その潤滑剤のn−ヘキサンとエタノールの混合溶媒に溶解させ、磁気ディスク及び磁気テープの表面に塗布して、それぞれディスク耐久性及びテープ耐久性について評価した。磁気ディスクの製造、ディスク耐久性試験、磁気テープの製造、及びテープ耐久性試験は、次のように行った。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
<磁気ディスクの製造>
例えば、国際公開第2005/068589号公報に従って、ガラス基板上に磁性薄膜を形成し、図4に示すような磁気ディスクを作製した。具体的には、アルミシリケートガラスからなる外径65mm、内径20mm、ディスク厚0.635mmの化学強化ガラスディスクを準備し、その表面をRmaxが4.8nm、Raが0.43nmになるように研磨した。ガラス基板を純水及び純度99.9%以上のイソプロピルアルコール(IPA)中で、それぞれ5分間超音波洗浄を行い、IPA飽和蒸気内に1.5分間放置後、乾燥させ、これを基板11とした。
この基板11上に、DCマグネトロンスパッタリング法によりシード層としてNiAl合金(Ni:50モル%、Al:50モル%)薄膜を30nm、下地層12としてCrMo合金(Cr:80モル%、Mo:20モル%)薄膜を8nm、磁性層13としてCoCrPtB合金(Co:62モル%、Cr:20モル%、Pt:12モル%、B:6モル%)薄膜を15nmとなるように順次形成した。
次に、プラズマCVD法によりアモルファスのダイヤモンドライクカーボンからなるカーボン保護層14を5nm製膜し、そのディスクサンプルを洗浄器内に純度99.9%以上のイソプロピルアルコール(IPA)中で10分間超音波洗浄を行い、ディスク表面上の不純物を取り除いた後に乾燥させた。その後、25℃50%相対湿度(RH)の環境においてディスク表面にイオン液体のn−ヘキサンとエタノールの混合溶媒を用いてディップコート法により塗布することで、潤滑剤層15を約1nm形成した。
<熱安定性測定>
TG/DTA測定では、セイコーインスツルメント社製EXSTAR6000を使用し、200ml/minの流量で空気中を導入しながら、10℃/minの昇温速度で30℃−600℃の温度範囲で測定を行った。
<ディスク耐久性試験>
市販のひずみゲージ式ディスク摩擦・摩耗試験機を用いて、ハードディスクを14.7Ncmの締め付けトルクで回転スピンドルに装着後、ヘッドスライダーのハードディスクに対して内周側のエアベアリング面の中心が、ハードディスクの中心より17.5mmになるようにヘッドスライダーをハードディスク上に取り付けCSS耐久試験を行った。本測定に用いたヘッドは、IBM3370タイプのインライン型ヘッドであり、スライダーの材質はAl−TiC、ヘッド荷重は63.7mNである。本試験は、クリーン清浄度100、25℃60%RHの環境下で、CSS(Contact、Start、Stop)毎に摩擦力の最大値をモニターした。摩擦係数が1.0を超えた回数をCSS耐久試験の結果とした。CSS耐久試験の結果において、50,000回を超える場合には「>50,000」と表示した。また、耐熱性を調べるために、300℃の温度で3分間加熱試験を行った後のCSS耐久性試験を同様に行った。
<磁気テープの製造>
図5に示すような断面構造の磁気テープを作製した。先ず、5μm厚の東レ製ミクトロン(芳香族ポリアミド)フィルムからなる基板21に、斜め蒸着法によりCoを被着させ、膜厚100nmの強磁性金属薄膜からなる磁性層22を形成した。次に、この強磁性金属薄膜表面にプラズマCVD法により10nmのダイヤモンドライクカーボンからなるカーボン保護層23を形成させた後、6ミリ幅に裁断した。このカーボン保護層23上にIPAに溶解したイオン液体を、膜厚が1nm程度となるように塗布して潤滑剤層24を形成し、サンプルテープを作製した。
<テープ耐久性試験>
各サンプルテープについて、温度−5℃環境下、温度40℃30%RH環境下のスチル耐久性、並びに、温度−5℃環境下、温度40℃90%RH環境下の摩擦係数及びシャトル耐久性について測定を行った。スチル耐久性は、ポーズ状態での出力が−3dB低下するまでの減衰時間を評価した。シャトル耐久性は、1回につき2分間の繰り返しシャトル走行を行い、出力が3dB低下するまでのシャトル回数で評価した。また、耐熱性を調べるために、100℃の温度で10分間加熱試験を行った後の耐久性試験も同様に行った。
ここで、本明細書においてのFTIRの測定は、日本分光社製FT/IR−460を使用し、KBrプレート法あるいはKBr錠剤法を用いて透過法で測定を行った。そのときの分解能は1cm−1である。
H−NMR及び13C−NMRスペクトルは、Varian MercuryPlus300核磁気共鳴装置(バリアン社製)で測定した。H−NMRの化学シフトは、内部標準(0ppmにおけるTMSあるいは重水素化溶媒ピーク)との比較としてppmで表した。分裂パターンは、一重項をs、二重項をd、三重項をt、四重項をq、五重項をquint、多重項をm、ブロードピークをbrとして示した。
(実施例1A)
<トリドデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートの合成>
トリドデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートの合成は、以下のスキームにしたがって行った。
Figure 0006862254
Figure 0006862254
トリドデシルアミン49.96gに濃塩酸11.0gのアルコール溶液を加えた。溶媒を除去後にジクロルメタンに溶解させ、純水で洗浄液が中性になるまで十分に洗浄を行った。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後ろ過した。有機層のジクロルメタンを除去後、n−ヘキサンとエタノールの混合溶媒から再結晶を行い、トリドデシルアンモニウムクロリドの無色結晶47.6g得た。収率89.0%。
エタノール水溶液にトリドデシルアンモニウムクロリド15.04gを溶解させ、リチウムビス(オキサラート)ボレート5.25gの水溶液を加え、1時間加熱還流を行った。冷却後溶媒を除去して、ジクロルメタンで反応物を抽出した。有機層を水で十分に洗浄を行い、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を除去して無色液体のトリドデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレート16.26gを得た。収率85.1%。
生成物のFTIR吸収ピークを以下に示す。
988cm−1、 1096cm−1、 1274cm−1、 1468cm−1、 1639cm−1、 1805cm−1、 2854cm−1、 2923cm−1に吸収ピークが見られた。
得られた化合物のCDCl中でのプロトン(H)NMR及びカーボン(13C)NMRのピークについて、以下に示す。
H−NMR(CDCl,δppm);0.848(t/J=6.8Hz,9H), 1.180−1.340(m,54H), 1.630−1.720(m,6H), 2.963‐3.004(m,6H)
13C−NMR(CDCl,δppm);14.080, 22.647, 23.270, 26.739, 29.048, 29.297, 29.374, 29.450, 29.565, 31.865, 52.420, 159.134
これらのスペクトルから、生成物がトリドデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートであることが同定された。
(実施例2A)
<トリドデシルアンモニウムビス(マンデラート)ボレートの合成>
トリドデシルアンモニウムビス(マンデラート)ボレートの合成は、以下のスキームにしたがって行った。
Figure 0006862254
まず、炭酸リチウム0.370gとホウ酸0.622gを水に溶解させ、その中へマンデリン酸3.052gを30分かけて攪拌させながら加えた。添加終了後に反応温度を60℃にして2時間反応させた。常温に戻して実施例1Aで合成したトリドデシルアンモニウムクロリド5.585gのエタノール水溶液を加え、1晩反応させた。反応終了後にジクロルメタンで抽出後、有機層を純水で十分に洗浄を行った。溶媒を除去後100℃で真空乾燥を20時間行い、7.65gの無色蝋状のトリドデシルアンモニウムビス(マンデラート)ボレートを収率96.9%で得た。なお、トリドデシルアンモニウムビス(マンデラート)ボレートは、50.0℃と79.1℃に複数の吸熱ピークを有し、79.1℃では液体であった。
生成物のFTIRの吸収ピークを以下に示す。
931cm−1、 1105cm−1、 1259cm−1、 1469cm−1、 1738cm−1、 2853cm−1、 2922cm−1、 3032cm−1に吸収ピークが見られた。
得られた化合物のCDCl中でのプロトン(H)NMR及びカーボン(13C)NMRのピークについて、以下に示す。
H−NMR(CDCl,δppm);0.858(t/J=6.8Hz,9H), 1.140−1.310(m,54H), 1.430−1.520(m,6H), 2.778‐2.820(m,6H), 5.310(s,1H), 5.397(d/J=3.6Hz,1H),7.200−7.259(m,2H)7.260−7.351(m,4H)7.574−7.632(m,4H)
13C−NMR(CDCl,δppm);14.099, 22.656, 23.193, 26.489, 28.943, 29.307, 29.422, 29.575, 31.875, 52.526, 126,054, 126.284, 127.520, 127.597, 127.702, 128.162, 128.287, 139.278, 139.374, 178.999, 179.152
これらのスペクトルから、生成物がトリドデシルアンモニウムビス(マンデラート)ボレートであることが同定された。
(実施例3A)
<トリヘキシルテトラデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートの合成>
トリヘキシルテトラデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートについては、下記スキームによって合成した。
Figure 0006862254
Figure 0006862254
トリヘキシルアミン14.84gとテトラデシルブロミド15.29gとをフラスコに加え、180℃で4時間反応させた。反応終了後冷却して酢酸エチルを加え、可溶部分をデカントにより除去した。この手法を3回行って未反応物を除去した。黄みを帯びた液体トリヘキシルテトラデシルアンモニウム28.5gを得た。収率94.5%。
トリヘキシルテトラデシルアンモニウム8.70gをエタノール水溶液に溶解させ、リチウムビス(オキサラート)ボレート3.40gの水溶液を加えた。加熱還流を1時間行った後に冷却した。反応終了後にエタノールを除去し、反応生成物をジクロルメタンで抽出した。ジクロルメタン溶液を純水で硝酸銀試験がマイナスになるまで十分に洗浄を行った。無水硫酸ナトリウムで乾燥後に溶媒除去を行い、トリヘキシルテトラデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレート9.10gを得た。収率87.5%。
生成物のFTIR吸収ピークを以下に示す。
988cm−1、 1096cm−1、 1202cm−1、 1275cm−1、 1467cm−1、 1779cm−1、 1804cm−1、 2857cm−1、 2927cm、 2957cm−1に吸収ピークが見られた。
得られた化合物のCDOD中でのプロトン(H)NMR及びカーボン(13C)NMRのピークについて、以下に示す。
H−NMR(CDOD,δppm);0.818−0.875(m,12H), 1.180−1.390(m,40H), 1.550−1.690(m,8H), 3.172−3.214(m,8H)
13C−NMR(CDOD,δppm);13.764, 14.061, 21.918, 22.283, 22.618, 25.895, 26.221, 28.971, 29.240, 29.278, 29.364, 29.518, 29.565, 29.594, 30.051, 31.846, 58.994, 158.808
これらのスペクトルから、生成物がトリヘキシルテトラデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートであることが同定された。
(比較例1A)
<トリヘキシルテトラデシルホスフォニウムビス(オキサラート)ボレートの合成>
比較のために、トリヘキシルテトラデシルホスフォニウムビス(オキサラート)ボレートの合成を、下記の合成スキームで、非特許文献(Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 12865−12873)に従って行った。
Figure 0006862254
(比較例2A)
<トリヘキシルテトラデシルホスフォニウムビス(マンデラート)ボレートの合成>
比較のために、トリヘキシルテトラデシルホスフォニウムビス(マンデラート)ボレートの合成を、下記の合成スキームで、同様に非特許文献(Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 12865−12873)に従って行った。
Figure 0006862254
(比較例3A)
<トリドデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドの合成>
比較のために、トリドデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドの合成を、下記の合成スキームで行った。
Figure 0006862254
実施例1Aで合成したトリドデシルアンモニウムクロリド8.15gをエタノール水溶液に溶解させビス(トリフルオロスルホニル)イミドリチウム塩4.25gの水溶液を加えた。反応溶液を1時間加熱還流後に冷却した。溶媒を除去後にジクロルメタンで抽出し、有機層を水で硝酸銀試験が陰性になるまで十分に洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥後に溶媒を除去してトリドデシルアンモニウムビス(ノナフルオロブタンスルホニル)イミド11.00gを得た。収率93.9%。
生成物のFTIR吸収ピークを以下に示す。
1059cm−1、 1136cm−1、 1189cm−1、 1351cm−1、 1469cm−1、 2853cm−1、 2921cm−1、 3156cm−1に吸収ピークが見られた。
得られた化合物のCDCl中でのプロトン(H)NMR及びカーボン(13C)NMRのピークについて、以下に示す。
H−NMR(CDCl,δppm);0.856(t/J=6.8Hz,9H), 1.190−1.360(m,54H), 1.590−1.690(m,6H), 3.003‐3.046(m,6H)
13C−NMR(CDCl,δppm);14.080, 22.656, 23.250, 26.441, 28.933, 29.259, 29.288, 29.393, 29.527, 29.556, 31.865, 53.072, 119.620(q/J=319Hz)
これらのスペクトルから、生成物がトリドデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドであることが同定された。
上記実施例及び比較例で合成したイオン液体を以下にまとめた。
Figure 0006862254
(実施例1B)
<ディスク耐久性試験>
実施例1Aの潤滑剤であるトリドデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートを塗布して、磁気ディスクを作製した。ディスク耐久性試験結果を表2に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例2B)
<ディスク耐久性試験>
実施例2Aの潤滑剤であるトリドデシルアンモニウムビス(マンデラート)ボレートを塗布して、磁気ディスクを作製した。ディスク耐久性試験結果を表2に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。
(実施例3B)
<ディスク耐久性試験>
トリヘキシルテトラデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートを含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表2に示すように、磁気ディスクのCSS測定は41,000回で実施例1Aと比較して低く、また加熱試験後のCSS測定は38,000回であり、加熱試験により耐久性が低下した。長鎖のアルキル鎖を含むアンモニウムビス(オキサラート)ボレート塩でありながら、実施例1Aに示す3級アンモニウムの塩と比較すると耐久性が低い。
(比較例1B)
<ディスク耐久性試験>
トリヘキシルテトラデシルホスフォニウムビス(オキサラート)ボレートを含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表2に示すように、磁気ディスクのCSS測定は30,000回で実施例と比較して悪く、また加熱試験後のCSS測定は25,000回であり、加熱試験により耐久性が悪化した。長鎖のアルキル鎖を含むホスホニウムビス(オキサラート)ボレート塩では、実施例に示すアンモニウムのボレート塩と比較すると耐久性が悪い。
(比較例2B)
<ディスク耐久性試験>
トリヘキシルテトラデシルホスフォニウムビス(マンデラート)ボレートを含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表2に示すように、磁気ディスクのCSS測定は27,000回で実施例と比較して悪く、また加熱試験後のCSS測定は24,000回であり、加熱試験により耐久性が悪化した。長鎖のアルキル鎖を含むホスホニウムビス(マンデラート)ボレート塩では、実施例に示すアンモニウムのボレート塩と比較すると耐久性が悪い。また比較例1Bで示す同じホスホニウム塩であるオキサラートボレートよりも耐久性は劣化した。
(比較例3B)
<ディスク耐久性試験>
トリドデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。ディスク耐久性試験結果を表2に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超え、加熱試験後のCSS測定も50,000回を超え、優れた耐久性を示した。ただし、トリドデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドは、フッ素原子を含有する。
(比較例4B)
<ディスク耐久性試験>
Z−DOLを含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表2に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超えたものの、加熱試験後のCSS測定は12,000回であり、加熱試験により耐久性が悪化した。
(比較例5B)
<ディスク耐久性試験>
Z−TETRAOLを含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気ディスクを作製した。表2に示すように、磁気ディスクのCSS測定は、50,000回を超えたものの、加熱試験後のCSS測定は36,000回であり、加熱試験により耐久性が悪化した。
実施例1B〜実施例3B、及び比較例1B〜比較例5Bの結果を、表2にまとめた。
長鎖のアルキル基を含む三級アンモニウムをカチオンとしてマンデラートボレートあるいはオキサラトートボレートアニオンとするイオン液体を磁気ディスクの潤滑剤として用いた場合に優れたCSS特性を示し、それは加熱後でも特性は劣化しない(実施例1B、実施例2B)。同じマンデラートボレートあるいはオキサラトートボレートアニオンとするイオン液体であるホスホニウム塩と比較して優れたCSS特性を示す。
またオキサラトートボレートアニオンを持つアンモニウム塩においてもアプロティックな4級アンモニウム塩であるイオン液体(実施例3B)と比較しても、実施例1B、実施例2Bの3級アンモニウム塩では耐久性が良い。
また、実施例1B〜実施例3Bのイオン液体は、耐久性に優れるビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアニオンのイオン液体(比較例3B)と比較しても、耐久性は、同等又はわずかに劣る程度である。ただし、比較例3Aのイオン液体は、フッ素原子を含有する。
つまり、イオン液体で、長鎖のアルキル鎖持つアンモニウムのボレート塩とすることにより、優れたCSS耐久性を持つことを見出した。
Figure 0006862254
<磁気テープ耐久性試験結果>
次に磁気テープ用の潤滑剤として使用した場合に耐久性を調べた結果を示す。
(実施例1C〜実施例3C、及び比較例1C〜5C)
実施例1A〜実施例3Aのイオン液体、比較例1A〜比較例3Aのイオン液体、Z−DOL、及びZ−Tetraolをそれぞれ含有する潤滑剤を用いて、前述の磁気テープを作製した後に、以下の測定を行った。
・100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数
温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度90%環境下
・スチル耐久試験
温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度30%環境下
・シャトル耐久試験
温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度90%環境下
・加熱試験後の100回のシャトル走行後の磁気テープの摩擦係数
温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度90%環境下
・加熱試験後のスチル耐久試験
温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度30%環境下
・加熱試験後のシャトル耐久試験
温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度90%環境下
実施例1C〜3C、及び比較例1C〜5Cの結果を、表3−1及び表3−2にまとめる。
Figure 0006862254
Figure 0006862254
表中、スチル耐久性の「>60」は、60分超であることを表す。
表中、シャトル耐久性の「>200」は、200回超であることを表す。
以下のことが確認できた。
実施例1A〜実施例2Aのそれぞれのイオン液体を含有する潤滑剤を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。
実施例3Aのイオン液体を含有する潤滑剤を塗布した磁気テープは、実施例1A、又は実施例2Aのイオン液体を用いた場合と比較して摩擦係数が若干高い。
比較例1Aのイオン液体を含有する潤滑剤を塗布した磁気テープは、実施例1A〜実施例3Aのイオン液体を用いた場合と比較して摩擦係数が高く、また温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度30%環境下の加熱前後でのスチル耐久性は、実施例1A〜実施例3Aのイオン液体を用いた場合と比較すると劣化した。また温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度90%環境下における加熱前後でのシャトル耐久性は、実施例1A〜実施例3Aのイオン液体を用いた場合と比較すると特性は悪くなった。
比較例2Aのイオン液体を含有する潤滑剤を塗布した磁気テープも、実施例1A〜実施例3Aのイオン液体を用いた場合と比較して摩擦係数が高く、また温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度30%環境下の加熱前後でのスチル耐久性も、実施例1A〜実施例3Aのイオン液体を用いた場合と比較すると劣化した。また温度−5℃の環境下、又は温度40℃、相対湿度90%環境下における加熱前後でのシャトル耐久性も、実施例1A〜実施例3Aのイオン液体を用いた場合と比較すると特性は悪くなった。
比較例3Aのイオン液体を含有する潤滑剤を塗布した磁気テープは、優れた摩擦特性、スチル耐久性、及びシャトル耐久性を有することが分かった。ただし、比較例3Aのイオン液体は、フッ素原子を含有する。
Z−DOLを塗布した磁気テープは、スチル耐久性、及びシャトル耐久性の劣化が大きいことが分かった(比較例4C)。
Z−Tetraolを塗布した磁気テープは、スチル耐久性、及びシャトル耐久性の劣化が大きいことが分かった(比較例5C)。
表3−1から、本発明のイオン液体は、優れた摩擦特性を有することが分かった。
また、表3−1から、本発明のイオン液体のうち、プロティックなイオン液体は、磁気テープにおける優れた耐久性が得られることが分かった。
(実施例1D)
<シリンダーオンディスクによる摩擦試験結果>
Optimol社製シリンダーオンディスク摩擦試験機SRV4を用いて、摩擦試験を行った。図6に試験機の概略図を示す。
以下に記載の条件で摩擦試験を行った。つまり、80℃の温度環境で、25mmφ(材質100Cr6)のディスク上に実施例1Aで合成したイオン液体潤滑剤3gを塗布し、15mmφ、長さ22mmのシリンダー(材質100Cr6)に400Nの荷重をかけ(最大圧力は0.3GPa)、移動距離1.0mmを周波数50Hzで60分間走行させたときの摩擦を測定した。その摩擦の変化を図7に示す。60分後の摩擦係数は0.041であった。
〔測定条件〕
・周波数:50Hz
・運動幅:1.0mm
・潤滑剤:3ml
・荷重:400N
・最大圧力:0.3GPa
・温度:80℃
・時間:60min
(実施例2D)
<シリンダーオンディスクによる摩擦試験結果>
実施例1Dと同様に、ディスク上に実施例2Aで合成したイオン液体潤滑剤3gを塗布して摩擦試験を行った。その摩擦の変化を図7に示す。60分後の摩擦係数は0.059であった。
(実施例3D)
<シリンダーオンディスクによる摩擦試験結果>
実施例1Dと同様に、ディスク上に実施例3Aで合成したイオン液体潤滑剤3gを塗布して摩擦試験を行った。60分後の摩擦係数は0.098であった。
(比較例1D)
<シリンダーオンディスクによる摩擦試験結果>
実施例1Dと同様に、ディスク上に比較例1Aで合成したイオン液体潤滑剤3gを塗布して摩擦試験を行った。その摩擦の変化を図7に示す。60分後の摩擦係数は0.105であった。
(比較例2D)
<シリンダーオンディスクによる摩擦試験結果>
実施例1Dと同様に、ディスク上に比較例2Aで合成したイオン液体潤滑剤3gを塗布して摩擦試験を行った。その摩擦の変化を図7に示す。60分後の摩擦係数は0.140であった。
(比較例3D)
<シリンダーオンディスクによる摩擦試験結果>
実施例1Dと同様に、ディスク上に比較例3Aで合成したイオン液体潤滑剤3gを塗布して摩擦試験を行った。60分後の摩擦係数は0.125であった。
60分後の摩擦係数を下記表4に示す。
Figure 0006862254
表4の結果から、本発明のイオン液体は、シリンダーオンディスク摩擦試験で優れた摩擦特性を示した。
つまり、比較例1A及び比較例2Aの同じオキサラトートボレートあるいはマンデラートボレートアニオンとするイオン液体で共役酸としてホスホニウム塩を持つイオン液体は60分後の摩擦係数がそれぞれ0.105と0.140であるのに対して、実施例1A及び実施例2Aの3級アンモニウム塩ではそれぞれ0.041と0.059であった。比較例2Aであるマンデラートボレート塩の場合には初期から摩擦係数が高く、比較例1Aであるオキサラートボレート塩の場合には初期は低いが、5分後くらいから摩擦係数は上昇する。実施例1Aと実施例2Aの3級アンモニウム塩の場合には、走行と伴に徐々に摩擦係数は減少して、その後にはほぼ一定となる。トライボ化学反応により表面が改質されて摩擦耐久性が改善されたと考えられる。
また同じオキサラトートボレートアニオンを持つアンモニウム塩において、アプロティックな4級アンモニウム塩である実施例3Aのイオン液体は0.098であり、それと比較しても実施例1A、実施例2Aの摩擦係数は低い。また同じ共役酸である3級アンモニウム塩でも、共役塩基としてビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアニオンとのイオン液体である比較例3Aの場合に摩擦係数は0.125であり、実施例よりも摩擦係数が高い。つまり上記実施例のイオン液体で、長鎖のアルキル鎖を持つアンモニウムのボレート塩とすることにより、シリンダーオンディスク摩擦試験において低い摩擦係数を持つことを見出した。
(実施例1E)
<熱安定性測定結果>
トリドデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートの5%、10%、20%重量減少温度は、それぞれ219.9℃、243.2℃、266.1℃であり、比較例として示した一般的に磁気記録媒体用途の潤滑剤として知られている市販品のパーフルオロポリエーテルZ−DOL(比較例4E)と比較例して改善しており、Z−TETRAOL(比較例5E)と同程度であることが分かる。
(実施例2E)
<熱安定性測定結果>
トリドデシルアンモニウムビス(マンデラート)ボレートの5%、10%、20%重量減少温度は、それぞれ242.0℃、268.7℃、292.9℃であり、比較例として示した一般的に磁気記録媒体用途の潤滑剤として知られている市販品のパーフルオロポリエーテルZ−DOL(比較例4E)と比較例して改善しており、Z−TETRAOL(比較例5E)と同程度であることが分かる。
(実施例3E)
<熱安定性測定結果>
トリヘキシルテトラデシルアンモニウムビス(オキサラート)ボレートの5%、10%、20%重量減少温度は、それぞれ196.9℃、207.9℃、232.5℃であった。
(比較例1E)
<熱安定性測定結果>
トリヘキシルテトラデシルホスフォニウムビス(オキサラート)ボレートの5%、10%、20%重量減少温度は、それぞれ218.0℃、233.1℃、262.5℃であった。
(比較例2E)
<熱安定性測定結果>
トリヘキシルテトラデシルホスフォニウムビス(マンデラート)ボレートの5%、10%、20%重量減少温度は、それぞれ289.8℃、317.5℃、341.1℃であった。
(比較例3E)
<熱安定性測定結果>
トリドデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドの5%、10%、20%重量減少温度は、それぞれ306.2℃、336.2℃、361.8℃であった。
(比較例4E)
<熱安定性測定結果>
比較例4Eとして、末端に水酸基をもつ分子量約2000の市販品のパーフルオロポリエーテルZ−DOLの測定を行った結果、5%、10%、20%重量減少温度は、それぞれ165.0℃、197.0℃、226.0℃であり、重量減少は蒸発に起因している。
(比較例5E)
<熱安定性測定結果>
市販品で磁気記録媒体用潤滑剤として一般的に使用されている、末端に水酸基を複数個持つ分子量約2000のパーフルオロポリエーテル(Z−TETRAOL)を、比較例5Eの潤滑剤として用いた。Z−TETRAOLの5%、10%、20%重量減少温度は、それぞれ240.0℃、261.0℃、282.0℃であり、Z−DOL同様に重量減少は蒸発に起因している。
実施例1E〜実施例3E、比較例1E〜比較例5Eの結果を表5にまとめた。
Figure 0006862254
実施例1Eと実施例3Eの比較により、同じ共役塩基であるオキサレートボレートを持つアンモニウム塩においてアプロティックなイオン液体(実施例3E)に対して三級アンモニウム塩であるプロティックなイオン液体(実施例1E)は耐熱温度が高い。また同じ共役塩基であるオキサレートボレートを持つホスホニウム塩の比較例1Eに対して三級アンモニウムであるプロティックなイオン液体(実施例1E)は耐熱温度が高い。また、本発明のイオン液体のうち、プロティックなイオン液体は、従来のパーフルオロポリエーテルであるZ−DOLと比較しても耐熱温度が改善されていることがわかる。
つまり、本発明のイオン液体は、耐熱性が良好であり、特に、プロティックなイオン液体は、その傾向が強い。
以上の説明からも明らかなように、本発明のイオン液体は、フッ素原子フリーでありながら、優れた摩擦特性を示した。更に本発明のイオン液体のうち、プロティックなイオン液体は、従来のパーフルオロポリエーテルと比較して優れた潤滑性を保つことができ、また、長期に亘って潤滑性を保つことができる。したがって、このイオン液体を含有する潤滑剤を用いた磁気記録媒体は、非常に優れた走行性、耐摩耗性、及び耐久性を得ることができる。
また、本発明のイオン液体は、同じアニオンを用いた場合のホスフェート塩と比較して、優れたシリンダーオンディスク試験結果を示した。
更に、本発明のイオン液体のうち、プロティックなイオン液体は、耐熱性も非常に優れていた。
11 基板
12 下地層
13 磁性層
14 カーボン保護層
15 潤滑剤層
21 基板
22 磁性層
23 カーボン保護層
24 潤滑剤層
25 バックコート層

Claims (9)

  1. イオン液体を含有し、
    前記イオン液体が、下記一般式(A)で表され、フッ素原子を有しないカチオンと、下記一般式(X)で表され、フッ素原子を有しないアニオンとを有することを特徴とする潤滑剤。
    Figure 0006862254
    ただし、前記一般式(A)中、Rは、炭素数6以上20以下の直鎖状の炭化水素基を含む基を表し、R、R、及びRは、以下の(1)又は(2)を表す。
    (1)R 、R 、及びR は、それぞれ独立して、炭素数6〜14の炭化水素基を表す。
    (2)R 、R 、及びR の一つは水素原子を表し、R 、R 、及びR の他の二つは、炭素数6〜14の炭化水素基を表す。
    Figure 0006862254
    ただし、前記一般式(X)中、Xは、下記一般式(Y−1)、下記一般式(Y−2)、及び下記一般式(Y−3)のいずれかを表す。
    Figure 0006862254
    ただし、前記一般式(Y−1)中、nは、0〜5の整数を表す。
    ただし、前記一般式(Y−2)中、Arは、メタ位で*1及び*2の結合手を有し、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
    ただし、前記一般式(Y−3)中、Rは、結合手、及びアルキレン基のいずれかを表し、Arは、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
  2. 前記一般式(A)において、R、R、及びRの1つが水素原子である請求項1に記載の潤滑剤。
  3. 前記一般式(X)が、下記構造式のいずれかである請求項1から2のいずれかに記載の潤滑剤。
    Figure 0006862254
  4. 非磁性支持体と、
    前記非磁性支持体上に磁性層と、
    前記磁性層上に、イオン液体を含有し、前記イオン液体が、下記一般式(A)で表され、フッ素原子を有しないカチオンと、下記一般式(X)で表され、フッ素原子を有しないアニオンとを有する潤滑剤と
    を有することを特徴とする磁気記録媒体。
    Figure 0006862254
    ただし、前記一般式(A)中、R は、炭素数6以上の直鎖状の炭化水素基を含む基を表し、R 、R 、及びR は、それぞれ独立して、水素原子、及び炭化水素基のいずれかを表す。
    Figure 0006862254
    ただし、前記一般式(X)中、Xは、下記一般式(Y−1)、下記一般式(Y−2)、及び下記一般式(Y−3)のいずれかを表す。
    Figure 0006862254
    ただし、前記一般式(Y−1)中、nは、0〜5の整数を表す。
    ただし、前記一般式(Y−2)中、Ar は、メタ位で*1及び*2の結合手を有し、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
    ただし、前記一般式(Y−3)中、R は、結合手、及びアルキレン基のいずれかを表し、Ar は、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
  5. 前記一般式(A)において、R 、R 、及びR の1つが水素原子である請求項4に記載の磁気記録媒体。
  6. 前記一般式(X)が、下記構造式のいずれかである請求項4から5のいずれかに記載の磁気記録媒体。
    Figure 0006862254
  7. 下記一般式(A)で表され、フッ素原子を有しないカチオンと、下記一般式(X)で表され、フッ素原子を有しないアニオンとを有することを特徴とするイオン液体。
    Figure 0006862254
    ただし、前記一般式(A)中、R は、炭素数6以上20以下の直鎖状の炭化水素基を含む基を表し、R 、R 、及びR は、以下の(1)又は(2)を表す。
    (1)R 、R 、及びR は、それぞれ独立して、炭素数6〜14の炭化水素基を表す。
    (2)R 、R 、及びR の一つは水素原子を表し、R 、R 、及びR の他の二つは、炭素数6〜14の炭化水素基を表す。
    Figure 0006862254
    ただし、前記一般式(X)中、Xは、下記一般式(Y−1)、下記一般式(Y−2)、及び下記一般式(Y−3)のいずれかを表す。
    Figure 0006862254
    ただし、前記一般式(Y−1)中、nは、0〜5の整数を表す。
    ただし、前記一般式(Y−2)中、Ar は、メタ位で*1及び*2の結合手を有し、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
    ただし、前記一般式(Y−3)中、R は、結合手、及びアルキレン基のいずれかを表し、Ar は、置換基を有していてもよい芳香族基を表す。
  8. 前記一般式(A)において、R 、R 、及びR の1つが水素原子である請求項7に記載のイオン液体。
  9. 前記一般式(X)が、下記構造式のいずれかである請求項7から8のいずれかに記載のイオン液体。
    Figure 0006862254
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