JPWO2017199503A1 - 水潤滑剤組成物および水潤滑システム - Google Patents
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Abstract
Description
以上のようにして作製した水潤滑剤組成物原液を超純水で希釈して、実施例1の水潤滑剤組成物(固形分濃度1質量%)、実施例2の水潤滑剤組成物(固形分濃度0.1質量%)、実施例3の水潤滑剤組成物(固形分濃度0.01質量%)、実施例4の水潤滑剤組成物(固形分濃度0.005質量%、即ち50質量ppm)、実施例5の水潤滑剤組成物(固形分濃度0.001質量%、即ち10質量ppm)、および実施例6の水潤滑剤組成物(固形分濃度0.0001質量%、即ち1質量ppm)を調製した。
実施例1〜6の水潤滑剤組成物ごとに、炭化ケイ素製のディスク基板(直径30mm,厚さ4mm)と炭化ケイ素製のボール(直径8mm)との間の潤滑に用いられた場合の摩擦係数を調べるための摩擦試験を行った。この摩擦試験は、ボールオンディスク型の滑り摩擦試験機を使用して行った。具体的には、試験開始時にディスク基板表面に400μlの水潤滑剤組成物を滴下し、当該ディスク基板表面にボールを当接させつつディスク基板を回転させた。これにより、ボールは、相対的に、ディスク基板表面を滑動することとなる。この摩擦試験において、試験温度は室温とし、ディスク基板表面に対するボールの荷重は10Nとし、ディスク基板表面におけるボールの滑り速度は100mm/秒とし、ディスク基板表面におけるボールの相対的な滑り総距離は100mとし、滑り距離90〜100mにおける摩擦係数の平均値を各水潤滑剤組成物の摩擦係数(μ)として得た。実施例1〜6の各水潤滑剤組成物の示した摩擦係数(μ)は、0.19(実施例1)、0.16(実施例2)、0.094(実施例3)、0.059(実施例4)、0.011(実施例5)、および0.021(実施例6)であった。これらの結果を図6のグラフにまとめる。図6のグラフにおいて、横軸は、自然対数目盛で水潤滑剤組成物の固形分濃度(質量%)を表し、縦軸は、測定に係る摩擦係数(μ)を表す。また、実施例1〜6の代わりに純水を用いたこと以外は同様の手法および条件で摩擦試験を行ったところ、摩擦係数(μ)は0.21を示した。
ナノダイヤモンド分散液中のナノダイヤモンド含有量は、秤量した分散液3〜5gの当該秤量値と、当該秤量分散液から加熱によって水分を蒸発させた後に残留する乾燥物(粉体)について精密天秤によって秤量した値とに基づき、算出した。
ナノダイヤモンド分散液に含まれるナノダイヤモンドの粒径D50(メディアン径)は、スペクトリス社製の装置(商品名「ゼータサイザー ナノZS」)を使用して、動的光散乱法(非接触後方散乱法)によって測定した。測定に付されたナノダイヤモンド分散液は、固形分濃度ないしナノダイヤモンド濃度が0.5〜2.0質量%となるように超純水で希釈した後に、超音波洗浄機による超音波照射を経たものである。
ナノダイヤモンド分散液に含まれるナノダイヤモンドのゼータ電位は、スペクトリス社製の装置(商品名「ゼータサイザー ナノZS」)を使用して、レーザードップラー式電気泳動法によって測定した。測定に付されたナノダイヤモンド分散液は、固形分濃度ないしナノダイヤモンド濃度が0.2質量%となるように超純水で希釈した後に、超音波洗浄機による超音波照射を経たものである。ゼータ電位測定温度は25℃である。また、測定に付されたナノダイヤモンド分散液のpHは、pH試験紙(商品名「スリーバンドpH試験紙」,アズワン株式会社製)を使用して確認した。
上述の水素還元処理工程前のナノダイヤモンド試料および水素還元処理工程を経た後のナノダイヤモンド試料のそれぞれについて、FT-IR装置(商品名「Spectrum400型FT-IR」,株式会社パーキンエルマージャパン製)を使用して、フーリエ変換赤外分光分析(FT-IR)を行った。本測定においては、測定対象たる試料を真空雰囲気下で150℃に加熱しつつ赤外吸収スペクトルを測定した。真空雰囲気下の加熱は、エス・ティ・ジャパン社製のModel-HC900型HeatChamberとTC-100WA型Thermo Controllerとを併用して実現した。
上述の元素分析の結果によると、ナノダイヤモンド粒子における酸素元素の割合については、水素還元処理工程前には15.8質量%であったものが、水素還元処理工程後には10質量%を下回る9.5質量%となった。また、ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位については、水素還元処理工程前には−47mVでネガティブであったものが、水素還元処理工程後には+48mVとポジティブとなった。加えて、図4および図5に示す両FT-IRスペクトルの比較から、C=O伸縮振動に帰属される1780cm-1付近の吸収P1(図4)は、ナノダイヤモンド粒子が水素還元処理を経ることによって消失していることが判る。吸収P1のこのような消失により、図5のFT-IRスペクトルでは、C=C伸縮振動に帰属される1730cm-1付近の吸収P2が明確に確認可能となっている。更に加えて、両FT-IRスペクトルの比較から、メチレン基のCH伸縮振動に帰属される2870cm-1付近の吸収P3(図5)および2940cm-1付近の吸収P4(図5)は、ナノダイヤモンド粒子が水素還元処理を経ることによって特徴的な吸収として現れることとなったことが判る。これらより、上述の水素還元処理工程においては、ナノダイヤモンド表面において充分に水素還元が進行したこと、即ち、ナノダイヤモンド表面に存在し得るカルボキシ基等の含酸素官能基が還元されて水素終端構造の形成が充分に進行したことが判る。そして、このような水素還元化ナノダイヤモンド粒子を含有する実施例1〜6の水潤滑剤組成物は、上述の摩擦試験において、図6のグラフにまとめる摩擦係数(μ)を示した。具体的には、実施例5の水潤滑剤組成物は、水素還元化ナノダイヤモンド濃度が0.001質量%すなわち10質量ppmという超低濃度において、上述のように摩擦係数0.011という超低摩擦を実現した。実施例6の水潤滑剤組成物は、水素還元化ナノダイヤモンド濃度が0.0001質量%すなわち1質量ppmという超低濃度において、上述のように摩擦係数0.021という超低摩擦を実現した。そして、実施例1〜5の水潤滑剤組成物は、ナノダイヤモンド粒子濃度について比較的に低い0.001質量%〜1質量%の範囲においてその濃度が低下するほど低摩擦の発現が強くなる傾向があった。
水素還元化ナノダイヤモンド粒子とを含む、水潤滑剤組成物。
〔付記2〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は0.1質量%以下である、付記1に記載の水潤滑剤組成物。
〔付記3〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は0.01質量%以下である、付記1に記載の水潤滑剤組成物。
〔付記4〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は50質量ppm以下である、付記1に記載の水潤滑剤組成物。
〔付記5〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は20質量ppm以下である、付記1に記載の水潤滑剤組成物。
〔付記6〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は15質量ppm以下である、付記1に記載の水潤滑剤組成物。
〔付記7〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は12質量ppm以下である、付記1に記載の水潤滑剤組成物。
〔付記8〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は11質量ppm以下である、付記1に記載の水潤滑剤組成物。
〔付記9〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は0.5質量ppm以上である、付記1から8のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記10〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は0.8質量ppm以上である、付記1から8のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記11〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は1質量ppm以上である、付記1から8のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記12〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は1.5質量ppm以上である、付記1から8のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記13〕前記水の含有率は90質量%以上である、付記1から12のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記14〕前記水の含有率は95質量%以上である、付記1から12のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記15〕前記水の含有率は99質量%以上である、付記1から12のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記16〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子は、爆轟法ナノダイヤモンド粒子の水素還元処理物である、付記1から15のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記17〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子のメディアン径は9nm以下である、付記1から16のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記18〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子のメディアン径は8nm以下である、付記1から16のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記19〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子のメディアン径は7nm以下である、付記1から16のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記20〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子のメディアン径は6nm以下である、付記1から16のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記21〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位はポジティブである、付記1から20のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記22〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の酸素含有率は10質量%以下である、付記1から21のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記23〕前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の酸素含有率は9.5質量%以下である、付記1から21のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
〔付記24〕付記1から23のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物がSiC部材および/またはSiO2部材の潤滑に用いられている、水潤滑システム。
11 水
12 ND粒子(水素還元化ナノダイヤモンド粒子)
20 水潤滑システム
21 部材
S1 生成工程
S2 精製工程
S3 乾燥工程
S4 水素還元処理工程
S5 解砕前処理工程
S6 解砕工程
S7 分級工程
Claims (12)
- 潤滑基剤としての水と、
水素還元化ナノダイヤモンド粒子とを含む、水潤滑剤組成物。 - 前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は0.1質量%以下である、請求項1に記載の水潤滑剤組成物。
- 前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は0.01質量%以下である、請求項1に記載の水潤滑剤組成物。
- 前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は50質量ppm以下である、請求項1に記載の水潤滑剤組成物。
- 前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は20質量ppm以下である、請求項1に記載の水潤滑剤組成物。
- 前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の含有率は0.5質量ppm以上である、請求項1から5のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
- 前記水の含有率は90質量%以上である、請求項1から6のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
- 前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子は、爆轟法ナノダイヤモンド粒子の水素還元処理物である、請求項1から7のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
- 前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子のメディアン径は9nm以下である、請求項1から8のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
- 前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子のゼータ電位はポジティブである、請求項1から9のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
- 前記水素還元化ナノダイヤモンド粒子の酸素含有率は10質量%以下である、請求項1から10のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物。
- 請求項1から11のいずれか一つに記載の水潤滑剤組成物がSiC部材および/またはSiO2部材の潤滑に用いられている、水潤滑システム。
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