KR20020006238A - 기록매체용 윤활제 - Google Patents

Abstract

화학식 1로 표시되는 포스파겐화합물 또는 이것과 다른 윤활유를 유효성분으로 하는 기록매체용 윤활제.

[N=P [O(C₆H₄)-(A)_z-R]_a[OCH₂(B)_xH]_b]_y

[식중, A는 -C₆H₄- 또는 -OC₆H₄-, B는 함플루오르알킬렌기, R는 수소원자, 플루오르원자, C_1∼4의 알킬, C_1∼4의 알콕시, C_1∼4의 할로알킬이고, a 및 b는 0∼2의 실수로 a+b=2이고, x는 1,2,3 또는 4이고, y는 3 또는 4이고, z는 0 또는 1이다.]

Description

기록매체용 윤활제{LUBRICANT FOR RECORDING MEDIUM}

본 발명은 대용량기록매체인 하드디스크, 혹은 8밀리 비디오테이프 레코드용, 디지털 비디오카세트용에 사용되는 메탈 증착 테이프 등의 기록매체용의 윤활유에 관한 것이다. 본 발명은 사용개시시와 정지시에 기록 매체와 기록·재생용 소자가 접촉하는 구조로 되어 있는 콘택트·스타트·스톱(CSS) 방식의 기록장치에서, 기록매체로 이루어지는 하드디스크의 표면 윤활제로서 바람직하게 사용된다.

인터네트, 인트라네트, 근거리 네트워크 등이 보급되어, 네트워크에 액세스 하는것 만으로 간단히 정보를 꺼낼 수 있게 되었다. 이와같은 멀티미디어 시대를 지탱하고 있는 것의 하나로 외부기록장치가 있다. 기존의 대용량 외부기억장치로서는, 강도가 높은 원형기판(하드디스크)상에 기록매체층을 설치하고, 이 하드디스크를 고속회전시켜 기록·재생용 소자(헤드)가 작동하는 방식, 소위 CSS 방식의 것이 일반적이고, 하드디스크로서는, 고정식 자기디스크, 광디스크, 광자기디스크 등이 있다. 이들중에서 가장 보급되고 있는 것이 고정식 자기디스크를 사용한 장치이다.

이들 외부기억장치의 사이즈를 바꾸지 않고 대용량화를 행하는데는, 예를들면 기록매체층의 면기록 밀도를 증가할 필요가 있다. 이때문에, 비트사이즈를 작게하고, 헤드를 될 수 있는 한 기록매체에 접근시키는 것이 필요하다. 헤드와 디스크와의 간격을 작게 하기 위해서는 디스크표면의 요철을 작게 하여야 하고, 예를들면 간격을 100nm 이하로 하는데는 요철을 10nm 이하로 하여야 한다. 그리고 디스크 표면의 평활(平滑)성을 올리면, 한쪽에서 헤드가 디스크 면에 흡착하기 쉬워진다. 또 고속응답성을 얻기 위하여는 비트 전송속도 나아가서는 디스크의 회전속도를 올릴 필요가 있다. 예를들면, 3.5인치 하드디스크의 최고회전수는 5400∼7200 rpm이 필요하고, 디스크 주변부의 헤드 통과속도는 125km/hr에 도달하고 있다. 그러나, 상기와 같은 변경은, 어느것이나 디스크와 헤드의 접촉확률과 마모 등을 대폭으로 증가시켜 신뢰성을 저하시키는 것으로 된다.

이것들에 대처하여, 디스크 표면과 헤드를 보호함에는, 디스크 보호막 표면의 윤활제의 도포량을 많게하는 방법이 가장 간편하다. 그러나 윤활제의 도포량을 많게하면 윤활막의 미끄럼 이동 저항이 크게 될 뿐 만아니라 윤활제의 흡착작용을 증대시키고, 스핀들 모터의 정지·소손을 일으킨다. 미끄럼 이동 저항을 저감하기 위하여, 저점도의 윤활제를 사용하면, 디스크의 고속회전시에 윤활제가 보호막 상에서 이동·소실하고, 디스크와 헤드의 접촉, 파손을 일으킨다.

윤활제는 극히 간단하게는, 하드데스크상에 설치되어 있는 보호막 상에 분자의 두께의 균일한 윤활제의 막을 만들어 하드디스크 회전시 및 장치의 기동·정지시에 생기는 마찰 및 마모를 저감시키고 있다. 디스크와 헤드를 보호하기 위하여 미끄럼 이동 저항이 작고, 보호막과의 결합력이 크고, 저마찰계수로, 화학적 안정성, 열안정성, 내식성이 크고, -10℃ 이하에서의 저온윤활능력을 갖고, 저증기압으로 초박막화가 가능한 윤활제가 필요하다. 하드디스크용 윤활제에는, CSS 내구성 2만회이상으로, 마찰계수의 변화가 없는 것이 좋다. 즉 CSS 반복테스트에서 2만회를 초과하더라도, 헤드의 눌어붙음이나 디스크에 상처 등의 이상이 없고, 마찰계수의 변화가 0.3 이하인 것이 요구되고 있다.

현행 하드디스크의 표면보호막에는, 화학적안정성, 강도, 초박막화, 평활성 등의 관점에서 다이아몬드상 탄소(DLC, Diamond Like Carbon) 보호막이 사용되고 있다. 이 보호막은 그 구조로부터도 명백한 바와 같이, 대부분이 탄소인 것으로, 화학적 결합성이 작고, 부착력은 약간 혼재하는 수소 및 질소원자와의 수소결합이나 반데르발스 힘 등의 상호작용에 인한 것 외에는 없다.

그래서 윤활제로서는, 퍼플루오로알킬 폴리에테르 올리고머(이하「PFPE」로 간략함)가 일반적이다(월간 트라이보로지, No. 99, 11월호, 37∼38면, 1995). PFPE는 플루오로카본에 유래하는 저표면 에너지, 화학적 불활성, 저증기압, 열안정성을 구비하고 있지만, 저표면 에너지인 까닭에 보호막 표면과의 결합력이 약하고, 디스크 회전의 원심력으로 윤활제가 보호막상에서 이동·소실해 버리는 결점이 있다. 이를 억제하기 위하여, 제 2 성분의 첨가제를 사용하고 있지만(USP 4871625), PFPE의 플루오로카본에 유래하는 저상용(低相溶)성 때문에 상분리를 일으켜, 충분한 효과를 얻지 못하고 있는 것이 현상황이다. 여기서, PFPE에 결합성을 부여하기 위하여 PFPE 주쇄의 단부 또는 중앙부에 수산기, 아실아미드기 등의 관능기를 도입한 것(아우지몬드사, FOMBLIN Z유도체)도 있지만, 이들 활성수소를 갖는 관능기는 헤드와의 마찰로 화학적 안정성을 저하시킬 염려가 있다.

본 발명의 목적은 양호한 CSS 내구성을 갖는 하드디스크용 윤활제를 제공하는 것에 있다.

발명의 개시

본 발명은 화학식 1로 표시되는 포스파겐 화합물을 유효성분으로 하는 기록매체용 윤활제에 관한 것이다.

(화학식 1)

[N=P [O(C₆H₄)-(A)_z-R]_a[OCH₂(B)_xH]_b]_y

[식중 A는 -C₆H₄- 또는 -OC₆H₄-, B는 함플루오르 알킬렌기, R는 수소원자, 플루오르원자, C_1∼4의 알킬, C_1∼4의 알콕시, C_1∼4의 할로알킬이고, a 및 b는 0∼2의 실수로 a+b=2이고, x는 1,2,3 또는 4이고, y는 3 또는 4 이고, z는 0 또는 1 이다.]

본발명 화합물의 양호한 CSS 내구성은, 이미 일본특원소 57-47680호 등의 다수의 선행문헌에 표시되어있는 화학식 1의 화합물의 양호한 윤활성능과 고극압성능 및 DLC 보호막의 양호한 부착력에 의거한 것이다. 여기서 DLC 보호막의 양호한 부착력은, 인접하는 플루오르 원자에 의하여 분극된 플루오로카본 말단의 수소와 DLC 보호막의 수소 및 질소원자와의 상호작용과, 포스파겐 고리와 DLC 보호막과의 상호작용의 상승효과에 의한 것으로 고려된다.

본 발명의 화학식 1로 표시되는 포스파겐 화합물에서, B의 함플루오르 알킬렌기로서는 탄소수 1∼6의 직쇄 또는 분기상의 것이 바람직하고, 그것의 구조에 에테르 결합을 갖고 있어도 된다. B의 예로서는 CF₂, CF₂CF₂, CF₂CF₂O, CF₂CF₂CF₂, CF(CF₃)CF₂, CF₂CF₂OCF₂CF₂O 등을 예시할 수 있다.

R의 C_1∼4의 알킬기로서는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등을, C_1∼4의 알콕시기로서는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시 등을, C_1∼4의 할로알킬로서는 상기 알킬기에 플루오르, 염소, 브롬이 치환한 기를 들 수가 있다.

본 발명에서 R의 갯수는 1∼5, 바람직하게는 1∼2이다. 즉 A의 페닐렌기 또는 옥시페닐렌기에 1∼5개의 R가 치환할 수가 있다.

이들 포스파겐 화합물은 예를들면 일본 특개소 58-164698호 공보, 일본특개소 62-265394호 공보, 일본특개소 63-103428호 공보, 미국특허 제 4613548호 명세서등에 기재의 공지화합물이고, 예를들면 포스포니트릴할라이드의 올리고머와 페놀류의 알칼리금속염, 플루오로알코올류의 알칼리금속염을 반응시킴으로서 제조할 수가 있다. 여기서 포스포니트릴할라이드의 올리고머로서는, 예를들면, 포스포니트릴클로리드의 트리머, 포스포니트릴클로리드의 테트라머 등이나, 이것들의 혼합물 등을 들 수 있다. 또 페놀류로서는 페놀, 메틸페놀, 메톡시페놀, 트리플루오로메톡시페놀, 3-히드록시 벤조트리플루오리드, 기타 USP 4613548호에 기재된 것을 들수가 있다. 플루오로알코올류로서는 예를들면 1,1,3-트리히드로퍼플루오로프로판올, 1,1,5-트리히드로퍼플루오로펜탄올 등의 1,1,ω-트리히드로퍼플루오로알코올 등이나, 이것과 2,2,3,3,3-펜타플루오로프로판올과의 혼합물등을 들 수가 있다.

제조할 경우에, 페놀류 및 플루오로알코올류의 종류와 사용량을 적당히 변경하므로서, 소망의 a,b,x,y,z 값을 갖는 화학식 1의 포스파겐 화합물이 얻어진다.

본발명에서는 화학식 1의 포스파겐화합물을 그대로 윤활제로서 사용할수가 있고, 혹은 화학식 1의 포스파겐 화합물을 적당한 유기용매에 용해하여 사용하여도 된다. 유기용매로서는, 예를들면 톨루엔, 크실렌 등의 방향족탄화수소, 에틸렌클로리드, 클로로포름, 1,1,1-트리클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 트리클로로트리플루오로에탄(프론 113) 등의 할로겐화탄화수소, 디에틸에테르, 디메톡시에탄, 디옥산, 테트라히드로푸란 등의 에테르, 아세트산 에틸, 부티르산 에틸, 아세트산 아밀 등의 에스테르, 시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄 등의 지환식 탄화수소, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 이것들의 2종이상의 혼합용매 등을 들 수 있다.

또 본 발명의 화학식 1의 포스파겐 화합물은, 다른 윤활유, 예를들면 퍼플루오로폴리에테르 등의 플루오르유, 폴리페닐 에테르계 합성유, 다른 포스파겐 화합물과 병용할 수도 있다. 상기 플루오르유로서는 예를들면

HOCH₂CF₂O(CF₂CF₂O)_r(CF₂O)_sCF₂CH₂OH,

r = 5∼30, s = 5∼30

피페로닐-OCH₂CF₂O(CF₂CF₂O)_r(CF₂O)_sCF₂CH₂O-피페로닐

r=5∼30, s=5∼30

CF₃CF₂CF₂0(CF₂CF₂CF₂0)_tCF₂CF₃

t=10∼30 등을 예시할 수 있다.

상기 폴리페닐에테르계 합성유로서는 예를들면 비스(메타-페녹시 페녹시)벤젠의 이성체 혼합물, 혹은 화학식

(R¹,R²는 수소원자 또는 탄소수 8∼24의 탄화수소기, u,v는 0 또는 정수로 u+v=1∼4이다.)로 표시되는 알킬디페닐에테르 등을 예시할 수 있다.

다른 포스파겐 화합물로서는 예를 들면

[N=P{OCH₂(CF₂CF₂)_pH}₂]_q

[식중, p는 1,2,3 또는 4이고, q는 3 또는 4이다.],

[N=P(OCH₂CF₃)(OCH₂CF₂CF₃)]₃

등을 예시할 수 있다.

화학식 1의 포스파겐 화합물과 다른 윤활유의 배합비율은 적당히 결정되지만, 통상은 화학식 1의 화합물 1중량부에 대하여 다른 윤활유를 0.005∼200중량부, 바람직하게는 1∼100중량부, 더욱더 바람직하게는 4∼50중량부로 하는 것이 좋다.

본 발명의 윤활제는 통상, 그것의 피막을 DLC 보호막위에 형성하여 사용된다. 본발명 윤활제의 피막의 형성은, 공지의 방법에 따라, 예를들면 도장 등에 의하여 실시할 수 있다. 본발명의 윤활제를, DLC 보호막을 갖는 하드디스크에 도포함에 있어서는, 스핀코팅, 딥코팅 등의 방법이 채용된다. 그것의 막두께는 특히 제한되지 않지만, 통상은 10∼200Å정도, 바람직하게는 10∼50Å 정도로 하면 된다. 더욱이, 막두께의 조정은 유기용매의 증기압, 화학식 1의 포스파겐화합물의 농도, 건조온도 등에 의하여 변화되므로, 사용하는 유기용매를 적당히 선택하거나, 농도나 건조온도를 조정하므로서 실시할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

이하 실시예 및 비교예를 들어, 본발명을 구체적으로 설명한다.

실시예 1∼11 및 비교예 1∼4

표 1에 기재의 화합물 1g를 톨루엔 500㎖에 용해한 용액에, 하드디스크를 침지한 후, 꺼내어 120℃에서 30분간 건조하여, 하드디스크 상에 막두께 20∼30Å의 피막을 형성하였다. 이것을 하기의 시험에 제공하였다.

윤활제의 성능시험은 헤드에 소요되는 힘으로부터 마찰계수를 측정할 수 있도록 개조한 실기(實機)드라이브를 사용하고, CSS 반복테스트에 의한 기동시의 마찰계수의 변화를 측정하므로서 실시하였다. CSS 사이클은 헤드가 디스크 표면에 접촉한 상태에서 시동하고, 헤드가 부상한 상태에서 소정회전수 3600rpm에 도달한 후, 다시 헤드가 디스크 표면에 접촉한 상태에서 정지하기까지의 행정을 33초로 행하고, 이것을 1 사이클로 하였다. 하드디스크는 3.5인치의 스패터링으로 제작한 기록매체상에 플라즈마 CVD로 200∼300Å의 DLC 보호막을 제작한 것으로 표면평활성을 높이기 위하여, 접합 조직으로 하였다. 헤드는 모노리식 MIG(metal in gap)로 하중 7.5g으로 하였다. CSS 테스트의 수명판정은, 동마찰계수(μ)가 0.6을 초과한 시점으로 하였다. 표 2에 특성을 표시한다.

R의 치환위치는 메타위치이다.

PFPE-OH : 평균분자량 약 2000의

F[CF(CF₃)CF₂O]_nCF(CF₃)CH₂OH

NF-10 : [N=P(OCH₂CF₃)(OCH₂CF₂CF₃)]₃

실시예 12∼20

표 1 기재의 화합물 대신에, 표 3에 기재의 화합물을 사용한 이외는 동일하게 하여 실험을 행하고, 그 결과를 표 4에 표시한다.

본 발명에 의하면 양호한 CSS 내구성을 갖는 기록매체용 윤활제를 제공할 수가 있다. 예를들면, 대용량기록매체인 고정식 자기디스크, 광디스크, 광자기디스크 등의 하드디스크, 혹은 8밀리 비디오테이프 레코드용, 디지털 비디오 카세트용에 사용되는 메탈 증착테이프 등의 기록매체용의 윤활제로서 유용하다.

Claims (9)

1. 화학식 1로 표시되는 포스파겐 화합물을 유효성분으로 하는 것을 특징으로 하는 기록매체용 윤활제.

   (화학식 1)

   [N=P [O(C₆H₄)-(A)_z-R]_a[OCH₂(B)_xH]_b]_y

   [식중, A는 -C₆H₄- 또는 -OC₆H₄-, B는 함플루오르알킬렌기, R는 수소원자, 플루오르원자, C_1∼4의 알킬, C_1∼4의 알콕시, C_1∼4의 할로알킬이고, a 및 b는 0∼2의 실수로 a+b=2이고, x는 1,2,3 또는 4이고, y는 3 또는 4이고, z는 0 또는 1이다.]
2. 제 1 항에 있어서, z=0인 것을 특징으로 하는 윤활제.
3. 제 1 항에 있어서, z=1인 것을 특징으로 하는 윤활제.
4. 화학식 1로 표시되는 포스파겐 화합물 및 다른 윤활유를 유효성분으로 하는 것을 특징으로 하는 기록매체용 윤활제.
5. 제 4 항에 있어서, 다른 윤활유가 퍼플루오로폴리에테르, 폴리페닐에테르계합성유, 포스파겐 화합물인 것을 특징으로 하는 윤활제.
6. 제 5 항에 있어서, 퍼플루오로폴리에테르가

   HOCH₂CF₂O(CF₂CF₂O)_r(CF₂O)_sCF₂CH₂OH,

   r = 5∼30, s = 5∼30

   피페로닐-OCH₂CF₂O(CF₂CF₂O)_r(CF₂O)_sCF₂CH₂O-피페로닐

   r=5∼30, s=5∼30

   CF₃CF₂CF₂0(CF₂CF₂CF₂0)_tCF₂CF₃

   t=10∼30

   인 것을 특징으로 하는 윤활제.
7. 제 5 항에 있어서, 폴리페닐에테르계 합성유가 비스(메타-페녹시페녹시)벤젠의 이성체혼합물, 혹은 화학식

   (R¹,R²는 수소원자 또는 탄소수 8∼24의 탄화수소기, u,v는 0 또는 정수로 u+v=1∼4이다.)로 표시되는 알킬디페닐에테르인 것을 특징으로 하는 윤활제.
8. 제 5 항에 있어서, 포스파겐화합물이 [N=P{OCH₂(CF₂CF₂)_pH}₂]_q

   (식중, p는 1,2,3 또는 4이고, q는 3 또는 4이다.), 혹은

   N=P(OCH₂CF₃)(OCH₂CF₂CF₃)]₃

   인 것을 특징으로 하는 윤활제.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소보호막으로 표면피복된 하드디스크용의 윤활제인 것을 특징으로 하는 윤활제.