KR20130139861A - 윤활유 기유 및 윤활유 조성물 - Google Patents

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유키토시 후지나미
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이데미쓰 고산 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 윤활유 기유는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 이온 액체를 1 종류 이상 포함하는 윤활유 기유이며, Z+가 2개의 상이한 측쇄를 갖는 환상 4급 암모늄 이온이고, A-가 공액 아미드 이온인 것을 특징으로 하는 것이다.
<화학식 1>
Figure pct00025

(Z+는 양이온을 의미하고, A-는 음이온을 의미함)

Description

윤활유 기유 및 윤활유 조성물{LUBRICANT BASE OIL AND LUBRICANT COMPOSITION}
본 발명은 이온 액체를 포함하는 윤활유 기유 및 윤활유 조성물에 관한 것이다.
윤활유는 일반적으로 탄화수소를 주체로 한 유기물로 구성되어 있고, 점도를 낮추면 필연적으로 증기압이 높아져, 윤활유의 증발 손실, 나아가 인화의 위험성이 증대한다. 특히, 제철소 내의 기계 등 고열 물체를 취급하는 설비에서 사용하는 윤활유(예를 들면, 유압 작동유)는 화재 방지의 관점에서 난연성이 필요해지고 있다. 또한, 최근의 정보 기기(예를 들면, 하드디스크)에 사용되고 있는 정밀 모터에서는, 주변의 정밀 기기에 대한 영향을 최대한 적게 하기 위해서 증발이나 비산되기 어려운 윤활유가 요구되고 있다.
한편, 최근에 양이온과 음이온으로 구성된 이온 액체가 우수한 열안정성과 높은 이온 전도성을 갖고, 공기 중에서도 안정적인 액체가 되는 것이 보고되어 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조). 그리고, 이러한 이온 액체의 열안정성(난휘발성, 난연성), 고이온 밀도(고이온 전도성), 큰 열용량, 저점도 등의 특징을 살려 여러가지 용도, 예를 들면 태양 전지 등의 전해액(예를 들면, 특허문헌 1 참조), 추출 분리 용매, 반응 용매 등으로서의 응용 연구가 적극적으로 행해지고 있다.
또한, 이러한 이온 액체를 윤활유 기유로서 이용하는 것도 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 이온 액체는 분자 사이가 분자성 액체와 같이 분자간 인력으로 결합되어 있는 것은 아니고, 강력한 이온 결합으로 결합되어 있기 때문에, 휘발되기 어렵고, 난연성이고, 열이나 산화에 대하여 안정적인 액체이다. 그 때문에 저점도이면서도 저증발성이고, 또한 내열성도 우수하다.
일본 특허 공개 제2003-31270호 공보 국제 공개 제2005/035702호
「J.Chem.Soc., Chem.Commun.」, 1992년, p.965
이온 액체는 윤활유 기유로서 저점도이며 증기압이 낮고, 내열성도 우수하지만, 특허문헌 2의 실시예에 기재된 것과 같은 이온 액체는 고온 환경 하에 있어서 금속을 부식시키기 쉽다는 점에서 충분한 것이 아니다. 이와 같이 특허문헌 2에서는, 윤활유 기유에 이용하는 이온 액체로서, 어떠한 양이온 및 음이온을 선정하는 것이 최적일지에 대해서는 분명하게 되어 있지 않다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 저점도이면서도 증기압이 낮고, 인화의 위험성도 없고, 내열성이 우수한 데다가, 고온에서 금속을 부식시키기 어렵고, 또한 저온 유동성이 우수한 윤활유 기유 및 이 윤활유 기유를 이용한 윤활유 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하와 같은 윤활유 기유 및 윤활유 조성물을 제공한다.
즉, 본 발명의 윤활유 기유는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 이온 액체를 1 종류 이상 포함하는 윤활유 기유이며, Z+가 2개의 상이한 측쇄를 갖는 환상 4급 암모늄 이온이고, A-가 공액 아미드 이온인 것을 특징으로 하는 것이다.
<화학식 1>
Figure pct00001
(Z+는 양이온을 의미하고, A-는 음이온을 의미함)
본 발명의 윤활유 기유에 있어서는, 상기 화학식 1로 표시되는 이온 액체에 있어서의 A-가 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는 음이온 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
<화학식 2>
Figure pct00002
(화학식 2 중, n은 1부터 4까지의 정수이고, m은 1부터 4까지의 정수이고, 이들은 동일하거나 상이할 수도 있음)
본 발명의 윤활유 기유에 있어서는, 상기 화학식 1로 표시되는 이온 액체에 있어서의 Z+가 하기 화학식 3으로 표시되는 구조를 갖는 양이온 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
<화학식 3>
Figure pct00003
(화학식 3 중, n은 1 또는 2이고, X는 메틸렌 또는 산소이고, R1, R2는 에테르기, 에스테르기, 니트릴기, 실릴기를 가질 수도 있는 탄소수 1부터 12까지의 알킬기로부터 선택되는 기임)
본 발명의 윤활유 기유에 있어서는, 상기 이온 액체의 분자량이 410 이상 570 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 윤활유 기유에 있어서는, 상기 이온 액체의 40℃ 동점도가 1 mm2/s 이상 100 mm2/s 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 윤활유 기유에 있어서는, 상기 이온 액체의 유동점이 0℃ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 윤활유 조성물은, 상기 본 발명의 윤활유 기유에, 산화 방지제, 유성제, 극압제, 청정 분산제, 점도 지수 향상제, 방청제, 금속 불활성화제 및 소포제 중 적어도 어느 하나를 배합한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 윤활유 조성물은, 오일 함유 베어링, 유체 베어링, 진공 기기 및 반도체 제조 장치의 윤활에 이용되는 것임이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 저점도이면서도 증기압이 낮고, 인화의 위험성도 없고, 내열성이 우수한 데다가, 고온에서 금속을 부식시키기 어렵고, 또한 저온 유동성이 우수한 윤활유 기유 및 이 윤활유 기유를 이용한 윤활유 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 윤활유 기유는 이하 설명하는 이온 액체를 1 종류 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 이용하는 이온 액체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 이온 액체이다.
<화학식 1>
Figure pct00004
(Z+는 양이온을 의미하고, A-는 음이온을 의미함)
그리고 이러한 이온 액체에 있어서는, 상기 화학식 1에 있어서, Z+가 2개의 상이한 측쇄를 갖는 환상 4급 암모늄 이온이고, A-가 공액 아미드 이온일 필요가 있다.
상기 화학식 1에 있어서의 A-는, 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는 음이온 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
<화학식 2>
Figure pct00005
상기 화학식 2에 있어서, n은 1부터 4까지의 정수이고, 이온 액체의 분자량의 관점에서 1 또는 2인 것이 바람직하다. 또한, m은 1부터 4까지의 정수이고, 이온 액체의 분자량의 관점에서 1 또는 2인 것이 바람직하다. m과 n은 동일하거나 상이할 수도 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는 음이온으로서는, 예를 들면 비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드, 비스(펜타플루오로에탄술포닐)아미드, 비스(헵타플루오로프로판술포닐)아미드, 비스(노나플루오로부탄술포닐)아미드, 트리플루오로메탄술포닐(펜타플루오로에탄술포닐)아미드, 펜타플루오로에탄술포닐(헵타플루오로프로판술포닐)아미드, 헵타플루오로프로판술포닐(노나플루오로부탄술포닐)아미드, 트리플루오로메탄술포닐(헵타플루오로프로판술포닐)아미드, 펜타플루오로에탄술포닐(노나플루오로부탄술포닐)아미드, 트리플루오로메탄술포닐(노나플루오로부탄술포닐)아미드를 들 수 있다. 이들 중에서도, 이온 액체의 분자량의 관점에서, 비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드, 비스(펜타플루오로에탄술포닐)아미드, 트리플루오로메탄술포닐(펜타플루오로에탄술포닐)아미드가 바람직하고, 비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드가 특히 바람직하다.
상기 화학식 1에 있어서의 Z+는, 하기 화학식 3으로 표시되는 구조를 갖는 양이온 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
<화학식 3>
Figure pct00006
상기 화학식 3에 있어서, n은 1 또는 2이고, X는 메틸렌 또는 산소이다. 또한, R1 및 R2는 에테르기(에테르 결합), 에스테르기(에스테르 결합), 니트릴기, 실릴기를 가질 수도 있는 탄소수 1부터 12까지의 알킬기로부터 선택되는 기이다. 이러한 알킬기의 탄소수는 이온 액체의 저점도화나 내열성(고온 산화 안정성)의 향상이라는 관점에서, 1부터 6까지인 것이 보다 바람직하고, 1부터 4까지인 것이 특히 바람직하다.
상기 화학식 3으로 표시되는 구조를 갖는 양이온으로서는, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 1-펜틸-1-메틸피롤리디늄, 1-헥실-1-메틸피롤리디늄, 1-헵틸-1-메틸피롤리디늄, 1-옥틸-1메틸피롤리디늄, 1-노닐-1-메틸피롤리디늄, 1-데실-1-메틸피롤리디늄, 1-운데실-1-메틸피롤리디늄, 1-도데실-1-메틸피롤리디늄, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피롤리디늄, 1-(2-메톡시-2-옥소에틸)-1-메틸피롤리디늄, 1-시아노메틸-1-메틸피롤리디늄, 1-트리메틸실릴메틸-1-메틸피롤리디늄, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 1-펜틸-1-메틸피페리디늄, 1-헥실-1-메틸피페리디늄, 1-헵틸-1-메틸피페리디늄, 1-옥틸-1-메틸피페리디늄, 1-노닐-1-메틸피페리디늄, 1-데실-1-메틸피페리디늄, 1-운데실-1-메틸피페리디늄, 1-도데실-1-메틸피페리디늄, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피페리디늄, 1-(2-메톡시-2-옥소에틸)-1-메틸피페리디늄, 1-시아노메틸-1-메틸피페리디늄, 1-트리메틸실릴메틸-1-메틸피페리디늄, 1-부틸-1-메틸모르폴리늄, 1-펜틸-1-메틸모르폴리늄, 1-헥실-1-메틸모르폴리늄, 1-헵틸-1-메틸모르폴리늄, 1-옥틸-1-메틸모르폴리늄, 1-노닐-1-메틸모르폴리늄, 1-데실-1-메틸모르폴리늄, 1-운데실-1-메틸모르폴리늄, 1-도데실-1-메틸모르폴리늄, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸모르폴리늄, 1-(2-메톡시-2-옥소에틸)-1-메틸모르폴리늄, 1-시아노메틸-1-메틸모르폴리늄, 1-트리메틸실릴메틸-1-메틸모르폴리늄을 들 수 있다. 이들 중에서도, 이온 액체의 저점도화나 내열성(고온 산화 안정성)의 향상이라는 관점에서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 1-펜틸-1-메틸피롤리디늄, 1-헥실-1-메틸피롤리디늄, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피롤리디늄, 1-부틸-1-메틸피페리디늄, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피페리디늄, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸모르폴리늄이 바람직하고, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피롤리디늄, 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피페리디늄이 특히 바람직하다.
상기 이온 액체의 분자량은 410 이상 570 이하인 것이 바람직하고, 410 이상 470 이하인 것이 보다 바람직하고, 420 이상 440 이하인 것이 특히 바람직하다. 분자량이 상기 범위 내인 경우에는, 전하 밀도 및 양이온의 알킬쇄가 적당한 범위가 되어, 이온 액체의 저점도화나 내열성(고온 산화 안정성)의 향상을 도모할 수 있다.
상기 이온 액체의 40℃에서의 동점도는 증발 손실 및 점성 저항에 의한 동력 손실을 억제한다는 관점에서, 1 mm2/s 이상 100 mm2/s 이하인 것이 바람직하고, 10 mm2/s 이상 70 mm2/s 이하인 것이 보다 바람직하고, 20 mm2/s 이상 40 mm2/s 이하인 것이 특히 바람직하다.
상기 이온 액체의 유동점은, 저온시에 점성 저항이 증대하는 것을 억제한다 점에서 0℃ 이하인 것이 바람직하고, -10℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, -20℃ 이하인 것이 특히 바람직하다.
상기 이온 액체의 산가는 피윤활유재의 부식 방지의 관점에서 1 mgKOH/g 이하인 것이 바람직하고, 0.5 mgKOH/g 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.3 mgKOH/g 이하인 것이 특히 바람직하다.
상기 이온 액체의 인화점은 기유의 증발량을 적게 한다는 관점에서 200℃ 이상인 것이 바람직하고, 250℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 300℃ 이상인 것이 특히 바람직하다.
상기 이온 액체의 점도 지수는, 온도에 대한 점도 변화가 너무 커지지 않도록 한다는 관점에서 80 이상인 것이 바람직하고, 100 이상인 것이 보다 바람직하고, 120 이상인 것이 특히 바람직하다.
상기 이온 액체에 있어서는, 20℃에서 측정한 이온 농도가 1 mol/dm3 이상인 것이 바람직하고, 1.5 mol/dm3 이상인 것이 보다 바람직하고, 2 mol/dm3 이상인 것이 특히 바람직하다. 여기서, 이온 농도란 이온 액체에 있어서 [밀도(g/cm3)/분자량 Mw(g/mol)]×1000으로 산출되는 값이다. 이온 액체의 이온 농도가 1 mol/dm3 미만이면, 이온 액체의 특징인 저증발성, 내열성이 저하되어 바람직하지 않다.
본 발명의 윤활유 기유는 이상 설명한 이온 액체를 1 종류 이상 포함하는 것인데, 본 발명의 윤활유 기유로서는, 상기 이온 액체 이외의 그 밖의 성분(예를 들면, 아세트산에틸 등)을 포함하고 있을 수도 있다. 단, 본 발명의 윤활유 기유로서 효과를 발휘하기 위해서는, 윤활유 기유 중에서의 상기 이온 액체의 비율이 50 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 70 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 90 질량％ 이상인 것이 보다 더욱 바람직하고, 100 질량％인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 윤활유 기유는 소정의 첨가제를 배합함으로써 윤활유 조성물로서 여러가지의 용도에 사용할 수 있다. 첨가제로서는, 산화 방지제, 유성제, 극압제, 청정 분산제, 점도 지수 향상제, 방청제, 금속 불활성화제 및 소포제 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 용도에 따라서는 첨가제를 배합하지 않고 윤활유 기유를 그대로 윤활유로서 사용할 수도 있다.
산화 방지제로서는, 종래의 탄화수소계 윤활유에 사용되고 있는 아민계 산화 방지제, 페놀계 산화 방지제 및 인계 산화 방지제, 황계 산화 방지제를 사용할 수 있다. 이들 산화 방지제는 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 아민계 산화 방지제로서는, 예를 들면 모노옥틸디페닐아민, 모노노닐디페닐아민 등의 모노알킬디페닐아민계 화합물, 4,4'-디부틸디페닐아민, 4,4'-디펜틸디페닐아민, 4,4'-디헥실디페닐아민, 4,4'-디헵틸디페닐아민, 4,4'-디옥틸디페닐아민, 4,4'-디노닐디페닐아민 등의 디알킬디페닐아민계 화합물, 테트라부틸디페닐아민, 테트라헥실디페닐아민, 테트라옥틸디페닐아민, 테트라노닐디페닐아민 등의 폴리알킬디페닐아민계 화합물, α-나프틸아민, 페닐-α-나프틸아민, 부틸페닐-α-나프틸아민, 펜틸페닐-α-나프틸아민, 헥실페닐-α-나프틸아민, 헵틸페닐-α-나프틸아민, 옥틸페닐-α-나프틸아민, 노닐페닐-α-나프틸아민 등의 나프틸아민계 화합물을 들 수 있다.
페놀계 산화 방지제로서는, 예를 들면 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀, 2,6-디-tert-부틸-4-에틸페놀 등의 모노페놀계 화합물, 4,4'-메틸렌비스(2,6-디-tert-부틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(4-에틸-6-tert-부틸페놀) 등의 디페놀계 화합물을 들 수 있다.
황계 산화 방지제로서는, 예를 들면 2,6-디-tert-부틸-4-(4,6-비스(옥틸티오)-1,3,5-트리아진-2-일아미노)페놀, 5황화인과 피넨의 반응물 등의 티오테르펜계 화합물, 디라우릴티오디프로피오네이트, 디스테아릴티오디프로피오네이트 등의 디알킬티오디프로피오네이트 등을 들 수 있다.
인계 산화 방지제로서는, 트리페닐포스파이트, 디에틸[3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-히드록시페닐]메틸]포스포네이트 등을 들 수 있다.
이들 산화 방지제의 배합량은 윤활유 전량 기준으로, 통상 0.01 질량％ 이상 10 질량％ 이하이고, 바람직하게는 0.03 질량％ 이상 5 질량％ 이하이다.
유성제로서는, 지방족 알코올, 지방산이나 지방산 금속염 등의 지방산 화합물, 폴리올에스테르, 소르비탄에스테르, 글리세라이드 등의 에스테르 화합물, 지방족 아민 등의 아민 화합물 등을 들 수 있다. 이들 유성제의 배합량은 배합 효과의 점에서, 윤활유 전량 기준으로 통상 0.1 질량％ 이상 30 질량％ 이하이고, 바람직하게는 0.5 질량％ 이상 10 질량％ 이하이다.
극압제로서는, 황계 극압제, 인계 극압제, 황 및 금속을 포함하는 극압제, 인 및 금속을 포함하는 극압제를 들 수 있다. 이들 극압제는 1종을 단독으로 또는 2종 이상 조합시켜 사용할 수 있다. 극압제로서는, 분자 중에 황 원자 및 인 원자 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 내하중성이나 내마모성을 발휘할 수 있는 것이면 된다. 분자 중에 황을 포함하는 극압제로서는, 예를 들면 황화 유지, 황화 지방산, 황화 에스테르, 황화 올레핀, 디히드로카르빌폴리술피드, 티아디아졸 화합물, 알킬티오카르바모일 화합물, 트리아진 화합물, 티오테르펜 화합물, 디알킬티오디프로피오네이트 화합물 등을 들 수 있다.
황, 인 및 금속을 포함하는 극압제로서는, 디알킬티오카르밤산아연(Zn-DTC), 디알킬티오카르밤산몰리브덴(Mo-DTC), 디알킬티오카르밤산납, 디알킬티오카르밤산주석, 디알킬디티오인산아연(Zn-DTP), 디알킬디티오인산몰리브덴(Mo-DTP), 나트륨술포네이트, 칼슘술포네이트 등을 들 수 있다. 분자 중에 인을 포함하는 극압제로서 대표적인 것은, 트리크레실포스페이트 등의 인산에스테르류 및 그의 아민염이다. 이들 극압제의 배합량은 배합 효과 및 경제성의 점에서, 조성물 전량 기준으로 통상 0.01 질량％ 이상 30 질량％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.01 질량％ 이상 10 질량％ 이하이다.
청정 분산제로서는, 금속 술포네이트, 금속 살리실레이트, 금속 페네이트, 숙신산이미드 등을 들 수 있다. 이들 청정 분산제의 배합량은 배합 효과의 점에서, 조성물 전량 기준으로 통상 0.1 질량％ 이상 30 질량％ 이하이고, 바람직하게는 0.5 질량％ 이상 10 질량％ 이하이다.
점도 지수 향상제로서는, 예를 들면 폴리메타크릴레이트, 분산형 폴리메타크릴레이트, 올레핀계 공중합체(예를 들면, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등), 분산형올레핀계 공중합체, 스티렌계 공중합체(예를 들면, 스티렌-디엔수소화 공중합체 등) 등을 들 수 있다. 이들 점도 지수 향상제의 배합량은 배합 효과의 점에서, 윤활유 전량 기준으로 통상 0.5 질량％ 이상 35 질량％ 이하이고, 바람직하게는 1 질량％ 이상 15 질량％ 이하이다.
방청제로서는, 금속계 술포네이트, 숙신산에스테르, 알킬아민 및 모노이소프로판올아민 등의 알칸올아민 등을 들 수 있다. 이들 방청제의 배합량은 배합 효과의 점에서, 윤활유 전량 기준으로 통상 0.01 질량％ 이상 10 질량％ 이하이고, 바람직하게는 0.05 질량％ 이상 5 질량％ 이하이다.
금속 불활성제로서는, 벤조트리아졸, 티아디아졸 등을 들 수 있다. 이들 금속 불활성화제의 바람직한 배합량은 배합 효과의 점에서, 윤활유 전량 기준으로 통상 0.01 질량％ 이상 10 질량％ 이하이고, 바람직하게는 0.01 질량％ 이상 1 질량％ 이하이다.
소포제로서는, 메틸실리콘유, 플루오로실리콘유, 폴리아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들 소포제의 배합량은 배합 효과의 점에서, 윤활유 전량 기준으로 통상 0.0005 질량％ 이상 0.01 질량％ 이하이다.
본 발명의 윤활유 조성물에 있어서는 점도 저하나 부식을 방지하는 점에서, 수분 혼입량이 조성물 기준으로 3000 질량 ppm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500 질량 ppm 이하, 특히 바람직하게는 100 질량 ppm 이하이다.
본 발명의 윤활유 기유는 금속에 대한 부식성이 매우 낮고, 나아가 저점도이면서도 증기압이 낮고, 인화의 위험성도 없기 때문에, 그대로, 또는 상술한 첨가제 등을 배합한 윤활유 조성물로서 여러가지의 분야에 적용할 수 있다.
예를 들면, 엔진 등의 내연 기관, 유체 커플링이나 자동 변속기(AT: Automatic Transmission) 또는 무단 변속기(CVT: Continuously Variable Transmission)로 대표되는 토크 전달 장치, 베어링(슬라이드 베어링, 구름 베어링, 오일 함유 또는 오일 함침 베어링, 유체 베어링), 압축기 등의 압축 장치, 체인, 톱니바퀴, 유압 장치, 진공 펌프, 시계 부품, 하드디스크, 항공기나 인공 위성 등의 항공 우주 기기, 밀봉 장치 및 모터 기기 등에 바람직하다. 또한, 볼 나사나 회전 안내면 등의 전동 장치, 클러치 내장형 회전 전달 장치, 파워 스티어링 장치, 왕복형 압축기 및 터보차저(turbocharger)에도 적용 가능하다.
본 발명은 또한, 금속 가공유(절삭, 프레스 및 단조 등), 이형제, 열 처리제, 열 매체, 냉각제, 방청제, 댐퍼 등의 완충제, 또는 도전성이 요구되는 통전형 윤활제로서도 바람직하다.
본 발명의 윤활유 기유는 그리스의 기유로서도 적용 가능하다. 그리스의 증조제(增稠劑)로서는, 리튬염이나 칼슘염 등의 금속 비누계나 비금속계가 있다. 비금속계의 증조제로서는, 예를 들면 벤토나이트, 실리카, 불소 수지 분말 등이 바람직하다. 또한, 본 발명의 윤활유 기유는 그리스 이외의 겔상 물질의 기유로서도 적용 가능하다.
또한, 본 발명은 철, 구리, 알루미늄 및 아연 등을 소재로 하는 기계 재료용으로서 바람직하다. 특히, 내식성 재료로서 알려져 있는 스테인리스강(마르텐사이트계, 페라이트계, 오스테나이트계), 세라믹 재료(질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 탄화붕소(B4C), 붕화티탄(TiB2), 질화붕소(BN), 탄화티탄(TiC), 질화티탄(TiN) 및 지르코니아(ZrO2) 등을 이용한 경우, 또한 DLC(다이아몬드 라이크 카본) 처리 등으로 표면에 여러가지의 코팅 처리를 실시한 재료를 이용한 경우에 바람직하다.
또한, 본 발명은 물리 증착(PVD: Physical Vapor Deposition)을 행하는 장치나, 화학 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)을 행하는 장치에 바람직하게 이용된다. 여기서 물리 증착으로서는, 진공 증착, 스퍼터링, 이온 플레이팅 또는 각종 이온 총을 이용한 이온 주입 등을 들 수 있다. 진공 증착으로서는, 일반적인 저항 가열식 증착 이외에 전자빔 증착, 이온 어시스트 전자빔 증착, 아크 증착 등을 들 수 있다. 이들 물리 증착은 조합하여 사용할 수도 있다. CVD로서는, 열 CVD, 플라즈마 CVD, 광 CVD, 에피택셜(epitaxial) CVD 또는 원자층 CVD 등을 들 수 있다. 이들 화학 증착은 조합하여 사용할 수도 있고, 물리 증착과 조합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 윤활유 기유(윤활유 조성물)를 이용한 물리 증착 장치나 화학 증착 장치는, 예를 들면 디스플레이 소자의 제조에 바람직하다.
[실시예]
다음으로, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 더욱 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들 예에 의해 전혀 한정되지 않는다. 또한, 윤활유 기유 및 윤활유 조성물의 여러가지 특성(동점도, 점도 지수, 유동점, 5％ 질량 감소 온도, 마찰 특성, 금속 부식성)은 하기의 방법에 따라서 평가 또는 측정하였다.
(1) 동점도
JIS K2283에 규정되는 「석유 제품 동점도 시험 방법」에 준거하여 측정하였다.
(2) 점도 지수
JIS K2283에 규정되는 「석유 제품 동점도 시험 방법」에 준거하여 측정하였다.
(3) 유동점
JIS K2269에 기재된 방법에 준거하여 측정하였다.
(4) 5％ 질량 감소 온도
시차 열분석 장치를 이용하여, 온도를 10℃/min의 비율로 승온시키고, 초기 질량으로부터 5％ 감소했을 때의 온도를 측정하였다. 5％ 질량 감소 온도가 높을수록, 내증발성, 내열성이 우수하다고 할 수 있다.
(5) 마찰 특성(마찰 계수 및 마모폭)
볼 온 디스크(ball-on-disc)형의 왕복 운동 마찰 시험기(바우덴 레벤식)를 이용하여, 하중20 N, 온도 80℃, 슬라이딩 속도 30 mm2/s, 스트로크 15 mm의 조건으로 마찰 계수 및 마모폭을 측정하였다. 볼의 재질은 SUJ2이고, 볼의 직경은 10 mm이고, 디스크의 재질은 SUJ2이다. 마찰 계수, 마모폭이 작을수록 윤활성, 내마모성이 우수하다고 할 수 있다.
(6) 금속 부식성
이온 액체 8 mL에, 철계(철 함량이 99 질량％ 이상) 및 구리계(구리 함량이 93 질량％ 이상 98 질량％ 이하, 주석 함량이 2 질량％ 이상 7 질량％ 이하, 기타 금속의 함량이 1 질량％ 이하)의 소결 베어링 각 1개를 동시에 침지시키고, 140℃에서 240시간 정치시킨 후, 이온 액체의 외관을 관찰하였다. 베어링의 치수는 외경이 12 mm이고, 두께가 4 mm이다. 그리고, 이하에 나타내는 기준에 기초하여 금속 부식성을 평가하였다.
A: 금속 용출이 없고, 부식이 없다.
B: 다갈색 또는 흑색상의 용출물이 약간 보인다(약간 부식 있음).
C: 다갈색 또는 흑색상의 용출물이 있다(부식 있음).
[이온 액체]
이하에서 나타내는 이온 액체를, 이하와 같이 하여 합성 또는 준비하였다.
(1) 이온 액체 1: 1-부틸-1-메틸피롤리디늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
1 L 플라스크에 질소 분위기 하에서 1-메틸피롤리딘(50 g, 0.585 mol), 2-프로판올(70 mL)을 가하였다. 이 중에 1-브로모부탄(96.5 g, 0.705 mol)을 적하한 후, 40℃로 승온하여 6시간 반응시켰다. 반응 종료 후, 아세트산에틸로 재결정화를 행하고, 여과에 의해 얻어진 결정을 아세트산에틸로 수회 세정하였다. 그 후, 진공 펌프로 감압하면서 40℃에서 수시간 건조시킴으로써 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드(할로겐체)를 얻었다(113 g, 0.510 mol).
다음으로, 1 L 플라스크에 상기 할로겐체(113 g, 0.510 mol)와 순수(純水)(110 mL)를 투입하고, 여기에 리튬비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(151 g, 0.525 mol)를 순수(150 mL)에 용해시킨 수용액을 적하하였다. 이 반응 혼합물을 실온하에서 약 1시간 교반한 후, 1 L 분액 깔때기에 옮기고 염화메틸렌(230 mL)을 가하여 추출하고, 모은 염화메틸렌 용액은 순수로 수회 세정하였다. 세정 후, 수층(1 mL부터 2 mL까지의 범위)을 채취하고, 0.5 M 질산은 수용액(1 mL)과 반응시켜 침전의 유무를 확인하였다(만약에 백색 침전이 보이면 브롬화물 이온이 완전히 제거되어 있지 않은 것이기 때문에, 이것이 보이지 않게 될 때까지 세정을 반복한다). 물 세정의 완료 후, 회전 증발기로 농축시키고, 활성탄을 소량 가하고, 실온하에서 1일간 교반하였다. 이 혼합물을 중성 알루미나의 칼럼에 통과시키고, 진공 펌프로 감압하면서 가열 교반(60℃, 4시간)함으로써 목적 화합물(212 g, 0.50 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00007
(2) 이온 액체 2: 1-헥실-1-메틸피롤리디늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-브로모부탄을 이용하는 대신에 1-브로모헥산(116 g, 0.705 mol)을 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 1-헥실-1-메틸피롤리디늄브로마이드(117 g, 0.468 mol)를 얻었다. 이 4급염을 이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드 대신에 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 목적 화합물(202 g, 0.449 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00008
(3) 이온 액체 3: 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피롤리디늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-브로모부탄을 이용하는 대신에 2-요오드에틸메틸에테르(131 g, 0.705 mol)를 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피롤리디늄요오디드(146 g, 0.538 mol)를 얻었다. 이 4급염을 이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드 대신에 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 목적 화합물(212 g, 0.500 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00009
(4) 이온 액체 4: 1-부틸-1-메틸피페리디늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-메틸피롤리딘을 이용하는 대신에 1-메틸피페리딘(58 g, 0.585 mol)을 이용하고, 80℃에서 반응시킨 것 이외에는 동일하게 조작하여 1-부틸-1-메틸피페리디늄브로마이드(137 g, 0.579 mol)를 얻었다. 이 4급염을 이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드 대신에 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 목적 화합물(250 g, 0.573 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00010
(5) 이온 액체 5: 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피페리디늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
이온 액체 3의 합성에 있어서, 1-메틸피롤리딘을 이용하는 대신에 1-메틸피페리딘(58 g, 0.585 mol)을 이용하고, 60℃에서 반응시킨 것 이외에는 동일하게 조작하여 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸피페리디늄요오디드(161 g, 0.563 mol)를 얻었다. 이 4급염을 이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드 대신에 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 목적 화합물(241 g, 0.549 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00011
(6) 이온 액체 6: 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸모르폴리늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
이온 액체 3의 합성에 있어서, 1-메틸피페리딘을 이용하는 대신에 1-메틸모르폴린(59 g, 0.585 mol)을 이용하고, 80℃에서 반응시킨 것 이외에는 동일하게 조작하여 1-(2-메톡시에틸)-1-메틸모르폴리늄요오디드(145 g, 0.505 mol)를 얻었다. 이 4급염을 이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드 대신에 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 목적 화합물(202 g, 0.460 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00012
(7) 이온 액체 7: 1-부틸피리디늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-메틸피롤리딘을 이용하는 대신에 피리딘(46 g, 0.585 mol)을 이용하고, 2-프로판올을 아세토니트릴(200 mL)로 바꾸고 80℃에서 반응시킨 것 이외에는 동일하게 조작하여 1-부틸피리디늄브로마이드(125 g, 0.579 mol)를 얻었다. 이 4급염을 이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드 대신에 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 목적 화합물(234 g, 0.562 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00013
(8) 이온 액체 8: N,N-디에틸-N-메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
이 이온 액체 8은 간토 가가꾸 가부시끼가이샤로부터 구입하였다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00014
(9) 이온 액체 9: N,N,N-트리메틸-N-펜틸암모늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
1 L 플라스크에, 질소 분위기 하에서 트리메틸아민 3.2 M 메탄올 용액(183 mL, 0.585 mol), 1-요오드펜탄(89 g, 0.449 mol)을 가하고, 실온에서 수시간 반응시켰다. 반응 종료 후, 용매를 감압 제거하고, 잔사를 아세트산에틸과 아세토니트릴로 수회 세정하였다. 그 후, 진공 펌프로 감압하면서 수시간 건조시킴으로써 N,N,N-트리메틸-N-펜틸암모늄요오디드를 얻었다(89 g, 0.346 mol). 이 4급염을 이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드 대신에 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 목적 화합물(138 g, 0.336 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00015
(10) 이온 액체 10: 트리에틸(옥틸)포스포늄비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
1 L 플라스크에, 질소 분위기 하에서 트리에틸포스핀 20％ 톨루엔 용액(346 g, 0.585 mol), 1-요오드옥탄(211 g, 0.878 mol)을 가하고, 60℃에서 수시간 반응시켰다. 반응 종료 후, 아세트산에틸로 수회 세정하고, 진공 펌프로 감압하면서 40℃에서 수시간 건조시킴으로써 트리에틸(옥틸)포스포늄요오디드를 얻었다(176 g, 0.491 mol). 이 4급염을 이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드 대신에 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 목적 화합물(241 g, 0.471 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00016
(11) 이온 액체 11: 1-부틸-3-메틸이미다졸륨비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드
1 L 플라스크에, 질소 분위기 하에서 1-메틸이미다졸(173 g, 2.100 mol), 1-클로로부탄(234 g, 2.528 mol)을 가하고, 90℃에서 수시간 반응시켰다. 반응 종료 후, 아세트산에틸과 아세토니트릴로 재결정화를 행하고, 여과에 의해 얻어진 결정을 진공 펌프로 감압하면서 40℃에서 수시간 건조시킴으로써 1-부틸-1-메틸이미다졸륨클로라이드(352 g, 2.016 mol)를 얻었다. 이 4급염을 이온 액체 1의 합성에 있어서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄브로마이드 대신에 사용한 것 이외에는 동일하게 조작하여 목적 화합물(837 g, 1.996 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00017
(12) 이온 액체 12: 1-부틸-1-메틸피롤리디늄트리플루오로트리스(펜타플루오로에틸)포스페이트
이 이온 액체 12는 머크 가부시끼가이샤로부터 구입하였다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00018
(13) 이온 액체 13: 1-부틸-1-메틸피롤리디늄트리플루오로메탄술포네이트
1 L 플라스크에, 질소 분위기 하에서 1-부틸피롤리딘(34 g, 0.267 mol), 톨루엔(230 mL)을 가하였다. 이 중에 메틸트리플레이트(43 g, 0.262 mol)와 톨루엔(100 mL)의 혼합 용액을 0℃에서 적하하고, 동일 온도에서 수시간 반응시켰다. 반응 종료 후, 톨루엔으로 수회 세정하고, 활성탄 처리를 행하였다. 이 혼합물을 중성 알루미나의 칼럼에 통과시키고, 진공 펌프로 감압하면서 가열 교반(60℃, 4시간)함으로써 목적물(68 g, 0.233 mol)을 얻었다. 이 화합물의 화학식을 하기한다.
Figure pct00019
[실시예 1부터 실시예 8까지, 및 비교예 1부터 비교예 7까지]
상기한 이온 액체 및 이하에 나타내는 첨가제를 이용하여, 표 1 및 표 2에 나타내는 배합 처방에 의해 윤활유 기유 또는 윤활유 조성물을 제조하고, 상기 여러가지 특성(동점도, 점도 지수, 유동점, 5％ 질량 감소 온도, 마찰 특성, 금속 부식성)에 대해서 평가 또는 측정하였다. 그 결과를 배합 처방과 함께 표 1 및 표 2에 나타내었다.
극압제: 트리크레실포스페이트
금속 불활성화제: 벤조트리아졸
Figure pct00020
Figure pct00021
표 1 및 표 2에 나타내는 평가 결과에서도 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1부터 실시예 8까지에서 얻어진 윤활유 기유 또는 윤활유 조성물은 고온에서 금속을 부식시키기 어렵고, 저온 유동성이 우수한 데다가, 내열성, 윤활성도 양호한 것이 확인되었다. 한편, 양이온이 2개의 상이한 측쇄를 갖는 환상 4급 암모늄 이온이며, 음이온이 공액 아미드 이온이라는 조건을 만족시키지 않는 이온 액체를 이용한 경우(비교예 1부터 비교예 7까지)에는, 내열성 및 윤활성이 우수하지만, 고온에서의 내금속 부식성과 저온 유동성이 양립하지 않아 윤활유 기유로서는 적절하지 않은 것이 확인되었다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 이온 액체를 1 종류 이상 포함하는 윤활유 기유이며, Z+가 2개의 상이한 측쇄를 갖는 환상 4급 암모늄 이온이고, A-가 공액 아미드 이온인 것을 특징으로 하는 윤활유 기유.
    <화학식 1>
    Figure pct00022

    (Z+는 양이온을 의미하고, A-는 음이온을 의미함)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 이온 액체에서의 A-가 하기 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는 음이온 중에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 윤활유 기유.
    <화학식 2>
    Figure pct00023

    (화학식 2 중, n은 1부터 4까지의 정수이고, m은 1부터 4까지의 정수이고, 이들은 동일하거나 상이할 수도 있음)
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 이온 액체에서의 Z+가 하기 화학식 3으로 표시되는 구조를 갖는 양이온 중에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 윤활유 기유.
    <화학식 3>
    Figure pct00024

    (화학식 3 중, n은 1 또는 2이고, X는 메틸렌 또는 산소이고, R1, R2는 에테르기, 에스테르기, 니트릴기, 실릴기를 가질 수도 있는 탄소수 1부터 12까지의 알킬기로부터 선택되는 기임)
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 액체의 분자량이 410 이상 570 이하인 것을 특징으로 하는 윤활유 기유.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 액체의 40℃ 동점도가 1 mm2/s 이상 100 mm2/s 이하인 것을 특징으로 하는 윤활유 기유.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온 액체의 유동점이 0℃ 이하인 것을 특징으로 하는 윤활유 기유.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 윤활유 기유에, 산화 방지제, 유성제, 극압제, 청정 분산제, 점도 지수 향상제, 방청제, 금속 불활성화제 및 소포제 중 적어도 어느 하나를 배합한 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    오일 함유 베어링, 유체 베어링, 진공 기기 및 반도체 제조 장치의 윤활에 이용되는 것임을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
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