JP2012036294A

JP2012036294A - イオン液体を基油とした錆止め性に優れる潤滑剤組成物

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Publication number: JP2012036294A
Application number: JP2010177775A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hayama; 誠羽山; Setsuo Sasaki; 節夫佐々木
Original assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Current assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-06
Also published as: JP5822100B2; US9012381B2; EP2602307A1; RU2013110005A; US20130137615A1; EP2602307B1; EP2602307A4; WO2012018137A1

Abstract

【課題】高真空又は超高真空下或いは高温下でも良好に使用できる錆止め性に優れたイオン液体を基油とした潤滑剤を提供すること。
【解決手段】（Ａ）アニオンが下記式１又は２で表されるイオン液体；及び
（Rf1−SO₂）（Rf2−SO₂）N⁻ 式１
（Rf3）（Rf3）（Rf3）PF₃ ⁻ 式２
（式１中、Rf1及びRｆ2は互いに同一でも異なっていてもよく、F、CF₃、C₂F₅、C₃F₇又はC₄F₉を表す。式２中、Rf3は互いに同一でも異なっていてもよく、CF₃、C₂F₅、C₃F₇又はC₄F₉を表す。）
（Ｂ）0.1〜5.0質量％の脂肪酸アミン塩；
を含有する潤滑剤組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、高真空又は超高真空下や高温下でも使用可能な潤滑剤組成物に関する。詳しくは、宇宙空間（宇宙ステーション）で使用する装置や真空装置、半導体装置（スパッタリング装置）等の0.1Pa以下の高真空又は超高真空下や、難燃性、熱安定性から、通常の有機系潤滑剤では使用できない最高温度が200〜300℃となるような装置又は機械等の高温下で使用可能な潤滑剤組成物に関する。

高真空又は超高真空下や高温下で使用される潤滑油やグリース（以下、まとめて「潤滑剤」と称する）の性質は主成分である基油の性質によるところが大きい。例えば、現在、潤滑剤の基油に広く使用されている鉱物油、エステル油、ポリα−オレフィン、およびアルキルフェニルエーテル油等は蒸気圧が高いため、これらの基油を含有する潤滑剤を高真空下で使用するのは難しい。このような場合、蒸気圧の低いＰＦＡＥ（パーフルオロアルキルエーテル）又はトリス（２−オクチルドデシル）シクロペンタン等を基油として使用することができる。
しかし、最近、これらの基油より、さらに耐真空性や耐熱性に優れた潤滑剤基油としてイオン液体が着目されている（特許文献１〜３）。多くの種類があるイオン液体だが、その性質から水溶性のものが多い。ところが、潤滑剤が水溶性であると、水に流され漏えいしたり、錆止め性に悪影響を与えたりなど好ましくない。したがって潤滑剤基油として使用するイオン液体は、前提条件として非水溶性であることが求められる。また、イオン液体の短所は、錆止め性が悪いことである。このため特許文献４〜７に示すような種々の錆止め剤が検討されている。しかし、これらの防錆効果は不充分であり、いまだ充分に満足するものは得られていない。

国際公開第2005/035702号特開2007-297287号公報特開2005-154755号公報特開2006-291011号公報特開2009-29981号公報特開2009-249585号公報特開2009-242765号公報

したがって、本発明は、高真空又は超高真空下或いは高温下でも良好に使用できる錆止め性に優れたイオン液体を基油とした潤滑剤組成物を提供することを課題とする。

本発明により、以下の潤滑剤組成物を提供する：
１．（Ａ）アニオンが下記式１又は２のいずれかで表されるイオン液体；及び
（Rf1−SO₂）（Rf2−SO₂）N^- 式１
（Rf3）（Rf3）（Rf3）PF₃ ^- 式２
（式１中、Rf1及びRｆ2は互いに同一でも異なっていてもよく、F、CF₃、C₂F₅、C₃F₇又はC₄F₉を表す。式２中、Rf3は互いに同一でも異なっていてもよく、CF₃、C₂F₅、C₃F₇又はC₄F₉を表す。）
（Ｂ）0.1〜5.0質量％の脂肪酸アミン塩；
を含有する潤滑剤組成物。
２．上記イオン液体の融点が−20℃以下である上記１記載の潤滑剤組成物。
３．（Ａ）イオン液体のアニオンが、ビス（パーフルオロアルキルスルホニル）イミド、（トリフルオロメチルスルホニル）（ヘプタフルオロプロピルスルホニル）イミド及びトリス（パーフルオロアルキル）トリフルオロホスフェートからなる群から選ばれる少なくとも１種である上記１又は２記載の潤滑剤組成物。
４．（Ａ）イオン液体のアニオンが、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、（トリフルオロメチルスルホニル）（ヘプタフルオロプロピルスルホニル）イミド及びトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェートからなる群から選ばれる少なくとも１種である上記１〜３のいずれか１項記載の潤滑剤組成物。
５．（Ａ）イオン液体のカチオンが、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピラゾリウム、ピペリジニウム、ピロリジニウム、モルホリン、ピロール、ホスホニウム、四級アンモニウム塩、スルホニウム及びイソオキサゾリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である上記１〜４のいずれか１項記載の潤滑剤組成物。
６．（Ａ）イオン液体のカチオンが、エチルメチルイミダゾリウム、ヘキシルメチルイミダゾリウム、メチルオクチルイミダゾリム、ブチルジメチルイミダゾリウム；ブチル−４−メチルピリジニウム；メトキシエチル−メチルピペリジウム；メトキシエチル−メチルピロリジニウム；オクチルトリエチルホスホニウム、トリエチルオクチルホスホニウム；プロピルジメチルイソオキサゾリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である上記１〜５のいずれか１項記載の潤滑剤組成物。

本発明の潤滑剤は、錆止め性に優れる。低温から高温にわたる広い温度範囲及び0.1Pa以下の高真空又は超高真空下、特に10^-4Pa以下の真空下でも好適に使用できる。

〔イオン液体〕
イオン液体は、本発明の潤滑剤組成物において基油として使用する。イオン液体は、常温溶融塩とも呼ばれる、常温で液体となる溶融塩である。イオン液体は様々なアニオン、カチオンの組み合わせから構成される。
本発明において使用するイオン液体は、アニオンが下記式１又は２のいずれかで表される。
（Rf1−SO₂）（Rf2−SO₂）N^- 式１
（Rf3）（Rf3）（Rf3）PF₃ ^- 式２
（式１中、Rf1及びRｆ2は互いに同一でも異なっていてもよく、F、CF₃、C₂F₅、C₃F₇又はC₄F₉を表す。式２中、Rf3は互いに同一でも異なっていてもよく、CF₃、C₂F₅、C₃F₇又はC₄F₉を表す。）

式１で表されるアニオンとしては、ビス（パーフルオロアルキルスルホニル）イミド、（トリフルオロメチルスルホニル）（ヘプタフルオロプロピルスルホニル）イミド、ビス〔フルオロスルホニル〕イミド等があげられる。このうち、ビス（パーフルオロアルキルスルホニル）イミド、（トリフルオロメチルスルホニル）（ヘプタフルオロプロピルスルホニル）イミドが好ましい。ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドがより好ましい。
式２で表されるアニオンとしては、トリス（パーフルオロアルキル）トリフルオロホスフェート、ビス（パーフルオロアルキル）（トリフルオロメチル）トリフルオロホスフェート等があげられる。このうち、トリス（パーフルオロアルキル）トリフルオロホスフェートが好ましい。トリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェートがより好ましい。

本発明で用いるイオン液体を構成するアニオンとしては、ビス（パーフルオロアルキルスルホニル）イミド、（トリフルオロメチルスルホニル）（ヘプタフルオロプロピルスルホニル）イミド（化１）、あるいはトリス（パーフルオロアルキル）トリフルオロホスフェート（化２）が好ましい。
ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、（トリフルオロメチルスルホニル）（ヘプタフルオロプロピルスルホニル）イミド、トリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェートがより好ましい。
ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが最も好ましい。

イオン液体を構成するカチオンは、特に限定されず、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピラゾリウム、ピペリジニウム、ピロリジニウム、モルホリン、ピロール、ホスホニウム、四級アンモニウム塩、スルホニウム、イソオキサゾリウム等が挙げられる。また、脂肪族アミン系、脂環式アミン系、ピリジン（芳香族）系と分類されているものもある。
具体的には、エチルメチルイミダゾリウム、ヘキシルメチルイミダゾリウム、メチルオクチルイミダゾリウム、ブチルジメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム；ブチル−４−メチルピリジニウム等のピリジニウム；メトキシエチル−メチルピペリジニウム等のピペリジウム；メトキシエチル−メチルピロリジニウム等のピロリジニウム；オクチルトリエチルホスホニウム、トリエチルオクチルホスホニウム等のホスホニウム；プロピルジメチルイソオキサゾリウム等のイソオキサゾリウム等が挙げられる。
本発明で用いるイオン液体を構成するカチオンとしては、エチルメチルイミダゾリウム、ヘキシルメチルイミダゾリウム、メチルオクチルイミダゾリウム、ブチルジメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム；メトキシエチル−メチルピロリジニウム等のピロリジニウム；オクチルトリエチルホスホニウム、トリエチルオクチルホスホニウム等のホスホニウム；プロピルジメチルイソオキサゾリウム等のイソオキサゾリウムが好ましい。
メトキシエチル−メチルピロリジニウム等のピロリジニウムがより好ましい。
１−（２−メトキシエチル）−１−メチルピロリジニウムが最も好ましい。

イオン液体としては、とりわけ、アニオンとカチオンが以下の組み合わせのものが好ましい：

イオン液体は、その融点が−20℃以下であるのが好ましい。イオン液体は、一般的に、低温で流動性を失い固化するものが多く、低温での使用に適さないものが多いが、-20℃以下でも固化せず流動性を有しているものを基油として使用することにより、高温から低温へ広い温度範囲にわたって広い温度範囲で潤滑剤組成物を使用することができる。なお、本明細書において、イオン液体の融点は、大気圧における融点であり、示差走査熱量測定（Differential scanning calorimetry、DSC）を用いて測定される。

〔脂肪酸アミン塩〕
本発明において用いる脂肪酸アミン塩は、一般に、潤滑剤の錆止め剤として用いられている。
本発明において使用可能な脂肪酸アミン塩としては、炭素数１〜２２、好ましくは１〜２０の脂肪酸と、アミンとの塩が挙げられる。脂肪酸は飽和でも不飽和でも良く、更に直鎖でも分岐でも良い。アミンは一級、二級、三級アミンのいずれでも良く、官能基は脂肪族、脂環式、芳香族でも良い。
尚、潤滑剤組成物の錆止め剤として従来用いられているスルホネート、脂肪酸アミド、窒素原子を二個以上持つ化合物、コハク酸エステル、コハク酸ハーフエステル、亜硝酸塩、モリブデン酸塩、二塩基酸塩等は錆止め効果が充分ではなく、発錆が認められた。また、スルホネート、亜硝酸塩、モリブデン酸塩、二塩基酸塩は、イオン液体へ溶解せず、沈降や分離が認められた。
本発明の潤滑剤組成物中、脂肪酸アミン塩の含有量は、0.1〜5.0質量％である。0.1質量％未満では錆止め効果が十分でなく、5.0質量％以上では錆止め効果が頭打ちになることがある。好ましくは0.5〜5.0質量％である。

〔増ちょう剤〕
本発明の潤滑剤組成物に増ちょう剤を含ませることにより半固体状としてもよい。増ちょう剤としては、イオン液体及び脂肪酸アミン塩の混合物を半固体状にする物質であれば全て使用可能である。例えば、現在知られているグリースの増ちょう剤であれば全て使用可能である。具体的にはリチウム石けん、カルシウム石けん、ナトリウム石けんに代表される石けん系増ちょう剤、リチウムコンプレックス石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウムコンプレックス石けん、カルシウムスルホネートコンプレックス石けんに代表されるコンプレックス石けん系増ちょう剤、ジウレア、テトラウレアに代表されるウレア系増ちょう剤、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＭＣＡ、カーボンブラックに代表される有機系増ちょう剤、有機化クレイ、微細シリカに代表される無機系増ちょう剤等が挙げられる。
また、グリースの増ちょう剤として知られている増ちょう剤以外に、イオン液体及び脂肪酸アミン塩の混合物を半固体状とする物質としては、銅や銀などの金属や酸化亜鉛、酸化チタンなどの金属酸化物、窒化ホウ素など窒化物など無機の微粉末も増ちょう剤として使用可能である。
増ちょう剤の含有量は潤滑剤組成物を半固体状にするのに有効な量であり、潤滑剤組成物全体に対して、好ましくは1〜50質量％、さらに好ましくは3〜30質量％である。

〔添加剤〕
本発明の潤滑剤組成物には、通常の潤滑剤組成物に普通に使用されている添加剤が使用可能である。例えば酸化防止剤、耐荷重添加剤、金属腐食防止剤があげられる。また、その他の錆止め剤の併用も可能である。

実施例及び比較例の潤滑剤組成物は、（Ａ）イオン液体に、得られる潤滑剤組成物中1.0質量％となる量の（Ｂ）脂肪酸アミン塩を添加し、70℃に加熱攪拌し両者を混合することにより調製した。潤滑剤組成物を調製するのに用いた（Ａ）イオン液体及び（Ｂ）脂肪酸アミン塩を表１に示す。
得られた潤滑剤組成物について下記の試験を行った。結果を表２に示す。
＜試験方法＞
（１）非水溶性
水１にイオン液体０．１（体積比）を加え、攪拌し、非水溶性であるか否かを目視により判定した。なお、水及びイオン液体の温度はいずれも２５℃とした。
○：非水溶性・・水に溶解しない
×：水溶性・・・水に溶解する
（２）錆止め性
ＪＩＳＫ２２４６に規定される湿潤試験を行った。
試験条件（規格通り）：温度49℃、湿度95％RH、試験時間14日間
試験片：規格のSPCC鋼板から、SUS440Cステンレス鋼板に変更した。
○：合格‥発錆なし（Ａ級）
△：不合格‥錆発生度１〜５０％（Ｂ級〜Ｄ級）
×：不合格‥錆発生度５１〜１００％（Ｅ級）
（３）低温流動性
ＪＩＳ K２２８３に従い、−２０℃における動粘度を測定することにより低温流動性を評価した。
○：合格‥7000mm²/s未満（低温流動性あり）
×：不合格‥7000mm²/s以上（低温流動性なし）

実施例１〜９の潤滑剤組成物は、非水溶性であり、かつ錆止め効果に優れる。このうち、実施例２〜９の潤滑剤組成物は、−20℃でも動粘度が7000mm²/s未満と充分な流動性が確保され、−20℃でも使用可能であることが示された。
一方、比較例１〜４の潤滑剤組成物は、水溶性を示し、潤滑剤として適さないことが示された。
比較例５〜１４の潤滑剤組成物は、アニオンが式１又は式２で表されるイオン液体を含む。錆止め剤錆止め剤を含まない場合（比較例５）は、非水溶性は確保されるものの、錆止め性はなく、超高真空下又は高温下で使用可能な潤滑剤組成物としては適さないことが分かった。一般の石油系潤滑剤に効果のある錆止め剤のうち、脂肪酸アミン塩以外を添加した場合（比較例６〜１４）は、錆止め効果は劣り、高真空又は超高真空下或いは高温下で使用可能な潤滑剤組成物としては適さないことが分かった。

Claims

（Ａ）アニオンが下記式１又は２のいずれかで表されるイオン液体；及び
（Rf1−SO₂）（Rf2−SO₂）N^- 式１
（Rf3）（Rf3）（Rf3）PF₃ ^- 式２
（式１中、Rf1及びRｆ2は互いに同一でも異なっていてもよく、F、CF₃、C₂F₅、C₃F₇又はC₄F₉を表す。式２中、Rf3は互いに同一でも異なっていてもよく、CF₃、C₂F₅、C₃F₇又はC₄F₉を表す。）
（Ｂ）0.1〜5.0質量％の脂肪酸アミン塩；
を含有する潤滑剤組成物。
上記イオン液体の融点が−20℃以下である請求項１記載の潤滑剤組成物。
（Ａ）イオン液体のアニオンが、ビス（パーフルオロアルキルスルホニル）イミド、（トリフルオロメチルスルホニル）（ヘプタフルオロプロピルスルホニル）イミド及びトリス（パーフルオロアルキル）トリフルオロホスフェートからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載の潤滑剤組成物。
（Ａ）イオン液体のアニオンが、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、（トリフルオロメチルスルホニル）（ヘプタフルオロプロピルスルホニル）イミド及びトリス（ペンタフルオロエチル）トリフルオロホスフェートからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか１項記載の潤滑剤組成物。
（Ａ）イオン液体のカチオンが、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピラゾリウム、ピペリジニウム、ピロリジニウム、モルホリン、ピロール、ホスホニウム、四級アンモニウム塩、スルホニウム及びイソオキサゾリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜４のいずれか１項記載の潤滑剤組成物。
（Ａ）イオン液体のカチオンが、エチルメチルイミダゾリウム、ヘキシルメチルイミダゾリウム、メチルオクチルイミダゾリム、ブチルジメチルイミダゾリウム；ブチル−４−メチルピリジニウム；メトキシエチル−メチルピペリジウム；メトキシエチル−メチルピロリジニウム；オクチルトリエチルホスホニウム、トリエチルオクチルホスホニウム；プロピルジメチルイソオキサゾリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜５のいずれか１項記載の潤滑剤組成物。
さらに増ちょう剤を含有する請求項１〜６のいずれか１項記載の潤滑剤組成物。