JP5946019B2 - 潤滑性塗料組成物 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック又はエラストマー等の有機性構造部材に用いられる潤滑性塗料組成物に関する。より詳しくは、プラスチック又はエラストマー等の有機性構造部材の低摩擦化に有効な、耐久性に優れた速乾性常温処理型の潤滑性塗料組成物に関する。

自動車や産業機械・装置には、プラスチック製あるいはエラストマー製の部材が組み込まれていることが多い。しかし、部材表面の摩擦抵抗が大きいため、動力伝達のロスが大きいこと、スティックスリップが発生すること、さらに、運転稼働中や操作中に振動等により軋み音や鳴きが発生することが問題となっている。このような問題の発生を防止する方法として、例えば、クリーニングブレードの少なくとも像担持体と接触する部分の表面に、非イオン性界面活性剤を塗布し、該塗布面に微粒子を付着させた後に乾燥させる方法がある（特許文献１）。また、水分散性のウレタン樹脂と水分散性のエポキシ樹脂とポリオレフィンワックスとシリカとを含有する潤滑性塗料組成物を処理剤として使用する方法がある（特許文献２）。また、フッ素化合物微粒子を含有するニッケル−コバルト合金複合メッキを摺動面に形成する方法がある（特許文献３）。

特許第４０８９２５７号公報 特許第２７１９５７１号公報 特開２００１−２２６７９８号公報

特許文献１では、界面活性剤を用いて微粒子を付着させているが、付着しているのみで接着していない。そのため、擦ると微粒子が脱落してしまい、組み付け時等の初期摺動性は良いが、耐久性に劣る。また、処理後のウェットな状態では、塗布面に接触した部材に界面活性剤成分や微粒子が移着し、周辺環境を汚染することがある。また、特許文献２では、硬化した樹脂成分により潤滑剤微粒子を基材上に強固に固定化できるため、耐久性が良く周辺環境の汚染もない。しかし、バインダー成分を反応させるために熱処理が必要であり、設備投資やランニングコストの点で、経済性に劣る。また、基材がプラスチックやエラストマー等の有機性構造部材では、熱により溶融又は変形してしまうものが多く、適用できない場合がある。また、特許文献３では、フッ素化合物微粒子をメッキ層で固定化しており熱処理が不要であるが、この複合メッキ層を形成するには大掛かりな電解メッキ装置が必要である。また、処理液の濃度、温度、ｐＨ、電流密度等の制御が煩雑である。さらに、基材となる処理物は金属等の導電性物質に限定される。

したがって、本発明の目的は、速乾性と耐久性に優れ、環境影響の少ない潤滑性塗料組成物及び潤滑性塗料組成物を摺動面に処理した摺動部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らは、以下の潤滑性塗料組成物を提供する。

（１）溶剤と、バインダー成分と、固体潤滑剤とを含む潤滑性塗料組成物であって、前記バインダー成分が常温で固体の低分子量有機化合物であり、前記低分子量有機化合物と前記固体潤滑剤の重量比率が２０：８０〜４０：６０であることを特徴とする、潤滑性塗料組成物。
（２）前記低分子量有機化合物が、フェノール系化合物であることを特徴とする、（１）に記載の潤滑性塗料組成物。
（３）前記フェノール系化合物が、メチレンビスフェノール系化合物であることを特徴とする、（２）に記載の潤滑性塗料組成物。
（４）前記固体潤滑剤が、フッ素系樹脂の粒子であることを特徴とする、（１）〜（３）に記載の潤滑性塗料組成物。
（５）前記固体潤滑剤が、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする、（１）〜（４）に記載の潤滑性塗料組成物。
（６）前記溶剤が、９５重量％以上のフッ素系溶剤と５重量％以下のアルコール系溶剤の混合溶剤であることを特徴とする、（１）〜（５）に記載の潤滑性塗料組成物。
（７）（１）〜（６）に記載の潤滑性塗料組成物から形成される塗膜を、その表面に形成させた有機性構造部材からなる摺動部材。
（８）前記有機性構造部材が、プラスチック又はエラストマーであることを特徴とする、（７）に記載の摺動部材。

本発明の潤滑性塗料組成物は、速乾性と耐久性に優れ、環境影響が少ない。特に、各種プラスチックやエラストマー等の有機性構造部材同士、あるいは有機性構造部材とこれに当接される金属部材の接触面が摺動する場面で、摩擦係数を下げることができる。その結果として、スティックスリップや軋み音、鳴きの発生を防止することもできる。

以下、本発明を実施形態に即して詳細に説明する。

（潤滑性塗料組成物）
本発明の潤滑性塗料組成物は、溶剤と、バインダー成分である低分子量有機化合物と、固体潤滑剤を含む。必要に応じて、各種添加剤を配合する。

（溶剤）
溶剤としては、低分子量有機化合物を溶解し得る溶剤であれば、特に限定されないが、処理する基材にダメージを与えず、速乾性が高いという点で、フッ素系溶剤、アルコール系溶剤、炭化水素系溶剤が好ましい。フッ素系溶剤は、少なくともフッ素原子を１個含有する溶剤である。完全にフッ素化されたか、又は部分的にフッ素化された炭化水素、エーテル、アルコール、エステル、カルボン酸、ケトン等が使用できる。好ましくは、ハイドロフルオロエーテルである。ハイドロフルオロエーテルは、各種ゴムや樹脂材へのダメージが低く、引火性も無く、毒性も少ない。また、オゾン層破壊係数が０、地球温暖化係数も低く、環境に優しい。さらに、表面張力が低いため、塗料の広がりが良く薄膜を形成しやすい。ハイドロフルオロエーテルとして、具体的には、Ｃ_２Ｆ_５ＯＣ_２Ｈ_５、Ｃ_３Ｆ_７ＯＣＨ_３、Ｃ_３Ｆ_７ＯＣ_２Ｈ_５、Ｃ_４Ｆ_９ＯＣＨ_３、Ｃ_４Ｆ_９ＯＣ_２Ｈ_５、Ｃ_５Ｆ_１１ＯＣＨ_３、Ｃ_６Ｆ_１３ＯＣＨ_３、Ｃ_７Ｆ_１５ＯＣＨ_３、Ｃ_３ＨＦ_６−ＣＨ(ＣＨ_３)Ｏ−Ｃ_３ＨＦ_６が挙げられる。また、アルコール系溶剤としては、炭素数１〜４のアルコール類がより好ましい。具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｔ−ブタノールが挙げられる。また、炭化水素系溶剤としては、炭素数５〜８の炭化水素がより好ましい。具体的には、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンが挙げられる。これらの溶剤は単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。好ましくは、フッ素系溶剤とアルコール系溶剤の混合溶剤である。また、フッ素系溶剤が９５重量％以上、アルコール系溶剤が５重量％以下である混合溶剤は、環境への影響が小さく、引火性もなく、低分子量有機化合物の溶解性が良いという点で、より好ましい。

（バインダー成分）
バインダー成分は、常温で固体の低分子量有機化合物である。なお、本発明において、低分子量有機化合物とは、数平均分子量が１０００以下であり、５量体以上の重合物を含まない有機化合物のことをいう。低分子量有機化合物は、融点６０℃以上であり、結晶性の薄膜を形成できる物質であることが好ましい。また、溶剤に完全に溶解し、耐水性及び耐潮解性を有することが好ましい。潮解しやすい化合物を使用すると、空気中の水分によって結晶成分が徐々に溶解し、固体潤滑剤を保持できなくなるため適さない。具体的には、低分子量有機化合物としては、フェノール系化合物が好ましい。フェノール系化合物は、フェノール構造を有する化合物であれば特に限定されないが、モノフェノール化合物として、例えば、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノール、２，６−ジ−ｔ−ブチルフェノール、フェニルフェノール、モノ（α-メチルベンジル）フェノール、ジ（α-メチルベンジル）フェノール、トリ（α-メチルベンジル）フェノールが挙げられる。また、ビスフェノール化合物として、例えば、２，２’−メチレン−ビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，２’−メチレン−ビス（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−ブチリデン−ビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−チオ−ビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）が挙げられる。特に、メチレンビスフェノール系化合物が好ましい。メチレンビスフェノール系化合物は、モノフェノール系化合物より各種溶剤に対する溶解性が良く、塗料化しやすいためである。

（固体潤滑剤）
固体潤滑剤は、フッ素系樹脂の粒子であることが好ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオロライド、トリクロロトリフルオロエチレンが挙げられる。また、固体潤滑剤は、グラファイトや二硫化モリブデン等の層状格子構造を持つ微粒子でもよい。これらの固体潤滑剤は単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。固体潤滑剤の粒径は、３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。粒径が３０μｍよりも大きいと、短時間で固体潤滑剤が沈降する。固体潤滑剤が沈降した不均一な塗料組成物では、低分子量有機化合物と固体潤滑剤との重量比を適切に保持することができず、本発明の効果を発揮できない。また、このような塗料組成物を塗装すると、ムラになってしまう。

本発明の潤滑性塗料組成物における低分子量有機化合物と固体潤滑剤との重量比率は２０：８０〜４０：６０である。低分子量有機化合物の重量比率が２０％より少ないと、固体潤滑剤の保持力が低下し、そのため、固体潤滑剤が剥がれ落ちてしまい、周辺の汚染につながる。一方、低分子量有機化合物の重量比率が４０％より大きいと固体潤滑剤が剥がれ落ちることはないが、相対的に固体潤滑剤の重量が少ないため良好な潤滑が得られず、摩擦係数の低減効果が薄れ、さらには摺動面からの鳴き、ビビリが発生してしまう。

本発明の潤滑性塗料組成物は、必要に応じて、さらに、着色剤、消泡剤、増粘剤、他の潤滑剤等の添加剤を配合することができる。これらの添加剤は単独で、あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。

着色剤としては、べんがら、酸化亜鉛、酸化チタン、アニリンブラック、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、チタンイエロー、不溶性ジスアゾイエロー、縮合アゾイエロー、イソインドリノンイエロー、ベンズイミダゾロンイエロー、不溶性ジスアゾオレンジ、ベンズイミダゾロンオレンジ、ペリノンオレンジ、カドミウムレッド、モノアゾレーキレッド、不溶性モノアゾレッド、ベンズイミダゾロンレッド、縮合アゾレッド、キナクリドンレッド、ペリレンレッド、アントラキノニルレッド、キナクリドンバイオレッド、ジオキサジンバイオレッド、コバルトブルー、群青、フタロシアニンブルー、不溶性ジスアゾブルー、インダントロンブルー、チタンコバルトグリーン、塩素化フタロシアニングリーン、臭素化フタロシアニングリーン、ベンズイミダゾロンブラウン、カーボンブラック等が挙げられる。

消泡剤としては、例えばジメチルポリシロキサン、ポリアクリル酸、金属石けん、脂肪酸エステル、リン酸エステル等が用いられる。

他の潤滑剤としては、例えば二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素、窒化シラン、メラミンシアヌレート等が挙げられる。

本発明の潤滑性塗料組成物は、常温で固体であるバインダー成分をフッ素系溶剤に溶解させて使用するため、溶剤が蒸発するとバインダー成分が析出し、固体潤滑剤を部材の表面に確実に固定することができる。また、フッ素系溶剤の乾燥のみで固体潤滑剤を固定できるため、熱処理や化学反応に掛かるエージング時間等が不要であり、処理が短時間かつ簡便である。

本発明の潤滑性塗料組成物は、特に、プラスチック又はエラストマー等の有機性構造部材の潤滑コーティング用に最適である。例えば、プラスチック製スライドレールの摩擦係数低減、プラスチック若しくはエラストマー製部品組み付け時の挿入抵抗低減、又は、発泡スチロールの鳴き防止等に効果的である。

（摺動部材）
本発明の潤滑性塗料組成物を摺動部材に塗布することにより、摺動部材の表面に塗膜を形成させることができる。摺動部材は、プラスチック又はエラストマー等の有機性構造部材からなる。摺動部材への塗布方法は、特に限定されないが、例えばスプレー法、ディッピング法、フローコート法、ディスペンザー法、スピンコート法が挙げられる。それぞれの塗布方法に応じて、潤滑性塗料組成物の製造時又は塗布前に、溶剤により固形分の調整をすることができる。例えば、スプレー法の場合には、霧化エアーにより細分化した塗料ミストが基材へ到達する段階で溶剤の一部が蒸発していくため、基材へ直接塗料を載せるディッピング法やフローコート法より、固形分濃度が低く希釈された塗料であることが好ましい。具体的には、スプレー法の場合は、固形分濃度で０．３〜１５重量％が取り扱いやすく、ディッピング法やフローコート法では、固形分濃度で１〜３０重量％が取り扱いやすい。ここでいう固形分濃度とは、潤滑性塗料組成物を５０℃１時間の条件下で、溶剤成分を蒸発させた後の不揮発分（残渣）濃度であり、主として、組成物中のバインダー成分及び固体潤滑剤の合計濃度を意味する。また、塗膜の膜厚としては、０．２〜３０μｍが好ましく、１〜１５μｍがより好ましい。膜厚が薄いと、固体潤滑剤の大部分が塗膜より飛び出した形となり、基材側のごく一部でしか固体潤滑剤を固定化することができない。そのため、固体潤滑剤の脱落（いわゆる粉落ち）が起こりやすく、耐久性が劣る結果となる。一方、膜厚が厚いと、低分子量有機化合物の結晶が割れてしまい、塗膜を形成することができない。

［潤滑性塗料組成物の調製］
・バインダー成分Ａ：ノクラックＮＳ−６（大内新興化学工業社製） ２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）
・バインダー成分Ｂ：ノクラック２００（大内新興化学工業社製） ２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール
・バインダー成分Ｃ：モディパーＦ−６００（日油社製） メタクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマー
・固体潤滑剤：ルブロンＬ−５Ｆ（ダイキン工業社製） ポリテトラフルオロエチレン
・フッ素系溶剤：ノベック７１００（住友３Ｍ社製） メチルノナフルオロブチルエーテル
・アルコール系溶剤：イソプロピルアルコール
表１の配合率となるように、アルコール系溶剤中、バインダー成分を加え、超音波を照射して溶解液を得た。この溶解液をフッ素系溶剤で希釈し、固体潤滑剤を加えた。再び、超音波を照射して各分散液を得た（実施例１〜４、比較例２〜４）。表１に、潤滑性塗料組成物の評価結果を示す。なお、比較例１は、未処理の場合を示す。
［潤滑性塗料組成物の試験及び評価］
・耐粉落ち性
得られた分散液をＳＰＣＣブリキ板へ３，４滴滴下し、薄く塗り広げる。常温で数分間放置し、乾燥させる。得られた塗装面に拭き取り専用紙（ＪＫワイパー）を１枚挟んで１００ｇの標準分銅を載せ、拭き取り専用紙を滑らせた後の塗装面を観察し、塗膜の付着性を評価した。
評価は、○：粉落ちなし、△：一部が粉落ちする、×：全て粉落ちする
・耐久性（鳴き試験）及び摩擦係数
縦２０ｍｍ、横１０ｍｍ、高さ２０ｍｍの発泡スチロールの一面に塗料組成物を８滴（約０．０８ｇ）を滴下し、均一に塗り広げた後、常温で放置乾燥させた。
新東科学社製ＨＥＩＤＯＮ表面性試験機を用い、荷重：４００ｇ、速度：１００ｍｍ／ｍiｎ、摺動距離：５０ｍｍ、圧子：摺動面に処理した発泡スチロール、相手材：ＳＰＣＣブリキ板、往復回数：５回の条件で往復動を行い、鳴きが発生するかを調べた。鳴きが発生しなければブリキ板を交換し、同じ条件で往復動を繰り返し行った。交換の上限を１０回とし、鳴きが発生するまで交換を行った。
上記耐久性試験時に往路側の摩擦係数を測定し、５回の平均値を算出した。

実施例１〜４のとおり、低分子量有機化合物（バインダー成分Ａ、Ｂ）と固体潤滑剤の重量比率が２０：８０〜４０：６０である場合には、粉落ちがなく、鳴きも発生しなかった。一方、比較例１の未処理の場合には、試験初期から『キュー』という鳴きが発生し、摩擦係数も０．８と高い状態だった。また、比較例２では、初期に鳴きは発生しなかったが、２回の交換で鳴きが発生したため耐久性に劣る。また、固体潤滑剤が剥がれ落ちているのが見られ、摩擦係数も試験回数とともに上昇していた。比較例３では、粉落ちは見られなかったが、摩擦係数が高く、初期から鳴きが発生した。固体潤滑剤の含有率が少ないため、良好な潤滑が得られていないことが分かる。比較例４では、バインダー成分が溶剤に溶解しないため、塗料を得ることができなかった。

以上より、本発明の潤滑性塗料組成物から形成される塗膜は、長期間継続して低摩擦性の効果を奏し、動力伝達ロスの低減、又は摺動面からの鳴きやビビリの発生を防止することができる。また、本発明の潤滑性塗料組成物は、蒸発の早い溶剤を使用しているため、処理が短時間で簡便であり、経済性の点でも優れている。

本発明の潤滑性塗料組成物は、各種プラスチックやエラストマー等の有機性構造部材同士、あるいは有機性構造部材とこれに当接される金属部材の接触面が摺動する場面で、長期間継続して摩擦係数を下げ、稼働中の直進運動や回転運動のエネルギーロスを低減したり、振動で発生する鳴きやビビリ音を防止することができる。したがって、プラスチック又はエラストマー等の有機性構造部材の潤滑コーティング用に使用される。

Claims (7)

1. 溶剤と、バインダー成分と、固体潤滑剤とを含む潤滑性塗料組成物であって、
   前記バインダー成分が、融点６０℃以上かつ数平均分子量１０００以下の低分子量有機化合物であり、
   前記低分子量有機化合物と前記固体潤滑剤の重量比率が２０：８０〜４０：６０であり、
   前記低分子量有機化合物が、フェノール系化合物であることを特徴とする、潤滑性塗料組成物。
2. 前記フェノール系化合物が、メチレンビスフェノール系化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の潤滑性塗料組成物。
3. 前記固体潤滑剤が、フッ素系樹脂の粒子であることを特徴とする、請求項１または２に記載の潤滑性塗料組成物。
4. 前記固体潤滑剤が、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の潤滑性塗料組成物。
5. 前記溶剤が、９５重量％以上のフッ素系溶剤と５重量％以下のアルコール系溶剤の混合溶剤であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の潤滑性塗料組成物。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の潤滑性塗料組成物から形成される塗膜を、その表面に形成させた、有機性構造部材からなる摺動部材。
7. 前記有機性構造部材が、プラスチック又はエラストマーであることを特徴とする、請求項６に記載の摺動部材。