離子液體、潤滑劑以及磁記錄介質的制作方法【
技術領域：
】[0001]本發明涉及由布朗斯臺德酸和布朗斯臺德堿構成的離子液體、含有該離子液體的潤滑劑、以及使用了該潤滑劑的磁記錄介質。【
背景技術：
】[0002]以往，在薄膜磁記錄介質中，為了減少磁頭與介質表面的摩擦或磨損，會在磁性層表面涂布潤滑劑。為了避免像靜摩擦那樣的粘著，實際的潤滑劑的膜厚為分子水平。因此，在薄膜磁記錄介質中，選擇不論在任何環境下都具有優良耐磨損性的潤滑劑是最重要的。[0003]在磁記錄介質的使用壽命中，使潤滑劑存在于介質表面上而不產生脫離、脫落、化學劣化等是很重要的。薄膜磁記錄介質的表面越光滑，越難以使潤滑劑存在于介質表面上。這是由于薄膜磁記錄介質不具有像涂布型磁記錄介質那樣的潤滑劑補充能力。[0004]另外，在潤滑劑與磁性層表面的保護膜的附著力較弱的情況下，由于加熱或者滑動時會造成潤滑劑膜厚的減少，從而加速磨損，因此需要大量的潤滑劑。大量的潤滑劑成為流動性的潤滑劑，能夠具有補充損失掉的潤滑劑的功能。但是，過剩的潤滑劑會使潤滑劑的膜厚大于表面粗糙度，因此，會產生與粘著相關的問題，存在著嚴重時會導致靜摩擦并成為驅動不良的原因的兩難問題。對于這些摩擦問題，在以往的全氟聚醚（PFPE)類潤滑劑中尚未被充分地解決。[0005]特別是在表面平滑性較高的薄膜磁記錄介質中，為了克服這些進退兩難的問題，新型潤滑劑正在被以分子設計的方式合成出來。另外，提出了大量的與PFPE的潤滑性有關的報告。因而，潤滑劑在磁記錄介質中是非常重要的。[0006]表1中示出了代表性的PFPE類潤滑劑的化學結構。[0007][表1][0008][0009]表1中的Z-D0L是通常使用的薄膜磁記錄介質用的潤滑劑的一種。另外，Z-tetraol(ZTMD)是將功能性的羥基進一步導入PFPE的主鏈中而形成的，有報告稱其能夠減少磁頭介質界面的間隙并提升驅動的可靠性。有報告稱A20H通過抑制PFPE主鏈的路易斯酸或者路易斯堿的分解，從而改善摩擦學特性。另一方面，有報告稱，與上述的PFPE不同，Mono的高分子主鏈以及極性基團分別為聚正丙氧基和胺基，能夠減少近接觸中的粘著相互作用。[0010]但是，被認為是融點高且熱穩定的通常的固體潤滑劑會干擾靈敏度非常高的電磁轉換過程，另外，被磁頭削掉的磨損粉末會產生于運行軌道中，因而會導致磨損特性較差。如前所述，在液體潤滑劑中具有流動性，即相對于因磁頭導致的磨損而被消除的潤滑劑，會從相鄰的潤滑層流動過來從而得到補充。但是，由于該流動性，特別是在高溫時，在磁盤運行中會從磁盤表面脫落，從而使潤滑劑減少，其結果是將喪失防護功能。因此，優選使用粘度高且低揮發性的潤滑劑，能夠抑制蒸發速度并延長磁盤驅動器的壽命。[0011]從這些潤滑機構的觀點考慮，作為對薄膜磁記錄介質中使用的低摩擦、低磨損的潤滑劑的要求如下。[0012](1)低揮發性。[0013](2)為了表面補充功能而具有低表面張力。[0014](3)存在終端極性基團與指向磁盤表面的相互作用。[0015](4)熱穩定性以及氧化穩定性高，以使在使用期間不會發生分解、減少。[0016](5)對金屬、玻璃、高分子呈化學惰性，不會相對于磁頭和導引部件（guide)產生磨損粉末。[0017](6)沒有毒性、可燃性。[0018](7)界面潤滑特性優異。[0019](8)溶于有機溶劑。[0020]近年來，在蓄電材料、分離技術、催化劑技術等中，作為對用于有機和無機材料合成的環境較溫和的溶劑之一，離子液體受到關注。離子液體雖然歸于所謂低熔點的熔鹽這樣的大范疇中，但是，通常是指其中熔點小于等于l〇〇°C的低熔點的熔鹽。作為潤滑劑而使用的離子液體的重要特性是揮發性低、無可燃性、熱穩定、溶解性好。因此，從離子液體的特征來看，還期待著其作為新型潤滑劑而應用在真空中或者高溫中等極限環境下。另外，以下技術也已被公眾所知，即通過在單一的自組裝量子點晶體管的柵極中使用離子液體，能夠使晶體管的可控性比以往提高一百倍。在該技術中，離子液體形成雙電層并作為lnm左右的絕緣膜而發揮其作用，由此可獲得較大的電容。[0021]與常規的烴類潤滑劑相比，通過使用某種離子液體能夠減少例如在金屬和陶瓷表面產生的摩擦以及磨損。例如，有報告稱，通過氟烷基進行置換從而合成出咪唑陽離子基的離子液體，并將烷基咪唑的四氟硼酸鹽或者六氟磷酸鹽用于鋼、鋁、單晶Si02、硅、硅鋁氧氮陶瓷（Si-Al-0-N)時，顯示出比環狀磷腈（X-1P)和PFPE更優異的摩擦學特性。另外，也有報告稱，與基礎油相比，在從彈性流體到邊界潤滑區域之中，銨基離子液體能進一步降低摩擦。另外，正在對離子液體作為添加到基礎油中的添加劑的效果進行研宄，還在理解潤滑機理的基礎之上對化學反應以及摩擦化學反應進行研宄，但是，幾乎沒有作為磁記錄介質的應用例。[0022]在離子液體之中，質子型離子液體是對通過布朗斯臺德酸與布朗斯臺德堿的當量的化學反應而形成的化合物的總稱。在Kohler等人對羧酸與胺的相互作用的研宄中，報告了能夠以化學等量的方式形成羧酸與胺的1:1復合體（參考例如非專利文獻1、2。）。全氟辛酸烷基銨鹽是質子型離子液體，但是，有報告稱，與上述的Z-D0L相比，全氟辛酸烷基銨鹽具有使磁記錄介質的摩擦顯著減少的效果（參考專利文獻1以及專利文獻2、以及非專利文獻3~5)。[0023]但是，這些全氟辛酸烷基銨鹽，在下面的反應式（A)表示的反應中，陽離子與陰離子的相互作用較弱，根據Le-Chatelier(呂-查德里）原理，高溫下平衡移向左側，形成解離的中性的化合物，熱穩定性會變差。也就是說，高溫下發生質子的移動，平衡向中性物質移動并發生解離（參考例如非專利文獻6。）。[0024][化學式1][0026]另外，硬盤的表面記錄密度的極限為1~2.5Tb/in2。目前，雖然逐漸接近該極限，但是，以磁性粒子的微細化為大前提，對大容量化技術的大力開發仍在繼續。作為大容量化的技術有：有效飛行高度（flyingheight)的減少、疊加寫入（Shinglewrite)的導入?MP)等。[0027]另外，作為下一代記錄技術有"熱輔助磁記錄（HeatAssistedMagneticRecording)"。圖3中示出了熱輔助磁記錄的概略。作為該技術的問題可列舉出如下問題，即、由于在播放記錄時通過激光對記錄部分進行加熱，因此，磁性層表面的潤滑劑會發生蒸發或者分解，從而導致耐久性惡化。熱輔助磁記錄存在著在短時間內暴露于400°C以上的高溫中的可能性，在通常使用的用于薄膜磁記錄介質的潤滑劑Z-D0L或者羧酸銨鹽類潤滑劑中，擔心其熱穩定性出現問題。[0028]為了如上所述那樣地形成離子，離子液體通常是熱穩定性較高的物質。其平衡示出于下面的示意圖1中。[0029][化學式1][0031]示意圖1酸堿反應的示意圖[0032]在此，HA表示布朗斯臺德酸，B表示布朗斯臺德堿。酸（HA)與堿（B)如示意圖1所示那樣反應并生成鹽（AHB+)[0033]此時，酸以及堿各自的解離常數Kal以及Kb2能夠以包含濃度的形式如以下的示意圖2那樣表示。[0034][化學式2][0037]示意圖2酸堿解離常數的關系[0038]根據物質的不同，Kal以及Kb2會有很大的不同，有些情況下可能位數很高，處理上不方便，因此，很多情況下使用負的常用對數表示。即，如下面的示意圖3所示的那樣，定義-log1(lKal=pKal，顯然，pK^小的酸，酸性越強。[0039]在此，針對酸和堿的酸解離常數之差APKa進行討論。對于酸堿反應來說，其酸性和堿性（或者其共軛酸的酸性）相互影響，其酸度之差ApKa能夠一并在下面的示意圖3中表示出來。[0040][化學式3][0044]示意圖3酸堿的pKa的關系[0045]可知，相對于酸濃度以及堿濃度，鹽的濃度[AHB+]越大，ApKa越大。[0046]其中，Yoshizawa等人報告稱，當酸與堿的pKa之差（ApKa)大于等于10時，容易引起質子轉移，[0048]且上述式子的平衡移向離子側（右側），穩定性增加（例如參考非專利文獻6。）。但是，MacFarlane等人報告稱，如果ApKa為4,就會引起質子轉移，足以得到離子化的PIL(例如參考非專利文獻7。）。另外，Dai等人根據能級圖說明了通過強酸與強堿的組合，質子型離子液體的熱穩定性會大幅改善（例如參考非專利文獻8。）。另外，渡邊等人報告稱，質子型離子液體的質子移動性以及熱穩定性極大地依賴于APKa，在使用DBU(1，8-二氮雜雙環（5,4,0)十一-7-烯）作為堿的情況下，通過使用可使該ApKa大于等于15的酸，將使離子液體的熱穩定性大幅提升（例如參考非專利文獻9。）。然而，根據應用，需要何種程度的ApKa的研宄尚未確定。[0049]現有技術文獻[0050]專利文獻[0051]專利文獻1:日本專利第2581090號公報[0052]專利文獻2:日本專利第2629725號公報[0053]非專利文獻[0054]非專利文獻1:Kohler，F.，Atrops，H.，Kalall，H.，Liebermann，E.，Wilhelm,E.,Ratkovics,F.,&Salamon,T.,(1981a).MolecularInteractionsinMixturesofCarboxylicacidswithamines.1.MeltingCurvesandViscosities,J.Phys.Chem.Vol.85,No.17,（Aug.1981)，pp.2520-2524,ISSN:0022-3654[0055]非專利文獻2:Kohler,F.，Gopal，R.，Goetze，G.，Atrops，H.，Demiriz，M.A.，Liebermann,E.,Wilhelm,E.,Ratkovics,F.,&Palagyl,B.,(1981).MolecularInteractionsinMixturesofCarboxylicacidswithamines.2.Volumetric,Conductimetric,andNMRProperties,J.Phys.Chem.Vol.85,No.17,pp.2524-2529,ISSN:0022-3654[0056]非專利文獻3:Kondo,H.,Seto,J.,Haga.S.,Ozawa,K.,(1989)NovelLubricantsforMagneticThinFilmMedia,MagneticSoc.Japan,Vol.13,Suppl.No.SI,pp.213-218[0057]非專利文獻4:Kondo,H.，Seki,A.，Watanabe,H.，&Seto,J.，（1990)?FrictionalPropertiesofNovelLubricantsforMagneticThinFilmMedia,IEEETrans.Magn.Vo1.26,No.5,（S印?1990)，pp.2691-2693,，ISSN:0018-9464[0058]非專利文獻5:Kondo,H.，Seki,A.，&Kita,A.，（1994a)?ComparisonofanAmideandAmineSaltasFrictionModifiersforaMagneticThinFilmMedium.TribologyTrans.Vol.37,No.1，（Jan.1994)，pp.99-105,ISSN:0569-8197[0059]非專利文獻6:Yoshizawa，M.，Xu，W.，Angel1，C.A.，IonicLiquidsbyProtonTransfer:Vaporpressure,Conductivity,andtheRelevanceofApKafromAqueousSolutions，J.Am.Chem.Soc.，Vol.125,pp.15411-15419(2003)[0060]非專利文獻7:Stoimenovski，J.，Izgorodina，E.I.，MacFalane，D.R.,Ionicityandprotontransferinproticionicliquids,Phys.Chem.Chem.Phys.，2010,Vol.12，10341Lu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發明內容】[0063]發明所要解決的技術問題[0064]如上所述，在磁記錄介質領域中，因潤滑劑的性能不足，存在著對運行性、耐磨損性、耐久性等的實用特性不滿意的問題。[0065]本發明是鑒于上述的現實問題而做出的，提供一種即使在高溫下也具有優異的潤滑性的離子液體、在高溫下也具有優異的潤滑性的潤滑劑、以及具有優異的實用特性的磁記錄介質。[0066]解決技術問題的技術手段[0067]本申請的發明人經過詳細研宄發現，在離子液體中，通過規定布朗斯臺德堿的烴基的碳原子數、以及布朗斯臺德酸的pKa與布朗斯臺德堿的pKa之差，能夠達成上述目的，從而完成了本發明。[0068]〈1>一種潤滑劑，其特征在于，[0069]含有由布朗斯臺德酸（HX)和布朗斯臺德堿（B)形成的離子液體，[0070]所述布朗斯臺德堿具有碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基，[0071]在水中的所述布朗斯臺德酸的pKa與在水中的所述布朗斯臺德堿的pKa之差大于等于12。[0072]〈2>根據〈1>所述的潤滑劑，其特征在于，所述離子液體由下述通式（1)表示，[0073][化學式4][0074][0075]所述通式（1)中，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一個為氫原子，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一個為包含碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基的基團。[0076]〈3>根據〈1>所述的潤滑劑，其特征在于，所述布朗斯臺德堿為具有碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基的環脒。[0077]〈4>根據〈3>所述的潤滑劑，其特征在于，所述離子液體由下述通式（2)表示，[0078][化學式5][0080]所述通式（2)中，Rn表示碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基，所述烴基與雙環的碳原子結合。[0081]〈5>根據〈1>至〈4>中任一項所述的潤滑劑，其特征在于，所述布朗斯臺德酸是磺酸。[0082]〈6>根據〈1>至〈5>中任一項所述的潤滑劑，其特征在于，所述離子液體在示差熱分析（DTA)測定中的放熱峰溫度大于等于370°C。[0083]〈7>根據所述〈1>至〈6>中任一項所述潤滑劑，其特征在于，所述烴基是烷基。[0084]〈8>-種潤滑劑，其特征在于，[0085]含有由布朗斯臺德酸（HX)和布朗斯臺德堿（B)形成的離子液體，[0086]所述布朗斯臺德堿具有碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基，[0087]在乙腈中的所述布朗斯臺德酸的pKa與在乙腈中的所述布朗斯臺德堿的pKa之差大于等于6。[0088]〈9>根據〈8>所述的潤滑劑，其特征在于，所述離子液體由下述通式⑴表示，[0089][化學式6][0091]所述通式（1)中，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一個為氫原子，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一個為包含碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基的基團。[0092]〈10>根據〈8>所述的潤滑劑，其特征在于，所述布朗斯臺德堿為具有碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基的環脒、以及具有碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基的環胍中的任意一種。[0093]〈11>根據〈10>所述的潤滑劑，其特征在于，所述離子液體由下述通式⑵以及下述通式（3)中的任意一個表示，[0094][化學式7][0096]所述通式（2)中，Rn表示碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基，所述烴基與雙環的碳原子結合，[0097][化學式8][0099]所述通式（3)中，R21表示碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基，所述烴基與雙環的碳原子或者氮原子結合。[0100]〈12>根據〈8>至〈11>中任一個所述的潤滑劑，其特征在于，所述離子液體在示差熱分析（DTA)測定中的放熱峰溫度大于等于370°C。[0101]〈13>根據〈8>至〈12>中任一個所述的潤滑劑，其特征在于，所述布朗斯臺德酸是全氟烷基磺酸、由下述結構式（A)表示的化合物、由下述結構式（B)表示的化合物、由下述結構式（C)表示的化合物、以及由下述結構式（D)表示的化合物中的任意一種，[0102][化學式9][0103][0104]〈14>一種磁記錄介質，在非磁性支持體上至少具有磁性層，其特征在于，[0105]所述磁性層含有所述〈1>至〈13>中任一個所述的潤滑劑。[0106]〈15>-種離子液體，其特征在于，[0107]由布朗斯臺德酸（HX)和布朗斯臺德堿（B)形成，[0108]所述布朗斯臺德堿具有碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基，[0109]在水中的所述布朗斯臺德酸的pKa與在水中的所述布朗斯臺德堿的pKa之差大于等于12。[0110]〈16>根據〈15>所述的離子液體，其特征在于，由下述通式（1)表示，[0111][化學式10][0113]所述通式（1)中，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一個為氫原子，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一個為包含碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基的基團。[0114]〈17>根據〈15>所述的離子液體，其特征在于，所述布朗斯臺德堿是具有碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基的環脒。[0115]〈18>根據〈17>所述的離子液體，其特征在于，由下述通式（2)表示，[0116][化學式11][0117][0118]所述通式（2)中，Rn表示碳原子數大于等于10的直鏈狀烴基，所述烴基與雙環的碳原子結合。[0119]〈19>當前第1頁1 2 3 4 5 6