离子液体、润滑剂以及磁记录介质的制作方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及由布朗斯台德酸和布朗斯台德碱构成的离子液体、含有该离子液体的润滑剂、以及使用了该润滑剂的磁记录介质。【
背景技术：
】[0002]以往，在薄膜磁记录介质中，为了减少磁头与介质表面的摩擦或磨损，会在磁性层表面涂布润滑剂。为了避免像静摩擦那样的粘着，实际的润滑剂的膜厚为分子水平。因此，在薄膜磁记录介质中，选择不论在任何环境下都具有优良耐磨损性的润滑剂是最重要的。[0003]在磁记录介质的使用寿命中，使润滑剂存在于介质表面上而不产生脱离、脱落、化学劣化等是很重要的。薄膜磁记录介质的表面越光滑，越难以使润滑剂存在于介质表面上。这是由于薄膜磁记录介质不具有像涂布型磁记录介质那样的润滑剂补充能力。[0004]另外，在润滑剂与磁性层表面的保护膜的附着力较弱的情况下，由于加热或者滑动时会造成润滑剂膜厚的减少，从而加速磨损，因此需要大量的润滑剂。大量的润滑剂成为流动性的润滑剂，能够具有补充损失掉的润滑剂的功能。但是，过剩的润滑剂会使润滑剂的膜厚大于表面粗糙度，因此，会产生与粘着相关的问题，存在着严重时会导致静摩擦并成为驱动不良的原因的两难问题。对于这些摩擦问题，在以往的全氟聚醚（PFPE)类润滑剂中尚未被充分地解决。[0005]特别是在表面平滑性较高的薄膜磁记录介质中，为了克服这些进退两难的问题，新型润滑剂正在被以分子设计的方式合成出来。另外，提出了大量的与PFPE的润滑性有关的报告。因而，润滑剂在磁记录介质中是非常重要的。[0006]表1中示出了代表性的PFPE类润滑剂的化学结构。[0007][表1][0008][0009]表1中的Z-D0L是通常使用的薄膜磁记录介质用的润滑剂的一种。另外，Z-tetraol(ZTMD)是将功能性的羟基进一步导入PFPE的主链中而形成的，有报告称其能够减少磁头介质界面的间隙并提升驱动的可靠性。有报告称A20H通过抑制PFPE主链的路易斯酸或者路易斯碱的分解，从而改善摩擦学特性。另一方面，有报告称，与上述的PFPE不同，Mono的高分子主链以及极性基团分别为聚正丙氧基和胺基，能够减少近接触中的粘着相互作用。[0010]但是，被认为是融点高且热稳定的通常的固体润滑剂会干扰灵敏度非常高的电磁转换过程，另外，被磁头削掉的磨损粉末会产生于运行轨道中，因而会导致磨损特性较差。如前所述，在液体润滑剂中具有流动性，即相对于因磁头导致的磨损而被消除的润滑剂，会从相邻的润滑层流动过来从而得到补充。但是，由于该流动性，特别是在高温时，在磁盘运行中会从磁盘表面脱落，从而使润滑剂减少，其结果是将丧失防护功能。因此，优选使用粘度高且低挥发性的润滑剂，能够抑制蒸发速度并延长磁盘驱动器的寿命。[0011]从这些润滑机构的观点考虑，作为对薄膜磁记录介质中使用的低摩擦、低磨损的润滑剂的要求如下。[0012](1)低挥发性。[0013](2)为了表面补充功能而具有低表面张力。[0014](3)存在终端极性基团与指向磁盘表面的相互作用。[0015](4)热稳定性以及氧化稳定性高，以使在使用期间不会发生分解、减少。[0016](5)对金属、玻璃、高分子呈化学惰性，不会相对于磁头和导引部件（guide)产生磨损粉末。[0017](6)没有毒性、可燃性。[0018](7)界面润滑特性优异。[0019](8)溶于有机溶剂。[0020]近年来，在蓄电材料、分离技术、催化剂技术等中，作为对用于有机和无机材料合成的环境较温和的溶剂之一，离子液体受到关注。离子液体虽然归于所谓低熔点的熔盐这样的大范畴中，但是，通常是指其中熔点小于等于l〇〇°C的低熔点的熔盐。作为润滑剂而使用的离子液体的重要特性是挥发性低、无可燃性、热稳定、溶解性好。因此，从离子液体的特征来看，还期待着其作为新型润滑剂而应用在真空中或者高温中等极限环境下。另外，以下技术也已被公众所知，即通过在单一的自组装量子点晶体管的栅极中使用离子液体，能够使晶体管的可控性比以往提高一百倍。在该技术中，离子液体形成双电层并作为lnm左右的绝缘膜而发挥其作用，由此可获得较大的电容。[0021]与常规的烃类润滑剂相比，通过使用某种离子液体能够减少例如在金属和陶瓷表面产生的摩擦以及磨损。例如，有报告称，通过氟烷基进行置换从而合成出咪唑阳离子基的离子液体，并将烷基咪唑的四氟硼酸盐或者六氟磷酸盐用于钢、铝、单晶Si02、硅、硅铝氧氮陶瓷（Si-Al-0-N)时，显示出比环状磷腈（X-1P)和PFPE更优异的摩擦学特性。另外，也有报告称，与基础油相比，在从弹性流体到边界润滑区域之中，铵基离子液体能进一步降低摩擦。另外，正在对离子液体作为添加到基础油中的添加剂的效果进行研宄，还在理解润滑机理的基础之上对化学反应以及摩擦化学反应进行研宄，但是，几乎没有作为磁记录介质的应用例。[0022]在离子液体之中，质子型离子液体是对通过布朗斯台德酸与布朗斯台德碱的当量的化学反应而形成的化合物的总称。在Kohler等人对羧酸与胺的相互作用的研宄中，报告了能够以化学等量的方式形成羧酸与胺的1:1复合体（参考例如非专利文献1、2。）。全氟辛酸烷基铵盐是质子型离子液体，但是，有报告称，与上述的Z-D0L相比，全氟辛酸烷基铵盐具有使磁记录介质的摩擦显著减少的效果（参考专利文献1以及专利文献2、以及非专利文献3~5)。[0023]但是，这些全氟辛酸烷基铵盐，在下面的反应式（A)表示的反应中，阳离子与阴离子的相互作用较弱，根据Le-Chatelier(吕-查德里）原理，高温下平衡移向左侧，形成解离的中性的化合物，热稳定性会变差。也就是说，高温下发生质子的移动，平衡向中性物质移动并发生解离（参考例如非专利文献6。）。[0024][化学式1][0026]另外，硬盘的表面记录密度的极限为1~2.5Tb/in2。目前，虽然逐渐接近该极限，但是，以磁性粒子的微细化为大前提，对大容量化技术的大力开发仍在继续。作为大容量化的技术有：有效飞行高度（flyingheight)的减少、叠加写入（Shinglewrite)的导入?MP)等。[0027]另外，作为下一代记录技术有"热辅助磁记录（HeatAssistedMagneticRecording)"。图3中示出了热辅助磁记录的概略。作为该技术的问题可列举出如下问题，即、由于在播放记录时通过激光对记录部分进行加热，因此，磁性层表面的润滑剂会发生蒸发或者分解，从而导致耐久性恶化。热辅助磁记录存在着在短时间内暴露于400°C以上的高温中的可能性，在通常使用的用于薄膜磁记录介质的润滑剂Z-D0L或者羧酸铵盐类润滑剂中，担心其热稳定性出现问题。[0028]为了如上所述那样地形成离子，离子液体通常是热稳定性较高的物质。其平衡示出于下面的示意图1中。[0029][化学式1][0031]示意图1酸碱反应的示意图[0032]在此，HA表示布朗斯台德酸，B表示布朗斯台德碱。酸（HA)与碱（B)如示意图1所示那样反应并生成盐（AHB+)[0033]此时，酸以及碱各自的解离常数Kal以及Kb2能够以包含浓度的形式如以下的示意图2那样表示。[0034][化学式2][0037]示意图2酸碱解离常数的关系[0038]根据物质的不同，Kal以及Kb2会有很大的不同，有些情况下可能位数很高，处理上不方便，因此，很多情况下使用负的常用对数表示。即，如下面的示意图3所示的那样，定义-log1(lKal=pKal，显然，pK^小的酸，酸性越强。[0039]在此，针对酸和碱的酸解离常数之差APKa进行讨论。对于酸碱反应来说，其酸性和碱性（或者其共轭酸的酸性）相互影响，其酸度之差ApKa能够一并在下面的示意图3中表示出来。[0040][化学式3][0044]示意图3酸碱的pKa的关系[0045]可知，相对于酸浓度以及碱浓度，盐的浓度[AHB+]越大，ApKa越大。[0046]其中，Yoshizawa等人报告称，当酸与碱的pKa之差（ApKa)大于等于10时，容易引起质子转移，[0048]且上述式子的平衡移向离子侧（右侧），稳定性增加（例如参考非专利文献6。）。但是，MacFarlane等人报告称，如果ApKa为4,就会引起质子转移，足以得到离子化的PIL(例如参考非专利文献7。）。另外，Dai等人根据能级图说明了通过强酸与强碱的组合，质子型离子液体的热稳定性会大幅改善（例如参考非专利文献8。）。另外，渡边等人报告称，质子型离子液体的质子移动性以及热稳定性极大地依赖于APKa，在使用DBU(1，8-二氮杂双环（5,4,0)十一-7-烯）作为碱的情况下，通过使用可使该ApKa大于等于15的酸，将使离子液体的热稳定性大幅提升（例如参考非专利文献9。）。然而，根据应用，需要何种程度的ApKa的研宄尚未确定。[0049]现有技术文献[0050]专利文献[0051]专利文献1:日本专利第2581090号公报[0052]专利文献2:日本专利第2629725号公报[0053]非专利文献[0054]非专利文献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]非专利文献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]非专利文献3:Kondo,H.,Seto,J.,Haga.S.,Ozawa,K.,(1989)NovelLubricantsforMagneticThinFilmMedia,MagneticSoc.Japan,Vol.13,Suppl.No.SI,pp.213-218[0057]非专利文献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]非专利文献5:Kondo,H.，Seki,A.，&Kita,A.，（1994a)?ComparisonofanAmideandAmineSaltasFrictionModifiersforaMagneticThinFilmMedium.TribologyTrans.Vol.37,No.1，（Jan.1994)，pp.99-105,ISSN:0569-8197[0059]非专利文献6:Yoshizawa，M.，Xu，W.，Angel1，C.A.，IonicLiquidsbyProtonTransfer:Vaporpressure,Conductivity,andtheRelevanceofApKafromAqueousSolutions，J.Am.Chem.Soc.，Vol.125,pp.15411-15419(2003)[0060]非专利文献7:Stoimenovski，J.，Izgorodina，E.I.，MacFalane，D.R.,Ionicityandprotontransferinproticionicliquids,Phys.Chem.Chem.Phys.，2010,Vol.12，10341Luo,H.，Baker，G.A.，Lee，J.S.，Pagni，R.M.,Dai,S.,UltrastableSuperbase-DerivedProticIonicLiquids,J.Phys.Chem.BVol.113,pp.4181-4183(2009)[0061]非专利文献8:Luo,H.,Baker,G.A.,Lee,J.S.,Pagni,R.M.,Dai,S.,UltrastableSuperbase-DerivedProticIonicLiquids,J.Phys.Chem.BVol.113,pp.4181-4183(2009)[0062]非专利文献9:Miran，M.S.，Kinoshita，H.，Yasuda，T.，Susan，M.A.B.H.，Watanabe,M.,PhysicochemicalPropertiesDeterminedbyApKaforProticIonicLiquidsBasedonanOrganicSuper-strongBasewithVariousBronstedAcids,Phys.Chem.Chem.Phys.，Vol14,pp.5178-5186(2012)【
发明内容】[0063]发明所要解决的技术问题[0064]如上所述，在磁记录介质领域中，因润滑剂的性能不足，存在着对运行性、耐磨损性、耐久性等的实用特性不满意的问题。[0065]本发明是鉴于上述的现实问题而做出的，提供一种即使在高温下也具有优异的润滑性的离子液体、在高温下也具有优异的润滑性的润滑剂、以及具有优异的实用特性的磁记录介质。[0066]解决技术问题的技术手段[0067]本申请的发明人经过详细研宄发现，在离子液体中，通过规定布朗斯台德碱的烃基的碳原子数、以及布朗斯台德酸的pKa与布朗斯台德碱的pKa之差，能够达成上述目的，从而完成了本发明。[0068]〈1>一种润滑剂，其特征在于，[0069]含有由布朗斯台德酸（HX)和布朗斯台德碱（B)形成的离子液体，[0070]所述布朗斯台德碱具有碳原子数大于等于10的直链状烃基，[0071]在水中的所述布朗斯台德酸的pKa与在水中的所述布朗斯台德碱的pKa之差大于等于12。[0072]〈2>根据〈1>所述的润滑剂，其特征在于，所述离子液体由下述通式（1)表示，[0073][化学式4][0074][0075]所述通式（1)中，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一个为氢原子，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一个为包含碳原子数大于等于10的直链状烃基的基团。[0076]〈3>根据〈1>所述的润滑剂，其特征在于，所述布朗斯台德碱为具有碳原子数大于等于10的直链状烃基的环脒。[0077]〈4>根据〈3>所述的润滑剂，其特征在于，所述离子液体由下述通式（2)表示，[0078][化学式5][0080]所述通式（2)中，Rn表示碳原子数大于等于10的直链状烃基，所述烃基与双环的碳原子结合。[0081]〈5>根据〈1>至〈4>中任一项所述的润滑剂，其特征在于，所述布朗斯台德酸是磺酸。[0082]〈6>根据〈1>至〈5>中任一项所述的润滑剂，其特征在于，所述离子液体在示差热分析（DTA)测定中的放热峰温度大于等于370°C。[0083]〈7>根据所述〈1>至〈6>中任一项所述润滑剂，其特征在于，所述烃基是烷基。[0084]〈8>-种润滑剂，其特征在于，[0085]含有由布朗斯台德酸（HX)和布朗斯台德碱（B)形成的离子液体，[0086]所述布朗斯台德碱具有碳原子数大于等于10的直链状烃基，[0087]在乙腈中的所述布朗斯台德酸的pKa与在乙腈中的所述布朗斯台德碱的pKa之差大于等于6。[0088]〈9>根据〈8>所述的润滑剂，其特征在于，所述离子液体由下述通式⑴表示，[0089][化学式6][0091]所述通式（1)中，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一个为氢原子，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一个为包含碳原子数大于等于10的直链状烃基的基团。[0092]〈10>根据〈8>所述的润滑剂，其特征在于，所述布朗斯台德碱为具有碳原子数大于等于10的直链状烃基的环脒、以及具有碳原子数大于等于10的直链状烃基的环胍中的任意一种。[0093]〈11>根据〈10>所述的润滑剂，其特征在于，所述离子液体由下述通式⑵以及下述通式（3)中的任意一个表示，[0094][化学式7][0096]所述通式（2)中，Rn表示碳原子数大于等于10的直链状烃基，所述烃基与双环的碳原子结合，[0097][化学式8][0099]所述通式（3)中，R21表示碳原子数大于等于10的直链状烃基，所述烃基与双环的碳原子或者氮原子结合。[0100]〈12>根据〈8>至〈11>中任一个所述的润滑剂，其特征在于，所述离子液体在示差热分析（DTA)测定中的放热峰温度大于等于370°C。[0101]〈13>根据〈8>至〈12>中任一个所述的润滑剂，其特征在于，所述布朗斯台德酸是全氟烷基磺酸、由下述结构式（A)表示的化合物、由下述结构式（B)表示的化合物、由下述结构式（C)表示的化合物、以及由下述结构式（D)表示的化合物中的任意一种，[0102][化学式9][0103][0104]〈14>一种磁记录介质，在非磁性支持体上至少具有磁性层，其特征在于，[0105]所述磁性层含有所述〈1>至〈13>中任一个所述的润滑剂。[0106]〈15>-种离子液体，其特征在于，[0107]由布朗斯台德酸（HX)和布朗斯台德碱（B)形成，[0108]所述布朗斯台德碱具有碳原子数大于等于10的直链状烃基，[0109]在水中的所述布朗斯台德酸的pKa与在水中的所述布朗斯台德碱的pKa之差大于等于12。[0110]〈16>根据〈15>所述的离子液体，其特征在于，由下述通式（1)表示，[0111][化学式10][0113]所述通式（1)中，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一个为氢原子，1?1、1?2、1?3、1?4中至少一个为包含碳原子数大于等于10的直链状烃基的基团。[0114]〈17>根据〈15>所述的离子液体，其特征在于，所述布朗斯台德碱是具有碳原子数大于等于10的直链状烃基的环脒。[0115]〈18>根据〈17>所述的离子液体，其特征在于，由下述通式（2)表示，[0116][化学式11][0117][0118]所述通式（2)中，Rn表示碳原子数大于等于10的直链状烃基，所述烃基与双环的碳原子结合。[0119]〈19>当前第1页1 2 3 4 5 6