摩擦を低減する方法
本発明は、少なくとも２つの物体の間の摩擦を低減する方法を対象とする。本発明の方法は、共有結合したコーティングを有する前述の少なくとも２つの固形体の少なくとも１つの固形体の表面を提供する工程であって、当該表面が前述の少なくとも２つの固形体のもう一方に接触しており、前述のコーティングが少なくとも１種のポリマーを含む、工程と、当該コーティング上に液体を供給する工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの物体の間の摩擦を低減する方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
２つの物体が相対的に摺動する場合、この摺動に対する抵抗を摩擦と呼ぶ。したがって、摩擦は、１つの対象物の表面が別の対象物の表面と接触しているときの動きに抵抗する力である。摩擦のレベル、すなわち、計測に基づいて算出された摩擦係数は、操作条件、両方の対象物の表面の相互作用、および環境に応じて変化する。摩擦は、連続的に動く装置において、エネルギーを浪費するために非常に迷惑なものであり得る。このエネルギー損失の大部分は熱として現れるが、ごく一部は、摺動する表面からの物質の損失を引き起こし、ひいては、これがさらなる浪費の原因となり、すなわち、メカニズム全体の摩耗の原因となる。
【０００３】
様々な対象物の、相互作用する表面の間の摩擦を許容可能な値まで低減するために、慣習的に潤滑剤が適用される。摩擦を低減し、長期間にわたってこの特性を維持し、それによってメンテナンス費用を減らす新規の潤滑剤の開発に、非常に興味が持たれている。
【０００４】
従来の潤滑剤は、相対運動において部品同士の接触を防ぎ、それによって摩擦および摩耗を低減する。通常は、潤滑剤として原油由来のオイルが使用される。多くの場合、様々な化学添加剤を潤滑油に添加することが望ましい。そのような添加剤としては、粘度指数向上剤、流動点降下剤、酸化防止剤、耐摩耗添加剤および摩擦低減添加剤、並びに分散剤が挙げられる。通常、潤滑剤は、約９０％の基油および１０％未満の添加剤を含有する。
【０００５】
潤滑剤は、必ずしも液体である必要はない。非液体潤滑剤としては、グリース、粉末（例えば、乾燥グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｅｔｈｙｌｅｎｅ）、二硫化モリブデン、タルク、窒化ホウ素）、ＰＴＦＥテープ、エアクッションなど、が挙げられる。
【０００６】
潤滑剤は、一般的に、摩擦の量を大幅に減少させるが、添加剤の存在下においてでさえ、常に所望するレベルの摩擦低減を提供するわけではない。したがって、潤滑剤の不具合が生じ得る。そのため、依然として、より高いレベルでの固体対象物間の摩擦低減を可能にする方法および新規のタイプの潤滑剤が、当技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、このニーズを満たすことであり、並びに２つ以上の固形体の間の摩擦を低減することができ、同時に、摩耗を防ぐかまたは少なくとも最小限に抑える方法を提供することである。
【０００８】
この目的は、高分子コーティングと液体との特定の組み合わせを用いることによって満たされ得るということが見出された。
【０００９】
したがって、本発明の第一の態様は、
−共有結合したコーティングを少なくとも２つの固形体の少なくとも１つの固形体の表面に提供する工程であって、当該表面が前述の少なくとも２つの固形体のもう一方に接触しており、前述のコーティングが少なくとも１種のポリマーを含む、工程と、
−当該コーティング上に液体を提供する工程と
を含む、前述の少なくとも２つの固形体の間の摩擦を低減する方法を対象とする。
【００１０】
驚くべきことに、本発明者らは、コーティングおよび液体が、それらがお互いに可動接点にある場合、２つの物体の間の摩擦を低減することにおいて相乗的に機能するということ、すなわち、コーティングと液体の組み合わせが、２つの様々な対象物の間において、コーティングまたは液体単独の摩擦低減効果の合計に基づいて予想されるよりも低い摩擦を生じるということを見出した。
【００１１】
当該コーティングは、持続的に少なくとも１つの固形体の表面に結合し得る。したがって、摩擦係数の低下および望ましい摩擦状態は、長期間維持され得る。
【００１２】
当該コーティングが少なくとも１つの固形体の表面に施用されていれば、任意の所望の時に液体を添加することによって、持続的に摩擦特性の低下を誘起することができる。さらに、当該摩擦特性は、当該液体を除去することにより（例えば、エバポレーション、溶媒抽出などにより）、任意の所望の時に元に戻すことができる。
【００１３】
コーティングは 様々な液体と相互作用し得る様々なポリマーを含み得る。したがって、摩擦を低減するために、既存の液体環境（例えば、生物医学的環境など）に適合するようにコーティングを調整することができる。
【００１４】
好ましくは、当該コーティングは、液体との強い化学的および／または物理的な相互作用を有する。理論によって束縛されることを望むものではないが、コーティングと液体との組み合わせは、低粘性であるがいくぶん固定化された、潤滑性を改善する層を提供するものと考えられる。
【００１５】
当該コーティングはポリマーを含む。好ましくは、このポリマーは有機ポリマーである。当該ポリマーは、好適には、ホモポリマーまたはコポリマー、例えばブロックコポリマーなど、であり得る。ポリマーおよび／またはコポリマーの混合物もしくはブレンドも、当該コーティングにおいて使用することができる。当該ポリマーは、親水性または疎水性であり得る。好ましくは、疎水性コーティングは、疎水性の液体と組み合わされ、親水性コーティングは、親水性の液体と組み合わされる。一例として、より疎水性の液体、例えば、オイルまたはある特定の炭化水素またはシリコーンオイルなどが使用される場合、当該ポリマーは、好ましくは疎水性を有する。多種多様の好適なポリマーが使用され得る。
【００１６】
固形体の表面に共有結合するために、本発明のポリマーは、少なくとも１種の官能基を有し得る。好適な官能基は、例えば、酸、アシルハロゲン、アクリレート、アルコール、アルデヒド、アルケン、アルキン、アミン、アジド、カルボキシル、シアニド、エポキシド、ハロゲン、イミン、イソシアネート、ケトン、シラン、チオール、ビニル、およびビニルエーテルから成る群から選択することができる。
【００１７】
好適な疎水性ポリマーの例としては、ポリシロキサン、ペルフルオロポリエーテルおよび他のフルオロポリマー、ポリスチレン、ポリオキシプロピレン、ポリビニルアセテート、ポリオキシブチレン、（水素化された）ポリイソプレンもしくはポリブタジエン、ポリビニルクロリド、ポリアルキルアクリレート、ポリアルキルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラヒドロフラン（ＰＴＨＦ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリスルホン、ポリビニルエーテル、およびポリ（プロピレンオキシド）、並びにそれらのコポリマーが挙げられる。
【００１８】
好適な親水性ポリマーの例としては、ポリオキサゾリン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリエチレンオキシド−コ−ポリプロピレンオキシドブロックコポリマー、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジアルキルアクリルアミド）、ポリアシルアルキレンイミン、ポリヒドロキシアルキルアクリレート、例えば、ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ：ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ヒドロキシエチルアクリレート、およびヒドロキシプロピルアクリレートの（ホモ）ポリマーなど、ポリオール、並びに上記のポリマーの２種以上の共重合性混合物、天然ポリマー、例えば、多糖およびポリペプチドなど、並びにそれらのコポリマー、並びに必要に応じて多価イオン性分子、例えば、ポリアリルアンモニウム、ポリエチレンイミン、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウム、ポリアニリン、スルホン化ポリアニリン、ポリピロール、およびポリピリジニウムなど、ポリチオフェン−酢酸、ポリスチレンスルホン酸、両性イオン分子のポリマーおよびコポリマー、並びに高分子電解質が挙げられる。
【００１９】
物体の表面へのポリマーの共有結合は、国際公開第２００７／０２１１８０号に記載されているようにして実現することができる。なお、これによって当該刊行物は、参照により本明細書に組み込まれる。したがって、従来の湿式の化学技術に加えて、化学真空蒸着（ＣＶＤ：Cｈｅｍｉｃａｌ Vａｐｏｕｒ Dｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ蒸着、プラズマアシストグラフト化、またはプラズマ重合などの技術を使用することができる。
【００２０】
好ましい実施形態において、当該ポリマーは、湿式の化学技術によって物体の表面に付着される。当該ポリマー材料は、好適には、１モノマーあたり比較的高濃度のペンダント型反応性部分、例えば、１モノマーあたり少なくとも０．３のペンダント型反応性部分、好ましくは１モノマーあたり少なくとも０．５のペンダント型反応性部分、さらにより好ましくは１モノマーあたり少なくとも１つのペンダント型反応性部分を含む。当該ペンダント型反応性部分は、好ましくはカルボキシル部分である。さらに、好ましくは、当該ポリマーが施用される物体の表面をアミン基によって官能基化する。さらにより好ましくは、当該ポリマー材料は、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはそれらの誘導体であり、当該ポリマーが施用される物体の表面を３−アミノプロピルトリアルコキシシランによって官能基化する。
【００２１】
当該液体は、当該コーティングが２つ以上のポリマー層を有する場合に、コーティングによって、より良好に保持されることが見出された。異なるポリマー層は、お互いに共有結合していてもよいし、または共有結合していなくてもよい。当該異なるポリマー層は、異なるポリマーまたは同一のポリマーを含んでいてもよい。
【００２２】
有利には、当該コーティングは、１μｍ未満の膜厚を有し得る。好ましくは、当該コーティングは、１００ｎｍ未満の膜厚を有し得る。したがって、本発明により摩擦において満足できる低下を得るには、ごく少量のコーティング材料で十分である。さらに、比較的薄い層は、固形体の表面に対してより良好に付着するということが見出された。その上、薄膜を有することにより、当該固形体が、その特徴的特性を維持しつつ、表面特性だけが変更されるという利点がある。通常、当該コーティングの膜厚は、少なくとも５ｎｍである。
【００２３】
好ましい実施形態において、表面に共有結合したポリ（アクリル酸）ポリマー（またはその誘導体）は、第一級または第二級アミン部分のどちらかを含む疎水性または親水性ポリマーのどちらかとの反応によって改質される。一例として、これらに限定されるわけではないが、このために、アミノ官能基化ポリエチレングリコールを用いてもよい。このようにして、２つのポリマー層を含むコーティングを作製する。別の実施形態では、コーティングされたポリマー層（単数または複数）の事後改質が実現され得る。
【００２４】
好ましくは、当該コーティングは、ポリ（アクリル酸）ポリマー（ＰＡＡ：ｐｏｌｙ（ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ））またはその誘導体を含む。そのようなコーティングは、液体としての水と組み合わせた場合に、摩擦において著しい減少を生じる。この組み合わせでは、ポリ（アクリル酸）ポリマーの強力な吸収特性のために、水がコーティングによって非常によく保持されることが見出された。コーティングと水との組み合わせを有する物体の表面に限られた量の水を施せば、使用者が濡れることもなく、濡れていると感じることもない。この２つの特性（濡れているとは思えないが、濡れが保持されている）が、この組み合わせを非常に魅力的にしている。
【００２５】
親水性ポリマーの場合、当該コーティングにおけるポリマーの数平均分子量は、好適には、少なくとも２，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは少なくとも５，０００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは１０，０００〜２，０００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲であり得る。疎水性ポリマーの場合、当該コーティングにおけるポリマーの数平均分子量は、好適には、少なくとも５００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは２，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲、より好ましくは５，０００〜１０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲であり得る。
【００２６】
当該液体は、好ましくは疎水性または親水性である。当該液体は、潤滑剤であってもよい。本発明の方法における好適な液体の例としては、水、水性媒体、有機流動体、シリコーン流動体、これらの混和性の組み合わせ、またはこれらの液体を含む溶液が挙げられる。
【００２７】
著しい摩擦の減少を生じる、ポリマーと液体との好ましい組み合わせの例としては、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）と水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）と水または水性媒体、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）と水または水性媒体、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）と水または水性媒体、ポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）とＣ６〜Ｃ２０アルカンが挙げられる。好適なＣ６〜Ｃ２０アルカンとしては、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン、およびオクタデカンが挙げられる。好適なポリオレフィンとしては、ポリエチレンおよびポリプロピレンが挙げられる。
【００２８】
ポリマーと液体との特に好ましい組み合わせは、ＰＡＡ（および／またはその１種以上の誘導体）と水（または水性媒体）、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）と水（または水性媒体）、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）とドデカン、ポリエチレン（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、およびポリエチレン（および／またはその１種以上の誘導体）とドデカンである。
【００２９】
ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）、またはポリオレフィン（それのおよび／または１つ以上誘導体）が、ＰＡＡ（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上に提供されている場合に、良好な結果が得られた。
【００３０】
したがって、好ましい実施形態において、コーティングと液体の以下の組み合わせ：ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングと水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとシリコーンオイル、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングと水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとシリコーンオイル、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングと水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとシリコーンオイル、並びにポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとＣ６〜Ｃ２０アルカン、を施用する。
【００３１】
本発明のコーティングと組み合わされる液体の量は変化し得る。それぞれの液体に対し、当該コーティングの最大積載量におおよそ等しい量を使用することが好ましい。通常、コーティングと組み合わされる液体の量は、乾燥コーティング１グラムあたり０．０５〜１０ｇの範囲、好ましくは乾燥コーティング１グラムあたり０．１〜５ｇ、より好ましくは乾燥コーティング１グラムあたり０．２〜１ｇの範囲であろう。
【００３２】
当該少なくとも２つの固形体は、同一または異なる材料によるものであってもよい。好適には、当該少なくとも２つの固形体は、プラスチック、金属、合金、ガラス、織物、金属酸化物、セラミック、木材、生体組織（皮膚）、および粘膜から成る群から選択される１種以上の材料を含む。コーティングされたガラスおよびシリコーンゴムによってそれぞれ作製された２つの固形体、並びにコーティングされた織物およびシリコーンゴムによってそれぞれ作製された２つの固形体を用いた場合に優れた結果が得られた。
【００３３】
当該少なくとも２つの固形体の１つ以上の固形体の表面は、好適な結合分子を介してポリマーを固形体に共有結合させるために改質された表面であり得る。通常は、当該物体の表面は、酸、アシルハロゲン、アクリレート、アルコール、アルデヒド、アルケン、アルキン、アミン、アジド、カルボキシル、シアニド、エポキシド、ハロゲン、イミン、イソシアネート、ケトン、シラン、チオール、ビニル、およびビニルエーテルから成る群から好適に選択することができる有機化合物によって改質することができる。好適な結合分子としては、アミノプロピルトリアルコキシシラン、アミノプロピルトリクロロシラン、およびヘテロ官能性シランベースのカップリング剤が挙げられる。
【００３４】
本発明の方法は、例えば、織物と皮膚との間の摩擦を減らすためにスポーツウエアにおいて、人工雪とスキー用具との間の摩擦を減らすために人工雪のスキーコースに対して、皮膚との摩擦を低減するために床擦れ患者用のブランケットおよびパジャマのような衣服に、生体組織との摩擦を減らすためにカテーテル、ガイドワイヤ、内視鏡、および他の医療用具に、並びに他の用途にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】乾燥状態における接触圧力９８ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【図２】乾燥状態における接触圧力２９ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【図３】水の存在下における接触圧力９８ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【図４】水の存在下における接触圧力２９ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【図５】結果を示す。
【図６】摩擦係数を示す。
【図７】液体として水を用いて得られた摩擦係数を示す。
【実施例１】
【００３６】
この実施例では、続いてアミノプロピルトリメトキシシラン結合基およびポリ（アクリル酸）ポリマーをガラス表面に共有結合させることによりガラス表面を改質する方法について説明する。
【００３７】
予備洗浄したガラス基材を、イソプロピルアルコール中における５％の３−アミノプロピルトリメトキシシランの新鮮なコーティング液に浸し、超音波浴において２０分間超音波処理した。当該基材を水で十分に洗浄し（３回）、その後オーブンにて６０℃で１時間乾燥した。このようにして官能基化した基材を、ポリ（アクリル酸）ポリマー（Ｍｗは１，０８０，０００；Ｍｎは１３５，０００）の水溶液（０．５ｗｔ％）に浸漬し、オーブンで減圧下（＜１００ｍｂａｒ）において１００℃で４時間乾燥した。物理吸着していて化学的に結合はしていないポリ（アクリル酸）ポリマーを除去するために、当該基材を水で十分に洗浄した（３回）。コーティング表面の水の接触角測定では、７０〜８０度の前進接触角が示され、予備洗浄されたガラス基材の前進接触角は、洗浄方法に応じて２０〜４０度の間であることが示された。
【実施例２】
【００３８】
この実施例では、続いてアミノプロピルトリメトキシシラン結合基、ポリ（アクリル酸）ポリマー、およびアミノ官能基化ポリエチレングリコール（ＰＥＧ ５０００；Ｍｗは５，４００；Ｍｎは５，０００）をガラス表面に共有結合させることによりガラス表面を改質する方法について説明する。
【００３９】
実施例１に記載されているようにして調製したポリ（アクリル酸）ポリマー改質ガラス基材を用い、さらに、当該ガラス基材を１％の単官能基化されたアミノ−ＰＥＧ５０００水溶液に浸漬し、オーブンで減圧下（＜１００ｍｂａｒ）において１２０℃で１時間乾燥した。物理吸着していて化学的には結合していないＰＥＧ５０００を除去するために、当該基材を水で十分に洗浄した（３回）。コーティング表面における水の接触角測定では、２０度未満の前進接触角が示された。
【実施例３】
【００４０】
この実施例では、実施例１および２のコーティングされたガラス表面を用いてトライボロジー評価を実施する。
【００４１】
トライボロジー評価は、プレート上でピンを往復運動させる試験装置を用いて実施した。この構成は、専用ガラス支持ユニットが構築されている市販の摩擦計ＰＬＩＮＴ ＴＥ６７において実現した。
【００４２】
操作条件：
全ての実験は、大気中において室温で実施した。実験室の湿度および温度は、それぞれ２０〜４０％ＲＨおよび１９〜２２℃の間で変化した。ＦＩＦＡ０８／０５−０１試験方法の「皮膚／表面摩擦の決定法（Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｋｉｎ／Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ）」に従い、最良の皮膚基材としてシリコンスキン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｋｉｎ）Ｌ７３５０を選択して、このシリコンゴムをトライボロジー評価に使用する。
【００４３】
他の条件：
往復ストロークの長さは、すべての実験において４０ｍｍに設定した。実験１回あたり１０ストロークを実施した（左から右に５回および右から左に５回）。往復ストローク中の最大速度は、１、１０、または６２ｍｍ／ｓであった。垂直荷重は、試料ホルダーの質量または追加の静荷重によって、それぞれ、２９および９８ｋＰａの垂直力となるように負荷した。
【００４４】
試験は、液体として脱塩水を用いる場合と用いない場合の両方において実施した。第一の状態は、水を用いた状態であり、第二の状態は、乾燥した状態である。乾燥状態の結果は図１および２に示し、「水を用いた」状態の結果は図３および４に示す。使用される、ガラスなる用語は、コーティングなしの予備洗浄したガラス基材を意味し、一方、＋ＰＡＡおよび＋ＰＥＧなる用語は、ＰＡＡ（実施例１）のコーティングを有するガラス基材並びにＰＡＡのコーティングに加えてＰＥＧ５０００の層（実施例２）を有するガラス基材を表す。
【００４５】
摩擦係数は、測定された摩擦力および負荷された垂直力に基づいて、μ＝Ｆｗ／Ｆｎにより計算する。
【００４６】
図１に、乾燥状態における接触圧力９８ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
図２に、乾燥状態における接触圧力２９ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
図３に、水の存在下における接触圧力９８ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
図４に、水の存在下における接触圧力２９ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【００４７】
図１−４から、液体の不在下では、計算された最大摩擦係数は、様々な状況に関係なくすべて０．７より大きいことが観察され得る。水は、それ自体は有効な潤滑剤であるとは知られていないが、水の存在下では、計算された最大摩擦係数は、水の添加から予想され得るように、コーティングされていないガラス基材においていくぶん低い。しかしながら、ＰＡＡまたはＰＥＧコーティングのどちらかを有するガラス基材では、計算された係数は、実質的により低く、すなわち、予想されなかった大幅な低下が観測される。これらの結果は、液体の協力におけるコーティングポリマーの大きな相乗的性能を示している。特に、２９ｋＰａの垂直圧力が負荷されている状況において、往復ストローク中の最大速度に関係なく、最大の相乗的性能が観察された。
【実施例４】
【００４８】
この実施例では、トライボロジー評価は、実施例２からのコーティングされたガラス表面を用いて実施する。
【００４９】
トライボロジー評価は、実施例３に記載されているようにして、異なる液体、すなわち、水、シリコーンオイル、およびドデカンを用いて並行して実施する。往復ストローク中の最大速度は１０ｍｍ／ｓであった。垂直荷重は、２９ｋＰａの垂直力となるように、試料ホルダーの質量によって負荷した。
【００５０】
図５に結果を示す。やはり、コーティングそれ自体は、得られた摩擦係数に対して、（主な）影響力を有していない。液体のみの添加では、シリコーンオイルの場合を除いて、多くの場合、いくぶん摩擦係数が低下する。しかしながら、液体とコーティングとの組み合わせでは、摩擦係数が相乗的に低下する。これは、摩擦係数において観察される低下が、液体それ自体の存在によっても、コーティングそれ自体の存在によっても説明できず、相乗的に減少を生じるコーティングと液体潤滑剤との特定の組み合わせによるものであることを明確に示している。
【実施例５】
【００５１】
この実施例では、ガラス基材上のポリ（アクリル酸）ポリマーの上のコーティングに、市販のアミノ含有シリコーンポリマーが一体化されている。ＰＡＡ−コーティングガラス基材を、アミノ含有シリコーンポリマーＷａｃｋｅｒ１６５０を含有するトルエン溶液により被覆し、その後、Ｎ２を流しながら１２０℃で加熱することによりトルエンを蒸発除去する。続いて、当該コーティングされたガラス基材を、室温においてそれぞれトルエンおよび水で洗浄し、その後、６０℃で乾燥する。
【００５２】
トライボロジー評価は、実施例３に記載されているように、異なる液体、すなわち、水、シリコーンオイル、およびドデカンを用いて並行して実施する。往復ストローク中の最大速度は１０ｍｍ／ｓであった。垂直荷重は、２９ｋＰａの垂直力となるように、試料ホルダーの質量によって負荷した。
【００５３】
実施例４のように、摩擦係数への相乗的影響について、様々な潤滑剤を試験する。図６において観察され得るように、コーティングとしてシリコーンポリマーを使用することにより、使用される潤滑剤の性質に関係なく、摩擦係数は低下するであろう。コーティングしていないガラス基材を用いる場合、潤滑剤として水およびドデカンを使用することにより、摩擦が減少するであろうが、ＰＡＡ−シリコーンポリマーでコーティングされたガラス基材では、相乗効果が観察される。潤滑剤としてシリコーンオイルを使用する場合も、摩擦低減に関するこの相乗効果が観察されるが、裸のガラス基材に対する影響は無い。
【実施例６】
【００５４】
この実施例では、ガラス基板をポリ（アクリル酸）でコーティングし、続いてアミノ−官能基化ポリエチレン（ＰＥ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）またはオクタデシルアミンのどちらかによってコーティングする。ＰＥトップ層の調製は、難溶性のＰＥポリマーの沈殿を防ぐためにトルエン溶液を加熱すること以外は、シリコーントップ層に対する実施例５に記載の手順に従って実現する。オクタデカントップ層の構築は、トルエンの代わりにテトラヒドロフラン（ＴＨＦ：ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）を必要とする。ＰＡＡ改質ガラス基材をオクタデカン含有ＴＨＦに浸漬し、その後、当該基材を加熱する。
【００５５】
実施例５に記載されているようにして、トライボロジー評価を実施する。
【００５６】
図７に、液体として水を用いて得られた摩擦係数を示す。液体としてシリコーンオイルおよびドデカンを用いた場合の、ＰＥでコーティングしたガラス基材の摩擦係数も示す。
【００５７】
上述され得るように、ＰＥトップ層を有するガラスのコーティングでは、コーティングされていないガラス基材と比較してかなり低い摩擦係数が観察され、コーティングされていないガラスの摩擦抵抗の方が実質的に高いため、液体とコーティングとの組み合わせの相乗的な影響が再び示されている。この相乗効果は、ＰＥコーティングとシリコーンオイル液体による状況において最適に示されており、コーティングを有しない場合には液体としてシリコーンオイルを適用しても摩擦係数の低下は示されないが、一方で、コーティングを有する場合には、実質的な低下が観察される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの物体の間の摩擦を低減する方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
２つの物体が相対的に摺動する場合、この摺動に対する抵抗を摩擦と呼ぶ。したがって、摩擦は、１つの対象物の表面が別の対象物の表面と接触しているときの動きに抵抗する力である。摩擦のレベル、すなわち、計測に基づいて算出された摩擦係数は、操作条件、両方の対象物の表面の相互作用、および環境に応じて変化する。摩擦は、連続的に動く装置において、エネルギーを浪費するために非常に迷惑なものであり得る。このエネルギー損失の大部分は熱として現れるが、ごく一部は、摺動する表面からの物質の損失を引き起こし、ひいては、これがさらなる浪費の原因となり、すなわち、メカニズム全体の摩耗の原因となる。
【０００３】
様々な対象物の、相互作用する表面の間の摩擦を許容可能な値まで低減するために、慣習的に潤滑剤が適用される。摩擦を低減し、長期間にわたってこの特性を維持し、それによってメンテナンス費用を減らす新規の潤滑剤の開発に、非常に興味が持たれている。
【０００４】
従来の潤滑剤は、相対運動において部品同士の接触を防ぎ、それによって摩擦および摩耗を低減する。通常は、潤滑剤として原油由来のオイルが使用される。多くの場合、様々な化学添加剤を潤滑油に添加することが望ましい。そのような添加剤としては、粘度指数向上剤、流動点降下剤、酸化防止剤、耐摩耗添加剤および摩擦低減添加剤、並びに分散剤が挙げられる。通常、潤滑剤は、約９０％の基油および１０％未満の添加剤を含有する。
【０００５】
潤滑剤は、必ずしも液体である必要はない。非液体潤滑剤としては、グリース、粉末（例えば、乾燥グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｅｔｈｙｌｅｎｅ）、二硫化モリブデン、タルク、窒化ホウ素）、ＰＴＦＥテープ、エアクッションなど、が挙げられる。
【０００６】
潤滑剤は、一般的に、摩擦の量を大幅に減少させるが、添加剤の存在下においてでさえ、常に所望するレベルの摩擦低減を提供するわけではない。したがって、潤滑剤の不具合が生じ得る。そのため、依然として、より高いレベルでの固体対象物間の摩擦低減を可能にする方法および新規のタイプの潤滑剤が、当技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、このニーズを満たすことであり、並びに２つ以上の固形体の間の摩擦を低減することができ、同時に、摩耗を防ぐかまたは少なくとも最小限に抑える方法を提供することである。
【０００８】
この目的は、高分子コーティングと液体との特定の組み合わせを用いることによって満たされ得るということが見出された。
【０００９】
したがって、本発明の第一の態様は、
−共有結合したコーティングを少なくとも２つの固形体の少なくとも１つの固形体の表面に提供する工程であって、当該表面が前述の少なくとも２つの固形体のもう一方に接触しており、前述のコーティングが少なくとも１種のポリマーを含む、工程と、
−当該コーティング上に液体を提供する工程と
を含む、前述の少なくとも２つの固形体の間の摩擦を低減する方法を対象とする。
【００１０】
驚くべきことに、本発明者らは、コーティングおよび液体が、それらがお互いに可動接点にある場合、２つの物体の間の摩擦を低減することにおいて相乗的に機能するということ、すなわち、コーティングと液体の組み合わせが、２つの様々な対象物の間において、コーティングまたは液体単独の摩擦低減効果の合計に基づいて予想されるよりも低い摩擦を生じるということを見出した。
【００１１】
当該コーティングは、持続的に少なくとも１つの固形体の表面に結合し得る。したがって、摩擦係数の低下および望ましい摩擦状態は、長期間維持され得る。
【００１２】
当該コーティングが少なくとも１つの固形体の表面に施用されていれば、任意の所望の時に液体を添加することによって、持続的に摩擦特性の低下を誘起することができる。さらに、当該摩擦特性は、当該液体を除去することにより（例えば、エバポレーション、溶媒抽出などにより）、任意の所望の時に元に戻すことができる。
【００１３】
コーティングは 様々な液体と相互作用し得る様々なポリマーを含み得る。したがって、摩擦を低減するために、既存の液体環境（例えば、生物医学的環境など）に適合するようにコーティングを調整することができる。
【００１４】
好ましくは、当該コーティングは、液体との強い化学的および／または物理的な相互作用を有する。理論によって束縛されることを望むものではないが、コーティングと液体との組み合わせは、低粘性であるがいくぶん固定化された、潤滑性を改善する層を提供するものと考えられる。
【００１５】
当該コーティングはポリマーを含む。好ましくは、このポリマーは有機ポリマーである。当該ポリマーは、好適には、ホモポリマーまたはコポリマー、例えばブロックコポリマーなど、であり得る。ポリマーおよび／またはコポリマーの混合物もしくはブレンドも、当該コーティングにおいて使用することができる。当該ポリマーは、親水性または疎水性であり得る。好ましくは、疎水性コーティングは、疎水性の液体と組み合わされ、親水性コーティングは、親水性の液体と組み合わされる。一例として、より疎水性の液体、例えば、オイルまたはある特定の炭化水素またはシリコーンオイルなどが使用される場合、当該ポリマーは、好ましくは疎水性を有する。多種多様の好適なポリマーが使用され得る。
【００１６】
固形体の表面に共有結合するために、本発明のポリマーは、少なくとも１種の官能基を有し得る。好適な官能基は、例えば、酸、アシルハロゲン、アクリレート、アルコール、アルデヒド、アルケン、アルキン、アミン、アジド、カルボキシル、シアニド、エポキシド、ハロゲン、イミン、イソシアネート、ケトン、シラン、チオール、ビニル、およびビニルエーテルから成る群から選択することができる。
【００１７】
好適な疎水性ポリマーの例としては、ポリシロキサン、ペルフルオロポリエーテルおよび他のフルオロポリマー、ポリスチレン、ポリオキシプロピレン、ポリビニルアセテート、ポリオキシブチレン、（水素化された）ポリイソプレンもしくはポリブタジエン、ポリビニルクロリド、ポリアルキルアクリレート、ポリアルキルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラヒドロフラン（ＰＴＨＦ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリスルホン、ポリビニルエーテル、およびポリ（プロピレンオキシド）、並びにそれらのコポリマーが挙げられる。
【００１８】
好適な親水性ポリマーの例としては、ポリオキサゾリン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリエチレンオキシド−コ−ポリプロピレンオキシドブロックコポリマー、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジアルキルアクリルアミド）、ポリアシルアルキレンイミン、ポリヒドロキシアルキルアクリレート、例えば、ヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ：ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ヒドロキシエチルアクリレート、およびヒドロキシプロピルアクリレートの（ホモ）ポリマーなど、ポリオール、並びに上記のポリマーの２種以上の共重合性混合物、天然ポリマー、例えば、多糖およびポリペプチドなど、並びにそれらのコポリマー、並びに必要に応じて多価イオン性分子、例えば、ポリアリルアンモニウム、ポリエチレンイミン、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウム、ポリアニリン、スルホン化ポリアニリン、ポリピロール、およびポリピリジニウムなど、ポリチオフェン−酢酸、ポリスチレンスルホン酸、両性イオン分子のポリマーおよびコポリマー、並びに高分子電解質が挙げられる。
【００１９】
物体の表面へのポリマーの共有結合は、国際公開第２００７／０２１１８０号に記載されているようにして実現することができる。なお、これによって当該刊行物は、参照により本明細書に組み込まれる。したがって、従来の湿式の化学技術に加えて、化学真空蒸着（ＣＶＤ：Cｈｅｍｉｃａｌ Vａｐｏｕｒ Dｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ蒸着、プラズマアシストグラフト化、またはプラズマ重合などの技術を使用することができる。
【００２０】
好ましい実施形態において、当該ポリマーは、湿式の化学技術によって物体の表面に付着される。当該ポリマー材料は、好適には、１モノマーあたり比較的高濃度のペンダント型反応性部分、例えば、１モノマーあたり少なくとも０．３のペンダント型反応性部分、好ましくは１モノマーあたり少なくとも０．５のペンダント型反応性部分、さらにより好ましくは１モノマーあたり少なくとも１つのペンダント型反応性部分を含む。当該ペンダント型反応性部分は、好ましくはカルボキシル部分である。さらに、好ましくは、当該ポリマーが施用される物体の表面をアミン基によって官能基化する。さらにより好ましくは、当該ポリマー材料は、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはそれらの誘導体であり、当該ポリマーが施用される物体の表面を３−アミノプロピルトリアルコキシシランによって官能基化する。
【００２１】
当該液体は、当該コーティングが２つ以上のポリマー層を有する場合に、コーティングによって、より良好に保持されることが見出された。異なるポリマー層は、お互いに共有結合していてもよいし、または共有結合していなくてもよい。当該異なるポリマー層は、異なるポリマーまたは同一のポリマーを含んでいてもよい。
【００２２】
有利には、当該コーティングは、１μｍ未満の膜厚を有し得る。好ましくは、当該コーティングは、１００ｎｍ未満の膜厚を有し得る。したがって、本発明により摩擦において満足できる低下を得るには、ごく少量のコーティング材料で十分である。さらに、比較的薄い層は、固形体の表面に対してより良好に付着するということが見出された。その上、薄膜を有することにより、当該固形体が、その特徴的特性を維持しつつ、表面特性だけが変更されるという利点がある。通常、当該コーティングの膜厚は、少なくとも５ｎｍである。
【００２３】
好ましい実施形態において、表面に共有結合したポリ（アクリル酸）ポリマー（またはその誘導体）は、第一級または第二級アミン部分のどちらかを含む疎水性または親水性ポリマーのどちらかとの反応によって改質される。一例として、これらに限定されるわけではないが、このために、アミノ官能基化ポリエチレングリコールを用いてもよい。このようにして、２つのポリマー層を含むコーティングを作製する。別の実施形態では、コーティングされたポリマー層（単数または複数）の事後改質が実現され得る。
【００２４】
好ましくは、当該コーティングは、ポリ（アクリル酸）ポリマー（ＰＡＡ：ｐｏｌｙ（ａｃｒｙｌｉｃ ａｃｉｄ））またはその誘導体を含む。そのようなコーティングは、液体としての水と組み合わせた場合に、摩擦において著しい減少を生じる。この組み合わせでは、ポリ（アクリル酸）ポリマーの強力な吸収特性のために、水がコーティングによって非常によく保持されることが見出された。コーティングと水との組み合わせを有する物体の表面に限られた量の水を施せば、使用者が濡れることもなく、濡れていると感じることもない。この２つの特性（濡れているとは思えないが、濡れが保持されている）が、この組み合わせを非常に魅力的にしている。
【００２５】
親水性ポリマーの場合、当該コーティングにおけるポリマーの数平均分子量は、好適には、少なくとも２，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは少なくとも５，０００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは１０，０００〜２，０００，０００ｇ／ｍｏｌの範囲であり得る。疎水性ポリマーの場合、当該コーティングにおけるポリマーの数平均分子量は、好適には、少なくとも５００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは２，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲、より好ましくは５，０００〜１０，０００ｇ／ｍｏｌの範囲であり得る。
【００２６】
当該液体は、好ましくは疎水性または親水性である。当該液体は、潤滑剤であってもよい。本発明の方法における好適な液体の例としては、水、水性媒体、有機流動体、シリコーン流動体、これらの混和性の組み合わせ、またはこれらの液体を含む溶液が挙げられる。
【００２７】
著しい摩擦の減少を生じる、ポリマーと液体との好ましい組み合わせの例としては、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）と水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）と水または水性媒体、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）と水または水性媒体、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）と水または水性媒体、ポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）とＣ６〜Ｃ２０アルカンが挙げられる。好適なＣ６〜Ｃ２０アルカンとしては、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン、およびオクタデカンが挙げられる。好適なポリオレフィンとしては、ポリエチレンおよびポリプロピレンが挙げられる。
【００２８】
ポリマーと液体との特に好ましい組み合わせは、ＰＡＡ（および／またはその１種以上の誘導体）と水（または水性媒体）、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）と水（または水性媒体）、ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）とドデカン、ポリエチレン（および／またはその１種以上の誘導体）とシリコーンオイル、およびポリエチレン（および／またはその１種以上の誘導体）とドデカンである。
【００２９】
ポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）、ポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）、またはポリオレフィン（それのおよび／または１つ以上誘導体）が、ＰＡＡ（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上に提供されている場合に、良好な結果が得られた。
【００３０】
したがって、好ましい実施形態において、コーティングと液体の以下の組み合わせ：ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングと水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとシリコーンオイル、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリエチレングリコール（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングと水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとシリコーンオイル、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリシロキサン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングと水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとシリコーンオイル、並びにポリ（アクリル酸）ポリマー（および／またはその１種以上の誘導体）の層の上にポリオレフィン（および／またはその１種以上の誘導体）の層を含むコーティングとＣ６〜Ｃ２０アルカン、を施用する。
【００３１】
本発明のコーティングと組み合わされる液体の量は変化し得る。それぞれの液体に対し、当該コーティングの最大積載量におおよそ等しい量を使用することが好ましい。通常、コーティングと組み合わされる液体の量は、乾燥コーティング１グラムあたり０．０５〜１０ｇの範囲、好ましくは乾燥コーティング１グラムあたり０．１〜５ｇ、より好ましくは乾燥コーティング１グラムあたり０．２〜１ｇの範囲であろう。
【００３２】
当該少なくとも２つの固形体は、同一または異なる材料によるものであってもよい。好適には、当該少なくとも２つの固形体は、プラスチック、金属、合金、ガラス、織物、金属酸化物、セラミック、木材、生体組織（皮膚）、および粘膜から成る群から選択される１種以上の材料を含む。コーティングされたガラスおよびシリコーンゴムによってそれぞれ作製された２つの固形体、並びにコーティングされた織物およびシリコーンゴムによってそれぞれ作製された２つの固形体を用いた場合に優れた結果が得られた。
【００３３】
当該少なくとも２つの固形体の１つ以上の固形体の表面は、好適な結合分子を介してポリマーを固形体に共有結合させるために改質された表面であり得る。通常は、当該物体の表面は、酸、アシルハロゲン、アクリレート、アルコール、アルデヒド、アルケン、アルキン、アミン、アジド、カルボキシル、シアニド、エポキシド、ハロゲン、イミン、イソシアネート、ケトン、シラン、チオール、ビニル、およびビニルエーテルから成る群から好適に選択することができる有機化合物によって改質することができる。好適な結合分子としては、アミノプロピルトリアルコキシシラン、アミノプロピルトリクロロシラン、およびヘテロ官能性シランベースのカップリング剤が挙げられる。
【００３４】
本発明の方法は、例えば、織物と皮膚との間の摩擦を減らすためにスポーツウエアにおいて、人工雪とスキー用具との間の摩擦を減らすために人工雪のスキーコースに対して、皮膚との摩擦を低減するために床擦れ患者用のブランケットおよびパジャマのような衣服に、生体組織との摩擦を減らすためにカテーテル、ガイドワイヤ、内視鏡、および他の医療用具に、並びに他の用途にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】乾燥状態における接触圧力９８ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【図２】乾燥状態における接触圧力２９ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【図３】水の存在下における接触圧力９８ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【図４】水の存在下における接触圧力２９ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【図５】結果を示す。
【図６】摩擦係数を示す。
【図７】液体として水を用いて得られた摩擦係数を示す。
【実施例１】
【００３６】
この実施例では、続いてアミノプロピルトリメトキシシラン結合基およびポリ（アクリル酸）ポリマーをガラス表面に共有結合させることによりガラス表面を改質する方法について説明する。
【００３７】
予備洗浄したガラス基材を、イソプロピルアルコール中における５％の３−アミノプロピルトリメトキシシランの新鮮なコーティング液に浸し、超音波浴において２０分間超音波処理した。当該基材を水で十分に洗浄し（３回）、その後オーブンにて６０℃で１時間乾燥した。このようにして官能基化した基材を、ポリ（アクリル酸）ポリマー（Ｍｗは１，０８０，０００；Ｍｎは１３５，０００）の水溶液（０．５ｗｔ％）に浸漬し、オーブンで減圧下（＜１００ｍｂａｒ）において１００℃で４時間乾燥した。物理吸着していて化学的に結合はしていないポリ（アクリル酸）ポリマーを除去するために、当該基材を水で十分に洗浄した（３回）。コーティング表面の水の接触角測定では、７０〜８０度の前進接触角が示され、予備洗浄されたガラス基材の前進接触角は、洗浄方法に応じて２０〜４０度の間であることが示された。
【実施例２】
【００３８】
この実施例では、続いてアミノプロピルトリメトキシシラン結合基、ポリ（アクリル酸）ポリマー、およびアミノ官能基化ポリエチレングリコール（ＰＥＧ ５０００；Ｍｗは５，４００；Ｍｎは５，０００）をガラス表面に共有結合させることによりガラス表面を改質する方法について説明する。
【００３９】
実施例１に記載されているようにして調製したポリ（アクリル酸）ポリマー改質ガラス基材を用い、さらに、当該ガラス基材を１％の単官能基化されたアミノ−ＰＥＧ５０００水溶液に浸漬し、オーブンで減圧下（＜１００ｍｂａｒ）において１２０℃で１時間乾燥した。物理吸着していて化学的には結合していないＰＥＧ５０００を除去するために、当該基材を水で十分に洗浄した（３回）。コーティング表面における水の接触角測定では、２０度未満の前進接触角が示された。
【実施例３】
【００４０】
この実施例では、実施例１および２のコーティングされたガラス表面を用いてトライボロジー評価を実施する。
【００４１】
トライボロジー評価は、プレート上でピンを往復運動させる試験装置を用いて実施した。この構成は、専用ガラス支持ユニットが構築されている市販の摩擦計ＰＬＩＮＴ ＴＥ６７において実現した。
【００４２】
操作条件：
全ての実験は、大気中において室温で実施した。実験室の湿度および温度は、それぞれ２０〜４０％ＲＨおよび１９〜２２℃の間で変化した。ＦＩＦＡ０８／０５−０１試験方法の「皮膚／表面摩擦の決定法（Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｋｉｎ／Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ）」に従い、最良の皮膚基材としてシリコンスキン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｋｉｎ）Ｌ７３５０を選択して、このシリコンゴムをトライボロジー評価に使用する。
【００４３】
他の条件：
往復ストロークの長さは、すべての実験において４０ｍｍに設定した。実験１回あたり１０ストロークを実施した（左から右に５回および右から左に５回）。往復ストローク中の最大速度は、１、１０、または６２ｍｍ／ｓであった。垂直荷重は、試料ホルダーの質量または追加の静荷重によって、それぞれ、２９および９８ｋＰａの垂直力となるように負荷した。
【００４４】
試験は、液体として脱塩水を用いる場合と用いない場合の両方において実施した。第一の状態は、水を用いた状態であり、第二の状態は、乾燥した状態である。乾燥状態の結果は図１および２に示し、「水を用いた」状態の結果は図３および４に示す。使用される、ガラスなる用語は、コーティングなしの予備洗浄したガラス基材を意味し、一方、＋ＰＡＡおよび＋ＰＥＧなる用語は、ＰＡＡ（実施例１）のコーティングを有するガラス基材並びにＰＡＡのコーティングに加えてＰＥＧ５０００の層（実施例２）を有するガラス基材を表す。
【００４５】
摩擦係数は、測定された摩擦力および負荷された垂直力に基づいて、μ＝Ｆｗ／Ｆｎにより計算する。
【００４６】
図１に、乾燥状態における接触圧力９８ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
図２に、乾燥状態における接触圧力２９ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
図３に、水の存在下における接触圧力９８ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
図４に、水の存在下における接触圧力２９ｋＰａでの摺動速度およびプレート表面に対する最大摩擦係数ｆｍａｘを示す。
【００４７】
図１−４から、液体の不在下では、計算された最大摩擦係数は、様々な状況に関係なくすべて０．７より大きいことが観察され得る。水は、それ自体は有効な潤滑剤であるとは知られていないが、水の存在下では、計算された最大摩擦係数は、水の添加から予想され得るように、コーティングされていないガラス基材においていくぶん低い。しかしながら、ＰＡＡまたはＰＥＧコーティングのどちらかを有するガラス基材では、計算された係数は、実質的により低く、すなわち、予想されなかった大幅な低下が観測される。これらの結果は、液体の協力におけるコーティングポリマーの大きな相乗的性能を示している。特に、２９ｋＰａの垂直圧力が負荷されている状況において、往復ストローク中の最大速度に関係なく、最大の相乗的性能が観察された。
【実施例４】
【００４８】
この実施例では、トライボロジー評価は、実施例２からのコーティングされたガラス表面を用いて実施する。
【００４９】
トライボロジー評価は、実施例３に記載されているようにして、異なる液体、すなわち、水、シリコーンオイル、およびドデカンを用いて並行して実施する。往復ストローク中の最大速度は１０ｍｍ／ｓであった。垂直荷重は、２９ｋＰａの垂直力となるように、試料ホルダーの質量によって負荷した。
【００５０】
図５に結果を示す。やはり、コーティングそれ自体は、得られた摩擦係数に対して、（主な）影響力を有していない。液体のみの添加では、シリコーンオイルの場合を除いて、多くの場合、いくぶん摩擦係数が低下する。しかしながら、液体とコーティングとの組み合わせでは、摩擦係数が相乗的に低下する。これは、摩擦係数において観察される低下が、液体それ自体の存在によっても、コーティングそれ自体の存在によっても説明できず、相乗的に減少を生じるコーティングと液体潤滑剤との特定の組み合わせによるものであることを明確に示している。
【実施例５】
【００５１】
この実施例では、ガラス基材上のポリ（アクリル酸）ポリマーの上のコーティングに、市販のアミノ含有シリコーンポリマーが一体化されている。ＰＡＡ−コーティングガラス基材を、アミノ含有シリコーンポリマーＷａｃｋｅｒ１６５０を含有するトルエン溶液により被覆し、その後、Ｎ２を流しながら１２０℃で加熱することによりトルエンを蒸発除去する。続いて、当該コーティングされたガラス基材を、室温においてそれぞれトルエンおよび水で洗浄し、その後、６０℃で乾燥する。
【００５２】
トライボロジー評価は、実施例３に記載されているように、異なる液体、すなわち、水、シリコーンオイル、およびドデカンを用いて並行して実施する。往復ストローク中の最大速度は１０ｍｍ／ｓであった。垂直荷重は、２９ｋＰａの垂直力となるように、試料ホルダーの質量によって負荷した。
【００５３】
実施例４のように、摩擦係数への相乗的影響について、様々な潤滑剤を試験する。図６において観察され得るように、コーティングとしてシリコーンポリマーを使用することにより、使用される潤滑剤の性質に関係なく、摩擦係数は低下するであろう。コーティングしていないガラス基材を用いる場合、潤滑剤として水およびドデカンを使用することにより、摩擦が減少するであろうが、ＰＡＡ−シリコーンポリマーでコーティングされたガラス基材では、相乗効果が観察される。潤滑剤としてシリコーンオイルを使用する場合も、摩擦低減に関するこの相乗効果が観察されるが、裸のガラス基材に対する影響は無い。
【実施例６】
【００５４】
この実施例では、ガラス基板をポリ（アクリル酸）でコーティングし、続いてアミノ−官能基化ポリエチレン（ＰＥ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）またはオクタデシルアミンのどちらかによってコーティングする。ＰＥトップ層の調製は、難溶性のＰＥポリマーの沈殿を防ぐためにトルエン溶液を加熱すること以外は、シリコーントップ層に対する実施例５に記載の手順に従って実現する。オクタデカントップ層の構築は、トルエンの代わりにテトラヒドロフラン（ＴＨＦ：ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）を必要とする。ＰＡＡ改質ガラス基材をオクタデカン含有ＴＨＦに浸漬し、その後、当該基材を加熱する。
【００５５】
実施例５に記載されているようにして、トライボロジー評価を実施する。
【００５６】
図７に、液体として水を用いて得られた摩擦係数を示す。液体としてシリコーンオイルおよびドデカンを用いた場合の、ＰＥでコーティングしたガラス基材の摩擦係数も示す。
【００５７】
上述され得るように、ＰＥトップ層を有するガラスのコーティングでは、コーティングされていないガラス基材と比較してかなり低い摩擦係数が観察され、コーティングされていないガラスの摩擦抵抗の方が実質的に高いため、液体とコーティングとの組み合わせの相乗的な影響が再び示されている。この相乗効果は、ＰＥコーティングとシリコーンオイル液体による状況において最適に示されており、コーティングを有しない場合には液体としてシリコーンオイルを適用しても摩擦係数の低下は示されないが、一方で、コーティングを有する場合には、実質的な低下が観察される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの固形体の間の摩擦を低減する方法であって、
−共有結合したコーティングを前記少なくとも２つの固形体の少なくとも１つの固形体の表面に提供する工程であって、前記表面が前記少なくとも２つの固形体のもう一方に接触しており、前記コーティングが少なくとも１種のポリマーを含む、工程と、
−前記コーティング上に液体を供給する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記コーティングおよび前記液体が、両方とも親水性である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマーが、ポリオキサゾリン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリエチレンオキシド−コ−ポリプロピレンオキシドブロックコポリマー、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジアルキルアクリルアミド）、高分子電解質、ポリアシルアルキレンイミン、ポリヒドロキシアルキルアクリレート、ポリオール、多糖、ポリペプチド、多価イオン性ポリマー、ポリエチレンイミン、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウム、ポリアニリン、スルホン化ポリアニリン、ポリピロール、ポリピリジニウム、ポリチオフェン−酢酸、ポリスチレンスルホン酸、両性イオン分子のポリマー、並びにそれらの混合物およびコポリマーから成る群から選択される、請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記コーティングが、ポリ（アクリル酸）またはそれらの誘導体を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記コーティングがポリエチレングリコールを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記コーティングが、少なくとも５，０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量を有するポリエチレングリコールを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記コーティングが疎水性である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ポリマーが、ポリシロキサン、フルオロポリマー、ポリスチレン、ポリオキシプロピレン、ポリビニルアセテート、ポリオキシブチレン、（水素化された）ポリイソプレンもしくはポリブタジエン、ポリビニルクロリド、ポリアルキルアクリレート、ポリアルキルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラヒドロフラン、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリスルホン、ポリビニルエーテル、ポリ（プロピレンオキシド）、並びにそれらの混合物およびコポリマーから成る群から選択される、請求項１または７に記載の方法。
【請求項９】
前記コーティングが、少なくとも２つのポリマー層を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記コーティングが、１μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記液体が水または水性媒体である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体が、有機化合物である、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体が、シリコーン流動体である、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１４】
前記液体の量が、乾燥コーティング１グラムあたり０．０５〜１０ｇの範囲、好ましくは乾燥コーティング１グラムあたり０．１〜５ｇ、より好ましくは乾燥コーティングの０．２〜１グラムの範囲である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの固形体が、同じ材料であるかまたは異なる材料によるものである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの固形体が、プラスチック、金属、合金、ガラス、織物、金属酸化物、セラミック、木材、生体組織（皮膚）、粘膜、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される１種以上の材料を含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ポリマーおよび前記液体が、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはその誘導体と水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはそれらの誘導体とシリコーンオイル、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはその誘導体とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリエチレングリコールまたはその誘導体と水または水性媒体、ポリエチレングリコールまたはその誘導体とシリコーンオイル、ポリエチレングリコールまたはその誘導体とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリシロキサンまたはその誘導体と水または水性媒体、ポリシロキサンまたはその誘導体とシリコーンオイル、ポリシロキサンまたはその誘導体とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリオレフィンまたはその誘導体と水または水性媒体、ポリオレフィンまたはその誘導体とシリコーンオイル、ポリオレフィンまたはその誘導体とＣ６〜Ｃ２０アルカンから成る群から選択される、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記コーティングが、少なくとも２つの層を含み、第一の層は、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはその誘導体を含み、前記第一の層の上の第二の層は、請求項１７で定義されるようなポリマーを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１】
少なくとも２つの固形体の間の摩擦を低減する方法であって、
−共有結合したコーティングを前記少なくとも２つの固形体の少なくとも１つの固形体の表面に提供する工程であって、前記表面が前記少なくとも２つの固形体のもう一方に接触しており、前記コーティングが少なくとも１種のポリマーを含む、工程と、
−前記コーティング上に液体を供給する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記コーティングおよび前記液体が、両方とも親水性である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリマーが、ポリオキサゾリン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリエチレンオキシド−コ−ポリプロピレンオキシドブロックコポリマー、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（Ｎ，Ｎ−ジアルキルアクリルアミド）、高分子電解質、ポリアシルアルキレンイミン、ポリヒドロキシアルキルアクリレート、ポリオール、多糖、ポリペプチド、多価イオン性ポリマー、ポリエチレンイミン、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウム、ポリアニリン、スルホン化ポリアニリン、ポリピロール、ポリピリジニウム、ポリチオフェン−酢酸、ポリスチレンスルホン酸、両性イオン分子のポリマー、並びにそれらの混合物およびコポリマーから成る群から選択される、請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記コーティングが、ポリ（アクリル酸）またはそれらの誘導体を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記コーティングがポリエチレングリコールを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記コーティングが、少なくとも５，０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量を有するポリエチレングリコールを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記コーティングが疎水性である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ポリマーが、ポリシロキサン、フルオロポリマー、ポリスチレン、ポリオキシプロピレン、ポリビニルアセテート、ポリオキシブチレン、（水素化された）ポリイソプレンもしくはポリブタジエン、ポリビニルクロリド、ポリアルキルアクリレート、ポリアルキルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラヒドロフラン、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリスルホン、ポリビニルエーテル、ポリ（プロピレンオキシド）、並びにそれらの混合物およびコポリマーから成る群から選択される、請求項１または７に記載の方法。
【請求項９】
前記コーティングが、少なくとも２つのポリマー層を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記コーティングが、１μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記液体が水または水性媒体である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体が、有機化合物である、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体が、シリコーン流動体である、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１４】
前記液体の量が、乾燥コーティング１グラムあたり０．０５〜１０ｇの範囲、好ましくは乾燥コーティング１グラムあたり０．１〜５ｇ、より好ましくは乾燥コーティングの０．２〜１グラムの範囲である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの固形体が、同じ材料であるかまたは異なる材料によるものである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２つの固形体が、プラスチック、金属、合金、ガラス、織物、金属酸化物、セラミック、木材、生体組織（皮膚）、粘膜、およびそれらの組み合わせから成る群から選択される１種以上の材料を含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ポリマーおよび前記液体が、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはその誘導体と水または水性媒体、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはそれらの誘導体とシリコーンオイル、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはその誘導体とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリエチレングリコールまたはその誘導体と水または水性媒体、ポリエチレングリコールまたはその誘導体とシリコーンオイル、ポリエチレングリコールまたはその誘導体とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリシロキサンまたはその誘導体と水または水性媒体、ポリシロキサンまたはその誘導体とシリコーンオイル、ポリシロキサンまたはその誘導体とＣ６〜Ｃ２０アルカン、ポリオレフィンまたはその誘導体と水または水性媒体、ポリオレフィンまたはその誘導体とシリコーンオイル、ポリオレフィンまたはその誘導体とＣ６〜Ｃ２０アルカンから成る群から選択される、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記コーティングが、少なくとも２つの層を含み、第一の層は、ポリ（アクリル酸）ポリマーまたはその誘導体を含み、前記第一の層の上の第二の層は、請求項１７で定義されるようなポリマーを含む、請求項１７に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１０−５３８１０６（Ｐ２０１０−５３８１０６Ａ）
【公表日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２２８３７（Ｐ２０１０−５２２８３７）
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２００８／０５０５６９
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０２８９３９
【国際公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（５０８３５３２９３）ネーデルランツ オルガニサティー フォール トゥーゲパストナトゥールヴェテンシャッペリーク オンデルズーク テーエンオー (41)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２００８／０５０５６９
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０２８９３９
【国際公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（５０８３５３２９３）ネーデルランツ オルガニサティー フォール トゥーゲパストナトゥールヴェテンシャッペリーク オンデルズーク テーエンオー (41)
【Ｆターム（参考）】
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