專利名稱：具有環(huán)磷腈環(huán)的低糙度潤滑劑的制作方法
專利說明具有環(huán)磷腈環(huán)的低糙度潤滑劑
背景技術：
硬盤驅(qū)動器中的記錄密度已經(jīng)穩(wěn)步地提高。甚至，100千兆每平方英寸(Gbit/inch2)的記錄密度已經(jīng)被報導。實現(xiàn)這種高密度的需要是為了盡可能縮短磁盤的磁頭和磁記錄層之間的距離?，F(xiàn)今，該距離通常為20nm。
為了盡可能縮短該距離，磁盤的表面粗糙度應該盡可能地降低。因此，從接觸開/關(CSS)系統(tǒng)向加載/卸載(L/UL)系統(tǒng)有過渡。在CSS系統(tǒng)中，當磁盤不旋轉(zhuǎn)時，磁頭與磁盤接觸，并且當磁盤開始旋轉(zhuǎn)時，由于氣流的原因磁頭會向上飛。在L/UL系統(tǒng)中，當磁盤停止時，磁頭從磁盤收回(卸載)，并且當磁盤開始旋轉(zhuǎn)時，其放置回磁盤。此外，在L/UL系統(tǒng)中，抗滑性能的要求會有些寬松。但是，硬盤驅(qū)動器必須能夠承受來自于加載操作以及甚至在常規(guī)操作中會發(fā)生的頭部方向的突然無規(guī)則化的影響。
通常，全氟聚醚(PFPE)基潤滑劑已經(jīng)用于磁盤的頂表面上來降低摩擦。但是，PFPE基潤滑劑，例如Zdol和ZTetraol，易在如Al2O3的路易斯(Lewis)酸存在下催化分解。據(jù)信氟化氫(HF)由于來自于摩擦熱的熱分解或分解而生成，且該HF引發(fā)導致潤滑劑進一步分解的鏈反應。
此外，例如Zdol和ZTetraol的長鏈PFPE潤滑劑具有其它缺點。因為Zdol和ZTetraol只具有位于全氟聚醚(PFPE)鏈兩端的官能團(羥基)，該鏈在磁盤的表面上趨向于漲大(bulk up)。漲大的鏈導致潤滑劑具有高糙度(profile)。
此外，高糙度PFPE潤滑劑和具有環(huán)磷腈環(huán)基團的PFPE潤滑劑的混合物已經(jīng)被報導。但是，兩種或更多種化合物的混合物對于控制過程(例如，這兩種化合物之間不同的潤滑油攝取)，在盤上的不同位置上這兩種化合物的比率的控制等增加了難度。在Zdol/X1P和ZTetraol/X1P混合物的情況下，化合物的相分離也被觀察到。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式包括一種具有含有全氟聚醚鏈的骨架，一種或多種連接或結(jié)合在該骨架上的環(huán)磷腈環(huán)基團，和至少兩個連接到該骨架上、連接到一個或多個環(huán)磷腈環(huán)上、或其結(jié)合上的官能團的化合物。
在下面的詳細描述中，本發(fā)明優(yōu)選的實施方式簡單地通過預期的實施本發(fā)明的最好例子的描述被表示和描述。同樣，本發(fā)明能夠以其他和不同的實施方式實現(xiàn)，并且其細節(jié)能夠在不同的明顯方面進行修訂，所有的均沒有背離本發(fā)明。因此，該描述被認為是本質(zhì)的描述，并不僅限于此。



圖1A是介質(zhì)存儲設備的示意描述。
圖1B是高糙度潤滑劑的示意描述。
圖1C是全氟聚醚骨架的示意描述。
圖1D是Zdol存儲介質(zhì)潤滑劑的端基的示意描述。
圖1E是ZTetraol存儲介質(zhì)潤滑劑的端基的示意描述。
圖2是低糙度潤滑劑與高糙度存儲介質(zhì)潤滑劑比較的示意描述。
圖3是本發(fā)明的使用高糙度潤滑劑的實施方案的磁頭崩落高度比較的示意描述。
圖4列出了依據(jù)本發(fā)明一個實施方案的具有一個或多個連接或結(jié)合到全氟聚醚鏈上的環(huán)磷腈環(huán)的化合物。

具體實施例方式 低糙度潤滑劑是一種允許讀/寫頭在介質(zhì)表面飛地更低(或更近)的新型的硬盤驅(qū)動潤滑劑。這是由于低糙度潤滑劑在介質(zhì)表面鋪地更平坦。即，低糙度潤滑劑的粗糙度低于傳統(tǒng)的Zdol和ZTetraol潤滑劑。
傳統(tǒng)潤滑劑如Zdol和ZTetraol只在PFPE鏈的兩端具有錨定的羥基(官能團)。當羥基與碳外層(overcoat)錨定時，長的、柔軟的聚合物鏈通常會漲大。結(jié)果是具有高糙度的潤滑劑趨向于增加表面粗糙度。本發(fā)明的許多低糙度潤滑劑也具有位于PFPE鏈的兩端的官能團。但是，另外，他們也具有一個或多個在PFPE鏈的中部的官能團。在本發(fā)明的一個實施方案中，例如，官能團為羥基。優(yōu)選地，中間官能團與碳外層鍵合。當這種鍵合發(fā)生時，接近官能團的聚合物被牽引到碳外層表面上。結(jié)果是潤滑劑在介質(zhì)表面上鋪地更平坦的。即，低糙度潤滑劑。
然而，用于本發(fā)明的低糙度潤滑劑的基本結(jié)構(gòu)，與Zdol和ZTetraol類的PFPE潤滑劑相似。因此，低糙度潤滑劑有著相同的缺點。即，結(jié)合進本發(fā)明混合物的低糙度潤滑劑易在Lewis酸存在下催化分解。因此，低糙度潤滑劑的耐久性與Zdol和ZTetraol的相似。
具有環(huán)磷腈環(huán)的化合物趨向于對Lewis酸存在下的催化分解具有更好的抵抗性，因此更耐久。即，環(huán)磷腈環(huán)為潤滑劑混合物提供了化學穩(wěn)定性。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了將一個或更多的環(huán)磷腈環(huán)連接或結(jié)合到低糙度潤滑劑中提供了化學穩(wěn)定性，同時保持了低糙度潤滑劑的低糙度/高間隙(clearance)。
圖1A闡明了介質(zhì)存儲設備100。該介質(zhì)存儲設備100包括一個磁層102，一個碳外層104，和一種高糙度潤滑劑106。該碳外層104為用于保護磁層102的堅固外層。高糙度潤滑劑106有利于讀/寫頭(未示出)在介質(zhì)存儲設備100上通過。
圖1B為高糙度潤滑劑106的示意性描述。高糙度潤滑劑106具有在骨架108任一端的官能團110的PFPE骨架108。官能團110與碳外層104鍵合，將高糙度潤滑劑106錨定在介質(zhì)存儲設備100的表面上。由于骨架108較長，并僅被錨合在兩個位置，高糙度潤滑劑106可以在表面聚合在一起。這由在高糙度潤滑劑分子106周圍畫的虛線表示。
圖1C描述了高糙度PFPE的骨架108。兩個高糙度存儲介質(zhì)潤滑劑106的末端官能團110在圖1D和1E中描述。圖1D描述了高糙度存儲介質(zhì)潤滑劑106Zdol的末端官能團110，而圖1E描述了高糙度存儲介質(zhì)潤滑劑106ZTetraol的末端官能團。Zdol在PFPE骨架108的兩個末端具有單獨羥基，而ZTetraol在PFPE骨架108的末端具有兩個羥基。
圖2是本發(fā)明的低糙度潤滑劑200與高糙度存儲介質(zhì)潤滑劑106比較的示意描述。在此實施方式中，低糙度潤滑劑具有三個官能團210。官能團210中的兩個與高糙度潤滑劑106相似，位于PFPE骨架208的兩端。然而，該實施方式的低糙度潤滑劑包括位于PFPE骨架208兩端之間區(qū)域中的第三官能團210。優(yōu)選地，在此實施方式中，第三官能團210連接在接近PFPE骨架208的中部。然而，第三官能團210不需要在精確的中心。
在本發(fā)明的另外一個實施方式中，低糙度潤滑劑200包括許多連接于PFPE骨架208兩端之間區(qū)域中的第三官能團210。確實，表1提供了由本發(fā)明人制備和評價的用于多種低糙度潤滑劑200的官能團的分子量和數(shù)量。所有表1中的六種低糙度潤滑劑200通過修飾Zdol 1000潤滑劑得到。表1中PFPE骨架208中的官能團的數(shù)量范圍從3到8。但是，官能團的數(shù)量不僅限于8。優(yōu)選地，附加的官能團208可以沿著骨架208相等地相間隔。但是無需間隔是相等的。
表1 圖3是具有粗糙表面的盤(即使用高糙度潤滑劑的盤)與具有光滑表面的盤(即使用低糙度潤滑劑的盤)的磁頭崩落高度和間隙比較的示意描述。介質(zhì)存儲設備的飛行高度被定義為從飛行的讀/寫頭的底部到代表盤的平均表面的理論線的距離。間隙即為從飛行的讀/寫頭的底部到磁盤實際表面的最高點的距離。兩者之差為磁盤的崩落高度。磁頭崩落高度是對于變動的飛行頭不能不碰擊表面運動的距離量的測量。相反，間隙是變動的飛行頭可以不碰擊表面運動的距離的量。對于給定的飛行高度，具有平滑表面的磁盤具有較小的盤頭崩落高度，其轉(zhuǎn)變?yōu)檩^大的間隙。
本發(fā)明的實施方式包括一個新的潤滑油系統(tǒng)，其具有一個或多個連接或結(jié)合到一個低糙度潤滑劑上的環(huán)磷腈環(huán)。該環(huán)磷腈環(huán)為潤滑劑提供了化學穩(wěn)定性，同時低糙度潤滑劑提供比常規(guī)PFPE潤滑劑更高的間隙。此外，由于這是單組分系統(tǒng)，因此生產(chǎn)控制很容易。
圖4列出了8種具有一個或多個連接或結(jié)合到全氟聚醚鏈上的環(huán)磷腈環(huán)的化合物。在該實施方式中，

是一個環(huán)磷腈環(huán)，Z是全氟聚醚鏈，X為單個或多個官能團，且n為一個整數(shù)。高間隙性質(zhì)來自于位于PFPE骨架和/或環(huán)磷腈環(huán)上的官能團(X)。也就是，相對于高糙度潤滑劑的附加的官能團產(chǎn)生低糙度潤滑劑，低的磁盤崩落高度，以及高的間隙。在一個優(yōu)選的實施方式中，官能團為羥基。在本發(fā)明的另一個實施方式中，官能團為二醇。任選地，環(huán)磷腈環(huán)可以包括烷氧基或芳氧基取代基。在本發(fā)明的一個實施方式中，環(huán)磷腈環(huán)含有羥基。
本發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)了用于生產(chǎn)本發(fā)明潤滑劑的一些技術。該實施方式，通過例舉，涉及如圖1描述的結(jié)構(gòu)I的合成。在氮氣吹掃下，在5ml DI水中的1.05g(18.7mmol)氫氧化鉀被加入到在三頸瓶中的50.47g(162mmol)的A2OH(MW3000，16.8mmol)中。該三頸瓶裝備有機械攪拌，水套冷凝器和溫度計?；旌衔锉患訜岬?5℃并攪拌2小時。然后，混合物被冷卻至30℃并整夜攪拌。然后，混合物被加熱至65℃并添加15.42g(167mmol)的表氯醇。完成表氯醇的添加后，混合物被加熱到90℃并攪拌6小時。
最終產(chǎn)品使用IPA清洗。清洗后，產(chǎn)品經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)處理去除IPA。最終的中間體為指定的Ep-A2OH。
接著，第二個三頸瓶，其裝備有機械攪拌、水套冷凝器和溫度計，被裝入溶于約0.2ml DI水中的0.37g(6.7mmol)氫氧化鉀和6.8g(6.7mmol)的Zdol(MW1025)。溶液被加熱到50℃并在攪拌下保持1小時。然后，在1小時的時間內(nèi)將20.0g的EpA2OH滴加到溶液中。反應在50℃下進行整夜。用DI水清洗后，將20ml的1M HCl加入油中。攪拌持續(xù)2小時。然后產(chǎn)品使用D1水和IPA清洗。水和IPA通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除。結(jié)構(gòu)I的總收率為30％。
前述方法描述了生成結(jié)構(gòu)I的一種方法。相似的方法可以使用來制造本發(fā)明不同的潤滑劑，包括圖4描述的其他結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明也包括具有上面描述的潤滑劑的存儲介質(zhì)設備。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施方式的存儲介質(zhì)包括具有上部有保護碳的磁層的磁盤。在保護碳層的頂部，可以沉積任何低糙度潤滑劑，該潤滑劑具有一個或多個連接或結(jié)合到全氟聚醚骨架上的環(huán)磷腈環(huán)并具有至少兩個官能團。這些官能團可以連接到骨架，連接到一個或多個環(huán)磷腈環(huán)，或他們的結(jié)合上。
上面描述的實施方式以及其他的實施方式都在接下來的權利要求的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種化合物，包括
含有全氟聚醚鏈的骨架；
一個或多個連接或結(jié)合到骨架上的環(huán)磷腈環(huán)；以及
至少兩個連接到骨架上、連接到一個或多個環(huán)磷腈環(huán)上，或其組合上的官能團。
2.如權利要求1所述的化合物，其特征在于，所述化合物選自下組
結(jié)構(gòu)式I
結(jié)構(gòu)式II
結(jié)構(gòu)式III
結(jié)構(gòu)式IV
結(jié)構(gòu)式V
結(jié)構(gòu)式VI
結(jié)構(gòu)式VII
結(jié)構(gòu)式VIII
其中，
是環(huán)磷腈環(huán)，Z是全氟聚醚鏈，X為單或多官能團，n為整數(shù)。
3.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述環(huán)磷腈環(huán)包括芳基或芳氧基取代基。
4.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述環(huán)磷腈環(huán)包括羥基。
5.如權利要求2所述的組合物，其特征在于，X為羥基或二醇。
6.一種包括磁盤和在該磁盤的至少一個表面上的潤滑劑的設備，該潤滑劑包括權利要求1-5中任一項所述的組合物。
7.一種制造存儲設備的方法，包括
將磁盤涂覆碳保護層；以及
將潤滑劑施加于該碳保護層，其中，該潤滑劑包括權利要求1-5中任一項所述的組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有環(huán)磷腈環(huán)的低糙度潤滑劑，提供了一種包括含有全氟聚醚鏈的骨架的化合物。該化合物還具有一個或多個連接或結(jié)合到骨架上的環(huán)磷腈環(huán)。該化合物進一步包括至少兩個連接到骨架上、連接到一個或多個環(huán)磷腈環(huán)上，或其組合上的官能團。
文檔編號G11B5/84GK101724143SQ200910164000
公開日2010年6月9日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權日2008年6月23日
發(fā)明者楊季平, M·J·施蒂曼, X·馬, 桂靖 申請人:希捷科技有限公司