統合化計算化学手法を用いた環境対応型エンジンオイル添加剤の分子設計

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は,環境負荷の大きなリン・硫黄ベースの現行オイル添加剤を代替する新規添加剤の分子設計を目的としている.今年度は,添加剤の候補物質「ナノ炭素材料」とその関連物質の摩擦性能を評価し,現行と同等の潤滑性能を実現し得る新規添加剤を提案した.1.ナノ炭素材料の摩擦実験共同研究先であるフランス・Ecole Centrale de Lyonにおいて研究代表者自らが摩擦実験を行った.C_<60>フラーレンはトライボ膜生成は認められたものの,非常に大きな摩擦が計測された.そこで,カーボン材料の潤滑には水酸基リッチな材料が有効であることをヒントに,C_<60>誘導体である水酸化フラーレン膜に対して同様の摩擦実験を行った.結果,トライボ膜生成はもちろんのこと現行添加剤に匹敵する良好な潤滑性能が得られた.2.分子動力学法による水酸化フラーレンの潤滑メカニズムの解明摩擦中の分子の挙動を明らかにするため,分子動力学法による摩擦シミュレーションを行った.その結果,C_<60>と同様に水酸化フラーレン分子が摩擦中に破壊され,水酸基を多量に含有するアモルファス炭素膜が接触面内に生じた.さらに詳細に検討したところ,元のC_<60>では湾曲した構造を理由に分子間結合が摩擦中に生成するのに対して,水酸基を導入した場合にはC_<60>表面のsp^2炭素がキャップされるため,分子間結合はほとんど生成されない.これにより,生じたアモルファス炭素内部に水酸基が対面したすべり面が創出され,元のC_<60>よりも摩擦が激減される.さらに,量子論により,当該物質の脱水反応における活性化エネルギーを計算したところ,実験的に摩擦中の脱水が確認されているグリセロールのそれよりも極めて小さいことがわかった.そこで,水酸基のいくつかが水として離脱した状態を模擬して,摩擦計算を行ったところ摩擦はさらに低減された.水分子が一種のころとしてはたらいたためだと考察された.