添加剤を考えるという仰々しいページ
last Update is 2002/01/01 |
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テフロン系添加剤。
[2002/05/12追記]
例の米国製のフッ素樹脂（特殊樹脂なのでテフロンと違うと区別している）。5μｍ〜0.001μｍまで粉砕しているとか。0.001μｍ=1nm（10Å)だからカーボンが大体10個繋がった長さ。球と考えても20個ってところか（球になるのなら溶媒に溶けていないが）。なおカーボンが10個繋がっているものはデカンと言う。８個だとオクタン。つまりガソリンに近いわけだ。シャブシャブだよね(笑)下手したらエンジンの熱で気化するよ(笑)。ガソリンじゃなければ軽油・灯油だね。フッ素化された灯油・・・ハロゲン化炭素は燃えない（消火剤)けどね。
ここに面白いサイトがある。消されるかも知れないので引用してみよう。黄色文字が私の考える変なところ。なお、固有名詞は置換しています。下線は私が付けました。
埋黒論とは？
埋黒論は0.001ミクロンから5ミクロンの大きさに砕いたフッ素樹脂を有効成分とする金属表面処理剤で、いわゆる潤滑オイルやオイル添加剤ではありません。
埋黒論に使用されているフッ素樹脂は、液中の分散が容易に行われ、金属表面へ効果的に定着処理されるように特殊加工されています。このため、埋黒論に使用されているフッ素樹脂は、広く一般に知られているテフロン（デュポン社のフッ素樹脂の商品名）、TFE（テトラフルオロエチレン）、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）と区別し、埋黒論樹脂と呼んでいます。
埋黒論樹脂の摩擦係数はきわめて低く（0.04：ちなみにグラファイトで0.15，スピンドルオイルで0.26）、酸化および強酸、強アルカリ、強酸化剤による科学反応を受けにくく、−２５０℃から＋２６０℃での使用が可能です。上に書いたとおり、0.001μｍで気化しないのか？オイル内に分散している個体粒子が金属表面へどのように吸着するのか見物です。しかも熱をかけても、物理的な摩擦を帯びても脱離しない。しかも粒子なら共有結合性もイオン結合性も無いぞ。
●金属表面処理の原理
普通、金属表面は平面と考えられます。ところが顕微鏡によればそこには無数の山や谷があり、その深さは0.1ミクロンから1.0ミクロンくらいです。光学的鏡面といわれる物が1.0ミクロン、プラスチック金型などのクロームメッキ面で0.05ミクロンから0.1ミクロン、車のシリンダー内壁で２〜３ミクロンくらいであるといわれています。この金属表面の谷に埋黒論樹脂の微粒子をその分散液によって運び込み、加工されて定着し、そこに真正の平面を作らせます。これをインプラント（埋込）と呼んで、PTFEエナメルなどによるコーティング技術と区別しています。インプラントされた埋黒論樹脂は相互に親和性がありますから、固まってアンカーをなし、その上に形成されるきわめて薄い膜は、10万分の1mmとされています。
従来のコーティングは、膜の厚さは30ミクロンくらいで、ピンホールをなくそうとすると50ミクロンくらいの厚さになります。つまりフィルムの積層を作り、金属表面にそれを密着させようとするものです。インプラントとの外観上の差はほとんどありません。しかし、インプラントの場合積層ではありませんので、剥離現象が無く、金属同士の摩擦が埋黒論樹脂同士の摩擦に置き換わり、耐用温度を超える高温や極めて高い圧力を伴わない一般的な摺動面ではその寿命は半永久的です。まず単位系をそろえましょう。10万分の1mmとは10nm(0.1μｍ,100Å)。次にエンジン内部の表面、そこには何が居るのか考えてください。エンジンオイルが居るのです。そこへ粉体樹脂が来ても金属表面と親和する事はありえません。「埋め込まれる」とありますが、すぐに剥がれます。また樹脂同士が親和性があると書いてありますが、分散性と相反します。最新の摩擦理論では平面の微細突起同士が接触し、そこに静電引力が働くと考えられています。荷重に伴う摩擦の増加は突起のつぶれに伴う接触面積の増大に依存するのです。アンカリングされた埋黒論が相互に親和性があるのなら、クランク等のメタルに入ると大変なことになります。ま「一般的な摺動面」と言うところがにくい演出です。
●埋黒論メタルトリートメントリキッド
埋黒論メタルトリートメントリキッド（ガソリンエンジン用およびディーゼルエンジン用）はエンジン内部のすべての摺動部分の摩擦を効果的かつ半永久に減少させることを目的に調剤された金属表面処理剤です。開発に当たっては、十分にテストを重ね安全で有効な処理が行われるように作られています。
現在一般に使われているエンジンオイルの多くは非常に優れた性質を備え、エンジン内部における摩擦を最大限に低下させています。しかし、摺動部分の金属表面の性質を変えることでさらに多くの効果を実現させることが可能です。埋黒論は金属表面に埋黒論樹脂の極めて薄い膜を形成し、摩擦と金属の摩耗を減少させます。そのため、処理の行われたエンジンのエンジンオイル中には摩耗金属粒子の現象〔減少だろ）が確認され、カーボンの付着やスラッジの形成を押さえます。
埋黒論は、オイルやグリースの性質を変化させてその効果を上げるようにデザインされているオイル添加剤ではありません。埋黒論はエンジンオイルや燃料中に混入されて各金属表面へ運ばれますが、決してそれらの性質を変えることはありません。カーボンやスラッジの形成を抑えるってどの程度抑えるんだよ。きっちりとオイル交換した方が無難だよ。金属表面の性質を買えることはありません。って化学処理じゃないのかヨ。
●処理による効果
処理を行った自動車や産業用エンジンの内部の疲労度や使用状況により、その効果に差は認められますが、指定の処理方法により埋黒論で処理を行った場合、処理後の金属摩耗は確実に減少いたします。摩擦および金属摩耗の現象〔減少だろ）から発生する効果は次の通りです。
●排気ガスの減少
埋黒論による処理の行われた内燃機関では、燃料消費とエンジンオイルの燃えが低下し、燃焼効率が高まります。実験によると、炭化水素、二酸化炭素の減少が確認されています。
※CO:-18.4% HC:-13.8% NOX:-13.8% (米国エネルギー庁エネルギー技術センター調べ）これ、本当なら凄いよね。比較データが貧弱だけどね。 暖気状況とかガス、点火装置、同じ排気量なのか、触媒の温度はどうなのか、とか全く同じなんだろうね。同じ条件下で比較対照とサンプルの数値で比較しないと。さらに総サンプリング数を明確にしてデータのバラツキもの明記する必要がある。データのバラツキには測定誤差も含む。
●燃料消費の減少
処理の行われた内燃機関では、燃料消費の低下が認められます。実験結果では、処理された自動車の燃料消費は10％前後の低下が見られました。運転時間の短い新車の場合は、シリンダー内部の状況が良好な状態にあるため、数値はそれよりも低くなります。
また、燃料消費は、どのように車が運転されるかにより変わってきます。処理以前と同様の運転を続けられた場合、エンジンの全体的な効率の改善により、燃料消費の低下が見られます。しかし、エンジン効率の改善を利用し、加速性やスピードを求めようとすると、燃料消費の低下は期待できません。燃費10%程度なんてアクセル一つで変わるよ。二硫化モリブデン…
●金属摩擦の減少
通常、50％以上の金属摩擦の低下が見られます。処理の行われた内燃機関のそれまでの運転時間、走行距離によってその金属摩耗低下率は変わってきます。処理前および処理後のエンジンオイルのサンプリングを行い、オイル中に含まれる残留金属粒子の分析でその数値を確認することが出来ます。
だからぁそのデータを出せよぉ(笑)。新車か同じコンディションで10,000km馴らした車で比較して欲しい。それが駄目なら新車でも良いぞ。どんな分析をしたらそういう結果になるねん。
●エンジン効率／馬力の上昇
埋黒論で処理の行われたエンジンにおいては、次の2つによりエンジン効率および馬力の改善が起こります。
* 摩擦からくるエネルギーの損失を減少させる
* コンプレッションの改善による出力の増加が得られるエンジンの使用時間が経過するにつれて、摩耗した金属粒子やカーボン、ワニス、空気中のほこりなどの汚物がシリンダー内部壁面やピストンリング、リングシールに徐々に蓄積されていきます。その結果、ブローバイ現象（シリンダーとピストンとの気密保持が不完全で、圧縮や燃焼ガスがクランク室へ吹き抜ける現象）やコンプレッションの低下をまねきます。埋黒論には効果的な洗浄作用を持たせてあり、このようなエンジン内部に蓄積された汚物を洗い流し分散させます。シリンダー内部壁面やピストンリング、リンググループが洗浄され処理（金属表面への埋黒論樹脂のインプラントは時間の経過とともに徐々に行われる）が進むに従い、ブローバイの発生を抑え、コンプレッションを改善あるいは正常値に戻し、各シリンダー内のコンプレッションを均等にし、エンジン効率を向上します。
埋黒論による処理が行われると、アイドリング時のエンジン回転数が上昇することがあります。これはエンジン内部の摩擦が全体的に低下しコンプレッションが正常値に戻るためです。しかし、コンピューター制御装置を持ったフューエルインジェクター付きのエンジンでは、アイドリング時のエンジン回転数が一定に設定されているために、マニュアルタイプのキャブレターを持ったエンジンに発生するような回転数の上昇は見られません。洗浄効果もあるのか。なおカーボンが溜まると圧縮比はあがるぞ。ブローバイを完全に取り除くことは不可能。で。スラッジは簡単には落ちないぞ。エンジンオイルをシャブシャブにするとオイルパンでの掻き混ぜ抵抗が減るわいな。それが内部抵抗の減少になるという考えもある。でも、そんな効果は0W-60というオイルを買った方が良いと思うけどね。
●運転時の温度の低下
シリンダー内部壁面の摩耗の低下と消費燃料の現象〔減少だろ）により、エンジン内部で発生する熱は低くなり、クーリングシステムおよび、エンジンオイルへ伝わる熱も低下します。
追加機能ですね(笑)
●ドライスタートからの保護
エンジンが冷えて、かつシリンダー内部の油膜が薄くなったエンジンを始動（ドライスタート）させてからの十数秒間が、エンジン内部の金属が極度に摩耗するときです。
エンジン内部の金属摩耗の80％以上が、エンジンオイルが潤滑経路のすべてに行き渡るまでのこの数分間の間に発生します。処理の行われた金属表面には、潤滑効果を持つ埋黒論樹脂の皮膜が形成され、衝動部分の金属摩耗を低下させます。ドライスタートは確かにエンジンに厳しいモノですが、一般的なオイルもドライスタートを十分に考慮しているわけで、油膜切れってそれほど発生しない。気になるのならたまにオーバーホールした方が良いと思うよ。ドーピングに頼るのはよくない。
もう一つの考え方は機械は或る程度摩耗して行くモノなので摩耗限度を超えたら部品を交換するという考え方。ただ、その摩耗を緩やかにする事は大事だと思うけど、本当に効果があるかどうか不明なモノに私は頼りたくない。●エンジンオイル消費量の低下
通常、オイル消費の減少は確実に起こります。エンジンによっては、50％までは減少することがあります。しかし、過去にオーバーヒートを起こして熱によるゆがみが発生しているエンジン、過度の金属摩耗が発生しピストンクリアランスが大きくなり過ぎているエンジン、あるいは他の機械的な故障がすでに現れているためにエンジンオイルの消費量が増加している場合にはこの限りではありません。
エンジンオイルの消費の大部分は、オイルが燃焼されることで起こります。これはピストンが上死点に達したときシリンダー内壁の細孔や上部のピストングルーブ内にたまっているオイルが、爆発が起こる際の熱により燃焼するためです。埋黒論によりカーボンやワニス、空気中の埃で汚れたピストンリングを洗浄し、シリンダー内壁の細孔をふさぎ、ピストンクリアランスを修正することでオイル消費の減少が起こるのです。オイルの消費は燃焼による消費よりもブローバイの再吸入・排気での消費でしょう。現在の車はその消費が少ないと思います。
その理由は簡単で「ブローバイ再吸入経路にオイルセパレータ、キャッチタンクを設けている。」からです。それでも一部のオイルミストは燃焼室に入りますがエンジンオイルは燃焼しにくいので、ミストの一部が排出されるだけですね。中にはブローバイを大気開放している車もあります。これはオイルミストがエンジンルームに戻らないので著しく消費するでしょう。●エンジン内部の防蝕
埋黒論で処理された金属面は、湿気や酸による錆や腐食から保護します。産業用農業用エンジンなどで、ある期間、長期にわたり運転を行わず保管する場合にエンジン内部の錆や腐食に効果的です。
そうですか。でも一般的なオイルでも同じですね。
●エンジン始動を容易にする
処理の行われたエンジンは、より容易に早く回転させることが出来ます。このため、スターターモーターにかかる負担は少なくなり、バッテリーやオルタネーターにも良い結果をもたらします。寒冷地での始動も容易になります。
低い粘度のオイルを使いましょう。
●振動と騒音の減少
摩擦の減少と各シリンダーのコンプレッションの均一化により、機械の動きが滑らかになります。このため振動が減少し、そのエンジンに付属するすべての部品を振動による摩耗や劣化から守ります。また、振動により発生する騒音を低下させます。
低い粘度のオイルでほぼ解決できます。
モータースポーツのスポンサーになっているが、チームはこの材料を使っているのだろうか。もし使っているのならチャレンジャーだ。
【02/0101】
いろいろ考えたけど下のように否定的見解しか得られない。極圧下での摩擦係数がどうのこうのとかは化学屋には判らないけどね。
インプレッション
東急ハンズで売っている例のヤツをPrimeraの時代に一回使ってみたことがある。車検前に「替えるな」と言ったのにＤラーさんがオイル交換してしまったので1000kmしか使っていない。インプレッションは次の通り。
今になって考えると、とっとと棄ててしまって良かったのかもしれない。Dらーさん文句を言ってごめんね。
Teflonは PTFEだが、PTFEはTeflonではない
まずPTFE(Teflon)に関して考えてみよう。このての商品がTeflonではなくPTFEと書いているのはTeflon（テフロン)はDupontの商標なので気軽に使えないためだ。Teflonはポリ4フッ化エチレン＝Poly Tetra Fluoro Ethyleneであるが、PTFEがTeflonを示すとは限らない。Poly Tuned Flexible Ether（これは私の造語）でもPTFEなので、PTFE=Teflonと思いこまないことだ。まPoly Tri Fluoro Ethylene（ポリ３フッ化エチレン）もフッ素系樹脂でPTFEと言えるが、こんなもんは服の上に撥水剤として塗るモンでTeflonではない。殆どゴムだ。
金属へのテフロンコートは可能か？
さて、テフロンをエンジン内部にコートすることを考えてみよう。テフロンを金属にコートするためには次の手法が知られている。
いずれにしてもコートされる金属の表面が清浄化されていないと処理できない事は明白。
他にテフロンをコートできる材料にするためには末端基をアミド基とか、水酸基とかの極性基に置換することが効果的だけど、コートする前に表面を「脱脂」することは絶対必須であり、エンジンオイル中に分散した粒子が吸着することは「ありえても確率が低い」ということだ。これは３フッ化エチレンを用いても同じ事だ。なお末端機の一部が金属との結合に寄与するモノを持っているのなら、そりゃ接着剤であって潤滑剤じゃない。
テフロン溶液によるコートは可能か（テフロンを溶解する溶媒があるのか？）
百歩譲ってテフロン溶液で金属にコートできたとしよう（非常に便利で言うことがない）コートするためには分子レベルで溶解している必要があるのだが、テフロンを溶解する溶媒を私は知らない。どこかの特別な溶媒がテフロンを溶解するとしても、そんなものをエンジンオイルに混合することは気が引ける。なぜならエンジン内部はシリンダー内部では燃焼して高熱でさらされるわけで、何か良くわからないモノはその熱で分解されるかもしれない。その過程で何が生じるのか全く判らない。フッ素樹脂を溶解すると言うことはフッ化炭素を使用している可能性がある。となると腐食性のフッ素ガスを発生してもおかしくない。まさかフロンなので、エンジンから簡単に抜けていくって言うんじゃないだろうね。フロンも溶解性は低いのでテフロンを溶解しないぞ。
なお、テフロン溶液をエンジンオイルに展開したらどうなるか？テフロンが瞬時に析出する。エンジンオイルの構成材料はポリアルファオレフィン(PAO)で分子量が1000以下だったりする。あとはシリコンオイルか。一部ナフタレン系の混合、他にエステルをかましたり、アルコール基や、難燃性のハロゲンを付加することはそれほど難しいモノではない。しかしテフロンはこんなオイル系の材料には溶けない。溶けてもらったら化学屋とか一般的な人々が困る。
テフロンは分散させるしかないだろう
結局テフロンを分子レベルで溶解させたままエンジンオイル中に溶解させることは不可能である。じゃ、どうするか？微細粒子を分散させればよい。実際の商品もそんなモノだろう。テフロンと比重が近い溶媒に分散させればよい。広告に記載されている粉系はまさにそういうものだ。
それでは分散した粒子はエンジンオイル内部で分散できるのか？粘度の高いエンジンオイル内部で分散することはあり得るだろう。しかし、そういう粒子はオイルフィルターによって濾されることはないのか？フィルターの目よりも細かいので濾されないとしよう。これでとりあえずはエンジンオイルにテフロン粒子が分散できた。
分散したテフロン粒子はコートできるのか
さて、この分散したモノがどのようにしてコーティングされるのだろう？エンジンの金属表面はオイルで濡れている。こういう状態ではコーティングは不可能である。なぜなら金属表面が極限までオイルで汚染されている状態と言って差し支えないからだ。そんな表面にオイル内部に分散している粒子が吸着するだろうか？
エンジンの金属表面はオイルを保持するための小さな人為的な傷（目で判るレベル）だけではなく、オイル分子がくっついている。しかもエンジンオイルは金属との馴染みの良いモノを使う。そうでなければ油膜切れによる焼き付くのは容易に想像できるであろう。この状態で平衡を保っているところへ、他の物質との相互作用が限りなく小さなテフロンの粒子がやってきたとしよう。どうなるか？何も生じない。つまりコーティングなんてできっこないのだ。
なぜエンジンの音が小さくなった？
多分テフロン分散液によって粘度が下がった事に寄るのだろう。むしろ粘度低下が恐ろしい。燃費も上がったように感じるだろうが、油膜切れのリスクを持つことになる。実際燃費は上がらなかったので、それほど粘度低下しなかったのだろう。
テフロンの滑材効果？
あと考えられる効果はテフロン粒子による滑剤効果。摩擦の小さな物質が「ころ」の様になるという考え。でもテフロンって柔らかいので押さえつけると球が円盤になる。円盤では滑剤にはならないね。かといって石英の球なんてエンジンルームに混ぜたら金属に石英の球が食い込むのは目に見えている。円盤になったテフロンはまだましかな(笑)。でもね、押しつぶされた円盤はそのうちフィルターに詰まるね。ま、押しつぶされない所、例えばカムとか、エンジンオイルのポンプとかの摩擦抵抗を低下させるかもしれないね。
あえてコートできる材料にするためには
さて、テフロンをコートできる材料にするためには末端基をアミド基とか、水酸基とかの極性基に置換することが効果的だけど、コートする前に表面を「脱脂」することは絶対必須であり、エンジンオイル中に分散した粒子が吸着することは「ありえても確率が低い」ということだ。これは３フッ化エチレンを用いても同じ事だ。
むしろこういう方向に進んでいくだろう
なお、オイル構成分子の一部に金属との馴染みを良くする基を結合させて、油膜切れを起こしにくくさせることは近頃流行っているみたいだ。さらにPAO(poly alfa olefin)のハロゲン化、特にフッ素化は摩擦低減に効果的と思う。かなり高価になりそうだね。この場合テフロンとは言わない。低分子量のpoly Tetra Fluoro Ethyeneが混合されたオイルというのはありえそうだけど、モリブデンとの相性が悪いと思われるのでレース用とかに限定されそうだ。
