JP2008540698A - 潤滑性組成物のための粘度指数向上剤 - Google Patents

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Abstract

潤滑性組成物であって、基油とエチレン/α−オレフィン共重合体を含むベースのオイルおよび粘度調整剤を含む。このエチレン/α−オレフィン共重合体は、少なくとも1つのハードブロックおよび少なくとも1つのソフトブロックを有するブロックコポリマーである。このソフトブロックは、ハードブロックよりも大量のコモノマーを含む。ブロックコポリマーは、本明細書に開示される多数の固有の特徴を有する。このようなブロックコポリマーは、モーターオイル、ギア潤滑剤およびグリースなどを配合する際に、改善された低温性能および柔軟性の能力を付与する。

Description

(発明の分野)
本発明は、基油とエチレン/α−オレフィン共重合体を含む粘度指数向上剤とを含む潤滑性組成物、ならびにこの潤滑性組成物を作製するプロセスに関する。
摩擦および磨耗に関する毎年の経済的損失は、米国および欧州の国々を含む先進国においてGDPの約2〜7%と見積もられる。1999年の米国エネルギー省(U.S.Department of Energy)による報告では、摩擦および磨耗を減少させるために種々の方法を採用することによって、米国における自動車および伝動装置は、毎年1200億USドルを節約することが示された。その方法のうち1つは、自動車および工業的装置における潤滑性組成物の適用を含む。
現在の潤滑性組成物は、種々の用途、例えば、モーターオイル、トランスミッション液、ギアオイル、パワーステアリング液、ショックアブソーバ液、ブレーキ液、作動液およびグリースにおいて広範に用いられる。この潤滑性組成物は、種々の機能、例えば、(1)可動部の表面の間の摩擦を制御すること;(2)可動部の損耗を減弱すること;(3)可動部の表面、特に金属表面の腐蝕を低減すること;(4)ギア中の機械的なショックを減衰させること;および(5)エンジンシリンダーの壁にシールを形成すること、を有し得る。各々の潤滑性組成物は、基油を、そして適用次第では、添加物または改質剤の組み合わせ、例えば、粘度指数向上剤、流動点降下剤、分散剤、界面活性剤、耐磨耗剤、抗酸化剤、摩擦調整剤、さび止め剤、防蝕剤、乳化破壊剤および消泡剤を含んでもよい。
粘度指数(viscosity index)は、温度による液体の粘度変化率の指標として通常用いられる。この温度依存性は、基油を含む全ての液体に共通である。一般には、粘度指数が高いほど、温度による粘度の相対的な変化は小さい。粘度指数(VI)向上剤または粘度調整剤は、潤滑性組成物の粘度の温度依存性を減少させるために用いられ、その結果この潤滑性組成物は、広範な温度範囲にわたって用いられ得る。換言すれば、VI向上剤は、潤滑性組成物が高温、例えば、暑い夏の温度では薄くなり過ぎること、そして低温、例えば寒い冬の温度では粘稠になり過ぎることを防ぐ。いくつかの公知のVI向上剤としては、ポリメタクリレート、オレフィンコポリマー、例えば、エチレン−プロピレンコポリマーおよびエチレン−プロピレンジエン−修飾コポリマー(EPDM)および水素化スチレンのブロックコポリマー、例えば、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンコポリマー(SEBS)が挙げられる。
水素化スチレンのブロックコポリマーは一般に、良好な増粘効率および優れた低温性能を提供する。しかし、これらの水素化スチレンのブロックコポリマーは比較的高価であって、その低い剪断安定性のために有用な寿命が限られている。
このオレフィンコポリマー、例えば、非晶質のエチレン−プロピレンコポリマーは、良好な低温性能を示すが、高温では低い増粘効率を示し得る。オレフィンコポリマーのコモノマー単位は、テーパー状の(tapered)方式で分布されていてもよい。一般には、テーパー状のオレフィンコポリマー、例えば、テーパー状エチレン−プロピレンコポリマーは、優れた増粘剤であって、改良された低温性能を有し、そして基油との望ましくない相互作用を回避し得る。
潤滑性組成物を配合するためには多くのVI向上剤が市場で入手可能であるが、改良された特性および汎用性を有する潤滑性組成物のための新規なVI向上剤の必要が常に存在している。
前述の必要性は、本発明の種々の態様によって満たされる。本明細書において提供される潤滑性組成物は、(i)基油と、(ii)エチレン/α−オレフィン共重合体とを含み、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、
(a)約1.7〜約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点Tm(℃)、および密度d(cm3)を有し、このTmおよびdの数値が、以下の関係:
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2
の関係に相当するか;または
(b)約1.7〜3.5のMw/Mnを有し、融解熱ΔH(J/g)、および最高DSCピークと最高CRYSTAFピークとの間の温度差として定義される、デルタ量ΔT(℃)によって特徴付けられ、このΔTおよびΔHの数値が、以下の関係:
ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81(ΔHがゼロより大きくかつ最大130J/gまで)、
ΔT≧48℃(ΔHが130J/gより大きい場合)、
を有し、
ここでこのCRYSTAFピークが累積ポリマーの少なくとも5パーセントを用いて決定され、かつこのポリマーの5パーセント未満が同定可能なCRYSTAFピークを有するならば、このCRYSTAF温度は30℃であるか;または
(c)このエチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでのパーセントである、弾性回復率Re、そして密度d(cm3)を有し、エチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合このReおよびdの数値は、以下の関係、
Re>1481−1629(d)を満たすか、または
(d)TREFを用いて分画される場合、40℃と130℃との間で溶出する分子画分であって、この同じ温度の間で溶出する比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有するという点で特徴付けられる画分を有し、この比較対象となるランダムエチレン共重合体が同じコモノマーを有し、かつメルトインデックス、密度、およびコモノマーモル含量(ポリマー全体に基づく)をこのエチレン/α−オレフィン共重合体のものの10パーセント内で有するか、または、
(e)25℃での貯蔵弾性率であるG’(25℃)、および100℃での貯蔵弾性率であるG’(100℃)を有し、このG’(100℃)に対するG’(25℃)の比が約1:1〜約9:1の範囲である。このエチレン/α−オレフィン共重合体は上記の特徴のうちの1つまたはいずれかの組み合わせを有してもよい。
1実施形態では、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、約1.7〜3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点Tm(℃)、および密度d(cm3)を有し、このTmおよびdの数値は、以下の関係:
Tm≧858.91−1825.3(d)+1112.8(d)2
の関係に相当する。
別の実施形態では、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、このエチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでのパーセントである、弾性回復率Re、そして密度d(cm3)を有し、このエチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合、このReおよびdの数値は、以下の関係:Re>1481−1629(d)、Re>1491−1629(d)、Re>1501−1629(d)またはRe>1511−1629(d)を満たす。
1実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、(a)TREFを用いて分画される場合、40℃と130℃との間で溶出する少なくとも1つの分子画分であって、少なくとも0.5かつ最大約1のブロックインデックス、および約1.3より大きい分子量分布Mw/Mnを有するという点で特徴づけられる画分か;または(b)ゼロより大きくかつ最大約1.0の平均ブロックインデックス、および約1.3より大きい分子量分布Mw/Mn、を有する。
別の実施形態では、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、TREFを用いて分画される場合、40℃と130℃との間で溶出する分子画分であって、この同じ温度の間で溶出する比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有するという点で特徴付けられる画分を有し、この比較対象となるランダムエチレン共重合体は同じコモノマーを有し、かつメルトインデックス、密度、およびコモノマーモル含量(ポリマー全体に基づく)をこのエチレン/α−オレフィン共重合体のものの10パーセント内で有する。
1実施形態では、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、少なくとも1つのハードブロックおよび少なくとも1つのソフトブロックを含むランダムブロックコポリマーである。さらに、このランダムブロックコポリマーは、複数のハードブロックおよび複数のソフトブロックを含んでもよく、そしてこのハードブロックおよびソフトブロックは、ポリマー鎖にランダムに分布され得る。
別の実施形態では、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、25℃での貯蔵弾性率であるG’(25℃)、および100℃での貯蔵弾性率であるG’(100℃)を有し、このG’(100℃)に対するG’(25℃)の比が約1:1〜約9:1の範囲である。
1実施形態では、上記エチレン/α−オレフィン共重合体において用いられるα−オレフィンは、スチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、ノルボルネン、1−デセン、1,5−ヘキサジエンまたはそれらの組み合わせである。
別の実施形態では、上記エチレン/α−オレフィン共重合体は、ASTM D−1238、条件190℃/2.16kgに従って測定して、約0.1〜約2000g/10分、約2〜約1500g/10分、約2〜約1000g/10分、または約2〜約500g/10分の範囲のメルトインデックスを有する。
1実施形態では、この潤滑性組成物は、APIの第I、II、III、IVおよびVグループのベースストックおよびその組み合わせからなる群より選択される基油を含む。1実施形態では、この基油は、天然油、合成油またはその組み合わせである。
上記潤滑性組成物はさらに、少なくとも1つの添加物、例えば、界面活性剤、分散剤、摩擦調整剤、流動点降下剤、乳化破壊剤、消泡剤、防蝕剤、耐磨耗剤、抗酸化剤、さび止め剤、増粘剤またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
1実施形態では、この潤滑性組成物は、モーターオイル、トランスミッション液、ギアオイル、パワーステアリング液、ショックアブソーバ液、ブレーキ液、作動液またはグリースである。このモーターオイルはさらに、流動点降下剤、界面活性剤、分散剤、耐磨耗剤、抗酸化剤、摩擦調整剤、さび止め剤、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
別の実施形態では、上記潤滑性組成物は、トランスミッション液である。このトランスミッション液はさらに、摩擦調整剤、界面活性剤、分散剤、抗酸化剤、耐磨耗剤、極圧添加剤、流動点降下剤、消泡剤、防蝕剤またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
1実施形態では、上記潤滑性組成物はギアオイルである。このギアオイルはさらに、耐磨耗剤、極圧添加剤、さび止め剤またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
別の実施形態では、上記潤滑性組成物はグリースである。このグリースはさらに、増粘剤、錯化剤、抗酸化剤、耐磨耗剤、極圧添加剤、消泡剤、防蝕剤またはそれらの組み合わせを含んでもよい。
上記の潤滑性組成物を作製する方法も提供され、この方法は、基油とエチレン/α−オレフィン共重合体とを混合する工程を包含し、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、上記および本明細書の他の箇所に記載されるとおりである。
本発明のさらなる態様、ならびに本発明の種々の実施形態の特徴および特性は、以下の説明から明らかになる。
一般的な定義
「ポリマー(polymer)」とは、同じタイプであっても異なるタイプであっても、モノマーを重合化することによって調製される高分子化合物を意味する。一般名称「ポリマー」は、「ホモポリマー(homopolymer)」、「コポリマー(copolymer)」、「ターポリマー(terpolymer)」、および「インターポリマー(interpolymer)」という用語を包含する。
「インターポリマー(interpolymer)」とは、少なくとも2つの異なるタイプのモノマーの重合によって調製されるポリマーを意味する。一般名称「インターポリマー」は、「コポリマー(copolymer)」という用語(これは、2つの異なるモノマーから調製されるポリマーをいうために通常使用される)、および「ターポリマー(terpolymer)」という用語(これは、3つの異なるタイプのモノマーから調製されるポリマーをいうために通常使用される)を包含する。これはまた、4つ以上のタイプのモノマーを重合することによって作成されたポリマーを包含する。
「エチレン/α−オレフィン共重合体(ethylene/α-olefin interpolymer)」という用語は一般に、エチレン、および3つ以上の炭素原子を有するα−オレフィンを含むポリマーをいう。好ましくは、エチレンは、ポリマー全体のほとんどのモル画分を構成し、すなわち、エチレンは、ポリマー全体の少なくとも約50モルパーセントを構成する。より好ましくは、エチレンは、少なくとも約60モルパーセント、少なくとも約70モルパーセント、または少なくとも約80モルパーセントを構成し、ポリマー全体の実質的な残りは、少なくとも1つの他のコモノマーを含み、これは好ましくは3つ以上の炭素原子を有するα−オレフィンである。多くのエチレン/オクテンコポリマーについては、好ましい組成物は、ポリマー全体の約80モルパーセントより大きいエチレン含量、およびポリマー全体の約10〜約15、好ましくは約15〜約20モルパーセントのオクテン含量を含む。ある実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、低収量で、もしくは微量で、または化学的プロセスの副産物として生成されたものを含まない。このエチレン/α−オレフィン共重合体は、1つ以上のポリマーと混合されてもよいが、生成されたままのエチレン/α−オレフィン共重合体は、実質的に純粋であって、しばしば重合プロセスの反応生成物の主な成分を含む。
エチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレンおよび1つ以上の共重合可能なα−オレフィンコモノマーを、化学的または物理的な特性で異なる2つ以上の重合化されたモノマー単位の複数のブロックまたはセグメントによって特徴付けられる、重合型で含む。すなわち、エチレン/α−オレフィン共重合体は、ブロック共重合体、好ましくは、マルチブロック(multi-block)インターポリマーまたはコポリマーである。「インターポリマー」および「コポリマー」という用語は、本明細書において交換可能に用いられる。ある実施形態では、このマルチブロックコポリマーは、以下の式、
(AB)n
によって示され得、nは少なくとも1、好ましくは、1より大きい整数、例えば、2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100またはそれ以上である。「A」は、ハードブロックまたはハードセグメントであり、「B」は、ソフトブロックまたはソフトセグメントに相当する。好ましくは、AおよびBは、実質的に分枝したまたは実質的に星形の形式とは対照的に、実質的に直線形で結合される。他の実施形態では、AブロックおよびBブロックは、ポリマー鎖に沿ってランダムに分布される。換言すれば、ブロックコポリマーは通常、以下のような構造を有さない。
AAA−AA−BBB−BB
さらに他の実施形態では、ブロックコポリマーはは通常、異なるコモノマーを含む第三のタイプのブロックを有さない。さらに他の実施形態では、各々のブロックAおよびブロックBは、ブロック内で実質的にランダムに分布されたモノマーまたはコモノマーを有する。換言すれば、ブロックAもブロックBも、ブロックの残りの部分とは実質的に異なる組成を有する、異なる組成の2つ以上のサブセグメント(またはサブブロック)、例えば、先端セグメントを含まない。
マルチブロックポリマーは一般的には、種々の量の「ハード(hard)」および「ソフト(soft)」セグメントを含む。「ハード」セグメントとは、ポリマーの重量に対して、エチレンが約95重量パーセントより大きい、好ましくは約98重量パーセントより大きい量で存在する、重合された単位のブロックをいう。換言すれば、ハードセグメントにおけるコモノマー含量(エチレン以外のモノマーの含量)は、ポリマーの重量に対して約5重量パーセント未満、好ましくは約2重量パーセント未満である。ある実施形態では、このハードセグメントは、全てのまたは実質的に全てのエチレンを含む。「ソフト」セグメントとは、他方では、ポリマーの重量に対して、コモノマーの含量(エチレン以外のモノマーの含量)が約5重量パーセントより大きい、好ましくは約8重量パーセントより大きい、約10重量パーセントより大きい、または約15重量パーセントより大きい、重合された単位のブロックをいう。ある実施形態では、このソフトセグメントにおけるコモノマー含量は、約20重量パーセントより大きく、約25重量パーセントより大きく、約30重量パーセントより大きく、約35重量パーセントより大きく、約40重量パーセントより大きく、約45重量パーセントより大きく、約50重量パーセントより大きく、または約60重量パーセントより大きくてもよい。
ソフトセグメントはしばしば、ブロック共重合体の総重量の約1重量パーセント〜約99重量パーセントで、好ましくは、ブロック共重合体の総重量の約5重量パーセント〜約95重量パーセント、約10重量パーセント〜約90重量パーセント、約15重量パーセント〜約85重量パーセント、約20重量パーセント〜約80重量パーセント、約25重量パーセント〜約75重量パーセント、約30重量パーセント〜約70重量パーセント、約35重量パーセント〜約65重量パーセント、約40重量パーセント〜約60重量パーセント、または約45重量パーセント〜約55重量パーセントでブロック共重合体中に存在し得る。逆に、ハードセグメントは、同様の範囲で存在し得る。ソフトセグメント重量のパーセンテージおよびハードセグメントの重量パーセンテージは、DSCまたはNMRから得られるデータに基いて算出され得る。このような方法および算出は、本明細書においてその開示がその全体として参照によって援用される、Colin L.P.Shan,Lonnie Hazlitt,et.al.の名前で、2006年3月15日に出願され、Dow Global Technologies Inc.に譲渡された、「Ethylene/α-Olefin Block Interpolymers」と題された、同時出願の米国特許出願第___号(判明時に挿入)、代理人整理番号385063−999558に開示される。
「結晶性(crystalline)」という用語を使用する場合、これは、示差走査熱量測定(DSC)または等価な技術によって決定される、一次転移点または結晶融点(Tm)を有するポリマーを指す。この用語は、「半結晶(semicrystalline)」という用語と交換可能に用いられ得る。「非結晶性、アモルファス(amorphous)」という用語は、示差走査熱量測定(DSC)または等価な技術によって決定される、結晶融点(Tm)を欠くポリマーを指す。
「マルチブロックコポリマー(multi-block copolymer)」または「セグメント化されたコポリマー(segmented copolymer)」という用語は、好ましくは直線形式で結合された、2つ以上の化学的に別個の領域またはセグメント(「ブロック(blocks)」と呼ばれる)を含むポリマー、すなわち、化学的に分化された単位を有するポリマーであって、ペンダント形式でもグラフト形式ではなく、重合化されたエチレン官能基に関して末端同士で結合されるポリマーを指す。好ましい実施形態では、このブロックは、そこに挿入されたコモノマーの量またはタイプ、密度、結晶化度の量、このような組成のポリマーに起因する微結晶サイズ、立体規則性(アイソタクチックまたはシンジオタクチック)のタイプまたは程度、位置規則性または位置不規則性、長鎖分枝または超分枝を含む分枝の量、同質性、または任意の他の化学的特性もしくは物理的特性が異なる。このマルチブロックコポリマーは、コポリマーを作製する固有のプロセスに起因する、両方の多分散インデックス(polydispersity index)(PDIまたはMw/Mn)の固有の分布、ブロック長分布、および/またはブロック数分布によって特徴付けられる。さらに詳細には、連続的プロセスで生成される場合、ポリマーは望ましくは、1.7〜2.9、好ましくは1.8〜2.5、さらに好ましくは1.8〜2.2、最も好ましくは1.8〜2.1のPDIを保有する。バッチまたは半回分式のプロセスで生成した場合、このポリマーは、1.0〜2.9、好ましくは1.3〜2.5、さらに好ましくは1.4〜2.0、そして最も好ましくは1.4〜1.8のPDIを有する。
以下の説明では、本明細書で開示される全ての数は、「約(about)」、または「おおよそ(approximate)」という用語がそれに関連して用いられるか否かにかかわらず、およその値である。それらは、1パーセント、2パーセント、5パーセント、または時には10〜20パーセントで変化し得る。下限RLおよび上限RUをともなう数値範囲が開示される場合は常に、この範囲内におさまる任意の数が特に開示される。詳細には、この範囲内の以下の数が特に開示される:R=RL+k*(RU−RL)、ここでkは、1パーセントの増分で1パーセントから100パーセントにわたって可変性であり、すなわちkは、1パーセント、2パーセント、3パーセント、4パーセント、5パーセント、...50パーセント、51パーセント、52パーセント、...95パーセント、96パーセント、97パーセント、98パーセント、99パーセント、または100パーセントである。さらに、上記で規定されるような2つのR数によって規定される任意の数値範囲も詳細に開示される。
本明細書に開示されるのは潤滑性組成物であって、
(a)基油と;
(b)エチレン/α−オレフィン共重合体とを含み、
このエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、約1.7〜約3.5のMw/Mn、および
(i)少なくとも1つの融点Tm(℃)、および密度d(cm3)を有し、この変数の数値が、以下の関係:
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2
の関係に相当するか;または
(ii)融解熱ΔH(J/g)、および最高DSCピークと最高CRYSTAFピークとの間の温度差として定義される、デルタ量ΔT(℃)を有し、このΔTおよびΔHの数値が、以下の関係:
ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81(ΔHがゼロより大きくかつ最大130J/gまで)、
ΔT=48℃(ΔHが130J/gより大きい場合)、
であり、
ここでこのCRYSTAFピークが累積ポリマーの少なくとも5パーセントを用いて決定され、かつこのポリマーの5パーセント未満が同定可能なCRYSTAFピークを有するならば、このCRYSTAF温度は30℃である。このエチレン/α−オレフィン共重合体は、下に考察されるさらなる特性によって特徴付けられる。
本明細書に開示されるエチレン/α−オレフィン共重合体は潤滑性組成物中のVI向上剤として機能する。これらのエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、このエチレン/α−オレフィン共重合体のコモノマー単位の分布および結晶性の程度を制御することによって所望の潤滑性組成物を配合するのに柔軟性を提供する。
エチレン/α−オレフィン共重合体
本発明の実施形態において用いられるエチレン/α−オレフィン共重合体(「本発明の共重合体(inventive interpolymer)」、「本発明のポリマー(inventive polymer)」とも呼ばれる)は、エチレンおよび1またはそれ以上の共重合可能なα−オレフィンコモノマーを、化学的または物理的な特性において異なる2つまたはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロックまたはセグメント(ブロック共重合体)、好ましくはマルチブロックコポリマーによって特徴付けられる、重合型で含む。このエチレン/α−オレフィン共重合体は、下に記載されるような1つまたはそれ以上の態様によって特徴付けられる。
一態様では、本発明の実施形態で用いられるエチレン/α−オレフィン共重合体は、約1.7〜約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点Tm(℃)、および密度d(g/cm3)を有し、この変数の数値は、
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2、そして好ましくは、
Tm≧−6288.1+13141(d)−6720.3(d)2、そして好ましくは、
Tm≧858.91−1825.3(d)+1112.8(d)2
の関係に相当する。
このような融点/密度の関係は、図1に図示される。融点が密度とともに低下するエチレン/α−オレフィンの従来のランダムコポリマーとは異なり、特に密度が約0.87g/cc〜約0.95g/ccである場合、本発明の共重合体(ひし形で示す)は、密度とは実質的に独立した融点を示す。例えば、このようなポリマーの融点は、密度が約0.875g/cc〜約0.945g/ccにわたる場合、約110℃〜約130℃の範囲である。ある実施形態では、このようなポリマーの融点は、密度が約0.875g/cc〜約0.945g/ccにわたる場合、約115℃〜約125℃の範囲である。
別の態様では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、重合型で、エチレンおよび1またはそれ以上のα−オレフィンを含み、そして最高の示差走査熱量測定(「DSC」)ピーク温度から最高の結晶分析分別(Crystallization Analysis Fractionation)(「CRYSTAF」)ピークの温度を引いた温度として規定されるΔT(℃)および融解熱ΔH(J/g)によって特徴付けられ、そしてΔTおよびΔHの数値が、ΔHが130J/g以下の場合、以下の関係、
ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、そして好ましくは、
ΔT≧−0.1299(ΔH)+64.38、そしてより好ましくは、
ΔT≧−0.1299(ΔH)+65.95
を満たす。さらに、ΔTは、ΔHが130J/gより大きい場合、48℃以上である。CRYSTAFピークは、累積ポリマーのうちの少なくとも5%を用いて決定される(すなわち、このピークは、累積ポリマーの少なくとも5%に相当するはずである)、そしてこのポリマーの5パーセント未満が特定可能なCRYSTAFピークを有するならば、CRYSTAF温度が30℃であり、そしてΔHは、融解熱(J/g)の数値である。より好ましくは、最高CRYSTAFピークは、累積ポリマーの少なくとも10パーセントを含む。図2は、本発明のポリマーのプロットされたデータ、および比較例を示す。積分されたピーク面積およびピーク温度は、機器製造業者によって供給されるコンピュータ図形作成プログラムによって算出される。ランダムエチレンオクテン比較ポリマーについて示される対角線は、方程式ΔT=−0.1299(ΔH)+62.81に相当する。
さらに別の態様では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、昇温溶離分別法(Temperature Rising Elution Fractionation)(「TREF」)を用いて分画される場合、40℃と130℃との間で溶出する分子画分であって、この同じ温度の間で溶出する比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高い、より好ましくは少なくとも10パーセント高い、コモノマーモル含量を有するという点で特徴付けられる画分を有し、ここで、この比較対象となるランダムエチレン共重合体が同じコモノマーを有し、かつメルトインデックス、密度、およびコモノマーモル含量(ポリマー全体に基づく)をこのブロック共重合体のものの10パーセント内で有する。好ましくは、この比較対象となる共重合体のMw/Mnはまた、そのブロック共重合体のMw/Mnの10パーセント内であるか、そして/またはこの比較対象となる共重合体は、このブロック共重合体のMw/Mnの10パーセント内である総コモノマー含量を有する。
さらに別の態様では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでのパーセントである、弾性回復率Reによって特徴付けられ、かつ密度d(グラム/立方センチメートル)を有し、このReおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合、以下の関係、
Re>1481−1629(d);そして好ましくは、
Re≧1491−1629(d);そしてさらに好ましくは、
Re≧1501−1629(d);そしてよれより好ましくは、
Re≧1511−1629(d)
を満たす。
図3は、特定の本発明の共重合体および従来のランダムコポリマーから作成された未延伸フィルムについての弾性回復率に対する密度の効果を示す。同じ密度について、本発明の共重合体は、実質的により高い弾性回復率を有する。
ある実施形態では、エチレン/α−オレフィン共重合体は、10MPaを超える引張強度、好ましくは11MPa以上の引張強度、より好ましくは13Mpa以上の引張強度、および/または、11cm/分のクロスヘッド分離速度で、少なくとも600パーセント、より好ましくは少なくとも700パーセント、特に好ましくは少なくとも800パーセント、そして最も高度に好ましくは少なくとも900パーセントの破断点伸度を有する。
他の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、(1)1〜50、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10という貯蔵弾性率比G’(25℃)/G’(100℃);および/または(2)80パーセント未満、好ましくは70パーセント未満、特に60パーセント未満、50パーセント未満、または40パーセント未満という70℃圧縮永久ひずみを、0パーセントの圧縮永久ひずみまで下がって、有する。
さらに他の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、80パーセント未満、70パーセント未満、60パーセント未満、または50パーセント未満、という70℃圧縮永久ひずみを有する。好ましくは、共重合体の70℃圧縮永久ひずみは、40パーセント未満、30パーセント未満、20パーセント未満であり、そして約0パーセントまで下がってもよい。
ある実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、85J/g未満の融解熱、および/または100ポンド/フィート2(4800Pa)以下、好ましくは50ポンド/フィート2(2400Pa)以下、特に、5ポンド/フィート2(240Pa)以下、そして0ポンド/フィート2(0Pa)程度のペレットブロッキング強度を有する。
他の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、重合型で、少なくとも50モルパーセントのエチレンを含み、そして80パーセント未満、好ましくは70パーセント未満、または60パーセント未満、最も好ましくは40〜50パーセント、そしてゼロパーセント近くまで下がるという70℃圧縮永久ひずみを有する。
ある実施形態では、このマルチブロックコポリマーは、ポアソン分布よりもシュルツフローリー分布にあてはまるPDIを保有する。このコポリマーはさらに、多分散性ブロック分布と多分散性ブロックサイズ分布の両方を有し、かつブロック長の最確分布を保有すると特徴付けられる。好ましいマルチブロックコポリマーは、末端ブロックを含めて、4つまたはそれ以上のブロックまたはセグメントを含むものを含むものである。さらに好ましくは、このコポリマーは、末端ブロックを含めて、少なくとも5、10もしくは20のブロックまたはセグメントを含む。
コモノマー含量は、好ましくは核磁気共鳴(「NMR」)分光法に基づく技術による、任意の適切な技術を用いて測定され得る。さらに、比較的広範なTREF曲線を有するポリマーまたはポリマーの混合物については、ポリマーは望ましくは、TREFを用いて、各々が10℃以下の溶出温度範囲を有する画分に最初に分画される。すなわち、各々の溶出画分は、10℃以下という収集温度領域を有する。この技術を用いて、このようなブロック共重合体は、比較対象となる共重合体の対応する画分よりも高モルのコモノマー含量を有する、少なくとも1つのこのような画分を有する。
別の態様では、本発明のポリマーはオレフィン共重合体であって、好ましくは、化学的または物理的な特性において異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロック(すなわち、少なくとも2つのブロック)またはセグメントによって特徴付けられる、エチレンおよび1またはそれ以上の共重合可能コモノマーを重合型で(ブロックされた共重合体)、最も好ましくはマルチブロックコポリマーを含み、このブロック共重合体は、あるピーク(ただし単なる分子画分ではない)を有し、このピークは、40℃〜130℃で溶出し(ただし、個々の画分の収集および/または単離はない)、このピークは、半値全幅(full width/half maximum)(FWHM)面積計算を用いて拡大される場合、赤外線分光法によって評価されるコモノマー含量を有し、同じ溶出温度で半値全幅(FWHM)面積計算を用いて拡大された、比較対象となるランダムエチレン共重合体のピークのコモノマー含量よりも高い、好ましくは少なくとも5パーセント高い、より好ましくは少なくとも10パーセント高い、コモノマーの平均モル含量を有しする点で特徴づけられ、この比較対象となるランダムエチレン共重合体は、同じコモノマーを有し、かつメルトインデックス、密度、およびコモノマーのモル含量(ポリマー全体に基づく)をそのブロックされた共重合体のものの10パーセント内で有する。好ましくは、この比較対象となる共重合体のMw/Mnはまた、ブロックされた共重合体のMw/Mnの10パーセント内であるか、そして/またはこの比較対象となる共重合体は、ブロックされた共重合体の総コモノマー含量の10パーセント内の総コモノマー含量を有する。半値全幅(FWHM)計算は、ATREF赤外検出器由来のメチレンに対するメチルの反応面積の比[CH3/CH2]に基づき、この最も高(最高)のピークは、ベースラインから特定され、次いでこのFWHM面積が決定される。ATREFピークを用いて測定された分布については、FWHM面積は、T1とT2との間の曲線下面積として規定され、このT1とT2は、ピーク高さを2で割ること、次にATREF曲線の左部分および右部分を横切る、ベースラインに対して水平な線を引くことによって、ATREFピークの左右に対してポイント決定される。コモノマー含量についての検量線は、TREFのピークのNMR対FWHM面積の比からコモノマー含量をプロットする、ランダムエチレン/α−オレフィンコポリマーを用いて行われる。この赤外方法については、この検量線は、目的の同じコモノマータイプについて作成する。本発明のポリマーのTREFピークのコモノマー含量は、TREFピークのFWHMのメチル:メチレン面積比[CH3/CH2]を用いてこの検量線を参照することによって決定され得る。
コモノマー含量は、好ましくは核磁気共鳴(「NMR」)分光法に基づく技術による、任意の適切な技術を用いて測定され得る。この技術を用いて、このブロックされた共重合体は、対応する、比較対象となる共重合体よりも高モルのコモノマー含量を有する。
好ましくは、エチレンおよび1−オクテンの共重合体について、このブロック共重合体は、40℃と130℃の間で溶出するTREF画分のコモノマー含量を量(−0.2013)T+20.07以上、より好ましくは量(−0.2013)T+21.07以上有し、このTとは、℃で測定した、比較されているTREF画分のピーク溶出温度の数値である。
図4はエチレンおよび1−オクテンのブロック共重合体の実施形態をグラフ表示しており、ここではいくつかの比較対象となるエチレン/1−オクテン共重合体(ランダムコポリマー)についてのコモノマー含量対TREF溶出温度のプロットが、(−0.2013)T+20.07(実線)に相当する線に適合する。この式(−0.2013)T+21.07についての線は、破線で示される。本発明のいくつかのブロックエチレン/1−オクテン共重合体(マルチブロックコポリマー)の画分のコモノマー含量も示される。ブロック共重合体画分の全てが、同等の溶出温度でいずれの線より有意に高い1−オクテン含量を有する。この結果は、本発明の共重合体の特徴であって、結晶質および非結晶質の両方の性質を有する、ポリマー鎖内の分化型のブロックの存在に起因すると考えられる。
図5は、実施例5および下で考察される比較のFについてのポリマー画分のTREF曲線およびコモノマー含量をグラフ表示する。両方のポリマーについて40〜130℃、好ましくは60℃〜95℃で溶出するピークを、各々の部分が10℃未満の温度範囲にわたって溶出する3つの部分に分画する。実施例5についての実際のデータは三角で示す。種々のコモノマーを含有する共重合体について適切な検量線を作成することができ、それが、同じモノマーの比較共重合体、好ましくはメタロセンまたは他の均一系触媒組成物を用いて製造されるランダムコポリマーから得られたTREF値とフィッティングさせる比較として用いられる線であり得ることは、当業者には理解され得る。本発明の共重合体は、同じTREF溶出温度で検量線から決定された値より大きい、好ましくは、少なくとも5パーセント大きい、より好ましくは少なくとも10パーセント大きい、コモノマーのモル含量で特徴付けられる。
上記の態様および本明細書に記載される特性に加えて、本発明のポリマーは、1またはそれ以上のさらなる特徴によって特徴付けられ得る。一態様では、本発明のポリマーは、オレフィン共重合体であり、好ましくは、化学的または物理的な特性において異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロックまたはセグメントによって特徴付けられる、エチレンおよび1またはそれ以上の共重合可能コモノマーを重合型で(ブロックされた共重合体)、最も好ましくはマルチブロックコポリマーを含み、このブロック共重合体は、TREF増分を用いて分画した場合、40℃〜130℃で溶出する分子画分を有し、この画分は、同じ温度の間で溶出する、比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーのモル含量よりも高い、好ましくは少なくとも5パーセント高い、より好ましくは少なくとも10、15または25パーセント高い、コモノマーのモル含量を有するという点で特徴づけられ、ここで、この比較対象となるランダムエチレン共重合体は、同じコモノマーを含み、好ましくは、これは同じコモノマーであり、そしてメルトインデックス、密度、およびコモノマーのモル含量(ポリマー全体に基づく)がそのブロックされた共重合体のものの10パーセント内である。好ましくは、この比較対象となる共重合体のMw/Mnはまた、ブロックされた共重合体のMw/Mnの10パーセント内であるか、そして/またはこの比較対象となる共重合体は、ブロックされた共重合体の総コモノマー含量の10パーセント内の総コモノマー含量を有する。
好ましくは、上記の共重合体は、エチレンおよび少なくとも1つのα−オレフィンの共重合体であり、特に、それらの共重合体は、約0.855〜約0.935g/cm3の全体ポリマー密度を有し、そしてより詳細には、約1モルパーセントを超えるコモノマーを有するポリマーについては、このブロックされた共重合体は、40〜130℃で溶出するTREF画分のコモノマー含量を、量(−0.1356)T+13.89以上、より好ましくは量(−0.1356)T+14.93以上、そして最も好ましくは、量(−0.2013)T+21.07以上有し、Tとは、℃で測定した、比較されているTREF画分のピークATREF溶出温度の数値である。
好ましくは、エチレンおよび少なくとも1つのα−オレフィンの上記の共重合体、特に、0.855〜約0.935g/cm3というポリマー全体密度を有する共重合体について、そしてさらに詳細には、約1モルパーセントを超えるコモノマーを有するポリマーについて、ブロックされた共重合体は、40℃〜130℃で溶出するTREF画分のコモノマー含量を、量(−0.2013)T+20.07以上、より好ましくは量(−0.2013)T+21.07以上有し、Tとは、℃で測定した、比較されているTREF画分のピーク溶出温度の数値である。
さらに別の態様では、本発明のポリマーは、オレフィン共重合体であり、エチレンおよび1またはそれ以上の共重合可能コモノマーを、好ましくは、化学的または物理的な特性において異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロックまたはセグメントによって特徴付けられる、重合型で(ブロックされた共重合体)、最も好ましくはマルチブロックコポリマーを含み、このブロック共重合体は、TREF増分を用いて分画した場合、40℃〜130℃で溶出する分子画分を有し、この画分は、少なくとも約6モルパーセントのコモノマー含量を有するあらゆる画分が、約100℃より大きい融点を有するという点で特徴付けられる。約3モルパーセント〜約6モルパーセントのコモノマー含量を有する画分については、あらゆる画分が約110℃以上というDSC融点を有する。より好ましくは、少なくとも1モルパーセントのコモノマーを有する、このポリマー画分は、式:
Tm≧(−5.5926)(画分中のモルパーセントコモノマー)+135.90
に相当するDSC融点を有する。
さらに別の態様では、本発明のポリマーは、オレフィン共重合体であり、エチレンおよび1またはそれ以上の共重合可能コモノマーを、好ましくは、化学的または物理的な特性において異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロックまたはセグメントによって特徴付けられる、重合型で(ブロックされた共重合体)、最も好ましくはマルチブロックコポリマーを含み、このブロック共重合体は、TREF増分を用いて分画した場合、40℃〜130℃で溶出する分子画分を有し、この画分は、約76℃以上のATREF溶出温度を有するあらゆる画分が、式:
融解熱(J/gm)≦(3.1718)(ATREF溶出温度(℃))−136.58
に相当する、DSCによって測定された融解エンタルピー(融解熱)を有するという点で特徴付けられる。
本発明のブロック共重合体は、TREF増分を用いて分画された場合、40℃〜130℃で溶出する分子画分を有し、この画分は、40℃と約76℃未満との間のATREF溶出温度を有するあらゆる画分が、式:
融解熱(J/gm)≦(1.1312)(摂氏のATREF溶出温度)+22.97
に相当する、DSCによって測定された融解エンタルピー(融解熱)を有するという点で特徴付けられる。
赤外線検出器によるATREFピークのコモノマー組成測定
TREFピークのコモノマー組成は、Polymer Char,Valencia,Spain(http://www.polymerchar.com/)から入手可能なIR4赤外検出器を用いて測定され得る。
検出器の「組成モード」は、測定センサー(CH2)および組成センサー(CH3)を装備しており、これは2800〜3000cm-1の領域における狭帯域固定型赤外線フィルタである。この測定センサーは、ポリマー上のメチレン(CH2)カーボン(これは、溶液中のポリマー濃度に直接関係する)を検出するが、組成センサーは、ポリマーのメチル(CH3)基を検出する。組成シグナル(CH3)を測定シグナル(CH2)によって割った算術比は、溶液中の測定されたポリマーのコモノマー含量の影響を受けやすく、その応答は、公知のエチレンα−オレフィンコポリマー標準を用いて較正される。
ATREF装置を用いる場合、検出器によって、TREFプロセスの間の溶出されたポリマーの濃度(CH2)および組成(CH3)シグナルの応答の両方が得られる。ポリマー特異的な較正は、コモノマー含量が分かっている(好ましくはNMRによって測定される)を有するポリマーについてCH3対CH2の面積比を測定することによって作成され得る。ポリマーのATREFピークのコモノマー含量は、個々のCH3およびCH2応答について面積の比の比較較正を適用することによって推定され得る(すなわち、面積比CH3/CH2対コモノマー含量)。
ピーク面積は、適切なベースラインを適用してTREFクロマトグラムからの個々のシグナル応答を積分した後、半値全幅(FWHM)計算を用いて算出することができる。この半値全幅算出は、ATREF赤外検出器からのメチル対メチレンの応答面積比[CH3/CH2]の比に基づき、この最も高い(最高の)ピークはベースラインから特定され、次いでFWHM面積が決定される。ATREFピークを用いて測定される分布については、FWHM面積は、T1とT2との間の曲線下面積として規定され、ここでT1およびT2は、ピーク高さを2で割ること、次にATREF曲線の左部分および右部分を横切る、ベースラインに対して水平な線を引くことによって、ATREFピークの左右に対してポイント測定される。
このATREF赤外方法においてポリマーのコモノマー含量を測定するための赤外線分光法の適用は、原理的には、以下の引用文献:Markovich,Ronald P.;Hazlitt,Lonnie G.;Smith,Linley;「Development of gel-permeation chromatography-Fourier transform infrared spectroscopy for characterization of ethylene-based polyolefin copolymers」.Polymeric Materials Science and Engineering(1991),65,98-100;およびDeslauriers,P.J.;Rohlfing,D.C.;Shieh,E.T.;「Quantifying short chain branching microstructures in ethylene-1-olefin copolymers using size exclusion chromatography and Fourier transform infrared spectroscopy(SEC-FTIR)」,Polymer(2002),43,59-170、に記載されるようなGPC/FTIRシステムのものと同様であり、その両方の引用文献とも、その全体が本明細書において参照によって援用される。
他の実施形態では、本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体は、ゼロより大きくかつ最大約1.0までである平均ブロックインデックス、および約1.3より大きい分子量分布Mw/Mnによって特徴付けられる。この平均ブロックインデックスABIは、5℃の増分で、20℃〜110℃の分取TREFで得られたポリマー画分の各々についてのブロックインデックス(「BI」)の重量平均であり:
ABI=Σ(wiBIi
ここでBIiは、分取TREFで得られた本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体のi番目の画分についてのブロックインデックスであり、そしてwiは、i番目の画分の重量パーセンテージである。
各々のポリマー画分について、BIは、以下の2つの式(その両方とも同じBI値を与える)のうちの1つによって規定され:
BI=(1/TX−1/TXO)/(1/TA−1/TAB)またはBI=−(LnPX−LnPXO)/(LnPA−LnPAB
ここでTxはi番目の画分についての分取ATREF溶出温度(好ましくはケルビン温度で表される)であり、Pxは、i番目の画分のエチレンモル画分であって、上記のようなNMRまたはIRによって測定され得る。PABは、エチレン/α−オレフィン共重合体全体のエチレンモル分率(前の画分)であり、これもNMRまたはIRによって測定され得る。TAおよびPAは、純粋な「ハードセグメント(hard segments)」(これは共重合体の結晶セグメントをいう)についてのATREF溶出温度およびエチレンモル画分である。一次の近似として、このTAおよびPAの値は、この「ハードセグメント」についての実測値を得ることができない場合、高密度ポリエチレンホモポリマーについての値に設定される。本明細書において行われる計算については、TAは372°Kであって、PAは1である。
ABは、同じ組成であって、PABというエチレンモル画分を有するランダムコポリマーについてのATREF温度である。TABは、以下の式:
LnPAB=αTAB+β
から計算されてもよく、
ここでαおよびβは多数の公知のランダムエチレンコポリマーを用いる検量によって決定され得る2つの定数である。αおよびβは、装置間で変化し得ることに注意すべきである。さらに、目的のポリマー組成を用いて、そしてそれらの画分と同様の分子量範囲に関しても、それら自体の検量線を作成する必要がある。わずかな分子量効果がある。この検量線が、類似の分子量範囲から得られる場合、このような効果は、本質的に無視できる。ある実施形態では、ランダムエチレンコポリマーは、以下の関係:
LnP=−237.83/TATREF+0.639
を満たし、
xoは、同じ組成であって、PXというエチレンモル画分を有するランダムコポリマーについてのATREF温度である。TXOは、LnPX=α/TXO+βから算出されてもよい。逆に、PXOは、同じ組成であって、LnPXO=α/TX+βから算出され得る、TXというATREF温度を有するランダムコポリマーについてのエチレンモル画分である。
一旦、各々の分取TREF画分についてブロックインデックス(BI)が得られれば、ポリマー全体についての重量平均ブロックインデックスABIが算出され得る。ある実施形態では、ABIは、ゼロより大きいが、約0.3未満、または約0.1〜約0.3である。他の実施形態では、ABIは、約0.3より大きく最大約1.0までである。好ましくは、ABIは、約0.4〜約0.7、約0.5〜約0.7、約0.6〜約0.9の範囲であるべきである。ある実施形態では、ABIは、約0.3〜約0.9、約0.3〜約0.8、または約0.3〜約0.7、約0.3〜約0.6、約0.3〜約0.5、約0.3〜約0.4の範囲である。他の実施形態では、ABIは、約0.4〜約1.0、約0.5〜約1.0、または約0.6〜約1.0、約0.7〜約1.0、約0.8〜約1.0、または約0.9〜約1.0の範囲である。
本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体の別の特徴は、この本発明のエチレン/α−オレフィン共重合体が、分取TREFによって得られ得る少なくとも1つのポリマー画分を含み、この画分は約0.1より大きくかつ最大約1.0までのブロックインデックス、約1.3より大きいMW/Mnを有する。ある実施形態では、このポリマー画分は、約0.6より大きくかつ最大約1.0まで、約0.7より大きくかつ最大約1.0まで、約0.8より大きくかつ最大約1.0まで、約0.9より大きくかつ最大約1.0までのブロックインデックスを有する。他の実施形態では、このポリマー画分は、約0.1より大きくかつ最大約1.0まで、約0.2より大きくかつ最大約1.0まで、約0.3より大きくかつ最大約1.0まで、約0.4より大きくかつ最大約1.0まで、または約0.4より大きくかつ最大約1.0までのブロックインデックスを有する。さらに他の実施形態では、このポリマー画分は、約0.1より大きくかつ最大約0.5まで、約0.2より大きくかつ最大約0.5まで、約0.3より大きくかつ最大約0.5まで、または約0.4より大きくかつ最大約0.5までのブロックインデックスを有する。さらに他の実施形態では、このポリマー画分は、約0.2より大きくかつ最大約0.9まで、約0.3より大きくかつ最大約0.8まで、約0.4より大きくかつ最大約0.7まで、または約0.5より大きくかつ最大約0.6までのブロックインデックスを有する。
エチレンおよびα−オレフィンのコポリマーについては、本発明のポリマーは好ましくは、(1)少なくとも1.3、より好ましくは少なくとも1.5、少なくとも1.7、または少なくとも2.0、そして最も好ましくは少なくとも2.6、5.0という最大値まで、より好ましくは3.5の最大値まで、そして特に2.7という最大値までのPDI;(2)80J/g以下の融解熱;(3)少なくとも50重量パーセントのエチレン含量;(4)−25℃未満、より好ましくは−30℃未満というガラス転移温度Tg、および/または(5)唯一のTmを保有する。
さらに、本発明のポリマーは、log(G’)が100℃の温度で400kPa以上、好ましくは1.0MPa以上であるような貯蔵弾性率G’を単独で、または本明細書に開示される任意の他の特性と組み合わせて有することができる。さらに、本発明のポリマーは、0〜100℃の範囲で温度の関数として比較的平坦な貯蔵弾性率を保有し(図6に図示される)、これは、ブロックコポリマーの特徴であるが、オレフィンコポリマー、特に、エチレンおよび1またはそれ以上のC3-8脂肪族α−オレフィンのコポリマーについては今まで知られていない。((この文脈での「比較的平坦な」という用語は、50と100℃の間、好ましくは0℃と100℃の間でのlogG’(パスカル)の減少が、1ケタ未満であることを意味する)。)。
本発明の共重合体は、少なくとも90℃の温度で1mmという熱機械分析針入深度、および3kpsi(20MPa)〜13kpsi(90MPa)という曲げ弾性率によってさらに特徴付けられ得る。あるいは、本発明の共重合体は、少なくとも104℃の温度で1mmという熱機械分析針入深度、そして少なくとも3kpsi(20MPa)という曲げ弾性率を有し得る。それらは、90mm3未満という耐摩耗性(または容積減少)を有することで特徴づけられ得る。図7は、他の公知のポリマーと比較した場合の、本発明のポリマーについてのTMA(1mm)対屈曲弾性率を示す。本発明のポリマーは有意に、他のポリマーよりもよい可撓性−耐熱性のバランスを有する。
さらに、エチレン/α−オレフィン共重合体は、0.01〜2000g/10分、好ましくは0.01〜1000g/10分、さらに好ましくは0.01〜500g/10分、そして特に0.01〜100g/10分というメルトインデックスI2を有し得る。特定の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、0.01〜10g/10分、0.5〜50g/10分、1〜30g/10分、1〜6g/10分または0.3〜10g/10分というメルトインデックスI2を有する。特定の実施形態では、このエチレン/α−オレフィンポリマーのメルトインデックスは、1g/10分、3g/10分または5g/10分である。
このポリマーは、1,000g/モル〜5,000,000g/モル、好ましくは1,000g/モル〜1,000,000g/モル、より好ましくは10,000g/モル〜500,000g/モル、そして特に10,000g/モル〜300,000g/モルの分子量MWを有し得る。本発明のポリマーの密度は、0.80〜0.99g/cm3であり得、そして好ましくは、エチレン含有ポリマーについては0.85g/cm3〜0.97g/cm3であり得る。特定の実施形態では、このエチレン/α−オレフィンポリマーの密度は、0.860〜0.925g/cm3または0.867g/cm3〜0.910g/cm3におよぶ。
このポリマーを作製するプロセスは、以下の特許出願に開示されている:2004年3月17日出願の米国仮出願第60/553,906号;2005年3月17日出願の米国仮出願第60/662,937号;2005年3月17日出願の米国仮出願第60/662,939号;2005年3月17日出願の米国仮出願第60/5662938号;2005年3月17日出願のPCT出願第PCT/US2005/008916号;2005年3月17日出願のPCT出願第2005/008915号;および2005年3月17日出願のPCT出願第PCT/US2005/008917号;その全てがその全体が本明細書において参照によって援用される。例えば、1つのこうした方法は、エチレンおよび場合によっては1つまたはそれ以上のエチレン以外の付加重合可能なモノマーを付加重合条件下で触媒組成物と接触させることを含み、この触媒組成物は、
(A)高いコモノマー組み込みインデックスを有する第一のオレフィン重合触媒、
(B)触媒(A)のコモノマー組み込みインデックスの90パーセント未満、好ましくは50パーセント未満、最も好ましくは5パーセント未満のコモノマー組み込みインデックスを有する第二のオレフィン重合触媒、および
(C)可逆的連鎖移動剤
を併せることによって得られる混合物または反応生成物を含有する。
代表的な触媒および可逆的連鎖移動剤は以下のとおりである。
触媒(A1)は、WO03/40195、2003US0204017、USSN10/429,024(2003年5月2日出願)、およびWO04/24740の教示に従って調製した、[N−(2,6−ジ(1−メチルエチル)フェニル)アミド)(2−イソプロピルフェニル)(α−ナフタレン−2−ジイル(6−ピリジン−2−ジイル)メタン)]ハフニウムジメチルである。
Figure 2008540698
触媒(A2)は、WO03/40195、2003US0204017、USSN10/429,024(2003年5月2日出願)、およびWO04/24740の教示に従って調製した、[N−2,6−ジ(1−メチルエチル)フェニル)アミド)(2−メチルフェニル)(1,2−フェニレン−(6−ピリジン−2−ジイル)メタン)]ハフニウムジメチルである。
Figure 2008540698
触媒(A3)は、ビス[N,N’’’−(2,4,6−トリ(メチルフェニル)アミド)エチレンジアミン]ハフニウムジベンジルである。
Figure 2008540698
触媒(A4)は、US−A−2004/0010103の教示に実質的に従って調製された、ビス((2−オキソイル−3−(ジベンゾ−1H−ピロール−1−イル)−5−(メチル)フェニル)−2−フェノキシメチル)シクロヘキサン−1,2−ジイルジルコニウム(IV)ジベンジルである。
Figure 2008540698
触媒(B1)は、1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(1−メチルエチル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジル
Figure 2008540698
である。
触媒(B2)は、1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(2−メチルシクロヘキシル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジル
Figure 2008540698
である。
触媒(C1)は、米国特許第6,268,444号の教示に実質的に従って調製された、(t−ブチルアミド)ジメチル(3−N−ピロリル−1,2,3,3a,7a−η−インデン−1−イル)シランチタニウムジメチル
Figure 2008540698
である。
触媒(C2)は、US−A−2003/004286の教示に実質的に従って調製された、(t−ブチルアミド)ジ(4−メチルフェニル)(2−メチル−1,2,3,3a,7a−η−インデン−1−イル)シランチタニウムジメチル
Figure 2008540698
である。
触媒(C3)は、US−A−2003/004286の教示に実質的に従って調製された、(t−ブチルアミド)ジ(4−メチルフェニル)(2−メチル−1,2,3,3a,8a−η−s−インダセン−1−イル)シランチタニウムジメチル
Figure 2008540698
である。
触媒(D1)は、Sigma−Aldrichから入手可能なビス(ジメチルジシロキサン)(インデン−1−イル)塩化ジルコニウム
Figure 2008540698
である。
可逆的移動剤(shuttling agent)。使用される可逆的移動剤(shuttling agent)としては、ジエチル亜鉛、ジ(i−ブチル)亜鉛、ジ(n−ヘキシル)亜鉛、トリエチルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリエチルガリウム、i−ブチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキサン)、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(トリメチルシリル)アミド)、n−オクチルアルミニウムジ(ピリジン−2−メトキシド)、ビス(n−オクタデシル)i−ブチルアルミニウム、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(n−ペンチル)アミド)、n−オクチルアルミニウムビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシド、n−オクチルアルミニウムジ(エチル(1−ナフチル)アミド)、エチルアルミニウムビス(t−ブチルジメチルシロキシド)、エチルアルミニウム(ジ(ビス(トリメチルシリル)アミド)、エチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)、n−オクチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)、n−オクチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキシド、エチル亜鉛(2,6−ジフェニルフェノキシド)およびエチル亜鉛(t−ブトキシド)が挙げられる。
好ましくは、前述のプロセスは、相互変換できない複数の触媒を用いる、ブロックコポリマー、特にマルチブロックコポリマー、好ましくは2またはそれ以上のモノマー、さらに詳細にはエチレンおよびC3-20オレフィンまたはシクロオレフィン、そして最も詳細にはエチレンおよびC4-20α−オレフィンの線状マルチブロックコポリマーを形成するための連続溶液プロセスの形態をとる。すなわち、この触媒は化学的に別個である。連続的な溶液重合条件のもとで、このプロセスは理想的には、高いモノマー変換でのモノマーの混合物の重合に適している。これらの重合条件のもとで、可逆的連鎖移動剤(chain shuttling agent)から触媒への可逆的移動(shuttling)は、鎖成長に比較して有利になり、そしてマルチブロックコポリマー、詳細には線状マルチブロックコポリマーが高い効率で形成される。
本発明の共重合体は、従来のランダムコポリマー、ポリマーの物理的混合物、および逐次的モノマー付加、流動触媒、アニオンおよびカチオンリビング重合技術により調製されたブロックコポリマーとは区別することができる。詳細には、同等の結晶性または弾性率で同じモノマーおよびモノマー含量のランダムコポリマーと比較して、本発明の共重合体は、融点で測定した場合には優れた(高い)耐熱性を、動的機械分析によって判定した場合にはTMA針入温度、高温引張強度、および/または高い高温ねじり貯蔵弾性率(torsion storage modulus)を有する。同じモノマーおよびモノマー含量を含有するランダムコポリマーと比較して、本発明の共重合体は、低い圧縮永久ひずみ(特に、高温で)、低い応力緩和、高い耐クリープ性、高い引裂強度、高い耐ブロッキング性、高い結晶化(固化)温度に起因する迅速な硬化、高い回復(特に高温で)、良好な耐摩耗性、高い収縮力、ならびに良好な油および充填剤の受け入れを有する。
本発明の共重合体はまた、固有の結晶化および分枝分布関係を示す。すなわち、本発明の共重合体は、特に、同じモノマーおよびモノマーレベルを含むランダムコポリマーまたは等価の総合密度でのポリマーの物理的ブレンド、例えば、高密度ポリマーと低密度コポリマーのブレンドと比較して、CRYSTAFおよびDSCを用いて測定した融解熱の関数として最高のピーク温度の間に比較的大きな差を有する。本発明の共重合体のこの固有の特徴は、ポリマーの骨格内のブロックにおけるコモノマーの一意的な分布に起因すると考えられる。詳細には、本発明の共重合体は、異なるコモノマー含量(ホモポリマーブロックを含む)の交互のブロックを含んでもよい。本発明の共重合体はまた、異なる密度またはコモノマー含量のポリマーブロックの数および/またはブロックサイズの分布を含んでもよく、これは、シュルツ−フローリー(Schultz-Flory)型の分布である。さらに、本発明の共重合体はまた、固有のピーク融点および結晶化温度プロフィールを有し、これは実質的には、ポリマーの密度、弾性率(modulus)および形態とは独立している。好ましい実施形態では、ポリマーの微結晶性秩序は、特徴的な球晶およびラメラを示し、これは1.7未満、または1.5未満、最低1.3未満のPDI値においてでさえ、ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーとは区別できる。
さらに、本発明の共重合体は、ブロッキネス(blockiness)の程度またはレベルに影響する技術を用いて調製され得る。すなわち、コモノマーの量および各々のポリマーブロックまたはセグメントの長さは、触媒および可逆的移動剤の比およびタイプ、ならびに重合の温度および他の重合の変数を制御することによって変更され得る。この現象の驚くべき利点は、ブロッキネスの程度が増大されるほど、得られたポリマーの光学的特性、引裂強度および高温回復特性が改善されるという発見である。詳細には、曇りは減少するが、透明度、引裂強度および高温回復特性は、ポリマーにおけるブロックの平均数の増大につれて増大する。可逆的移動剤および所望の可逆的移動能力(低レベルの連鎖停止反応で高い可逆的移動速度(shuttling))を有する触媒の組み合わせを選択することによって、他の形態のポリマー停止は効率的に抑制される。従って、β水素化物脱離が、本発明の実施形態によるエチレン/α−オレフィンコモノマー混合物の重合でほとんど観察されず、そして得られた結晶ブロックは高度に、または実質的に完全に、線状であり、長鎖分枝をほとんどまたはまったく保有しない。
高結晶性連鎖末端を有するポリマーは、本発明に実施形態によって選択的に調製され得る。エラストマー用途では、非結晶性のブロックで終わるポリマーの相対量を減少させることによって、結晶性領域に対する分子間希薄化効果が減少される。この結果は、連鎖反応停止剤、および水素または他の可逆的連鎖移動剤に対して適切な応答を有する触媒を選択することによって得ることができる。詳細には、高結晶性ポリマーを生成する触媒が、(例えば、より高いコモノマー組み込み、レジオ−エラー(regio-error)、またはアタクチックポリマー形成によって)より少ない結晶性ポリマーセグメントを生成する原因となる触媒より、(例えば、水素の使用による)連鎖反応停止を受けやすい場合には、高結晶性ポリマーセグメントが、そのポリマーの末端部分を優先的に占める。得られる末端基が結晶性であるだけでなく、停止次第、高結晶性のポリマー形成触媒部位は、ポリマー形成の再始動にもう一度利用可能である。従って、最初に形成されたポリマーは、別の高結晶性のポリマーセグメントである。従って、得られたマルチブロックコポリマーの両方の末端は優先的に高度に結晶性である。
本発明の実施形態で用いられるエチレンα−オレフィン共重合体は好ましくは、少なくとも1つのC3−C20α−オレフィンを有するエチレンの共重合体である。エチレンおよびC3−C20α−オレフィンのコポリマーが特に好ましい。この共重合体はさらに、C4−C18ジオレフィンおよび/またはアルケニルベンゼンを含んでもよい。エチレンとの重合のために有用な適切な不飽和コモノマーとしては、例えば、エチレン性不飽和モノマー、共役または非共役ジエン、ポリエン、アルケニルベンゼンなどが挙げられる。このようなコモノマーの例としては、C3−C20α−オレフィン、例えば、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセンなどが挙げられる。1−ブテンおよび1−オクテンが特に好ましい。他の適切なモノマーとしては、スチレン、ハロ−またはアルキル−置換スチレン、ビニルベンゾシクロブタン、1,4−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、およびナフテン酸(例えば、シクロペンテン、シクロヘキセンおよびシクロオクテン)が挙げられる。
エチレン/α−オレフィン共重合体が好ましいポリマーであるが、他のエチレン/オレフィンポリマーも用いられ得る。本明細書において用いられるオレフィンとは、少なくとも1つの炭素間二重結合を有する不飽和の炭化水素系化合物のファミリーをいう。触媒の選択に依存して、オレフィンは、本発明の実施形態で用いられ得る。好ましくは、適切なオレフィンは、ビニル不飽和を含むC3−C20脂肪族および芳香族化合物、ならびに環状化合物、例えば、シクロブテン、シクロペンテン、ジシクロペンタジエン、およびノルボルネンであって、これには、限定はしないが、C1−C20ヒドロカルビルまたはシクロヒドロカルビル基で5および6位で置換されたノルボルネンが挙げられる。このようなオレフィンの混合物、およびこのようなオレフィンとC4−C40ジオレフィン化合物との混合物も含まれる。
オレフィンモノマーの例としては、限定はしないが、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセンおよび1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−エイコセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、4,6−ジメチル−1−ヘプテン、4−ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、エチルイデンノルボルネン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ジシクロペンタジエン、シクロオクテン、C4−C40ジエンが挙げられ、これには限定はしないが、1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、他のC4−C40α−オレフィンなどが挙げられる。特定の実施形態では、α−オレフィンは、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテンまたはそれらの組み合わせである。ビニル基を含む任意の炭化水素が本発明の実施形態で用いられてもよいが、実際的な問題、例えば、モノマーの有効性、コスト、および得られたポリマーから未反応のモノマーを都合よく除去する能力は、このモノマーの分子量が大きくなり過ぎると、さらに問題となり得る。
本明細書に記載される重合プロセスは、スチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、t−ブチルスチレンなどのモノビリデン芳香族モノマーを含むオレフィンポリマーの生成に十分適している。詳細には、エチレンおよびスチレンを含む共重合体は、本明細書の教示に従うことによって調製され得る。必要に応じて、エチレン、スチレンおよびC3−C20αオレフィンを含み、必要に応じてC4−C20ジエンを含み、改善された特性を有するコポリマーが調製され得る。
適切な非共役ジエンモノマーは、適切な非共役ジエンモノマーは、6〜15個の炭素原子を有する直鎖、分枝鎖または環状炭化水素ジエンであり得る。適切な非共役ジエンの例としては、限定はしないが、直鎖非環式ジエン、例えば、1,4−ヘキサジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、分枝鎖非環式ジエン、例えば、5−メチル−1,4−ヘキサジエン;3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン;3,7−ジメチル−1,7−オクタジエンおよびジヒドロミリセンおよびジヒドロオシネンの混合異性体、単環脂環式ジエン、例えば、1,3−シクロペンタジエン;1,4−シクロヘキサジエン;1,5−シクロオクタジエンおよび1,5−シクロドデカジエン、および多環脂環式縮合および架橋環ジエン、例えば、テトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデン、ジシクロペンタジエン、ビシクロ−(2,2,1)−ヘプタ−2,5−ジエン;アルケニル、アルキリデン、シクロアルケニルおよびシクロアルキリデンノルボルネン、例えば、5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB);5−プロペニル−2−ノルボルネン、5−イソプロピリデン−2−ノルボルネン、5−(4−シクロペンテニル)−2−ノルボルネン、5−シクロヘキシリデン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネンおよびノルボルナジエンが挙げられる。EPDMを調製するために代表的に用いられるジエンのうち、特に好ましいジエンは1,4−ヘキサジエン(HD)、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)、5−ビニリデン−2−ノルボルネン(VNB)、5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB)およびジシクロペンタジエン(DCPD)である。特に好ましいジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)および1,4−ヘキサジエン(HD)である。
本発明の実施形態に従って作成され得る所望のポリマーの1分規は、エチレンのエラストマー系共重合体、C3−C20α−オレフィン、特にプロピレン、および必要に応じて、1またはそれ以上のジエンモノマーである。本発明の実施形態で用いるための好ましいα−オレフィンは、式CH2=CHR*で示され、R*は、1〜12個の炭素原子の線状または分枝したアルキル基である。適切なα−オレフィンの例としては、限定はしないが、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテンおよび1−オクテンが挙げられる。特に好ましいα−オレフィンは、プロピレンである。プロピレン系ポリマーは一般に、当分野では、EPまたはEPDMポリマーと呼ばれる。このようなポリマーを調製する際に使用する適切なジエン、特にマルチブロックEPDM型のポリマーとしては、4〜20個の炭素を含む、共役または非共役、直鎖または分枝鎖−、環状−または多環式−ジエンが挙げられる。好ましいジエンとしては、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエンおよび5−ブチリデン−2−ノルボルネンが挙げられる。特に好ましいジエンは5−エチリデン−2−ノルボルネンである。
ジエン含有ポリマーは交互のセグメントまたはブロックであって、より大量もしくは少量のジエン(なしも含む)およびα−オレフィン(なしも含む)を含むセグメントまたはブロックを含むので、ジエンおよびα−オレフィンの総量は、その後にポリマーの特性を失うことなく軽減され得る。すなわち、ジエンおよびα−オレフィンのモノマーは、ポリマー全体にわたって均一でもまたはランダムでもなく、ポリマーのブロックの1タイプに優先的に組み込まれるので、それらは、より効率的に利用され、そして引き続きこのポリマーの架橋密度は、さらに良好に制御され得る。このような架橋可能なエラストマーおよび硬化した生成物は、より高い引張強度およびより良好な弾性回復率を含む、有利な特性を有する。
ある実施形態では、種々の量のコモノマーを組み込んでいる2つの触媒で作成された本発明の共重合体は、それによって形成されたブロックの重量比95:5〜5:95を有する。所望の弾性ポリマーは、ポリマーの総重量に基づいて、20〜90パーセントのエチレン含量、0.1〜10パーセントのジエン含量、そして10〜80パーセントのα−オレフィン含量を有する。さらに好ましくは、マルチブロック弾性ポリマーは、ポリマーの総重量に対して、60〜90パーセントのエチレン含量、0.1〜10パーセントのジエン含量、そして10〜40パーセントのα−オレフィン含量を有する。好ましいポリマーは、高分子量のポリマーであって、これは、10,000〜約2,500,000、好ましくは、20,000〜500,000、より好ましくは20,000〜350,000という平均分子量(Mw)、および3.5未満、より好ましくは3.0未満という多分散性、そして1〜250のムーニー粘度(ML(1+4)125℃)を有する高分子量ポリマーである。さらに好ましくは、このようなポリマーは、65〜75パーセントのエチレン含量、0〜6パーセントのジエン含量、および20〜35パーセントのα−オレフィン含量を有する。
エチレン/α−オレフィン共重合体は、そのポリマー構造中に少なくとも1つの官能基を組み込むことによって官能化され得る。例示的な官能基は、例えば、エチレン不飽和単官能および二官能性のカルボン酸、エチレン不飽和単官能性および二官能性のカルボン酸無水物、その塩およびそのエステルを含み得る。このような官能基は、エチレン/α−オレフィン共重合体にグラフトされてもよいし、またはこれは、エチレンおよび任意のさらなるコモノマーと共重合されて、エチレンの共重合体、官能コモノマーおよび必要に応じて他のコモノマーを形成してもよい。ポリエチレンに官能基をグラフトする手段は、例えば、それらの特許の開示がその全体が参照によって本明細書に援用される、米国特許第4,762,890号、同第4,927,888号および同第4,950,541号に記載される。特に有用な官能基の1つは、リンゴ酸無水物である。
官能共重合体に存在する官能基の量は、変化し得る。官能基は代表的には、少なくとも約1.0重量パーセント、好ましくは少なくとも約5重量パーセント、そしてさらに好ましくは少なくとも約7重量パーセントの量でコポリマー型官能性共重合体に存在し得る。この官能基は代表的には、*コポリマー型官能性共重合体中に、約40重量パーセント未満、好ましくは約30重量パーセント未満、そして最も好ましくは約25重量パーセント未満の量で存在する。
本明細書に開示される潤滑性組成物中のエチレン/α−オレフィンインターポリマーの量は、その潤滑性組成物の総量に基づいて、約0.01〜約30重量%、約0.05〜約20重量%、約0.1〜約15重量%、約0.5〜約10重量%、または約1〜約5重量%変化し得る。
基油
当業者に公知の任意の基油が潤滑性組成物を調製するために用いられ得る。潤滑性組成物を調製するために適切な基油は、参照によって本明細書に援用される、Mortier et al.,「Chemistry and Technology of Lubricants,」2nd Edition,London,Springer,Chapters 1 and 2(1996)に記載されている。一般には、潤滑性組成物は、その潤滑性組成物の総量に対して、約70〜99重量%の基油を含んでもよい。ある実施形態では、この潤滑性組成物は、その潤滑性組成物の総量に対して約80〜98重量%の基油を含む。
ある実施形態では、この基油は、参照によって本明細書に援用される、American Petroleum Institute(API)Publication 1509,Fourteen Edition,December 1996(すなわち、API Base Oil Interchangeability Guidelines for Passenger Car Motor Oil and Diesel Engine Oils)に特定されたとおりI〜Vグループにおける任意のベースストック(bas stocks)を含む。APIガイドラインは、種々の異なるプロセスを用いて製造され得る潤滑性組成物として、ベースストックを規定する。グループI、IIおよびIIIのベースストックは、鉱油であり、各々が特定の範囲の量の飽和度、イオウ含量および粘度指数を有する。IVグループのベースストックはポリアルファオレフィン(PAO)である。Vグループのベースストックは、I、II、IIIまたはIVグループには含まれない他の全てのベースストックを含む。特定の実施形態では、基油はI〜Vグループのベースストックの組み合わせを含む。
他の実施形態では、基油は、天然の油、合成油またはそれらの組み合わせを含む。適切な天然油の非限定的な例としては、動物油(例えば、ラード油)、植物油(例えば、コーン油、ヒマシ油、およびピーナツ油)、石炭または頁岩(shale)由来の油、鉱油(例えば、パラフィン型、ナフテン酸型または混合パラフィン−ナフテン酸型の、液体石油および溶媒処理または酸処理された鉱油)およびそれらの組み合わせが挙げられる。適切な合成潤滑油の非限定的な例としては、ポリ−α−オレフィン、アルキル化芳香族化合物、ポリブテン、脂肪族ジエステル、ポリオールエステル、ポリアルキレングリコール、リン酸エステルおよびそれらの組み合わせが挙げられる。
さらなる実施形態では、基油は、炭化水素油、例えば、ポリオレフィン(例えば、ポリブチレン、ポリプロピレン、プロピレンイソブチレンコポリマー、ポリヘキセン、ポリオクテン、ポリデセンなど);アルキルベンゼン(例えば、ドデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン、ジノニルベンゼン、ジ−(2−エチルヘキシル)ベンゼンなど);ポリフェニル(例えば、ビフェニル、テルフェニル、アルキル化ポリフェニルなど);アルキル化ジフェニルエーテル;アルキル化ジフェニルスルフィド;ならびにその誘導体、異性体、類似体、同族体およびそれらの組み合わせを含む。
さらなる実施形態では、この基油は、ポリ−α−オレフィン(PAO)を含む。一般には、このポリ−α−オレフィンは、約2〜約30、または約4〜約20、または約6〜約16個の炭素原子を有するα−オレフィンに由来し得る。適切なポリ−α−オレフィンの非限定的な例としては、オクテン、デセン、その混合物などに由来するものが挙げられる。これらのポリ−α−オレフィンは、100℃で約2〜約15、または約3〜約12、または約4〜約8センチストークの粘度を有してもよい。ある場合には、ポリ−α−オレフィンは、鉱油のような他の基油とともに用いられてもよい。
さらなる実施形態では、この基油は、ポリアルキレングリコールまたはポリアルキレングリコール誘導体を含み、このポリアルキレングリコールの末端ヒドロキシル基は、エステル化、エーテル化、アセチル化などによって改変され得る。適切なポリアルキレングリコールの非限定的な例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリイソプロピレングリコールおよびそれらの組み合わせが挙げられる。適切なポリアルキレングリコール誘導体の非限定的な例としては、ポリアルキレングリコールのエーテル(例えば、ポリイソプロピレングリコールのメチルエーテル、ポリエチレングリコールのジフェニルエーテル、ポリプロピレングリコールのジエチルエーテルなど)、ポリアルキレングリコールのモノカルボン酸エステルおよびポリカルボン酸エステル、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。ある場合には、ポリアルキレングリコールまたはポリアルキレングリコール誘導体は、他の基油、例えば、ポリ−α−オレフィンおよび鉱油と一緒に用いられてもよい。
さらなる実施形態では、この基油は、ジカルボン酸(例えば、フタル酸、コハク酸、アルキルコハク酸、アルケニルコハク酸、マレイン酸、アゼライン酸、スベリン酸、セバシン酸、フマル酸、アジピン酸、リノール酸二量体、マロン酸、アルキルマロン酸、アルケニルマロン酸など)と、種々のアルコール(例えば、ブチルアルコール、ヘキシルアルコール、ドデシルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコールモノエーテル、プロピレングリコールなど)との任意のエステルを含む。これらのエステルの非限定的な例としては、アジピン酸ジブチル、セバシン酸ジ(2−エチルヘキシル)、フマル酸ジ−n−ヘキシル、セバシン酸ジオクチル、アゼライン酸ジイソオクチル、アゼライン酸ジイソデシル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジデシル、セバシン酸ジエイコシル、リノール酸二量体の2−エチルヘキシルジエステルなどが挙げられる。
さらなる実施形態では、基油はFischer−Tropschプロセスによって調製された炭化水素を含む。Fischer−Tropschプロセスは、Fischer−Tropsch触媒を用いて水素および一酸化炭素を含むガスから炭化水素を調製する。これらの炭化水素は、基油として有用であるためにはさらなる処理を必要とし得る。例えば、炭化水素は、当業者に公知のプロセスを用いて、脱ろうされても、水素異性化されても、および/または水素化分解されてもよい。
さらなる実施形態では、この基油は、精製油、未精製油または再精製油を含む。未精製油とは、さらなる精製処理なしに天然または合成の供給源から直接得られたオイルである。未精製油の非限定的な例としては、レトルト採集操作から直接得られたシェールオイル、一次蒸留から直接得られた石油、およびエステル化プロセスから直接得られ、かつさらなる処理を用いていないエステル油が挙げられる。精製油は、未精製油とは、前者が1つ以上の特性を改善するための1つ以上の精製プロセスによってさらに処理されていることを除いて、同様である。多くのこのような精製プロセスは、溶媒抽出、二次蒸留、酸または塩基の抽出、濾過、浸出などのように当業者に公知である。再精製油は、得られた精製油に用いられたプロセスと同様の精製油プロセスに供することによって得られる。このような再精製油はまた、再生されるかまたは再処理された油としても公知であって、しばしば、使用済み添加物および油分解生成物の除去を目指すプロセスによってさらに処理される。
添加物
必要に応じて、潤滑性組成物はさらに、潤滑性組成物の任意の所望の特性を付与または改善し得る少なくとも1つの添加物または改質剤(本明細書において以降では「添加物(additive)」と命名)を含み得る。当業者に公知の任意の添加物は、本明細書に開示される潤滑性組成物中で用いられ得る。いくつかの適切な添加物は、両方とも参照によって本明細書に援用される、Mortier et al.,「Chemistry and Technology of Lubricants,」2nd Edition,London,Springer,(1996);and Leslie R.Rudnick,「Lubricant Additives:Chemistry and Applications,」New York,Marcel Dekker(2003)に記載されている。ある実施形態では、この添加物は、界面活性剤、分散剤、摩擦調整剤(friction modifiers)、流動点降下剤、乳化破壊剤、消泡剤、防蝕剤、耐磨耗剤、抗酸化剤、さび止め剤、およびそれらの組み合わせからなる群より選択され得る。一般には、潤滑性組成物における各々の添加物の濃度は、用いられる場合、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.001〜約20重量%、約0.01〜約10重量%、または約0.1〜約5重量%の範囲におよび得る。
本明細書に開示されるこの潤滑性組成物は、コロイド懸濁物中において、不溶性の粒子を保持することによって、そしてある場合には酸を中和することによって、ワニス(varnish)、リングゾーンの沈着、およびサビを管理し得る界面活性剤を含んでもよい。当業者によって公知の任意の界面活性剤が潤滑性組成物に用いられてもよい。適切な界面活性剤の非限定的な例としては、金属のスルホナート、フェナート、サリチレート、ホスホネート、チオホスホネートおよびそれらの組み合わせが挙げられる。金属は、スルホナート、フェナート、サリチレートまたはホスホネートの界面活性剤を作製するために適切な任意の金属であってもよい。適切な金属の非限定的な例としては、アルカリ金属(alkali metals)、アルカリ金属(alkaline metals)および遷移金属が挙げられる。ある実施形態では、この金属は、Ca、Mg、Ba、K、Na、Liなどである。界面活性剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約10重量%、約0.05〜約5重量%、または約0.1〜約3重量%の範囲で変化し得る。いくつかの適切な界面活性剤は、両方とも参照によって本明細書に援用される、Mortier et al.「Chemistry and Technology of Lubricants」2nd Edition,London,Springer,Chapter 3,pages75-85(1996);およびLeslie R.Rudnick,「Lubricant Additives:Chemistry and Applications New York,Marcel Dekker,Chapter 4,pages 113-136(2003)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、懸濁された粒子をコロイド状態で懸濁させておくことによって、スラッジ、ワニス(varnish)または他の沈着を防止し得る分散剤を含んでもよい。当業者によって公知の任意の分散剤が、潤滑性組成物中で用いられ得る。適切な分散剤の非限定的な例としては、スクシンイミド、スクシンアミド、ベンジルアミン、コハク酸エステル、コハク酸エステルアミド、マンニッヒ型(Mannich type)分散剤、リン含有分散剤、ホウ素含有分散剤およびそれらの組み合わせが挙げられる。分散剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約10重量%、約0.05〜約7重量%、または約0.1〜約4重量%の範囲で変化する。いくつかの適切な分散剤は、両方とも参照によって本明細書に援用される、Mortier et al.,「Chemistry and Technology of Lubricants,」2nd Edition,London,Springer,Chapter 3,pages86-90(1996);およびLeslie R.Rudnick,「Lubricant Additives:Chemistry and Applications New York,Marcel Dekker,Chapter 5,pages 137-170(2003)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、可動部の間の摩擦を少なくし得る、摩擦調整剤を含み得る。当業者に公知の任意の摩擦調整剤が、潤滑性組成物において用いられ得る。適切な摩擦調整剤の非限定的な例としては、脂肪カルボン酸;脂肪カルボン酸の誘導体(例えば、エステル、アミド、金属塩など);モノ−、ジ−、またはトリ−アルキル置換リン酸またはホスホン酸;モノ−、ジ−、またはトリ−アルキル置換リン酸またはホスホン酸の誘導体(例えば、エステル、アミド、金属塩など);モノ−、ジ−、またはトリ−アルキル置換アミン;モノ−、またはジ−、アルキル置換アミドおよびその組み合わせが挙げられる。ある実施形態では、この摩擦調整剤は、脂肪族アミン、エトキシル化脂肪族アミン、脂肪族カルボン酸アミド、エトキシル化脂肪族エーテルアミン、脂肪族カルボン酸、グリセロールエステル、脂肪族カルボン酸エステル−アミド、脂肪イミダゾリン、脂肪三級アミンからなる群より選択され、この脂肪族または脂肪の群は、化合物に適切な油溶解性を与えるために約8を超える炭素原子を含む。他の実施形態では、この摩擦調整剤は、脂肪族コハク酸または無水物とアンモニアまたは一級アミンとを反応させることによって生成した脂肪族置換スクシンイミドを含む。摩擦調整剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約10重量%、約0.05〜約5重量%、または約0.1〜約3重量%の範囲で変化し得る。いくつかの適切な摩擦調整剤は、両方とも参照によって本明細書に援用される、Mortier et al.,「Chemistry and Technology of Lubricants,」2nd Edition,London,Springer,Chapter 6,pages183-187(1996);およびLeslie R.Rudnick,「Lubricant Additives:Chemistry and Applications New York,Marcel Dekker,Chapter 6 and 7,pages 171-222(2003)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、その潤滑性組成物の流動点を低下させ得る流動点降下剤を含み得る。当業者に公知の任意の流動点降下剤が、潤滑性組成物中で用いられ得る。適切な流動点降下剤の非限定的な例としては、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ジ(テトラ−パラフィンフェノール)フタレート、テトラ−パラフィンフェノールの縮合物、塩素化パラフィンとナフタレンとの縮合物およびそれらの組み合わせが挙げられる。ある実施形態では、流動点降下剤は、エチレン−ビニルアセテートコポリマー、塩素化パラフィンおよびフェノールの縮合物、ポリアルキルスチレンなどを含む。流動点降下剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約10重量%、約0.05〜約5重量%、または約0.1〜約3重量%の範囲で変化し得る。いくつかの適切な流動点降下剤は、両方とも参照によって本明細書に援用される、Mortier et al.,「Chemistry and Technology of Lubricants,」2nd Edition,London,Springer,Chapter 6,pages187-189(1996);およびLeslie R.Rudnick,「Lubricant Additives:Chemistry and Applications New York,Marcel Dekker,Chapter11,pages 329-354(2003)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、水または蒸気に曝露される潤滑性組成物においてオイル−水の分離を促進し得る乳化破壊剤を含んでもよい。当業者に公知の任意の乳化破壊剤が、潤滑性組成物中で用いられ得る。適切な乳化破壊剤の非限定的な例としては、陰イオン界面活性剤(例えば、アルキル−ナフタレンスルホナート、アルキルベンゼンスルホナートなど)、非イオン性アルコキシル化アルキルフェノール樹脂、アルキレンオキサイドのポリマー(例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレンオキシドのブロックコポリマー、プロピレンオキシドなど)、油溶性の酸のエステルおよびそれらの組み合わせが挙げられる。乳化破壊剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約10重量%、約0.05〜約5重量%、または約0.1〜約3重量%の範囲で変化し得る。いくつかの適切な乳化破壊剤は、参照によって本明細書に援用される、Mortier et al.,「Chemistry and Technology of Lubricants,」2nd Edition,London,Springer,Chapter 6,pages190-193(1996)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、オイル中で気泡を破壊し得る消泡剤を含んでもよい。当業者によって公知の任意の消泡剤が、潤滑性組成物中で用いられ得る。適切な消泡剤の非限定的な例としては、シリコンオイルまたはポリジメチルシロキサン、フルオロシリコン、アルコキシル化脂肪酸、ポリエーテル(例えば、ポリエチレングリコール)、分枝したポリビニルエーテル、ポリアクリレート、ポリアルコキシアミンおよびそれらの組み合わせが挙げられる。ある実施形態では、消泡剤は、グリセロールモノステアレート、ポリグリコールパルミテート、トリアルキルモノチオホスフェート、スルホン化リシノール酸のエステル、ベンゾイルアセトン、メチルサリチレート、グリセロールモノオレエートまたはグリセロールジオレエートを含む。消泡剤の量は、潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約5重量%、約0.05〜約3重量%、または約0.1〜約1重量%の範囲で変化し得る。いくつかの適切な消泡剤は、参照によって本明細書に援用される、Mortier et al.,「Chemistry and Technology of Lubricants,」2nd Edition,London,Springer,Chapter 6,pages190-193(1996)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、腐蝕を減じ得る防蝕剤を含んでもよい。当業者によって公知の任意の防蝕剤が、潤滑性組成物中で用いられてもよい。適切な防蝕剤の非限定的な例としては、ドデシルコハク酸の半エステルまたはアミド、リン酸エステル、チオホスフェート、アルキルイミダゾリン、サルコシンおよびそれらの組み合わせが挙げられる。防蝕剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約5重量%、約0.05〜約3重量%、または約0.1〜約1重量%の範囲で変化しうる。いくつかの適切な防蝕剤は、参照によって本明細書に援用される、Mortier et al.,「Chemistry and Technology of Lubricants,」2nd Edition,London,Springer,Chapter 6,pages193-196(1996)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、摩擦および過度の磨耗を減じ得る、耐磨耗剤を含んでもよい。当業者に公知の任意の耐磨耗剤が、この潤滑性組成物中で用いられ得る。適切な耐磨耗剤の非限定的な例としては、ジチオリン酸亜鉛、ジチオリン酸の金属(例えば、Pb、Sb、Moなど)塩、ジチオカルバメートの金属(例えば、Zn、Pb、Sb、Moなど)塩、脂肪酸の金属(例えば、Zn、Pb、Sbなど)塩、ホウ素化合物、リン酸エステル、亜リン酸エステル、リン酸エステルまたはチオリン酸エステルのアミン塩、ジシクロペンタジエンおよびチオリン酸の反応生成物ならびにその組み合わせが挙げられる。耐磨耗剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約5重量%、約0.05〜約3重量%、または約0.1〜約1重量%の範囲で変化し得る。いくつかの適切な耐磨耗剤は、参照によって本明細書に援用される、Leslie R.Rudnick,「Lubricant Additives:Chemistry and Applications,」New York,Marcel Dekker,Chapter 8,pages223-258(2003)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、超高圧の条件下でスライドしている金属表面が焼き付くことを防ぎ得る、極圧添加剤(extreme pressure(EP)agent)を含んでもよい。当業者に公知の任意の極圧添加剤が、この潤滑性組成物中で用いられ得る。一般には、この極圧添加剤は、高荷重下で対面している金属表面の粗さ溶着(welding of asperities)を妨げる表面フィルムを形成するために金属と化学的に組み合わされ得る、化合物である。適切な極圧添加剤の非限定的な例としては、動物または植物の硫化した脂肪または油、動物または植物の硫化した脂肪酸エステル、三価または五価のリンの酸の完全にまたは部分的にエステル化されたエステル、硫化オレフィン、ジヒドロカルビルポリスルフィド、硫化したDiels−Alder付加体、硫化ジシクロペンタジエン、脂肪酸エステルおよび単不飽和オレフィンの硫化または共硫化配合物、脂肪酸、脂肪酸エステルおよびα−オレフィンの共硫化配合物、官能化置換されたジヒドロカルビルポリスルフィド、チア−アルデヒド、チア−ケトン、エピチオ化合物、イオウ含有アセタール誘導体、テルペンおよび非環式オレフィンの共硫化配合物、ならびにポリスルフィドオレフィン生成物、リン酸エステルまたはチオリン酸エステルのアミン塩、ならびにその組み合わせが挙げられる。極圧添加剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約5重量%、約0.05〜約3重量%、または約0.1〜約1重量%の範囲で変化し得る。いくつかの適切な極圧添加剤は、参照によって本明細書に援用される、Leslie R.Rudnick,「Lubricant Additives:Chemistry and Applications,」New York,Marcel Dekker,Chapter 8,pages223-258(2003)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、基油の酸化を減じるかまたは妨げ得る、抗酸化剤を含んでもよい。当業者に公知の任意の抗酸化剤が、この潤滑性組成物中で用いられ得る。適切な抗酸化剤の非限定的な例としては、アミンベースの抗酸化剤(例えば、アルキルジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキルまたはアラルキル置換フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化p−フェニレンジアミン、テトラメチル−ジアミノジフェニルアミンなど)、フェノール系酸化防止剤(例えば、2−tert−ブチルフェノール、4−メチル−2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、2,4,6−トリ−tert−ブチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール、2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、4,4’−メチレンビス−(2,6−ジ−tert−ブチルフェノール)、4,4’−チオビス(6−ジ−tert−ブチル−o−クレゾール)など)、イオウ系の抗酸化剤(例えば、ジラウリル−3,3’−チオジプロピオネート、硫化フェノール系酸化防止剤など)、リン系の抗酸化剤(例えば、亜リン酸エステルなど)、ジチオリン酸亜鉛、油溶性の銅化合物およびそれらの組み合わせが挙げられる。抗酸化剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約10重量%、約0.05〜約5重量%、または約0.1〜約3重量%の範囲で変化し得る。いくつかの適切な極圧添加剤は、参照によって本明細書に援用される、Leslie R.Rudnick,「Lubricant Additives:Chemistry and Applications,」New York,Marcel Dekker,Chapter1,pages1-28(2003)に記載されている。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、鉄金属表面の腐蝕を阻害し得るサビ止め剤を含んでもよい。当業者に公知の任意のサビ止め剤が、この潤滑性組成物中で用いられ得る。適切なサビ止め剤の非限定的な例としては、油溶性モノカルボン酸(例えば、2−エチルヘキサン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ベヘン酸、セロチン酸など)、油溶性ポリカルボン酸(例えば、トールオイル脂肪酸、オレイン酸、リノール酸などから生成されるもの)、アルケニルコハク酸であって、このアルケニル基は、10以上の炭素原子を含むアルケニルコハク酸(例えば、テトラプロペニルコハク酸、テトラデセニルコハク酸、ヘキサデセニルコハク酸など);長鎖α、ω−ジカルボン酸であって、600〜3000ダルトンの範囲の分子量を有するジカルボン酸およびそれらの組み合わせが挙げられる。サビ防止剤の量は、その潤滑性組成物の総重量に対して、約0.01〜約10重量%、約0.05〜約5重量%、または約0.1〜約3重量%の範囲で変化しうる。
添加物は、2つ以上の添加物を有する添加剤濃縮物の形態であってもよい。この添加剤濃縮物は、適切な希釈剤、最も好ましくは、適切な粘度の炭化水素油を含んでもよい。このような希釈剤は、天然油(例えば、鉱油)、合成油、およびその組み合わせからなる群より選択され得る。この鉱油の非限定的な例としては、パラフィン系の油、ナフテン系の油、アスファルトベースの油、およびそれらの組み合わせが挙げられる。合成の基油の非限定的な例としては、ポリオレフィン油(特に水素化したα−オレフィンオリゴマー)、アルキル化芳香族化合物、ポリアルキレンオキシド、芳香族エーテルおよびカルボキシレートエステル(特にジエステル油)およびそれらの組み合わせが挙げられる。ある実施形態では、この希釈剤は、天然または合成の両方の軽炭化水素油である。一般には、この希釈オイルは、40℃で13〜35センチストークの範囲の粘度を有し得る。
本明細書に開示される潤滑性組成物は、モーターオイル(またはエンジンオイルまたはクランクケースオイル)、トランスミッション液、ギアオイル、パワーステアリング液、ショックアブソーバ液、ブレーキ液、作動液および/またはグリースとしての使用に適する。
ある実施形態では、本明細書に開示される潤滑性組成物は、モーターオイルである。このようなモーターオイル組成物は、任意の往復式内部燃焼エンジン、往復式圧縮機およびクランクケースデザインの蒸気エンジンにおける全ての主な可動部を円滑にするために用いられ得る。自動車用途では、モーターオイル組成物はまた、熱いエンジン部を冷却するため、エンジンをサビおよび沈着なしに保つため、そして燃焼ガスの漏出に対してリングおよびバルブを密閉するために用いられ得る。このモーターオイル組成物は、基油およびエチレン/α−オレフィン共重合体を含み得る。このモーターオイル組成物はさらに、少なくとも1つの添加物を含んでもよい。ある実施形態では、このモーターオイル組成物はさらに、流動点降下剤、界面活性剤、分散剤、耐磨耗剤、抗酸化剤、摩擦調整剤、さび止め剤、またはそれらの組み合わせを含む。
他の実施形態では、本明細書に開示される潤滑性組成物は、自動車または産業上の適用のいずれかのためのギアオイルである。このギアオイル組成物は、ギア、リアアクスル、自動車変速機、ファイナルドライブアクセル、農業および建築設備における付属品、ギアハウジングおよび密閉チェーンドライブを円滑にするために用いられ得る。このギアオイル組成物は、基油およびエチレン/α−オレフィン共重合体を含んでもよい。このギアオイル組成物はさらに、少なくとも1つの添加物を含んでもよい。ある実施形態では、このギアオイル組成物はさらに、耐磨耗剤、極圧添加剤、さび止め剤、またはそれらの組み合わせを含む。
さらなる実施形態では、本明細書に開示された潤滑性組成物は、トランスミッション液である。このトランスミッション液組成物は、トランスミッションのロスを低減するために自動的トランスミッションまたは手動のトランスミッションのいずれかにおいて用いられ得る。このトランスミッション液組成物は、基油およびエチレン/α−オレフィン共重合体を含んでもよい。このトランスミッション液組成物はさらに、少なくとも1つの添加物を含んでもよい。ある実施形態では、このトランスミッション液組成物はさらに、摩擦調整剤、界面活性剤、分散剤、抗酸化剤、耐磨耗剤、極圧添加剤、流動点降下剤、消泡剤、防蝕剤またはそれらの組み合わせを含む。
さらなる実施形態では、本明細書に開示されるこの潤滑性組成物は、長期の潤滑が必要とされ、そしてオイルが、例えば、垂直のシャフトでは保持されない、種々の適用において用いられるグリースである。このグリース組成物は、基油、エチレン/α−オレフィン共重合体および増粘剤を含んでもよい。ある実施形態では、このグリース組成物はさらに、錯化剤、抗酸化剤、耐磨耗剤、極圧添加剤、消泡剤、防蝕剤またはそれらの組み合わせを含む。ある実施形態では、この増粘剤は、金属水酸化物(例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛など)と脂肪、脂肪酸またはエステルとを反応させることによって生成されるセッケンである。一般には、用いられるセッケンのタイプは、所望されるグリースの特性に依存する。他の実施形態では、この増粘剤は、粘土、シリカゲル、カーボンブラック、種々の合成の有機物およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるセッケンでない増粘剤であってもよい。さらなる実施形態では、この増粘剤は、セッケンおよび非セッケンの増粘剤の組み合わせを含む。
潤滑性組成物を調製するプロセス
本明細書に開示される潤滑性組成物は、潤滑油を作成するために当業者に公知の任意の方法によって調製され得る。ある実施形態では、基油が、エチレン/α−オレフィン共重合体および必要に応じて少なくとも1つの添加物と混和または混合されてもよい。このエチレン/α−オレフィン共重合体および任意の添加物は、個々にまたは同時に基油に添加されてもよい。ある実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体および任意の添加物は、1回以上の添加において個々に基油に添加され、そしてこの添加は任意の順序であってもよい。他の実施形態では、このエチレン/α−オレフィン共重合体およびその添加物は、基油に同時に、必要に応じて添加剤濃縮物の形態で添加される。ある実施形態では、基油中でのこのエチレン/α−オレフィン共重合体または任意の固体添加物の可溶化は、その混合物を約25〜約200℃、約50〜約150℃、または約75〜約125℃の温度まで加熱することによって補助され得る。
当業者に公知の任意の混合または分散の装置が、成分を混和、混合または可溶化するために用いられてもよい。この混和、混合または可溶化は、ブレンダー、撹拌機、分散装置(disperser)、ミキサー(mixer)(例えば、Ross二重遊星形(planetary mixers)およびCollette遊星形ミキサー)、ホモジナイザー(例えば、GaulinホモジナイザーおよびRannieホモジナイザー)、ミル(例えば、コロイドミル、ボールミル、およびサンドミル)または当分野で公知の任意の他の混合または分散装置で行われてもよい。
本発明の実施形態は、基油およびエチレン/α−オレフィン共重合体から生成された潤滑性組成物を提供する。好ましくは、このエチレン/α−オレフィン共重合体は、少なくとも1つのソフトブロックおよび少なくとも1つのハードブロックを含むマルチブロックコポリマーである。
以下の実施例は、本発明の実施形態を例示するために提示されるが、本発明を、説明される特定の実施形態に限定するものではない。逆に示さない限り、全ての部分および割合は重量による。全ての数値は近似である。数値範囲が与えられる場合、言及される範囲の外側の実施形態は、本発明の範囲内にやはりおさまり得るということが理解されるべきである。各々の実施例において記載される特定の詳細は、本発明の必須の特徴として解釈されるべきではない。
試験方法
以下の実施例では、以下の分析技術が使用される:
サンプル1〜4およびA〜CについてGPC法
160℃に設定された加熱針を装備した自動化液体処理ロボットを用いて、各々の乾燥ポリマーサンプルに対して300ppmのIonolで安定化した十分な1,2,4−トリクロロベンゼンを添加して、30mg/mLという最終濃度を得る。小さいガラス撹拌ロッドを各々のチューブに入れて、そのサンプルを、250rpmで回転する加熱式オービタルシェーカーを用いて160℃で2時間加熱する。次いで濃縮されたポリマー溶液を、自動化液体処理ロボットおよび160℃に設定された加熱針を用いて1mg/mlに希釈する。
Symyx Rapid GPCシステムを用いて各々のサンプルについての分子量データを決定する。2.0ml/分の流量に設定したGilson 350ポンプを用いて、直列に配置され、160℃に加熱された3つのPlgel10マイクロメーター(μm)MixedB300mm×7.5mmカラムを通して300ppmのIonolで安定化させヘリウム−でパージした1,2−ジクロロベンゼンを移動相としてポンプで送る。エバポレーターを250℃に設定し、ネブライザーを165℃に設定し、および窒素流量を60〜80psi(400〜600kPa)N2の圧で1.8SLMに設定したPolymer Labs ELS 1000 Detectorを用いる。ポリマーサンプルを160℃に加熱して、各々のサンプルを、液体処理ロボットおよび加熱ニードルを用いて250μlのループに注入した。2つの切り替えループおよび重複注入を用いるポリマーサンプルの連続的分析を用いる。このサンプルデータを収集して、Symyx Epoch(商標)ソフトウェアを用いて分析する。ピークを手技的に積分するが、報告された分子量情報は、ポリスチレン標準検量線に対して未補正である。
標準的なCRYSTAF方法
分枝分布は、PolymerChar,Valencia,Spainから市販されているCRYSTAF 200ユニットを用いて結晶分析分別(crystallization analysis fractionation)(CRYSTAF)によって決定する。このサンプルは、160℃で1,2,4トリクロロベンゼン(0.66mg/mL)に1時間溶解させ、そして95℃で45分間安定化させる。サンプリング温度は、0.2℃/分の冷却速度で95〜30℃におよぶ。赤外線検出器を用いて、ポリマー溶液の濃度を測定する。累積溶解濃度は、温度の低下と同時にポリマーが結晶化する間に測定する。累積プロフィールの分析導関数は、そのポリマーの短鎖分枝分布を反映する。
CRYSTAFのピーク温度および面積は、CRYSTAFソフトウェア(Version 2001.b,PolymerChar,Valencia,Spain)に含まれるピーク分析モジュールによって特定される。CRYSTAFピーク検出法(finding routine)は、ピーク温度をdW/dT曲線の最大値として特定し、そしてその微分曲線におけるその特定されたピークの両側の正の最大変曲間の面積を特定する。CRYSTAF曲線を算出するために、好ましい処理パラメーターは、70℃の温度限界を有し、ならびにその温度限界より上では0.1の、およびその温度限界より下では0.3の平滑化パラメーターを有するものである。
DSC標準法(サンプル1〜4およびA〜Cを除く)
示差走査熱量測定(Differential Scanning Calorimetry)の結果は、RCS冷却アクセサリおよびオートサンプラーを装備したTAIモデルQ1000 DSCを用いて決定する。50ml/分という窒素パージガス流を用いる。このサンプルを、薄膜にプレスして、約175℃でプレス内で溶融し、次いで室温(25℃)まで空冷する。次いで3〜10mgの物質を6mmの直径のディスクに切断し、正確に秤量し、軽量アルミのパン(約50mg)に入れ、次いで圧着する。サンプルの熱挙動は、以下の温度プロフィールで検討する。このサンプルを180℃まで急速に加熱して、3分間恒温に保持して、以前の熱履歴を除く。次いで、このサンプルを10℃/分の冷却速度で−40℃まで冷却し、−40℃で3分間保持する。次いで、このサンプルを10℃/分の加熱速度で150℃まで加熱する。その冷却および第二の加熱曲線を記録する。
DSC融解ピークは、−30℃と融解終点との間にひいた直線のベースラインに関する熱流量(W/g)における最大として測定される。融解熱は直線のベースラインを用いて−30℃と融解終点との間の融解曲線の下の面積として測定される。
GPC法(サンプル1〜4およびA〜Cを除く)
このゲル浸透クロマトグラフィーシステムは、Polymer Laboratories Model PL−210またはPolymer Laboratories Model PL−220のいずれかの装置から構成される。このカラムおよびカルーセルの区画は、140℃で操作される。3つのPolymer Laboratories 10ミクロン Mixed−Bカラムを用いる。この溶媒は、1,2,4トリクロロベンゼンである。サンプルは、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する50ミリリットルの溶媒中に0.1グラムというポリマー濃度で調製する。サンプルは、160℃で2時間、軽く撹拌することによって調製する。用いられる注入容積は、100μlであり、そして流量は1.0ml/分である。
GPCカラムセットの較正は、個々の分子量の間の少なくとも10の隔たりがある6つの「カクテル(cocktail)」混合物で準備した、580〜8,400,000におよぶ分子量を有する、21個の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質で行われる。この標準物質は、Polymer Laboratories(Shropshire,UK)から購入する。ポリスチレン標準物質は、分子量1,000,000以上については、50ミリリットルの溶媒中に0.025グラムで、そして分子量1,000,000未満については50ミリリットル中に0.05グラムで調製する。このポリスチレン標準物質は、穏やかに撹拌しながら80℃で30分間溶解する。狭い標準物質混合物を最初にランし、そして分解を最小にするために最も高い分子量の成分から低いものへと順番にランする。ポリスチレン標準物質ピーク分子量を、以下の式を用いてポリスチレン分子量に変換する(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載のように:Mホ゜リエチレン=0.431(Mホ゜リスチレン)。
ポリエチレン等量分子量の計算は、Viscotek TriSECソフトウェアのVersion3.0を用いて行う。
圧縮永久ひずみ
圧縮永久ひずみは、ASTMD395に従って測定する。このサンプルは、総厚みが12.7mmに達するまで、3.2mm、2.0mmおよび0.25mmという厚みの25.4mmの直径の丸いディスクを重ねることによって調製する。このディスクは、以下の条件下においてホットプレスで成形した12.7cm×12.7cmの圧縮成形プラックから切り出す:190℃で3分間ゼロ圧、続いて190℃で2分間86MPa、続いてプレス内部で冷水を流しながら86MPaで冷却。
密度
密度測定のためのサンプルは、ASTMD1928に従って調製する。測定は、ASTMD792、方法Bを用いて1時間内のサンプルプレスで行う。
屈曲/割線弾性率/貯蔵弾性率
サンプルは、ASTMD1928を用いて圧縮成形する。曲げ弾性率および2%の割線弾性率を、ASTM D−790に従って測定する。貯蔵弾性率はASTM D5026−01または等価な技術に従って測定する。
光学的特性
0.4mmの厚みのフィルムを、ホットプレス(Carver Model#4095−4PR1001R)を用いて圧縮成形する。このペレットは、ポリテトラフルオロエチレンシートの間に置いて、190℃で55psi(380kPa)で3分間、続いて1.3MPaで3分間、次いで2.6MPaで3分間加熱する。次いで、このフィルムを、1.3Mpaで1分間、冷水を流しながらプレス中で冷却する。この圧縮成形フィルムを、光学測定、引張挙動、回復および応力緩和のために用いる。
透明度は、ASTMD1746で特定されたようにBYK Gardner Haze−gardを用いて測定する。
45°光沢(gloss)は、ASTM D−2457に特定されたように、BYK Gardner Glossmeter Microgloss45°を用いて測定する。
内部の曇り(internal haze)は、ASTMD1003手順Aに基づいてBYK Gardner Haze−gardを用いて測定する。鉱油をこのフィルムの表面に塗布して、表面のスクラッチを除去する。
機械的特性−引張、ヒステリシス(履歴現象)および引裂
短軸引張における応力−ひずみ挙動を、ASTMD1708微小引張試験片(microtensile specimens)を用いて測定する。サンプルは、21℃で1分あたり500%でInstronを用いて延伸する。引張強度および破断点伸度は、5つの試験片の平均から報告される。
100%および300%のヒステリシスは、Instron(商標)装置でASTMD1708微小引張試験片を用いて100%および300%までの循環荷重から決定される。サンプルに、21℃で3サイクル、1分あたり267%で荷重を負荷し、除荷する。300%および80℃でのサイクル実験は、環境チャンバを用いて行う。80℃の実験では、サンプルは、試験の前に試験温度で45分間、平衡化させる。21℃、300%ひずみのサイクル実験では、第一の除荷のサイクルからの150%のひずみでの収縮性応力を記録する。全ての実験についての回復パーセントは、荷重がベースラインに戻るひずみを用いて第一の除荷サイクルから算出する。回復パーセントは以下に規定される:
回復%=(εf−εs)/εf×100
ここでεfは、循環荷重についてとったひずみであり、εsは、1回目の除荷サイクルの間に荷重がベースラインに戻るひずみである。
応力緩和は、環境チャンバを装備したInstron(商標)装置を用いて、50%のひずみおよび37℃で12時間、測定する。ゲージの形状は76mm×25mm×0.4mmであった。環境チャンバ中で37℃で45分間の平衡させた後、サンプルを1分あたり333%で50%ひずみまで延伸した。応力は、時間の関数として12時間記録した。12時間後の応力緩和パーセントは式:
応力緩和%=(L0−L12)/L0×100
を用いて算出した。
ここでL0は、0時点での50%ひずみの荷重であり、そしてL12は、12時間後時点の50%ひずみの荷重である。
引張ノッチ付引裂実験(tensile notched tear experiments)は、Instron(商標)装置を用いて0.88g/cc以下の密度を有するサンプルで行う。この形状は、76mm×13mm×0.4mmのゲージ部分からなり、このサンプルにはその試験片の長さの半分の位置に2mmの切込みが入っている。そのサンプルが壊れるまで、21℃で1分あたり508mmで延伸させる。この引裂エネルギーは、最大荷重でのひずみまでの応力−伸長曲線下面積として算出する。少なくとも3つの試験片の平均が報告される。
TMA
熱機械的分析(Thermal Mechanical Analysis)(針入温度)は、180℃および10MPa成形圧で5分間形成され、次いで風で急速冷却された、30mm直径×3.3mm厚みの圧縮成形ディスクで行う。用いた装置は、Perkin−Elmerから入手可能なブランド、TMA7である。この試験では、1.5mmの半径の先端を有するプローブ(P/N N519−0416)を、1Nの力を用いてサンプルディスクの表面に適用する。その温度を25℃から1分あたり5℃上昇させる。このプローブ針入距離は、温度の関数として測定される。このプローブがサンプルに1mm針入した時、実験が終わる。
DMA
動的機械分析(Dynamic Mechanical Analysis)(DMA)は、180℃で10MPaの圧力で5分間、ホットプレス中において成形され、次いで1分あたり90℃でこのプレス中で水冷された圧縮成形ディスクで測定する。試験は、ねじり試験のための二重カンチレバー固定具を装備したARES制御ひずみレオメーター(TA instrument)を用いて行う。
1.5mmのプラックをプレスして、32×12mmの寸法のバーに切断する。そのサンプルを10mm(グリップ間隔ΔL)ずつ隔てた固定具の間において両端でクランプして、−100℃〜200℃の逐次的温度段階(1段階あたり5℃)に供する。各々の温度でねじり剛性率G’を、10rad/sの角周波数で測定し、このひずみ振幅は、トルクが十分であること、そして測定値が直線状態のままあることを保証するために0.1パーセント〜4パーセントの間で維持させる。
10gという最初の静止力を維持して(自動引っ張り方式)、熱膨張が生じる時のサンプル中のゆるみを防ぐ。結果として、グリップ間隔ΔLは、温度とともに、特に、ポリマーサンプルの融点または軟化点より上で、増大する。試験は、最大温度か、または固定具の間の隙間が65mmに達した時に終わる。
メルトインデックス
メルトインデックスI2は、ASTM D1238,条件190℃/2.16kgに従って測定する。メルトインデックスI10はまた、ASTM D1238,条件190℃/10kgに従って測定する。
ATREF
分析的昇温溶離分別(analytical temperature rising elution fractionation)(ATREF)分析は、その全体が参照によって本明細書に援用される、米国特許第4,798,081号およびWilde,L.;Ryle,T.R.;Knobeloch,D.C.;Peat,I.R.;Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymer,J.Polym.Sci.,20,441〜455(1982)に記載された方法に従って行う。分析されるべき組成物は、トリクロロベンゼンに溶解して、1分あたり0.1℃の冷却速度で20℃までゆっくり温度を下げることによって、不活性支持体(ステンレス鋼ショット)を含むカラム中で結晶させる。このカラムには、赤外線検出器が装備されている。次いで、1分あたり1.5℃の速度で20から120℃へ溶出溶媒(トリクロロベンゼン)の温度をゆっくり上昇させることによりカラムから結晶化ポリマーサンプルを溶出することによって、ATREFのクロマトグラフィー曲線を作成する。
13C NMR分析
サンプルは、10mmのNMRチューブ中で0.4gのサンプルに対してテトラクロロエタン−d2/オルトジクロロベンゼンの50/50の混合物の約3gを添加することによって調製する。そのサンプルは、このチューブおよびその内容物を150℃に加熱することによって溶解して、均質化する。100.5MHzという13Cの共振周波数に相当する、JEOL Eclipse(商標)400MHz分光計、またはVarian Unity Plus(商標)400MHz分光計を用いてデータを収集する。そのデータは、6秒のパルス繰り返し時間遅延により1データファイルについて4000の減衰シグナルを用いて得る。定量的分析のための最小のシグナル対ノイズ比を達成するために、複数のデータファイルを一緒に加える。スペクトルの幅は25,000Hzであり、最小のファイルサイズは32Kのデータポイントである。このサンプルは、10mmの広帯域プローブ中で130℃で分析する。コモノマーの取り込みは、その全体が参照によって本明細書に援用される、Randallのトライアッド法(Randall,J.C.;JMS-Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29,201-317(1989)を用いて決定される。
TREFによるポリマー分画
大規模なTREF分画は、160℃で4時間撹拌することによって2リットルの1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)中に15〜20gのポリマーを溶解することによって行う。このポリマー溶液は、30−40メッシュ(600〜425μm)球状の、技術的品質のガラスビーズ(Potters Industries,HC30 Box20,Brownwood,TX,76801から入手可能)およびステンレス鋼、0.028”(0.7mm)の直径のカットワイアショット(Pellets,Inc.63 Industrial Drive,North Tonawanda,NY,14120から入手可能)の60:40(v:v)混合物をパックした3インチ×4フィート(7.6cm×12cm)のスチールカラム上に15psig(100kPa)窒素によって圧入する。このカラムを、160℃に最初に設定した、熱制御されたオイルジャケットに浸す。このカラムは125℃に弾道的に最初に冷却し、次いで1分あたり0.04℃で20℃までゆっくり冷却して、1時間保持する。新鮮なTCBは、温度を1分あたり0.167℃で上昇させながら、1分あたり約65mlで導入する。
分取TREFカラムからの約2000mL分の溶離液を、16のステーションの加熱されたフラクションコレクターに収集する。このポリマーを、約50〜100mlのポリマー溶液が残るまで、ロータリーエバポレーターを用いて各々の画分中で濃縮させる。この濃縮溶液を、一晩静置させて、その後に、過剰のメタノールを添加し、濾過して、洗浄する(最終の洗浄を含む約300〜500mlのメタノール)。濾過工程は、5.0μmのポリテトラフルオロエチレンコーティング濾紙(Osmonics Inc.から入手可能、カタログ番号Z50WP04750)を用いて、3位置の真空利用濾過ステーションで行う。濾過された画分は、60℃で真空オーブン中において一晩乾燥させて、さらなる試験の前に化学天秤で秤量する。
溶融強度
溶融強度(MS)は、2.1mmの直径、約45度の入口角を有する20:1のダイと適合されたキャピラリーレオメータを用いることによって測定する。190℃で10分間サンプルを平衡化した後、このピストンを1分あたり1インチ(2.54cm/分)の速度で動かす。標準試験温度は190℃である。サンプルを2.4mm/秒2の加速を有するダイの100mm下に配置される1セットの加速ニップに一軸に延伸する。必要な張力は、ニップロールの巻き取り速度の関数として記録する。試験の間に到達する最大張力が、溶融強度として規定される。ドローレゾナンスを示すポリマー溶融の場合、ドローレゾナンスの発生の前の張力が、溶融強度とされた。溶融強度は、センチニュートン(centiNewtons)(「cN」)で記録される。
触媒
「一晩(overnight)」という用語を用いる場合、約16〜18時間の時間をいい、「室温(room temperature)」とは、20〜25℃の温度をいい、そして「混合アルカン(mixed alkanes)」という用語は、ExxonMobil Chemical Companyから、IsoparE(登録商標)という商品名で利用可能なC6-9脂肪族炭化水素の商業的に得られる混合物を指す。この事象では、本明細書において化合物の名称が、その構造図に従わない場合には、構造図が優先するものとする。全ての金属錯体の合成および全てのスクリーニング実験の準備は、ドライボックス技術を用いて乾燥窒素雰囲気で行った。用いた全ての溶媒は、HPLC等級であって、その使用前に乾燥させた。
MMAOとは、Akzo−Nobla Corporationから市販されている、修飾メチルアルモキサン、トリイソブチルアルミニウム変性メチルアルモキサンをいう。
触媒(B1)の調製は、以下のとおり行う。
a)(1−メチルエチル)(2−ヒドロキシ−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)メチルイミンの調製
3,5−ジ−t−ブチルサリチルアルデヒド(3.00g)を10mLのイソプロピルアミンに添加する。この溶液は急速に鮮黄色に変わる。周囲温度での3時間の撹拌後、揮発性物質を減圧下で取り出して、鮮黄色の結晶性固体を得る(97パーセント収率)。
b)1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(1−メチルエチル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジルの調製
(1−メチルエチル)(2−ヒドロキシ−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミン(605mg、2.2ミリモル)を5mLのトルエンに含有する溶液を、50mLのトルエンにZr(CH2Ph)4(500mg、1.1mmol)を含む溶液にゆっくり添加する。得られた濃黄色の溶液を30分間撹拌する。溶媒を減圧下で除去して、所望の生成物を赤褐色固体として得る。
触媒(B2)の調製は以下のとおり行う。
a)(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミンの調製
2−メチルシクロヘキシルアミン(8.44mL、64.0mmol)をメタノール(90mL)に溶解して、ジ−t−ブチルサリチルアルデヒド(10.00g、42.67mmol)を添加する。その反応混合物を3時間撹拌し、ついで−25℃で12時間冷却する。得られた黄色固体沈殿物を濾過によって収集して、冷メタノール(2×15mL)で洗浄し、次いで、減圧下で乾燥させる。収量は、11.17gの黄色固体である。1H NMRは、異性体の混合物として所望の生成物と一致する。
b)ビス−(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミノ)ジルコニウムジベンジルの調製
(1−(2−メチルシクロヘキシルアミン)エチル)2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミン(7.63g、23.2mmol)を含有する200mLのトルエンの溶液を、600mLのトルエンに含有されるZr(CH2Ph)4(5.28g、11.6mmol)の溶液にゆっくり添加する。得られた濃黄色の溶液を25℃で1時間撹拌する。その溶液を680mLのトルエンでさらに希釈して、0.00783Mの濃度を有する溶液を得る。
共触媒1.実質的に米国特許第5,919,9883号、実施例2に開示されるように、長鎖トリアルキルアミン(Armeen(商標)M2HT、Akzo−Nobel,Incから入手可能)、HClおよびLi[B(C654]の反応によって調製される、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(本明細書において以降ではホウ酸アルミニウム)のメチルジ(C14-18アルキル)アンモニウム塩の混合物。
共触媒2.米国特許第6,395,671号、実施例16に従って調製された、ビス(トリス(ペンタフルオロフェニル)−アルマネ)−2−ウンデシルイミダゾリドの混合C14-18アルキルジメチルアンモニウム塩。
可逆的移動剤。使用される可逆的移動剤としては、ジエチル亜鉛(DEZ、SA1)、ジ(i−ブチル)亜鉛(SA2)、ジ(n−ヘキシル)亜鉛(SA3)、トリエチルアルミニウム(TEA,SA4)、トリオクチルアルミニウム(SA5)、トリエチルガリウム(SA6)、i−ブチルアルミニウム ビス(ジメチル(t−ブチル)シロキサン)(SA7)、i−ブチルアルミニウム ビス(ジ(トリメチルシリル)アミド)(SA8)、n−オクチルアルミニウム ジ(ピリジン−2−メトキシド)(SA9)、ビス(n−オクタデシル)i−ブチルアルミニウム(SA10)、i−ブチルアルミニウム ビス(ジ(n−ペンチル)アミド)(SA11)、n−オクチルアルミニウム ビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシド)(SA12)、n−オクチルアルミニウム ジ(エチル(1−ナフチル)アミド)(SA13)、エチルアルミニウム ビス(t−ブチルジメチルシロキシド)(SA14)、エチルアルミニウム ジ(ビス(トリメチルシリル)アミド)(SA15)、エチルアルミニウム ビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)(SA16)、n−オクチルアルミニウム ビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)(SA17)、n−オクチルアルミニウム ビス(ジメチル(t−ブチル)シロキシド(SA18)、エチル亜鉛(2,6−ジフェニルフェノキシド)(SA19)およびエチル亜鉛(t−ブトキシド)(SA20)が挙げられる。
実施例1−4、比較A−C
一般的なハイスループットパラレル重合条件
重合は、Symyx technologies,Inc.から入手可能なハイスループットの並列式重合反応装置(parallel polymerization reactor)(PPR)を用いて行い、そして米国特許の6,248,540号、同第6,030,917号、同第6,362,309号、同第6,306,658号および同第6,316,663号に実質的に従って操作する。エチレン共重合は、用いた総触媒に基づいて共触媒1の1.2当量(MMAOが存在する場合1.1当量)を用いて、必要時にエチレンを用いて130℃でかつ200psi(1.4MPa)で行う。一連の重合は、予め秤量したガラスチューブが取り付けられている48の個々の反応セルを6x8配列で備えている並列式耐圧反応装置(PPR)で行う。各々の反応装置セル中の作業容積は6000μLである。各々のセルは、個々の撹拌パドルによって与えられる撹拌で制御される温度および圧力が制御される。モノマーのガスおよびクエンチガスをPPRユニットに直接配管して、自動バルブで制御する。液体試薬を、シリンジによって各々の反応装置セルにロボット制御により添加して、そのリザーバー溶媒は混合アルカンである。添加の順序は、混合アルカン溶媒(4ml)、エチレン、1−オクテンコモノマー(1ml)、共触媒1または共触媒1/MMAO混合物、可逆的移動剤、および触媒または触媒混合物である。共触媒1およびMMAOの混合物、または2つの触媒の混合物を用いる場合、その試薬は、反応装置への添加の直前に小さいバイアル中で事前に混合する。実験で試薬が省略される場合、その他は上記の順序の添加が維持される。重合は、所定のエチレン消費に到達するまで、約1〜2分間行う。COでのクエンチング後、その反応装置を冷却して、ガラスチューブを取り外す。そのチューブを遠心分離/真空乾燥ユニットに移して、60℃で12時間乾燥する。乾燥されたポリマーを含むチューブを秤量して、その重量と風袋重量との間の相違で、ポリマーの正味の収量が得られる。結果は表1に含まれる。表1で、そして本出願のどこかでは、比較化合物は、星印(*)によって示される。
実施例1〜4は、極めて狭いMWDの形成によって証明されるような本発明による線状ブロックコポリマー、特にDEZが存在する場合は単頂性のコポリマー、そしてDEZの非存在下における二頂性の広い分子量分布の生成物(別々に生成されたポリマーの混合物)の合成を実証する。触媒(A1)が触媒(B1)よりもオクテンを組み込むことが公知であるという事実に起因して、本発明の得られたコポリマーの種々のブロックまたはセグメントは、分枝または密度に基づいて識別可能である。
Figure 2008540698
本発明に従って生成されるポリマーは、可逆的移動剤の非存在下で調製したポリマーよりも比較的狭い多分散性(Mw/Mn)および比較的大きいブロック−コポリマー含量(三量体、四量体またはそれ以上)を有することが示され得る。
さらなる特性付けのために、図を参照して、表1のポリマーについてのデータを判定する。さらに詳細にはDSCおよびATREFの結果によって、以下が示される:
実施例1のポリマーについてのDSC曲線は、158.1J/gという融解熱で115.7℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、34.5℃で最高のピークを示し、52.9パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間の相違は81.2℃である。
実施例2のポリマーのDSC曲線は、214.0J/gの融解熱で109.7℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、46.2℃で最高のピークを示し、57.0パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間の相違は63.5℃である。
実施例3のポリマーのDSC曲線は、160.1J/gの融解熱で120.7℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、66.1℃で最高のピークを示し、71.8パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間の相違は54.6℃である。
実施例4のポリマーのDSC曲線は、170.7J/gの融解熱で104.5℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃で最高のピークを示し、18.2パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間の相違は74.5℃である。
比較AのDSC曲線は、86.7J/gの融解熱で90.0℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、48.5℃で最高のピークを示し、29.4パーセントのピーク面積である。これらの値の両方とも、密度が低い樹脂と一致する。DSC TmとTcrystafとの間の相違は41.8℃である。
比較BのDSC曲線は、237.0J/gの融解熱で129.8℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、82.4℃で最高のピークを示し、83.7パーセントのピーク面積である。これらの値の両方とも、密度が高い樹脂と一致する。DSC TmとTcrystafとの間の相違は47.4℃である。
比較CのDSC曲線は、143.0J/gの融解熱で125.3℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、34.7パーセントのピーク面積で81.8℃で最高のピークを、そして52.4℃でより低い結晶ピークを示す。この2つのピークの間の分離は、高結晶性および低結晶性のポリマーの存在と一致する。DSC TmとTcrystafとの間の相違は43.5℃である。
実施例5−19、比較D−F、連続的溶液重合、結晶A1/B2+DEZ
連続溶液重合は、内部スターラーを装備したコンピューター制御のオートクレーブ反応装置で行う。精製された混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なIsopar(商標)E)、エチレン2.70lbs/時間(1.22kg/時間)、1−オクテンおよび水素(用いる場合)を、温度制御のためのジャケットおよび内部熱電対を装備した3.8Lの反応装置に供給する。この反応装置へ供給された溶媒は、マスフローコントローラーによって測定する。変速ダイヤフラムポンプが、溶媒流量および反応装置に対する圧を制御する。ポンプの排出の際に、側流をとって触媒および共触媒1注入ラインおよび反応装置撹拌のためのフラッシュフローを設ける。これらのフローは、Micro−Motionマスフローメーターによって測定して、制御バルブによって、またはニードルバルブの手動調節によって制御する。残りの溶媒を、1−オクテン、エチレンおよび水素(用いる場合)と合わせて、反応装置に供給する。マスフローコントローラーを用いて、必要に応じて反応装置に水素を供給する。溶媒/モノマー溶液の温度は、反応装置に入れる前、熱交換器の使用によって制御する。この流れを反応装置の底に入れる。触媒成分溶液を、ポンプおよびマスフローメーターを用いて測定して、触媒フラッシュ溶媒とあわせ、そして反応装置の底に入れる。その反応装置を激しく撹拌しながら500psig(3.45MPa)で液体を満たして反応させる。生成物を反応装置の頂部の出口ラインから取り出す。反応装置からの全ての出口ラインは蒸気トレースおよび絶縁が施されている。重合は、任意の安定化剤または他の添加物とともに出口ラインに少量の水を添加すること、および静的ミキサーを通じた混合物の通過によって停止させる。次いで、この生成物の流れを、脱揮の前に熱交換器を通過させることによって加熱する。ポリマー生成物は、脱揮押出機および水冷ペレタイザーを用いる押出によって回収する。プロセスの詳細および結果は表2に含まれる。選択されたポリマーの特性を表3に提供する。
Figure 2008540698
Figure 2008540698
得られたポリマーは、前の実施例と同様に、DSCおよびATREFによって試験される。
結果は以下のとおりである:
実施例5のポリマーのDSC曲線は、60.0J/gの融解熱で119.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、47.6℃で最高のピークを示し、59.5パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは72.0℃である。
実施例6のポリマーのDSC曲線は、60.4J/gの融解熱で115.2℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、44.2℃で最高のピークを示し、62.7パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは71.0℃である。
実施例7のポリマーのDSC曲線は、69.1J/gの融解熱で121.3℃の融点を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、49.2℃で最高のピークを示し、29.4パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは72.1℃である。
実施例8のポリマーのDSC曲線は、67.9J/gの融解熱で123.5℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、80.1℃で最高のピークを示し、12.7パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは43.4℃である。
実施例9のポリマーのDSC曲線は、73.5J/gの融解熱で124.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、80.8℃で最高のピークを示し、16.0パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは43.8℃である。
実施例10のポリマーのDSC曲線は、60.7J/gの融解熱で115.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、40.9℃で最高のピークを示し、52.4パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは74.7℃である。
実施例11のポリマーについてのDSC曲線は、70.4J/gの融解熱で113.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、25.2パーセントのピーク面積で39.6℃で最高のピークを示す。DSC TmとTcrystafとの間のΔは74.1℃である。
実施例12のポリマーについてのDSC曲線は、48.9J/gという融解熱で113.2℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃以上のピークを示さない。(従って、さらなる計算の目的のためのTcystafは30℃に設定する)。DSC TmとTcrystafとの間のΔは83.2℃である。
実施例13のポリマーのDSC曲線は、49.4J/gの融解熱で114.4℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、33.8℃で最高のピークを示し、7.7パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは84.4℃である。
実施例14のポリマーのDSC曲線は、127.9J/gの融解熱で120.8℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、72.9℃で最高のピークを示し、92.2パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは47.9℃である。
実施例15のポリマーのDSC曲線は、36.2J/gの融解熱で114.3℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、32.3℃で最高のピークを示し、9.8パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは82.0℃である。
実施例16のポリマーのDSC曲線は、44.9J/gの融解熱で116.6℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、48.0℃で最高のピークを示し、65.0パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは68.6℃である。
実施例17のポリマーについてのDSC曲線は、47.0J/gの融解熱で116.0℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、56.8パーセントのピーク面積で43.1℃で最高のピークを示す。DSC TmとTcrystafとの間のΔは72.9℃である。
実施例18のポリマーについてのDSC曲線は、141.8J/gという融解熱で120.5℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、70.0℃で最高のピークを示し、94.0パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは50.5℃である。
実施例19のポリマーのDSC曲線は、174.8J/gの融解熱で124.8℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、79.9℃で最高のピークを示し、87.9パーセントのピーク面積である。DSC TmとTcrystafとの間のΔは45.0℃である。
比較DのポリマーについてのDSC曲線は、31.6J/gの融解熱で37.3℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃以上のピークを示さない。これらの値の両方とも、低密度である樹脂と一致する。DSC TmとTcrystafとの間のΔは7.3℃である。
比較EのポリマーについてのDSC曲線は、179.3J/gの融解熱で124.0℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、79.3℃で最高のピークを示し、94.6パーセントのピーク面積である。これらの値の両方とも、高密度である樹脂と一致する。DSC TmとTcrystafとの間のΔは44.6℃である。
比較FのポリマーについてのDSC曲線は、90.4J/gの融解熱で124.8℃の融点(Tm)を有するピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、77.6℃で最高のピークを示し、19.5パーセントのピーク面積である。2つのピークの間の隔たりは、高結晶性ポリマーと低結晶性ポリマーの両方の存在と一致する。DSC TmとTcrystafとの間のΔは47.2℃である。
物理的特性試験
ポリマーサンプルは、物理的特性、例えば、TMA温度試験によって証明されるような高温耐性の特性、ペレットブロックキング強度、高温回復、高温圧縮永久ひずみ、および貯蔵弾性率G’(25℃)/G’(100℃)について評価される。いくつかの市販のポリマーが、試験に含まれる:比較G*は実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(AFFINITY(登録商標)、The Dow Chemical Companyから入手可能)であり、比較H*は、エラストマーで、実質的には線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(AFFINITY(登録商標)EG8100、Dow Chemical Companyから入手可能)であり、比較Iは、実質的には線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(AFFINITY(登録商標)PL1840、The Dow Chemical Companyから入手可能)であり、比較Jは、水素化スチレン/ブタジエン/スチレントリブロックコポリマー(KRATON(商標)G1652,KRATON Polymersから入手可能)であり、比較Kは、熱可塑性加硫物(TPV,架橋されたエラストマーをその中に分散して含むポリオレフィン混合物)である。結果は表4に示す。
Figure 2008540698
表4では、比較F(触媒A1およびB1を用いる同時の重合から生じる2つのポリマーの物理的な混合物である)は、約70℃という1mm針入温度であるが、実施例5〜9は、100℃以上の1mm針入温度を有する。さらに実施例10〜19は全てが、85℃より大きい1mm針入温度を有し、ほとんどが、90℃を超えるかまたはさらには100℃より大きい1mmのTMA温度を有する。これによって、新規なポリマーは、物理的な混合物に比較して、より高い温度でより良好な寸法安定性を有することが示される。比較J(市販のSEBS)は、約107℃という良好な1mmのTMA温度を有し、ただし、これは約100パーセントという極めて乏しい(高温70℃)圧縮永久ひずみを有し、そしてまた高温(80℃)300パーセントひずみ回復の間に回復できない(サンプルが壊れた)。従って、例示されたポリマーは、いくつかの市販の高性能の熱可塑性エラストマーにおいてでさえ得ることができない特性の固有の組み合わせを有する。
同様に、表4は、本発明のポリマーについて、6以下という低い(良好な)貯蔵弾性率比G’(25℃)/G’(100℃)を示すが、物理的混合物(比較F)は、9という貯蔵弾性率比を有し、そして同様の密度のランダムなエチレン/オクテンコポリマー(比較G)は、1桁大きい貯蔵弾性率比を有する(89)。ポリマーの貯蔵弾性率比はできるだけ1に近いことが所望される。このようなポリマーは比較的温度によって影響されないし、このようなポリマーから作成される二次加工品は、広範な温度範囲にわたって有用に使用され得る。低い貯蔵弾性率比および温度独立性のこの特徴は、エラストマーの用途において、例えば、感圧粘着剤配合物において、特に有用である。
表4のデータによってまた、本発明のポリマーが改善されたペレットブロッキング強度を保有することが実証される。詳細には、実施例5は、0MPaというペレットブロッキング強度を有し、このことは、このポリマーが、かなりのブロッキングを示す比較Fおよび比較Gに比較して、試験された条件下で自由流動することを意味する。ブロッキング強度は、重要である。なぜなら、大きいブロッキング強度を有するポリマーの貨物輸送は、貯蔵または出荷(shipping)の際に生成物同士のくっつきまたは粘着を生じ、取り扱いの特性が劣る。
本発明のポリマーの高温(70℃)圧縮永久ひずみは一般に良好であって、このことは一般に約80パーセント未満、好ましくは約70%未満、そして特に約60パーセント未満を意味する。対照的に、比較F、G、HおよびJは全てが、100パーセントという70℃圧縮永久ひずみを有する(最大可能値、回復がないことを示す)。ガスケット(gaskets)、窓枠、O−リングなどのような用途には、良好な高温圧縮永久ひずみ(低い数値)が特に必要である。
Figure 2008540698
表5は、新規なポリマーについての機械的特性について、そして周囲温度での種々の比較ポリマーについての結果を示す。本発明のポリマーは、ISO4649に従って試験した場合、極めて良好な耐磨耗性を有することが示され得、これは一般に、約90mm3未満、好ましくは約80mm3未満、そして特に、約50mm3未満という容積減少を示す。この試験では、数が大きいほど、大きい容積減少を示し、そして結果として低い耐磨耗性を示す。
本発明のポリマーの引張ノッチ付引裂強度によって測定した引裂強度は一般に、表5に示されるように、1000mJ以上である。本発明のポリマーの引裂強度は、3000mJ程度の高さ、または5000mJ程度の高さであってさえよい。比較ポリマーは一般に、750mJ以下の引裂強度を有する。
表5によってまた、本発明のポリマーが、いくつかの比較サンプルよりも150パーセントひずみでより良好な収縮応力を有する(より高い収縮応力値によって実証される)ことが示される。比較の実施例F、GおよびHは、400kPa以下という150パーセントひずみでの収縮応力値を有するが、本発明のポリマーは、500kPa(実施例11)から約1100kPa(実施例17)程度の高さという150パーセントひずみでの収縮応力値を有する。150パーセント収縮応力値よりも高い値を有するポリマーは、弾性を有する用途、例えば、弾性の繊維および織布、特に不織布にかなり有用である。他の用途としては、オムツ、衛生および医療用衣類ウエストバンドの用途、例えば、タブおよび弾性バンドが挙げられる。
表5によってまた、応力緩和(50パーセントひずみ)がまた、例えば、比較Gに対して比較した場合、本発明のポリマーについて改善される(少ない)ことが示される。応力緩和が低いとは、ポリマーがその力を、長期間にわたって体温の弾性特性の保持が所望される、オムツおよび他の衣類のような用途において、より良好に保持しているということを意味する。
光学的試験
Figure 2008540698
表6に報告される光学的特性は、実質的に配向性を欠く圧縮成形フィルムに基づく。ポリマーの光学的な特性は、重合において使用される可逆的連鎖移動剤の量の変動から生じる、結晶化サイズにおけるバリエーションに起因して広範な範囲で変化し得る。
マルチブロックコポリマーの抽出
実施例5、7のポリマーおよび比較Eのポリマーの抽出研究を行う。この実験では、ポリマーサンプルは、ガラス円筒濾紙(glass fritted extraction thimble)に秤量して、Kumagawa型の抽出機(extractor)に取り付ける。サンプルを含む抽出機を窒素でパージして、500mLの丸底フラスコに350mLのジエチルエーテルを充填する。次いでフラスコをこの抽出機に適合させる。エーテルを撹拌しながら加熱する。エーテルが円筒濾紙に凝縮し始める時点を書き留めて、抽出は窒素下で24時間進行させる。この時点では、加熱を停止して、溶液を冷却させる。抽出機中に残っている全てのエーテルをフラスコに戻す。フラスコ中のエーテルを周囲温度で減圧下でエバポレートして、得られた固体を窒素でパージ乾燥(purged dry)させる。残渣をヘキサンの連続的な洗浄を用いて秤量ボトルに移す。次いで、合わせたヘキサン洗浄液を別の窒素パージでエバポレートさせて、残渣を40℃において一晩減圧下で乾燥させる。抽出機中に残留するエーテルを窒素でパージ乾燥させる。
次いで350mLのヘキサンを充填した第二の清浄な丸底フラスコを、この抽出機に接続する。円筒濾紙中でヘキサンの凝縮に最初に気付いた後、ヘキサンを撹拌しながら加熱還流して、還流下で24時間維持する。次いで加熱を停止して、フラスコを冷却させる。抽出機中に残っているヘキサンをフラスコに戻す。そのヘキサンを周囲温度で減圧下でのエバポレーションによって除去して、フラスコ中に残っている残渣を連続的なヘキサン洗浄を用いて秤量ボトルに移す。フラスコ中のヘキサンを窒素パージによってエバポレートして、その残渣を40℃で一晩減圧下で乾燥させる。
抽出後に円筒濾紙中に残っているポリマーサンプルを、円筒濾紙から秤量ボトルに移して、40℃で一晩減圧乾燥する。結果は表7に含まれる。
Figure 2008540698
追加のポリマーの実施例19A〜F、連続的溶液重合化、触媒A1/B2+DEZ
連続的な溶液重合化は、コンピューター制御で十分混合された反応装置中で行う。精製された混合アルカン溶媒(Exxon Mobil,Chemical Company.から入手可能なIsoparTME)、エチレン、1−オクテンおよび水素(用いる場合)を合わせて、27ガロンの反応装置に供給する。反応装置への供給はマスフローコントローラーによって測定する。供給されたストリームの温度は、反応装置に入る前のグリコール冷却熱交換器の使用によって制御する。触媒成分溶液は、ポンプおよびマスフローメーターを用いて測定する。反応装置は、約550psigの圧力で液体を充満して反応させる。反応装置を出る際に、水および添加物をポリマー溶液に注入する。この水は触媒を加水分解し、そして重合化反応を終わらせる。次いで、反応装置後の溶液を2段階の脱揮のために調製物中で加熱する。溶媒および未反応のモノマーを脱揮プロセスの間に取り出す。このポリマー融解液を、水中ペレット切断のためにダイス(die)にポンピングする。
プロセスの詳細および結果は表8に含まれる。選択されたポリマーの特性を表9に提供する。

Figure 2008540698
Figure 2008540698
Figure 2008540698
実施例20〜23−エチレン/α−オレフィン共重合体
ポリマーの実施例20〜23は、ポリマーの実施例1〜19についてと実質的に同様の反応条件下で調製した。当業者には、作業条件(process conditions)、例えば、可逆的移動剤(shuttling agent)比、水素流量、モノマー濃度などを操作し、本出願において既に詳述した作業条件を用いて、所望の特性を有する目的のポリマーを作製する方法は公知である。実施例20〜23のポリマーの特性は、表10Aおよび表10Bに示す。
Figure 2008540698
Figure 2008540698
潤滑性組成物の調製のための一般的手順
実施例24〜27および比較例L〜Wは、下の表11A、表11Bおよび表11Cに示される配合物および作業条件を有する潤滑性組成物である。各々の潤滑性組成物は、同じ基油、すなわち、Exxon FN1365 100LPを含むが、異なるポリマーまたはVI向上剤を含む。ポリマーに対する基油の比率は、全ての潤滑性組成物について重量で99:1である。
Figure 2008540698
Figure 2008540698
Figure 2008540698
潤滑性組成物の試験
上記で調製された潤滑性組成物、すなわち実施例24〜27を、その動粘度、剪断安定性、剪断安定性指数および粘度損失について試験した。その結果を下の表12A、12Bおよび12Cに列挙する。40℃および100℃の動粘度および剪断安定性は、参照によって本明細書に援用される、ASTM D445に従って測定した。剪断安定性指数は、参照によって本明細書に援用される、ASTM D6022に従って測定した。粘度損失は、参照によって本明細書に援用される、ASTM D6278に従って測定した。
Figure 2008540698
Figure 2008540698
Figure 2008540698
上記のとおり、本発明の実施形態は、全てのタイプのオイルおよび潤滑剤についての粘度調整剤として開示されたエチレン/α−オレフィン共重合体に基づく種々の潤滑性組成物を提供する。これらは、モーターオイル、トランスミッション液、ギアオイルなどを含む。これらの新規なポリマーはまた、他の炭化水素、例えば、ディーゼル燃料、天然および合成の両方の、作動液、および石油由来の生成物、合成油および天然油を含む他のオイルにおいても用いられ得る。このエチレン/α−オレフィン共重合体は、KRATON(登録商標)のようなスチレンのブロックコポリマーとしての特性において類似の利点を提供し得る。これらのエチレン/α−オレフィン共重合体は、モーターオイルを濃縮するために用いられ得る。それらは、モーターオイル、ギア潤滑剤およびグリースを配合する際に、改善された低温性能および良好な柔軟性という能力を提供する。これらのポリマーのブロック分布を制御することによって、低温性能が、最適化され得、そして望ましくないオイルおよびワックスの相互作用が回避され得る。結晶性のレベルを制御することによって、ポリマー生成物の型は、ペレットからベール(bales)に変化し得る。さらなる利点および特徴は、当業者に明白である。
本発明は、限られた数の実施形態に関して記載されているが、1実施形態の特異的な特徴は、本発明の他の実施形態には帰せられるべきではない。単一の実施形態で、本発明の全ての態様を代表するものはない。いくつかの実施形態では、この組成物または方法は、本明細書に言及されない多数の化合物または工程を包含し得る。他の実施形態では、この組成物または方法は、本明細書に列挙されないいかなる化合物も工程も含まないし、または実質的に有さない。記載される実施形態からの変動および改変が存在する。最終的には、本明細書に開示される任意の数は、単語「約、およそ、ほぼ(about)」、または「約、およそ、ほぼ(approximately)」が数を記載するのに用いられようと用いられまいと、近似を意味すると解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲は、これらの改変および変動の全てが本発明の範囲内におさまるものとしてカバーするものとする。
従来のランダムコポリマー(丸で示す)およびZiegler−Nattaコポリマー(三角で示す)と比較した、本発明のポリマー(ひし形で示す)についての融点/密度の関係を示す。
種々のポリマーについてのDSC Melt Enthalpyの関数としてΔDSC−CRYSTAFのプロットを示す。ひし形は、ランダムなエチレン/オクテンのコポリマーを示し;四角はポリマーの実施例1〜4であり;三角はポリマーの実施例5〜9であり;そして丸は、ポリマーの実施例10〜19に相当する。「X」という記号は、ポリマーの実施例A*−F*に相当する。
本発明のインターポリマー(四角および丸によって示される)および従来のコポリマー(三角で示され、Dow AFFINITY(登録商標)ポリマーである)から作成された未延伸フィルムについての弾性回復率に対する密度の効果を示す。四角は、本発明のエチレン/ブテンコポリマーであり;そして丸は、本発明のエチレン/オクテンコポリマーに相当する。
実施例5のポリマー(丸で示す)、ならびに比較のポリマーEおよびF(「X」の記号で示す)についての画分のTREF溶出温度に対するTREF分画されたエチレン/1−オクタンコポリマー画分のオクテン含量のプロットである。ひし形は、従来のランダムエチレン/オクテンコポリマーに相当する。
実施例5のポリマー(曲線1)、および比較のF(曲線2)についての画分のTREF溶出温度に対するTREF分画されたエチレン/1−オクテンコポリマー画分のオクテン含量のプロットである。四角は、実施例F*に相当し;そして三角は実施例5に相当する。
比較対象となるエチレン/1−オクテンコポリマー(曲線2)およびエチレン/プロピレン−コポリマー(曲線3)について、そして異なる量の可逆的連鎖移動剤(chain shuttling agent)で作成された本発明の2つのエチレン/1−オクテンブロックコポリマー(曲線1)について温度の関数としての貯蔵弾性率の自然対数グラフである。
いくつかの公知のポリマーと比較した、いくつかの本発明のポリマー(ひし形で示す)についてのTMA(1mm)対、屈曲弾性率のプロットを示す。三角はDow VERSIFY(登録商標)ポリマーであって;丸は、ランダムエチレン/スチレンコポリマーであって;そして四角はDow AFFINITY(登録商標)ポリマーである。

Claims (24)

  1. 潤滑性組成物であって、
    (i)基油と;
    (ii)エチレン/α−オレフィン共重合体とを含み、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、
    (a)約1.7〜約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点Tm(℃)、および密度d(cm3)を有し、このTmおよびdの数値が、以下の関係:
    Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2
    の関係に相当するか;または
    (b)約1.7〜3.5のMw/Mnを有し、そして融解熱ΔH(J/g)、最高DSCピークと最高CRYSTAFピークとの間の温度差として定義される、デルタ量ΔT(℃)によって特徴付けられ、このΔTおよびΔHの数値が、以下の関係:
    ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81(ΔHがゼロより大きくかつ最大130J/gまで)、
    ΔT≧48℃(ΔHが130J/gより大きい場合)、
    を有し、
    ここで前記CRYSTAFピークが累積ポリマーの少なくとも5パーセントを用いて決定され、かつ前記ポリマーの5パーセント未満が同定可能なCRYSTAFピークを有するならば、前記CRYSTAF温度は30℃であるか、または
    (c)前記エチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでのパーセントである、弾性回復率Reによって特徴付けられ、そして密度d(cm3)を有し、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合、前記Reおよびdの数値が、以下の関係、
    Re>1481−1629(d)を満たすか、または
    (d)TREFを用いて分画される場合、40℃と130℃との間で溶出する分子画分であって、前記同じ温度の間で溶出する比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有するという点で特徴付けられる画分を有し、前記比較対象となるランダムエチレン共重合体が同じコモノマーを有し、かつメルトインデックス、密度、およびコモノマーモル含量(ポリマー全体に基づく)を前記エチレン/α−オレフィン共重合体のものの10パーセント内で有するか、または、
    (e)25℃での貯蔵弾性率であるG’(25℃)、および100℃での貯蔵弾性率であるG’(100℃)を有し、前記G’(100℃)に対するG’(25℃)の比が約1:1〜約9:1の範囲である、潤滑性組成物。
  2. 請求項1に記載の潤滑性組成物であって、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が約1.7〜3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点Tm(℃)、および密度d(cm3)を有し、このTmおよびdの数値が、以下の関係:
    Tm≧858.91−1825.3(d)+1112.8(d)2
    の関係に相当する、潤滑性組成物。
  3. 請求項1に記載の潤滑性組成物であって、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、約1.7〜3.5のMw/Mnを有し、融解熱ΔH(J/g)、最高DSCピークと最高CRYSTAFピークとの間の温度差として定義される、デルタ量ΔT(℃)によって特徴付けられ、このΔTおよびΔHの数値が、以下の関係:
    ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81(ΔHがゼロより大きくかつ最大130J/gまで)、
    ΔT≧48℃(ΔHが130J/gより大きい場合)、
    を有し、
    ここで前記CRYSTAFピークが累積ポリマーの少なくとも5パーセントを用いて決定され、かつ前記ポリマーの5パーセント未満が同定可能なCRYSTAFピークを有するならば、前記CRYSTAF温度は30℃である、潤滑性組成物。
  4. 請求項1に記載の潤滑性組成物であって、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、前記エチレン/α−オレフィン共重合体の圧縮成形フィルムで測定された、300パーセントのひずみかつ1サイクルでのパーセントである、弾性回復率Reによって特徴付けられ、そして密度d(cm3)を有し、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が実質的に架橋相を有さない場合、前記Reおよびdの数値が、以下の関係、
    Re>1481−1629(d)を満たす、潤滑性組成物。
  5. 請求項1に記載の潤滑性組成物であって、前記Reおよびdの数値が以下の関係:
    Re>1491−1629(d)を満たす、潤滑性組成物。
  6. 請求項1に記載の潤滑性組成物であって、前記Reおよびdの数値が以下の関係:
    Re>1501−1629(d)を満たす、潤滑性組成物。
  7. 請求項1に記載の潤滑性組成物であって、前記Reおよびdの数値が以下の関係:
    Re>1511−1629(d)を満たす、潤滑性組成物。
  8. 潤滑性組成物であって、
    (i)基油と;
    (ii)エチレン/α−オレフィン共重合体とを含み、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、
    (a)TREFを用いて分画される場合、40℃と130℃との間で溶出する少なくとも1つの分子画分であって、少なくとも0.5かつ最大約1のブロックインデックス、および約1.3より大きい分子量分布Mw/Mnを有するという点で特徴づけられる画分か;または
    (b)ゼロより大きくかつ最大約1.0の平均ブロックインデックス、および約1.3より大きい分子量分布Mw/Mn、
    を有する、潤滑性組成物。
  9. 請求項1または8に記載の潤滑性組成物であって、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、TREFを用いて分画される場合、40℃と130℃との間で溶出する分子画分であって、前記同じ温度の間で溶出する比較対象となるランダムエチレン共重合体画分のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有するという点で特徴付けられる画分を有し、前記比較対象となるランダムエチレン共重合体が同じコモノマーを有し、かつメルトインデックス、密度、およびコモノマーモル含量(ポリマー全体に基づく)を前記エチレン/α−オレフィン共重合体のものの10パーセント内で有する、潤滑性組成物。
  10. 請求項1または8に記載の潤滑性組成物であって、前記エチレン/α−オレフィン共重合体が、25℃での貯蔵弾性率であるG’(25℃)、および100℃での貯蔵弾性率であるG’(100℃)を有し、前記G’(100℃)に対するG’(25℃)の比が約1:1〜約9:1の範囲である、潤滑性組成物。
  11. 請求項1または8に記載の潤滑性組成物であって、前記α−オレフィンが、スチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、ノルボルネン、1−デセン、1,5−ヘキサジエンまたはそれらの組み合わせである、潤滑性組成物。
  12. 前記基油が、APIの第I、II、III、IVおよびVグループのベースストックならびにその組み合わせからなる群より選択される、請求項1または8に記載の潤滑性組成物。
  13. 前記基油が、天然油、合成油またはその組み合わせである、請求項1または8に記載の潤滑性組成物。
  14. 前記潤滑性組成物がさらに、少なくとも1つの添加物を含む、請求項1または8に記載の潤滑性組成物。
  15. 前記添加物が、界面活性剤、分散剤、摩擦調整剤、流動点降下剤、乳化破壊剤、消泡剤、防蝕剤、耐磨耗剤、抗酸化剤、さび止め剤、増粘剤またはそれらの組み合わせである、請求項14に記載の潤滑性組成物。
  16. 前記潤滑性組成物が、モーターオイル、トランスミッション液、ギアオイル、パワーステアリング液、ショックアブソーバ液、ブレーキ液、作動液またはグリースである、請求項1または8に記載の潤滑性組成物。
  17. 前記潤滑性組成物が、モーターオイルである、請求項16に記載の潤滑性組成物。
  18. 前記モーターオイルがさらに、流動点降下剤、界面活性剤、分散剤、耐磨耗剤、抗酸化剤、摩擦調整剤、さび止め剤、またはそれらの組み合わせをさらに含む、請求項17に記載の潤滑性組成物。
  19. 前記潤滑性組成物が、トランスミッション液である、請求項16に記載の潤滑性組成物。
  20. 前記トランスミッション液が、さらに摩擦調整剤、界面活性剤、分散剤、抗酸化剤、耐磨耗剤、極圧添加剤、流動点降下剤、消泡剤、防蝕剤またはそれらの組み合わせを含む、請求項19に記載の潤滑性組成物。
  21. 前記潤滑性組成物がギアオイルである、請求項16に記載の潤滑性組成物。
  22. 前記ギアオイルがさらに、耐磨耗剤、極圧添加剤、さび止め剤またはそれらの組み合わせを含む、請求項21に記載の潤滑性組成物。
  23. 前記潤滑性組成物がグリースである、請求項16に記載の潤滑性組成物。
  24. 前記グリースがさらに、増粘剤、錯化剤、抗酸化剤、耐磨耗剤、極圧添加剤、消泡剤、防蝕剤またはそれらの組み合わせを含む、請求項23に記載の潤滑性組成物。
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