JP2013234337A - バイメタル清浄剤系を含む潤滑剤およびそれを使用してNOx排気を少なくする方法 - Google Patents

バイメタル清浄剤系を含む潤滑剤およびそれを使用してNOx排気を少なくする方法 Download PDF

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Abstract

【課題】潤滑油組成物および排気を少なくする方法、燃料の燃焼を少なくする方法および内燃機関の燃焼室を清浄化する方法を提供すること。
【解決手段】主要量の潤滑粘性のあるオイルおよび添加剤系を含有する潤滑油組成物であって、該添加剤系は、以下を含有する:(A)0.1〜5重量%の清浄剤組成物であって、該清浄剤組成物は、少なくとも2種の金属オーバーベース化組成物を含有し、ここで、該清浄剤組成物は、以下から本質的になる:(A−1)少なくとも1種のアルカリ金属オーバーベース化清浄剤および(A−2)少なくとも1種のカルシウムオーバーベース化清浄剤;(B)1〜10重量%のスクシンイミド分散剤;および(C)0.1〜5重量%の(I)式のジヒドロカルビルジチオリン酸金属。
【選択図】なし

Description

(発明の分野)
本発明は、一般に、潤滑油組成物および排気を少なくする方法、燃料の燃焼を少なくする方法および内燃機関の燃焼室を清浄化する方法に関する。
(発明の背景)
国際潤滑剤標準化委員会(ILSAC)GF−2仕様には、最新の低摩擦エンジン(ASTM Sequence VI−A)で高い燃費を得るために、乗用車のモーター油が必要である。以前の研究は、モーター油で使用する清浄剤系および摩擦調整剤の選択は、この潤滑剤の燃費に対して、大きな影響があることを示した。さらに別の研究では、清浄剤系は、吸込み管の排気に影響を与え得る。
内燃機関の排気は、多くの都市および大都市圏での大気汚染の主な原因である。このような排気には、不完全燃焼炭化水素、燃焼過程で形成された炭化水素、酸化イオウ、酸化窒素、および微粒子物質が挙げられる。これらの排気の量を少なくする試みとして、連邦政府および州政府は、排気標準を課している。これらの標準は、典型的には、新しいエンジンに適用されるだけでなく、この排気低減戦略において、先に製造したエンジンを含むように、フリート平均基準(fleet−average basis)で適用されている。時間の経過と共に、これらの標準は、段々と低いレベルの排気を必要としている。新しい基準が提案されており、この基準では、許容される排出レベルがさらに著しく低くなる。従って、改良およびアドオン装置プログラムによって、新たに製造したエンジンおよび以前に製造したエンジンの両方の排出レベルを少なくする多くの様々な試みがなされている。
車両の排気レベルを少なくする基本的に有効な方法は、操作中に消費される燃料の量を少なくすることによる。
炭化水素の排気は、大気汚染に及ぼす影響のために、また、炭化水素燃料で利用できるものから生じるエネルギー損失に相当しているので、望ましくない。酸化イオウは、地域の大気汚染の原因となるだけでなく、酸性雨の主要な原因となる。都市のスモッグは、主に、窒素酸化物(NO)が原因である。エンジン排気ガスの黒い煙は、典型的には、微粒子排気の原因となり、これは、地域の大気汚染に加わり、そして癌を含めた健康の問題を引き起こし得るが、これらの問題は、これらの微粒子中の溶媒有機部分にある多環式芳香族化合物により引き起こされることが知られている。
エンジンの排気レベルは、複雑かつよく理解されていない機構により、相互に関連している。例えば、無水物アルコールをガソリンに加えることにより、この燃料の炭化水素含量が少なくなること、また、排気された微粒子および一酸化炭素のレベルを低くする傾向にあることが知られている。シリンダー内での燃焼の温度を高くすると、この燃料がさらに完全燃焼され、炭化水素の排気を少なくするだけでなく、窒素酸化物が高まり、これらの微粒子の多環式芳香族炭化水素成分に影響を与える。酸化イオウの排気は、低イオウ燃料を使用することにより少なくできるが、この燃料中のイオウを少なくすると、通常、この燃料の芳香族化合物および沸点範囲が変わり、それらの両方は、排気される微粒子の量に影響を与えることが知られている。
上で述べたように、同時に、燃費を改良する必要がある。
米国特許第4,326,972号(Chamberlin,III,1982年4月27日)は、内燃機関(特に、ガソリンエンジン)の燃費に関連しており、これは、このようなエンジンを特定の潤滑剤組成物(この組成物中では、その必須成分は、特定の硫化組成物および塩基性アルカリ金属スルホン酸塩である)で潤滑させることにより、改良される。追加成分には、少なくとも1種のオイル分散性の清浄剤または分散剤、粘度改良剤、およびリン含有酸の特定の塩が挙げられ得る。
米国特許第4,952,328号(Davisら、1990年8月28日)は、内燃機関で有用な潤滑油調合物を記述している。さらに特定すると、内燃機関の潤滑油組成物が記述されており、該潤滑油組成物は、以下の(A)、(B)および(C)を含有する:(A)少なくとも約60重量%の潤滑粘性のあるオイル;(B)少なくとも約2.0重量%の少なくとも1種のカルボン酸誘導体組成物であって、該カルボン酸誘導体組成物は、以下の(B−1)少なくとも1種の置換コハク酸アシル化剤と(B−2)アシル化剤1当量あたり、約0.70当量から1当量未満までの少なくとも1種のアミン化合物とを反応させることにより生成され、該アミン化合物は、その構造内に、少なくとも1個のHN<基が存在することにより特徴付けられ、ここで、該置換コハク酸アシル化剤は、置換基およびコハク酸基からなり、ここで、該置換基は、ポリアルケンから誘導され、該ポリアルケンは、約1300〜約5000のM値および約1.5〜約4.5のM/M値により特徴付けられ、該アシル化剤は、その構造内に、置換基の各当量あたり、平均して、少なくとも1.3個のコハク酸基が存在することにより、特徴付けられる;および(C)約0.01〜約2重量%のスルホン酸またはカルボン酸の少なくとも1種のアルカリ金属塩。本発明のオイル組成物はまた、(D)少なくとも1種のジヒドロカルビルジチオリン酸金属、および/または(E)少なくとも1種のカルボン酸エステル誘導体組成物、および/または(F)多価アルコールの少なくとも1種の部分脂肪酸エステル、および/または(G)少なくとも1種の酸性有機化合物の少なくとも1種の中性または塩基性アルカリ土類金属塩を含有し得る。1実施形態では、本発明のオイル組成物は、このオイルがAPI Service Classification SGの全ての性能要件を満たすことができるのに十分な量で、この明細書で記述された上記添加剤および他の添加剤を含有する。
米国特許第5,256,322号(Cohu,1993年10月26日)は、メタノール燃料の内燃機関で使用する潤滑油に関し、該潤滑油は、9.0〜約14.0の全塩基価を有し、そして以下を含有する:
a)適切な基油;
b)該潤滑油中で約1.0〜約2.0の塩基価を与えるのに十分な量で、オーバーベース化スルホン酸ナトリウム;および
c)該潤滑油中で約8.0〜約12.0の塩基価を与えるのに十分な量で、オーバーベース化スルホン酸カルシウム、オーバーベース化スルホン酸マグネシウムおよびそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1種のスルホン酸金属。
米国特許第5,562,864号(Salmonら、1996年10月8日)は、潤滑油組成物を記述しており、これは、主要量の潤滑粘性のあるオイルおよび以下の(A)および(B)、および(C−1)または(C−2)のいずれかを含有する:
(A)少なくとも約1重量%の少なくとも1種のカルボン酸誘導体組成物であり、該カルボン酸誘導体組成物は、以下の(A−1)と(A−2)とを反応させることにより生成される:
(A−1)少なくとも1種の置換コハク酸アシル化剤であり、該置換コハク酸アシル化剤は、該置換基中に少なくとも約50個の炭素原子を含有する;
(A−2)アシル化剤(A−1)1当量あたり、約0.5当量から約2モルまでの少なくとも1種のアミン化合物であり、該アミン化合物は、その構造内に、少なくとも1個のHN<基が存在することにより特徴付けられる;および
(B)該潤滑油組成物100グラムあたり、少なくとも約0.002当量のアルカリ金属を与えるのに十分な量のカルボン酸またはカルボン酸と有機スルホン酸との混合物の少なくとも1種のアルカリ金属オーバーベース化塩であるが、但し、該アルカリ金属塩は、ヒドロカルビル置換カルボン酸およびヒドロカルビル置換スルホン酸のオーバーベース化アルカリ金属塩の混合物を含有するとき、該カルボン酸は、該混合物の酸当量の50%より多くを占める;および
(C−1)酸性有機化合物の少なくとも1種のマグネシウムオーバーベース化塩であるが、但し、該潤滑組成物は、酸性有機化合物のカルシウムオーバーベース化塩を含有しない;または
(C−2)酸性有機化合物の少なくとも1種のカルシウムオーバーベース化塩であるが、但し、該潤滑組成物は、酸性有機化合物のマグネシウムオーバーベース化塩を含有しない。
米国特許第5,726,133号(Blaheyら、1998年3月10日)は、低灰分の天然ガスエンジン油に関し、これは、特定の清浄剤の組合せを含む添加剤パッケージを含有し、また、他の標準添加剤(例えば、分散剤、酸化防止剤、耐摩耗剤、金属不活性化剤、消泡剤および流動点降下剤および粘度指数改良剤)を含有する。この低灰分の天然ガスエンジン油は、堆積物形成の低下を示し、また、オイル酸化および窒化に対する耐性の向上を示す。
米国特許第5,804,537号(Boffaら、1998年9月8日)は、低リンの乗用車用モーター油に関し、該モーター油は、その主要成分として潤滑粘性のあるオイルおよび少量成分として三金属清浄剤混合物を含有し、ここで、該三金属清浄剤混合物は、少なくとも1種のカルシウムオーバーベース化金属清浄剤、少なくとも1種のマグネシウムオーバーベース化金属清浄剤および少なくとも1種のナトリウムオーバーベース化金属清浄剤を含有し、ここで、該三金属清浄剤混合物は、該オイル組成物中にて、該三金属清浄剤混合物が該オイル組成物に寄与する全TBNが約2〜約12になるような量で存在しており、ここで、該カルシウムオーバーベース化清浄剤は、該三金属清浄剤混合物が寄与する全TBNの約8〜約42%に寄与し、該マグネシウムオーバーベース化清浄剤は、該三金属清浄剤混合物が寄与する全TBNの約29〜約60%に寄与し、そして該ナトリウムオーバーベース化清浄剤は、該三金属清浄剤混合物が寄与する全TBNの約15〜約64%に寄与する。
(発明の要旨)
本発明は、潤滑油組成物に関し、該潤滑油組成物は、主要量の潤滑粘性のあるオイルおよび添加剤系を含有する潤滑油組成物であって、該添加剤系は、以下を含有する:
(A)約0.1〜約5重量%の清浄剤組成物であって、該清浄剤組成物は、少なくとも2種の金属オーバーベース化組成物を含有し、ここで、該清浄剤組成物は、以下から本質的になる:
(A−1)少なくとも1種のアルカリ金属オーバーベース化清浄剤および
(A−2)少なくとも1種のカルシウムオーバーベース化清浄剤、
ここで、該アルカリ金属清浄剤が寄与する100あたりTBNおよび希釈剤なし基準での全塩基価と該カルシウム清浄剤が寄与する全塩基価との比は、約(99.5〜20)〜約(0.5〜80)の範囲である;
(B)約1〜約10重量%のスクシンイミド分散剤;および
(C)約0.1〜約5重量%の次式のジヒドロカルビルジチオリン酸金属:
ここで、RおよびRは、それぞれ独立して、3個〜13個の炭素原子を含有するヒドロカルビル基であり、Mは、金属であり、そしてnは、Mの原子価に等しい整数である。
また、内燃機関の燃料消費および排気を少なくする方法およびそれらの燃焼室を清浄化する方法が含まれる。
例えば、本発明は、以下の項目を提供する。
(項目1) 主要量の潤滑粘性のあるオイルおよび添加剤系を含有する潤滑油組成物であって、該添加剤系は、以下を含有する:
(A)約0.1〜約5重量%の清浄剤組成物であって、該清浄剤組成物は、少なくとも2種の金属オーバーベース化組成物を含有し、ここで、該清浄剤組成物は、以下から本質的になる:
(A−1)少なくとも1種のアルカリ金属オーバーベース化清浄剤および
(A−2)少なくとも1種のカルシウムオーバーベース化清浄剤、
ここで、該アルカリ金属清浄剤が寄与する100あたりTBNおよび希釈剤なし基準での全塩基価と該カルシウム清浄剤が寄与する全塩基価との比は、(99.5〜20):(0.5〜80)の範囲である;
(B)約1〜約10重量%のスクシンイミド分散剤;および
(C)約0.1〜約5重量%の次式のジヒドロカルビルジチオリン酸金属:

ここで、R およびR は、それぞれ独立して、3個〜13個の炭素原子を含有するヒドロカルビル基であり、Mは、金属であり、そしてnは、Mの原子価に等しい整数である、
潤滑油組成物。
(項目2) 前記清浄剤(A−1)が、アルキル置換スルホン酸のアルカリ金属オーバーベース化組成物、アルキル置換カルボン酸のアルカリ金属オーバーベース化組成物、アルキル置換フェノールのアルカリ金属オーバーベース化組成物、アルキル置換サリチル酸のアルカリ金属オーバーベース化組成物、またはそれらの混合物を含み、各酸のアルキル基が、少なくとも7個の炭素原子を含む、項目1に記載の組成物。
(項目3) 前記清浄剤(A−2)が、アルキル置換スルホン酸のカルシウムオーバーベース化組成物、アルキル置換カルボン酸のカルシウムオーバーベース化組成物、アルキル置換フェノールのカルシウムオーバーベース化組成物、アルキル置換サリチル酸のカルシウムオーバーベース化組成物、またはそれらの混合物を含み、各酸のアルキル基が、少なくとも15個の炭素原子を含む、項目1に記載の組成物。
(項目4) 前記アルカリ金属が、ナトリウムを含有する、項目2に記載の組成物。
(項目5) 前記酸が、スルホン酸である、項目2に記載の組成物。
(項目6) 前記酸が、スルホン酸である、項目3に記載の組成物。
(項目7) 前記酸が、カルボン酸である、項目3に記載の組成物。
(項目8) 前記酸が、フェノールである、項目3に記載の組成物。
(項目9) 前記アルキル置換スルホン酸のアルカリ金属オーバーベース化組成物が、少なくとも10:1の金属比を有する、項目2に記載の組成物。
(項目10) 前記アルキル置換スルホン酸のカルシウムオーバーベース化組成物が、少なくとも10:1の金属比を有する、項目3に記載の組成物。
(項目11) 前記金属比が少なくとも13:1である、項目9に記載の組成物。
(項目12) 前記金属比が少なくとも12:1である、項目10に記載の組成物。
(項目13) 前記スクシンイミド分散剤が、ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤と、(a)アンモニアまたは(b)アミンのうちの少なくとも1つとの反応生成物である、項目1に記載の組成物。
(項目14) 前記ヒドロカルビル基が、平均して約40個〜約500個の炭素原子を含む、項目13に記載の組成物。
(項目15) 前記ヒドロカルビル基が、平均して約50個〜約300個の炭素原子を含む、項目13に記載の組成物。
(項目16) 前記ヒドロカルビル基が、少なくとも約800の数平均分子量を有するポリアルケン由来である、項目13に記載の組成物。
(項目17) 前記ヒドロカルビル基が、少なくとも約1500〜5000の数平均分子量を有するポリアルケン由来である、項目13に記載の組成物。
(項目18) 前記ヒドロカルビル基が、ポリオレフィン由来である、項目13に記載の組成物。
(項目19) 前記ヒドロカルビル基が、ポリブテン、ポリプロピレン、またはそれらの混合物、あるいはエチレン/αオレフィン共重合体由来である、項目13に記載の組成物。
(項目20) 前記ヒドロカルビル基が、約1500〜約5000の数平均分子量を有するポリアルケン由来であり、そしてヒドロカルビル基の当量数に対するコハク酸基の当量数は、少なくとも約1.3である、項目13に記載の組成物。
(項目21) 前記ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤が、アミンと反応され、該アミンが、モノアミンまたはポリアミンを含み、ここで、前記分散剤が、オイルを含まない基準で、少なくとも40の全塩基価を有する、項目13に記載の組成物。
(項目22) 前記アミンが、それぞれ、独立して1〜約30個の炭素原子を含むアルキル基を含むモノアミンである、項目21に記載の組成物。
(項目23) 前記アミンが、ポリアルキレンポリアミンまたは縮合ポリアミンである、項目21に記載の組成物。
(項目24) 前記アミンが、ヒドロキシアルキルアミンである、項目21に記載の組成物。
(項目25) 前記アミンが、モノエタノールアミンまたはアミノプロパノールを含む、項目21に記載の組成物。
(項目26) 前記分散剤が、塩素含有ポリオレフィンから誘導され、ここで、該ポリオレフィンが、約300〜約10,000の範囲の

を有し、そして塩素と反応した該ポリオレフィンのモル数を基準にして、全体で90モルパーセントまでの量の四置換および三置換不飽和末端基を有し、ここで、該塩素が、モル基準で、該四置換および三置換末端基のモル数に等しい量まで使用され、そして該混合物を、該ポリオレフィン末端基と塩素の反応を生じて置換活性塩素置換基を有するポリオレフィン反応生成物を生成するように選択された時間および温度パラメータ下にて反応させる、項目1に記載の組成物。
(項目27) 前記分散剤が、アシル化剤から誘導され、該アシル化剤が、α,β−不飽和化合物と反応された前記置換活性塩素含有ポリオレフィンの混合物を形成することにより調製され、該化合物が、α,β−不飽和酸、それらの無水物、誘導体または混合物を含有し、そして該混合物を、低塩素含量を有するポリオレフィン置換反応生成物を生成する該ポリオレフィンと該α,β−不飽和化合物との反応を生じるように選択された時間および温度パラメータ下にて反応させる、項目26に記載の組成物。
(項目28) 前記温度が約20℃〜175℃の間の範囲である、項目26に記載の組成物。
(項目29) 前記混合物が、溶媒としてヘキサンまたは他の実質的に塩素不活性な液体をさらに含み、前記混合物が、約70℃未満の温度に加熱される、項目26に記載の組成物。
(項目30) 前記ポリオレフィンが、約500〜2,500の

を有するポリブテンである、項目26に記載の組成物。
(項目31) 前記混合物中のハロゲン 対 ポリオレフィンのモル比が、約0.9:1以下である、項目26に記載の組成物。
(項目32) 前記反応が、希釈ガスを使用して実行される、項目26に記載の組成物。
(項目33) 前記希釈ガスが、N O、CO またはN である、項目32に記載の組成物。
(項目34) 前記ポリオレフィン置換反応生成物が、ポリブテン置換コハク酸、その無水物、または混合物、あるいはその誘導体である、項目27に記載の組成物。
(項目35) 前記ポリオレフィン置換反応生成物のハロゲン含有量が、オイルを含まない基準で、1000ppm以下である、項目34に記載の組成物。
(項目36) (C)の前記ジチオリン酸のヒドロカルビル基の少なくとも1つが、第二級炭素原子を介して酸素原子に結合している、項目1に記載の組成物。
(項目37) (C)の前記ヒドロカルビル基のそれぞれが、第二級炭素原子を介して酸素原子に結合している、項目1に記載の組成物。
(項目38) (C)の前記ヒドロカルビル基の一方が、イソプロピル基であり、そして他のヒドロカルビル基が、4−メチル−2−ペンチル基である、項目37に記載の組成物。
(項目39) (C)の前記ヒドロカルビル基の一方が、イソプロピル基であり、そして他のヒドロカルビル基が、第一級ヒドロカルビル基である、項目1に記載の組成物。
(項目40) (C)の前記金属が、第II族金属、アルミニウム、スズ、鉄、コバルト、鉛、モリブデン、マンガン、ニッケルまたは銅である、項目1に記載の組成物。
(項目41) (C)の前記金属が、亜鉛または銅である、項目1に記載の組成物。
(項目42) 内燃機関の燃焼室を清浄化する方法であって、該機関を項目1に記載の潤滑油組成物で潤滑する工程を包含する、方法。
(項目43) 内燃機関の燃料の消費を少なくする方法であって、該機関を項目1に記載の潤滑油組成物で潤滑する工程を包含する、方法。
(項目44) 内燃機関の窒素酸化物の排気を少なくする方法であって、該機関を項目1に記載の潤滑油組成物で潤滑する工程を包含する、方法。
(発明の詳細な説明)
本発明の方法では、内燃機関の燃焼室は、NO排気低減量の潤滑油組成物(これは、成分(A)、(B)および(C)を含有する)を使用して清浄化される。本発明の範囲内では、「清浄化した」、「清浄な」または「清浄化」とは、堆積物を含有する燃焼室の場合における燃焼室からの微粒子固形物の除去および/または燃焼室での微粒子固形物の蓄積の防止または低減を意味する。本発明の潤滑組成物はまた、燃費改良の利点を与える。
本明細書中で使用するヒドロカルビル置換基、ヒドロカルビル基、炭化水素基などの用語は、分子の残部に直接結合した1個以上の炭素原子を有する基であって炭化水素的な性質または主として炭化水素的な性質を有する基を意味するよう使用される。例には、以下が挙げられる:
(1)純粋な炭化水素基、すなわち、脂肪族基(例えば、アルキル、アルケニルまたはアルキレン)、脂環式基(例えば、シクロアルキル、シクロアルケニル)、芳香族基、および芳香族置換された芳香族置換基、脂肪族置換された芳香族置換基および脂環式置換された芳香族置換基などだけでなく、環状置換基であって、ここで、この環は、分子の他の部分により、完成されている;
(2)置換された炭化水素基、すなわち、非炭化水素基を含有する炭化水素基であって、この非炭化水素基は、本発明の文脈では、主として、基の炭化水素的性質を変化させない(例えば、ハロ、ヒドロキシ、アルコキシ、メルカプト、アルキルメルカプト、ニトロ、ニトロソ、およびスルホキシ);
(3)ヘテロ置換炭化水素基、すなわち、置換基を含有する炭化水素基であって、これは、本発明の文脈内では、主として炭化水素的性質を有しながら、環または鎖の中に存在する炭素以外の原子を有するが、その他は炭素原子で構成されている。ヘテロ原子には、イオウ、酸素、窒素が挙げられる。一般に、この炭化水素基では、各10個の炭素原子に対し、約2個以下の非炭化水素置換基、1実施形態では、1個以下の非炭化水素置換基が存在する。
一般に、ヒドロカルビル基中の各10個の炭素原子に対し、約3個以下の非炭化水素基またはヘテロ原子、好ましくは、1個以下の非炭化水素基またはヘテロ原子が存在する。典型的には、ヒドロカルビル基中では、このような基またはヘテロ原子は存在せず、それは、従って、純粋なヒドロカルビルである。
これらのヒドロカルビル基は、好ましくは、アセチレン性不飽和を含まない。エチレン性不飽和は、存在するとき、一般に、各10個の炭素−炭素結合に対し、1個以下のエチレン性結合が存在している。これらのヒドロカルビル基は、しばしば、完全に飽和しており、従って、エチレン性不飽和を含有しない。
本明細書中で使用する「低級の」との用語は、ヒドロカルビル、アルキル、アルケニル、アルコキシなどのような用語と関連して、全体で7個までの炭素原子を有するこのような基を記述すると解釈される。
本明細書中で使用する「から本質的になる」との表現により、検討中の組成物の基本的かつ新規な組成物に実質的な影響を与えない物質を含有させることが可能となる。従って、「から本質的になる」または「から本質的になっている」との表現は、列挙した実施形態、特徴、成分などが存在しなければならないこと、および他の実施形態、特徴、成分などが、その存在が列挙した実施形態、特徴、成分などの性能、特徴または効果に実質的な影響を与えないという条件で、存在し得ることを意味する。不純物または組成物に実質的な影響がない少量の物質の存在は、許容される。また、その他の点では組成物の特徴または性能に実質的な影響がない少量の1種以上の非列挙成分を意図的に含有させることも、「から本質的になる」の定義の範囲内に入る。
「全塩基価」(TBN)の表現は、ある生成物または組成物の塩基度を中和するのに必要な酸(過塩素酸または塩酸)の量の尺度であり、これは、KOHのミリグラム数/試料のグラム数として、表わされる。Test Method ASTM D−2896を使用して測定される。
(潤滑粘性のあるオイル)
本発明の潤滑組成物は、潤滑粘性のあるオイルを使用し、これには、天然または合成の潤滑油およびそれらの混合物が含まれる。鉱油および合成油(特に、ポリアルファオレフィン油およびポリエステル油)の混合物は、しばしば、用いられる。
天然油には、動物油および植物油(例えば、ヒマシ油、ラード油および他の植物酸エステル)だけでなく、鉱物性の潤滑油(例えば、液状の石油オイル、およびパラフィンタイプ、ナフテンタイプまたは混合したパラフィン−ナフテンタイプの溶媒処理された鉱物性潤滑油または酸処理された鉱物性潤滑油)が挙げられる。水素処理油または水素化分解油は、有用な潤滑粘性のあるオイルの範囲内に含まれる。
石炭または頁岩から誘導される潤滑粘性のあるオイルもまた、有用である。合成の潤滑油には、重合されたオレフィンおよびインターポリマー化されたオレフィンなど、およびそれらの混合物、アルキルベンゼン、ポリフェニル(例えば、ビフェニル、テルフェニル、アルキル化されたポリフェニルなど);アルキル化されたジフェニルエーテルおよびアルキル化されたジフェニルスルフィドおよびそれらの誘導体、それらの類似物および同族体などがある。
アルキレンオキシド重合体およびインターポリマーおよびそれらの誘導体、および末端水酸基が、エステル化、エーテル化などにより修飾されたものは、使用できる公知の合成潤滑油の他のクラスを構成する。
使用できる合成潤滑油の他の適切なクラスには、ジカルボン酸のエステル、およびC〜C12モノカルボン酸およびポリオールまたはポリオールエーテルから製造したものが挙げられる。
他の合成潤滑油には、リン含有酸の液状エステル、重合体テトラヒドロフラン、アルキル化ジフェニルオキシドなどが挙げられる。
未精製油、精製油および再精製油(これは、上で開示のタイプの天然油または合成油のいずれかである;これは、これらのいずれかの2種以上の混合物であってもよい)は、本発明の組成物中で用いられ得る。未精製油とは、天然原料または合成原料から、さらに精製処理することなく、直接得られるオイルである。精製油は、1種以上の特性を改良するべく、1段またはそれ以上の精製段階でさらに処理されたこと以外は、未精製油と類似している。再精製油は、すでに使用された精製油に、精製油を得るのに用いた工程と類似の工程を適用することにより、得られる。このような再精製油は、消費された添加剤、および油の分解生成物を除去するべく指示された方法により、しばしばさらに処理される。
上記の潤滑粘性のあるオイルの具体例は、Chamberlin IIIの米国特許第4,326,972号およびヨーロッパ特許公開第107,282号に示され、両方の特許の内容は、ここに含まれる関連した開示について、本明細書中で参考として援用されている。
潤滑剤基油の基本的で簡潔な記述は、D.V.Brockの文献、「Lubrication Engineering」、43巻、184〜185ページ(1987年3月)にあり、この文献の内容は、ここに含まれる関連した開示について、本明細書中で参考として援用されている。
((A)清浄剤)
少なくとも2種の金属オーバーベース化清浄剤組成物は、(A−1)および(A−2)として存在している。成分(A−1)は、少なくとも1種のアルカリ金属オーバーベース化清浄剤であり、そして成分(A−2)は、少なくとも1種のカルシウムオーバーベース化清浄剤である。本発明で使用されるオーバーベース化清浄剤は、金属酸化物または金属水酸化物と基質および二酸化炭素ガスとを反応させることにより、調製される。この基質は、通常、酸であり、通常、脂肪族置換スルホン酸、脂肪族置換カルボン酸および脂肪族置換フェノールからなる群から選択される酸である。そのアルカリ金属塩は、リチウムおよびナトリウムの少なくとも1種を含有し、ナトリウムが好ましい。
アルカリ金属オーバーベース化清浄剤およびカルシウム金属オーバーベース化清浄剤は、両方とも存在しているとき、通常、別々のオーバーベース化組成物として存在している。すなわち、アルカリ金属オーバーベース化組成物およびカルシウムオーバーベース化組成物は、別々に調製され、次いで、この潤滑油組成物に取り込まれる。2種の別個の金属オーバーベース化組成物が使用される。しかしながら、本発明では、また、ナトリウム含有試薬およびカルシウム含有試薬の両方で同時にオーバーベース化された酸が有用である。
「オーバーベース化された」との専門用語は、金属塩(スルホン酸塩、カルボン酸塩およびフェネート)に関し、ここで、存在している金属の量は、化学量論量を超える。このような塩は、100%を超える転化レベルを有すると言われている(すなわち、それらは、この酸をその「正」塩、「中性」塩に転化するのに必要な金属の理論量の100%より多くを含有する)。「金属比」との表現は、しばしば、MRとして略されるが、従来技術で使用され、本明細書中では、公知の化学的反応性および化学量論に従って、オーバーベース化塩中の金属の全化学当量と中性塩中の金属の化学当量との比を示すために使用される。それゆえ、正塩または中性塩では、その金属比は、1であり、そしてオーバーベース化塩では、MRは、1より大きい。それらは、通例、オーバーベース化塩、ハイパーベース化塩またはスーパーベース化塩と呼ばれ、通常、有機イオウ含有酸、カルボン酸またはフェノールの塩である。
このアルカリ金属オーバーベース化清浄剤は、典型的には、少なくとも10:1、好ましくは、少なくとも13:1、最も好ましくは、少なくとも16:1の金属比を有する。このカルシウムオーバーベース化清浄剤は、典型的には、少なくとも10:1、好ましくは、少なくとも12:1、さらに好ましくは、少なくとも20:1の金属比を有する。
スルホン酸には、単核または多核の芳香族化合物または環状脂肪族化合物が挙げられ、これらは、オーバーベース化されると、スルホン酸塩と呼ばれる。これらの油溶性のスルホン酸塩は、大ていの場合には、次式により表わすことができる:
上式では、Mは、本明細書中で上で記述したような金属カチオンである;Tは、環状核(例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ジフェニレンオキシド、チアントレン、フェノチオキシン(phenothioxine)、ジフェニレンスルフィド、フェノチアジン、ジフェニルオキシド、ジフェニルスルフィド、ジフェニルアミン、シクロヘキサン、石油ナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロペンタンなど)である;式I中のRは、脂肪族基(例えば、アルキル、アルケニル、アルコキシ、アルコキシアルキル、カルボアルコキシアルキルなど)である;xは、少なくとも1であり、そして(R+Tは、全体で、少なくとも約15個の炭素原子を有し、そして式II中のRは、少なくとも約9個の炭素原子、好ましくは、少なくとも約12個の炭素原子、しばしば、少なくとも約15個の炭素原子を有する脂肪族基であり、そしてMは、金属カチオンである。R基の種類の例には、アルキル、アルケニル、アルコキシアルキル、カルボアルコキシアルキルなどがある。Rの具体例には、ペトロラタム、飽和および不飽和パラフィンワックス、およびポリオレフィン(これは、その重合体中に約7000個までの炭素原子を有する重合したC、C、C、C、Cなどのオレフィンを含めて)から誘導した基がある。上式中のT、RおよびR基はまた、上で枚挙した基に加えて、他の無機置換基または有機置換基(例えば、ヒドロキシ、メルカプト、ハロゲン、ニトロ、アミノ、ニトロソ、スルフィド、ジスルフィドなど)を含有できる。上式IおよびIIでは、x、y、zおよびfの各々およびg、iおよびhは、少なくとも1である。
本発明で有用なスルホン酸の具体例には、マホガニースルホン酸;ブライトストックスルホン酸;潤滑油留分(これは、100°Fで約100秒から、210°Fで約200秒までのセーボルト粘度を有する)から誘導したスルホン酸;ペトロラタムスルホン酸;例えば、ベンゼン、ナフタレン、フェノール、ジフェニルエーテル、ナフタレンジスルフィド、ジフェニルアミン、チオフェン、α−クロロナフタレンなどのモノワックス置換したおよびポリワックス置換したスルホン酸およびポリスルホン酸;他の置換したスルホン酸(例えば、アルキルベンゼンスルホン酸(ここで、このアルキル基は少なくとも8個の炭素を有する)、セチルフェノールモノスルフィドスルホン酸、ジセチルチアントレンジスルホン酸、ジラウリル−β−ナフチルスルホン酸、ジカプリルニトロナフタレンスルホン酸およびアルカリールスルホン酸(例えば、ドデシルベンゼン「ボトムス」スルホン酸))がある。
これらのボトムス酸は、ベンゼン環上に1個、2個、3個またはそれ以上の分枝鎖のC12置換基を導入するために、プロピレンテトラマーまたはイソブテントリマーでアルキル化されたベンゼンから誘導した酸である。ドデシルベンゼンボトムス、主として、モノドデシルベンゼンとジドデシルベンゼンとの混合物は、家庭用洗剤の製造の副生成物として入手可能である。線状スルホン酸アルキル(LAS)の製造中に形成されるアルキル化ボトムスから得た類似生成物もまた、本発明で用いるスルホン酸塩を製造する際に有用である。
例えば、SOとの反応により、洗剤製造の副生成物からスルホン酸塩を製造することは、当業者に周知である。例えば、John Wiley & Sons(N.Y.(1997年))により発行されたKirk−Othmerの「Encyclopedia of Chemical Technology」(4版)の「Sulfonation and Sulfation」(23巻、pp.146)および「Sulfonic Acids」(23巻、pp.194)の章を参照せよ。
その脂肪族基中に少なくとも約7個の炭素原子、しばしば、少なくとも約12個の炭素原子を有する脂肪族スルホン酸(例えば、パラフィンワックススルホン酸、不飽和パラフィンワックススルホン酸、ヒドロキシ置換したパラフィンワックススルホン酸、ヘキサプロピレンスルホン酸、テトラアミレンスルホン酸、ポリイソブテンスルホン酸(ここで、このポリイソブテンは、20個〜7000個またはそれ以上の炭素原子を含有する)、塩素置換したパラフィワックススルホン酸など);環状脂肪族スルホン酸(例えば、石油ナフテンスルホン酸、セチルシクロペンチルスルホン酸、ラウリルシクロヘキシルスルホン酸、ビス−(ジ−イソブチル)シクロヘキシルスルホン酸など)もまた、挙げられる。
本明細書中および添付の請求の範囲で記述のスルホン酸またはそれらの塩に関して、用語「石油スルホン酸」または「石油スルホン酸塩」は、石油生成物から誘導した全てのスルホン酸またはそれらの塩を含むべく使用することが意図されている。石油スルホン酸の特に有用な群には、硫酸工程による石油ホワイトオイルの製造から副生成物として得られるマホガニースルホン酸(それが赤褐色を有するために、そう呼ばれている)がある。
オーバーベース化スルホン酸塩、およびそれらの製造方法の他の記述は、以下の米国特許に見られる:米国特許第2,174,110号;第2,174,506号;第2,174,508号;第2,193,824号;第2,197,800号;第2,202,781号;第2,212,786号;第2,213,360号;第2,228,598号;第2,223,676号;第2,239,974号;第2,263,312号;第2,276,090号;第2,276,097号;第2,315,514号;第2,319,121号;第2,321,022号;第2,333,568号;第2,333,788号;第2,335,259号;第2,337,552号;第2,346,568号;第2,366,027号;第2,374,193号;第2,383,319号;第3,312,618号;第3,471,403号;第3,488,284号;第3,595,790号;および第3,798,012号。これらの内容は、このことに関する開示について、本明細書中で参考として援用されている。
本発明で使用する適切なアルカリオーバーベース化清浄剤およびカルシウムオーバーベース化清浄剤が製造できるカルボン酸には、脂肪族の一塩基および多塩基カルボン酸が挙げられる。これらの脂肪族カルボン酸は、一般に、少なくとも9個の炭素原子を含有し、しばしば、少なくとも15個の炭素原子を含有し、好ましくは、少なくとも18個の炭素原子を含有する。通常、これらは、約400個より多い炭素原子を有しない。一般に、この脂肪族炭素鎖が分枝しているなら、これらの酸は、一定の炭素原子含量について、油溶性が高くなる。これらの脂肪族カルボン酸は、飽和または不飽和であり得る。具体例には、リノレン酸、リノール酸、ベヘン酸、イソステアリン酸、ステアリン酸、パルミトレン(palmitoleic)酸、ラウリン酸、オレイン酸、リシノール酸、2種以上のカルボン酸の市販混合物(例えば、トール油酸、ロジン酸)などが挙げられる。
好ましい脂肪族カルボン酸は、次式を有する:
ここで、Rは、少なくとも7個の炭素原子、しばしば、少なくとも12個の炭素原子、好ましくは、少なくとも15個の炭素原子および約400個以下の炭素原子を有する脂肪族炭化水素ベースの基、およびそれらの反応性等価物である。
他の実施形態では、このカルボン酸は、以下である:ヒドロカルビル置換カルボキシアルキレン連結フェノール;アルキレンジカルボン酸のジヒドロカルビルエステルであって、このアルキレン基は、水酸基および追加カルボン酸基で置換されている;アルキレン連結多芳香族分子であって、それの芳香族部分は、少なくとも1個のヒドロカルビル置換フェノールおよび少なくとも1個のカルボキシフェノールを含有する;およびヒドロカルビル置換カルボキシアルキレン連結フェノール。
これらのカルボン酸化合物は、フェノール性試薬と以下の一般式のカルボン酸試薬とを反応させることにより、調製される:
ここで、R、RおよびRは、独立して、Hまたはヒドロカルビル基であり、Rは、Hまたはアルキル基であり、そしてxは、0〜約の範囲の整数である。この種の化合物は、第5,281,346号および第5,356,546号を含めた数件の米国特許で記述されている。
オレフィン性化合物とこのカルボン酸化合物とを反応させることにより調製される不飽和ヒドロキシカルボン酸化合物もまた、有用である。この種の化合物は、米国特許第5,696,060号;第5,696,067号;第5,777,142号および第6,020,500号を含めた数件の米国特許で記述されている。
芳香族カルボン酸は、本発明の組成物で有用な金属塩を調製するのに有用である。これらには、ヒドロカルビル置換安息香酸、フタル酸およびサリチル酸のような芳香族カルボン酸が挙げられる。
サリチル酸および他の芳香族カルボン酸は、周知であるか、または当該技術分野で公知の手順に従って調製できる。この種のカルボン酸およびそれらの中性および塩基性金属塩を調製する方法は、周知であり、例えば、米国特許第2,197,832号;第2,197,835号;第2,252,662号;第2,252,664号;第2,714,092号;第3,410,798号;および第3,595,791号で開示されている。これらの特許の内容は、カルボン酸、それらの塩基性塩およびそれらを製造する方法について、本明細書中で参考として援用されている。
本発明の文脈では、フェノールは、有機酸と考えられている。それゆえ、フェノールのオーバーベース化塩(これらは、一般に、フェネートとして知られている)もまた、本発明の(A)を製造する際に有用であり、そして当業者に周知である。
通例入手できる種類のフェネートには、以下の一般式のフェノールから製造されるものがある:
ここで、Rは、先に記述したとおりであり、Rは、1個〜6個の炭素原子を有する低級脂肪族であり、aは、1〜3の整数であり、bは、1または2であり、そしてcは、0または1である。
本発明での使用する特定の種類のフェネートには、上記のフェノールを硫化剤(例えば、イオウ、ハロゲン化イオウ、または硫化塩または硫化水素塩)で硫化することにより製造したオーバーベース化されたフェネートがある。これらの硫化フェネートの製造方法は、米国特許第2,680,096号;第3,036,971号;および第3,775,321号に記述され、その内容は、このことに関する開示について、本明細書中で参考として援用されている。
他の有用なフェネートには、アルキレン(例えば、メチレン)橋で連結したフェノールから製造したものがある。これらは、典型的には、酸触媒または塩基触媒の存在下にて、単一環または複数環のフェノールと、アルデヒドまたはケトンとを反応させることにより、製造される。このような結合フェネートだけでなく硫化フェネートもまた、米国特許第3,350,038号の特に6〜8欄に詳細に記述され、その内容は、このことに関する開示について、本明細書中で参考として援用されている。
サリチル酸は、カルボン酸またはフェノールと考えられ得る。ヒドロカルビル置換サリチル酸は、本発明の組成物で有用な金属塩を調製するのに有用である。
好ましいオーバーベース化金属塩には、ヒドロカルビル置換スルホン酸塩がある。
アルカリ金属オーバーベース化塩およびカルシウムオーバーベース化塩は、本発明で使用される組成物中にて、100あたり(per 100)TBNおよび希釈剤なし基準で、約(99.5〜20)〜約(0.5〜80)、好ましくは、約(99.5〜40)〜約(0.5〜60)、さらに好ましくは、約(99〜45)〜約(1〜55)、最も好ましくは、約(98〜50)〜約(2〜50)の相対量で、存在している。
以下の特定の例証的な実施例は、いかにしてアルカリ金属オーバーベース化清浄剤(A−1)およびカルシウムオーバーベース化清浄剤(A−2)を製造するかを記述している。これらの実施例および引き続いた組の実施例だけでなく、本明細書および添付の請求の範囲では、他に明白に述べられていなければ、全てのパーセント、部および比は、重量基準であり、そして温度は、摂氏(℃)である。濾過は、ケイソウ土濾過助剤を使用して行う。
(実施例(A)−1)
フラスコに、オイル835部、ポリイソブテニル(分子量1000)置換無水コハク酸(これは、けん化価100を有する)118部、水37部に溶解した塩化カルシウム5.9部の溶液、およびアルコール混合物(これは、61%のイソブチルアルコール、25.5%の2−メチル−1−ブタノールおよび25.5%の第一級アミルアルコールを含有する)118部を充填する。攪拌した内容物に、水酸化カルシウム93部を添加する。攪拌を継続しつつ、温度を80℃より低く維持する速度で、アルキルベンゼンスルホン酸(1000部、1.8当量)を添加する。150℃で揮発性物質を除去し、それらの内容物を約50℃まで冷却する。この温度で、上記混合アルコール127部、メチルアルコール277部およびメチレン結合アルキル化カルシウムフェネートの31%オイル溶液88部を添加する。3回の水酸化カルシウムの添加のうちの第1回目では、1回の添加あたり171部を添加し、それらの内容物を50〜60の直接塩基価まで炭酸化する。171部の水酸化カルシウムの第4回目の添加を行い、これらの内容物を45〜55の直接塩基価まで炭酸化する。150℃で揮発性物質を除去し、これらの内容物を濾過して、41%のオイル、300の全塩基価、11.0の金属比、40.7%の硫酸カルシウム灰分および1.8%のイオウを含有する生成物を得る。
(実施例(A)−2)
反応容器に、実施例(A)−1のポリイソブテニル無水コハク酸121部、希釈油583部、テトラプロペン置換フェノール84部およびアルキルベンゼンスルホン酸417部(0.83当量)を添加することにより、ナトリウムオーバーベース化スルホン酸を調製する。これらの内容物を加熱し、そして49℃まで攪拌し、水酸化ナトリウムの50%水溶液102部を添加して、その温度を82℃まで上げる。次いで、この温度を86℃まで上げ、この温度で1時間保持する。水酸化ナトリウムビーズ184部(4.61当量)の4個の増分を添加し、各増分に続いて、二酸化炭素103部が吸収されるまで、150℃で、二酸化炭素を吹き込む。希釈油35部を添加し、これらの内容物を濾過して、31%のオイル、448の全塩基価、23.0の金属比、19.45%のナトリウムおよび1.2%のイオウを含有する生成物を得る。
(実施例(A)−3)
反応器に、希釈油470部、実施例(A)−1のポリイソブテニル無水コハク酸92部、酢酸23部、水24部および水酸化カルシウム92部(2.5当量)を充填する。0.1時間攪拌した後、実施例(A)−1のアルコール混合物109部を添加し、続いて、アルキルベンゼンスルホン酸1000部(1.4当量)を添加する。このスルホン酸は、75℃の温度で維持する速度で添加する。これらの内容物を150℃まで加熱することにより、揮発性物質をストリッピングする。次いで、49℃で、追加のアルコール混合物109部、実施例(A)−1のアルキル化カルシウムフェネート69部およびメチルアルコール216部を添加する。各137部(3.7当量)の水酸化カルシウムの4個の増分を添加し、各増分に続いて、約62℃で、二酸化炭素を吹き込む。これらの内容物から、146℃で、揮発性物質をストリッピングし、オイル292部を添加し、それらの内容物を濾過して、42%のオイル、300の全塩基価、12%のカルシウム、11.0の金属比および1.78%のイオウを含有する生成物を得る。
(実施例(A)−4)
フラスコに、約15重量部(0.65当量)の酸化マグネシウムおよび約250重量部のキシレンと共に、約512重量部の鉱油(これは、約0.5当量のアルキル化サリチル酸の実質的に中性のマグネシウム塩を含有し、ここで、そのアルキル基は、平均して、約18個の脂肪族炭素原子を有する)、約30重量部のオイル混合物(これは、約0.037当量のアルキル化ベンゼンスルホン酸を含有する)を添加する。約60℃〜約70℃の温度まで加熱する。この加熱を約85℃まで上げ、約60重量部の水を添加する。その反応塊を、約95℃〜100℃の還流温度で、約1・1/2時間保持し、引き続いて、真空下にて、155〜160℃の温度でストリッピングし、そして濾過する。その濾液は、マグネシウムの化学量論的な当量の200%を含む塩基性カルボン酸マグネシウム塩を含有する。
(実施例(A)−5)
ほぼ化学量論量の塩化マグネシウムとアルキル化サリチル酸(ここで、このアルキル基は、16個〜24個の脂肪族炭素原子を有する)の実質的に中性のカリウム塩とを反応させることにより、アルキル化サリチル酸の実質的に中性のマグネシウム塩を調製する。フラスコに、以下を含有する反応塊を充填する:約285重量部(14当量)の酸化マグネシウムおよび約3552重量部のキシレンと共に、約6580重量部の鉱油溶液(これは、約6.50当量のアルキル化サリチル酸の実質的に中性のマグネシウム塩を含有する)および約388重量部のオイル混合物(これは、約0.48当量のアルキル化ベンゼンスルホン酸を含有する)。約55℃〜約75℃の温度まで加熱する。この温度を約82℃まで上げ、この反応系に、約780重量部の水を添加し、次いで、還流温度まで加熱する。その反応塊を、約95℃〜100℃の還流温度で、約1時間保持し、引き続いて、50torr下にて、約170℃の温度でストリッピングし、そして濾過する。その濾液は、その塩基性カルボン酸マグネシウム塩を含有し、そして15.7%の硫酸塩灰分含量(硫酸塩灰分)を有し、これは、化学量論的な当量の276%に相当する。
(実施例(A)−6)
ポリイソブチレン(平均分子量480)置換サリチル酸のマグネシウム塩のオイル溶液2900グラム(3当量)、鉱油624グラム、トール油酸の市販混合物277グラム(1当量)、キシレン1800グラム、酸化マグネシウム195グラム(9当量)、および水480グラムを含有する反応混合物を、還流温度(約95℃)で、1時間炭酸化する。この炭酸化混合物を、次いで、まず、窒素(1時間あたり3立方フィート)を吹き込みつつ160℃まで加熱することにより、その後、30mm(Hg)の圧力で、165℃まで加熱することにより、ストリッピングする。このストリッピングした炭酸化生成物を濾過すると、その濾液は、所望の塩基性マグネシウム塩のオイル溶液である。この塩は、2.7の金属比で特徴付けられる。
以下の実施例A−7は、フェノール塩の調製を例示する。
(実施例(A)−7)
酢酸ナトリウム(生成物の脱色を回避するために使用する酸受容体)の存在下にて、二塩化イオウとポリイソブテニルフェノール(ここで、このポリイソブテニル置換基は、平均して、23.8個の炭素原子を有する)とを反応させることにより、フェノールスルフィドを調製する。このフェノールスルフィド1755部、鉱油500部、水酸化カルシウム335部およびメタノール407部の混合物を、約43〜50℃まで加熱して、この混合物に、約7.5時間にわたって、二酸化炭素を泡立たせる。次いで、この混合物を加熱して揮発性物質を追い出し、追加のオイル422.5部を添加して、60%オイル溶液を得る。この溶液は、5.6%のカルシウムおよび1.59%のイオウを含有する。
((B)スクシンイミド分散剤)
スクシンイミド分散剤は、ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤およびアミンの反応生成物である。形成されるスクシンイミド分散剤は、使用するヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤の種類に依存している。2種類のヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤は、1型およびII型として想定される。I型コハク酸アシル化剤は、次式を有する:
ここで、Rは、約30個から、しばしば、約40個から、約500個までの炭素原子、好ましくは、約50個〜約300個の炭素原子、しばしば、約200個までの炭素原子、頻繁には、約100個までの炭素原子を有するヒドロカルビルベースの置換基である。I型ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤は、1モルのオレフィン重合体またはその塩素化アナログと1モルの不飽和カルボン酸またはその誘導体(例えば、フマル酸、マレイン酸または無水マレイン酸)とを反応させることにより、調製される。典型的には、これらのコハク酸アシル化剤は、マレイン酸、その異性体、無水物およびクロロおよびブロモ誘導体から誘導される。
は、好ましくは、オレフィン(好ましくは、α−オレフィン)重合体誘導基であり、これは、モノマー(例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセンおよび3−ヘキセン)の重合により、形成される。このような基は、通常、約30個から、頻繁には、約40個から、約500個まで、しばしば、約50個から約300個まで、しばしば、約200個まで、さらに多くの場合、約100個までの炭素原子を含有する。Rはまた、高分子量の実質的に飽和な石油留分から誘導され得る。これらの炭化水素置換コハク酸およびそれらの誘導体は、最も好ましい種類のカルボン酸を構成する。
有用なカルボン酸反応物のうちには、脂肪族炭化水素置換シクロヘキセンジカルボン酸およびその無水物(これらは、例えば、無水マレイン酸とオレフィンとの反応から得られ、その間、この反応塊は、塩素で処理される)が挙げられる。
有用な脂肪族コハク酸、それらの無水物および反応性等価物およびそれらを調製する方法を記述している特許には、特に、米国特許第3,163,603号(LeSuer)、第3,215,707号(Rense);第3,219,666号(Normanら)、第3,231,587号(Rense);第3,306,908号(USuer);第3,912,764号(Palmer);第4,110,349号(Cohen);および第4,234,435号(Meinhardtら);およびU.K.第1,440,219号が挙げられ、その内容は、有用なカルボン酸反応物の開示について、本明細書中で参考として援用されている。これらの特許はまた、コハク酸およびその無水物の反応性等価物ではない誘導体(例えば、スクシンイミドなど)を開示している。これらは、コハク酸またはその無水物の反応性等価物としては考慮されていない。
上記特許(それらの内容は、本発明で使用する分散剤を調製する反応物として有用な化合物の開示について、本明細書中で参考として援用されている)で示されているように、これらのコハク酸(またはそれらの反応性等価物)には、マレイン酸またはフマル酸またはそれらの反応性等価物とポリアルケンまたはそれらのハロゲン化誘導体または適切なオレフィンとの反応により誘導されたものが挙げられる。
このヒドロカルビル基は、以下、便宜上、「置換基」と呼ばれ、しばしば、ポリアルケンから誘導された脂肪族基である。このポリアルケンは、少なくとも約300、好ましくは、少なくとも約500、さらに好ましくは、少なくとも約100から約7,000までのM(数平均分子量)で特徴付けられる。有利なことに、このポリアルケンは、約400〜約7,000、さらに好ましくは、約800〜約3000、さらに好ましくは、約800〜約2000のMを有する。このポリアルケンは、典型的には、少なくとも約1.2、しばしば、約1.5から約5までのM/Mを有する。Mは、重量平均分子量を表わす通常の記号である。この脂肪族ヒドロカルビル基はまた、さらに高い分子量のオレフィン、分解ワックス、および当該技術分野で容易に入手できる他の原料から誘導され得る。
芳香族基および環状脂肪族基を含まない脂肪族炭化水素ポリアルケンが一般的に好ましい。この一般的な好適性と共に、2個〜約16個の炭素原子、好ましくは、約2個〜約6個の炭素原子、さらに好ましくは、2個〜4個の炭素原子を有する単独重合体およびインターポリマーからなる群から誘導されるポリアルケンについては、さらに他の好適性がある。約16個までの炭素原子を有する内部オレフィンから誘導される約40%までの重合体単位を必要に応じて含有するインターポリマーもまた、好ましい群に入る。他の好ましい種類のポリアルケンには、約6個までの炭素原子を有する内部オレフィンから誘導された重合体を約25%までで必要に応じて含有する後者のさらに好ましいポリアルケンがある。
インターポリマーには、2種以上のオレフィンモノマーが、周知の従来方法によってインターポリマー化されて、以下のポリアルケンを形成するものがある:このポリアルケンは、その構造内に、該2種以上のオレフィンモノマーのそれぞれから誘導される単位を有する。それゆえ、本明細書中で使用する「インターポリマー」または「共重合体」は、2種の異なるモノマーから誘導されたポリマー、ターポリマー、テトラポリマーなどを包含する。当業者に明らかなように、置換基が誘導されるポリアルケンは、しばしば、通常は、「ポリオレフィン」と呼ばれる。
このポリアルケンが誘導されるオレフィンモノマーは、1個またはそれ以上のエチレン性不飽和基(すなわち、>C=C<)の存在により特徴づけられる重合可能なオレフィンモノマーである;すなわち、これらは、モノオレフィン性モノマー(例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテンおよび1−オクテン)またはポリオレフィン性モノマー(通常、ジオレフィンモノマー;例えば、1,3−ブタジエンおよびイソプレン)である。本発明の目的上、特定の重合したオレフィンモノマーが、末端オレフィンおよび内部オレフィンの両方として分類され得るとき、それは、末端オレフィンと見なされる。それゆえ、1,3−ペンタジエン(すなわち、ピペリレン)は、本発明の目的上、末端オレフィンと考えられる。
好ましい1実施形態では、この置換基は、ポリブテン、すなわち、Cオレフィンの重合体(1-ブテン、2-ブテンおよびイソブチレンを含めて)から誘導される。イソブチレンから誘導したもの(すなわち、ポリイソブチレン)は、特に好ましい。他の好ましい実施形態では、この置換基は、ポリプロピレンから誘導される。他の好ましい実施形態では、この置換基は、エチレン−α−オレフィン重合体、特にエチレン−プロピレンポリマーおよびエチレン−αオレフィン−ジエン、好ましくは、エチレン−プロピレン−ジエン重合体から誘導される。1実施形態では、このオレフィンは、約900〜約2500の範囲のMを有するエチレン−プロピレン−ジエン共重合体である。このような物質の一例には、Uniroyal Company(Middlebury、CT、USA)から販売されているTRILENE(登録商標)重合体がある。
ポリプロピレンおよびポリブチレン(特に、ポリイソブチレン)は、好ましい。これらは、典型的には、約300から約7000まで、しばしば、約5,000まで、さらに多くの場合、約700から約2,000までの範囲の数平均分子量を有する。
置換基の1つの好ましい原料には、ルイス酸触媒(例えば、三塩化アルミニウムまたは三フッ化ホウ素)の存在下にて、35〜75重量%のブテン含量および15〜60重量%のイソブチレン含量を有するC精製流の重合により得られるポリブテンがある。これらのポリブテンは、主に(全繰り返し単位の80%より多く)、以下の立体配置のイソブチレン繰り返し単位を含有する:
これらのポリブテンは、典型的には、モノオレフィン性であり、すなわち、それらは、1分子あたり、1個のオレフィン性結合を含有する。
このポリブテンは、異性体の混合物を含有するポリオレフィンであり得、ここで、その約50%〜約65%は、三置換オレフィンであり、ここで、その1個の置換基は、18個〜約500個の脂肪族炭素原子、しばしば、約30個〜約200個の炭素原子、より多くの場合、約50個〜約100個の炭素原子を含有し、そして他の2個の置換基は、低級アルキルである。
このポリブテンが三置換オレフィンのとき、それは、しばしば、シス−およびトランス−の1−低級アルキル、1−(30個〜約100個の炭素原子を含有する脂肪族ヒドロカルビル)、2−低級アルキルエテンおよび1,1−ジ−低級アルキル、2−(30個〜約100個の炭素原子を含有する脂肪族ヒドロカルビル)エテンの混合物を含有する。
1実施形態では、ポリブテンのモノオレフィン性基は、主として、ビニリデン基、すなわち、次式の基:
特に、次式の基:
であるが、これらのポリブテンはまた、他のオレフィン性立体配置を含有し得る。
1実施形態では、このポリブテンは、実質的にモノオレフィン性であり、少なくとも約30モル%、好ましくは、少なくとも約50モル%のビニリデン基、より多くの場合、少なくとも約70モル%のビニリデン基を含有する。このような物質、およびそれらの調製方法は、米国特許第5,071,919号;第5,137,978号;第5,137,980号;第5,286,823号および第5,408,018号、および公開されたヨーロッパ特許出願 EP646103−A1に記述され、これらの各々は、特別に本明細書中で参考として援用されている。これらは、例えば、ULTRAVIS(登録商標)(BP Chemicals)およびGLISSOPAL(登録商標)(BASF)の商品名で、市販されている。
本発明で使用されるポリオレフィン性反応物の具体的な特徴付けは、当業者に公知の方法を用いて、達成できる。これらには、赤外による一般的な定性分析、および蒸気相浸透法(VPO)やゲル透過クロマトグラフィー(GPC)を用いた平均分子量(例えば、数平均分子量
および重量平均分子量
など)の決定などが挙げられる。構造的な詳細は、プロトンおよびカーボン13(C13)核磁気共鳴(NMR)方法を使用して、解明できる。NMRは、オレフィン性結合についての置換特性を決定するのに有用であり、これらの置換基の性質に関するある程度詳細な情報を提供する。このオレフィン性結合についての置換基に関するより特定の詳細な情報は、例えば、オゾン分解により、このオレフィンから置換基を開裂し、次いで、NMR、GPC、VPOおよび赤外分析および当業者に周知の他の方法により、この開裂した生成物を分析することにより、得られる。
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)は、重合体の重量平均分子量および数平均分子量の両方を知る方法であるだけでなく、この重合体の全分子量分布を知る方法でもある。本発明の目的では、イソブテンの一連の分画された重合体、ポリイソブテンが、GPCの較正標準として用いられる。重合体の
値および
値を決定する技術は、周知であり、そして非常に多くの文献および論文に記述されている。例えば、重合体の
および分子量分布を決定するための方法は、W.W.Yan、J.J.KirklandおよびD.D.Blyの「Modern Size Exclusion Liquid Chromatographs」(J.Wiley & Sons、Inc.、1979年)に記述されている。
および
についての規準を満たす上記のようなポリアルケンの調製は、当該技術分野の範囲内であり、本発明の一部を構成しない。当業者に容易に明らかな技術には、重合温度を制御すること、重合開始剤および/または触媒の量および種類を調整すること、その重合手順において鎖停止基を使用することなどが挙げられる。ストリッピング超軽留分(very light end)の(真空ストリッピングを含む)、および/または高分子量ポリアルケンを酸化的または機械的に分解して低分子量アルケンを生成することのような他の通常の技術もまた、使用され得る。
上述の
値および
値を有するポリアルケンは、当該技術分野で周知であり、通常の手順に従って調製できる。例えば、これらのポリアルケンの一部は、米国特許第4,234,435号で記述され例示されている。このようなポリアルケンに関連したこの特許の開示内容は、本明細書中で参考として援用されている。このようなポリアルケンのいくつか(特に、ポリブテン)は、市販されている。
II型ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤は、1モルより多い不飽和カルボン酸またはその誘導体が1モルのオレフィン重合体またはその塩素化類似物と反応されるように、ポリコハク化ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤として特徴付けられる。米国特許第4,234,435号は、ポリコハク化ヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤およびそこから調製される分散剤の調製のための手順の開示について、本明細書中で参考として特別に援用されている。
他の実施形態では、II型コハク酸アシル化剤は、置換基およびコハク酸基からなり、ここで、これらの置換基は、少なくとも約1200の
値および少なくとも約1.5の
比により特徴付けられるポリアルケンから誘導され、ここで、該アシル化剤は、その構造内に、置換基の各当量に対して、平均して、少なくとも約1.3個のコハク酸基が存在することにより、特徴付けられる。
このII型コハク酸アシル化剤は、その構造内に、2個の基または部分が存在することにより、特徴付けることができる。第一の基または部分は、本明細書中で以下、便宜上、「置換基」と呼ばれ、そしてポリアルケンから誘導される。これらの置換基が誘導されるポリアルケンは、少なくとも1200、さらに一般的には、約1500〜約5000の
(数平均分子量)値、および少なくとも約1.5、さらに一般的には、約1.5〜約6の
値により、特徴付けられる。第二の基または部分は、本明細書中以下では、「コハク酸基」と呼ばれる。これらのコハク酸基は、以下の構造により特徴付けられる基である:
ここで、XおよびX’は、XおよびX’の少なくとも1個は、第二の置換コハク酸アシル化剤がカルボン酸アシル化剤として機能できるようなものであるならば、同一または異なる。すなわち、XおよびX’の少なくとも1個は、この置換コハク酸アシル化剤がアミドまたはアミン塩を形成できるか、そうでなければ、通常のカルボン酸アシル化剤として機能できるようでなければならない。本発明の目的上、通常のアシル化反応として、エステル交換反応およびアミド交換反応が考慮される。
それゆえ、Xおよび/またはX’は、通常、−OH、−O−ヒドロカルビル、−O(ここで、Mは、1当量の金属カチオン、アンモニウムカチオンまたはアミンカチオン、−NH、−Cl、−Brを表わし、また、XおよびX’は、無水物を形成するように、一緒になって、−O−であり得る)。上記の1つではない任意のX基またはX’基の特定の同定は、その存在によって残りの基がアシル化反応に入るのを妨げられない限り、重要ではない。しかしながら、好ましくは、XおよびX’は、それぞれ、このコハク酸基の両方のカルボニル官能基(すなわち、−C−(O)Xおよび−C(O)X’の両方)がアシル化反応に入り得る。
式VIIIの以下の基にある満たされていない原子価の1つは、この置換基中の炭素原子と共に、炭素−炭素結合を形成する:
他のこのような満たされていない原子価は、類似の結合により、同一または異なる置換基で満たされ得るものの、この1個のこのような原子価を除いて全ては、通常、水素(すなわち、−H)で満たされる。
II型コハク酸アシル化剤は、その構造内に、置換基の各当量あたり、平均して、少なくとも約1.3個のコハク酸基(すなわち、式VIIIに対応する基)が存在することにより、特徴付けられる。本発明の目的上、置換基の当量数は、この置換基が誘導されるポリアルケンの
値をこの置換コハク酸アシル化剤中に存在している置換基の全重量で割ることにより得られる商に対応する数であると思われる。それゆえ、II型コハク酸アシル化剤が、40,000の置換基の全重量により特徴付けられ、この置換基が誘導されるポリアルケンの
値が2000である場合、第二の置換コハク酸アシル化剤は、全体で20(40,000/2000=20)当量の置換基により、特徴付けられる。従って、その特定の第二コハク酸アシル化剤はまた、本発明の新規なコハク酸アシル化剤の要件の1つを満たすために、その構造内に、少なくとも26個のコハク酸基が存在していることにより、特徴付けられるはずである。
上述の
値および
値を有するポリアルケンは、当該技術分野で公知であり、そして通常の手順に従って調製できる。このようなポリアルケンのいくつか(特に、ポリブテン)は、市販されている。
好ましい1実施形態では、これらのコハク酸基は、通常、次式に対応している:
ここで、R10およびR11は、それぞれ独立して、−OH、−Cl、−O−低級アルキルからなる群から選択され、また、R10およびR11は、一緒になって、−O−となる。後者の場合、このコハク酸基は、無水コハク酸基である。特定のII型コハク酸アシル化剤中の全てのコハク酸基は、同一である必要はないが、それらは、同一であり得る。好ましくは、これらのコハク酸基は、以下の物質ならびに(X(A))および(X(B))の混合物に相当している:
II型コハク酸アシル化剤(ここで、これらのコハク酸基は、同一または異なる)を提供することは、当該技術分野の範囲内であり、通常の手順(例えば、この置換コハク酸アシル化剤それ自体を処理すること(例えば、この無水物を遊離酸に加水分解すること、または遊離酸を塩化チオニルで酸塩化物に転化すること)および/または適切なマレイン酸またはフマル酸反応物を選択すること)によって、達成できる。
上述のように、各当量の置換基に対するコハク酸基の最低数は、1.3個である。その最高数は、一般に、6個を超えない。好ましくは、この最低数は、1.4個である;通常、各当量の置換基に対して、1.4個〜約6個のコハク酸基である。この最低数に基づいた範囲は、置換基1当量あたり、少なくとも1.5個〜約3.5個のコハク酸基、さらに一般的には、約1.5個〜約2.5個のコハク酸基である。
前述のことから、II型コハク酸アシル化剤は、記号R(Rで表わすことができることが明白であり、ここで、Rは、1当量のコハク酸基を表わし、Rは、上述のように、式(VIII)、式(IX)または式(X)に対応する1個のコハク酸基を表わし、そしてdは、1.3に等しいかまたはそれより大きい数である。本発明のさらに好ましい実施形態は、例えば、本明細書中の他の箇所で述べるように、RおよびRが、それぞれ、さらに好ましい置換基およびコハク酸基を表わすようにすることにより、ならびに、上述のように、dの値を変化させることにより、同様に、説明できる。
好ましい置換コハク酸基(ここで、その好適性は、各当量の置換基に対して、コハク酸基の数および種類(identity)に依存している)に加えて、なおさらなる好適性は、これらの置換基が誘導されるポリアルケンの種類および特徴付けに基づいている。
例えば、
の値に関して、最低で、約1200、しばしば、少なくとも約1300または約1500、そして最高で、約5000が好ましく、さらに好ましくは、約1500〜約2800、そして最も好ましくは、約1500〜約2400である。ポリブテンを使うと、
に対する特に好ましい最低値は約1700であり、そして特に好ましい範囲の
値は、約1700〜約2400である。
約1.8の最低
値が好ましく、約1.8から約5.0までの範囲もまた、好ましい。約2.0〜約4.5は、さらに好ましく、約2.5は、特に好ましく、約2.5〜約4.0の範囲もまた、特に好ましい。
コハク酸アシル化剤のこれらの好ましい特徴は、独立的および依存的の両方である。それらは、例えば、1当量の置換基あたり、最低で1.4個または1.5個のコハク酸基に対する好適性が、
または
のさらに好ましい値に結び付いていないという意味で、独立的である。それらは、例えば、最低で1.4個または1.5個のコハク酸基に対する好適性が、
および/または
のさらに好ましい値と組み合わされるとき、この好適性の組合せが、実際には、この成分のなおさらにより好ましい実施形態を記述しているという意味で、依存的である。それゆえ、種々のパラメータは、述べられている特定のパラメータに関して、孤立していると解釈されるが、また、さらに他の好適性を確認するために、他のパラメータと組み合わせることができる。この同じ概念は、他に反対の意味が明示されているか明らかであるのでないなら、好ましい値、範囲、比、反応物などの記述に関して、本明細書全体を通じて、当てはまると解釈される。
II型アシル化剤の置換基が誘導されるポリアルケンは、重合可能オレフィンモノマーの単独重合体およびインターポリマーである。これらは、特に、II型コハク酸アシル化剤に特有の
および
のさらに他の限度と共に、上述のものと本質的に同じである。
II型コハク酸アシル化剤を調製する際に、1種またはそれ以上の上記ポリアルケンは、以下の一般式のマレイン酸またはフマル酸反応物からなる群から選択される1種またはそれ以上の酸性反応物と反応される:
ここで、XおよびX’は、本明細書中で先に定義したとおりである。好ましくは、これらのマレイン酸およびフマル酸反応物は、次式に対応している1種またはそれ以上の化合物である:
ここで、R10およびR11は、本明細書中で先に定義したとおりである。通常、これらのマレイン酸またはフマル酸反応物は、マレイン酸、フマル酸、無水マレイン酸、またはそれらの2種またはそれ以上の混合物である。特に好ましい反応物には、マレイン酸反応物があり、無水マレイン酸が好ましい。
1種またはそれ以上のポリアルケンおよび1種またはそれ以上のマレイン酸のまたはフマル酸反応物は、本発明のI型またはII型アシル化剤を生成するために、いくつかの公知の手順のいずれかに従って、反応できる。
このスクシンイミド分散剤を調製する際に、このヒドロカルビル置換コハク酸アシル化剤は、(a)アンモニウムまたは(b)少なくとも1個の−NH基を有するアミンと反応される。
通常、置換コハク酸アシル化剤は、アンモニアまたはこのアミンと直接反応されるが、ある状況では、まず、この無水物を酸に転化するのが望まれ得る。
(アミン反応物)
本明細書中で定義される適切なアミン反応物には、モノアミンおよびポリアミンが挙げられる。これらのアミン反応物は、少なくとも1個の−NH基を含有しなければならない。それゆえ、本発明のスクシンイミド分散剤を調製する際には、少なくとも1個の第一級アミノ基を有するアミンだけが使用される。ポリアミンは、少なくとも1個の第一級アミン基を含有するという条件で、使用され得、好ましくあり得る。このモノアミンは、一般に、1個〜約24個の炭素原子、好ましくは、1個〜約12個の炭素原子、さらにより好ましくは、1個〜約6個の炭素原子を含有する。本発明で有用なモノアミンの例には、第一級アミン、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、オクチルアミン、およびドデシルアミンが挙げられる。
他の実施形態では、このモノアミンは、ヒドロキシヒドロカルビルアミン、通常、ヒドロキシアルキルアミンであり得る。典型的には、このヒドロキシアルキルアミンは、第一級アルカノールアミンである。反応してアミドを形成できるアルカノールアミンは、例えば、次式により表わされる:
ここで、各R’は、約2個〜約18個の炭素原子、好ましくは、2個〜約4個の炭素原子を有する二価ヒドロカルビル基である。このような式の−R’−OH基は、ヒドロキシヒドロカルビル基を表わす。R’は、非環式基、脂環族基または芳香族基であり得る。典型的には、R’は、非環式基、脂環式基または芳香族基であり得る。典型的には、R’は、脂環式の直鎖または分枝鎖アルキレン基(例えば、エチレン基、1,2−プロピレン基、1,2−ブチレン基、1,2−オクタデシレン基など)である。
これらのアルカノールアミンの例には、モノエタノールアミン、プロパノールアミンなどが挙げられる。
このヒドロキシヒドロカルビルアミンはまた、エーテル N−(ヒドロキシヒドロカルビル)アミンであり得る。これらは、上記ヒドロキシアミンのヒドロキシポリ(ヒドロカルビルオキシ)類似物(これらの類似物には、ヒドロキシル置換されたオキシアルキレン類似物も挙げられる)である。このようなN−(ヒドロキシヒドロカルビル)アミンは、例えば、エポキシドと上記アミンとの反応により、首尾よく調製でき、そして次式により表わされ得る:
ここで、xは、約2〜約15の数であり、そしてR’は、上で記述のとおりであ
る。
他の有用なアミンには、以下の一般式のエーテルアミンが挙げられる:
ここで、Rは、1個〜約24個の炭素原子を含有するヒドロカルビル基、好ましくは、脂肪族基、さらに好ましくは、アルキル基であり、Rは、2個〜約18個の炭素原子、さらに好ましくは、2個〜約4個の炭素原子を含有する二価ヒドロカルビル基、より好ましくはアルキレン基である。特に好ましいエーテルアミンには、SURFAM(これは、Sea Land Chemical Co.,Westlake,Ohioから製造され販売されている)の名称で入手できるものがある。
このアミンは、好ましくは、ポリアミンである。このポリアミンは、脂肪族、環状脂肪族、複素環または芳香族であり得る。このポリアミンの例には、アルキレンポリアミン、ヒドロキシ含有ポリアミン、アリールポリアミン、および複素環ポリアミンが挙げられる。
アルキレンポリアミンは、次式により表わされる:
ここで、nは、約1と約10の間、好ましくは、約2〜約7、さらに好ましくは、約2〜約5の平均値を有し、そして「Alkylene」基は、1個〜約10個の炭素原子、好ましくは、約2個〜約6個の炭素原子、さらに好ましくは、約2個〜約4個の炭素原子を有する。Rは、独立して、水素、または約30個までの炭素原子を有する脂肪族基またはヒドロキシ置換脂肪族基であり、好ましくは、Rは、Hまたは低級アルキル、最も好ましくは、Hである。少なくとも1つのアミノ基は、第一級アミノ基でなくてはならない。
アルキレンポリアミンには、メチレンポリアミン、エチレンポリアミン、ブチレンポリアミン、プロピレンポリアミン、ペンチレンポリアミンなどが挙げられる。より高級な同族体および関連した複素環式アミン(例えば、ピペラジンおよびN−アミノアルキル置換ピペラジン)もまた、含まれる。このようなポリアミンの特定の例には、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、トリス−(2−アミノエチル)アミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ヘキサエチレンヘプタミン、ペンタエチレンヘキサミン、アミノエチルピペラシン、ジメチルアミノプロピルアミンなどがある。
2種またはそれ以上の上述のアルキレンアミンの縮合により得られるより高級な同族体は、2種またはそれ以上の上記ポリアミンの混合物と同様に、有用である。
エチレンポリアミン(例えば、上で述べたもののいくつか)は好ましい。これらは、「Diamines and Higher Amines」の表題で、Kirk Othmerの「Encyclopedia of Chemical Technology(4版、8巻、74〜108ページ、John Wiley and Sons,New York(1993年))およびMeinhardtら、米国特許第4,234,435号に詳細に記述されており、これらの両方は、有用なポリアミンの開示のために、本明細書中で参考として本明細書中によって援用されている。このようなポリアミンは、好都合には、二塩化エチレンとアンモニアとの反応により、またはエチレンイミンと開環試薬(例えば、水、アンモニアなど)との反応により、調製される。このような反応の結果、環状縮合生成物(例えば、上記ピペラジン)を含むポリアルキレンポリアミンの錯体混合物が生成する。エチレンポリアミン混合物は有用である。
他の有用なタイプのポリアミン混合物には、上記ポリアミン混合物のストリッピングにより、しばしば「ポリアミンボトム(bottoms)」と呼ばれる残留物を残して得られるものがある。一般に、アルキレンポリアミンボトムは、約200℃未満で沸騰する物質を、2(重量)%より少ない量、通常は1(重量)%より少ない量で含有するものとして、特徴づけられ得る。Dow Chemical Company of Freeport,Texasから得られるこのようなエチレンポリアミンボトムの典型的な試料(これは、「E−100」と命名されている)は、15.6℃で1.0168の特有の比重、33.15(重量)%の窒素割合、および40℃で121センチストークスの粘度を有する。このような試料のガスクロマトグラフィー分析では、これが、約0.93(重量)%の「Light End(軽留分)」(おそらく、ジエチレントリアミンである)、0.72(重量)%のトリエチレンテトラミン、21.74(重量)%のテトラエチレンペンタミン、および76.61(重量)%のペンタエチレンヘキサミンおよびより高級なポリエチレンアミン類を含有する。これらのアルキレンポリアミンボトムには、環状の縮合生成物(例えば、ピペラジン)、およびジエチレントリアミンやトリエチレンテトラミンなどのより高級な同族体が挙げられる。
他の有用なポリアミンは、少なくとも1種のヒドロキシ化合物と、少なくとも1個の第一級アミノ基または第二級アミノ基を含有する少なくとも1種のポリアミン反応物との反応により得られる縮合生成物である。このヒドロキシ化合物は、好ましくは、多価のアルコールおよびアミンである。好ましくは、このヒドロキシ化合物は、多価アミンである。多価アミンには、2個〜約20個の炭素原子、好ましくは、2個〜約4個の炭素原子を有するアルキレンオキシド(例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドなど)と反応した上記モノアミンのいずれかが挙げられる。多価アミンの例には、トリス−(ヒドロキシメチル)アミノメタン、および2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオールが挙げられる。
多価アルコールまたはアミンと反応して縮合生成物または縮合アミンを形成するポリアミン反応物は、上で記述されている。好ましいポリアミン反応物には、トリエチレンテトラミン(TETA)、テトラエチレンペンタミン(TEPA)、ペンタエチレンヘキサミン(PEHA)、およびポリアミン混合物(例えば、上記の「アミンボトム」)が挙げられる。
このポリアミン反応物とヒドロキシ化合物との縮合反応は、酸触媒の存在下にて、高温(通常、約60℃〜約265℃)で行われる。
このアミン縮合物およびその製造方法は、例えば、Steckel(米国特許第5,053,152号)に記述され、これは、アミン縮合物の縮合物およびその製造方法の開示のために、本明細書中で参考として援用されている。
他の実施形態では、これらのポリアミンは、ヒドロキシ含有ポリアミンである。ヒドロキシモノアミンのヒドロキシ含有ポリアミン類似物、特に、アルコキシル化アルキレンポリアミンもまた、使用できる。このようなポリアミンは、上記アルキレンアミンと、1種またはそれ以上の上記アルキレンオキシドとを反応させることにより、製造できる。類似のアルキレンオキシド−アルカノールアミン反応生成物(例えば、上記の第一級、第二級または第三級アルカノールアミンと、エチレン、プロピレンまたはより高級なエポキシドとを、1.1〜1.2のモル比で反応させることにより製造した生成物)もまた、使用できる。このような反応を行うための反応物比および温度は、当業者に周知である。この上で述べたように、このようなヒドロキシ含有ポリアミンは、少なくとも1個の−NH基を有しなければならない。
アルコキシル化アルキレンポリアミンの特定の例には、N−(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、N,N−ジ−(2−ヒドロキシエチル)−エチレンジアミン、モノ(ヒドロキシプロピル)置換テトラエチレンペンタミン、N−(3−ヒドロキシブチル)テトラメチレンジアミンなどが挙げられる。上で例示のヒドロキシ含有ポリアミンのアミノ基または水酸基を介した縮合により得られる高級な同族体は、同様に、有用である。アミノ基を介した縮合により、アンモニアの除去を伴って、高級なアミンが得られるのに対して、水酸基を介した縮合により、水を除去を伴って、エーテル結合を含有する生成物が得られる。上記ポリアミンのいずれかの2種またはそれ以上の混合物もまた、有用である。
別の実施形態では、このアミンは複素環式ポリアミンであり得る。この複素環式ポリアミンには、アミノアルキル置換した、アジリジン、アゼチジン、アゾリジン、アゼピン、アゾシン、アゾニン、アゼシン、テトラ−およびジヒドロピリジン、ピロール、インドール、ピペリジン、イミダゾール、ジ−およびテトラヒドロイミダゾール、ピペラジン、イソインドール、プリン;N−アミノアルキルチオモルホリン、N−アミノアルキルモルホリン、N−アミノアルキルピペラジン、N,N'−ビスアミノアルキルピペラジン、および上記物質のそれぞれのテトラ−、ジ−およびペルヒドロ誘導体、ならびにこれら複素環式アミンの2種またはそれ以上の混合物が挙げられる。好ましい複素環式アミンは、複素環中に窒素のみかまたは、酸素および/もしくはイオウと共に窒素を含有する、アミノアルキル置換した飽和の五員環および六員環複素環式アミンであり、特に、ピペラジン、チオモルホリン、モルホリン、ピロリジンなどである。ピペリジン、アミノアルキル置換ピペリジン、アミノアルキル置換ピペラジン、アミノアルキル置換モルホリン、およびアミノアルキル置換ピロリジンは、特に好ましい。通常、このアミノアルキル置換基は、この複素環の一部を形成する窒素原子上にて、置換されている。このような複素環式アミンの特定の例には、N−アミノプロピルモルホリン、N−アミノ−エチルピペラジン、およびN,N'−ジアミノエチルピペラジンが挙げられる。ヒドロキシアルキル置換複素環式ポリアミンもまた、有用である。
別の実施形態では、このアミンは、ポリアルケン置換アミンである。これらのポリアルケン置換アミンは、当業者に周知である。これらは、米国特許第3,275,554号;第3,438,757号;第3,454,555号;第3,565,804号;第3,755,433号;および第3,822,289号に開示されている。これらの特許は、ポリアルケン置換アミンおよびその製造方法の開示について、本明細書中で参考として援用されている。
典型的には、ポリアルケン置換アミンは、ハロゲン化(好ましくは、塩素化)オレフィンおよびオレフィン重合体(ポリアルケン)と、アミン(モノアミンまたはポリアミン)とを反応させることにより、調製される。このアミンは、上記アミンのいずれかであり得る。これらの化合物の例には、ポリ(プロピレン)アミン;ポリブテンアミン;N−ポリ(ブテン)エチレンジアミン;N−ポリ(プロピレン)トリメチレンジアミン;N−ポリ(ブテン)ジエチレントリアミン、N',N'−ポリ(ブテン)テトラエチレンペンタミンなどが挙げられる。
ポリアルケン置換アミンは、少なくとも約8個の炭素原子から、好ましくは、少なくとも約30個の炭素原子から、さらに好ましくは、少なくとも約35個の炭素原子から、約300個の炭素原子まで、好ましくは、200個の炭素原子まで、さらに好ましくは、100個の炭素原子までを含有するものとして、特徴付けられる。1実施形態では、このポリアルケン置換アミンは、少なくとも約500のn(数平均分子量)値により、特徴付けられる。一般に、このポリアルケン置換アミンは、約500〜約5000のn値、好ましくは、約800〜約2500のn値により、特徴付けられる。別の実施形態では、nは、約500〜約1200または1300の間で変化する。
このポリアルケン置換アミンが誘導されるポリアルケンには、2個〜約16個の炭素原子;通常、2個〜約6個の炭素原子、好ましくは、2個〜約4個の炭素原子、さらに好ましくは、4個の炭素原子の重合可能なオレフィンモノマーの単独重合体およびインターポリマー(好ましくは単独重合体)が挙げられる。このオレフィンは、モノオレフィン(例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテンおよび1−オクテン);またはポリオレフィンモノマー(好ましくは、ジオレフィンモノマー(例えば、1,3−ブタジエンおよびイソプレン))であり得る。好ましい単独重合体の一例には、ポリブテン、好ましくは、その重合体の約50%がイソブチレンから誘導されたポリブテンがある。このポリアルケンは、通常の方法により調製される。
アシル化剤の当量数は、存在しているカルボンキシル官能性の全数に依存している。アシル化剤の当量数を決定する際に、カルボン酸アシル化剤として反応できないカルボキシル官能性は、除外される。一般に、これらのアシル化剤中の各カルボキシ基に対して、1当量のアシル化剤が存在している。カルボキシル官能性の数(例えば、酸価、けん化価など)を決定する通常の方法が利用でき、これらは、当業者に周知である。
モノアミンの当量は、このアミンの分子量である。モノアミン混合物の当量は、窒素の原子量(14)をこの混合物中に含有されているNの%で割って100を掛けることにより、決定できる。ポリアミンの当量は、同様に、決定できる。
ポリアミンの量は、しばしば、当量で表わされる。1当量のポリアミノ化合物またはその誘導体は、その式量をその中の窒素原子の平均数(これは、塩基性−NH基を含む)で割った値である。それゆえ、エチレンジアミンは、2当量を含む;N,N−ジメチル−プロパンジアミンは、1当量を含む。
別の実施形態では、このポリアミンは、ヒドロキシアミンであり得るが、但し、このポリアミドは、少なくとも1個の縮合可能な−NH基を含有する。典型的には、これらのヒドロキシアミンは、第一級アルカノールアミンである。このようなアミンは、モノ−およびポリ−N−ヒドロキシアルキル置換アルキレンポリアミンで表わすことができ、ここで、これらのアルキレンポリアミンは、この上で記述したとおりであり;特に、そのアルキレン基に2個〜3個の炭素原子を含有するものであり、このアルキレンポリアミンは、7個までのアミノ基を含有する。
スクシンイミド分散剤は、頻繁には、塩基性であり、すなわち、塩基価を示す。この塩基価は、通常、この上で記述されているように、全塩基価で表わされる。このスクシンイミド分散剤の塩基価は、このアミン反応物(通常、この分散剤中に存在している未反応アミノ部分の量)の存在から生じる。これらの塩基価は、広範囲に変えることができるが、希釈剤を含まない基準で、約5〜約200、しばしば、約15〜約100、頻繁には、約30〜約60の範囲の値である。好ましい1実施形態では、この分散剤は、少なくとも約40のTBNを有する。
これらのコハク酸分散剤が調製され得る方法の特定の例には、以下がある:
(実施例(B)−1)
200℃で塩素化ポリイソブチレンと無水マレイン酸とを反応させることにより、ポリイソブテニル無水コハク酸を調製する。そのポリイソブテニル基は、850の平均分子量を有し、得られたアルケニル無水コハク酸は、113の酸価(これは、500の当量に対応している)を有することが分かる。このポリイソブテニル無水コハク酸500グラム(1当量)およびトルエン160グラムの混合物に、室温で、ジエチレントリアミン35グラム(1当量)を添加する。この添加は、0.25時間にわたって、少しずつ行い、初期の発熱反応を伴い、その温度は、50℃まで上昇する。この混合物を加熱し、その混合物から、水−トルエン共沸混合物を蒸留する。水の形成がほぼ止まったとき、この混合物を、減圧下で、150℃まで加熱して、このトルエンを除去する。その残留物を鉱油350グラムで希釈する。この溶液は、%N=1.6を有する。
(実施例(B)−2)
このアミン反応物として、31グラム(1当量)のエチレンジアミンを使用して、実施例(B)−1の手順を繰り返す。この生成物は、%N=1.4を有する。
(実施例(B)−3)
トリエチレンテトラミンの組成に対応する組成を有するエチレンアミン混合物55.5グラム(1.5当量)を使用して、実施例(B)−1の手順を繰り返す。得られた生成物は、%N=1.9を有する。
(実施例(B)−4)
アミン反応物として、トリエチレンテトラミン55.0グラム(1.5当量)を使用して、実施例(B)−1の手順を繰り返す。得られた生成物は、%N=2.2を有する。
(実施例(B)−5)
トルエン140グラムおよびポリイソブテニル無水コハク酸(これは、109の酸価を有し、無水マレイン酸および実施例(B)−1の塩素化ポリイソブチレンから調製される)400グラム(0.78当量)の混合物に、室温で、テトラエチレンペンタミンの組成に対応する平均組成を有するエチレンアミン混合物(Polyaminie H,Union Carbide)63.6g(1.55当量)を添加する。この混合物を加熱して、水−トルエン共沸混合物を蒸留し、次いで、減圧下にて、150℃まで加熱して、残留しているトルエンを除去する。残留ポリアミドは、%N=4.7%を有する。
(実施例(B)−6)
アミン反応物として、エチレンジアミン46グラム(1.5当量)を使用して、実施例(B)−1の手順を繰り返した。この生成物は、%N=1.5を有する。
(実施例(B)−7)
塩素化ポリイソブチレン(1,050の平均分子量および4.3%の塩素含量を有する)と無水マレイン酸との反応により、105の酸価および540の当量を有するポリイソブテニル無水コハク酸を調製する。このポリイソブテニル無水コハク酸300重量部および鉱油160重量部の混合物に、65〜96℃で、当量(25重量部)のPolyamine Hを添加する。この混合物を150℃まで加熱して、この反応中に形成された水を除去し、次いで、この温度でNを吹き込んで、残留している水を除去する。この残留物を、鉱油79部で希釈する。このオイルは、%N=1.6%を有する。
(実施例(B)−8)
実施例(B)−7のポリイソブテニル無水コハク酸2,112グラム(3.9当量)、ジエチレントリアミン136グラム(3.9当量)および鉱油1,060グラムの混合物を、140〜150℃で、1時間加熱する。この温度で、さらに4時間にわたって、この混合物に窒素をバブリングして、水の除去を助ける。その残留物を、鉱油420グラムで希釈する。このオイル溶液は、%N=1.3を有する。
(実施例(B)−9)
実施例(B)−7のポリイソブテニル無水コハク酸1,000グラム(1.87当量)の鉱油500グラム溶液に、85〜95℃で、テトラエチレンペンタミン70グラム(1.87当量)を添加する。この混合物を、150〜165℃で、4時間加熱し、窒素を吹き込んで、水の除去を助ける。この残留物を、鉱油200グラムで希釈する。このオイル溶液は、%N=1.4を有する。
(実施例(B)−10)
ポリイソブテン
510部(0.28モル)および無水マレイン酸59部(0.59モル)の混合物を、110℃まで加熱する。この混合物を、7時間にわたって、190℃まで加熱し、その間、その表面下から、気体状の塩素43部(0.6モル)を添加する。190℃〜192℃で、3.5時間にわたって、追加の塩素11部(0.16モル)を添加する。この反応混合物を、190℃〜192℃で加熱することにより、ストリッピングし、10時間にわたって、窒素を吹き込む。その残留物は、87のけん化価(ASTM D−94)を有するポリイソブテン置換II型コハク酸アシル化剤である。
上で調製した置換コハク酸アシル化剤161部(0.25当量)および鉱油113部に、138℃で、1分子あたり約3個〜約10個の窒素原子を有するエチレンポリアミンの市販混合物10.2部(0.25当量)を添加することにより、混合物を調製する。この反応混合物を、2時間で、150℃まで加熱し、そして窒素を吹き込むことにより、ストリッピングする。この反応混合物を濾過する。
(実施例(B)−11)
ポリイソブテン
1000部(0.495モル)および無水マレイン酸115部(1.17モル)の混合物を、110℃まで加熱する。この混合物を、6時間で、184℃まで加熱して、その間、その表面下から、気体状の塩素85部(1.2モル)を添加する。184℃〜189℃で、4時間にわたって、追加の塩素59部(0.83モル)を添加する。この反応混合物を、186℃〜190℃で加熱することにより、ストリッピングし、26時間にわたって、窒素を吹き込む。その残留物は、87のけん化当量価(sponification equivalent number)を有するポリイソブテン置換II型コハク酸アシル化剤である。
上で調製したコハク酸アシル化剤893部(1.38当量)および鉱油1067部に、140℃〜145℃で、1分子あたり約3個〜10個の窒素原子を有するエチレンポリアミンの市販混合物57部(1.38当量)を添加することにより、混合物を調製する。この反応混合物を、3時間で、155℃まで加熱し、そして窒素を吹き込むことにより、ストリッピングする。この反応混合物を濾過する。
(実施例(B)−12)
反応器に、ポリイソブテン
1000部(0.5モル)を充填する。135℃で、無水マレイン酸106部(1.08モル)を添加し、その温度を165℃まで上げ、6時間にわたって、気体状の塩素90部(1.27モル)を添加する。この塩素添加中、その温度は、190℃まで上がる。これは、酸価=95を有するII型無水コハク酸である。
上記生成物1000部に、希釈油1050部を添加する。これらの物質を110℃まで加熱し、その時点で、ポリアミン69.4部(1.83当量)を添加し、この間、この温度は、132℃まで上がる。Nを吹き込みつつ、この温度を150℃まで上げる。オイル145部を添加し、これらの内容物を濾過する。その濾液は、オイル53%を含み、%N=1.1であり、TBN=21を有する。
(実施例(B)−13)
実施例(B)−12の無水コハク酸1000部および鉱油1181部から、溶液を調製する。この溶液を110℃まで加熱し、そして2時間にわたって、エチレンアミン混合物59.7部(25%のジエチレントリアミンおよび残量のポリエチレンアミンボトム、Union Carbide)を添加し、その間、その温度は、発熱のために、127℃まで上昇する。この温度を152℃まで上げ、そしてNを吹き込みつつ、1時間維持し、次いで、これらの物質を濾過する。その濾液を、追加の鉱油で、55%オイル、塩基価=15および%N=0.9に調整する。
(実施例(B)−14)
反応器に、ポリブテン(これは、蒸気相浸透法で決定した約950の数平均分子量を有し、主として、イソブテン単位からなる)1000部を充填し、続いて、無水マレイン酸108部を添加する。この混合物を110℃まで加熱し、続いて、110〜188℃の範囲の温度で、6.5時間にわたって、Cl(100部)を表面下から添加する。その発熱反応は、188℃を超えないように制御する。このバッチに窒素を吹き込み、次いで、保存する。
LeSuerの米国特許第3,172,892号で記述されている条件下にて、鉱油希釈剤820部中で、この実施例の置換無水コハク酸1000部と市販エチレンポリアミン混合物(これは、約34.5%の平均窒素含量を有する)85部とを反応させることにより、スクシンイミド分散剤を調製する。この生成物は、1.5%のNを含有し、そしてTBN=30を有する。
環境上の理由のために、現在では、潤滑油組成物中の塩素レベルをなくすか低減することが望まれている。潤滑剤および燃料添加剤中に含有される塩素をなくす1方法は、その製造プロセスにおいて塩素を使用しないことである。別の方法は、組成物を処理して塩素を除去することである。塩素含有組成物を処理してその中の塩素レベルを少なくする1手順は、ヨーロッパ特許EP 665,242で記述されている。この特許で記述されている手順は、この組成物にヨウ素源または臭素源を導入する工程、得られた混合物の成分を十分な時間にわたって接触して、ヨウ素または臭素を実質的に混入させることなく、その塩素含量を低下させる工程を包含する。この手順により、塩素含量はうまく低下するが、ある場合には、潤滑剤および燃料中で使用される組成物中の塩素の量をさらに低下させることが望ましい。
ポリアルケニル置換ジカルボン酸に基づいた添加剤組成物中の塩素の量を低下させる1方法は、塩素の非存在下にて、このような炭化水素置換ジカルボン酸を調製することにあり、このような化合物を「エン」プロセスで調製する手順が記述されており、このプロセスでは、このポリオレフィンおよび不飽和ジカルボン酸を、必要に応じて、触媒の存在下にて、共に加熱する。この手順を使用すると、しばしば、このポリアルケニル置換コハク酸アシル化剤に過剰のコハク酸基を取り込むことが困難となる。
さらに別の方法では、このポリアルケニル置換アシル化剤を調製する反応中に、使用する塩素の量が低下される。特に、この方法は、このポリオレフィン反応物が、約300〜約10,000の範囲、多くの場合、約500〜約2,500の範囲の
を有し、高レベル(特に、約90モル%までの量)のトリ−およびテトラ置換不飽和末端基を有するとき、使用される。塩素は、モル基準で、テトラ−およびトリ置換末端基のモル数に等しい量まで使用される。好ましくは、このハロゲン:ポリオレフィンのモル比は、約0.9:1以下である。
この反応は、この末端基と塩素の反応を行って置換活性な塩素置換基を有するポリオレフィンを生成する時間および温度の条件下で行われ、典型的には、ここで、該温度は、約20℃〜175℃の間の範囲である。
1実施形態では、この塩素化は、溶媒として、実質的に塩素に不活性な液体(例えば、ヘキサン)の存在下で行われ、ここで、該混合物は、約70℃未満の温度で加熱される。別の実施形態では、この反応は、希釈ガスを使用して実行される。好ましい希釈ガスは、NO、COまたはNである。
このポリアルケニル置換アシル化剤は、この置換活性塩素含有ポリオレフィンとα,β−不飽和化合物(該化合物は、α,β−不飽和酸、その無水物、誘導体または混合物を含有する)とを反応させることにより、そしてこのポリオレフィンとα,β−不飽和化合物との反応が起こって低塩素含量を有するポリオレフィン置換反応生成物を生成するように選択された時間および温度のパラメータ下にて、この混合物を反応させることにより、調製される。典型的には、該置換反応生成物の塩素含量は、オイルを含まない基準で、1000ppm以下である。
好ましくは、このポリオレフィン置換反応生成物は、ポリブテン置換コハク酸、無水物またはそれらの混合物または誘導体である。
以下の実施例は、塩素含量を少なくするいくつかの方法を例示している。
(実施例(B)−15)
実施例(B)−7に従って、ポリイソブテニル(分子量1000)無水コハク酸を調製する。この無水物を得た後、その1000部をヨウ素(これは、塩素含量を0.1%まで低下させる)4部で処理する。この無水物を希釈油667部で希釈し、このオイル希釈無水物1000部を、ポリアミンの市販混合物103部と反応させる。40%のオイル含量、45の全塩基価および2.0%の窒素を有するスクシンイミド分散剤を得る。
(実施例(B)−16)
実施例(B)−12と本質的に同じ手順に従って、ポリイソブテン1000グラムを、全体で106グラムの無水マレイン酸および全体で90グラムの塩素と反応させる。この無水物を得た後、その1000部をヨウ素(これは、その塩素含量を0.1%まで低下させる)4部で処理する。この無水物1000グラムに、希釈油207グラムを添加する。これらの内容物を110℃まで加熱し、そして2時間にわたって、ポリアミンの市販混合物39グラムを添加し、この間、これらの内容物は、127℃まで発熱する。これらの内容物を152℃まで加熱し、そして窒素を吹き込みつつ1時間保持して、反応水を除去する。オイル23グラムを追加し、これらの内容物を濾過して、50%のオイル、1.05%の窒素、250ppmのハロゲンおよび18の全塩基価を含む生成物を得る。
((C)ジヒドロカルビルジチオリン酸金属塩)
このジヒドロカルビルジチオリン酸金属は、次式により特徴付けられる:
ここで、RおよびRは、それぞれ独立して、3個〜約13個の炭素原子を含有するヒドロカルビル基であり、Mは、金属であり、そしてnは、Mの原子価に等しい整数である。
このジチオリン酸塩中のヒドロカルビル基RおよびRは、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基またはアルカリール基、または類似の構造の実質的な炭化水素基であり得る。「実質的な炭化水素」とは、その基の炭化水素的な性質を大きく変えない置換基(例えば、エーテル、エステル、ニトロまたはハロゲン)を含有する炭化水素を意味する。
具体的なアルキル基には、イソプロピル、イソブチル、n−ブチル、sec−ブチル、種々のアミル基、n−ヘキシル、メチルイソブチルカルビニル、ヘプチル、2−エチルヘキシル、ジイソブチル、イソオクチル、ノニル、ベヘニル、デシル、ドデシル、トリデシルなどが挙げられる。例示的な低級アルキルフェニル基には、ブチルフェニル、アミルフェニル、ヘプチルフェニルなどが挙げられる。シクロアルキル基も同様に、有用であり、これらには、主に、シクロヘキシルおよび低級アルキルシクロヘキシル基が挙げられる。多くの置換炭化水素基(例えば、クロロフェニル、ジクロロフェニルおよびジクロロデシル)もまた、使用され得る。
別の実施形態では、式XIII中のRおよびRの少なくとも1個は、イソプロピル基またはsec−ブチル基である。さらに別の実施形態では、RおよびRの両方は、第二級アルキル基である。
本発明で有用な金属塩が調製されるホスホロジチオ酸は、周知である。ジヒドロカルビルホスホロジチオ酸および金属塩、ならびにこのような酸および塩を調製する方法の例は、例えば、米国特許第4,263,150号、第4,289,635号、第4,308,154号および第4,417,990号で見られる。これらの特許の内容は、このような開示について、本明細書中で参考として援用されている。
これらのホスホロジチオ酸は、五硫化リンとアルコールもしくはフェノールまたはアルコール混合物とを反応させることにより、調製される。この反応は、五硫化リン1モルあたり、4モルのアルコールまたはフェノールが関与しており、約50℃〜約200℃の温度範囲内で実行され得る。それゆえ、O,O−ジ−n−ヘキシルホスホロジチオ酸の調製は、約100℃で、約2時間にわたって、4モルのn−ヘキシルアルコールと五硫化リンとの反応を包含する。硫化水素が遊離し、そしてその残渣は、規定された酸である。この酸の金属塩の調製は、金属酸化物との反応により行われ得る。この反応を起こすには、これらの2種の反応物を単に混合し加熱することで十分であり、得られた生成物は、本発明の目的上、十分に純粋である。
本発明で有用なジヒドロカルビルジチオリン酸の金属塩には、第I族金属、第II族金属、アルミニウム、鉛、スズ、モリブデン、マンガン、コバルト、ニッケルまたはそれらの混合物を含有する塩が挙げられる。第II族金属、アルミニウム、スズ、鉄、コバルト、鉛、モリブデン、マンガン、ニッケルおよび銅は、好ましい金属のうちに入る。亜鉛および銅は、単独でかまたは組み合わせのいずれかで、特に有用な金属である。1実施形態では、本発明の潤滑組成物は、この酸と反応され得る金属化合物を含有し、その例には、酸化リチウム、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、酸化銀、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化ストロンチウム、酸化カドミウム、水酸化カドミウム、酸化バリウム、酸化アルミニウム、炭酸鉄、水酸化銅、水酸化鉛、酪酸スズ、水酸化コバルト、水酸化ニッケル、炭酸ニッケルなどが挙げられる。
ある場合には、この金属反応物と共に、ある種の成分(例えば、少量の酢酸金属または酢酸)を取り込むことで、この反応が促進され、改良された生成物が得られる。例えば、必要量の酸化亜鉛と組み合わせて約5%までの酢酸亜鉛を使用すると、ホスホロジチオ酸亜鉛の形成が促進される。
好ましい1実施形態では、アルキル基RおよびRは、第二級アルコール(例えば、イソプロピルアルコール、第二級ブチルアルコール、2−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノールなど)から誘導される。
特に有用なホスホロジチオ酸金属は、ホスホロジチオ酸から調製できるが、このホスホロジチオ酸は、次いで、五硫化リンとアルコール混合物との反応により、調製される。それに加えて、このような混合物を使用すると、より安価なアルコール(これは、本来、油溶性ホスホロジチオ酸を産生し得ない)を利用することが可能となる。
ジヒドロカルビルジチオリン酸の金属塩の有用な混合物は、五硫化リンと以下の(a)および(b)の混合物とを反応させることにより、得られる:(a)イソプロピルアルコールまたは第二級ブチルアルコール、および(b)少なくとも5個の炭素原子を含有するアルコールであって、ここで、この混合物中のアルコールの少なくとも10モルパーセント、好ましくは、20または25モルパーセントは、イソプロピルアルコール、第二級ブチルアルコールまたはそれらの混合物である。
それゆえ、イソプロピルアルコールおよびヘキシルアルコールの混合物は、非常に効果的な油溶性ホスホロジチオ酸金属を生成するのに使用できる。同じ理由のために、ホスホロジチオ酸の混合物は、この金属化合物と反応されて、安価な油溶性塩を形成できる。
これらのアルコール混合物は、異なる第一級アルコールの混合物、異なる第二級アルコールの混合物または第一級アルコールと第二級アルコールの混合物であり得る。有用な混合物の例には、以下が挙げられる:n−ブタノールおよびn−オクタノール;n−ペンタノールおよび2−エチル−1−ヘキサノール;イソブタノールおよびn−ヘキサノール;イソブタノールおよびイソアミルアルコール;イソプロパノールおよび4−メチル−2−ペンタノール;イソプロパノールおよびsec−ブチルアルコール;イソプロパノールおよびイソオクチルアルコールなど。特に有用なアルコール混合物は、少なくとも約20モルパーセントのイソプロピルアルコール、好ましい実施形態では、少なくとも40モルパーセントのイソプロピルアルコールを含有する第二級アルコールの混合物である。
以下の実施例は、アルコール混合物からのホスホロジチオ酸金属の調製を説明する。
(実施例(C)−1)
6モルの4−メチル−2−ペンタノールおよび4モルのイソプロピルアルコールを含有するアルコール混合物と五硫化リンとを反応させることにより、ホスホロジチオ酸を調製する。このホスホロジチオ酸を、次いで、酸化亜鉛のオイルスラリーと反応させる。このスラリー中の酸化亜鉛の量は、このホスホロジチオ酸を完全に中和するのに必要な理論量の約1.08倍である。このようにして得られるホスホロジチオ酸亜鉛のオイル溶液(10%のオイル)は、9.5%のリン、20.0%のイオウおよび10.5%の亜鉛を含有する。
(実施例(C)−2)
微粉末化した五硫化リンと、11.53モル(692重量部)のイソプロピルアルコールおよび7.69モル(1000重量部)のイソオクタノールを含有するアルコール混合物とを反応させることにより、ホスホロジチオ酸を調製する。このようにして得たホスホロジチオ酸は、約178〜186の酸価を有し、そして10.0%のリンおよび21.0%のイオウを含有する。このホスホロジチオ酸を、次いで、酸化亜鉛のオイルスラリーと反応させる。このオイルスラリーに含有される酸化亜鉛の量は、このホスホロジチオ酸の酸価に相当する理論量の1.10倍である。このようにして調製した亜鉛塩のオイル溶液は、12%のオイル、8.6%のリン、18.5%のイオウおよび9.5%の亜鉛を含有する。
(実施例(C)−3)
イソオクチルアルコール1560部(12モル)およびイソプロピルアルコール180部(3モル)の混合物と五硫化リン756部(3.4モル)とを反応させることにより、ホスホロジチオ酸を調製する。この反応は、このアルコール混合物を約55℃まで加熱することにより、その後、この反応温度を約60℃〜約75℃で維持しつつ、1.5時間にわたって、この五硫化リンを添加することにより、行われる。この五硫化リンを全て添加した後、この混合物を、70℃〜75℃で、さらに1時間加熱し、攪拌し、その後、濾過助剤で濾過する。
鉱油278部と共に、反応器に、酸化亜鉛(282部、6.87モル)を充填する。30分間にわたって、この酸化亜鉛スラリーに、上で調製したホスホロジチオ酸(2305部、6.28モル)を充填するが、この際、60℃までの発熱を伴う。この混合物を、次いで、80℃まで加熱し、この温度で3時間維持する。100℃および6mmHgまでストリッピングした後、この混合物を濾過助剤で2回濾過すると、その濾液は、この亜鉛塩の所望のオイル溶液であり、これは、10%のオイル、7.97%の亜鉛(理論値7.40%)、7.21%のリン(理論値7.06%)および15.64%のイオウ(理論値14.57%)を含有する。
(実施例(C)−4)
反応器に、イソプロピルアルコール(396部、6.6モル)およびイソオクチルアルコール1287部(9.9モル)を充填し、そして攪拌しながら、59℃まで加熱する。次いで、窒素の掃引下にて、五硫化リン(833部、3.75モル)を添加する。この五硫化リンの添加は、59℃〜63℃の間の反応温度で、約2時間で完了する。この混合物を、次いで、45℃〜63℃で、約1.45時間攪拌し、そして濾過する。その濾液は、所望のホスホロジチオ酸である。
反応器に、酸化亜鉛312部(7.7当量)および鉱油580部を充填する。室温で攪拌しつつ、約1.26時間にわたって、上で調製したホスホロジチオ酸(2287部、6.97当量)を添加するが、この際、54℃までの発熱を伴う。この混合物を78℃まで加熱し、そして75℃〜85℃で3時間維持する。この反応混合物を、19mmHgで、100℃まで真空ストリッピングする。その残留物を濾過助剤で濾過すると、その濾液は、所望の亜鉛塩のオイル溶液(19.2%のオイル)であり、これは、7.86%の亜鉛、7.76%のリンおよび14.8%のイオウを含有する。
(実施例(C)−5)
イソプロピルアルコールとイソオクチルアルコールのモル比が1:1であること以外は、実施例(C)−4の一般手順を繰り返す。このようにして得られた生成物は、ホスホロジチオ酸亜鉛のオイル溶液(10%のオイル)であり、これは、8.96%の亜鉛、8.49%のリンおよび18.05%のイオウを含有する。
(実施例(C)−6)
五酸化リン504部(2.27モル)と共にアルコール混合物(これは、イソオクチルアルコール520部(4モル)およびイソプロピルアルコール360部(6モル)を含有する)を使用して、実施例(C)−4の一般手順に従って、ホスホロジチオ酸を調製する。この亜鉛塩は、鉱油116.3部および酸化亜鉛141.5部(3.44モル)のオイルスラリーを上で調製したホスホロジチオ酸950.8部(3.20モル)と反応させることにより、調製する。このようにして調製した生成物は、所望の亜鉛塩のオイル溶液(10%の鉱油)であり、このオイル溶液は、9.36%の亜鉛、8.81%のリンおよび18.65%のイオウを含有する。
(実施例(C)−7)
イソオクチルアルコール520部(4モル)およびイソプロピルアルコール559.8部(9.33モル)の混合物を調製し、そして60℃まで加熱し、この時点で、攪拌しつつ、五硫化リン672.5部(3.03モル)を少しずつ添加する。この反応系を、次いで、60℃〜65℃で、約1時間維持し、そして濾過する。その濾液は、所望のホスホロジチオ酸である。
酸化亜鉛188.6部(4モル)および鉱油144.2部のオイルスラリーを調製し、この混合物を約70℃で維持しつつ、上で調製したホスホロジチオ酸1145部を少しずつ添加する。この酸の全てを充填した後、この混合物を、3時間にわたって、80℃まで加熱する。この反応混合物から、次いで、110℃まで、水をストリッピングする。その残留物を濾過助剤で濾過すると、その濾液は、所望生成物のオイル溶液(10%の鉱油)であり、これは、9.99%の亜鉛、19.55%のイオウおよび9.33%のリンを含有する。
(実施例(C)−8)
イソオクチルアルコール260部(2モル)、イソプロピルアルコール480部(8モル)および五硫化リン504部(2.27モル)を使用して、実施例(C)−4の一般手順により、ホスホロジチオ酸を調製する。酸化亜鉛181部(4.41モル)および鉱油135部を含有するオイルスラリーに、30分間にわたって、このホスホロジチオ酸(1094部、3.84モル)を添加する。この混合物を80℃まで加熱し、この温度で3時間維持する。100℃および19mmHgまでストリッピングした後、この混合物を濾過助剤で2回濾過すると、その濾液は、この亜鉛塩のオイル溶液(10%の鉱油)であり、これは、10.06%の亜鉛、9.04%のリンおよび19.2%のイオウを含有する。
(実施例(C)−9)
反応器に、イソプロピルアルコール(410部、6.8モル)および2−エチルヘキシルアルコール590部(4.5モル)を充填し、そして50℃まで加熱する。窒素掃引下にて、五硫化リン(541部、2.4モル)を添加する。この添加は、50〜65℃の反応温度で、1.5時間で完了する。これらの内容物を2時間攪拌し、そして55℃で濾過すると、所望のホスホロジチオ酸が得られる。
反応器に、酸化亜鉛145部(3.57当量)およびオイル116部を充填する。攪拌を開始し、そして室温から始めて1時間にわたって、上で得たホスホロジチオ酸1000部(3.24当量)を添加する。この添加により、52℃までの発熱が起こる。これらの内容物を80℃まで加熱し、この温度で2時間維持する。次いで、これらの内容物を、22ミリメートル水銀で、100℃まで真空ストリッピングする。オイル60部を添加し、これらの内容物を濾過して、所望生成物を得、これは、12%のオイル、9.5%の亜鉛、18.5%のイオウおよび8.6%のリンを含有する。
(実施例(C)−10)
実施例(C)−9の手順に従って、アルコール混合物(これは、46.8重量%のイソプロピルアルコールおよび53.2重量%の4−メチル−2−ペンタノールを含有する)および五硫化リン642部(2.89モル)を反応させることにより、ホスホロジチオ酸を調製する。この酸1000部に、希釈油56部および酸化亜鉛157.5部(1.9モル)を添加する。さらなるオイルを追加し(28.6部)、これらの内容物を濾過して、生成物を得、これは、9%のオイル、10.0%のリン、11.05%の亜鉛および21%のイオウを含有する。
(他の添加剤)
本発明の添加剤濃縮物および潤滑油は、他の添加剤を含有し得る。このような添加剤の使用は、任意であり、本発明の組成物中でのその存在は、必要な特定の用途および性能レベルに依存している。それゆえ、他の添加剤は、含有させても含有させなくてもよい。
成分(C)として本明細書中で記述したもの以外のホスホロジチオ酸の1種またはそれ以上の亜鉛塩は、さらに、極圧性能、耐摩耗性能および酸化防止性能を与えるために、少量で存在され得る。
本発明の潤滑油中で任意に使用され得る他の添加剤には、例えば、補助分散剤、粘度改良剤、酸化防止剤、腐食防止剤、流動点降下剤、極圧剤、耐摩耗剤、色彩安定剤、摩擦調整剤および消泡剤が挙げられる。
上で説明した他の添加剤は、当該技術分野で周知であり、非常に多くの特許および文献で記述されている。それらは、それぞれ、潤滑組成物中にて、0.001重量%程度に少ない濃度、通常、約0.01重量%〜約20重量%の範囲の濃度で存在し得る。大ていの場合、各々は、使用するとき、約0.1重量%〜約10重量%、多くの場合、約5重量%を占める。
(添加剤濃縮物)
本発明の潤滑油組成物は、各成分を潤滑粘性のあるオイルに直接添加することにより、調製され得る。しかしながら、好ましくは、それらは、通常、添加剤濃縮物(ここで、これらの添加剤は、通常、それらの2種またはそれ以上の混合物である)として供給され、実質的に不活性な通常の液体で、少なくとも約20重量%の添加剤、しばしば、80重量%程度の添加剤まで希釈される。添加剤濃縮物は、しばしば、高温、通常、150℃未満、しばしば、約130℃以下、頻繁には、約100℃以下で、所望成分と共に混合することにより、調製される。
以下の実施例は、本発明の方法で使用する潤滑油組成物を説明する。
(実施例I)
実施例(B)−13の分散剤57.5%、実施例(C)−10のジチオリン酸亜鉛9.2部、ジ(ノニルフェニル)アミン2.52部、硫化C12−18オレフィン7部、2,6−ジ第三級ブチル−4−(プロピレンテトラマー)フェノール5部、実施例(A)−2の生成物4.6部、実施例(A)−1の生成物6.8部、シリコーン消泡剤の灯油溶液0.09部、および添加剤濃縮物100部を製造するのに十分な鉱油を含有する添加剤濃縮物10部を、ポリメタクリレート流動点降下剤0.13部、エチレン−プロピレン重合体粘度向上剤0.74%および全体で100部の潤滑油組成物を製造するための鉱油ベースストック(Chevron RLOP 100N)と組み合わせることにより、エンジン潤滑油組成物を調製する。
(比較例I)
その添加剤濃縮物中の実施例(A)−1の生成物6.8部を、マグネシウムオーバーベース化アルキルベンゼンスルホン酸塩の68%オイル溶液5.2部で置き換えた(同じTBN基準)こと以外は、いずれの点でも実施例Iのものと同じエンジン潤滑油組成物を調製する。
(比較例II)
実施例(A)−2の生成物4.6部を、追加の実施例(A)−1の生成物6.9部(合計で13.7部)で置き換えた(同じTBN基準)こと以外は、いずれの点でも実施例Iのものと同じエンジン潤滑油組成物を調製する。
the Code of Federal RegulationsのTitle 40のPart 86(これは、「Protection of the Environment」の表題であり、the U.S.Government Printing Office(1996)により出版された)で記述された手順を使用して、実施例Iの潤滑剤および比較例Iの潤滑剤で潤滑したエンジンの燃料消費および吸込み管排気を測定した。要約すると、この手順は、the Federal Test Procedure(FTP)サイクル(Clayton Model ECE−50シャーシダイナモメーターを使用する軽車両用の排気検定試験手順)を使用して、試験車両を操作する工程を包含する。
排気ガスのサンプリングは、一定容量の試料採取装置を使用して行った。これらの排気を分析し報告する。
燃料消費は、容積測定および重量測定手順を使用して、測定する。試験中、容器からエンジンへと燃料を供給する。
燃料消費およびNO排気の両方は、実施例Iの潤滑剤(本発明の潤滑剤)を使用すると、低下することが分かった。
以下の表のデータは、比較潤滑剤と比べた本発明の潤滑剤の驚くべき効果を示している。NOの排気は、1マイルあたりのグラム数で報告している。
また、驚くべきことに、比較例IIの全てのカルシウム清浄剤系を使って作動中に形成された燃焼室堆積物は、比較例2の潤滑剤での作動に続いて、実施例Iのカルシウムおよびナトリウム清浄剤系を使用すると取り除かれることが発見された。比較例2の潤滑剤を使用して12,500マイル走行した後には、重いピストンクラウン堆積物が観察される。この潤滑剤を実施例1のものに変える。実施例Iの潤滑剤で500マイル作動の後、ピストンクラウン堆積物の量の顕著な低下が観察される。実施例1の潤滑剤を使用して全体で12,500マイル走行した後、ピストンクラウン堆積物は、さらに低下する。
上記物質の一部は、最終処方で相互作用し得、その結果、最終処方の成分は、最初に添加したものとは異なり得ることが知られている。例えば、金属イオン(例えば、清浄剤のもの)は、他の分子の他の酸性部位へと移動できる。それにより形成された生成物は、本発明の組成物を使用して形成される生成物を含めて、その目的用途において、簡単には記述でき得ない。それにもかかわらず、このような改良および反応生成物の全ては、本発明の範囲内に含まれる。本発明は、上記成分を混合することにより調製した組成物を包含する。
上で示した各文献のそれぞれは、本明細書中で参考として援用されている。これらの実施例にて、または他の箇所にて明白に指示されている場合以外は、物質の量を特定している本記述の全ての数値量、反応条件、分子量、炭素原子数などは、「約」という用語により修飾されることが理解される。他に指示がなければ、本明細書中で示す各化学物質または組成物は、その異性体、副生成物、誘導体、および市販等級の物質中に存在すると通常考えられているような他の物質を含有し得る、市販等級の物質であると解釈されるべきである。しかしながら、各化学成分の量は、他に指示がなければ、市販等級の物質に通例存在し得る溶媒または希釈油を除いて、提示されている。本明細書中で述べる量、範囲および比の上限および下限は、独立して組合せ得ることが分かる。
本発明は、その好ましい実施形態に関連して説明しているものの、それらの種々の変更は、本明細書を読めば、当業者に明らかなことが理解されるべきである。従って、本明細書中で開示の発明は、添付の請求の範囲に入るこれらの変更を含むべく意図されていることが理解されるべきである。

Claims (1)

  1. 明細書中に記載の発明。
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