JP2024518829A - 粘度調整剤として使用されるエチレン-プロピレン分岐コポリマー - Google Patents
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Abstract
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーを含む潤滑剤組成物及び組成物を製造する方法にも関する。本開示の組成物は、油とエチレンコポリマーを含む組成物であることができ、当該コポリマーは、約2.0~約6のMWD(Mw/Mn);約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);約0.5~約0.97のg’vis;約40wt%から約80wt%未満のエチレン含量のうちの1つ又は2つ以上を有する。組成物は、約1%~約60%のせん断安定性指数(30サイクル)、及び約3cSt~約25cStの100℃での動粘度を有する。油とコポリマーをブレンドすることを含む組成物の製造方法も開示される。さらに、新規な長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマー及びかかるコポリマーの製造方法が提供される。【選択図】図2
Description
本開示は、分岐コポリマーを含む潤滑油組成物、及び油組成物の製造方法に関する。
潤滑流体は、摩擦を低減するために、動く面の間に適用され、それによって、効率を向上し、摩耗を低減する。潤滑流体は、多くの場合、互いに接触している動く面の間の摩擦によって発生する熱を放散するようにも機能する。
潤滑流体の1つのタイプは、内燃機関用に用いられる石油系の潤滑油である。潤滑油は、エンジンの運転条件下で酸化、摩擦、摩耗及び粘度を制御することにより油の性能を向上させる添加剤を含む。一般的に、潤滑油及び流体の粘度は温度に対して逆の依存性を示す。潤滑流体の温度が上昇すると、粘度は一般的に減少し、温度が低下すると、粘度は一般的に増加する。
粘度指数調整剤は、潤滑油の粘度の温度依存性を改善するために広く使用されている。潤滑油への粘度指数調整剤の添加により、粘度が温度とともに減少する速度が遅くなる。潤滑油の粘度の温度依存性を改善することに加え、ポリマー粘度指数調整剤は、潤滑油の粘度を調整し、適切なせん断安定性を維持するという2つの他の重要な特性を有する。
粘度調整の効果は、増粘効率(TE)を用いて評価される。米国特許第8,105,992号明細書に記載されている増粘効率(TE)は、所定の基準油にポリマーを溶解させることにより、どれだけの粘度上昇が達成できるかを示す相対的な1つの指標である。TEの値が高いポリマーは、有力な増粘剤であることを示す。TEは、主にポリマーの分子構造と分子量の関数である。
ポリマーのせん断安定性は、粘度調整剤としての適性を決定する重要な基準の1つである。ポリマーのせん断安定性指数(SSI)は、せん断応力下での機械的劣化に対する耐性を評価するために使用される。ポリマー鎖を切断して低分子量の断片にする機械的な力は伸長性であり、分子は負荷に耐えられなくなるまで伸長する。このポリマー鎖長の損失は、あらゆる温度で潤滑油粘度の永久的な低下をもたらす。ポリマーのせん断安定性指数(SSI)は、欧州のディーゼルインジェクター試験装置を使用したディーゼルインジェクター装置手順で評価したときの、ポリマー含有流体の100℃での粘度低下百分率を測定したものである。SSIが高いほど、ポリマーの安定性が低く、すなわちポリマーがより機械的劣化を受けやすいことを意味する。
温室効果ガスの排出削減は世界的な傾向であり、その結果、業界は燃費要求の増大という課題に直面し続けている。最近の政府及び消費者の持続的成長に対する要求は、長期的な粘度安定性を維持しながら燃費を向上させる潤滑油の技術進歩に拍車をかけている。
燃費はエンジンオイルの粘度に関係しているようである。高温高せん断(HTHS)粘度が低く配合されたエンジンオイルは、もたらされる薄い油膜のために、良好な燃費を増進することはよく知られている。しかしながら、薄い油膜により潤滑されるエンジンは、流体力学的境界層の形成の減少のために、過度に摩耗しやすく、このことは、エンジン寿命を短くする摩耗の増大につながりうる。したがって、優れた摩耗保護だけでなく燃費効率も提供する潤滑油に対する要求が高まっていることを考慮すると、高い増粘効率と、良好なせん断安定性を与えると同時に動粘度にも寄与する化学的性質及び構造を有する粘度指数調整剤を選択することが不可欠であろう。
エンジン試験性能の分析から、エンジン全体の摩擦を最低限に抑えるポリマー粘度指数調整剤の能力が、潤滑油による燃費改善を最大限に高める鍵であることが示された。エンジンの温度及び/又は回転数が上昇したときに素早く応答するポリマー分子の能力は、オイルの粘性抵抗を減少させる能力、ひいてはエンジンの摩擦を最低限に抑える能力を決定する。繰り返し機械的な力を受けたときにポリマー分子が鎖切断を起こす傾向は、その分子量、分子量分布、化学組成、ポリマー鎖の構造によって決まる。粘度指数調整ポリマーの化学的性質、構造及び分子量は多様である。潤滑油に最も一般的に使用されるポリマーとしては、直鎖オレフィンコポリマー(OCP)、ポリアルキルメタクリレート(PMA)、及び水素化ポリ(スチレン-co-共役ジエン)が挙げられる。ポリマー粘度指数調整剤は、エンジン条件での高速かつ強力なシアシニング(せん断減粘)応答と、機械的せん断による機械的劣化に対する耐性を併せ持つことが理想的である。
米国特許第9,657,122号明細書は、長さ6以上の配列の百分率が32%超であり、「ブロック状コポリマー」であることを示すr1r2が2超である分岐エチレンプロピレンコポリマーと、所定のエチレンの含量に対してより高い結晶化度のポリマーに関する。
米国特許第5,458,791号明細書は、水素化ポリイソプレン-ポリスチレン-ポリイソプレンのトリブロックコポリマーアームを有する改善されたマルチアーム星型ポリマーを開示している。米国特許第10,479,956号明細書は、高燃費エンジンオイルを配合する際の星型及びブロック水素化ポリイソプレン-ポリスチレン-ポリイソプレンの使用を開示している。
潤滑油配合のための粘度指数向上剤の進歩にもかかわらず、燃費を効果的に向上させるとともに、長期間のエンジン摩耗防止性能のために良好なせん断安定も提供するポリマー粘度指数向上剤が依然として必要とされている。本開示は、良好なシアシニング挙動を示す新規な分岐エチレンプロピレンコポリマーを含む油組成物に関し、これにより、完成した油組成物は、改善された燃費を有し、長期摩耗保護のためのせん断安定性を維持する。
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーと潤滑油とを含む潤滑剤組成物に関する。長鎖分岐エチレンコポリマーは、適用濃度で、-40~150℃の温度で潤滑油に可溶である。潤滑油中の長鎖分岐エチレンコポリマーの濃度は約12質量%(wt%)以下である。潤滑油中の分岐エチレン系コポリマーのせん断安定性指数(30サイクルで)は約1%~約60%であり、100℃での動粘度は約3cSt~約30cStである。
開示される潤滑剤組成物は、100℃の温度で同じ動粘度の直鎖オレフィンコポリマーの潤滑剤組成物と比較して低い高温高せん断粘度(HTHS)を有する。HTHS粘度は、テーパードベアリングシミュレータ(Tapered Bearing Simulator)においてASTM D4683に従って150℃及び106s-1で測定され、センチポアズ(CP)の単位を有する。
本開示の組成物に使用することができる長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーは、FTIR(ASTM D3900)によって決定した場合に、約40質量%から約80質量%未満までのエチレン含量、好ましくは約40質量%から約75質量%までのエチレン含量、より好ましくは約43質量%から約73質量%までのエチレン含量、又はより好ましくは約45質量%から約70質量%までのエチレン含量を有し、ポリマーは、約0.5~約0.97のg’vis;約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);及び任意選択的に、以下から選択される1つ以上、好ましくは2つ以上のさらなる特性を有する:
(a)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率(%)である;
(b)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(c)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(d)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(e)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(f)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCによって測定される融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(g)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)ASTM D6278による30サイクルでのSSI(%)が0.0003x-2.125未満であること、ここで、xは光散乱GPC-3DからのMw(LS)である;及び
(i)0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は周波数0.1rad/sでの複素粘度を周波数100rad/sでの複素粘度で割った値として定義される。
(a)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率(%)である;
(b)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(c)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(d)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(e)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(f)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCによって測定される融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(g)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)ASTM D6278による30サイクルでのSSI(%)が0.0003x-2.125未満であること、ここで、xは光散乱GPC-3DからのMw(LS)である;及び
(i)0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は周波数0.1rad/sでの複素粘度を周波数100rad/sでの複素粘度で割った値として定義される。
本開示は、本開示の組成物に使用することができる新規な長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーにも関し、当該コポリマーは、FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に、約40質量%から約80質量%未満のエチレン含量、あるいは約40質量%~約75質量%のエチレン含量、あるいは約43質量%~約73質量%のエチレン含量、あるいは約45質量%~約70質量%のエチレン含量を有し、当該ポリマーは、約0.5~約0.97のg’vis;約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);及び以下から選択される2つ以上の追加の特性を有する:
(a)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率(%)である;
(b)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(c)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(d)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(e)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(f)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定される融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(g)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)ASTM D6278による30サイクルでのSSI(%)が0.0003x-2.125未満であること、ここで、xは光散乱GPC-3DからのMw(LS)である;及び
(i)0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は周波数0.1rad/sでの複素粘度を周波数100rad/sでの複素粘度で割った値として定義される。
(a)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率(%)である;
(b)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(c)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(d)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(e)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(f)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定される融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(g)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)ASTM D6278による30サイクルでのSSI(%)が0.0003x-2.125未満であること、ここで、xは光散乱GPC-3DからのMw(LS)である;及び
(i)0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は周波数0.1rad/sでの複素粘度を周波数100rad/sでの複素粘度で割った値として定義される。
本開示はまた、以下を含む重合方法にも関する:
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを製造することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満のエチレン含量、好ましくは約45質量%から約70質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、ポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis、(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI)、(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)を有する。その他のポリマー特性は上記のとおりである。
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを製造することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満のエチレン含量、好ましくは約45質量%から約70質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、ポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis、(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI)、(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)を有する。その他のポリマー特性は上記のとおりである。
別の実施形態では、本開示のポリマーは、以下を含む重合プロセスによって製造することができる:
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを製造することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定される、約40質量%~約80質量%未満のエチレン含量、好ましくは約45質量%~約70質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること;
ここで、ポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis、(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI)、(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)を有し、メタロセン化合物は、式:
で表され、ここで、(1)Jは、C、Si又はその両方を含む2価の架橋基であり、(2)Mは第4族遷移金属(好ましくはHf)であり、(3)各Xは、独立に、1価の陰イオン性配位子であるか、あるいは、2つのXがつながり、金属原子に結合してメタロサイクル環を形成しているか、又は2つのXがつながって、キレート配位子、ジエン配位子もしくはアルキリデン配位子を形成しており、及び(4)各R2、R3、R4、R5、R6及びR7は、独立に、水素、C1~C50置換又は非置換ヒドロカルビル(例えばC1~C50置換又は非置換ハロカルビルなど)であり、ただし、R4とR5、R5とR6、及びR6とR7の対のいずれか1つ以上は、任意選択的に、互いに結合して、飽和又は部分飽和の環状又は縮合環構造を形成していてもよい。
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを製造することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定される、約40質量%~約80質量%未満のエチレン含量、好ましくは約45質量%~約70質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること;
ここで、ポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis、(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI)、(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)を有し、メタロセン化合物は、式:
別のクラスの実施形態では、本開示は、第1及び第2のコポリマーを含み、第1のコポリマーが第2のコポリマーよりも高いエチレン含量を有し、2つのコポリマーのうちの少なくとも1つが長鎖分岐エチレンコポリマーである、潤滑剤組成物を提供する。
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーと潤滑油とを含む潤滑剤組成物に関する。長鎖分岐エチレンコポリマーは、適用濃度において-40~150℃の温度で潤滑油に可溶である。潤滑油中の長鎖分岐エチレンコポリマーの濃度は、約12wt%以下、好ましくは約5wt%以下、より好ましくは4wt%以下、さらに好ましくは3wt%以下である。長鎖分岐エチレンコポリマーは、(a)約2.0~約6のMWD(Mw/Mn)、(b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)、(c)約0.5~約0.97のg’vis;(d)約40wt%から約80wt%未満のエチレン含量;(e)0.8572*EXP(2E-05*w)を超えるシアシニング比(ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)である。)のうちの1つ又は2つ以上を有する。
本開示はまた、長鎖分岐エチレンコポリマーを含む潤滑剤組成物にも関し、ここで、当該分岐エチレンコポリマーは、0.95未満の、GPC-3Dを用いて決定される分岐指数g’vis、及び約40wt%から80wt%未満の範囲のエチレン含量を有する。
本開示の潤滑剤組成物は、(a)約1%~約60%、好ましくは約10%~約50%、より好ましくは約15%~約40%のせん断安定性指数(30サイクルで);(b)約3cSt~約30cSt、好ましくは約5cSt~約20cSt、より好ましくは約10cSt~約15cStの100℃での動粘度;(c)約1~約4、好ましくは約1.5~約3.5の増粘効率;(d)4cP以下のHTHS粘度のうちの1つ又は2つ以上を有する。
1つの態様において、潤滑剤組成物を製造する方法は、油を長鎖分岐エチレンコポリマーとブレンドすることを含む。長鎖分岐エチレンコポリマーは、既存の直鎖オレフィンコポリマー(OCP)グレードと比較して、より低い高温高せん断(HTHS)粘度を示す。
長鎖分岐エチレンコポリマーは、好ましくは長鎖分岐エチレン/プロピレンコポリマーである。
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーを含む潤滑剤組成物であって、分岐エチレンコポリマーが、0.97以下、より好ましくは約0.55~約0.97、より好ましくは約0.55~約0.85の分岐指数g’visと、約40wt%~80wt%未満、好ましくは約40~約75wt%、より好ましくは約43~約73wt%、さらに好ましくは約45~約70wt%の範囲内のエチレン含量とを有する潤滑剤組成物にも関する。
好適な潤滑油組成物は、約0.01wt%、約0.1wt%~約5wt%、もしくは約0.25wt%~約1.5wt%、もしくは約0.5wt%、又は約1.0wt%の長鎖分岐エチレンコポリマーを含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、潤滑油組成物中の本開示で製造されるポリマーの量は、下は約0.01wt%、約0.5wt%、約1wt%、又は約2wt%から、上は約2.5wt%、約3wt%、約5wt%、約10wt%、又は約12wt%までの範囲に及ぶことができる。本開示による潤滑油組成物中のコポリマーの特定の範囲の一実施形態は、0.01wt%~約12wt%、及び0.01wt%~約3wt%である。
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーのブレンドを含む潤滑剤組成物も提供する。このブレンドは、少なくとも1種の長鎖分岐エチレンコポリマーを含む。このブレンドにおいて、第1のコポリマーのエチレン含量よりも少ないエチレン含量を有する第2のコポリマーが存在する。第2のコポリマーは、上記のような分岐エチレンプロピレンコポリマーであっても、あるいは直鎖エチレン-プロピレンコポリマーであってもよい。
少なくとも1種の長鎖分岐エチレンコポリマーを含む本開示の潤滑剤組成物は、約60%以下、例えば約1%~約60%のせん断安定性指数(30サイクル)、約3cSt~約30cStの100℃での動粘度、約1~4の増粘効率、約0.01rad/s以下のシアシニング開始点、及び約4.0cP以下、例えば約1.5cP~3.5cPの高温高せん断(HTHS)粘度を与えることができる。
大きなポリマー分子は良好なオイル増粘剤であるが、それらはより小さいポリマー分子に分解されやすく、オイルのせん断安定性に影響を及ぼす。増粘効率とせん断安定性との間のバランスは、油の粘度調整剤として使用されるポリマーの選択に対して重要な要素の1つである。SSI性能は、エチレンコポリマーの分子量、分子量分布及びエチレン含量に加えて、潤滑剤組成物のTEに関係する。
さらに、本開示の潤滑剤組成物は、約3.5cP以下、例えば約1.5cP~約3.5cP、又は例えば約1.5cP~約3.3cPの高温高せん断粘度(cP)を有することができる。HTHS粘度は、テーパードベアリングシミュレータにおいてASTM D4683に従って150℃及び106 1/sで測定される。
少なくとも1つの実施形態では、本開示に記載の潤滑剤組成物は、ASTM D445により測定した場合に約3cSt~約30cSt、例えば約7cSt~約17cSt、もしくは例えば約9cSt~約15cSt、又は例えば約10cSt~約15cStの100℃での動粘度(KV100)も有する。
本開示に記載の潤滑剤組成物は、ASTM D445により測定した場合に約50cSt~約150cSt、例えば約55cSt~約125cSt、又は例えば約60cSt~約110cStの40℃での動粘度(KV40)も有することができる。
さらに、本開示に記載の潤滑剤組成物は、約1.0以上、例えば約1.5~3.5、例えば約1.55~2.8、又は例えば約1.6~2.7の増粘効率(TE)を有することができる。
潤滑油組成物は、約70%~約5%、例えば約68%~約10%、例えば約66%~約15%、例えば約10%~約50%、又は例えば約15%~約47%のSSIを有することができる。SSIは、ASTM D6278、30サイクルに従って求められる。
少なくとも1つの実施形態では、本開示は、油と、以下を有する長鎖分岐エチレンコポリマーとを含む潤滑剤組成物を提供する:
1)約2.0~約6.5のMWD(Mw/Mnとして定義される)、
2)約100,000~約240,000g/モルのMw(LS)、
3)約0.55~約0.97のg’vis、
4)約40wt%~約75wt%のエチレン含量。
1)約2.0~約6.5のMWD(Mw/Mnとして定義される)、
2)約100,000~約240,000g/モルのMw(LS)、
3)約0.55~約0.97のg’vis、
4)約40wt%~約75wt%のエチレン含量。
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーが、約40wt%~約75wt%のエチレン含量及び約2.0~約6.5のMWDを有する潤滑剤組成物を提供する。
少なくとも1つの実施形態では、本開示は、油及びコポリマーを含み、1)約10~約50のせん断安定性指数(30サイクル);及び2)約9cSt~約15cStの100℃での動粘度を有する潤滑剤組成物を提供する。
本開示は、約9cSt~約15cStの100℃での動粘度、約10以上のせん断安定性指数(30サイクル)、及び約1.5以上の増粘効率を有する潤滑剤組成物を提供する。
本開示は、油が、炭化水素、ポリアルファオレフィン、ジカルボン酸のアルキルエステル、ポリグリコール、アルコール、ポリブテン、アルキルベンゼン、リン酸の有機エステル、ポリシリコーンオイル又はそれらの組み合わせを含む潤滑剤組成物も提供する。
少なくとも1つの実施形態では、本開示は、
(1)a)約2.0~約6.5のMWD、b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)、c)0.5~0.97のg’vis、及びd)約40wt%~約75wt%のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンコポリマー(第1のコポリマー)
(2)第1のコポリマーのエチレン含量よりも少ないエチレン含量を有する第2のコポリマー、及び
(3)油、
を含む潤滑油組成物の製造方法であって、a)約10%~50%のせん断安定性指数(30サイクル);及びb)約3cSt~約30cStの100℃での動粘度を有する潤滑油組成物を製造する方法を提供する。
(1)a)約2.0~約6.5のMWD、b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)、c)0.5~0.97のg’vis、及びd)約40wt%~約75wt%のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンコポリマー(第1のコポリマー)
(2)第1のコポリマーのエチレン含量よりも少ないエチレン含量を有する第2のコポリマー、及び
(3)油、
を含む潤滑油組成物の製造方法であって、a)約10%~50%のせん断安定性指数(30サイクル);及びb)約3cSt~約30cStの100℃での動粘度を有する潤滑油組成物を製造する方法を提供する。
さらなる実施形態では、潤滑剤組成物は、代わりにその組成によって特徴付けることができ、あるいは、その組成によっても特徴付けることができる。一実施形態では、潤滑剤組成物のアルミニウム含量は1ppm以下である。元素含量は、ASTM D5185に準拠したICP法を使用して決定される。
本開示は、また、FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満、好ましくは約45質量%から約70質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーに関し、当該ポリマーは、約0.5~約0.97のg’vis;約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);及び以下から選択される2つ以上の追加の特性を有する:
(a)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率である;
(b)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(c)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(d)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(e)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(f)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(g)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。
(a)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率である;
(b)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(c)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(d)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(e)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(f)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(g)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。
いくつかの実施形態では、本開示の組成物に使用することができる長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーは、FTIR(ASTM D3900)によって決定した場合に、約40質量%~約80質量%未満のエチレン含量、あるいは約40質量%~約75質量%のエチレン含量、あるいは約43質量%~約73質量%のエチレン含量を有し、あるいは約45質量%~約70質量%のエチレン含量、あるいは約45質量%~約65質量%のエチレン含量、あるいは約45質量%~約60質量%のエチレン含量、あるいは約45質量%~約50質量%のエチレン含量を有する。
別のクラスの実施形態では、本開示は、第1及び第2のコポリマーを含み、第1のコポリマーが第2のコポリマーよりも高いエチレン含量を有し、2つのコポリマーのうちの少なくとも1つが長鎖分岐エチレンコポリマーである、潤滑剤組成物を提供する。
本明細書は、以下を含む重合プロセスにも関する:
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを生成することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満、好ましくは約45質量%から約70質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、ポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis;(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);及び以下から選択される1又は2つ以上の追加の特性を有する:
(a)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率である;
(b)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(c)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(d)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(e)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(f)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(g)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)0.8572*EXP(2E-05*w)を超えるシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを生成することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満、好ましくは約45質量%から約70質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、ポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis;(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);及び以下から選択される1又は2つ以上の追加の特性を有する:
(a)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率である;
(b)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(c)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(d)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(e)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(f)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(g)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)0.8572*EXP(2E-05*w)を超えるシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。
本開示はまた、以下を含む重合プロセスにも関する:
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを生成することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満、好ましくは約45質量%から約70質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、ポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis;(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)を有し、メタロセン化合物が下式で表される:
ここで、(1)Jは、C、Si又はその両方を含む2価の架橋基であり、(2)Mは第4族遷移金属(好ましくはHf)であり、(3)各Xは、独立に、1価の陰イオン性配位子であるか、あるいは、2つのXがつながり、金属原子に結合してメタロサイクル環を形成しているか、又は2つのXがつながって、キレート配位子、ジエン配位子もしくはアルキリデン配位子を形成しており、及び(4)各R2、R3、R4、R5、R6及びR7は、独立に、水素、C1~C50置換又は非置換ヒドロカルビル(例えばC1~C50置換又は非置換ハロカルビルなど)であり、ただし、R4とR5、R5とR6、及びR6とR7の対のいずれか1つ以上は、任意選択的に、互いに結合して、飽和又は部分飽和の環状又は縮合環構造を形成していてもよい。
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを生成することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満、好ましくは約45質量%から約70質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、ポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis;(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)を有し、メタロセン化合物が下式で表される:
本開示では、CHEMICAL AND ENGINEERING NEWS, 63(5), pg.27 (1985)に記載されているように周期表グループの番号付けスキームを使用する。例えば、「第4族金属」とは、周期表第4族の元素であり、例えば、Hf、Ti、又はZrである。
本開示で使用される場合、代わりに「アルケン」とも呼ばれる「オレフィン」は、少なくとも1つの二重結合を有する炭素と水素の直鎖状、分岐状又は環状の化合物である。「ポリマー」は、2つ以上の同じ又は異なるモノマー(「マー(mer)」)単位を有する。「ホモポリマー」は、同じであるマー単位を有するポリマーである。「コポリマー」は、互いに異なる2種以上のマー単位を持つポリマーである。「ターポリマー」は、互いに異なる3種のマー単位を有するポリマーである。マー単位に言及する際に使用される「異なる」は、マー単位が互いに少なくとも1つの原子異なるか、異性体的に異なることを示す。従って、本開示で使用されるエチレンコポリマーの定義には、エチレンと1種以上のオレフィンとのコポリマー又はターポリマーが含まれる。
「直鎖ポリマー」とは、ポリマーが、長鎖分枝を持っていたとしても、長鎖分枝を少ししか持たず、約0.97以上、例えば約0.98以上のg’vis値を有することを意味する。
用語「シクロペンタジエニル」(Cp)は、環内に非局在結合を有し、η5-結合を介してMに結合しており、炭素が5員位置の大部分を占める5員環を指す。
命名のため、インデニル及び1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセニルに以下の番号付けスキームを用いる。インデニルは、ベンゼン環と縮合したシクロペンタジエニルとみなせることに注意すべきである。以下の構造は陰イオンとして描かれ、命名されている。
本開示で使用される場合、「触媒」は、単一の触媒、又は各触媒が立体配座異性体又は立体配置異性体である複数の触媒を含む。立体配座異性体としては、例えばコンフォーマー(conformers)及び回転異性体(rotamers)が挙げられる。立体配置異性体としては、例えば立体異性体が含まれる。
用語「錯体」は、触媒前駆体、プレ触媒(precatalyst)、触媒、触媒化合物、遷移金属化合物、又は遷移金属錯体とも呼ばれることがある。これらの単語は互換的に使用される。活性化剤及び共触媒(cocatalyst)も互換的に使用される。
特に断らない限り、用語「置換された」は、一般的に、置換される化学種の水素が異なる原子又は原子団で置き換えられたことを意味する。例えば、メチル-シクロペンタジエンは、メチル基で置換されたシクロペンタジエンである。同様に、ピクリン酸は、3つのニトロ基で置換されたフェノールとして、あるいは、1つのヒドロキシ基と3つのニトロ基で置換されたベンゼンとして説明することができる。
「陰イオン性配位子」は、金属イオンに1対以上の電子を供与する負に帯電した配位子である。「中性ドナー配位子」は、金属イオンに1対以上の電子を供与する中性電荷の配位子である。
用語「ヒドロカルビルラジカル」、「ヒドロカルビル」、「ヒドロカルビル基」、「アルキルラジカル」、及び「アルキル」は、本明細書を通じて互換的に使用される。同様に、「基」、「ラジカル」、及び「置換基」という用語も本明細書において互換的に使用される。本開示において、「ヒドロカルビルラジカル」は、直鎖状、分岐状、又は環状であることができるC1~C100ラジカルを指し、環状の場合、芳香族又は非芳香族である。かかるラジカルの例としては、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソアミル、ヘキシル、オクチル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル、及びこれらの置換類似体が挙げられる。置換ヒドロカルビルラジカルは、ヒドロカルビルラジカルの少なくとも1つの水素原子が、少なくとも1つのハロゲン(Br、Cl、F又はIなど)又は少なくとも1つの官能基、例えば、C(O)R*、C(O)NR*
2、C(O)OR*、NR*
2、OR*、SeR*、TeR*、PR*
2、AsR*
2、SbR*
2、SR*、BR*
2、SiR*
3、GeR*
3、SnR*
3及びPbR*
3など(ここで、R*は、独立に、水素又はヒドロカルビルラジカルであり、2つ以上のR*が結合して置換された又は非置換の飽和、部分不飽和又は芳香族の環状又は多環式の環構造を形成していてもよい)で置換されたか、あるいは、少なくとも1つのヘテロ原子がヒドロカルビル環内に挿入されたラジカルである。
用語「アルケニル」は、1つ以上の二重結合を有する直鎖、分枝鎖、又は環状の炭化水素ラジカルを意味する。これらのアルケニルラジカルは、任意選択的に置換されていてもよい。好適なアルケニルラジカルの例としては、エテニル、プロペニル、アリル、1,4-ブタジエニル、シクロプロペニル、シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル、シクロオクテニル(それらの置換類似体を含む)が挙げられる。
用語「アルコキシ」又は「アルコキシド」は、アルキルエーテル又はアリールエーテルラジカルを意味し、ここで、アルキルという用語は先に定義したとおりである。好適なアルキルエーテルラジカルの例としては、メトキシ、エトキシ、n-プロポキシ、iso-プロポキシ、n-ブトキシ、iso-ブトキシ、sec-ブトキシ、tert-ブトキシ、及びフェノキシルが挙げられる。
用語「アリール」又は「アリール基」は、C4-C20芳香族環、例えば炭素数6の芳香族環、及びフェニル、2-メチル-フェニル、キシリル、4-ブロモ-キシリルなどのそれらの置換変異体を包含する。同様に、ヘテロアリールは、1つの環炭素原子(又は2つ又は3つの環炭素原子)がヘテロ原子、例えばN、O、Sなどで置換されたアリール基を意味する。本開示で使用される場合、用語「芳香族」は、芳香族複素環配位子と類似の特性及び構造(ほぼ平面的)を有するが、定義上芳香族ではない複素環置換基である疑似芳香族複素環も指す。同様に、用語「芳香族」は、置換芳香族も指す。
名称を挙げたアルキル基、アルケニル基、アルコキシド基又はアリール基の異性体が存在する場合(例えば、n-ブチル、iso-ブチル、iso-ブチル、及びtert-ブチル)、そのグループの1つのメンバー(例えば、n-ブチル)への言及は、そのファミリーにおける残りの異性体(例えば、iso-ブチル、sec-ブチル及びtert-ブチル)を明示的に開示するものとする。同様に、特定の異性体(例えば、ブチル)を特定することなく、アルキル基、アルケニル基、アルコキシド基又はアリール基を参照することは、全ての異性体(例えば、n-ブチル、iso-ブチル、sec-ブチル及びtert-ブチル)を明示的に開示する。
ここに開示されるいかなる特定の化合物についても、提示される一般的又は具体的な構造は、特に断らない限り、置換基の特定の組から生じ得る全ての立体配座異性体、位置異性体及び立体異性体を包含する。同様に、特に断らない限り、一般構造又は具体的構造は、当業者に認識されるように、エナンチオマー又はラセミ体であるか否かにかかわらず、全てのエナンチオマー、ジアステレオマー、及び他の光学異性体、並びに立体異性体の混合物も包含する。
用語「環原子」は、環状環構造の一部である原子を意味する。この定義によれば、ベンジル基は6個の環原子を有し、テトラヒドロフランは5個の環原子を有する。
複素環は、環原子上の水素がヘテロ原子で置換されたヘテロ原子置換環とは対照的に、環構造中にヘテロ原子を有する環である。例えば、テトラヒドロフランは複素環式環であり、4-N,N-ジメチルアミノ-フェニルはヘテロ原子置換環である。
本開示で使用される場合、用語「芳香族」は、芳香族複素環配位子と類似の特性及び構造(ほぼ平面)を有するが、定義上芳香族ではない複素環置換基である擬芳香族複素環も指し、同様に、用語「芳香族」は置換芳香族も指す。
重合プロセスでの転化率は、ポリマー生成物に転化された全モノマーの量であり、百分率で報告され、ポリマー収量と反応器に供給されたモノマーの量とに基づいて算出される。触媒効率は、反応に使用した触媒の単位当たりの生成した生成物の量として定義され、使用した触媒(cat)の質量当たりの生成した生成物ポリマー(P)の質量(gP/gcat又はkgP/kgcat)として報告される。触媒の質量は、活性化剤の質量を含まないプレ触媒の質量である。
本開示では、「触媒」及び「触媒錯体」は、互換的に使用される。
本開示では、以下の略語を使用することがある:
dmeは1,2-ジメトキシエタンであり、Meはメチルであり、Phはフェニルであり、Etはエチルであり、Prはプロピルであり、iPrはイソプロピルであり、n-Prはノルマルプロピルであり、Buはブチルであり、cPRはシクロプロピルであり、iBuはイソブチルであり、tBuはtert-ブチルであり、p-tBuはパラ-tert-ブチルであり、nBuはノルマルブチルであり、sBuはsec-ブチルであり、TMSはトリメチルシリルであり、TIBALはトリイソブチルアルミニウムであり、TNOALはトリ(n-オクチル)アルミニウムであり、MAOはメチルアルモキサンであり、p-Meはパラ-メチルであり、Phはフェニルであり、Bnはベンジル(すなわち、CH2Ph)であり、THF(thfともいう)はテトラヒドロフランであり、RTは室温(特に断りのない限り23℃)であり、tolはトルエンであり、TLTMは低すぎて測定不能であり、THTMは高すぎて測定不能であり、EtOAcは酢酸エチルであり、Cyはシクロヘキシルであり、Cpはシクロペンタジエニルであり、cPはセンチポアズであり、VIは粘度指数であり、VMは粘度調整剤であり、TEは増粘効率であり、SSIはせん断安定性指数であり、OCP系はオレフィンコポリマー系であり、TPは増粘力であり、CCSはコールドクランキングシミュレーターであり、PPは流動点であり、PSSIは永久せん断安定性指数であり、KVは動粘度であり、FEは燃費である。
dmeは1,2-ジメトキシエタンであり、Meはメチルであり、Phはフェニルであり、Etはエチルであり、Prはプロピルであり、iPrはイソプロピルであり、n-Prはノルマルプロピルであり、Buはブチルであり、cPRはシクロプロピルであり、iBuはイソブチルであり、tBuはtert-ブチルであり、p-tBuはパラ-tert-ブチルであり、nBuはノルマルブチルであり、sBuはsec-ブチルであり、TMSはトリメチルシリルであり、TIBALはトリイソブチルアルミニウムであり、TNOALはトリ(n-オクチル)アルミニウムであり、MAOはメチルアルモキサンであり、p-Meはパラ-メチルであり、Phはフェニルであり、Bnはベンジル(すなわち、CH2Ph)であり、THF(thfともいう)はテトラヒドロフランであり、RTは室温(特に断りのない限り23℃)であり、tolはトルエンであり、TLTMは低すぎて測定不能であり、THTMは高すぎて測定不能であり、EtOAcは酢酸エチルであり、Cyはシクロヘキシルであり、Cpはシクロペンタジエニルであり、cPはセンチポアズであり、VIは粘度指数であり、VMは粘度調整剤であり、TEは増粘効率であり、SSIはせん断安定性指数であり、OCP系はオレフィンコポリマー系であり、TPは増粘力であり、CCSはコールドクランキングシミュレーターであり、PPは流動点であり、PSSIは永久せん断安定性指数であり、KVは動粘度であり、FEは燃費である。
用語「油組成物」、「潤滑油組成物(lubricating oil composition)」、「潤滑油組成物(lubrication oil composition)」及び「潤滑剤組成物」は、互換的に使用され、エチレンプロピレンコポリマーなどのエチレン系コポリマーと油とを含む組成物を指す。
潤滑油組成物
長鎖分岐エチレンコポリマー及び1種又は2種以上の基油(又はベースストック)を含む潤滑油組成物が本開示により提供される。ベースストックは、水素化分解、水素化、他の精製プロセス、非精製プロセス又は再精製プロセスのいずれに由来するものであっても、潤滑粘度の天然油又は合成油であってもよいし、あるいは潤滑粘度の天然油又は合成油を含んでいてもよい。ベースストックは、使用済み油であってもよいし、使用済み油を含んでもよい。天然油としては、動物油、植物油、鉱物油、及びそれらの混合物が挙げられる。合成油としては、炭化水素油、シリコン系油、リン含有酸の液体エステルが挙げられる。合成油は、他のガス液化油(gas-to-liquid oils)と同様に、フィッシャー・トロプシュ(Fischer-Tropsch)ガス・ツー・リキッド合成法によって製造することができる。
長鎖分岐エチレンコポリマー及び1種又は2種以上の基油(又はベースストック)を含む潤滑油組成物が本開示により提供される。ベースストックは、水素化分解、水素化、他の精製プロセス、非精製プロセス又は再精製プロセスのいずれに由来するものであっても、潤滑粘度の天然油又は合成油であってもよいし、あるいは潤滑粘度の天然油又は合成油を含んでいてもよい。ベースストックは、使用済み油であってもよいし、使用済み油を含んでもよい。天然油としては、動物油、植物油、鉱物油、及びそれらの混合物が挙げられる。合成油としては、炭化水素油、シリコン系油、リン含有酸の液体エステルが挙げられる。合成油は、他のガス液化油(gas-to-liquid oils)と同様に、フィッシャー・トロプシュ(Fischer-Tropsch)ガス・ツー・リキッド合成法によって製造することができる。
一実施形態では、ベースストックは、PAO-2、PAO-4、PAO-5、PAO-6、PAO-7又はPAO-8(100℃での動粘度に関する数値)などのポリアルファオレフィン(PAO)であるか、又はそれを含む。好ましくは、ポリアルファオレフィンは、ドデセン及び/又はデセンから調製される。一般的に、潤滑粘度の油として好適なポリアルファオレフィンは、PAO-20又はPAO-30油の粘度よりも低い粘度を有する。1以上の実施形態では、ベースストックは、米国石油協会(API)基油互換性ガイドライン(Base Oil Interchangeability Guidelines)に規定されているように定義することができる。例えば、ベースストックは、APIグループI、II、III、IV及びVのオイル又はそれらの混合物であるか、あるいはAPIグループI、II、III、IV及びVのオイルを含むことができる。
1以上の実施形態では、ベースストックは、クランクケース潤滑油として従来採用されている油又はその組成物を含むことができる。例えば、好適なベースストックは、例えば、自動車及びトラックのエンジン、船舶及び鉄道のディーゼルエンジンなどのスパーク点火式及び圧縮点火式内燃機関用のクランクケース潤滑油を含むことができる。好適なベースストックは、例えば、自動変速機液、トラクター液、ユニバーサルトラクター液及び油圧作動液、高耐久性油圧作動液、パワーステアリング液などのような、従来から動力伝達液に用いられている及び/又は動力伝達液としての使用に適する油を含んでいてもよい。好適なベースストックは、ギア潤滑剤、工業用オイル、ポンプオイル、及び他の潤滑油であってもよいし、又はこれらを含んでいてもよい。
1以上の実施形態では、ベースストックは、石油由来の炭化水素油だけでなく、合成潤滑油、例えば、二塩基酸のエステル;一塩基酸、ポリグリコール、二塩基酸及びアルコールのエステル化によって製造される複合エステル;ポリオレフィン油なども含むことができる。従って、記載する潤滑油組成物は、ジカルボン酸、ポリグリコール及びアルコールのアルキルエステル;ポリアルファ-オレフィン;ポリブテン;アルキルベンゼン;リン酸の有機エステル;ポリシリコーン油などのような合成基油ベースストックに好適に組み込むことができる。
本開示の潤滑油組成物は、任意選択的に、1種以上の従来の添加剤、例えば、流動点降下剤、摩耗防止剤、酸化防止剤、他の粘度指数向上剤、分散剤、腐食防止剤、消泡剤、洗浄剤、防錆剤、摩擦調整剤などを含むことができる。
防錆剤としても知られる腐食防止剤は、潤滑油組成物が接触する金属部品の劣化を低減する。例示的な腐食防止剤としては、リン硫化炭化水素、及びリン硫化炭化水素とアルカリ土類金属酸化物又は水酸化物との、好ましくはアルキル化フェノール又はアルキルフェノールチオエステルの存在下での、また好ましくは二酸化炭素の存在下での反応によって得られる生成物が挙げられる。リン硫化炭化水素は、例えばテルペンなどの好適な炭化水素、例えばポリイソブチレンなどのC2~C6オレフィンポリマーの重質石油留分と、5~30wt%のリンの硫化物とを、66℃~316℃の範囲の温度で0.5~15時間反応させることによって調製される。リン硫化炭化水素の中和は、当業者に知られている方法で実施できる。
酸化抑制剤又は酸化防止剤は、金属表面上のスラッジやワニス状堆積物などの酸化生成物や粘度上昇によって示されるように鉱物油が使用中に劣化する傾向を低減する。かかる酸化抑制剤としては、C5~C12アルキル側鎖を有するアルキルフェノールチオエステルのアルカリ土類金属塩、例えば、カルシウムノニルフェネートスルフィド、バリウムオクチルフェネートスルフィド、ジオクチルフェニルアミン、フェニルα-ナフチルアミン、リン硫化炭化水素又は硫化炭化水素などが挙げられる。本開示で有用な他の酸化抑制剤又は酸化防止剤としては、油溶性銅化合物、例えば米国特許第5,068,047号明細書に記載のものなどが挙げられる。
摩擦調整剤は、自動変速機液などの潤滑油組成物に対して適切な摩擦特性を付与するように働く。適切な摩擦調整剤の代表的な例は、脂肪酸エステル及びアミドを開示する米国特許第3,933,659号明細書、ポリイソブテニル無水コハク酸-アミノアルカノールのモリブデン錯体を記載する米国特許第4,176,074号明細書、二量体化脂肪酸のグリセロールエステルを開示する米国特許第4,105,571号明細書、アルカンホスホン酸塩を開示する米国特許第3,779,928号明細書、ホスホネートとオレアミドとの反応生成物を開示する米国特許第3,778,375号明細書、S-カルボキシアルキレンヒドロカルビルスクシンイミド、S-カルボキシアルキレンヒドロカルビルスクシンアミド酸及びそれらの混合物を開示する米国特許第3,852,205号明細書、N-(ヒドロキシアルキル)アルケニル-スクシンアミド酸又はスクシンイミドを開示する米国特許第3,879,306号明細書、ジ(低級アルキル)ホスファイトとエポキシドとの反応生成物を開示する米国特許第3,932,290号明細書、並びにホスホ硫化N-(ヒドロキシアルキル)アルケニルスクシンイミドのアルキレンオキシド付加物を開示する米国特許第4,028,258号明細書に見出される。好ましい摩擦調整剤は、米国特許第4,344,853号明細書に記載されているものなどのヒドロカルビル置換コハク酸もしくは酸無水物とチオビス-アルカノールとのコハク酸エステル又はその金属塩である。
分散剤は、使用中の酸化によって生じる油不溶物を液中に懸濁状態に維持し、かくして、スラッジの凝集や金属部品への沈殿又は堆積を防止する。好適な分散剤としては、高分子量のN-置換アルケニルコハク酸イミド、油溶性ポリイソブチレンコハク酸無水物とエチレンアミン、例えばテトラエチレンペンタミンなどとの反応生成物、及びそれらのホウ酸塩が挙げられる。高分子量エステル(オレフィン置換コハク酸と一価又は多価脂肪族アルコールとのエステル化から生じる)又は高分子量アルキル置換フェノール、又は高分子量アルキル化フェノール(高分子量アルキル置換フェノールと、アルキレンポリアミンと、アルデヒド、例えばホルムアルデヒドなどとの縮合から生じる)からのマンニッヒ塩基も分散剤として有用である。
潤滑油流動性向上剤とも知られている流動点降下剤(「PPD」)は、流体が流動する、又は流体を注ぐことができる温度を低下させる。当該技術分野で知られている任意の適切な流動点降下剤も使用することができる。例えば、好適な流動点降下剤としては、1つ以上のC8~C18ジアルキルフマレート酢酸ビニルコポリマー、ポリメチルメタクリレート、アルキルメタクリレート及びワックスナフタレンが挙げられるが、これらに限定されない。
発泡の制御は、任意の1種以上の消泡剤によって提供することができる。好適な消泡剤としては、ポリシロキサン、例えばシリコーンオイル及びポリジメチルシロキサンなどが挙げられる。
摩耗防止剤は、金属部品の摩耗を減少させる。従来の摩耗防止剤の代表は、ジアルキルジチオリン酸亜鉛及びジアリールジチオ硫酸亜鉛であり、これらは酸化防止剤としても機能する。
洗浄剤及び金属防錆剤としては、スルホン酸の金属塩、アルキルフェノール、硫化アルキルフェノール、アルキルサリチレート、ナフテネート、及び他の油溶性モノ-及びジカルボン酸が挙げられる。高塩基性(すなわち過塩基性)金属塩、例えば高塩基性アルカリ土類金属スルホネート(特にCa塩及びMg塩)は、洗浄剤として頻繁に使用される。
潤滑油組成物が上述した1つ以上の成分を含む場合、添加剤(1種以上)はその意図する機能を果たすのに十分な量で組成物に配合される。本発明で有用なかかる添加剤の典型的な量を以下の表Aに示す。
他の添加剤が使用される場合、必要ではないが、VI向上剤の濃縮溶液又は分散液(濃縮量)を、他の添加剤の1種以上と共に含む添加剤濃縮物を調製することが望ましい場合があり、このような濃縮物は「添加剤パッケージ」と呼ばれ、これにより複数の添加剤をベースストックに同時に添加して潤滑油組成物を形成することができる。添加剤濃縮物の潤滑油への溶解は、溶媒及び穏やかな加熱を伴う混合によって促進することができるが、これは必須ではない。添加剤パッケージは、添加剤パッケージを所定量の基油と組み合わせたときに、最終製剤で所望の濃度を提供するのに適切な量のVI向上剤及び任意の追加添加剤を含むように配合することができる。
ブレンディング/配合処方
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーと潤滑油とを含む潤滑剤組成物に関する。固体の長鎖分岐エチレンコポリマーは、追加のせん断及び分解工程を必要とせずにベースストック中に溶解することができる。
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーと潤滑油とを含む潤滑剤組成物に関する。固体の長鎖分岐エチレンコポリマーは、追加のせん断及び分解工程を必要とせずにベースストック中に溶解することができる。
従来のコンパウンディング方法は米国特許第4,464,493号明細書に記載されており、この記載は参照により本明細書に援用する。この従来のプロセスは、ポリマーの分解のために高温でポリマーを押出機に通し、押出機のダイ面を横切って熱油を循環させながら、分解したポリマーを、押出機から出て熱油に入る際に粒子サイズまで小さくする。上記のように本開示に従って使用される長鎖分岐エチレンコポリマーは、VI向上剤用の粘度を直接与えるように基油と直接コンパウンディングすることにより添加できるので、先行技術の複雑な多段階プロセスは必要とされない。
本開示の組成物において使用される長鎖分岐エチレンコポリマーは、粘度調整剤濃縮物を調製するために、例えば、最大約20%で、少なくとも約0.5%(例えば、最大18%、最大15%、最大12%、最大10%など)の濃度、より典型的には少なくとも約10%の濃度で潤滑油に室温で溶解することができる。上記のような潤滑油用途で使用される好適な添加剤を含む追加添加剤パッケージを含むこのような濃縮物は、マルチグレード潤滑油製造業者によって最終濃度(通常は約1%)までさらに希釈することができる。この場合、濃縮物は流動性の均質な固形物フリーの溶液とされる。
例えば、Spectrasyn(商標) PAO4グループIV基油をブレンドした溶液は、この基油を高温、例えば130℃などで加熱し、次いで、本開示で使用される長鎖分岐エチレンコポリマー及び任意の酸化防止剤を添加することによって得られる。コポリマーが完全に溶解するまで混合物を撹拌することができ、次いで、混合物を室温まで冷却する。溶解性挙動は室温で記録される。
さらに、本開示は、油と1種以上の本発明の長鎖分岐エチレンコポリマーとをブレンドして組成物を形成すること、及び組成物を、約150℃以下、例えば約130℃以下、例えば約100℃以下、例えば約50℃~約150℃、例えば約50℃~約130℃、又は例えば約50℃~約100℃の温度で加熱することを含む方法を提供する。
本開示の組成物は、任意の潤滑剤用途に好適であることができる。本発明の長鎖分岐エチレンコポリマーがエンジン油潤滑剤組成物に使用される場合、それは典型的には、さらに良好な燃費性能を提供する。潤滑剤の例としては、2ストローク又は4ストローク内燃エンジン用のエンジンオイル、ギヤオイル、自動変速機オイル、油圧作動液、タービンオイル、金属加工液又は循環油が挙げられる。
一実施形態では、内燃エンジンは、ディーゼル燃料エンジン、ガソリン燃料エンジン、天然ガス燃料エンジン、又はガソリン/アルコール混合燃料エンジンであることができる。一実施形態では、内燃機関はディーゼル燃料エンジンであり、別の実施形態ではガソリン燃料エンジンである。好適な内燃エンジンとしては、舶用ディーゼルエンジン、航空用ピストンエンジン、低負荷ディーゼルエンジン、自動車及びトラックエンジンが挙げられる。
長鎖分岐エチレンコポリマー
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマー及び潤滑油を含む潤滑剤組成物に関する。本開示は、新規な長鎖分岐エチレンコポリマーにも関する。本開示で使用する場合、用語「長鎖分岐エチレンコポリマー」は、反応性の重合可能な鎖末端を有するポリマー鎖(マクロモノマーとも呼ばれる)が、別のポリマー鎖の重合中に別のポリマー鎖に組み込まれ、ポリマー鎖の1つによって規定される骨格と、当該骨格から延びる他のマクロモノマー鎖の分枝とを含む構造を形成する場合に得られるポリマー分子構造として定義される。サイドアームは、炭素数50以上、好ましくは炭素数100以上、より好ましくは絡み合い長さよりも長い。サイドアームは、骨格中の組成と同じ組成を有することができる(均質な長鎖分岐と呼ばれる)。あるいは、サイドアームの組成は、骨格の組成と異なる。本開示のいくつかの実施形態では、さらなる分枝がサイドアーム上にあり、ブランチ・オン・ブランチ(branch-on-branch)を有する構造を形成することができる。直鎖ポリマーは、伸長したサイドアームがないため、分枝ポリマーとは構造的に異なる。一実施形態では、均質な長鎖分岐構造が好ましい。
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマー及び潤滑油を含む潤滑剤組成物に関する。本開示は、新規な長鎖分岐エチレンコポリマーにも関する。本開示で使用する場合、用語「長鎖分岐エチレンコポリマー」は、反応性の重合可能な鎖末端を有するポリマー鎖(マクロモノマーとも呼ばれる)が、別のポリマー鎖の重合中に別のポリマー鎖に組み込まれ、ポリマー鎖の1つによって規定される骨格と、当該骨格から延びる他のマクロモノマー鎖の分枝とを含む構造を形成する場合に得られるポリマー分子構造として定義される。サイドアームは、炭素数50以上、好ましくは炭素数100以上、より好ましくは絡み合い長さよりも長い。サイドアームは、骨格中の組成と同じ組成を有することができる(均質な長鎖分岐と呼ばれる)。あるいは、サイドアームの組成は、骨格の組成と異なる。本開示のいくつかの実施形態では、さらなる分枝がサイドアーム上にあり、ブランチ・オン・ブランチ(branch-on-branch)を有する構造を形成することができる。直鎖ポリマーは、伸長したサイドアームがないため、分枝ポリマーとは構造的に異なる。一実施形態では、均質な長鎖分岐構造が好ましい。
本開示で使用されるコポリマーという用語は、特に断らない限り、エチレンと、C3-40α-オレフィン及び/又は非共役ジオレフィン、あるいはかかるジオレフィンの混合物とのターポリマー、テトラポリマー、インターポリマーなどを包含する。好ましくは、α-オレフィンは、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、3-エチル-1-ペンテン、1-オクテン、1-デセン、1-ウンデセンなどの3~12個の炭素原子を有する(これらの2種以上を組み合わせて使用してもよい)。上記の中では、プロピレンが好ましい。一実施形態では、長鎖分岐エチレンコポリマーはエチレン/プロピレンコポリマーである。エチレンコポリマー(好ましくはエチレンプロピレンコポリマー)は、0.97以下、好ましくは0.95以下、好ましくは0.92以下、好ましくは0.90以下、好ましくは0.87以下、好ましくは0.85以下、好ましくは0.83以下、あるいは0.80以下、あるいは0.75以下、あるいは0.70以下の長鎖分岐指数(g’vis)を有する。一実施形態では、エチレンコポリマー(好ましくはエチレンプロピレンコポリマー)は、約0.55~約0.85の長鎖分岐指数(g’vis)を有する。
本開示に記載のエチレン-プロピレンポリマーは長鎖分岐ポリマーであり、-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)を有し、ここで、xは全モノマー転化率(%)であり、全モノマー転化率は50%超、好ましくは55%超、より好ましくは60%超、あるいは65%超、あるいは70%超、あるいは75%超、あるいは80%超、あるいは85%超である。
あるいは、g’visは-0.0003x+0.87未満、あるいは-0.0003x+0.86未満、あるいは-0.0003x+0.85未満であり、ここで、xは全モノマー転化率(%)である。
あるいは、g’visは-0.0054x+1.09超、あるいは-0.0054x+1.10超であり、ここで、xは全モノマー転化率(%)である。
分岐指数は、実験セクションに記載されているように、GPC-3Dを用いて決定される。全モノマー転化率(%)は、ポリマーに転化された反応器中のモノマー(エチレン及びプロピレンなど)の百分率であり、プロセス及びプロセス条件に関連する。
少なくとも1つの実施形態では、エチレンコポリマーは、ジエン及び/又はポリエンを含まない。
少なくとも1つの実施形態では、コポリマーは、FTIRにより決定した場合に、約80wt%未満、例えば約78wt%未満、例えば約77wt%未満、例えば約76wt%未満、例えば約75wt%未満、例えば約40wt%から約80wt%未満、例えば約43wt%から約78wt%、例えば約45wt%~約70wt%のエチレン含量を有する。あるいは、エチレンコポリマー中のエチレンの質量%は少なくとも40wt%である。代替実施形態では、エチレンコポリマーは、約40wt%エチレン~約75wt%エチレン、又は約40wt%エチレン~約50wt%エチレンである。
1以上の実施形態では、エチレン系コポリマーは、実質的に、又は完全に非晶質である。本開示で使用される実質的に非晶質とは、結晶化度が約2.0wt%未満であることを意味する。好ましくは、非晶質のエチレン系コポリマーは、約1.5wt%未満の結晶化度、又は約1.0wt%未満の結晶化度、又は約0.5wt%未満の結晶化度、又は0.1wt%未満の結晶化度を有する。
代替実施形態では、本発明のポリマーは、DSCにより測定した場合に、エチレン-プロピレンコポリマーの融解熱が10J/g未満、あるいは8J/g未満、あるいは5J/g未満、あるいは4J/g未満、あるいは2J/g未満、あるいは1J/g未満、あるいは0J/gである低い結晶化度を有する。
好ましい実施形態では、非晶質エチレン系コポリマーは、DSCにより測定した場合に融解ピークを示さない。
ポリマー融解温度(Tm)を示す分岐エチレンプロピレンコポリマーの場合、エチレン-プロピレンコポリマーの融解熱(J/g)は、ポリマー中のエチレンの量に相関する。本開示において結晶化度を示す分岐エチレンプロピレンコポリマーは、2.8y-134未満、あるいは1.47y-64未満の融解熱を有し、ここで、yは、FTIR ASTM D3900により測定した場合のエチレンのwt%である。
好ましい実施形態では、エチレン-プロピレンコポリマーは、DSCにより測定した場合に50℃未満、あるいは45℃未満、あるいは40℃未満の融点(Tm)を有する。
長鎖分岐(LCB)エチレンコポリマーのエチレン含量及びポリマー分子の鎖セグメント中のエチレン含量は、潤滑の低温特性において重要な役割を果たす。一実施形態では、結晶化を促進するために、LCBエチレンコポリマーのエチレン含量は50%より低いこと、よりランダム性が高いこと、及びポリマー鎖中に高エチレン含有セグメント又は別のモノマーを含有するセグメント(例えば、プロピレン)を持たないことを必要とする。
モノマーM1とモノマーM2の共重合は、2つのタイプのポリマー鎖をもたらし、1つは伸長鎖末端(propagating chain end)にモノマーM1を有するもの(M1*)であり、もう1つは伸長鎖末端にモノマーM2を有するもの(M2*)である。したがって、4つの伸長反応が可能である。モノマーM1とモノマーM2は、それぞれ、モノマーM1を末端とする伸長鎖に付加することも、モノマーM2を末端とする伸長鎖に付加することもでき、すなわち、
である。ここで、k11はM1(すなわちM1*)を末端とする伸長鎖にM1を挿入するための速度定数であり、k12はM1(すなわちM1*)を末端とする伸長鎖にM2を挿入するための速度定数である。モノマー反応性比r1及びr2は、
として定義される。
上で定義したr1及びr2は、反応性の伸長種にそれ自身のタイプのモノマーが付加する速度定数と、反応性の成長種に他のタイプのモノマーが付加する速度定数の比である。2つのモノマーが共重合する傾向は、r1とr2の値によって示される。r1の値が1より大きいと、M1*がM2ではなくM1を優先的に挿入することを意味し、r1の値が1より小さいと、M1*がM2を優先的に挿入することを意味する。r1値がゼロの場合は、M1がホモ重合できないことを意味する。
上で定義したr1及びr2は、反応性の伸長種にそれ自身のタイプのモノマーが付加する速度定数と、反応性の成長種に他のタイプのモノマーが付加する速度定数の比である。2つのモノマーが共重合する傾向は、r1とr2の値によって示される。r1の値が1より大きいと、M1*がM2ではなくM1を優先的に挿入することを意味し、r1の値が1より小さいと、M1*がM2を優先的に挿入することを意味する。r1値がゼロの場合は、M1がホモ重合できないことを意味する。
共重合における2種のモノマーの優先的な挿入は、3種の異なるポリマー鎖構造をもたらす。2種のモノマーが交互に配置されている場合、ポリマーは交互コポリマーと呼ばれる:
ランダムコポリマーでは、2種のモノマーがランダムな順序で挿入される:
ブロックコポリマーでは、1種のモノマーが1つの鎖セグメントでグループ化され、別のモノマーが別の鎖セグメントでグループ化される。ブロックコポリマーは、各セグメントが同じ種類のモノマーからなる複数の鎖セグメントを持つポリマーと考えることができる:
3種のコポリマーの分類は、反応性比積r1r2にも反映させることができる。当業者に知られているように、r1r2=1のとき、重合は理想的な共重合と呼ばれる。理想的な共重合は、2種の伸長鎖M1*とM2*が、M1又はM2モノマーを挿入する際に同じ選好性を示すときに起こる。コポリマーは「統計的にランダム」である。2種のモノマーの反応性比が異なる場合、例えばr1>1、r2<1、又はr1<1、r2>1の場合、一方のモノマーが他方のモノマーよりも両方の伸長鎖に対して反応性が高い。コポリマーは、より反応性の高いモノマーをより多くの割合でランダムに含むことになる。
r1及びr2の両方が1より大きい場合(したがって、r1r2>1でもある)、鎖中に両方のモノマーのブロックが存在するブロックコポリマーを形成する傾向がある。r1>>r2(すなわちr1>>1及びr2<<1)の特別な場合、両方のタイプの伸長鎖がモノマーM1に優先的に付加する。2つのモノマーが「連続的にホモ重合」してブロックコポリマーを形成する傾向がある。反応性積r1r2が1.5を超えるコポリマーは、比較的長いホモポリマー配列を含み、「ブロック状」であると言われる。
2種のモノマーは、r1r2=0の場合、コポリマー鎖に沿って非ランダムな交互配置で等モル量でコポリマー中に入る。このタイプの共重合は交互共重合と呼ばれる。2つのタイプの伸長鎖のそれぞれが、他方のモノマーに優先的に付加する。すなわち、M1はM2*にのみ付加し、M2はM1*にのみ付加する。コポリマーは、コモノマーフィード組成に関係なく、交互構造を有する。
ほとんどのコポリマー系の挙動は、理想的な共重合と交互共重合の両極端の間にある。r1r2積が1からゼロに向かって減少するにつれて、交互重合に向かう傾向が増大する。完全な交互作用は、r1とr2が1より徐々に小さくなるときに起こる。換言すれば、0.75~1.5の反応性比r1r2を有するコポリマーは、一般的にランダムと言われる。r1r2>1.5の場合、コポリマーは「ブロック状」であると言われる。
反応度比積については、Textbook of Polymer Chemistry, F.W. Billmeyer, Jr., Interscience Publishers, New York, p.221 et seq. (1957)に詳しく記載されている。エチレンとプロピレンのコポリマーの場合、反応性比積r1r2(r1はエチレンの反応性比、r2はプロピレンの反応性比)は、13C NMRを用いて測定されたdiad分布(この命名法ではPP、EE、EP及びPE)から、以下の式を適用して計算することができる:
一実施形態では、長鎖分岐エチレンコポリマーは、2.0未満かつ0.45超のr1r2を有する。
さらに別の実施形態では、分岐エチレンプロピレンコポリマーは、1.5未満かつ0.45超のr1r2を有する。あるいは、分岐エチレンプロピレンコポリマーは、1.3未満(好ましくは1.25未満、より好ましくは1.2未満)かつ0.5超(好ましくは0.6超、より好ましくは0.7超、あるいは0.8超)のr1r2を有する。
本開示のいくつかの実施形態では、r1r2は、真にランダムなコポリマーを示す1.5未満かつ0.8超である。
本開示における本発明の分岐エチレンプロピレンコポリマーは、James C. Randallによる“Methylene sequence distributions and average sequence lengths in ethylene-propylene copolymers”, Macromolecules, 1978, 11, 33-36に記載されているように、13C NMRにより測定した場合の独特の「メチレン配列6以上についての平均配列長」及び独特の「6以上のメチレン配列長の百分率」を有する。
さらに別の実施形態では、本開示における分岐エチレンプロピレンコポリマーは、0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」を有し、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である。
あるいは、「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z-0.35未満、あるいは0.1869z-0.40未満、あるいは0.1869z-0.45未満、あるいは0.1869z-0.50未満、あるいは0.1869z-0.55未満、あるいは0.1869z-0.60未満、あるいは0.1869z-0.65未満、あるいは0.1869z-0.70未満である。
あるいは、「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z~1.8超、あるいは0.1869z~1.7超、あるいは0.1869z~1.6超、あるいは0.1869z~1.5超である。
本開示で使用される分岐エチレンプロピレンコポリマーはまた、1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」を有し、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である。
あるいは、「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3x-36.0未満、あるいは1.3x-36.5未満、あるいは1.3x-37.0未満、あるいは1.3x-37.5未満、あるいは1.3x-38.0未満、あるいは1.3x-38.5未満、あるいは1.3x-39.0未満である。
あるいは、「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3z-49超、あるいは1.3z-48超、あるいは1.3z-47超、あるいは1.3z-46超、あるいは1.3z-45.5超である。
本開示のいくつかの実施形態では、長鎖分岐エチレンコポリマーは、0.5027*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比を有し、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)である。
少なくとも1つの実施形態では、分岐エチレンコポリマーは、約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);約100,000g/モル~約900,000g/モル、例えば約160,000g/モル~約900,000g/モル、例えば約180,000g/モル~約800,000g/モル、又は例えば約190,000g/モル~約750,000g/モルのMz(LS);及び約1.5~約7.5、例えば約1.7~約7、例えば約2.0~約6.5、例えば約2.2~約6.0のMw(LS)/Mn(DRI)として定義される多分散度(PDI)を有する
少なくとも1つの実施形態では、エチレンコポリマーは、ゲル透過クロモグラフィー(GPC)により決定した場合に単峰性又は多峰性の分子量分布を有する。「単峰性」とは、GPCトレースが1つのピーク又は変曲点を有することを意味する。「多峰性」とは、GPCトレースが少なくとも2つのピーク又は変曲点を有することを意味する。変曲点とは、曲線の二次導関数の符号が変化する点(例えば、負から正へ、又はその逆)である。
一実施形態では、オレフィンモノマー(典型的には、エチレン及びプロピレン)は、架橋可能なコポリマーを製造するために、少なくとも1種のジエンモノマーと共重合され得る。好適なジエンモノマーとしては、少なくとも2つの不飽和結合を有する任意の炭化水素構造、好ましくはC4~C30が挙げられる。好ましくは、ジエンは少なくとも2つの不飽和結合を有する非共役ジエンであり、ここで、不飽和結合の1つはポリマーに容易に組み込まれる。第2の結合は架橋ポリマーを形成する重合に部分的に関与してもよいが、通常、その後の官能基化(例えばマレイン酸又は無水マレイン酸などによる)、硬化又は後重合プロセスにおける加硫に適した少なくともいくつかの不飽和結合をポリマー生成物中にもたらす。ジエンの例としては、ブタジエン、ペンタジエン、ヘキサジエン、ヘプタジエン、オクタジエン、ノナジエン、デカジエン、ウンデカジエン、ドデカジエン、トリデカジエン、テトラデカジエン、ペンタデカジエン、ヘキサデカジエン、ヘプタデカジエン、オクタデカジエン、ノナデカジエン、イコサジエン、ヘンエイコサジエン、ドコサジエン、トリコサジエン、テトラコサジエン、ペンタコサジエン、ヘキサコサジエン、ヘプタコサジエン、オクタコサジエン、ノナコサジエン、トリアコンタジエン、及び分子量(Mw)が1000g/モル未満のポリブタジエンが挙げられるが、これらに限定されない。直鎖非環式ジエンの例としては、1,4-ヘキサジエン及び1,6-オクタジエンが挙げられるが、これらに限定されない。分枝鎖非環式ジエンの例としては、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、及び3,7-ジメチル1,7-オクタジエンが挙げられるが、これらに限定されない。単環脂環式ジエンの例としては、1,4-シクロヘキサジエン、1,5-シクロオクタジエン、及び1,7-シクロドデカジエンが挙げられるが、これらに限定されない。多環脂環式縮合環及び架橋環ジエンの例としては、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;2,5-ノルボルナジエン;並びにアルケニル-、アルキリデン-、シクロアルケニル-及びシクロアルキレンノルボルネン[例えば、以下を含む、5-メチレン-2-ノルボルネン、5-エチリデン-2-ノルボルネン(ENB)、5-プロペニル-2-ノルボルネン、5-イソプロピルインデン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、及び5-ビニル-2-ノルボルネン]が挙げられるが、これらに限定されない。シクロアルケニル置換アルケンの例としては、ビニルシクロヘキセン、アリルシクロヘキセン、ビニルシクロオクテン、4-ビニルシクロヘキセン、アリルシクロデセン、ビニルシクロドデセン、テトラシクロ(A-11,12)-5,8-ドデセンなどが挙げられるが、これらに限定されない。5-エチリデン-2-ノルボルネン(ENB)は、特定の実施形態で好ましいジエンである。一実施形態では、長鎖分枝はポストリアクタープロセス(post reactor process)で形成される。
いくつかの実施形態で使用されるジエンモノマーは、重合反応器内で架橋ポリマーを形成するためにポリマーに容易に組み込むことができる少なくとも2つの重合性不飽和結合を有する。ジエンの重合可能な結合は、成長鎖の重合プロセス中にポリマー鎖に組み込み又は挿入することができる結合を指す。ジエンの組み込みは、しばしば触媒特異的である。メタロセン触媒を使用する重合では、このようなジエンの例として、α-ω-ジエン(例えばブタジエン、1,4-ペンタジエン、1,5-ヘキサジエン、1,6-ヘプタジエン、1,7-オクタジエン、1,8-ノナジエン、1,9-デカジエン、1,8-ノナジエン、1,9-デカジエン、1,10-ウンデカジエン、1,11-ドデカジエン、1,12-トリデカジエン、1,13-テトラデカジエンなど)、及び特定の多環脂環式縮合環及び架橋環ジエン(例えばテトラヒドロインデン;7-オキサノルボルナジエン、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;5-ビニル-2-ノルボルネン;3,7-ジメチル1,7-オクタジエン;1,4-シクロヘキサジエン;1,5-シクロオクタジエン;1,7-シクロドデカジエン及びビニルシクロヘキセンなど)が挙げられる。ポリマー組成物の一実施形態では、本発明のポリマー組成物中の少なくとも2つの重合性結合を有するジエンの含量は、コポリマーに対して0.5wt%未満、好ましくは0.1wt%未満である。別の実施形態では、長鎖分岐エチレンコポリマーはジエンを含まない。
長鎖分岐構造は、動的(振動)回転レオメータで行われる溶融ポリマーの小振幅振動せん断(SAOS)測定によっても観察することができる。このような試験で得られたデータから、G’(貯蔵弾性率)に対するG”(損失弾性率)の比の逆正接である位相又は損失角を求めることができる。典型的な直鎖ポリマーの場合、低周波数での損失角は90度に近い。これは、鎖がメルト中で緩和してエネルギーを吸収し、損失弾性率が貯蔵弾性率よりもはるかに大きくなるためである。周波数が高くなるにつれて、振動中にエネルギーを吸収できないほどゆっくりと緩和する鎖が増え、貯蔵弾性率は損失弾性率に対して相対的に大きくなる。最終的には、貯蔵弾性率と損失弾性率は等しくなり、損失角は45度に達する。これとは対照的に、分枝鎖ポリマーは非常にゆっくりと緩和する。なぜなら、鎖の骨格がメルト中でその管に沿って緩和する前に、まず分枝が引っ込む必要があるからである。このポリマーは、振動中に全てのその鎖が緩和する状態に達することはなく、実験の最低周波数でも損失角が90度に達することはない。損失角はまた、SAOS実験における振動の周波数に比較的依存しない。これは、鎖がこのような時間スケールでは緩和できないことを示すもう一つの指標である。一実施形態では、長鎖分岐エチレンコポリマーの位相角は70度以下、好ましくは60度以下、より好ましくは50度以下である。あるいは、油展エチレンコポリマーのtan(δ)は、2.5以下、1.7以下、又は1.2以下である。
当業者に知られているように、レオロジーデータは、位相角対複素せん断弾性率(G*)の絶対値をプロットしてvan Gurp-Palmenプロットを作成することによって示すことができる。長鎖分枝のない従来のエチレン系コポリマーは、van Gurp-Palmenプロットにおいて負の傾きを示す。LCBエチレンコポリマーの場合、同じG*の値で、長鎖分枝のない直鎖エチレンコポリマーの位相角と比較して、位相角は低い値にシフトする。一実施形態では、本明細書に記載のエチレンコポリマーの位相角は、50,000Pa~1,000,000Paの複素せん断弾性率の範囲において70度未満である。あるいは、一実施形態では、本明細書に記載の分岐エチレンコポリマーは、190℃では、G*=8000Paで70°以下、G*=100,000Paで40°以下の位相角を有する。
本明細書に記載の長鎖分岐エチレンコポリマーは、好ましくは、著しいせん断誘起粘度減少を示す。せん断減粘(シアシニング)は、せん断速度の増加に伴う複素粘度の減少によって特徴付けられる。せん断減粘を定量化する1つの方法は、0.1rad/sの周波数での複素粘度と100rad/sの周波数での複素粘度との比を使用することである。好ましくは、複素粘度を190℃で測定したときのエチレン系コポリマーの複素粘度比が5以上、より好ましくは10以上、さらに好ましくは20以上である。
本明細書に記載の長鎖分岐エチレンコポリマーは、250g/10分以下、140g/10分以下、120g/10分以下、100g/10分以下、50g/10分以下、20g/10分以下のメルトフローレート(MFR、230℃及び2.16kgで測定)を有する。本開示で使用される長鎖分岐エチレン系コポリマーは、2500g/分以下、1500g/分以下、1000g/分以下、800g/分以下の高荷重メルトフローレート(HLMFR、230℃及び21.6kgで測定)を有する。メルトフローインデックス比(HLMFR/MFR)は、10以上、20以上、又は50以上である。
本開示に記載の長鎖分岐エチレンコポリマーは、約2、10及び20MU(ムーニー単位)のいずれか1つである低値から、約30、40、50、60、80、100及び120MUのいずれか1つである高値までの範囲のムーニー粘度ML(125℃で1+4)を有する。本明細書に記載される長鎖分岐エチレンコポリマーは、約20、30及び40mu*secのいずれか1つである低値から、約50、100、200、300、400、600、650、700、800、900、1000、1150、1200、1250、1300、1350、1400、1450、1500、1550、1600、1650、1700、1750、1800、1850、1900、1950及び2000mu*secのいずれか1つである高値までの範囲のMLRAを有する。例えば、MLRAは、約300~約2000mu*sec、もしくは約400~約1500mu*sec、又は約500~約1200mu*secであることができる。特定の実施形態では、MLRAは、少なくとも500mu*sec、もしくは少なくとも600mu*sec、又は少なくとも700mu*secであることができる。
あるいは、本明細書に記載される長鎖分岐エチレンコポリマーは、ムーニーラージ粘度ML=80mu(ムーニー単位)で、約200、250、300、350、及び400mu*secのいずれか1つである低値から、約500、550、600、650、700、800、900、1000、1150、1200、1250、1300、1350、1400、1450、1500、1550、1600、1650、1700、1750、1800、1850、1900、1950及び2000mu*secのうちのいずれか1つである高値までの範囲のcMLRAを有する。例えば、cMLRAは、約240~約2000mu*sec、もしくは約400~約1500mu*sec、又は約500~約1200mu*secであることができる。特定の実施形態では、cMLRAは、少なくとも500mu*sec(必要な高値なし)、もしくは少なくとも600mu*sec、又は少なくとも700mu*secであることができる。
さらに別の態様において、本開示に記載の分岐エチレン-プロピレンコポリマーは、-60もしくは-50又は-40℃から-10もしくは-5又は0℃までの範囲内のガラス転移温度(Tg)を有する。
さらに別の態様において、本開示で使用される分岐エチレン-プロピレンコポリマーは、-30もしくは20又は10℃から10もしくは20もしくは30又は40℃までの範囲内の融点(Tm)を有する。
さらに別の態様において、本開示に記載の分岐エチレン-プロピレンコポリマーは、DSCにより測定した場合に、50℃未満、あるいは45℃未満、あるいは40℃未満、あるいは30℃未満の融点(Tm)を有する。
本開示において使用されるいくつかの実施形態におけるエチレンコポリマーは、1種以上のエチレンコポリマー(2種以上のエチレンコポリマーのブレンド)を含み、各エチレンコポリマーは、2種以上の異なるC2~C12α-オレフィンから誘導された単位を含む。好ましくは、これらのエチレンコポリマーのエチレン含量は異なる。より好ましくは、1つのエチレンコポリマーは40~55wt%のエチレン含量を有し、別のエチレンコポリマーは50~75wt%のエチレン含量を有する。一実施形態では、どちらのエチレンコポリマーも、g’visが0.50~0.97である長鎖分岐構造を有する。あるいは、一方のエチレンコポリマーのみが分岐している。
コポリマーが反応器でブレンドされたポリマーである実施形態では、コポリマーは、コポリマーの質量を基準にして、40~55wt%の第1のポリマー成分、5~40wt%の第2のポリマー成分を含んでもよく、望ましい範囲は、任意の低値から任意の高値までの範囲を含み得る。コポリマーは、コポリマーの質量を基準として、55~97wt%の第1ポリマー成分、60~95wt%の第1のポリマー成分、又は65~92.5wt%の第1ポリマー成分を含んでもよく、望ましい範囲は、任意の低値から任意の高値までの範囲を含み得る。一実施形態では、反応器ブレンドは、並列反応器を有するシステムで製造される。あるいは、反応器ブレンドは直列反応器で製造される。
別のクラスの実施形態では、本開示は、第1及び第2の長鎖分岐コポリマーを含む潤滑剤組成物を提供し、ここで、第1のコポリマーは、第2のコポリマーよりも高いエチレン含量を有する。
別のクラスの実施形態では、本開示は、第1及び第2のコポリマーを含む潤滑剤組成物であって、第1のコポリマーが長鎖分岐状であり、実質的に直鎖状である第2のコポリマーよりも高いエチレン含量を有する、潤滑剤組成物を提供する。
別のクラスの実施形態では、本開示は、第1及び第2のコポリマーを含む潤滑剤組成物であって、第1のコポリマーが実質的に直鎖状であり、長鎖分岐状である第2のコポリマーよりも高いエチレン含量を有する、潤滑剤組成物を提供する。
エチレンコポリマーの製造方法
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーと潤滑油とを含む潤滑剤組成物に関する。本開示は、新規な長鎖分岐エチレンコポリマーにも関する。長鎖分岐(LCB)エチレンコポリマーは、重合反応器内、又は過酸化物や照射を用いたラジカル架橋などのポストリアクタープロセスのいずれかで製造することができる。反応器内アプローチでは、プロセスは、1つ又は複数の重合反応器内で、エチレンと、C3~C20α-オレフィンから選択される1種以上のオレフィンと、1種以上の触媒とを接触させることを含む。LCB構造は、触媒系に応じて様々なメカニズムで生成される。例えば、チーグラー・ナッタ(Ziegler-Natta)触媒系では、いくつかの従来のEPDMポリマーは、ペンダント二重結合のカチオンカップリングを通じて生成された長鎖分枝を有する。末端枝分かれは、現場(in-situ)長鎖分枝形成についてのメタロセン触媒系における枝分かれ機構の一つである。LCBは、ポリマー鎖の形成中に、現場(in-situ)で生成したビニル末端マクロモノマーの再挿入によって形成される。触媒は、重合プロセスで、(i)ビニル鎖末端を有するマクロモノマー/ポリマーを生成する機能、(ii)成長しているポリマー鎖にビニル鎖末端挿入によりマクロモノマー/ポリマーを組み込み、LCBを形成する機能の2つの機能を果たす必要がある。高レベルのLCBを求めるプロセスでは、触媒の選択は非常に限られている。適切な触媒と適切なプロセス条件を組み合わせることで、高レベルのLCBを有するエチレン系コポリマーを製造することができる。一実施形態では、本開示に記載の長鎖分岐エチレンコポリマーは、0.97以下、好ましくは0.92以下、より好ましくは0.90以下、さらに好ましくは0.88以下の分岐指数g’visを有する。本開示に記載の長鎖分岐エチレン系コポリマーは、単一触媒系を用いた重合プロセスで製造することができる。
本開示は、長鎖分岐エチレンコポリマーと潤滑油とを含む潤滑剤組成物に関する。本開示は、新規な長鎖分岐エチレンコポリマーにも関する。長鎖分岐(LCB)エチレンコポリマーは、重合反応器内、又は過酸化物や照射を用いたラジカル架橋などのポストリアクタープロセスのいずれかで製造することができる。反応器内アプローチでは、プロセスは、1つ又は複数の重合反応器内で、エチレンと、C3~C20α-オレフィンから選択される1種以上のオレフィンと、1種以上の触媒とを接触させることを含む。LCB構造は、触媒系に応じて様々なメカニズムで生成される。例えば、チーグラー・ナッタ(Ziegler-Natta)触媒系では、いくつかの従来のEPDMポリマーは、ペンダント二重結合のカチオンカップリングを通じて生成された長鎖分枝を有する。末端枝分かれは、現場(in-situ)長鎖分枝形成についてのメタロセン触媒系における枝分かれ機構の一つである。LCBは、ポリマー鎖の形成中に、現場(in-situ)で生成したビニル末端マクロモノマーの再挿入によって形成される。触媒は、重合プロセスで、(i)ビニル鎖末端を有するマクロモノマー/ポリマーを生成する機能、(ii)成長しているポリマー鎖にビニル鎖末端挿入によりマクロモノマー/ポリマーを組み込み、LCBを形成する機能の2つの機能を果たす必要がある。高レベルのLCBを求めるプロセスでは、触媒の選択は非常に限られている。適切な触媒と適切なプロセス条件を組み合わせることで、高レベルのLCBを有するエチレン系コポリマーを製造することができる。一実施形態では、本開示に記載の長鎖分岐エチレンコポリマーは、0.97以下、好ましくは0.92以下、より好ましくは0.90以下、さらに好ましくは0.88以下の分岐指数g’visを有する。本開示に記載の長鎖分岐エチレン系コポリマーは、単一触媒系を用いた重合プロセスで製造することができる。
一実施形態では、本開示に記載の長鎖分岐エチレンコポリマーは、1つの触媒系を用いて単一の反応器で製造される。長鎖分岐エチレンコポリマーの骨格及びサイドアームの両方が、同じ重合環境で生成され、骨格とサイドアームの組成は同じである。このタイプの長鎖分岐エチレンコポリマーは、均質な長鎖分岐ポリマーと呼ばれる。
LCBレベルを向上させるために、二元触媒が検討されてきた。混合触媒系では、少なくとも1つの触媒がビニル末端マクロモノマーを生成し、別の触媒がマクロモノマーを再挿入することができる。各触媒は、特定のタスクに応じた特定の構造を有する。2つの触媒は、同じ重合環境において相溶性でなければならない。二重反応器もまた、各タスクのプロセス条件を最適化する上で、より自由度の高い選択肢である。一実施形態では、長鎖分岐エチレンコポリマーは複数の触媒を使用して製造される。
特定の実施形態によれば、分岐エチレンコポリマーは、二元メタロセン触媒系の存在下で、エチレンと1種以上のα-オレフィン(好ましくはC3~C12α-オレフィン)を重合することによって製造される。二元メタロセン触媒系は以下を含む:(1)高分子量ポリマー鎖を生成することができ、特にビニル末端炭化水素鎖を成長している高分子量ポリマー鎖に組み込むことができる第1のメタロセン触媒;及び(2)低分子量ポリマー鎖を生成することができ、さらに比較的高い百分率のビニル末端ポリマー鎖を生成することができる第2のメタロセン触媒。二元触媒系は、二峰分布のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンコポリマーを製造する方法も提供する。例えば、第1の触媒に由来するコポリマーのエチレン含量は約40~55wt%の範囲であり、第2の触媒に由来するコポリマーのエチレン含量は約50~70wt%の範囲である。
マクロモノマーの再挿入は、反応速度と物質移動によって制御される。反応速度の観点からは、マクロモノマーの組み込みは、連鎖成長中のモノマーの挿入(又は伸長)と競合する。プロセス条件は、LCBの程度に重要な役割を果たす。モノマー濃度が低く、ビニル末端マクロモノマー濃度が高いプロセスは、マクロモノマーの再挿入に有利である。一実施形態では、モノマー濃度が低く、ポリマー濃度が高いプロセスが好ましい。例えば、エチレン濃度は1.0mol/L以下、ポリマー濃度は0.01mol/L以上である。分枝の程度は、モノマーがポリマーに変換される程度にも影響される。モノマーが溶媒中にほとんど残存しない高転化率では、ビニル末端鎖が成長鎖に取り込まれる頻度が高くなり、LCBのレベルが高くなる。触媒レベルは、望みどおりに転化レベルに影響を及ぼすように調整することができる。
ポリマー鎖上の反応性基を増加させる1つの方法は、2つの重合性二重結合を有するジエンをポリマー鎖中に組み込むことである。長鎖枝分かれは、鎖上のペンダント不飽和の反応によって重合中に起こり得る。LCB構造は、2つの重合性二重結合を有するジエン、例えばノルボルナジエン、ジシクロペンタジエン、5-ビニル-2-ノルボルネン(VNB)、又はα-オメガジエンなどをメタロセン触媒系で共重合することにより得られる。成長ポリマー鎖へのジエンの挿入ごとに、ダングリングビニル基(dangling vinyl group)が生成する。これらの反応性ポリマー鎖は、次に、ジエンの2番目のダングリング二重結合を介して、別の成長ポリマー鎖に組み込むことができる。この二重に挿入されたジエンは、2つのポリマー鎖間に結合を作り、分岐構造をもたらす。ポリマー鎖間のジエン連結によって形成される分岐構造は「H」型と呼ばれ、短いジエン橋による4官能性分岐構造を持つ。末端枝分かれと比較すると、ジエンはポリマー鎖に沿って分布しており、ビニル基の数は各分子に組み込まれたジエンの数に比例する。全体的にビニル基の量が多いことに加え、ジエンの組み込みにより、ビニル末端マクロモノマーと比較して、ポリマー鎖に沿ったビニル基の配置も変化する。分枝の数と分枝のレベル(ブランチ・オン・ブランチ)は、組み込まれたジエンの量に依存する。より高分子量のポリマー鎖ほど、1分子当たりでより多くのジエンが組み込まれる(つまり、分子が長いほど、短いものよりも多くのビニルが含まれる)。従って、LCBレベルは、ポリマー鎖の分子量と濃度に応じて増加する(セメントローディングとも呼ばれる)。重合プロセスにおける課題は、枝分かれのレベルを制御することであり、過剰な枝分かれはゲル形成につながる。ゲル形成をなくすためには、正確なプロセス制御が必要である。一実施形態では、本開示で使用される長鎖分岐エチレンコポリマーを製造するために、少なくとも2つの重合性結合を有するジエンが使用される。
長鎖分岐構造は、リビング重合触媒、及び式:Al(R’)3-v(R)v(式中、Rは4~20個の炭素原子を含有し、アリル鎖末端を特徴とするヒドロカルベニル基として定義され、R’は1~30個の炭素原子を含有するヒドロカルビル基として定義され、vは0.1~3(例えば1又は2など)として定義される)で表されるアルミニウムビニル移動剤(AVTA)を使用して生成させることもできる。いくつかのオレフィン重合触媒は、添加されたアルミニウムビニル移動剤(AVTA)による可逆的なポリメリル基の連鎖移動を容易に起こし、またAVTAのビニル基の組み込みも可能で、長鎖分岐ポリマーを形成する。一実施形態では、長鎖分岐エチレンコポリマーは、アルミニウムでキャップされた化学種Al(R’)3-v(ポリマー-CH=CH2)vを含まない。ここで、vは0.1~3(あるいは1~3、あるいは1、2、又は3)である。別の実施形態では、本開示の組成物で使用される長鎖分岐エチレンコポリマーを製造するために使用される重合プロセスはAVTAフリーである。
一実施形態では、本明細書に記載のエチレンコポリマーは、複数の反応器を有するシステムで製造することもできる。各成分が異なるエチレン含量及び/又は分子量を有するエチレンコポリマーのブレンドを製造することができる。このシステムは、各成分の所望の特性を備えたポリマーブレンドを製造するように調整することができる。好ましくは、ある成分は50wt%以下のエチレン含量を有し、別の成分は60wt%以上のエチレン含量を有する。
いくつかの実施形態では、複数の触媒が使用される。複数の触媒は、単一の重合ゾーン又は同一システム内の複数の反応ゾーンで使用することができる。第1の反応ゾーンで使用される触媒としては、重合可能な不飽和鎖末端を有するポリマーを製造することができる触媒が挙げられ、一方、第2の反応ゾーンで使用される触媒としては、重合可能なポリマーを成長鎖に組み込んで、伸長したサイドアームを有する分岐エチレンコポリマーを形成することができる触媒が挙げられる。
少なくとも1つの実施形態では、本開示で使用されるエチレンポリマーを製造するプロセスでは、捕捉剤をほとんど又は全く使用しない。この実施形態における捕捉剤(例えばトリアルキルアルミニウムなど)は、使用される場合、約100:1未満、例えば約50:1未満、例えば約15:1未満、又は例えば約10:1未満の捕捉剤金属対遷移金属のモル比で存在し得る。
種々の重合プロセスの各々は、当該技術分野で知られている一般的な重合技術を用いて実施することができる。当該技術分野で知られている懸濁重合、均一重合、バルク重合、溶液重合、スラリー重合、又は気相重合プロセスを使用することができる。かかるプロセスは、バッチ、セミバッチ、又は連続モードで実施することができる。均一重合プロセスが好ましい。均一重合プロセスは、生成物の少なくとも90wt%が反応媒体に可溶であるプロセスであると定義される。バルクプロセスは、モノマーそのものが反応媒体として使用され、反応器への全供給物中のモノマー濃度が70体積%以上であるプロセスであると定義される。あるいは、溶媒又は希釈剤は、反応媒体中に存在しないか、又は添加されない(触媒系又は他の添加剤のキャリアとして使用される少量、又はモノマーと共に通常見出される量、例えばプロピレン中のプロパンを除く)。別の実施形態では、プロセスはスラリープロセスである。本明細書で使用される場合、用語「スラリー重合プロセス」は、担持触媒が使用され、モノマーが担持触媒粒子上で重合される重合プロセスを意味する。担持触媒から得られるポリマー生成物の少なくとも95wt%は、固体粒子として粒状である(希釈剤に溶解していない)。
バッチ重合プロセス又は連続重合プロセスのいずれかを使用できるため、本開示におけるモノマー比及びモノマー供給速度の比への言及は、互換的であると見なされるべきである。例えば、共重合される第1のモノマーと第2のモノマーとの間の比が10:1であるとすると、その比は、バッチプロセスで存在するモル数の比であってもよく、あるいは連続プロセスにおけるモル供給量の比であってもよい。同様に、触媒比が与えられている場合、かかる比は、バッチプロセスで存在するモル数の比として、あるいは、同等に、連続プロセスへのモル供給量の比として見なされるべきである。
さらに、公知の重合技術を採用することができるが、特定のプロセス条件(例えば、温度及び圧力)を使用することができる。温度及び/又は圧力は、一般的に、約0℃~約300℃の温度を含み得る。その例としては、約20℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃及び70℃のいずれか1つである低値から、約100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、250℃及び300℃のいずれか1つである高値までが挙げられる。例えば、重合温度は、約40℃~約200℃、あるいは約45℃~約150℃、あるいは約70℃~約150℃、あるいは約70℃~約145℃、又は特定の実施形態では、約80℃~約130℃の範囲内にあることができる。圧力は、重合システムの所望の規模に依存し得る。例えば、いくつかの重合では、圧力は、一般的に、約常圧から200MPaまでの範囲であることができる。様々なかかる実施形態では、圧力は、約0.1、1、5、及び10MPaのうちのいずれかである低値から、約3、5、10、15、25、50、100、150及び200MPaのうちのいずれか1つである高値までの範囲におよび得るが、その範囲の高値は低値よりも大きいことを条件とする。かかる実施形態によれば、圧力は好ましくは約2~約70MPaの範囲内にある。
典型的な重合では、反応のランタイム(滞留時間ともいう)は最長で300分間までであり、好ましくは約5~250分間の範囲、より好ましくは約10~120分間の範囲内である。あるいは、溶液プロセスを採用する場合、反応のランタイムは好ましくは5~30分間の範囲内であってもよい。スラリー又は気相プロセスが採用される場合、反応のランタイムは好ましくは30~180分間の範囲内である。反応の実行時間と反応器滞留時間は、本開示では互換的に使用される。
いくつかの実施形態では、水素は、0.001~345kPa、好ましくは0.01~172kPa、より好ましくは0.1~70kPaの分圧で重合反応器中に存在する。あるいは、500ppm以下、又は400ppm以下、又は300ppm以下の水素を反応器に添加する。別の実施形態では、少なくとも50ppm、もしくは100ppm、又は200ppmの水素が添加される。従って、特定の実施形態は、約50、100、150、及び200ppmのいずれか1つである低値から、約250、300、350、400、450、及び500ppmのいずれか1つである高値までの範囲の量で反応器に添加される水素を含む。
重合に好適な希釈剤/溶媒としては、非配位性の不活性液体が挙げられる。例としては、直鎖及び分枝鎖炭化水素、例えば、イソブタン、ブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン類、イソヘキサン、ヘプタン、オクタン、ドデカン、及びこれらの混合物など;環式及び脂環式炭化水素、例えば、シクロヘキサン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロヘプタン、及びこれらの混合物など、例えば市販されているもの(Isopar(商標));ペルハロゲン化炭化水素、例えばペルフルオロ化C4-10アルカン、クロロベンゼン、並びに芳香族及びアルキル置換芳香族化合物、例えばベンゼン、トルエン、メシチレン、キシレンなどが挙げられる。好適な溶媒としては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ヘキセン、1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン、1-デセン、及びこれらの混合物などの、モノマー又はコモノマーとして作用し得る液体オレフィンも挙げられる。好ましい一実施形態では、溶媒として、脂肪族炭化水素溶媒、例えば、イソブタン、ブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、オクタン、ドデカン、及びこれらの混合物;環式及び脂環式炭化水素、例えば、シクロヘキサン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロヘプタン、及びこれらの混合物が使用される。別の実施形態では、溶媒は芳香族ではなく、好ましくは、芳香族は、溶媒の質量に基づいて1wt%未満、好ましくは0.5wt%未満、より好ましくは0.1wt%未満で溶媒中に存在する。
いくつかの実施形態では、触媒系の活性は、少なくとも50g/mmol/時間、好ましくは500g/mmol/時間以上、好ましくは5000g/mmol/時間以上、好ましくは50,000g/mmol/時間以上、より好ましくは100,000g/mmol/時間以上である。あるいは、触媒効率は、触媒1kg当たりポリマー10,000kg以上、好ましくは、触媒1kg当たりポリマー50,000kg以上、より好ましくは、触媒1kg当たりポリマー100,000kg以上である。
重合には、所望により他の添加剤、例えば、1種以上の捕捉剤、促進剤、変性剤、連鎖移動剤(例えばジアルキル亜鉛、典型的にはジエチル亜鉛など)、還元剤、酸化剤、水素、アルミニウムアルキル、又はシランを使用してもよい。
ポリマーは、従来の分離手段を使用して流出液の他の成分からポリマーを分離することによって、いずれか1つ以上の重合流出液から回収することができる。例えば、非溶媒、例えばイソプロピルアルコール、アセトン又はn-ブチルアルコールなどによる凝固によって重合流出液からポリマーを回収することができ、あるいは、熱又は蒸気を用いて溶媒又は他の媒体をストリッピングすることによってポリマーを回収することができる。酸化防止剤などの1種以上の従来の添加剤を、回収操作の間にポリマー中に組み込むことができる。可能な酸化防止剤としては、フェニル-β-ナフチルアミン;ジ-tert-ブチルヒドロキノン、トリフェニルホスフェート、ヘプチル化ジフェニルアミン、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-tert-ブチル)フェノール、及び2,2,4-トリメチル-6-フェニル-1,2-ジヒドロキノリンが挙げられる。例えば、より低い臨界溶液温度(LCST)の使用と、その後の脱揮によるなどの他の回収方法も想定される。触媒は、ポリマー回収プロセスの下流でのさらなる非制御重合を低減又はなくすために、分離操作の一部として失活させることができる。不活性化は、例えば水などの適切な極性物質と混合することによって行うことができ、その再利用後の残留効果は、適切なふるい又は捕捉システムによって対処することができる。
一実施形態では、重合は、1)0~300℃(好ましくは25~150℃、好ましくは40~140℃、より好ましくは50~130℃)の温度で実施され;2)大気圧~20MPa(好ましくは0.35~16MPa、好ましくは0.45~12MPa、より好ましくは0.5~10MPa)の圧力で実施され;3)脂肪族炭化水素溶媒(例えば、イソブタン、ブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、オクタン、ドデカン、及びこれらの混合物など;環式及び脂環式炭化水素、例えばシクロヘキサン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロヘプタン、及びそれらの混合物;好ましくは、芳香族が溶媒中に好ましくは1wt%未満、好ましくは0.5wt%、好ましくは溶媒の質量に基づいて0wt%で存在する)又は芳香族溶媒、例えばトルエン、ベンゼン、キシレンなどの中で実施され;4)重合に使用される触媒系が、0.5mol%、好ましくは0mol%のアルモキサンを含むか、あるいはアルモキサンがアルミニウム対遷移金属のモル比500:1以下、好ましくは300:1以下、より好ましくは100:1以下で存在し;5)重合が好ましくは1つ又は2つの反応ゾーンで起こり;6)触媒化合物の生産性は、少なくとも50,000gポリマー/g触媒(好ましくは少なくとも80,000gポリマー/g触媒、好ましくは少なくとも100,000gポリマー/g触媒、好ましくは少なくとも150,000gポリマー/g触媒、好ましくは少なくとも200,000gポリマー/g触媒、より好ましくは少なくとも300,000gポリマー/g触媒)であり;7)任意選択的に、捕捉剤(トリアルキルアルミニウム化合物など)が存在せず(例えば、0mol%で存在し、あるいは、捕捉剤は、遷移金属に対する捕捉剤金属のモル比が100:1未満、好ましくは50:1未満、好ましくは20:1未満、より好ましくは10:1未満で存在する);及び8)任意選択的に、水素が重合反応器中に、0.001~50psig(0.007~345kPa)(好ましくは0.01~25psig(0.07~172kPa)、より好ましくは0.1~10psig(0.7~70kPa))の分圧で存在する。一実施形態では、重合に使用される触媒系は、1種より多くの触媒化合物を含まない。「重合ゾーン」とも呼ばれる「反応ゾーン」は、重合が行われる容器であり、例えばバッチ反応器である。複数の反応器を直列又は並列に使用する場合は、各反応器を個別の重合ゾーンとみなす。バッチ反応器と連続反応器の両方での多段重合の場合、各重合段階は別々の重合ゾーンとみなされる。一実施形態では、重合は、1つの反応ゾーン、あるいは2つの反応ゾーンで起こる。
触媒
長鎖分岐エチレンコポリマーを製造するのに好適な触媒は、C2~C20オレフィンを重合し、重合性マクロモノマーを組み込んで分岐構造を形成することができる触媒である。これとしては、メタロセン、ポストメタロセンもしくは他のシングルサイト触媒、及びチーグラー・ナッタ触媒が挙げられる。「非メタロセン触媒」とも呼ばれる「ポストメタロセン触媒(post-metallocene catalyst)」という用語は、π配位シクロペンタジエニルアニオン供与体(又はそれに類するもの)を持たない遷移金属錯体を表し、一般的な活性化剤と組み合わされた場合にオレフィンの重合に有用である。Baier, M. C.; Zuideveld, M. A.; Mecking, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2-25; Gibson, V. C., Spitzmesser, S. K. Chem. Rev. 2003, 103, 283-315; Britovsek, G. J. P., Gibson, V. C., Wass, D. F. Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 428-447; Diamond, G. M. et al. 2011, 1, 887-900; Sakuma, A., Weiser, M. S., Fujita, T. Polymer J. 2007, 39:3, 193-207.米国特許第6,841,502号、第7,256,296号、第7,018,949号及び第7,964,681号明細書も参照されたい。
長鎖分岐エチレンコポリマーを製造するのに好適な触媒は、C2~C20オレフィンを重合し、重合性マクロモノマーを組み込んで分岐構造を形成することができる触媒である。これとしては、メタロセン、ポストメタロセンもしくは他のシングルサイト触媒、及びチーグラー・ナッタ触媒が挙げられる。「非メタロセン触媒」とも呼ばれる「ポストメタロセン触媒(post-metallocene catalyst)」という用語は、π配位シクロペンタジエニルアニオン供与体(又はそれに類するもの)を持たない遷移金属錯体を表し、一般的な活性化剤と組み合わされた場合にオレフィンの重合に有用である。Baier, M. C.; Zuideveld, M. A.; Mecking, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 2-25; Gibson, V. C., Spitzmesser, S. K. Chem. Rev. 2003, 103, 283-315; Britovsek, G. J. P., Gibson, V. C., Wass, D. F. Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 428-447; Diamond, G. M. et al. 2011, 1, 887-900; Sakuma, A., Weiser, M. S., Fujita, T. Polymer J. 2007, 39:3, 193-207.米国特許第6,841,502号、第7,256,296号、第7,018,949号及び第7,964,681号明細書も参照されたい。
特に有用な触媒化合物としては、メタロセン触媒、例えば、2つのインデニル配位子を有する架橋第4族遷移金属(例えば、ハフニウム又はジルコニウム、好ましくはハフニウム)メタロセン触媒化合物などが挙げられる。いくつかの実施形態におけるインデニル配位子は様々な置換を有する。特定の実施形態では、メタロセン触媒化合物、及びかかる化合物を含む触媒系は、式(1)で表される:
ここで、(1)Jは、C、Si又はその両方を含む2価の架橋基であり、(2)Mは第4族遷移金属(好ましくはHf)であり、(3)各Xは、独立に、1価の陰イオン性配位子であるか、あるいは、2つのXがつながり、金属原子に結合してメタロサイクル環を形成しているか、又は2つのXがつながって、キレート配位子、ジエン配位子もしくはアルキリデン配位子を形成しており、及び(4)各R2、R3、R4、R5、R6及びR7は、独立に、水素、C1~C50置換又は非置換ヒドロカルビル(例えばC1~C50置換又は非置換ハロカルビルなど)であり、ただし、R4とR5、R5とR6、及びR6とR7の対のいずれか1つ以上は、任意選択的に、互いに結合して、飽和又は部分飽和の環状又は縮合環構造を形成していてもよい。かかる化合物は、ビスインデニルメタロセン化合物とも呼ばれる。
特定の実施形態では、各Xは、独立に、1~20個の炭素原子を有するヒドロカルビルラジカル、水素化物、アミド、アルコキシド、スルフィド、ホスフィド、ハライド、ジエン、アミン、ホスフィン、エーテル、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。2つのXは、縮合環又は環系の一部を形成してもよい。特定の実施形態では、各Xは、ハライド及びC1~C5アルキル基から独立に選択される。例えば、各Xは、クロロ基、ブロモ基、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基又はペンチル基であってもよい。特定の実施形態では、各Xはメチル基である。
いくつかの特定の実施形態では、各R2、R3、R4、R5、R6及びR7は、以下から独立に選択される:H;CH3;CH2CH3;CH2CH2CH3;CH2(CH2)2CH3;CH2(CH2)3-30CH3;CH2C(CH3)3;CH=CH2;CH(CH3)2;CH2CH(CH3)2;CH2CH2CH(CH3)2;C(CH3)2CH(CH3)2;CH(C(CH3)3)CH(CH3)2;C(CH3)3;CH2C(CH3)3CH2Si(CH3)3;CH2Ph;C3H5,C4H7;C5H9;C6H11;C7H13;C8H15;C9H17;CH2CH=CH2;CH2CH2CH=CH2;CH2CH2(CF2)7CF3;CF3;N(CH3)2;N(C2H5)2;及びOC(CH3)3。いくつかの特定の実施形態では、各R2、R3、R4、R5、R6及びR7は、独立に、水素、又はC1~C10アルキル(好ましくは、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘプチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、デシル又はそれらの異性体)から選択される。
さらに他の実施形態では、各R3は、Hであり;各R4は、独立に、C1~C10アルキル(好ましくは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘプチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、デシル又はそれらの異性体)であり;各R2、及びR7は、独立に、水素、又はC1~C10アルキル)であり;各R5及びR6は、独立に、水素、又はC1~C50置換もしくは非置換ヒドロカルビル(好ましくは、水素又はC1~C10アルキル)であり;R4及びR5、R5及びR6、及び/又はR6及びR7は、任意選択的に、互いに結合して環構造を形成していてもよい。
より具体的な実施形態では、各R2及び各R3は水素であり、各R4は、独立に、C1~C4アルキル基、好ましくはメチル、エチル、n-プロピル、シクロプロピル又はn-ブチルであり、各R5、R6及びR7は、独立に、水素又はC1~C10アルキルであり、R5及びR6は、任意選択的に、互いに結合して環構造を形成していてもよい。
さらに他の具体的な実施形態では、各R2は、C1~C3アルキル基、好ましくはメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル又はシクロプロピルであり、各R3、R5及びR6は水素であり、R4及びR7は、独立に、C1~C4アルキル基、好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチル又はそれらの異性体である。
さらに具体的な実施形態では、各R2、R4、及びR7は、独立に、メチル、エチル、又はn-プロピルであり、各R5及びR6は、独立に、C1~C10アルキル基、好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘプチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、デシル、又はそれらの異性体であり、R3は水素であり、R5及びR6は、互いに結合して5員部分不飽和環を形成している。
さらに特定の実施形態では、各R4及びR7は、独立に、メチル、エチル又はn-プロピルであり、各R5及びR6は、独立に、C1~C10アルキル基、好ましくは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘプチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、デシル又はそれらの異性体であり、R2及びR3は、水素であり、R5及びR6は、互いに結合して5員部分不飽和環を形成している。
さらに具体的な実施形態では、各R4及びR7はメチルであり、各R5及びR6は独立に、C1~C10アルキル基、好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘプチル、ヘキシル、オクチル、ノニル、デシル又はそれらの異性体であり、R2及びR3は水素であり、R5及びR6は互いに結合して5員部分不飽和環を形成している。
一実施形態では、R2、R4及びR7は同じであり、C1~C3アルキル基(それらの任意の異性体)からなる群から選択され、R3、R5及びR6は水素である。さらに他の実施形態では、R4及びR7は同じであり、C1~C3アルキル基(それらの任意の異性体)からなる群から選択され、R2、R3、R5及びR6は水素であるか、あるいはR2及びR3は水素であり、R5及びR6は互いに結合して5員部分不飽和環を形成している。
触媒化合物の特定の実施形態では、R4はアリール基(置換又は非置換)ではない。アリール基は、少なくとも1つの環が芳香族である単一又は複数の縮合環基であると定義される。置換アリール基は、水素がヘテロ原子又はヘテロ原子含有基で置換されたアリール基である。置換及び非置換アリール基の例としては、フェニル、ベンジル、トリル、カルバゾリル、ナフチルなどが挙げられる。同様に、特定の実施形態では、R2、R4及びR7は、置換又は非置換アリール基ではない。さらなる実施形態では、R2、R4、R5、R6及びR7は、置換又は非置換アリール基ではない。
Jは、式(1a)で表すことができる:
ここで、J’はC又はSi(好ましくはSi)であり、xは1、2、3又は4、好ましくは2又は3であり、各R’は独立に、水素又はC1-C10ヒドロカルビル、好ましくは水素である。J’がケイ素であるJ基の具体例としては、シクロペンタメチレンシリレン、シクロテトラメチレンシリレン、シクロトリメチレンシリレンなどが挙げられる。J’が炭素であるJ基の具体例としては、シクロプロパンジイル、シクロブタンジイル、シクロペンタンジイル、シクロヘキサンジイルなどが挙げられる。具体的な実施形態では、Jは、好ましくはシクロテトラメチレンシリレンである。
特定の実施形態では、Jは式(Ra
2J’)nで表すことができ、ここで、各J’は、独立に、C又はSi(J’は好ましくはSi)であり、nは1又は2であり、各Raは独立にC1~C20置換又は非置換ヒドロカルビルであるが、ただし、2つ以上のRaが、任意選択的に、互いに結合して、少なくとも1つのJ’を組み入れた飽和又は部分飽和又は芳香族の環状又は縮合環構造を形成していてもよい。J基の具体例としては、ジメチルシリレン、ジエチルシリレン、イソプロピレン、エチレンなどが挙げられる。
特定の実施形態では、本開示で使用されるビスインデニルメタロセン化合物は、少なくとも95%のrac異性体であり、インデニル基は4位でC1~C10アルキル基により置換されており、3位は水素であり、橋かけは4、5又は6員環に組み込まれた炭素又はケイ素である。例えば、触媒化合物は、以下に示すシクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,8-ジメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチルのrac形であることができる:
ある特定の実施形態では、触媒化合物はrac形である。例えば、存在するrac形及びメソ形の質量に基づいて、触媒化合物の少なくとも95wt%がrac形であってもよい。より詳細には、触媒化合物の約96、97、98及び99wt%のうちの少なくともいずれか1つは、rac形であってよい。一実施形態では、触媒化合物全体がrac形である。いくつかの実施形態では、rac異性体とメソ異性体との混合物は、特に、メソ含量が、存在する全異性体の10%未満である場合、単一の触媒化合物とみなされる。
特に興味深い触媒化合物としては、参照により本明細書に援用する、2014年7月8日に出願され、2015年1月22日に米国特許出願公開第2015/0025209号として公開された米国特許出願第14/325,449号の段落[0089]~[0090]に列挙され、記載されているメタロセン化合物の1つ以上が挙げられる。例えば、有用な触媒化合物としては、以下のいずれか1つ以上が挙げられる:
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2,4,7-トリメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレン-シリレン-ビス(2,4,7-トリメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2,4,7-トリメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2,4-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2,4-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2,4-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,7-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(4,7-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(4,7-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレン-シリレン-ビス(2-エチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-t-ブチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-t-ブチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-t-ブチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2,4-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2,4-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2,4-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-メチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-メチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-メチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-イソプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-イソプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-イソプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2,4,8-トリメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2,4,8-トリメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2,4,8-トリメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,8-ジメチル1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(4,8-ジメチル1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;及び
シクロトリメチレンシリレン-ビス(4,8-ジメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル。
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2,4,7-トリメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレン-シリレン-ビス(2,4,7-トリメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2,4,7-トリメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2,4-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2,4-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2,4-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,7-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(4,7-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(4,7-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレン-シリレン-ビス(2-エチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-シクロプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-t-ブチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-t-ブチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-t-ブチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2,4-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2,4-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2,4-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4,7-ジエチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-メチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-メチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-エチル-4-メチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-イソプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-イソプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2-メチル-4-イソプロピルインデン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2,4,8-トリメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(2,4,8-トリメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロトリメチレンシリレン-ビス(2,4,8-トリメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,8-ジメチル1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;
シクロペンタメチレンシリレン-ビス(4,8-ジメチル1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル;及び
シクロトリメチレンシリレン-ビス(4,8-ジメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル。
同様に、本明細書に記載の触媒化合物は、2014年7月8日に出願され、2015年1月22日に米国特許出願公開第2015/0025209号として公開された米国特許出願第14/325,449号の段落[0096]及び[00247]~[00298]に記載の手順に従うことを含む、任意の適切な方法で合成することができ、これらの記載は参照により本明細書に援用する。
少なくとも1つの実施形態では、メタロセン化合物は、以下から選択される:
いくつかの実施形態では、触媒1及び触媒3が好ましい。他の実施形態では、触媒1が最も好ましい。
いくつかの実施形態では、rac/メソ異性体を含む単一触媒が使用される。好ましくは、単一触媒混合物は、racが95%以上で、メソが5%以下である。より好ましくは、単一触媒混合物は、racが98%以上で、メソが2%以下である。最も好ましくは、単一触媒はracが99%以上である。
活性化剤
「共触媒」及び「活性化剤」という用語は、本開示において互換的に使用され、中性の触媒化合物を触媒的に活性な触媒化合物カチオンに変換することによって、上記の触媒化合物のいずれかを活性化することができる任意の化合物であると定義される。非限定的な活性化剤としては、例えば、アルモキサン、アルミニウムアルキル、中性又はイオン性であってもよいイオン化活性化剤、及び従来型の共触媒が挙げられる。特定の活性化剤としては、アルモキサン化合物、修飾アルモキサン化合物や、金属錯体を陽イオン性にしている反応性のσ結合金属配位子を引き抜いて電荷平衡非配位性又は弱配位性アニオンを提供するイオン化アニオン前駆体化合物が挙げられる。米国特許出願公開第2015/0025209号明細書(この記載を参照により本明細書に援用する)に記載されている活性化剤を触媒系の活性化剤として使用することができる。
「共触媒」及び「活性化剤」という用語は、本開示において互換的に使用され、中性の触媒化合物を触媒的に活性な触媒化合物カチオンに変換することによって、上記の触媒化合物のいずれかを活性化することができる任意の化合物であると定義される。非限定的な活性化剤としては、例えば、アルモキサン、アルミニウムアルキル、中性又はイオン性であってもよいイオン化活性化剤、及び従来型の共触媒が挙げられる。特定の活性化剤としては、アルモキサン化合物、修飾アルモキサン化合物や、金属錯体を陽イオン性にしている反応性のσ結合金属配位子を引き抜いて電荷平衡非配位性又は弱配位性アニオンを提供するイオン化アニオン前駆体化合物が挙げられる。米国特許出願公開第2015/0025209号明細書(この記載を参照により本明細書に援用する)に記載されている活性化剤を触媒系の活性化剤として使用することができる。
そこに記載されているような嵩高い活性化剤は、特に有用なNCAである。「嵩高い活性化剤(bulky activator)」とは、下式で表されるアニオン活性化剤を指す:
ここで、各R1は、独立に、ハライド、好ましくはフルオリドであり;Arは、置換又は非置換アリール基(好ましくは置換又は非置換フェニル)であり、好ましくはC1~C40ヒドロカルビル、好ましくはC1~C20アルキル又は芳香族で置換されており;各R2は、独立に、ハライド、C6~C20置換芳香族ヒドロカルビル基、又は式-O-Si-Raのシロキシ基であり、ここで、Raは、C1~C20ヒドロカルビル又はヒドロカルビルシリル基であり(好ましくは、R2は、フルオリド又はペルフルオロフェニル基である);各R3は、ハライド、C6~C20置換芳香族ヒドロカルビル基、又は式-O-Si-Raのシロキシ基であり、ここで、Raは、C1~C20ヒドロカルビル又はヒドロカルビルシリル基であり(好ましくは、R3は、フルオリド又はC6ペルフルオロ芳香族ヒドロカルビル基である);ここで、R2及びR3は、1つ以上の飽和又は不飽和の置換された又は非置換の環を形成していてもよく(好ましくは、R2及びR3は、ペルフルオロフェニル環を形成する)、Lは、中性のルイス塩基であり;(L-H)+は、ブレンステッド酸であり;dは、1、2又は3であり;ここで、アニオンは、1020g/モルを超える分子量を有し;B原子上の置換基の少なくとも3つは、各々、250Å3超、あるいは300Å3超、又は500Å3超の分子体積を有する。分子体積は、米国特許出願公開第2015/0025209号明細書(先に参照により本明細書に援用した)の段落[0122]~[0123]に記載されているように決定される。
有用な嵩高い活性化剤としては、米国特許出願公開第2015/0025209号明細書の段落[0124]に記載のもの、及び米国特許第8,658,556号明細書の第7欄及び第20~21欄に記載のものが挙げられ、これらの記載は参照により援用する。好適なNCA活性化剤の具体例としては、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロビフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル)ボレート、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペルフルオロビフェニル)ボレート、トリフェニルカルベニウムテトラキス(3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル)ボレート、トリフェニルカルベニウムテトラキス(ペルフルオロフェニル)ボレート、[Ph3C+][B(C6F5)4
-],[Me3NH+][B(C6F5)4]、1-(4-(トリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート)-2,3,5,6-テトラフルオロフェニル)ピロリジニウム、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、4-(トリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート)-2,3,5,6-テトラフルオロピリジン、ビス(C4-C20アルキル)メチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ビス(水素化タローアルキル)メチルアンモニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ビス(C4-C20アルキル)メチルアンモニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、ビス(水素化タローアルキル)メチルアンモニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N,N-ジメチル-4-オクタデシルベンゼンアミニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N-メチル-N-オクタデシルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N-メチル-N-デシルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N,N-ジデシル-4-メチルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N,N-ジデシル-4-ブチルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N-メチル-4-ノナデシル-N-オクタデシルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N-エチル-4-ノナデシル-N-オクタデシルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、及びN,N-ジオクタデシル-N-メチルアンモニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレートが挙げられる。
いくつかの実施形態では、テトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレートアニオン、例えば、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、ビス(水素化タローアルキル)メチルアンモニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N,N-ジメチル-4-オクタデシルベンゼンアミニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、N-メチル-N-オクタデシルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレート、及びN-メチル-4-ノナデシル-N-オクタデシルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレートなどを含む活性化剤が好ましい。
さらに又はその代わりに、NCAの1種以上を、米国特許第6,211,105号明細書に記載されている活性化剤から選択することもできる。さらに、触媒化合物は、アルモキサンとNCAとの組み合わせと組み合わされてもよい。活性化剤(アルモキサン類及び/又はNCA)のいずれも、任意選択的に、触媒化合物と組み合わせる前又は組み合わせた後に、好ましくは触媒化合物と混合する前に、一緒に混合することができる。いくつかの実施形態では、同じ活性化剤又は活性化剤の混合物を使用することができる。
さらに、触媒について典型的な活性化剤対触媒モル比は1:1であるが、好ましい範囲としては0.1:1~1000:1(例えば、0.5:1~100:1、例えば2:1~50:1)が挙げられる。
いくつかの実施形態では、触媒系を1種以上のモノマーと接触させる前に、活性化剤(1種以上)を触媒化合物と接触させて、活性化触媒及び活性化剤又は他の電荷平衡部分を含む触媒系を形成する。他の実施形態では、活性化剤(1種以上)は、1種以上のモノマーと共に触媒化合物(1種以上)に共添加されてもよい。
任意選択の捕捉剤又は共活性化剤
活性化剤化合物に加えて、捕捉剤又は共活性化剤(co-activators)を使用してもよい。捕捉剤又は共活性化剤として使用することができるアルミニウムアルキル化合物又は有機アルミニウム化合物としては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ-n-ヘキシルアルミニウム、トリ-n-オクチルアルミニウムなどが挙げられる。ジエチル亜鉛のような他の酸素親和性(oxophilic)の化学種を使用してもよい。
活性化剤化合物に加えて、捕捉剤又は共活性化剤(co-activators)を使用してもよい。捕捉剤又は共活性化剤として使用することができるアルミニウムアルキル化合物又は有機アルミニウム化合物としては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリ-n-ヘキシルアルミニウム、トリ-n-オクチルアルミニウムなどが挙げられる。ジエチル亜鉛のような他の酸素親和性(oxophilic)の化学種を使用してもよい。
一実施形態では、共活性化剤は、触媒系の質量に対して約14wt%未満、もしくは約0.1~約10wt%、又は約0.5~約7wt%で存在する。あるいは、錯体対共活性化剤のモル比は、約1:100~約100:1、約1:75~約75:1、約1:50~約50:1、約1:25~約25:1、約1:15~約15:1、約1:10~約10:1、約1:5~約5:約1:2~約2:1、約1:100~約1:1、約1:75~約1:1、約1:50~約1:1、約1:25~約1:1、約1:15~約1:1、約1:10~約1:1、約1:5~約1:1、約1:2~約1:1、約1:10~約2:1である。
任意選択の担体材料
特定の実施形態では、触媒系は不活性担体材料を含んでいてもよい。好ましくは、担体材料は多孔質担体材料、例えばタルク、及び無機酸化物である。他の担体材料としては、ゼオライト、粘土、有機粘土、又は他の有機もしくは無機担体材料等、又はそれらの混合物が挙げられる。
特定の実施形態では、触媒系は不活性担体材料を含んでいてもよい。好ましくは、担体材料は多孔質担体材料、例えばタルク、及び無機酸化物である。他の担体材料としては、ゼオライト、粘土、有機粘土、又は他の有機もしくは無機担体材料等、又はそれらの混合物が挙げられる。
好ましくは、担体材料は、微粉形態の無機酸化物である。本開示においてメタロセン触媒系と共に使用するのに好適な無機酸化物材料としては、第2族、第4族、第13族及び第14族の金属酸化物、例えば、シリカ、アルミナ、及びそれらの混合物などが挙げられる。単独で又はシリカ、アルミナと組み合わせて使用することができる他の無機酸化物は、マグネシア、チタニア、ジルコニアなどである。しかしながら、他の適切な担体材料も使用することができ、細粉状の官能化ポリオレフィン、例えば、微粉状ポリエチレンなどが挙げられる。いくつかの実施形態は、先に参照により本明細書に援用した米国特許出願2015/0025210号明細書の段落[00108]~[00114]に記載されているように、任意の担体、及び/又はそのような担体の製造方法を使用することができる。
一実施形態では、1種以上の捕捉剤が重合プロセスで使用される。捕捉剤は、不純物を捕捉することにより重合を促進するために反応器に添加できる化合物である。いくつかの捕捉剤は連鎖移動剤としても機能する。いくつかの捕捉剤は活性化剤としても機能し、共活性化剤と呼ばれることもある。活性触媒を形成するために、捕捉剤ではない共活性化剤を活性化剤と併用してもよい。少なくとも1つの実施形態では、共活性化剤は、アルキル化遷移金属化合物を形成するために遷移金属化合物と予め混合される。捕捉剤の例としては、トリアルキルアルミニウム、メチルアルモキサン、変性メチルアルモキサン、MMAO-3A(Akzo Nobel)、ビス(ジイソブチルアルミニウム)オキシド(Akzo Nobel)、トリ(n-オクチル)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、及び水素化ジイソブチルアルミニウムが挙げられる。
プロセス
本開示は、以下を含む重合プロセスにも関する。
(i)50℃を超える温度(好ましくは約50℃~160℃、あるいは40℃~140℃、あるいは60℃~140℃、あるいは80℃~130℃)で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを生成することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%(好ましくは少なくとも55%、あるいは少なくとも60%、あるいは少なくとも64%、あるいは少なくとも70%、あるいは少なくとも75%、あるいは少なくとも80%、あるいは少なくとも85%)をポリオレフィンに変換すること;
(iii)ASTM D3900に従ってFTIRにより決定した場合に約45質量%~約70質量%のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、得られたポリマーが以下の特性のうちの1つ以上を有する:
(a)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である(あるいは、「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z-0.35未満、あるいは0.1869z-0.40未満、あるいは0.1869z-0.45未満、あるいは0.1869z-0.50未満、あるいは0.1869z-0.55未満、あるいは0.1869z-0.60未満、あるいは0.1869z-0.65未満、あるいは0.1869z-0.70未満であり、あるいは「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z-1.8超、あるいは0.1869z-1.7超、あるいは0.1869z-1.6超、あるいは0.1869z-1.5超である);
(b)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である(あるいは、「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3x-36.0未満、あるいは1.3x-36.5未満、あるいは1.3x-37.0未満、あるいは1.3x-37.5未満、あるいは1.3x-38.0未満、あるいは1.3x-38.5未満、あるいは1.3x-39.0未満であり、あるいは「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3z-49超、あるいは1.3z-48超、あるいは1.3z-47超、あるいは1.3z-46超、あるいは1.3z-45.5超である);
(c)r1r2が2.0未満かつ0.45超、あるいは1.5未満から0.45超、あるいは1.3未満(好ましくは1.25未満、より好ましくは1.2未満)、及び0.5超(好ましくは0.6超、より好ましくは0.7超、さらにより好ましくは0.8超)であること;
(d)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSC(ASTM D3418-03)により測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満、あるいは1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(e)DSCにより測定した場合に50℃未満、あるいは45℃未満、あるいは40℃未満、あるいは30℃未満の融点(Tm)を示すこと;
(f)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは総モノマー転化率(%)である(あるいは、g’visは-0.0003x+0.87未満、あるいは-0.0003x+0.86未満、あるいは-0.0003x+0.85未満であり、g’visは-0.0054x+1.09超、あるいは-0.0054x+1.10超である);
(g)約0.5~約0.97のg’vis(あるいは、0.90未満、好ましくは0.85以下、好ましくは0.80以下、好ましくは0.75以下、さらにより好ましくは0.70以下のg’vis);
(h)約2.0~約6.5、好ましくは約2.2~約6.0のMw(LS)/Mn(DR1);
(i)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);及び
(j)0.8572*EXP(2E-05*w)を超えるシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。
本開示は、以下を含む重合プロセスにも関する。
(i)50℃を超える温度(好ましくは約50℃~160℃、あるいは40℃~140℃、あるいは60℃~140℃、あるいは80℃~130℃)で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを生成することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)モノマーの少なくとも50%(好ましくは少なくとも55%、あるいは少なくとも60%、あるいは少なくとも64%、あるいは少なくとも70%、あるいは少なくとも75%、あるいは少なくとも80%、あるいは少なくとも85%)をポリオレフィンに変換すること;
(iii)ASTM D3900に従ってFTIRにより決定した場合に約45質量%~約70質量%のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、得られたポリマーが以下の特性のうちの1つ以上を有する:
(a)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である(あるいは、「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z-0.35未満、あるいは0.1869z-0.40未満、あるいは0.1869z-0.45未満、あるいは0.1869z-0.50未満、あるいは0.1869z-0.55未満、あるいは0.1869z-0.60未満、あるいは0.1869z-0.65未満、あるいは0.1869z-0.70未満であり、あるいは「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z-1.8超、あるいは0.1869z-1.7超、あるいは0.1869z-1.6超、あるいは0.1869z-1.5超である);
(b)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である(あるいは、「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3x-36.0未満、あるいは1.3x-36.5未満、あるいは1.3x-37.0未満、あるいは1.3x-37.5未満、あるいは1.3x-38.0未満、あるいは1.3x-38.5未満、あるいは1.3x-39.0未満であり、あるいは「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3z-49超、あるいは1.3z-48超、あるいは1.3z-47超、あるいは1.3z-46超、あるいは1.3z-45.5超である);
(c)r1r2が2.0未満かつ0.45超、あるいは1.5未満から0.45超、あるいは1.3未満(好ましくは1.25未満、より好ましくは1.2未満)、及び0.5超(好ましくは0.6超、より好ましくは0.7超、さらにより好ましくは0.8超)であること;
(d)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSC(ASTM D3418-03)により測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満、あるいは1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(e)DSCにより測定した場合に50℃未満、あるいは45℃未満、あるいは40℃未満、あるいは30℃未満の融点(Tm)を示すこと;
(f)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは総モノマー転化率(%)である(あるいは、g’visは-0.0003x+0.87未満、あるいは-0.0003x+0.86未満、あるいは-0.0003x+0.85未満であり、g’visは-0.0054x+1.09超、あるいは-0.0054x+1.10超である);
(g)約0.5~約0.97のg’vis(あるいは、0.90未満、好ましくは0.85以下、好ましくは0.80以下、好ましくは0.75以下、さらにより好ましくは0.70以下のg’vis);
(h)約2.0~約6.5、好ましくは約2.2~約6.0のMw(LS)/Mn(DR1);
(i)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);及び
(j)0.8572*EXP(2E-05*w)を超えるシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。
本開示の組成物に使用することができる本明細書に記載のコポリマーは、式:
により表されるメタロセン化合物を含む触媒系を含む重合プロセスによって調製することができ、ここで、(1)Jは、C、Si又はその両方を含む2価の架橋基であり、(2)Mは第4族遷移金属(好ましくはHf)であり、(3)各Xは、独立に、1価の陰イオン性配位子であるか、あるいは、2つのXがつながり、金属原子に結合してメタロサイクル環を形成しているか、又は2つのXがつながってキレート配位子、ジエン配位子、もしくはアルキリデン配位子を形成しており、及び(4)各R2、R3、R4、R5、R6及びR7は、独立に、水素、C1~C50置換又は非置換ヒドロカルビル(例えばC1~C50置換又は非置換ハロカルビルなど)であり、ただし、R4とR5、R5とR6、及びR6とR7の対のいずれか1つ以上は、任意選択的に、互いに結合して、飽和又は部分飽和の環状又は縮合環構造を形成していてもよく、このプロセスは、FTIRにより測定した場合に約45質量%~約70質量%のエチレン含量を有する分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ることを含み、得られたポリマーは以下の特性のうちの1つ以上を有する:
(a)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である(あるいは、「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z-0.35未満、あるいは0.1869z-0.40未満、あるいは0.1869z-0.45未満、あるいは0.1869z-0.50未満、あるいは0.1869z-0.55未満、あるいは0.1869z-0.60未満、あるいは0.1869z-0.65未満、あるいは0.1869z-0.70未満であり、あるいは「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z-1.8超、あるいは0.1869z-1.7超、あるいは0.1869z-1.6超、あるいは0.1869z-1.5超である);
(b)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である(あるいは、「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3x-36.0未満、あるいは1.3x-36.5未満、あるいは1.3x-37.0未満、あるいは1.3x-37.5未満、あるいは1.3x-38.0未満、あるいは1.3x-38.5未満、あるいは1.3x-39.0未満であり、あるいは「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3z-49超、あるいは1.3z-48超、あるいは1.3z-47超、あるいは1.3z-46超、あるいは1.3z-45.5超である);
(c)r1r2が2.0未満かつ0.45超、あるいは1.5未満から0.45超、あるいは1.3未満(好ましくは1.25未満、より好ましくは1.2未満)、及び0.5超(好ましくは0.6超、より好ましくは0.7超、さらにより好ましくは0.8超)であること;
(d)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSC(ASTM D3418-03)により測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満、あるいは1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(e)DSCにより測定した場合に50℃未満、あるいは45℃未満、あるいは40℃未満、あるいは30℃未満の融点(Tm)を示すこと;
(f)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは総モノマー転化率(%)である(あるいは、g’visは-0.0003x+0.87未満、あるいは-0.0003x+0.86未満、あるいは-0.0003x+0.85未満であり、g’visは-0.0054x+1.09超、あるいは-0.0054x+1.10超である);
(g)約0.5~約0.97のg’vis(あるいは、0.90未満、好ましくは0.85以下、好ましくは0.80以下、好ましくは0.75以下、さらにより好ましくは0.70以下のg’vis);
(h)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DR1);及び
(i)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)。
(a)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である(あるいは、「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z-0.35未満、あるいは0.1869z-0.40未満、あるいは0.1869z-0.45未満、あるいは0.1869z-0.50未満、あるいは0.1869z-0.55未満、あるいは0.1869z-0.60未満、あるいは0.1869z-0.65未満、あるいは0.1869z-0.70未満であり、あるいは「メチレン配列6以上についての平均配列長」は、0.1869z-1.8超、あるいは0.1869z-1.7超、あるいは0.1869z-1.6超、あるいは0.1869z-1.5超である);
(b)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である(あるいは、「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3x-36.0未満、あるいは1.3x-36.5未満、あるいは1.3x-37.0未満、あるいは1.3x-37.5未満、あるいは1.3x-38.0未満、あるいは1.3x-38.5未満、あるいは1.3x-39.0未満であり、あるいは「6以上のメチレン配列長の百分率」は、1.3z-49超、あるいは1.3z-48超、あるいは1.3z-47超、あるいは1.3z-46超、あるいは1.3z-45.5超である);
(c)r1r2が2.0未満かつ0.45超、あるいは1.5未満から0.45超、あるいは1.3未満(好ましくは1.25未満、より好ましくは1.2未満)、及び0.5超(好ましくは0.6超、より好ましくは0.7超、さらにより好ましくは0.8超)であること;
(d)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSC(ASTM D3418-03)により測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満、あるいは1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(e)DSCにより測定した場合に50℃未満、あるいは45℃未満、あるいは40℃未満、あるいは30℃未満の融点(Tm)を示すこと;
(f)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは総モノマー転化率(%)である(あるいは、g’visは-0.0003x+0.87未満、あるいは-0.0003x+0.86未満、あるいは-0.0003x+0.85未満であり、g’visは-0.0054x+1.09超、あるいは-0.0054x+1.10超である);
(g)約0.5~約0.97のg’vis(あるいは、0.90未満、好ましくは0.85以下、好ましくは0.80以下、好ましくは0.75以下、さらにより好ましくは0.70以下のg’vis);
(h)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DR1);及び
(i)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)。
少なくとも1つの実施形態では、本開示の組成物に使用されるコポリマーは、ジエン及び/又はポリエンを除いた重合プロセスから得られる。
以下のさらなる実施形態は、本開示の範囲内であると考えられる。
実施形態A - 油と、約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);約0.5~約0.97の分岐指数(g’vis);及び約40質量%~約75質量%のエチレン含量を有する少なくとも1種の長鎖分岐エチレンコポリマーとを含む潤滑剤組成物。
実施形態B - 長鎖分岐エチレンコポリマーが以下のうちの1つ以上を有する、実施形態Aの組成物:(a)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);(b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);(c)約0.5~約0.97のg’vis;(d)約40質量%~約75質量%のエチレン含量;及び(e)約1%~約60%のせん断安定性指数(30サイクル)。
実施形態C - エチレンコポリマーが第1のコポリマーと第2のコポリマーのブレンドを含み、第1のコポリマーと第2のコポリマーのうちの少なくとも1つが長鎖分岐エチレンコポリマーであり、第2のコポリマーが、第1のコポリマーのエチレン含量よりも少ないエチレン含量を有する、実施形態A又はBの組成物。
実施形態D - 長鎖分岐エチレンコポリマーがエチレン/プロピレンコポリマーである、実施形態A~Cのいずれか1つの組成物。
実施形態E - 潤滑剤組成物が、1ppm以下のアルミニウム含量を有する、実施形態A~Dのいずれか1つの組成物。
実施形態F - コポリマーが約43質量%~約73質量%のエチレン含量を有する、実施形態A~Eのいずれか1つの組成物。
実施形態G - 長鎖分岐エチレンコポリマーが、0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比を有し、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)である、実施形態A~Fのいずれか1つの組成物。
実施形態H - 100℃で約3cSt~約30cStの動粘度を有する、実施形態A~Gのいずれか1つの組成物。
実施形態I - 100℃で約10cSt~約15cStの動粘度を有する、実施形態A~Gのいずれか1つの組成物。
実施形態J - 約10%~約50%のせん断安定性指数(30サイクル)を有する、実施形態A~Iのいずれか1つの組成物。
実施形態K - 約15%~約40%のせん断安定性指数(30サイクル)を有する、実施形態A~Iのいずれか1つの組成物。
実施形態L - 約1~約4の増粘効率を有する、実施形態A~Kのいずれか1つの組成物。
実施形態M - 約1.5~約3.5の増粘効率を有する、実施形態A~Kのいずれか1つの組成物。
実施形態N - 長鎖分岐エチレンコポリマーが約0.55~約0.85のg’visを有する、実施形態A~Mのいずれか1つの組成物。
実施形態O - 約0.01質量%~約12質量%の長鎖分岐エチレンコポリマーを含む、実施形態A~Mのいずれか1つの組成物。
実施形態P - 約0.01質量%~約3質量%の上記コポリマーを含む、実施形態A~Mのいずれか1つの組成物。
実施形態Q - 油が、炭化水素、ポリアルファオレフィン、ジカルボン酸のアルキルエステル、ポリグリコール、アルコール、ポリブテン、アルキルベンゼン、リン酸の有機エステル、ポリシリコーン油、又はそれらの組み合わせを含む、実施形態A~Pのいずれか1つの組成物。
実施形態R - 分散剤、洗浄剤、酸化防止剤、油性向上剤、流動点降下剤、摩擦調整剤、摩耗調整剤、極圧添加剤、消泡剤、解乳化剤、又は腐食防止剤のうちの少なくとも1つをさらに含む、実施形態A~Qのいずれか1つに記載の潤滑剤組成物。
実施形態S - 約4.0cP以下の高温高せん断(HTHS)粘度を有する、実施形態A~Rのいずれか1つの組成物。
実施形態T - 約60以下のせん断安定性指数を有する、実施形態A~Sのいずれか1つの組成物。
実施形態U - 上記エチレンコポリマーが、メタロセン触媒を使用する重合プロセスで製造される、実施形態A~Tのいずれか1つの組成物。
実施形態V - 上記コポリマーが、0.0003x-2.125未満のASTM D6278による30サイクルでのSSI(%)を有し、ここで、xはGPC-3DからのMw(LS)である、実施形態A~Tのいずれか1つの組成物。
実施形態W - 油を長鎖分岐エチレンコポリマーとブレンドすることを含む潤滑剤組成物の製造方法であって、上記コポリマーが、
(a)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);
(b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);
(c)約0.5~約0.97のg’vis;
(d)約40質量%~約75質量%のエチレン含量;
(e)約1%~約60%のせん断安定性指数(30サイクル);
のうちの1つ以上を有する、方法。
(a)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);
(b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);
(c)約0.5~約0.97のg’vis;
(d)約40質量%~約75質量%のエチレン含量;
(e)約1%~約60%のせん断安定性指数(30サイクル);
のうちの1つ以上を有する、方法。
実施形態X - エンジンの潤滑方法であって、油と、(a)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);(b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);(c)約0.5~約0.97のg’vis;(d)約40質量%~約75質量%のエチレン含量;及び(e)約1%~約60%のせん断安定性指数(30サイクル)を有する少なくとも1種の長鎖分岐エチレンコポリマーとを含む潤滑油組成物をエンジンに供給することを含む方法。
実施形態Y - 実施形態A~Vのいずれか1つに記載の潤滑油組成物をエンジンに供給することを含む、エンジンの潤滑方法。
実施形態Z - 長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを製造するための重合プロセスであって、以下を含むプロセス:
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを製造することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)エチレン及びプロピレンの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、コポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis、(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI)、(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)を有する。
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを製造することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)エチレン及びプロピレンの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、コポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis、(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI)、(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)を有する。
実施形態AA - 製造されたコポリマーが、-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)を有し、ここで、xは総モノマー転化率である、実施形態Zのプロセス。
実施形態AB - 製造されたコポリマーが、0.1869±0.30未満かつ0.1869z-1.9超であるメチレン配列6以上についての平均配列長を有し、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である、実施形態Z又はAAのいずれか1つのプロセス。
実施形態AC - 製造されたコポリマーが、1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超である6以上のメチレン配列長の百分率を有し、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である、実施形態Z又はAAのいずれか1つのプロセス。
実施形態AD - 製造されたコポリマーが、2.0未満かつ0.45超のr1r2を有する、実施形態Z~ACのいずれか1つのプロセス。
実施形態AE - 製造されたコポリマーがポリマー結晶性を示さない、実施形態Z~ADのいずれか1つのプロセス。
実施形態AF - 製造されたコポリマーがポリマー結晶化度を有し、DSCにより測定される融解熱(J/g)が2.8y-134未満であり、ここで、yは、FTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である、実施形態Z~ADのいずれか1つのプロセス。
実施形態AG - 製造されたコポリマーがポリマー結晶化度を有し、DSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が1.47y-64未満であり、ここで、yは、FTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である、実施形態Z~ADのいずれか1つのプロセス。
実施形態AH - 上記コポリマーが約40wt%~約75wt質量%のエチレン含量を有する、実施形態Z~AGのいずれか1つのプロセス。
実施形態AI - 上記コポリマーが約45wt%~70wt%のエチレン含量を有する、実施形態Z~AGのいずれか1つのプロセス。
実施形態AJ - 上記プロセスが溶液プロセスである、実施形態Z~AIのいずれか1つのプロセス。
実施形態AK - 上記プロセスが連続プロセスである、実施形態Z~AJのいずれか1つのプロセス。
実施形態AL - モノマー供給原料がジエンを含まない、実施形態Z~AKのいずれか1つのプロセス。
実施形態AM - モノマーがポリエンを含まない、実施形態Z~AKのいずれか1つのプロセス。
実施形態AN - 供給原料がアルミニウムビニル移動剤を含まない、実施形態Z~AMのいずれか1つのプロセス。
実施形態AO - メタロセン触媒化合物が下式により表される、実施形態Z~ANのいずれか1つのプロセス:
ここで、(1)Jは、C、Si、又はその両方を含む2価の架橋基であり、(2)Mは第4族遷移金属であり、(3)各Xは、独立に、1価の陰イオン性配位子であるか、あるいは、2つのXがつながり、金属原子に結合してメタロサイクル環を形成しているか、又は2つのXがつながって、キレート配位子、ジエン配位子もしくはアルキリデン配位子を形成しており、及び(4)各R2、R3、R4、R5、R6及びR7は、独立に、水素、C1~C50置換又は非置換ヒドロカルビルであり、ただし、R4とR5、R5とR6、及びR6とR7の対のいずれか1つ以上は、任意選択的に、互いに結合して、飽和又は部分飽和の環状又は縮合環構造を形成していてもよい。
実施形態AP - 各R4及びR7はC1~C3アルキルの群から選択され、各R2は水素又はC1~C3アルキルであり、各R3は水素であり、各R5及びR6は水素又はC1~C3アルキルであり、任意選択的に、各R5及びR6は一緒になって5員部分不飽和環を形成している、実施形態AOのプロセス。
実施形態AQ - 各R4及びR7がC1~C3アルキルの群から選択され、各R2及びR3が水素であり、各R5及びR6が一緒になって5員部分不飽和環を形成している、実施形態AOのプロセス。
実施形態AR - 各R4及びR7がメチルである、実施形態AM~AQのプロセス。
実施形態AR - Jが、シクロペンタメチレンシリレン、シクロテトラメチレンシリレン、シクロトリメチレンシリレン、シクロプロパンジイル、シクロブタンジイル、シクロペンタンジイル、シクロヘキサンジイル、ジメチルシリレン、ジエチルシリレン、イソプロピレン、及びエチレンから選択される、実施形態AN~AQのいずれか1つのプロセス。
実施形態AS - メタロセンが、シクロテトラメチレニルシリレン-ビス(4,8-ジメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチルを含む、実施形態AM~AQのいずれか1つのプロセス。
実施形態AT - FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーであって、当該ポリマーは、約0.5~約0.97のg’vis;約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);及び以下から選択される2つ以上の追加の特性を有する、長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマー:
(h)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率である;
(i)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(j)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(k)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(l)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(m)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(n)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)ASTM D6278による30サイクルでのSSI(%)が0.0003x-2.125未満であること、ここで、xはGPC-3DからのMw(LS)である;及び
(i)0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。
(h)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率である;
(i)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(j)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(k)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の「6以上のメチレン配列長の百分率」、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(l)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(m)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(n)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)ASTM D6278による30サイクルでのSSI(%)が0.0003x-2.125未満であること、ここで、xはGPC-3DからのMw(LS)である;及び
(i)0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。
実施形態AU - 約40wt%~約75wt%のエチレン含量を有する、実施形態ATのコポリマー。
実施形態AV - コポリマーが約45wt%~約70wt%のエチレン含量を有する、実施形態ATのコポリマー。
実施形態AW - コポリマーがジエンを含まない、実施形態AT~AVのいずれか1つのコポリマー。
実施形態AX - コポリマーがポリエンを含まない、実施形態AT~AWのいずれか1つのコポリマー。
実施形態AY - コポリマーがアルミニウムビニル移動剤(aluminum vinyl transfer agents)又はアルミニウムビニル移動剤に由来する残留物を含まない、実施形態AT~AXのいずれか1つのコポリマー。
実験
本開示で使用される場合、Mnは数平均分子量であり、Mwは質量平均分子量であり、Mzはz平均分子量であり、wt%は質量百分率であり、mol%はモル百分率である。多分散性(PDI)とも呼ばれる分子量分布(MWD)は、MwをMnで割った値であると定義される。特に断らない限り、全ての分子量の単位(たとえば、Mw、Mn、Mz)はg/モルである。特に断らない限り、MWDはMw(DRI)/Mn(DRI)として定義される。
本開示で使用される場合、Mnは数平均分子量であり、Mwは質量平均分子量であり、Mzはz平均分子量であり、wt%は質量百分率であり、mol%はモル百分率である。多分散性(PDI)とも呼ばれる分子量分布(MWD)は、MwをMnで割った値であると定義される。特に断らない限り、全ての分子量の単位(たとえば、Mw、Mn、Mz)はg/モルである。特に断らない限り、MWDはMw(DRI)/Mn(DRI)として定義される。
3つの検出器を用いたゲル透過クロマトグラフィー(GPC-3D):
3台のインライン検出器、すなわち示差屈折率検出器(DRI)、光散乱(LS)検出器、及び粘度計を装備した高温ゲル透過クロマトグラフィー(Agilent PL-220)を使用することによって、Mw、Mn、Mz及び分岐指数を決定した。検出器の較正を含めた実験の詳細は、T. Sun, P. Brant, R. R. Chance and W. W. Graessley, Macromolecules, Volume 34, Number 19, pp. 6812-6820, 2001及びその中の参考文献に記載されている。3本のAgilent PLgel 10ミクロン Mixed-B LSカラムを使用した。公称流量は0.5mL/分であり、公称注入容量は300μLである。145℃に維持したオーブン内に各種移送ライン、カラム、粘度計及び示差屈折計(DRI検出器)を収容する。4リットルのAldrich試薬グレードの1,2,4-トリクロロベンゼン(TCB)に酸化防止剤として6グラムのブチル化ヒドロキシトルエンを溶かすことによって実験用の溶媒を調製した。次に、0.1μmのテフロン(登録商標)フィルターを通してTCB混合物を濾過した。次に、GPCに入る前にオンライン脱ガス装置でTCBを脱気した。乾燥ポリマーをガラス容器に入れ、所望量のTCBを添加し、連続的に振盪しながら混合物を160℃で約2時間加熱することによって、ポリマー溶液を調製した。全ての量は質量測定法により測定した。質量/体積単位でポリマー濃度を表すために用いるTCB密度は、室温で1.463g/mlであり、145℃で1.284g/mlである。注入濃度は0.5~2.0mg/mlであり、サンプルの分子量がより大きいほど、より低い濃度が使用する。各サンプルを流す前にDRI検出器及び粘度計をパージした。次に装置における流量を0.5ml/分に増加させ、最初のサンプルを注入する前にDRIを8時間安定化させた。サンプルを流す前にLSレーザーを少なくとも1~1.5時間オンにする。クロマトグラムの各点での濃度cは、ベースラインを差し引いたDRI信号IDRIから、下記方程式を用いて計算される。
ここで、KDRIは、DRIを較正することによって決まる定数であり、(dn/dc)は、この系の屈折率増加分である。145℃及びλ=690nmでのTCBの屈折率nは1.500である。この記述を通じたパラメーターに関する単位はg/cm3で表し、分子量はg/モルで表し、固有粘度はdL/gで表す。
3台のインライン検出器、すなわち示差屈折率検出器(DRI)、光散乱(LS)検出器、及び粘度計を装備した高温ゲル透過クロマトグラフィー(Agilent PL-220)を使用することによって、Mw、Mn、Mz及び分岐指数を決定した。検出器の較正を含めた実験の詳細は、T. Sun, P. Brant, R. R. Chance and W. W. Graessley, Macromolecules, Volume 34, Number 19, pp. 6812-6820, 2001及びその中の参考文献に記載されている。3本のAgilent PLgel 10ミクロン Mixed-B LSカラムを使用した。公称流量は0.5mL/分であり、公称注入容量は300μLである。145℃に維持したオーブン内に各種移送ライン、カラム、粘度計及び示差屈折計(DRI検出器)を収容する。4リットルのAldrich試薬グレードの1,2,4-トリクロロベンゼン(TCB)に酸化防止剤として6グラムのブチル化ヒドロキシトルエンを溶かすことによって実験用の溶媒を調製した。次に、0.1μmのテフロン(登録商標)フィルターを通してTCB混合物を濾過した。次に、GPCに入る前にオンライン脱ガス装置でTCBを脱気した。乾燥ポリマーをガラス容器に入れ、所望量のTCBを添加し、連続的に振盪しながら混合物を160℃で約2時間加熱することによって、ポリマー溶液を調製した。全ての量は質量測定法により測定した。質量/体積単位でポリマー濃度を表すために用いるTCB密度は、室温で1.463g/mlであり、145℃で1.284g/mlである。注入濃度は0.5~2.0mg/mlであり、サンプルの分子量がより大きいほど、より低い濃度が使用する。各サンプルを流す前にDRI検出器及び粘度計をパージした。次に装置における流量を0.5ml/分に増加させ、最初のサンプルを注入する前にDRIを8時間安定化させた。サンプルを流す前にLSレーザーを少なくとも1~1.5時間オンにする。クロマトグラムの各点での濃度cは、ベースラインを差し引いたDRI信号IDRIから、下記方程式を用いて計算される。
LS検出器は、Wyatt Technology High Temperature DAWN HELEOSである。静的光散乱に関するZimmモデルを用いてLS出力を解析することによってクロマトグラムの各点の分子量Mを決定する(M.B. Huglin, Light Scattering from Polymer Solutions, Academic Press, 1971)。
ここで、ΔR(θ)は散乱角θで測定した過剰レイリー散乱強度であり、cはDIR分析から決定されたポリマー濃度であり、A2は第二ビリアル係数であり、P(θ)は単分散ランダムコイルについての形状因子であり、Koは系の光学定数である。
ここで、NAはアボガドロ数であり、(dn/dc)は系の屈折率増加分であり、これはDRI法から得られた値と同じ値をとる。屈折率は、TCBの場合、145℃及びλ=665nmで、n=1.500である。
比粘度を測定するために、2つの圧力トランスデューサとともにホイートストンブリッジ構成で配列された4つのキャピラリーを有する高温Viscotek Corporation粘度計を使用した。一方のトランスデューサは、検出器全体の全圧力低下を測定し、他方は、ブリッジの両側の間に位置して、差圧を測定する。粘度計を通って流れる溶液の比粘度ηsは、これらの出力から算出される。クロマトグラムの各点における固有粘度[η]は、式:
から算出され、ここで、cは濃度であり、これは、DRI出力から決定した。
分岐指数(g’vis)は、以下のように、GPC-DRI-LS-VIS法の出力を用いて算出される。サンプルの平均固有粘度[η]avgは、
により算出され、ここで、総和は、積分限界間のクロマトグラフィ部分i全体に対するものである。
分岐指数g’visは、
として定義され、ここで、MvはLS分析によって決定された分子量に基づく粘度平均分子量であり、α及びKは、文献(T. Sun, P. Brant, R.R. Chance, and W.W. Graessley, Macromolecules, 2001, Vol. 34, Number 19, pp. 6812-6820)に記載されているように計算される。
全ての分子量は、特に記載のない限り、質量平均である。全ての分子量は、特に記載のない限り、g/モルで報告される。
示差走査熱量測定法(DSC)
ピーク融点Tm(融点ともいう)、ピーク結晶化温度Tc(結晶化温度ともいう)、ガラス転移温度(Tg)、融解熱(ΔHf又はHf)、及び結晶化度(%)を、ASTM D3418-03に従って以下のDSC手順を使用して測定した。示差走査熱量測定(DSC)データは、TA InstrumentsモデルQ200装置を使用して得た。約5~10mgのサンプルをアルミニウム密閉サンプル皿に密封した。DSCデータは、まずサンプルを10℃/分の速度で200℃まで徐々に加熱して記録した。サンプルを200℃に2分間保った後、10℃/分の速度で-90℃まで冷却し、その後、2分間等温に保ち、10℃/分で200℃まで加熱した。1サイクル目と2サイクル目の両方の熱事象を記録した。吸熱ピーク下の面積を求め、融解熱と結晶化度の百分率を決定するために使用した。結晶化度(%)は、[融解ピーク下の面積(ジュール/グラム)/B(ジュール/グラム)]*100の式を使用して計算され、ここで、Bは主要モノマー成分の100%結晶性ホモポリマーの融解熱である。Bについてのこれらの値は、Polymer Handbook, Fourth Edition, published by John Wiley and Sons, New York 1999から得られる。ただし、100%結晶性ポリプロピレンの融解熱としては207J/gの値(B)が使用され、100%結晶性ポリエチレンの融解熱としては290J/gの値が使用される。ここで報告した融解温度と結晶化温度は、特に断らない限り、2回目の加熱/冷却サイクルで得られたものである。
ピーク融点Tm(融点ともいう)、ピーク結晶化温度Tc(結晶化温度ともいう)、ガラス転移温度(Tg)、融解熱(ΔHf又はHf)、及び結晶化度(%)を、ASTM D3418-03に従って以下のDSC手順を使用して測定した。示差走査熱量測定(DSC)データは、TA InstrumentsモデルQ200装置を使用して得た。約5~10mgのサンプルをアルミニウム密閉サンプル皿に密封した。DSCデータは、まずサンプルを10℃/分の速度で200℃まで徐々に加熱して記録した。サンプルを200℃に2分間保った後、10℃/分の速度で-90℃まで冷却し、その後、2分間等温に保ち、10℃/分で200℃まで加熱した。1サイクル目と2サイクル目の両方の熱事象を記録した。吸熱ピーク下の面積を求め、融解熱と結晶化度の百分率を決定するために使用した。結晶化度(%)は、[融解ピーク下の面積(ジュール/グラム)/B(ジュール/グラム)]*100の式を使用して計算され、ここで、Bは主要モノマー成分の100%結晶性ホモポリマーの融解熱である。Bについてのこれらの値は、Polymer Handbook, Fourth Edition, published by John Wiley and Sons, New York 1999から得られる。ただし、100%結晶性ポリプロピレンの融解熱としては207J/gの値(B)が使用され、100%結晶性ポリエチレンの融解熱としては290J/gの値が使用される。ここで報告した融解温度と結晶化温度は、特に断らない限り、2回目の加熱/冷却サイクルで得られたものである。
複数の吸熱及び発熱ピークを示すポリマーについては、ピーク結晶化温度とピーク融解温度を全て報告した。各吸熱ピークの融解熱は個別に計算した。結晶化度(%)は、全ての吸熱ピークからの融解熱の和を用いて計算した。製造されたポリマーブレンドのうちのいくつかは、主ピークと重なる二次融解/冷却ピークを示し、これらのピークはまとめて単一の融解/冷却ピークとみなされる。これらのピークのうち最も高いピークをピーク融解温度/結晶化点とみなす。比較的低いレベルの結晶化度を有する非晶性ポリマーの場合、融解温度は、典型的には、最初の加熱サイクルの間に測定され、報告される。DSC測定に先立ち、結晶化度を最大限に高めるにするため、サンプルをエージング(通常、周囲温度で2日間保持)又はアニール処理する。
13C溶液NMRは、120℃で、フリップ角90°及びフルNOE、デカップリングありで、テトラクロロエタン-d2溶媒中、少なくとも400MHzの磁場を用いて、10mmの広帯域プローブで行った。サンプル調製(ポリマー溶解)は140℃で行い、0.20グラムのポリマーを適量の溶媒に溶解させ、最終的なポリマー溶液容量を3mlとした。エチレン骨格(-CH2-)n(ここで、n>6)の信号を29.98ppmに設定して化学シフトを参照した。炭素NMR分光法を用いて、提示したように反応器生成物の組成を評価した。
エチレン-プロピレンコポリマーについての化学シフトのアサインメントは、Randallにより、“A Review Of High Resolution Liquid Carbon Nuclear Magnetic Resonance Characterization of Ethylene-Based Polymers”, Polymer Reviews, 29:2, 201-5 317 (1989)に記載されている。コポリマー含量(モル%及び質量%)もこの論文でRandallによって確立された方法に基いて計算される。r1r2の計算は式:
に基づき、ここで、[EE]、[EP]、[PP]はdiadのモル濃度であり、Eはエチレンであり、Pはプロピレンである。
メチレン配列分布及び数平均配列長の値は、James C. Randall, “Methylene sequence distributions and average sequence lengths in ethylene-propylene copolymers,” Macromolecules, 1978, 11, 33-36によって確立された方法に基いて求めた。「6以上の配列の平均メチレン配列長」、<n(6+)>は、上記論文で報告されているように、γδとδ+δ+についてのアサインメントを用いて、以下の式:
によって計算される。「長さ6以上のメチレン配列の百分率」、%C6+=(別名m6)は、上記論文で報告されているように、γδ、αβ、ββ、γγ、及びγγについてのアサインメントを用いて、以下の式:
によって計算される。
メチレン配列分布及び数平均配列長の値は、James C. Randall, “Methylene sequence distributions and average sequence lengths in ethylene-propylene copolymers,” Macromolecules, 1978, 11, 33-36によって確立された方法に基いて求めた。「6以上の配列の平均メチレン配列長」、<n(6+)>は、上記論文で報告されているように、γδとδ+δ+についてのアサインメントを用いて、以下の式:
エチレンのwt%はASTM D3900にしたがってFTIRを使用して決定した。
定量化のための鎖末端は、以下の表に示す信号を用いて同定することができる。n-ブチル及びn-プロピルは、以下の表に示す鎖末端と比較して存在量が少ない(5%未満)ため、報告しなかった。
ビニル鎖末端、ビニリデン鎖末端及びビニレン鎖末端の数は、少なくとも400MHzのNMR分光計で溶媒として1,1,1,2,2-テトラクロロエタン-d2を用いた1H NMRを使用して決定し、選択したケースでは、13C NMRにより確認した。プロトンNMRデータは、少なくとも400MHzの1H周波数を有するVarian分光計を用い、5mmプローブで120℃で収集した。データは最大パルス幅45°、パルス間隔5秒、120の過渡信号を平均化した信号を用いて記録した。スペクトル信号を積分し、次いで、異なる基に1000を掛け、その結果を炭素の総数で割ることにより、炭素1000個あたりの不飽和タイプの数を算出した。数平均分子量(Mn)は、ポリオレフィン鎖あたり1つの不飽和を仮定して、不飽和種の総数を14,000で割ることにより計算した。
鎖末端の不飽和度は次のように評価される。対象のビニル共鳴は5.0~5.1ppm(VRA)、ビニリデン共鳴は4.65~4.85ppm(VDRA)、ビニレン共鳴は5.31~5.55ppm(VYRA)、三置換不飽和種は5.11~5.30ppm(TSRA)、対象の脂肪族領域は0~2.1ppm(IA)である。
ビニル基の数/1000の炭素数は、式:
から決定される。
同様に、ビニリデン基の数/1000の炭素数は、式:
から決定され、ビニレン基の数/1000の炭素数は、式:
から決定され、三置換基の数は、式:
から決定される。VRA、VDRA、VYRA、TSRA及びIAは、上で定義した化学シフト領域における積分正規化信号強度である。
同様に、ビニリデン基の数/1000の炭素数は、式:
小振幅振動せん断(SAOS):
動的せん断融解物レオロジーデータは、窒素雰囲気下、動的モードで平行プレート(直径=25mm)を使用して、Advanced Rheometrics Expansion System(ARES)を用いて測定した。全ての実験について、樹脂(ポリマー組成物)の圧縮成形サンプルを平行プレート上に挿入する前に、レオメーターは、190℃で少なくとも30分間熱安定であった。サンプルの粘弾性挙動を求めるために、190℃の温度で10%の一定歪みの下で、0.01~385rad/秒の範囲の周波数掃引を行った。実験の間の連鎖伸長又は架橋を最低限に抑えるために、窒素流をサンプルオーブン中を循環した。正弦関数のせん断歪みを材料に適用した。歪み振幅が十分に小さいと、材料は直線的に挙動する。当業者が承知するように、得られる定常状態応力も同じ周波数で正弦関数的に振動するが、歪み波に対して位相角δ分シフトする。応力は歪みよりδ分先行する。純粋に弾性の材料の場合、δ=0°であり(応力は歪みと同位相である)、また純粋に粘性の材料の場合、δ=90°である(応力は歪み速度と同位相であるが、応力は歪みに90°分先行する)。粘弾性材料の場合、0<δ<90である。周波数の関数としての複素粘度、損失弾性率(G”)及び貯蔵弾性率(G’)は、小振幅振動せん断試験によって得られる。動的粘度は、複素粘度又は動的せん断粘度とも呼ばれる。位相又は損失角δは、G”(せん断損失弾性率)とG’(せん断貯蔵弾性率)との比の逆正接である。
動的せん断融解物レオロジーデータは、窒素雰囲気下、動的モードで平行プレート(直径=25mm)を使用して、Advanced Rheometrics Expansion System(ARES)を用いて測定した。全ての実験について、樹脂(ポリマー組成物)の圧縮成形サンプルを平行プレート上に挿入する前に、レオメーターは、190℃で少なくとも30分間熱安定であった。サンプルの粘弾性挙動を求めるために、190℃の温度で10%の一定歪みの下で、0.01~385rad/秒の範囲の周波数掃引を行った。実験の間の連鎖伸長又は架橋を最低限に抑えるために、窒素流をサンプルオーブン中を循環した。正弦関数のせん断歪みを材料に適用した。歪み振幅が十分に小さいと、材料は直線的に挙動する。当業者が承知するように、得られる定常状態応力も同じ周波数で正弦関数的に振動するが、歪み波に対して位相角δ分シフトする。応力は歪みよりδ分先行する。純粋に弾性の材料の場合、δ=0°であり(応力は歪みと同位相である)、また純粋に粘性の材料の場合、δ=90°である(応力は歪み速度と同位相であるが、応力は歪みに90°分先行する)。粘弾性材料の場合、0<δ<90である。周波数の関数としての複素粘度、損失弾性率(G”)及び貯蔵弾性率(G’)は、小振幅振動せん断試験によって得られる。動的粘度は、複素粘度又は動的せん断粘度とも呼ばれる。位相又は損失角δは、G”(せん断損失弾性率)とG’(せん断貯蔵弾性率)との比の逆正接である。
シアシニング比:
シアシニング(又はせん断減粘性)は、ポリマー融解物のレオロジー的応答であり、流れに対する抵抗(粘度)がせん断速度の増加とともに減少する。複素せん断粘度は、一般的に、低いせん断速度(ニュートン領域)では一定であり、せん断速度が増加するとともに減少する。低せん断速度領域では、粘度はゼロせん断粘度と称され、これは多分散及び/又はLCBポリマー融解物の場合には測定するのがしばしば困難である。より高いせん断速度では、ポリマー鎖はせん断方向に配向され、これにより、ポリマー鎖の未変形状態に比べて鎖の絡み合いの数が減少する。鎖の絡み合いのこの減少は、より低い粘度をもたらす。せん断減粘性は、正弦関数的に適用されたせん断の周波数の増加にともなって複素動的粘度が減少することによって特徴付けられる。せん断減粘性比は、0.1ラジアン/秒の周波数での複素せん断粘度と100ラジアン/秒の周波数での複素せん断粘度との比として定義される。シアシニングの開始は、複素粘度がニュートン領域から外れ始める周波数として定義される(複素粘度はせん断速度に依存しない)。いくつかの長鎖分岐エチレンコポリマーでは、試験周波数範囲においてニュートン流動領域が観察されない。この場合、せん断減粘の開始は0.01rad/sec(試験周波数の下限)未満である。
シアシニング(又はせん断減粘性)は、ポリマー融解物のレオロジー的応答であり、流れに対する抵抗(粘度)がせん断速度の増加とともに減少する。複素せん断粘度は、一般的に、低いせん断速度(ニュートン領域)では一定であり、せん断速度が増加するとともに減少する。低せん断速度領域では、粘度はゼロせん断粘度と称され、これは多分散及び/又はLCBポリマー融解物の場合には測定するのがしばしば困難である。より高いせん断速度では、ポリマー鎖はせん断方向に配向され、これにより、ポリマー鎖の未変形状態に比べて鎖の絡み合いの数が減少する。鎖の絡み合いのこの減少は、より低い粘度をもたらす。せん断減粘性は、正弦関数的に適用されたせん断の周波数の増加にともなって複素動的粘度が減少することによって特徴付けられる。せん断減粘性比は、0.1ラジアン/秒の周波数での複素せん断粘度と100ラジアン/秒の周波数での複素せん断粘度との比として定義される。シアシニングの開始は、複素粘度がニュートン領域から外れ始める周波数として定義される(複素粘度はせん断速度に依存しない)。いくつかの長鎖分岐エチレンコポリマーでは、試験周波数範囲においてニュートン流動領域が観察されない。この場合、せん断減粘の開始は0.01rad/sec(試験周波数の下限)未満である。
ムーニーラージ粘度(ML)及びムーニー緩和面積(MLRA):
ML及びMLRAは、以下に詳細に記載されるように変更されたASTM D-1646にしたがってムーニー粘度計を使用して測定される。正方形のサンプルをローターの両側に配置する。空気圧で上部プラテンを下げることによって空洞を充填する。上部及び下部プラテンを電気的に加熱し、125℃で制御する。ローターを2rpmで回転するトルクを、トルクトランスデューサーにより測定する。ムーニー粘度計を、2秒-1の平均せん断速度で操作する。プラテンを閉じた後、サンプルを1分間予熱する。次に、モーターを始動し、トルクを4分間記録する。結果はML(1+4)125℃として報告する。ここで、Mはムーニー粘度数であり、Lはラージローターを表し、1は分単位での予熱時間であり、4はモータが始動した後の分単位でのサンプルのランタイムであり、125℃は試験温度である。
ML及びMLRAは、以下に詳細に記載されるように変更されたASTM D-1646にしたがってムーニー粘度計を使用して測定される。正方形のサンプルをローターの両側に配置する。空気圧で上部プラテンを下げることによって空洞を充填する。上部及び下部プラテンを電気的に加熱し、125℃で制御する。ローターを2rpmで回転するトルクを、トルクトランスデューサーにより測定する。ムーニー粘度計を、2秒-1の平均せん断速度で操作する。プラテンを閉じた後、サンプルを1分間予熱する。次に、モーターを始動し、トルクを4分間記録する。結果はML(1+4)125℃として報告する。ここで、Mはムーニー粘度数であり、Lはラージローターを表し、1は分単位での予熱時間であり、4はモータが始動した後の分単位でのサンプルのランタイムであり、125℃は試験温度である。
ムーニー粘度計のトルク限界は、約100ムーニー単位である。約100ムーニー単位超のムーニー粘度値は、一般的に、これらの条件下では測定できない。その場合には、ムーニー粘度計について、より高粘度のポリマーに対して同じ計器の使用を可能にするムーニースケールの変更によって、標準的でないローター設計が使用される。標準のムーニーラージ(ML)ローターよりも直径が小さく、かつ、より薄いこのローターは、MST(ムーニー、小さい、薄い)と名付けられる。典型的には、MSTローターが使用される場合には、試験は、異なる時間及び温度でも行われる。予熱時間は標準の1分間から5分間に変更され、試験は標準の125℃の代わりに200℃で行われる。したがって、数値はMST(5+4)@200℃として報告される。その最後にムーニー値の読み取りがされる4分間のランタイムは、標準条件と同じままであることに注意されたい。欧州特許第1519967号明細書によれば、MSTポイントが(5+4@200℃)で測定され、MLが(1+4@125℃)で測定される場合、1のMSTポイントは、およそ5のMLポイントである。MSTローターは以下のように準備されなければならない:
a.ローターは、30.48±0.03mmの直径、2.8±0.03mmの厚さ(鋸歯状の刻み目の先端)及び11mm以下のシャフト直径を有しなければならない。
b.ローターは、鋸歯状の面及びエッジであって、中心間1.6mm刻みでカットされた0.8mmの幅及び0.25~0.38mmの深さの角溝を備えるものを有しなければならない。鋸歯状の刻み目は互いに直角の2組の溝から成る(正方形の斜交平行線模様を形成する)。
c.ローターディスクの中心線がダイキャビティの中心線と±0.25mmの許容範囲内で一致するように、ローターはダイキャビティの中心に配置されるものとする。シャフトを中間点に上げるためにスペーサー又はシムが使用されてもよい。
d.摩耗点(ローターの上面の中心にある円錐形の突起)は、ローターの面と平らに機械加工されるものとする。
a.ローターは、30.48±0.03mmの直径、2.8±0.03mmの厚さ(鋸歯状の刻み目の先端)及び11mm以下のシャフト直径を有しなければならない。
b.ローターは、鋸歯状の面及びエッジであって、中心間1.6mm刻みでカットされた0.8mmの幅及び0.25~0.38mmの深さの角溝を備えるものを有しなければならない。鋸歯状の刻み目は互いに直角の2組の溝から成る(正方形の斜交平行線模様を形成する)。
c.ローターディスクの中心線がダイキャビティの中心線と±0.25mmの許容範囲内で一致するように、ローターはダイキャビティの中心に配置されるものとする。シャフトを中間点に上げるためにスペーサー又はシムが使用されてもよい。
d.摩耗点(ローターの上面の中心にある円錐形の突起)は、ローターの面と平らに機械加工されるものとする。
MLRAデータは、ローター停止後にゴムが緩和する際のムーニー粘度測定から得られる。MLRAは、1~100秒のムーニートルク-緩和時間曲線下の積分面積である。MLRAは、溶融ポリマー中の鎖緩和の1つの指標であり、加えられたひずみの除去後、より長い又は分岐したポリマー鎖がより多くのエネルギーを蓄えることができ、緩和するのにより長い時間を必要とすることを示唆する貯蔵エネルギー項とみなすことができる。したがって、同じムーニー粘度値で比較した場合、二峰性ゴム(非常に高い分子量及び異なる組成を有する別個のポリマー画分の存在)や長鎖分岐ゴムのMLRA値は、広い又は狭い分子量のゴムよりも大きい。
ムーニー緩和面積はポリマーのムーニー粘度に依存し、ムーニー粘度が高くなるにつれて増加する。ポリマーのムーニー粘度依存性を除くために、ポリマーのMLRAをムーニー粘度80ムーニー粘度の参照基準に対して正規化した補正MLRA(cMLRA)パラメータが使用される。cMLRAの計算式を以下に示す。
ここで、MLRA及びMLは、125℃で測定されたポリマーサンプルのムーニー緩和面積及びムーニー粘度である。
メルトフローレート
全てのメルトフローレート(MFR)は、ASTM D1238を使用して、2.16kg及び230℃で決定した。高負荷メルトフローレート(HLMFR)は、ASTM D1238を使用して、21.6kg及び230℃で決定した。
全てのメルトフローレート(MFR)は、ASTM D1238を使用して、2.16kg及び230℃で決定した。高負荷メルトフローレート(HLMFR)は、ASTM D1238を使用して、21.6kg及び230℃で決定した。
HPLC-SEC
ポリマーの組成均一性は、IR5検出器(Polymer Char,S.A.,スペイン国バレンシア)を装備した高速液体クロマトグラフィー-サイズ排除クロマトグラフィー(HPLC-SEC)を用いて検証した。HPLC-SEC装置では、組成分離とポリマーサイズ分離の2つの分離メカニズムが行われる。第2の分離機構は、2種類の溶媒のグラジエントを変化させながら、多孔質グラファイト材料によるポリマーの吸脱着に依存する。第2の分離機構は、SECカラムの充填材の様々な細孔サイズを通して、異なるサイズのポリマーがどのように透過するかに依存する。
ポリマーの組成均一性は、IR5検出器(Polymer Char,S.A.,スペイン国バレンシア)を装備した高速液体クロマトグラフィー-サイズ排除クロマトグラフィー(HPLC-SEC)を用いて検証した。HPLC-SEC装置では、組成分離とポリマーサイズ分離の2つの分離メカニズムが行われる。第2の分離機構は、2種類の溶媒のグラジエントを変化させながら、多孔質グラファイト材料によるポリマーの吸脱着に依存する。第2の分離機構は、SECカラムの充填材の様々な細孔サイズを通して、異なるサイズのポリマーがどのように透過するかに依存する。
実験では、1つのHPLC用高温Hypercarbカラム(100.0×4.6mm、粒子径5μm)と、1つのSEC用高温Agilent PL Rapid Hカラム(150.0×7.5mm、粒子径10μm)を使用した。160℃に保たれたオーブン内に各種移送ライン、カラム及び検出器を収容した。HPLCの公称流量は、1-デカノールと1,2,4-トリクロロベンゼン(TCB)の混合物のプログラムグラジエントで0.025mL/minであり、SECの公称流量はTCBで3mL/minである。
フィッシャーから購入したTCB(試薬グレード)を、使用前に膜(Millipore、ポリテトラフルオロエチレン、0.1μm)に通してろ過した。1-デカノールは、Alpha Aesarから入手したものを使用した。乾燥ポリマーをガラスバイアルに入れ、Polymer Charオートサンプラーで所望量の1-デカノールを移し、混合物を連続的に振とうしながら160℃で約1.5時間加熱することによって、1-デカノールポリマー溶液を調製した。全ての量は質量測定法により測定した。全てのサンプルを約1.5mg/mLの濃度で調製した。
オートサンプラーで調製したサンプル溶液100μLを装置に移した。HPLCは、公称流量0.025mL/minで、1-デカノール100容量%から始まり、1-デカノールとTCBの移動相のグラジエント組成を変化させた。サンプル溶液の注入後、0vol% TCB/minから100vol% TCB/minまで、一定時間にわたって直線的に変化するグラジエントでHPLCの移動相をプログラム調整した。具体的には、200分間の分析に使用したHPLCグラジエントプロファイルは、TCB 0%(0分)、TCB 0%(20分)、TCB 100%(120分)、TCB 100%(200分)である。サンプリングループでHPLC溶離液を回収し、2分ごとにSECに移した。SECは、移動相としてTCBを有し、公称流量は3mL/minであった。IR5(Polymer Char)赤外線検出器を使用して、溶離流れ中のポリマーの質量濃度と化学組成を得た。
HPLC-SECの分析は、自社開発のMATLAB(Version R2015b)ベースのアルゴリズム(HPC x SEC version 2.6)を用いて行った。
重合
以下に、実施例に使用した一般的な重合手順を記載する。重合は連続撹拌タンク反応器システムで行った。1リットルのオートクレーブ反応器に、撹拌機と、圧力制御器と、温度制御器を備えた水冷/スチーム加熱要素とを装備した。反応物混合物の泡立ち点圧力を超える反応器圧力で液体充填状態で反応器を運転し、反応物を液相状態に保った。イソヘキサンとプロピレンはPulsaフィードポンプで反応器に送り込んだ。液体の流量は全てコリオリ式マスフローコントローラー(Brooks製のQuantimシリーズ)を用いて制御した。エチレンは、Brooksフローコントローラーにより、それ自体の圧力下で気体として流した。モノマー(例えば、エチレン及びプロピレン)フィードを組み合わせて1つの流れにし、次いで、少なくとも0℃に冷却された予備冷却イソヘキサン流れと混合した。次いで、混合物を単一ラインを通して反応器に供給した。触媒毒をさらに減少させるために、溶剤とモノマーを組み合わせた流れが反応器に入る直前に、溶剤とモノマーを組み合わせた流れに捕捉剤溶液(使用する場合)も加えた。同様に、ISCOシリンジポンプを使用して、別のラインを通して反応器に予備活性化触媒溶液を供給した。
以下に、実施例に使用した一般的な重合手順を記載する。重合は連続撹拌タンク反応器システムで行った。1リットルのオートクレーブ反応器に、撹拌機と、圧力制御器と、温度制御器を備えた水冷/スチーム加熱要素とを装備した。反応物混合物の泡立ち点圧力を超える反応器圧力で液体充填状態で反応器を運転し、反応物を液相状態に保った。イソヘキサンとプロピレンはPulsaフィードポンプで反応器に送り込んだ。液体の流量は全てコリオリ式マスフローコントローラー(Brooks製のQuantimシリーズ)を用いて制御した。エチレンは、Brooksフローコントローラーにより、それ自体の圧力下で気体として流した。モノマー(例えば、エチレン及びプロピレン)フィードを組み合わせて1つの流れにし、次いで、少なくとも0℃に冷却された予備冷却イソヘキサン流れと混合した。次いで、混合物を単一ラインを通して反応器に供給した。触媒毒をさらに減少させるために、溶剤とモノマーを組み合わせた流れが反応器に入る直前に、溶剤とモノマーを組み合わせた流れに捕捉剤溶液(使用する場合)も加えた。同様に、ISCOシリンジポンプを使用して、別のラインを通して反応器に予備活性化触媒溶液を供給した。
イソヘキサン(溶媒として使用)とモノマー(例えば、エチレンとプロピレン)を、アルミナ床及びモレキュラーシーブ床で精製した。触媒溶液を調製するためのトルエンを、同じ手法で精製した。
捕捉剤溶液として、トリ-n-オクチルアルミニウム(TNOA)のイソヘキサン溶液(ヘキサン中25wt%、Sigma Aldrich)を使用した。触媒#1は、rac-シクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,8-ジメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチルである。触媒#2は、rac-シクロテトラメチレンシリレン-ビス(2,4,7-トリメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチルである。触媒#3は、rac-シクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,7-ジメチルインデン-1-イル)ハフニウムジメチルである。全ての触媒は、トルエン中で約1:1のモル比で、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ヘプタフルオロ-2-ナフチル)ボレート(W.R.Grace&Co.から入手可能)により活性化した。触媒#2及び#3は、米国特許第9,458,254号明細書に記載されているように調製することができる。触媒#1は米国特許第9,938,364号明細書に記載されているように調製することができる。
反応器内で生成したポリマーは、圧力を大気圧まで下げる背圧制御バルブを通って排出された。これにより、溶液中の未変換モノマーが蒸気相にフラッシュし、気液分離器の上部から排出された。主にポリマーと溶媒を含む液相を、ポリマー回収のために回収した。回収したサンプルを、まずフード内で風乾して溶媒の大部分を蒸発させ、次いで、真空オーブン内で約90℃の温度で約12時間乾燥させた。真空オーブンで乾燥させたサンプルを秤量して収量を求め、表1~3に記載した全モノマー転化率の計算に使用した。
サンプル1~49の詳細な重合プロセス条件及び生成したポリマーのいくつかの特徴的性質を表1に示す。触媒効率を最適化するために捕捉剤供給速度(使用する場合)を調整し、供給速度は0(捕捉剤なし)から15μmol/分まで変化させた。触媒の供給速度は、システム内の不純物のレベルに応じて調整し、記載した目標転化率を達成することもできる。全ての反応は、特に断らない限り、約2.4MPa(約350psi)の圧力で行った。
エチレンとプロピレンの重合を、28リットル連続撹拌式タンク反応器(オートクレーブ反応器)で溶液プロセスを使用しても行った。表1中のポリマーサンプル50~74はこのプロセスで製造されたものである。オートクレーブ反応器に、撹拌機と、圧力制御器と、熱損失を防ぐための断熱材を装備した。触媒供給速度を制御することにより反応器温度を制御し、フィード冷却により熱除去を行った。全ての溶媒及びモノマーを、アルミナ床及びモレキュラーシーブ床で精製した。反応器は、液体で満たした状態で、1600psiの圧力で運転した。イソヘキサンを溶媒として使用した。タービンポンプを使用してイソヘキサンを反応器に供給し、その流量を、下流のマスフローコントローラーにより制御した。圧縮液化プロピレンフィードをマスフローコントローラーにより制御した。エチレンフィードもマスフローコントローラーにより制御した。エチレンとプロピレンは、マニホールドを介して別々の添加ポイントでイソヘキサンに混合された。イソヘキサン中のトリ-n-オクチルアルミニウムの3質量%混合物も、別のライン(捕捉剤として使用)を通してマニホールドに添加し、モノマー、捕捉剤、及び溶媒の組み合わせた混合物を1本の管を通して反応器に供給した。
活性化した触媒1(rac-シクロテトラメチレンシリレン-ビス(4,8-ジメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチル)溶液を、窒素充填グローブボックス内の4Lエルレンマイヤーフラスコに装入した。このフラスコに、空気を含まない無水トルエン4Lと、約1:1のモル比で、2.0g(~0.003モル)の触媒1と3.38gのN,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペルフルオロナフチル)ボレートとを装入し、溶液を調製した。撹拌により固形物が溶解した後、溶液をISCOポンプに装入し、反応器に計量供給した。
触媒供給速度を、表1に示すように、モノマー供給速度及び反応温度と共に制御して、表1に記載するポリマーを製造した。反応器生成物流れを微量のメタノールで処理して重合を停止させた。その後、低圧フラッシュ分離により混合物から溶媒を除去し、Irganox(商標) 1076で処理した後、脱揮押出機プロセスにかけた。次いで、乾燥したポリマーをペレット化した。
表1には、比較用の直鎖状OCPであるサンプルC1及びC2も記載されている。C1及びC2はそれぞれ市販の直鎖EPコポリマーである。
異なる検出器によるポリマーの分子量と分子量分布(MWD)を表1に示す。表1には、長鎖分岐エチレンコポリマーの特性評価結果が記載されている。実施例1~74の長鎖分枝の証拠は、分岐指数(g’vis)とシアシニング比の両方に見られる。比較例の直鎖状OCPサンプルC1及びC2の分岐指数はほぼ1であるのに対し、本開示の組成物に使用した実施例1~74の分岐指数は著しく低い。実施例のシアシニング比も、比較ための直鎖の例のシアシニング比よりも著しく高い。
表1の実施例を、潤滑油中の粘度調整剤として配合し、試験した。ポリマーサンプルを、約15cStの粘度をもたらす濃度にグループI希釈油中にブレンドした。試験結果を表2に示す。
同様のTE及びSSI(表2参照)では、本開示の組成物に使用した実施例は、配合処方例CF-1及び/又はCF-2と比較してより低いHTHSを示した。
せん断安定性指数(SSI)は、ASTM D6278に従って、Kurt Orbahnディーゼル噴射装置を用いて30サイクルで決定した。
高温高せん断(HTHS)は、テーパードベアリングシミュレーターで、ASTM D4683に従って、150℃及び106 1/sで測定した。
動粘度(KV)はASTM D445に従って求めた。KV40は40℃の温度で求めた動粘度であり、KV100は100℃の温度により求めた動粘度である。
増粘効率(TE)は、
として定義され、ここで、cはポリマー濃度(ポリマーのグラム数/100グラムの溶液)、KVoil+polymerは100℃での基準油中のポリマーの混合物の動粘度であり、KVoilは100℃での基準油の動粘度である。
図1は、触媒#1及び参照基準として直鎖OCPを使用して製造された長鎖分岐エチレンコポリマーについて、SSIの範囲にわたるHTHS粘度を示すグラフである。HTHSは、油中でのポリマーのシアシニング挙動の1つの指標である。同じ低せん断粘度(KV100)を示す潤滑油の場合、測定されたHTHS粘度が低いことは、その油が、運転中のエンジンにおける摩擦損失の減少をもたらし、燃費の向上をもたらすことができることを示している(例えば、W. van Dam, T. Miller, G. Parsons:Optimizing Low Viscosity Lubricants for Improved Fuel Economy in Heavy Duty Diesel Engines. SAE Paper 2011-011-1206参照)。本発明の長鎖分岐EPサンプルを用いて調製された潤滑油は、直鎖OCPを用いて調製されたものと比較して、より低いHTHSを示す。
図2は、代表的な長鎖分岐エチレンコポリマーの190℃での複素粘度の周波数掃引を示すグラフである。比較のために、市販のOCP C1のデータも図2に含まれている。実施例56、40及び46で製造された長鎖分岐エチレンコポリマーは、市販のOCP C1に比べて数桁にわたって粘度が低下し、非常に強いシアシニングを示した。実施例56、40及び46で製造された長鎖分岐エチレンコポリマーは、試験した周波数範囲ではプラトー領域が観察されなかったことから、プラトー領域は0.01rad/s未満であり、このことは、市販の直鎖OCPグレードよりもはるかに早いシアシニング開始を示している。シアシニング挙動は長鎖分岐を示す。
図3は、HPLC-SEC分析のHPLCプロジェクションを記載したもので、ショルダーピークや二次ピークを含まないそれらの特異なガウスピークから代表的なポリマーの組成均一性を記述したものである。
図4は、反応器中の全モノマー転化率対生成したポリマーのg’visのプロットである。この図は、反応器中の全モノマー転化率が増加するにつれて、g’visが減少することを示しており、これはエチレンプロピレンコポリマー中の長鎖分枝の増加と相関している。潤滑剤組成物の粘度調整剤として使用されるエチレンプロピレンコポリマーでは、長鎖分枝の増加が望ましいと考えられる。
図5は、13C NMRにより測定した場合のエチレン(mol%)対6以上の配列についての平均メチレン配列長のプロットである。予想されるように、エチレンプロピレンコポリマー中のエチレン量が増加するにつれて、メチレン配列の数は増加する。所与のエチレン含量では、触媒1は、触媒2又は触媒3と比較して、6以上の配列についての平均メチレン配列長が低く、コポリマー中のエチレン及びプロピレンの分布がよりランダムであることを示している。
図6は、エチレン(mol%)対13C NMRにより測定した場合の6以上の配列長のメチレン配列の百分率であるm6のプロットである。予想されるように、エチレンプロピレンコポリマー中のエチレン量が増加するにつれて、6以上の配列長のメチレン配列の百分率が増加する。所与のエチレン含量では、触媒1は、触媒2又は触媒3と比較して、6以上の配列長のメチレン配列の百分率が低く、コポリマー中のエチレンとプロピレンの分布がよりランダムであることを示している。
図7は、13C NMRにより測定した場合のエチレン(mol%)対r1r2のプロットである。図7は、触媒2及び触媒3によって典型的に製造されたコポリマーが、触媒1によって製造された、ランダムコポリマーであるコポリマーに対して、よりブロック状の構造(r1r2>1.5)であることを示している。
図8は、FTIRによるエチレン(wt%)対DSCにより測定した場合の融解熱のプロットである。
図9は、ASTM D6278によるSSI(%)対GPC-3Dによる光散乱からのMw(LS)のプロットである。
図10は、GPC-3Dによる光散乱からのMW(LS)対シアシニング比のプロットであり、シアシニング比は、0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。
特に断らない限り、「本質的に~からなる(consists essentially of)」及び「本質的に~からなる(consisting essentially of)」という表現は、本明細書で具体的に言及されているか否かにかかわらず、そのようなステップ、要素、又は材料が本開示の基本的かつ新規な特性に影響を与えない限り、他のステップ、要素、又は材料の存在を排除するものではなく、さらに、使用される要素及び材料に通常関連する不純物及び差異を排除するものではない。
同様に、「含む(comprising)」という用語は、米国法上、「含む(including)」という用語と同義とみなされる。同様に、組成物、要素、又は要素群の前に移行句「含む(comprising)」がある場合は、常に、組成物、要素、又は要素群の引用の前に移行句「から本質的になる」、「からなる」、「からなる群から選択される」、又は「である」がある同じ組成物又は要素群も想定していると理解されるべきであり、その逆もまた同様である。
本開示において、「a」及び「the」は、単数に加えて複数も包含すると理解されたい。
特に断らない限り、室温は約23℃である。
簡略化のため、本明細書では特定の範囲のみを明示的に開示する。しかしながら、任意の下限値からの範囲を任意の上限値と組み合わせて、明示的に記述されていない範囲を記述することができ、同様に、任意の下限値からの範囲を他の任意の下限値と組み合わせて、明示的に記述されていない範囲を記述することができ、同様に、任意の上限値からの範囲を他の任意の上限値と組み合わせて、明示的に記述されていない範囲を記述することができる。さらに、1つの範囲内には、明示的に記述されていなくても、その端点間の全ての点又は個々の値が含まれる。したがって、全ての点又は個々の値は、他の点又は個々の値、あるいは他の下限値又は上限値と組み合わされて、それ自体の下限値又は上限値として機能し、明示的に記述されていない範囲を記述することができる。
様々な用語が上記で定義されている。特許請求の範囲で使用される用語が上記で定義されていない範囲では、少なくとも1つの印刷刊行物又は発行済み特許に反映されているように、関連技術分野の人がその用語に与えている最も広い定義が与えられるべきである。さらに、本出願で引用された全ての特許、試験方法、及びその他の文書は、そのような開示が本出願と矛盾しない範囲において、またそのような援用が許可されている全ての法域において、参照により完全に援用される。
本明細書に記載された全ての文書は、本文と矛盾しない範囲で、優先権文書及び/又は試験手順を含め、参照により本明細書に援用される。前述の一般的な説明及び具体的な実施形態から明らかなように、本開示の形態が図示及び説明されているが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。従って、本開示がそれによって限定されることは意図されない。
本開示を多数の実施形態及び例に関して説明してきたが、本開示の利益を有する当業者は、本開示の範囲及び精神から逸脱しない他の実施形態を考案できることを理解するであろう。
Claims (54)
- 油と、以下を有する少なくとも1種の長鎖分岐エチレンコポリマーとを含む潤滑剤組成物:
a.約2.0~約6.5のMw/Mn;
b.約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);
c.約0.5~約0.97の分岐指数(g’vis);及び
d.約40質量%~約75質量%のエチレン含量。 - 前記長鎖分岐エチレンコポリマーが以下のうちの1つ以上を有する、請求項1に記載の組成物:
(a)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);
(b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);
(c)約0.5~約0.97のg’vis;
(d)約40質量%~約75質量%のエチレン含量;及び
(e)約1%~約60%のせん断安定性指数(30サイクル)。 - 前記エチレンコポリマーが第1のコポリマーと第2のコポリマーのブレンドを含み、前記第1のコポリマーと第2のコポリマーのうちの少なくとも1つが長鎖分岐エチレンコポリマーであり、前記第2のコポリマーが、前記第1のコポリマーのエチレン含量よりも少ないエチレン含量を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記長鎖分岐エチレンコポリマーがエチレン/プロピレンコポリマーである、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記潤滑剤組成物が、1ppm以下のアルミニウム含量を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記コポリマーが約43質量%~約73質量%のエチレン含量を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記長鎖分岐エチレンコポリマーが、0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比を有し、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)である、請求項1又は2に記載の組成物。
- 100℃で約3cSt~約30cStの動粘度を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 100℃で約10cSt~約15cStの動粘度を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 約10%~約50%のせん断安定性指数(30サイクル)を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 約15%~約40%のせん断安定性指数(30サイクル)を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 約1~約4の増粘効率を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 約1.5~約3.5の増粘効率を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記長鎖分岐エチレンコポリマーが約0.55~約0.85のg’visを有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 約0.01質量%~約12質量%の前記長鎖分岐エチレンコポリマーを含む、請求項1又は2に記載の組成物。
- 約0.01質量%~約3質量%の前記コポリマーを含む、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記油が、炭化水素、ポリアルファオレフィン、ジカルボン酸のアルキルエステル、ポリグリコール、アルコール、ポリブテン、アルキルベンゼン、リン酸の有機エステル、ポリシリコーン油、又はそれらの組み合わせを含む、請求項1又は2に記載の組成物。
- 分散剤、洗浄剤、酸化防止剤、油性向上剤、流動点降下剤、摩擦調整剤、摩耗調整剤、極圧添加剤、消泡剤、解乳化剤、又は腐食防止剤のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項1又は2に記載の組成物。
- 約4.0cP以下の高温高せん断(HTHS)粘度を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 約60以下のせん断安定性指数を有する、請求項1又は2に記載の組成物。
- 前記エチレンコポリマーが少なくとも1種のメタロセン触媒を使用する重合プロセスで製造される、請求項1に記載の組成物。
- 前記コポリマーが、0.0003x-2.125未満のASTM D6278による30サイクルでのSSI(%)を有し、ここで、xはGPC-3DからのMw(LS)である、請求項1又は2に記載の組成物。
- 油を長鎖分岐エチレンコポリマーとブレンドすることを含む潤滑剤組成物の製造方法であって、前記コポリマーが、
(a)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);
(b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);
(c)約0.5~約0.97のg’vis;
(d)約40質量%~約75質量%のエチレン含量;
(e)約1%~約60%のせん断安定性指数(30サイクル);
のうちの1つ以上を有する、方法 - エンジンの潤滑方法であって、油と、長鎖分岐エチレンコポリマーとを含む潤滑油組成物をエンジンに供給することを含み、前記長鎖分岐エチレンコポリマーが、以下のうちの1つ以上を有する、方法:
(a)約2.0~約6.5のMw/Mn;
(b)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);
(c)約0.5~約0.97の分岐指数(g’vis);
(d)約40質量%~約75質量%のエチレン含量;及び
(e)約1%~約60%のせん断安定性指数(30サイクル)。 - 長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを製造するための重合プロセスであって、以下を含むプロセス:
(i)50℃を超える温度で、エチレン及びプロピレンを、ビニル鎖末端を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを製造することができる触媒系と接触させること、ここで、触媒系はメタロセン触媒化合物及び活性化剤を含む;
(ii)エチレン及びプロピレンの少なくとも50%をポリオレフィンに変換すること;及び
(iii)FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーを得ること、ここで、前記コポリマーは、(a)約0.5~約0.97のg’vis、(b)約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI)、(c)約30,000~約300,000g/モルのMw(LS)を有する。 - 製造された前記コポリマーが、-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)を有し、ここで、xは総モノマー転化率である、請求項25に記載のプロセス。
- 製造された前記コポリマーが、0.1869±0.30未満かつ0.1869z-1.9超である「メチレン配列6以上についての平均配列長」を有し、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である、請求項25に記載のプロセス。
- 製造された前記コポリマーが、1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超である「6以上のメチレン配列長の百分率」を有し、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのモル%である、請求項25に記載のプロセス。
- 製造された前記コポリマーが、2.0未満かつ0.45超のr1r2を有する、請求項25に記載のプロセス。
- 製造された前記コポリマーがポリマー結晶性を示さない、請求項25に記載のプロセス。
- 製造された前記コポリマーが、DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示す、請求項25に記載のプロセス。
- 製造された前記コポリマーがポリマー結晶化度を有し、DSCにより測定される融解熱(J/g)が2.8y-134未満であり、ここで、yは、FTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である、請求項25に記載のプロセス。
- 製造された前記コポリマーがポリマー結晶化度を有し、DSCにより測定される融解熱(J/g)が1.47y-64未満であり、ここで、yは、FTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である、請求項25に記載のプロセス。
- 前記コポリマーが約45wt%~約70wt%のエチレン含量を有する、請求項25に記載のプロセス。
- 前記コポリマーが約45wt%~約50wt%のエチレン含量を有する、請求項25に記載のプロセス。
- 前記Mw(LS)/Mn(DRI)が約2.5~約6.0である、請求項25に記載のプロセス。
- 前記プロセスが溶液プロセスである、請求項25に記載のプロセス。
- 前記プロセスが連続プロセスである、請求項25に記載のプロセス。
- 前記モノマー供給原料がジエンを含まない、請求項25に記載のプロセス。
- 前記モノマー供給原料がポリエンを含まない、請求項25に記載のプロセス。
- 前記供給原料がアルミニウムビニル移動剤を含まない、請求項25に記載のプロセス。
- 前記メタロセン触媒化合物が下式により表される、請求項25に記載のプロセス:
- 各R4及びR7はC1~C3アルキルの群から選択され、各R2は水素又はC1~C3アルキルであり、各R3は水素であり、各R5及びR6は水素又はC1~C3アルキルであり、任意選択的に、各R5及びR6は一緒になって5員部分不飽和環を形成している、請求項42に記載のプロセス。
- 各R4及びR7がC1~C3アルキルの群から選択され、各R2及びR3が水素であり、各R5及びR6が一緒になって5員部分不飽和環を形成している、請求項43に記載のプロセス。
- 各R4及びR7がメチルである、請求項44に記載のプロセス。
- Jが、シクロペンタメチレンシリレン、シクロテトラメチレンシリレン、シクロトリメチレンシリレン、シクロプロパンジイル、シクロブタンジイル、シクロペンタンジイル、シクロヘキサンジイル、ジメチルシリレン、ジエチルシリレン、イソプロピレン、及びエチレンから選択される、請求項42に記載のプロセス。
- 前記メタロセンが、シクロテトラメチレニルシリレン-ビス(4,8-ジメチル-1,5,6,7-テトラヒドロ-s-インダセン-1-イル)ハフニウムジメチルを含む、請求項25又は42に記載のプロセス。
- FTIR(ASTM D3900)により決定した場合に約40質量%から約80質量%未満のエチレン含量を有する長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマーであって、前記ポリマーは、約0.5~約0.97のg’vis;約2.0~約6.5のMw(LS)/Mn(DRI);約30,000~約300,000g/モルのMw(LS);及び以下から選択される2つ以上の追加の特性を有する、長鎖分岐エチレンプロピレンコポリマー:
(a)-0.0003x+0.88未満かつ-0.0054x+1.08超の分岐指数(g’vis)、ここで、xは全モノマー転化率である;
(b)2.0未満かつ0.45超のr1r2;
(c)0.1869z-0.30未満かつ0.1869z-1.9超の「メチレン配列6以上についての平均配列長」、ここで、zは、13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(d)1.3z-35.5未満かつ1.3z-50超の6以上のメチレン配列長の百分率、ここで、zは13C NMRにより測定した場合のエチレンのmol%である;
(e)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が2.8y-134未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(f)ポリマー結晶化度を示さないか、又はDSCにより測定した場合の融解熱(J/g)が1.47y-64未満であるポリマー結晶化度を示すこと、ここで、yはFTIRにより測定した場合のエチレンのwt%である;
(g)DSCにより測定した場合に50℃未満のTmを示すこと;
(h)0.8572*EXP(2E-05*w)超のシアシニング比、ここで、wは光散乱GPC-3DからのMw(LS)であり、シアシニング比は0.1rad/sの周波数での複素粘度を100rad/sの周波数での複素粘度で割った値として定義される。 - 約45wt%~約70wt%のエチレン含量を有する、請求項48に記載のコポリマー。
- 前記コポリマーが約45wt%~約50wt%のエチレン含量を有する、請求項48に記載のコポリマー。
- 前記コポリマーがジエンを含まない、請求項48に記載のコポリマー。
- 前記コポリマーがポリエンを含まない、請求項48に記載のコポリマー。
- 前記コポリマーがアルミニウムビニル移動剤又はアルミニウムビニル移動剤に由来する残留物を含まない、請求項48に記載のコポリマー。
- 前記コポリマーが、0.0003x-2.125未満のASTM D6278による30サイクルでのSSI(%)を有し、ここで、xはGPC-3DからのMw(LS)である、請求項48に記載のコポリマー。
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