JP4817501B2 - アルキル化ジフェニルアミン組成物の製法およびその生成物 - Google Patents
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Description
発明の背景
発明の技術分野
本発明は、アルキル化ジフェニルアミン組成物の製法および前記製法によって形成された組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は、非置換ジフェニルアミンと2種類以上のオレフィンとの反応によってアルキル化ジフェニルアミン組成物を製造するための方法に関する。
【0002】
発明の背景
非置換ジフェニルアミンは酸化防止剤として用いることができるが、黄変する傾向がある。多くのアルキル化ジフェニルアミンが、例えば、潤滑油や高分子成形組成物において良好な酸化防止性を示している。これらのアルキル化ジフェニルアミンは、一般に黄変度が低く且つ黄変の進行に対して耐性がある。
【0003】
酸化防止剤組成物は、アルキル化ジフェニルアミンの混合物を生成するために、非置換ジフェニルアミンをアルキル化することによって形成されていた。酸化防止剤として好適に用いられるアルキル化ジフェニルアミン組成物は、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンとの総重量に対して3重量%以下の非置換ジフェニルアミンを含有する室温(例えば25℃)で液体である。
【0004】
一般に、非置換ジフェニルアミンのアルキル化の反応によって各種反応生成物が製造されるが、中でも、対称型二置換ジフェニルアミン(例えば、ジオクチルジフェニルアミンやジブチルジフェニルアミン)が製造される。一般に、対称型二置換ジフェニルアミンは、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物の融点を上昇させる。(対称型二置換ジフェニルアミンの種類や前記組成物を構成する他の成分に依存するが)量が十分であれば、液体よりはむしろ固体であるアルキル化ジフェニルアミン組成物が得られる。例えば、(置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンとの総重量に対して)25重量%以上のジオクチルジフェニルアミンを含有する組成物は、一般に、室温で固体である。従って、非置換ジフェニルアミンの含有量の低い所望の液体組成物を得るには、前記組成物における対称型二置換ジフェニルアミンの形成と非置換ジフェニルアミンの残りとの間のバランスが見出されなければならない。
【0005】
非置換ジフェニルアミンとジイソブチレンとの反応によるアルキル化ジフェニルアミンの形成は、米国特許第5,750,787号およびその中で引用されている参考文献に記載されている。しかしながら、ジイソブチレンは、アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換および非置換ジフェニルアミンの総重量に対して、アルキル化ジフェニルアミン組成物中の非置換ジフェニルアミンの量を好適な時間内に3重量%よりも少なく低減し、および/または、アルキル化ジフェニルアミン組成物中のジオクチルジフェニルアミンの量を25重量%よりも多く増加させることのないようにするのに、十分な反応性でないことがある。
【0006】
反応条件下において非置換ジフェニルアミンに対する反応性がジイソブチレンよりも高い他のオレフィンを添加することによって、非置換ジフェニルアミンを除去したりまたはその量を減らしたりすることができる。このようなオレフィンの例としては、イソブチレン、スチレンおよびα−メチルスチレンが挙げられる。慣用の方法では、前記他のオレフィンは、非置換ジフェニルアミンとジイソブチレンとの反応が実質的に完了した後または特定のところまで進んだ後に添加される。本願明細書にその内容が援用される米国特許第5,750,787号に記載されている方法によれば、非置換ジフェニルアミンとジイソブチレンとの反応によって、反応組成物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンとの総重量に対して25重量%よりも少ないジオクチルジフェニルアミンと、25重量%よりも少ない非置換ジフェニルアミンと、50重量%よりも多いモノオクチルジフェニルアミンとを含有する前記反応組成物が生成された後に前記他のオレフィンが添加されれば、所望のアルキル化ジフェニルアミン組成物が形成される。
【0007】
前記アルキル化ジフェニルアミン組成物の構成成分は、前記組成物の他の特性に影響を与えることがある。例えば、対称型二置換ジフェニルアミンおよび非対称型二置換ジフェニルアミンは、共に樹脂と混合したときに、一置換ジフェニルアミンよりも好適な色彩安定性を与える。対称型二置換ジフェニルアミンは、前記組成物の融点を上昇させるだけでなく、液体よりはむしろ固体の組成物を形成し得るので、その量は一般に制限されている。しかしながら、ブチルオクチルジフェニルアミンの如き非対称型二置換ジフェニルアミンは、一般に対称型二置換ジフェニルアミンよりも好適な色彩安定性を与える一方で、融点への影響は対称型二置換ジフェニルアミンよりも少ない。
【0008】
発明の開示
一般に、本発明は、ジアルキル化ジフェニルアミン組成物に関する。その実施態様の1つは、アルキル化ジフェニルアミン組成物の製法である。非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンおよび下記式(I):
【化3】
ここでR1、R2およびR3は、α−オレフィンのα−オレフィン結合を介して非置換ジフェニルアミンのアルキル化を実質的に妨げない官能基である、
で表されるα−オレフィンからなる群から選択される少なくとも1種類の化合物がアルミノケイ酸塩のクレー触媒下において結合して反応性組成物が形成される。前記反応性組成物に他のオレフィン組成物を添加し、反応させる。得られた反応生成物は、アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンとの総重量に対して3重量%以下の非置換ジフェニルアミンを含有する前記アルキル化ジフェニルアミン組成物である。
【0009】
一般に、前記他のオレフィン組成物の少なくとも1部は、前記他のオレフィン組成物が添加され始めるときに、前記反応性組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンとの総重量に対して少なくとも50重量%のモノアルキル化ジフェニルアミンが前記反応性組成物中に形成される前に、前記反応性組成物に添加される。場合によって、前記他のオレフィン組成物の少なくとも1部は、前記非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンまたは式(I)のα−オレフィンを混合し始めてから30分以内、あるいは場合によっては10分以内に、前記反応性組成物に添加される。一般に、前記他のオレフィン組成物には、同じ反応条件下において、ジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンよりも非置換ジフェニルアミンとの反応性が高い(すなわち、より速く反応する)少なくとも1種類の他のオレフィンが含まれる。
【0010】
本発明によって形成されるアルキル化ジフェニルアミン組成物は、一部の実施態様においては、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンとの総重量に対して25重量%以下のジオクチルジフェニルアミン、少なくとも25重量%のブチルオクチルジフェニルアミンおよび/または40重量%以下の一置換ジフェニルアミンを含んでいてもよい。
【0011】
本発明の他の実施態様では、非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンと、イソブチレンをクレー触媒下において反応させ、アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンの総重量に対して少なくとも25重量%のブチルオクチルジフェニルアミンと、3重量%以下の非置換ジフェニルアミンと、25重量%以下のジオクチルジフェニルアミンを含む前記アルキル化ジフェニルアミン組成物が形成される。さらに、このアルキル化ジフェニルアミンは、少なくとも場合によっては、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンの総重量に対して40重量%以下の一置換ジフェニルアミンを含んでいてもよい。
【0012】
本発明のさらに他の実施態様は、潤滑液体組成物の製法である。この方法では、アルキル化ジフェニルアミンが前述のように形成され、潤滑剤と混合されて前記潤滑液体組成物が形成される。
【0013】
好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、アルキル化ジフェニルアミン組成物の製法と前記製法によって形成された組成物に適用可能であると考えられる。特に、本発明は、a)非置換ジフェニルアミンと、b)ジイソブチレンおよび/または下記式(I):
【化4】
ここでR1、R2およびR3は、α−オレフィンのα−オレフィン結合を介して非置換ジフェニルアミンのアルキル化を実質的に妨げない官能基である、
で表される少なくとも1種類のα−オレフィンと、c)ジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンよりも非置換ジフェニルアミンに対する反応性が高い少なくとも1種類の他のオレフィンを含む他のオレフィン組成物との反応によってアルキル化ジフェニルアミン組成物を形成する方法に関する。前記反応は、d)クレー触媒の存在下において行われる。この反応の結果として、アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンとの総重量に対して3重量%以下の非置換ジフェニルアミンを含有している前記アルキル化ジフェニルアミン組成物が得られる。本発明は特に限定されるものではないが、その様々な実施態様は、以下の説明を通じて理解されるであろう。
【0014】
本願明細書における組成物中のあらゆる置換または非置換ジフェニルアミンの重量%に関する記載は、特に指定しない限り、常にその組成物(例えば、アルキル化ジフェニルアミン組成物または反応組成物)中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンとの総重量に基づくものである。
【0015】
アルキル化反応
a)非置換ジフェニルアミンのb)ジイソブチレンおよび/または式(I)の1種類以上のα−オレフィンとc)他のオレフィン組成物とのd)クレー触媒の存在下におけるアルキル化反応は、フリーデル−クラフツアルキル化反応またはフリーデル−クラフツアルキル化反応と類似の反応であると考えられる。前記反応は、少なくとも部分的には、ジイソブチレンのα−オレフィン官能基、式(I)のα−オレフィンおよび/または他のオレフィン組成物の他のオレフィンが、ジフェニルアミンのベンゼン環をアルキル化するというα−オレフィンアルキル化反応であると考えられる。
【0016】
一般に、前記他のオレフィン組成物には、反応条件下において、ジイソブチレンまたは式(I)のα−オレフィンよりも非置換ジフェニルアミンに対する反応性が高い少なくとも1種類の他のオレフィンが含まれる。本願明細書では、同じ反応条件下においてある反応物質が他の反応物質よりも速く非置換ジフェニルアミンと反応する(すなわち、前者の活性が後者よりも高い)場合、前記他の反応物質よりも前記ある反応物質の方が非置換ジフェニルアミンに対して”より高い反応性”を示すことを意味する。この類の化学反応においてあるオレフィンが他のオレフィンよりも高い活性を示す理由としては、例えば、立体障害が低いこと、より安定なカルボカチオン(例えば、第2級カルボカチオンに対して第3級カルボカチオン)を形成しようとするオレフィンの能力、および/またはオレフィンによって形成されるカルボカチオンの化合物の他の部分による安定化(例えば、オレフィンの二重結合と共役したベンゼン環)が挙げられる。
【0017】
非置換ジフェニルアミンに対する反応性がジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンよりも高いオレフィンとしては、イソブチレン、スチレンおよびα−メチルスチレンが挙げられる。イソブチレンは、少なくとも立体的な理由のためにジイソブチレンよりも非置換ジフェニルアミンジフェニルアミンとの方がより反応性が高いということ、およびイソブチレンは、式(I)のα−オレフィンによって形成される第2級カルボカチオンよりも一般に安定である第3級カルボカチオンを形成することができるので、式(I)のα−オレフィンよりも非置換ジフェニルアミンジフェニルアミンとの方が反応性が高いと考えられる。スチレンとα−メチルスチレンは、共役二重結合したベンゼン環の安定化効果により、ジイソブチレンや式(I)のα−オレフィンよりも非置換ジフェニルアミンジフェニルアミンの方が反応性が高いと考えられる。
【0018】
反応の成分
反応物質として用いられる非置換ジフェニルアミンまたはその溶液は、一般に、アルキル化反応前には、一置換、二置換または多置換(例えば、アルキル化された)ジフェニルアミンを少量(例えば、非置換ジフェニルアミン、一置換ジフェニルアミン、二置換ジフェニルアミンおよび多置換ジフェニルアミンの総重量に基づいて10または20重量%を下回る量)だけ含有している。反応物質として用いられる初期の非置換ジフェニルアミンには、これらの一置換、二置換または多置換ジフェニルアミン成分が実質的に含有されていない(それらの量が5重量%よりも少ない、通常は2重量%よりも少ないときに「含有されていない」と定義される)ことが好ましい。
【0019】
ジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンが前記反応に加えることにより、非置換ジフェニルアミンのベンゼン環の少なくとも1つがアルキル化される。ジイソブチレンは、イソブチレンから生成することができる。この生成物は、2種類の異性体、すなわち、2,2,4−トリメチル−1−ペンテンと2,2,4−トリメチル−2−ペンテンとの混合物でもよい。前記1つ目の異性体はα−オレフィンであり、アルキル化反応においてはもう一方の異性体よりも一般に反応性が高い。少なくとも場合によっては、ジイソブチレンの大部分、一般に、ジイソブチレンの少なくとも60重量%は前記1つ目の異性体(2,2,4−トリメチル−1−ペンテン)である。市販されている好適なジイソブチレンの1つとして、Neochem Corp.、Bayonne、NJ.が挙げられる。
【0020】
アルキル化ジフェニルアミン組成物を形成するのに用いられる好適なα−オレフィンとしては、下記化学式:
【化5】
ここでR1、R2およびR3は、α−オレフィンのα−オレフィン結合による非置換ジフェニルアミンのアルキル化を実質的に妨げない官能基である、
で表される化合物が挙げられる。前記官能基R1、R2およびR3は、例えば、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物の少なくとも90モル%、一般に少なくとも95モル%、多くの場合少なくとも99モル%が、α−オレフィンのα−オレフィン結合を介して非置換ジフェニルアミンのアルキル化によって形成される場合に、前記非置換ジフェニルアミンのアルキル化を実質的に妨げない。
【0021】
一般に、式(I)のα−オレフィンは、第2級カルボカチオンを形成することができる。式(I)で表される好適なα−オレフィンとしては、炭素数が6〜18である化合物が挙げられるが、それらに限定されるわけではない。これらの化合物には、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセンおよび1−オクタデセンの如き線状α−オレフィンが包含される。
【0022】
R1、R2およびR3として好適な官能基の例としては、水素、アルキル基、アルコキシ基、エステル基、シアノ基およびアリール基が挙げられる。アルケニル基、置換アルキル基および置換アリール基の如き他の官能基は、もしこれらの官能基が、式(I)に示されるように、第1炭素間のα−オレフィン結合による非置換ジフェニルアミンのアルキル化を実質的に妨げなければ、使用することができる。式(I)のα−オレフィンが炭素間二重結合を1つだけ有することが好ましい。
【0023】
クレー触媒はアルミノケイ酸塩である。前記クレー触媒のアルミニウムIIIカチオンは、一般に、酸素アニオンと八面体の形態で結合している。二次元でこれらのAlO6単位を繰り返すと八面体層が形成される。同様に、四面体層は、SiO4ケイ酸塩単位から形成される。クレーは、四面体層と八面体層の相対的な数によって分類される。有機化学分野で用いられているモンモリロナイトクレーは、2つの四面体層の間に挟まれた1つの八面体層を有する。
【0024】
非置換ジフェニルアミンのアルキル化反応において有用なクレーとしては、漂白オイルや漂白ワックスに用いられるものが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらは、酸活性白土と呼ばれることが多い。好適なクレーの例としては、サブベントナイトまたはベントナイトが挙げられるが、これらは、空気乾燥状態では急速にスラッキングすること、および、水中ではほんの僅かだけ膨張することによって特徴付けられる。これらのクレーには、粘土鉱物である前記モンモリロナイトが包含される。粉末のクレー触媒が好ましい。
【0025】
市販されている好適なクレー触媒としては、Engelhard Corp.(Iselin、NJ)から販売されているFiltrol(登録商標)およびRetrol(登録商標)、および、Laporte Inc.(Gonzales、TX)から販売されているFulcat(登録商標)14、Fulmont(登録商標)700C、Fulmont(登録商標)237およびFulcat(登録商標)22Bが挙げられる。これらのクレーは、酸活性白土または酸浸出白土(acid leached clay)を含んでいてもよいが、通常は酸活性白土が好ましい。前記クレー触媒はある程度の水分を含有していてもよい。使用前にこの水分を取り除くことにより、反応生成物の色がより明るくなる。従って、含水率の低いクレーを使用すること、または、場合により窒素を流しながらまたは真空ストリッピングを行いながらクレーを加熱することによって水分を除去することが望ましいかもしれない。
【0026】
非置換ジフェニルアミンをアルキル化するための触媒として用いられる場合の(酸活性ベントナイトクレーの如き)クレーは、一般に、AlCl3、BF3、Et2OおよびSbCl3の如き他のアルキル化触媒よりも均整のとれたモノアルキル化ジフェニルアミンとなる。通常、クレーは有色種を優先的に吸収するので、他のアルキル化触媒よりもアルキル化生成物中における黄変度が低くなる。
【0027】
前述の特定のオレフィンを使用し且つ他の反応条件を最適化した場合、望ましいモノアルキル化ジフェニルアミンの量はかなりの量とすることができ、そして、モノアルキル化ジフェニルアミンほど望ましくはない非置換ジフェニルアミンと対称型二置換ジフェニルアミン(例えば、ジオクチルジフェニルアミンまたはジブチルジフェニルアミン)の量を低く保つことができる。これらの生成物の所望の割合は、モノアルキルジフェニルアミンのさらなるアルキル化よりはむしろ非置換ジフェニルアミンのアルキル化反応に優先的に触媒作用を及ぼすクレー触媒の結果である。クレーの四面体層および八面体層は、触媒中の反応部位に対して、非置換ジフェニルアミン分子よりも、嵩高い第3級オクチル基を有するモノアルキルジフェニル分子により少ない接触を提供すると考えられる。モノアルキル化ジフェニルアミンは、反応生成物中のモノアルキル化ジフェニルアミンの濃度を高めることのできる他の触媒を用いた場合よりも、クレー触媒を用いた場合の方が、ジアルキル化またはポリアルキル化ジフェニルアミンへの転換が遅い。クレー触媒を特定することにより、AlCl3、ZnCl3、SnCl4、H3PO4、BF3またはSbCl3の使用量は、特定の条件下において10モル%以下の非置換ジフェニルアミンをアルキル化するのに効果的な量に限定される。
【0028】
一般に、前記他のオレフィン組成物には、非置換ジフェニルアミンに対する反応性がジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンよりも高い他のオレフィンが少なくとも1種類含まれている。一般に、前記他のオレフィン組成物は、非置換ジフェニルアミンを除去したりまたはその量を減らしたりするために添加される。好適な他のオレフィンとしては、イソブチレン、スチレンおよびα−メチルスチレンが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
【0029】
これまで溶媒をアルキル化反応に用いて反応成分を溶媒和することが行われてきたが、溶媒をほとんど(例えば、非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンと、クレーとの反応性組成物に対して5重量%よりも少ない量)または全く使用せずにジフェニルアミンをアルキル化することが好ましい。溶媒を用いる場合、好適な溶媒の例としては、ミネラルスピリット、トルエンおよびヘプタンが挙げられる。
【0030】
反応条件
一般に、前記非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンと、クレーを混合すると反応組成物が形成される。前記反応組成物が形成された直後または形成されてから少し時間が経った後(例えば、前記反応組成物を105〜200℃の初期設定値温度まで加熱するのに必要な時間の後またはその最中)に、前記他のオレフィン組成物の少なくとも1部が、前記反応組成物に添加される。米国特許第5,750,787号に記載される方法とは異なり、前記反応組成物に前記他のオレフィン組成物を添加し始める前に、前記反応組成物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンとの総重量に対して少なくとも50重量%のモノアルキル化ジフェニルアミン(例えば、モノオクチルジフェニルアミン)が含まれるようになるまで待つ必要は全くない。
【0031】
クレー触媒の存在下における非置換ジフェニルアミンとジイソブチレンとのアルキル化反応の場合、前記非置換ジフェニルアミンの大部分をアルキル化するのに十分なジイソブチレンを供給するには、初期反応物質(すなわち、ジイソブチレンと非置換ジフェニルアミン)のモル比は一般に少なくとも約0.6:1である。ジイソブチレンと非置換ジフェニルアミンのモル比は、ジオクチルジフェニルアミンの形成を抑制するには、一般に2:1以下である。前記初期反応物質の好適なモル比は、0.7:1〜1.7:1の範囲であることが分かっている。一般に、前記初期反応物質のモル比は、例えば、0.8:1〜1.4:1の範囲である。
【0032】
式(I)のα−オレフィンの場合、反応物質(式(I)のα−オレフィンと非置換ジフェニルアミン)のモル比は、一般に少なくとも1:1である。さらに、式(I)のα−オレフィンと非置換ジフェニルアミンのモル比は、対称型二置換ジフェニルアミンの形成を少なくするには、一般に2:1以下である。反応物質の好適なモル比は、例えば、1.1:1〜1.7:1の範囲である。一般に、これらの反応物質のモル比は、1.2:1〜1.5:1の範囲である。ジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンのアルキル化反応への添加は、調節しながら(例えば、一定速度または可変速度で)行われてもよく、全部を一度に又は複数のバッチとして添加されてもよいし、あるいは他の添加方法によって添加されてもよい。一般に、アルキル化ジフェニルアミン組成物はバッチ形式で形成されるが、本願明細書に記載される方法も連続処理に使用することができる。
【0033】
前記反応に添加されるクレー触媒の量は、例えば、所望の反応速度、反応生成物から前記触媒を除去することの困難さ、および所望の反応組成物を含む様々な要素に依存することがある。前記クレー触媒は、反応物質として用いられる非置換ジフェニルアミンの量に対して、例えば約0.5〜約60重量%の量で、前記アルキル化反応に用いられる。一般に、クレーの量は、反応物質として用いられる非置換ジフェニルアミンの量に対して、約0.5〜約20重量%の範囲である。少なくとも1部の実施態様においては、クレーの量は、反応物質として用いられる非置換ジフェニルアミンの量に対して、約1〜約5重量%の範囲である。
【0034】
初期設定値温度は、非置換ジフェニルアミン並びにジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンを混合した後に反応容器が最初に加熱される初期温度として定義されるが、これらの化合物の反応はこれより低い温度で起こることがあり得る。一般に、この初期設定値温度は、例えば特定の反応物質、反応速度、反応時間および/または反応組成物の如き様々な要素を考慮して選択される。しかしながら、反応の最中に、反応組成物の温度が前記初期設定値温度よりも高くなったり低くなったりすることがあることは理解されるであろう。
【0035】
アルキル化オレフィンがジイソブチレン(DIB)である場合には初期設定値温度は一般に少なくとも約105℃であり、それ以外では反応速度が遅くなり好ましくない。前記初期設定値温度は、反応生成物の劣化を防ぐには、一般に200℃以下である。一般に、前記初期設定値温度は120〜185℃の範囲の温度である。しかしながら、オクチル基のクラッキングは約165℃よりも高い温度で起こり始めるので、初期設定値温度は165℃以下でもよい。従って、初期設定値温度は120〜165℃の範囲の温度でもよい。145〜165℃の範囲の初期設定値温度が実施例において説明される。
【0036】
(前記他のオレフィン組成物との反応を含む)全反応時間は、反応温度に依存することがある。約165℃以下の初期設定値温度の場合、(前記他のオレフィン組成物との反応を含む)最終生成物が得られるまでの全反応時間は、一般に約1時間以上、多くの場合約2〜5時間である。これより高い温度の場合、反応時間はこれよりも少ないことがある。
【0037】
アルキル化オレフィンが式(I)のα−オレフィンである場合、初期設定値温度は、例えば、少なくとも約130℃であり、約200℃ほどの高温でもよい。最終生成物が得られるまでの全反応時間は、一般に少なくとも1時間であり、2〜10時間の範囲の時間でもよい。ジイソブチレンとα−オレフィンの混合物を用いる場合、初期設定値温度は一般に130〜200℃である。
【0038】
実施態様によっては、非置換ジフェニルアミンとジイソブチレン(および/または式(I)のα−オレフィン)を反応器または他の容器内で混合した直後に前記他のオレフィン組成物をこれらの反応物質に添加してもよい。他の実施態様では、前記他のオレフィン組成物は、もっと後に添加される。例えば、場合によっては、非置換ジフェニルアミンは、反応容器内で、少なくとも105℃、高くとも200℃の初期設定値温度にまで加熱される。一般に、この初期設定値温度は120〜165℃である。ジイソブチレン(および/または式(I)のα−オレフィン)は、添加時の初期段階においてはもっと温度が低いので、反応混合物の温度を下げることになる。それから、非置換ジフェニルアミンおよびジイソブチレン(および/または式(I)のα−オレフィン)は、初期設定値温度まで加熱されてもよい。前記反応混合物が初期設定値温度まで加熱される過程で、または、前記反応混合物が初期設定値温度に到達する時点で、前記他のオレフィンの少なくとも1部が添加される。
【0039】
初期設定値温度に到達するまでの時間は、少なくとも場合によっては約30分以下である。実施例において、初期設定値温度に到達するまでの時間は、10分以下であった。反応温度に到達する前、または、初期設定値温度に到達した後の1〜5分以内に、前記他のオレフィンの少なくとも一部が添加される。約165℃よりも高い反応温度の場合、これらの到達時間がさらに短くなることがある。一般に、前記反応混合物は、前記他のオレフィンが添加される前に、前記反応混合物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンとの総重量に対して50重量%よりも少ないモノアルキル化ジフェニルアミンを含有している。モノアルキル化ジフェニルアミンの量は、液体クロマトグラフィーまたはガスクロマトグラフィーの如き方法によって求めることができる。
【0040】
反応物質として用いられる非置換ジフェニルアミンに対する前記他のオレフィン組成物のモル比は、一般に少なくとも0.2:1、高くとも1.7:1である。反応物質として用いられる非置換ジフェニルアミンに対する前記他のオレフィン組成物のモル比は、例えば、初期反応に用いられる非置換ジフェニルアミンに対するジイソブチレンおよび/または式(I)のα−オレフィンのモル比、所望のアルキル化ジフェニルアミン組成物および前記他のオレフィンが添加される時間の如き要因に依存することがある。非置換ジフェニルアミンに対する他のオレフィン組成物の標準的なモル比の範囲は、約0.5:1〜1:1である。前記他のオレフィンの反応混合物への添加は、調節しながら(例えば、一定速度または可変速度で)行われてもよく、全部を一度に又は複数のバッチとして添加されてもよいし、あるいは他の添加方法によって添加されてもよい。前記他のオレフィンを添加した後、反応は一般に少なくとも1時間、通常は2時間以上(例えば、2〜5時間)は実施される。
【0041】
少なくともある場合においては、前記他のオレフィンと非置換ジフェニルアミンの間の反応は発熱性であるため、前記他のオレフィンを添加することによって反応温度が初期設定値温度を超えることがあり得る。冷却装置が反応混合物を冷却するために用いられてもよい。ある場合においては、反応混合物の温度は、例えば200℃を超えると急騰する場合がある。ある場合においては、前記硬化点温度は、前記他のオレフィン組成物を添加する前または後に上昇したり下降したりすることがある。
【0042】
温度に加えて、反応容器内の圧力を監視、および場合によっては、制御してもよい。それらの場合、圧力は、通常、100psi(約7×105Pa)に保たれる。オレフィンの蒸気圧による高い圧力が見込める場合には、オートクレーブ内でアルキル化反応を行うことができる。
【0043】
一般に、最終的に得られるアルキル化ジフェニルアミン組成物は液体または油である。前記アルキル化ジフェニルアミン組成物には、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンとの総重量に対して、一般に3重量%以下、好ましくは2重量%以下の非置換ジフェニルアミンが含有されている。実施態様によっては、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物には、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンとの総重量に対して、1重量%以下の非置換ジフェニルアミンが含有されている。
【0044】
ジイソブチレンが反応物質として用いられる場合、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物には、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンとの総重量に対して、一般に25重量%以下、好ましくは20重量%以下のジオクチルジフェニルアミンが含有されている。
【0045】
ある態様においては、前記他のオレフィンがイソブチレンである場合、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物には、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンの総重量に対して20重量%以下、好ましくは15重量%以下のジブチルジフェニルアミンが含有されている。
【0046】
ある態様においては、前記他のオレフィンがイソブチレンである場合、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物には、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンの総重量に対して、少なくとも25重量%、好ましくは少なくとも30重量%のブチルオクチルジフェニルアミンが含有されている。
【0047】
少なくともある場合においては、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物には、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンの総重量に対して35重量%または40重量%以下の一置換ジフェニルアミンが含有されている。
【0048】
未反応のオレフィンを蒸留によって反応生成物から取り除いてもよい。一般に、これは、アルキル化ジフェニルアミン組成物から不純物である未反応のオレフィンを取り除くために行われる。クレーは、濾過または他の公知の分離法によって取り除くことができる。場合によって、例えば、特定の用途に対してジフェニルアミンの量がまだ多過ぎる場合、必要に応じて、残留している非置換ジフェニルアミンの1部を分別蒸留や真空蒸留の如き方法によって取り除いてもよい。
【0049】
本願明細書のアルキル化ジフェニルアミン組成物は、天然および合成の油およびポリマーが加工反応中および最終的に潤滑剤または商品として使用される際に酸化分解を起こさないように、それらを安定化させる酸化防止剤として有用である。それらを他の酸化防止剤および添加剤と組み合わせて用いてもよい。例えば、潤滑液体は、十分な酸化防止効果を得るために、一般に前記潤滑液体の総重量に対して少なくとも0.2重量%の酸化防止剤を含有している。酸化防止剤の量は、潤滑液体の総重量に対して約2重量%以下であることが多い。一般に、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物の如き酸化防止剤の量は、潤滑液体の総重量に対して0.5〜1重量%である。酸化防止剤は、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物のうちのどれでもよい。
【0050】
一般に、前記潤滑液体は、モーター用、エンジン用、タービン用または他の目的用の潤滑油および潤滑グリースの如き潤滑剤をベースにしている。前記潤滑液体には、例えば、フリクションモディファイヤー、洗剤、増粘剤、腐食抑制剤および他の酸化防止剤の如き他の添加剤が含有されていてもよい。これらの添加剤の使用法および種類は公知である。好適な洗剤の例としては、メタルスルホナートおよびメタルフェナートが挙げられる。好適な増粘剤の例としては、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリブテンおよびポリビニルピロリドンの如きポリマーが挙げられる。好適な腐食抑制剤の例としては、アルキル化ベンゾトリアゾールが挙げられる。他の酸化防止剤の例としては、ヒンダードフェノールが挙げられる。
【0051】
実施例
実施例1
3,080ポンド(約1,400kg)のジフェニルアミン(Aristech Chemical Corp.、Pittsburgh、PA)と、125ポンド(約56.8kg)のRetrol(登録商標)F−20クレー(Engelhard Corp.、Iselin、NJ)を反応器内で混合し、10分間で140℃まで加熱し、水分を取り除いた。次に、これらの成分を150℃まで加熱した。次に、約2,658ポンド(443ガロン、約1,208kg、約1,677リットル)の室温のジイソブチレン(Neochem、Bayonne、NJ)を、50ガロン(約189リットル)/分の速度で、前記反応器に投入した。反応温度は一旦下がり、その後、150℃の初期設定値温度にまで再び上昇した。前記ジイソブチレンを最初に添加してから約10分以内に、630ポンド(約286kg)のイソブチレン(Exxon Chemical Co.、Baytown、TX)を、18ポンド(約8.2kg)/分の速度で、前記反応器に投入した。経験と米国特許第5,750,787号に記載されている実施例に基づくと、ジイソブチレンとジフェニルアミンとの反応性組成物が少なくとも50重量%のモノオクチルジフェニルアミンを形成する前に、イソブチレンが添加されたと考えられる。
【0052】
添加後、反応は30分間続いた。この反応の発熱する性質により、温度は、最高約200℃にまで達した。圧力は、約80psi(約5.5×105Pa)に達した。前記反応容器の周りに冷却水を用いることによって温度を約170〜200℃の間に保った。得られた反応混合物を160℃まで冷却し、26ポンド(約11.8kg)のイソブチレンを、6ポンド(約2.7kg)/分の速度で、前記反応器に投入した。そして、得られた混合物を、160℃で、さらに2時間反応させた。反応終了後、未反応のジイソブチレンを、130℃、50mmHgの条件下において、30分間除去した。得られた生成物を濾過してクレーを取り除いた。
【0053】
アルキル化ジフェニルアミン反応生成物は、ガスクロマトグラフィーによって決定されたように、0.99重量%の非置換ジフェニルアミンと、14.6重量%のモノブチルジフェニルアミンと、21.98重量%のモノオクチルジフェニルアミンと、9.95重量%のジブチルジフェニルアミンと、27.80重量%のブチルオクチルジフェニルアミンと、18.68重量%のジオクチルジフェニルアミンを有する、薄い黄色の油であった。
【0054】
実施例2
50ガロン(約189リットル)の反応器内で、144ポンド(約65.5kg)のジフェニルアミンと、5.9ポンド(約2.7kg)のFiltrol(登録商標)クレー(Engelhard Corp.、Iselin、NJ)を混合し、20分間で160℃まで加熱し、水分を取り除いた。次に、約124.3ポンド(約56.5kg)の室温のジイソブチレンを、1分以内に前記反応器に投入した。反応温度は一旦下がり、その後、160℃の初期設定値温度にまで再び上昇した。前記ジイソブチレンを最初に添加してから約10分以内に、28.7ポンド(約13kg)のイソブチレンを約30分かけて前記反応器に投入し、圧力を約90psi(約6.2×105Pa)よりも低く保った。経験と米国特許第5,750,787号に記載されている実施例に基づくと、ジイソブチレンとジフェニルアミンとの反応性組成物が少なくとも50重量%のモノオクチルジフェニルアミンを形成する前に、イソブチレンが添加されたと考えられる。
【0055】
添加後、反応は30分間続いた。この反応の発熱する性質により、反応中の温度は、最高約170℃にまで達した。前記反応容器の周りに冷却水を用いることによって、約30分間温度を約170℃に保った。得られた反応混合物を140℃まで冷却し、8.6ポンド(約3.9kg)のイソブチレンを、約0.3ポンド(約0.14kg)/分の速度で、前記反応器に投入した。そして、得られた混合物を、140℃で、さらに2時間反応させた。反応終了後、未反応のジイソブチレンを、130℃、50mmHgの条件下において、30分間除去した。得られた生成物を濾過してクレーを取り除いた。
【0056】
得られたアルキル化ジフェニルアミン反応生成物は、ガスクロマトグラフィーによって決定されたように、0.9重量%の非置換ジフェニルアミンと、14.7重量%のモノブチルジフェニルアミンと、20.1重量%のモノオクチルジフェニルアミンと、13.5重量%のジブチルジフェニルアミンと、32.5重量%のブチルオクチルジフェニルアミンと、17.3重量%のジオクチルジフェニルアミンを有する、薄い黄色の油であった。
【0057】
実施例3
50ガロン(約189リットル)の反応器内で、144ポンド(約65.5kg)のジフェニルアミンと、5.9ポンド(約2.7kg)のFiltrol(登録商標)クレー(Engelhard Corp.、Iselin、NJ)とを混合し、20分間で160℃まで加熱し、水分を取り除いた。次に、約124.3ポンド(約56.5kg)の室温のジイソブチレンを、約60ポンド(約27kg)/分の速度で、前記反応器に投入した。反応温度は140℃にまで一旦下がり、その後、160℃の初期設定値温度にまで再び上昇した。前記ジイソブチレンを最初に添加してから約10分以内に、37.4ポンド(約17kg)のイソブチレンを1時間かけて前記反応器に投入した。この反応の発熱する性質により、反応中の温度は、最高約190℃にまで達した。経験と米国特許第5,750,787号に記載されている実施例に基づくと、ジイソブチレンとジフェニルアミンとの反応性組成物が少なくとも50重量%のモノオクチルジフェニルアミンを形成する前に、イソブチレンが添加されたと考えられる。
【0058】
そして、得られた反応混合物を、160℃で、さらに2時間反応させた。反応終了後、未反応のジイソブチレンを、130℃、50mmHgの条件下において、30分間除去した。得られた生成物を濾過してクレーを取り除いた。
【0059】
得られたアルキル化ジフェニルアミン反応生成物は、ガスクロマトグラフィーによって決定されたように、1.4重量%の非置換ジフェニルアミンと、17.3重量%のモノブチルジフェニルアミンと、21.5重量%のモノオクチルジフェニルアミンと、12.5重量%のジブチルジフェニルアミンと、34.4重量%のブチルオクチルジフェニルアミンと、16.9重量%のジオクチルジフェニルアミンを有する、薄い黄色の油であった。
【0060】
実施例4
43ポンド(約19.5kg)のイソブチレンを添加したこと以外は、実施例3に記載される条件と同じ条件を用いた。経験と米国特許第5,750,787号に記載されている実施例とに基づくと、ジイソブチレンとジフェニルアミンとの反応性組成物が少なくとも50重量%のモノオクチルジフェニルアミンを形成する前に、イソブチレンが添加されたと考えられる。得られたアルキル化ジフェニルアミン反応生成物は、0.6重量%よりも少ない量の非置換ジフェニルアミンを含有していた。
【0061】
実施例5
イソブチレンの代わりに62ポンド(約28.2kg)のスチレン(Chevron Chemical Co.、San Ramon、CA)を140℃の温度で1時間掛けて反応器に投入したこと以外は、実施例3に記載される条件と同じ条件を用いた。経験と米国特許第5,750,787号に記載されている実施例に基づくと、ジイソブチレンとジフェニルアミンとの反応性組成物が少なくとも50重量%のモノアルキル化ジフェニルアミンを形成する前に、スチレンが添加されたと考えられる。得られたアルキル化ジフェニルアミン反応生成物は、2重量%よりも少ない量の非置換ジフェニルアミンと、20重量%よりも少ない量のジオクチルジフェニルアミンを含有していた。
【0062】
本発明は、上記の特定の実施例に限定されると考えられるべきではなく、むしろ添付の請求の範囲にかなり詳しく述べられているような本発明のすべての態様を包括するものであると理解されるべきである。各種の改良、等価な方法、その他本発明が適用され得る多数の構成が、本発明が本明細書を再吟味することにより示される当該技術分野における当業者に容易に明らかとなるであろう。
Claims (18)
- (a)非置換ジフェニルアミンと、少なくとも1種類のオレフィンとを、アルミノケイ酸塩のクレー触媒の存在下において反応させて前記少なくとも1種類のオレフィンが、ジイソブチレンと、化学式(I):
で表されるα−オレフィンよりなる群から選択される、反応生成物を形成する工程と、
(b)ジイソブチレンまたは式(I)のα−オレフィンよりも非置換ジフェニルアミンと反応性の高い、スチレン、α−メチルスチレンまたはイソブチレンを含有してなる他のオレフィン組成物を前記反応性組成物に添加して前記反応性組成物と反応させそしてアルキル化ジフェニルアミン組成物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンの総重量に対して3重量%以下の非置換ジフェニルアミンを含有する前記アルキル化ジフェニルアミン組成物を生成する工程からなるアルキル化ジフェニルアミン組成物の製法であって、
(i)前記他のオレフィン組成物を添加し始めるときに、前記反応性組成物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンの総重量に対して少なくとも50重量%のモノアルキル化ジフェニルアミンを前記反応性組成物中に形成する前に、前記他のオレフィン組成物の少なくとも1部が前記反応性組成物に添加されそしてモノアルキルジフェニルアミン(MOD)が40重量%以下であるアルキル化ジフェニルアミン組成物を生成する、アルキル化ジフェニルアミン組成物の製法。 - 非置換ジフェニルアミンと少なくとも1種類のオレフィンとを反応させる工程が、非置換ジフェニルアミンとジイソブチレンとをクレー触媒の存在下において反応させて反応性組成物を形成することからなる、請求項1に記載の方法。
- 他のオレフィン組成物を添加する工程が、イソブチレンを前記反応性組成物に添加して前記反応性組成物と反応させそして前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンの総重量に対して3重量%以下の非置換ジフェニルアミンと、少なくとも25重量%のブチルオクチルジフェニルアミンとを含有する前記アルキル化ジフェニルアミン組成物を生成することからなる、請求項2に記載の方法。
- 非置換ジフェニルアミンとジイソブチレンとを反応させて反応組成物を形成する工程が、前記反応組成物を反応容器内で140〜165℃の範囲の初期設定値温度にまで加熱することからなる、請求項2に記載の方法。
- (i)非置換ジフェニルアミンとジイソブチレンとをクレー触媒の存在下において反応させる工程が、前記非置換ジフェニルアミン、前記ジイソブチレンおよび前記クレー触媒を反応容器内で混合することからなり、そして
(ii)他のオレフィン組成物を添加する工程が、前記非置換ジフェニルアミン、前記ジイソブチレンおよび前記クレー触媒を前記反応容器内で混合する前記工程を開始してから30分以内に前記他のオレフィン組成物の少なくとも1部を添加することからなる、請求項4に記載の方法。 - 他のオレフィン組成物を添加する工程が、イソブチレンを添加することからなる、請求項1に記載の方法。
- 他のオレフィン組成物を添加する工程が、イソブチレンを前記反応性組成物に添加して前記反応性組成物と反応させそして前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンの総重量に対して3重量%以下の非置換ジフェニルアミンと、40重量%以下のモノアルキル化ジフェニルアミンとを含有する前記アルキル化ジフェニルアミン組成物を生成することからなる、請求項1に記載の方法。
- 他のオレフィン組成物を添加する工程が、スチレンとα−メチルスチレンよりなる群から選択される少なくとも1種類の化合物を添加することからなる、請求項1に記載の方法。
- (i)非置換ジフェニルアミンと少なくとも1種類のオレフィンとをクレー触媒の存在下において反応させる工程が、前記非置換ジフェニルアミン、前記少なくとも1種類のオレフィンおよび前記クレー触媒を反応容器内で混合することからなり、そして
(ii)他のオレフィン組成物を添加する工程が、前記非置換ジフェニルアミン、前記少なくとも1種類のオレフィンおよび前記クレー触媒を前記反応容器内で混合する前記工程を開始してから10分以内に前記別のオレフィン組成物の少なくとも1部を添加することからなる、請求項1に記載の方法。 - 非置換ジフェニルアミンと少なくとも1種類のオレフィンとを反応させる工程が、非置換ジフェニルアミンと炭素数が6〜18である式(I)のα−オレフィンとをクレー触媒の存在下において反応させて反応性組成物を形成することからなる、請求項1に記載の方法。
- 非置換ジフェニルアミンと少なくとも1種類のオレフィンとを反応させる工程が、非置換ジフェニルアミンと、R1、R2およびR3が独立して水素とアルキルよりなる群から選択される式(I)のα−オレフィンとを、クレー触媒の存在下において反応させて反応性組成物を形成することからなる、請求項10に記載の方法。
- (a)非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンと、イソブチレンとを、クレー触媒の存在下において反応させてアルキル化ジフェニルアミン組成物を形成する工程からなり、ここで前記アルキル化ジフェニルアミン組成物が、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンの総重量に対して、少なくとも25重量%のブチルオクチルジフェニルアミンと、3重量%以下の非置換ジフェニルアミンと、25重量%以下のジオクチルジフェニルアミンからなる、請求項1に記載の方法。
- 前記反応工程が、非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンと、イソブチレンとを、クレー触媒の存在下において反応させてアルキル化ジフェニルアミン組成物を形成することからなり、ここで前記アルキル化ジフェニルアミン組成物が、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンの総重量に対して少なくとも30重量%のブチルオクチルジフェニルアミンを含有してなる、請求項12に記載の方法。
- 前記反応工程が、非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンと、イソブチレンとを、クレー触媒の存在下において反応させてアルキル化ジフェニルアミン組成物を形成することからなり、ここで前記アルキル化ジフェニルアミン組成物が、前記アルキル化ジフェニルアミン組成物中の非置換ジフェニルアミンと置換ジフェニルアミンの総重量に対して40重量%以下のモノアルキル化ジフェニルアミンを含有してなる、請求項12に記載の方法。
- 前記反応工程が、
(i)非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンと、クレー触媒とを混合して反応組成物を形成すること、
(ii)前記反応組成物を初期設定値温度まで加熱すること、そして
(iii)前記反応組成物にイソブチレンを添加すること、ここで前記反応組成物が前記反応組成物中の置換ジフェニルアミンと非置換ジフェニルアミンの総重量に対して少なくとも50重量%のモノオクチルジフェニルアミンを有する前に、前記イソブチレンの少なくとも1部が前記反応組成物に添加される、
ことからなる請求項12に記載の方法。 - 前記加熱工程が、前記反応組成物を反応容器内で140〜165℃の範囲の初期設定値温度にまで加熱することからなる、請求項15に記載の方法。
- 前記反応工程が、
(i)非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンと、クレー触媒とを混合して反応組成物を形成すること、そして
(ii)前記反応組成物にイソブチレンを添加すること、ここで前記非置換ジフェニルアミン、ジイソブチレンおよびクレー触媒を混合する工程を開始してから30分以内に、イソブチレンの少なくとも1部が前記反応組成物に添加される、
ことからなる請求項16に記載の方法。 - 前記反応工程が、
(i)非置換ジフェニルアミンと、ジイソブチレンと、クレー触媒とを混合して反応組成物を形成すること、そして
(ii)前記反応組成物にイソブチレンを添加すること、ここで前記非置換ジフェニルアミン、ジイソブチレンおよびクレー触媒を混合する工程を開始してから10分以内に、イソブチレンの少なくとも1部が前記反応組成物に添加される、
ことからなる請求項12に記載の方法。
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