JP7481814B2 - せん断抵抗性の改善を示す粘度指数向上剤 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリブタジエン系モノマーを含むポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーおよびその製造方法に関する。さらに本発明は、潤滑剤配合物の粘度指数向上剤としての前記ポリマーの使用、および前記ポリマーを含む潤滑剤組成物に関する。
CO2排出量および化石燃料消費量に関する厳格な世界政府の自動車規制により、自動車産業は、より良好な燃費を実現するシステムの開発を余儀なくされている。手段の1つに、ハードウェアの変更および軽量素材の使用が挙げられる。もう1つの手段は、トランスミッションまたはエンジンにおける、より低粘度グレードの潤滑剤の使用である。この手段には依然として、粘度を、トランスミッションまたはエンジンの金属部品を保護するのに十分な高さに調整することが必要である等の、いくつかの制限がある。したがって、粘度を最適値に調整し、その粘度を、適用の全温度範囲にわたって可能な限り一定に保つよう試みることが重要である。
驚くべきことに、請求項1記載のポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーは、潤滑剤配合物において良好なせん断安定性と高い粘度指数との組合せを提供するため、上記の技術的課題を解決することが判明した。本発明は、ポリアルキル(メタ)アクリレートにおいて、多量のメチル(メタ)アクリレートを、特定量のブチル(メタ)アクリレートおよび1,800g/mol~2,200g/molの分子量を有する水素化ポリブタジエンと併用することにより、得られるポリマーが優れたせん断安定性および高い粘度指数を示すという知見に基づく。
本発明のポリマー
第1の態様において、本発明は、モノマー組成物の重合によって得ることができるポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーであって、前記モノマー組成物は、
a)(メタ)アクリル酸と数平均分子量1,800~2,200g/molの1つのヒドロキシル化水素化ポリブタジエンとの1つ以上のエステルを、前記モノマー組成物の総質量に対して15~35質量%と、
b)メチル(メタ)アクリレートおよびブチル(メタ)アクリレートを、前記モノマー組成物の総質量に対して50~60質量%と、
c)1つ以上の直鎖または分岐鎖C7~C30アルキル(メタ)アクリレートを、前記モノマー組成物の総質量に対して5~35質量%と
を含み、ここで、メチル(メタ)アクリレートとブチル(メタ)アクリレートとの質量比は、5:1~3:1である、ポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーに関する。
本発明により使用するためのヒドロキシル化水素化ポリブタジエン(モノマーa))は、1,800g/mol以上2,200g/mol未満の数平均分子量Mnを有する。その分子量が高いことから、ヒドロキシル化水素化ポリブタジエンを、本発明の文脈においてマクロアルコールと呼ぶ場合もある。対応する(メタ)アクリル酸エステルを、本発明の文脈においてマクロモノマーと呼ぶ場合もある。
該モノマー組成物は、モノマーb)として、メチル(メタ)アクリレートおよびブチル(メタ)アクリレートを、該モノマー組成物の総質量に対して50~60質量%、より好ましくは50~55質量%含み、ここで、メチル(メタ)アクリレートとブチル(メタ)アクリレートとの質量比は、5:1~3:1である。
好ましくは、該モノマー組成物は、モノマーa)~c)に加えて追加のモノマーd)を含む。
一実施形態において、該モノマー組成物は、
a)(メタ)アクリル酸と数平均分子量1,800~2,200g/molの1つのヒドロキシル化水素化ポリブタジエンとの1つ以上のエステルを、該モノマー組成物の総質量に対して15~30質量%と、
b)メチル(メタ)アクリレートおよびブチル(メタ)アクリレートを、該モノマー組成物の総質量に対して50~55質量%と、
c)1つ以上の直鎖C12~C14アルキル(メタ)アクリレートを、該モノマー組成物の総質量に対して20~30質量%と、
d)8~17個の炭素原子を有するスチレンモノマーを、該モノマー組成物の総質量に対して0.1~2質量%と
を含み、ここで、該モノマー組成物の総質量に対する該モノマー組成物のモノマーa)、b)、c)およびd)の質量含分の合計は、100質量%である。
本発明はまた、上記ポリマーの製造方法であって、
(x)上記モノマー組成物を提供する工程と、
(y)前記モノマー組成物のラジカル重合を開始する工程と
を含む方法に関する。
本発明はまた、潤滑剤組成物の粘度指数およびせん断抵抗性を改善するための潤滑剤組成物用の添加剤としての、上記ポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーの使用に関する。それに関して、本発明のポリマーを、潤滑油組成物に高いVIを提供しつつ、潤滑油組成物に非常に可溶であり、かつ優れたせん断抵抗性などの潤滑油組成物の優れた特性の保持を可能にする粘度指数向上剤として使用することができる。
本発明はまた、
(i)1つ以上の基油と、
(ii)上記ポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーと
を含む組成物に関する。
以下、実施例および比較例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、何ら本発明の範囲を限定する意図はない。
C1AMA C1-アルキルメタクリレート=メチルメタクリレート(MMA)
C4AMA C4-アルキルメタクリレート=n-ブチルメタクリレート
C12/14AMA C12/14-アルキルメタクリレート
C16/18AMA C16/18-アルキルメタクリレート
CTA 連鎖移動剤(ドデシルメルカプタン)
fbranch 分岐度
開始剤 t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート
KRL Kegelrollenlager(=tapered roller bearing、テーパーローラーベアリング)
KV40 ASTM D445に準拠して測定した40℃での動粘度
KV100 ASTM D445に準拠して測定した100℃での動粘度
MA-1 メタクリレート官能基を有する水素化ポリブタジエンのマクロアルコール(Mn=2000g/mol)
MA-2 メタクリレート官能基を有する水素化ポリブタジエンのマクロアルコール(Mn=4750g/mol)
MM-1 メタクリレート官能基を有する水素化ポリブタジエンのマクロモノマー(Mn=2000g/mol)
MM-2 メタクリレート官能基を有する水素化ポリブタジエンのマクロモノマー(Mn=4750g/mol)
Mn 数平均分子量
Mw 質量平均分子量
NB3020 Nexbase(登録商標)3020、Neste社のグループIIIの基油、KV100は2.2cSt
NB3043 Nexbase(登録商標)3043、Neste社のグループIIIの基油、KV100は4.3cSt
OEM 納入先商標による受託製造
PDI 多分散度、Mw/Mnで算出された分子量分布
PSSI100 永久せん断安定性指数(せん断前後のKV100に基づいて算出)
VI ASTM D2270に準拠して測定された粘度指数。
本発明および比較例によるポリマーを、その分子量およびPDIについて特性決定した。
20~45℃でのブチルリチウムを用いた1,3-ブタジエンのアニオン重合によって、マクロアルコールを合成した。所望の重合度に達したら、酸化プロピレンを添加して反応を停止し、メタノールで沈殿させることによりリチウムを除去した。次いで、このポリマーを、140℃までおよび200バールの圧力で、貴金属触媒の存在下で水素雰囲気下にて水素化した。水素化が終了した後、貴金属触媒を除去し、有機溶媒を減圧下で除いた。最後に、MA-2をNB3020で希釈して、ポリマー含量を70質量%にした。MA-1を100%に保持した。
サーベルスターラー、給気管、コントローラーを備えた熱電対、加熱マントル、3mmのワイヤースパイラルの不規則充填物を備えたカラム、蒸気分割部、頂部温度計、還流冷却器、基材冷却器を備えた2L撹拌装置内で、上記マクロアルコール1000gを60℃で撹拌することによりメチルメタクリレート(MMA)に溶解させる。この溶液に、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルラジカル20ppmおよびヒドロキノンモノメチルエーテル200ppmを加える。安定化のために通気しながらMMAを加熱還流(底部温度約110℃)した後、MMA約20mLを留去して共沸乾燥を行う。95℃に冷却した後、LiOCH3を加え、この混合物を再び加熱還流する。約1時間の反応時間が経過した後、メタノールが形成されたため、頂部温度が約64℃に低下した。形成されたメタノール/MMA共沸混合物を、約100℃の一定の頂部温度が再び確立されるまで絶えず留去する。この温度で、この混合物をさらに1時間反応させる。さらなる後処理のために、MMAの大部分を減圧下で除去する。不溶性の触媒残留物を、圧力ろ過(Seitz T1000デプスフィルター)によって除去する。
実施例1のプロセス
4ツ口フラスコと精密ガラスサーベルを備えた装置に、モノマー混合物(その組成を表5に示す)を装入し、重合油NB3020を加えて、油中のモノマー濃度を60質量%にする。窒素下で105℃に加熱した後、NB3020中のt-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエートおよびドデシルメルカプタンの10質量%溶液を、一定の計量供給速度で3時間以内に加える。この反応を105℃に保持し、開始剤の計量供給終了から0.5時間後および3.5時間後に、(モノマーの総量に対して)0.2%の2,2-ビス(t-ブチルペルオキシ)ブタンを加える。この反応混合物を105℃で一晩撹拌し、翌日に希釈してNB3020を含む油中のポリマーの30質量%溶液にして、最終的なVII(例1)を得る。
4ツ口フラスコと精密ガラスサーベルを備えた装置に、表5に示すモノマー混合物(MM-1全量と残りのモノマー50質量%とを含む)を装入し、重合油NB3020を加えて、油中のモノマー濃度を60質量%にする。窒素下で100℃に加熱した後、残りのモノマー混合物と、t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエートおよびドデシルメルカプタンを含むNB3020とを加えて、反応終了時の油中のモノマー濃度を30質量%となるようにし、これを一定の計量供給速度で3時間以内に加える。この反応を100℃に保持し、開始剤の計量供給終了から0.5時間後および3.5時間後に、(モノマーの総量に対して)0.2%の2,2-ビス(t-ブチルペルオキシ)ブタンを加える。この反応混合物を100℃で一晩撹拌し、濃度30質量%の最終的なVII(例2)を得る。
モノマー混合物(その組成を表5に示す)を、Nexbase 3020およびHydroseal G232 Hの50/50混合物で希釈して、油中のモノマー濃度を60質量%にする。四ツ口フラスコと精密ガラスサーベルスターラーとを備えた装置に、最初に上記で調製した反応混合物の50質量%を装入する。窒素下で120℃に加熱した後、この反応混合物に、表3に示すパーセンテージの量の2,2-ビス(t-ブチルペルオキシ)ブタン開始剤を加えて反応を開始する。この反応混合物のもう一方の50%に、同量の開始剤を120℃で3時間かけてフラスコに絶えず加える。この反応を120℃に保持し、反応混合物の計量供給から2時間後および4時間後に、(モノマーの量に対して)0.2%の2,2-ビス(t-ブチルペルオキシ)ブタンを加える。この反応混合物を120℃でさらに2時間撹拌し、NB3020で希釈して、油中のポリマーの42.5質量%溶液にし、最終的なVII(比較例3*)を得る。
四ツ口フラスコと精密ガラスサーベルとを備えた装置に、モノマー混合物(その組成を表3に示す)を装入し、重合油NB3020を加えて、油中のモノマー濃度を60質量%にする。窒素下で115℃に加熱した後、NB3020中のt-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエートおよびドデシルメルカプタンの10質量%溶液を、一定の計量供給速度で3時間以内に加える。この反応を115℃に保持し、開始剤の計量供給終了から0.5時間後および3.5時間後に、(モノマーの総量に対して)0.2%の2,2-ビス(t-ブチルペルオキシ)ブタンを加える。この反応混合物を115℃でさらに2時間撹拌し、NB3020で希釈して、油中のポリマーの30質量%溶液にし、最終的なVIIを得る。
本発明に従って多量のC1AMAを用いて合成されたポリマーのせん断抵抗性の効果の改善を実証するために、基油中の該ポリマーの対応する添加剤組成物を製造し、対応する永久せん断損失を求めた。結果を以下の表6にまとめた。
Claims (13)
- モノマー組成物の重合によって得ることができるポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーであって、前記モノマー組成物は、
a)(メタ)アクリル酸と数平均分子量1,800~2,200g/molの1つのヒドロキシル化水素化ポリブタジエンとの1つ以上のエステルを、前記モノマー組成物の総質量に対して15~35質量%と、
b)メチル(メタ)アクリレートおよびブチル(メタ)アクリレートを、前記モノマー組成物の総質量に対して50~60質量%と、
c)1つ以上の直鎖または分岐鎖C7~C30アルキル(メタ)アクリレートを、前記モノマー組成物の総質量に対して5~35質量%と
を含み、ここで、メチル(メタ)アクリレートとブチル(メタ)アクリレートとの質量比は、5:1~3:1であり、かつ前記ポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーは、50,000~250,000g/molの質量平均分子量(Mw)を有する、ポリアルキル(メタ)アクリレートポリマー。 - 前記モノマー組成物は、エーテルアルコールの(メタ)アクリレート、アミノアルキル(メタ)アクリレート、アミノアルキル(メタ)アクリルアミド、芳香族基を含むビニルモノマー、好ましくはスチレンからなる群から選択される1つ以上のモノマーd)をさらに含む、請求項1記載のポリマー。
- 前記モノマー組成物は、モノマーd)を前記モノマー組成物の総質量に対して0.1~5質量%含み、好ましくはモノマーd)を前記モノマー組成物の総質量に対して0.1~2質量%含む、請求項2記載のポリマー。
- 前記モノマー組成物中に含まれている前記モノマーc)は、1つ以上の直鎖または分岐鎖C7~C15アルキル(メタ)アクリレート、好ましくは直鎖または分岐鎖C12~C14アルキル(メタ)アクリレートである、請求項1から3までのいずれか1項記載のポリマー。
- 前記モノマー組成物は、モノマーa)を、前記モノマー組成物の総質量に対して15~30質量%含む、請求項1から4までのいずれか1項記載のポリマー。
- 前記モノマー組成物は、モノマーb)を、前記モノマー組成物の総質量に対して50~55質量%含む、請求項1から5までのいずれか1項記載のポリマー。
- 前記モノマー組成物は、モノマーc)を、前記モノマー組成物の総質量に対して15~35質量%含む、請求項1から6までのいずれか1項記載のポリマー。
- 前記モノマー組成物の総質量に対する前記モノマー組成物のモノマーa)、b)、c)およびd)の質量含分の合計は、100質量%である、請求項2から7までのいずれか1項記載のポリマー。
- ポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーの製造方法であって、
(x)請求項1から8までのいずれか1項記載のモノマー組成物を提供する工程と、
(y)前記モノマー組成物のラジカル重合を開始する工程と
を含む、方法。 - 潤滑剤組成物の粘度指数およびせん断抵抗性を改善するための潤滑剤組成物用の添加剤としての、請求項1から8までのいずれか1項記載のポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーの使用。
- (i)1つ以上の基油と、
(ii)請求項1から8までのいずれか1項記載のポリアルキル(メタ)アクリレートポリマーと
を含む、組成物。 - 前記1つ以上の基油は、APIグループIIIの基油またはAPIグループIIIの基油の混合物である、請求項11記載の組成物。
- 前記組成物は、前記組成物の総質量に対して90~99.5質量%、好ましくは92~99.5質量%の1つ以上の基油(i)と、前記組成物の総質量に対して0.5~10質量%、好ましくは0.5~8質量%の前記ポリアルキル(メタ)アクリレートポリマー(ii)とを含む潤滑剤組成物である、請求項11または12記載の組成物。
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