JPH0859765A - 油組成物用の不斉トリブロックコポリマー粘度指数向上剤 - Google Patents
油組成物用の不斉トリブロックコポリマー粘度指数向上剤Info
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Abstract
粘度指数向上剤として有用な不斉トリブロックコポリマ
ーを提供する。 【解決手段】 トリブロックコポリマーは、水素化ポリ
イソプレン−ポリスチレン−水素化ポリイソプレンのブ
ロック構造からなり、第1の水素化ポリイソプレンブロ
ック対第2の水素化ポリイソプレンブロックの数平均分
子量比は少なくとも4である。
Description
して有用なコポリマー、その製造方法、並びに前記コポ
リマーを含む潤滑油組成物及び潤滑油濃厚物に関する。
組成物の粘度は温度と共に変動する。一般に、潤滑油組
成物は、所定の低温及び所定の高温での潤滑油組成物動
粘度の関数である粘度指数によって同定される。所定の
低温及び所定の高温は時代と共に変動したが、ASTM
試験手順(ASTM D2270)によって常に決めら
れている。現在、試験で規定されている低温は40℃で
あり、試験で規定されている高温は100℃である。1
00℃で同一の動粘度を示す2種のエンジン潤滑油組成
物の場合、40℃での動粘度が低い組成物の方が粘度指
数は高い。粘度指数が高い潤滑油組成物の方が、40℃
と100℃の温度間の動粘度変化が少ない。一般に、エ
ンジン潤滑油組成物に添加される粘度指数向上剤は、粘
度指数及び動粘度を増加させる。
の量の制限は、貯蔵/取扱温度での濃厚物粘度に依存す
る。貯蔵容器から油配合容器に容易に送出できるように
十分な流動性を維持しなければならない。取扱適性を確
保するために濃厚物に添加できるポリマーの量は、油濃
厚物の低剪断速度粘度を測定することにより決定するこ
とができる。
て粘度摩擦が低減すると一般に、エンジン出力損失が低
減する。このこと自体は燃料効率の改善を示している
が、適切なエンジンジャーナルベアリングの保護のため
に現在、HTHSR粘度最小値が、SAE等級指定のた
めの粘度ランク付け系を規定するSAE規格J300に
包含されている。(現行規格は93年3月改正のSAE
J300である)。
ための一方法は、HTHSR粘度に十分に作用するVI
向上剤と配合して、得られるエンジン油が、SAE J
300で規定されているHTHSR粘度最小値よりは大
きいが、最小値に近くなるようにすることである。この
ような方法を用いる場合、100℃での動粘度には比較
的高い作用を示し(動粘度限界もSAE J300に包
含されている)、HTHSR粘度には比較的低い作用を
示す、米国特許第3,775,329号明細書に開示さ
れているVI向上剤が好ましい。この従来技術を代表す
る2種のポリマーを本明細書の実施例6c及び実施例1
2cで説明する。参考として本明細書に組み入れる米国
特許第3,772,196号明細書は、構造式S−EP
で表されるスチレン(S)/水素化ポリイソプレン(E
P)の線状ブロックコポリマーを開示している。
して本明細書に組み入れる米国特許第4,788,36
1号明細書に記載されているブロック構造式EP−S−
EPで表されるスチレン(S)及び水素化イソプレン
(EP)の線状トリブロックコポリマーでは、増粘効率
とHTHSR粘度との間で異なるバランスが図られてい
る。しかしながら、EP−S−EPコポリマーでは、米
国特許第3,775,329号に記載のS−EPコポリ
マーよりもHTHSR粘度が実質的に高くなる。しかし
ながら、燃料節約に関しては、S−EPポリマーが好ま
しい。但し、HTHSR粘度が十分に作用してSAE
J300の要件に適合するものとする。米国特許第4,
788,361号に記載のEP−S−EPポリマーは、
第1のEPブロック及び第2のEPブロックの相対寸法
が限定されていないが、対称ポリマーによって例示され
ている。
の粘度指数向上剤として有用な不斉トリブロックコポリ
マーに関する。トリブロックコポリマーは、水素化ポリ
イソプレン−ポリスチレン−水素化ポリイソプレン(E
P−S−EP)のブロック構造を有し、第1のEPブロ
ックの数平均分子量は第2のEPブロックの数平均分子
量の少なくとも4倍である。EPブロック寸法が異なれ
ば、EPの数平均分子量が類似のEP−S−EPブロッ
クコポリマーに比べて潤滑油組成物のHTHSR粘度が
かなり低下する。不斉トリブロックEP−S−EPポリ
マーのHTHSR粘度への作用は従来技術のS−EPポ
リマーのものに匹敵し、SAEマルチグレードエンジン
潤滑剤を製造するには十分である。EPブロック寸法の
差は、良好な性能に必要な他の特性に悪影響を及ぼすの
ではなく、ポリマーの潤滑油への溶解を容易にするた
め、S−EPコポリマー含有濃厚物よりも多量のポリマ
ーを含み、より流動性の潤滑油濃厚物が製造される。
及び水素化ポリイソプレンブロックを、構造式EP’−
S−EP’’(式中、EP’は、水素化前の数平均分子
量(Mn)が40,000〜150,000である第1
の水素化ポリイソプレンブロックであり、Sは、数平均
分子量(Mn)が25,000〜60,000であるポ
リスチレンブロックであり、EP’’は水素化前の数平
均分子量(Mn)が2,500〜30,000である第
2の水素化ポリイソプレンブロックであり、EP’/E
P’’の分子量比は少なくとも4である)で表される様
に分子内で組み合わせた、粘度指数(VI)向上剤とし
て有用な不斉トリブロックコポリマーを提供する。
して、少なくとも95重量%の重合イソプレン単位と1
5重量%未満の重合スチレン単位を飽和させることが適
切である。
8,361号明細書に記載の方法で容易に生成される。
しかしながら、本発明のポリマーは前記特許の記載とは
分子量が異なり、粘度指数向上剤の性能、特に粘度指数
潤滑油濃厚物の配合容易性及び取扱適性が驚くほど改善
される様に選択される分子量を有する。
は、sec−ブチルリチウムの存在下でイソプレンをア
ニオン重合し、スチレンを添加し、次いでリビングポリ
スチレン分子に更にイソプレンを添加してリビングブロ
ックコポリマー分子を製造し、ポリイソプレンブロック
を選択的に水素化して製造することが好ましい。本発明
は更に、ポリスチレンブロック(S)及び非水素化ポリ
イソプレンブロック(EP)を、構造式EP’−S−E
P’’(式中、EP’は、数平均分子量が40,000
〜150,000である第1の非水素化ポリイソプレン
ブロックであり、Sは、数平均分子量が25,000〜
60,000であるポリスチレンブロックであり、E
P’’は数平均分子量が2,500〜30,000であ
る第2の非水素化ポリイソプレンブロックであり、E
P’/EP’’の分子量比は少なくとも4である)で表
される様に分子内で組み合わせた不斉トリブロックコポ
リマーを提供する。
性不飽和を選択的に水素化するのに適した当業界では公
知の任意の技術を用いて本発明のポリマーを選択的に水
素化して、非水素化ポリイソプレンブロックを飽和させ
ることができる。元のオレフィン性不飽和の少なくとも
95%を水素化する水素化条件を選択することが適切で
ある。所望の増粘効率を得るのに必要なポリスチレンの
量が低減しないように、芳香族性不飽和の水素化を15
%未満にすることが適切である。
細書に組み入れる米国特許第Re27,145号明細書
に記載されている適切な触媒を使用することを含む。ア
ルミニウム対ニッケルのモル比が2.3:1であるニッ
ケルエチルヘキサノエートとトリエチルアルニミウムと
の混合物が好ましい。
成物に添加して、粘度指数特性を改善することができ
る。
油である。
ばヒマシ油)が含まれる。鉱油には、原油、石炭又はシ
ェールから誘導される潤滑油留分が含まれる。この留分
は、クレー−酸処理、溶媒処理又は水素化処理のような
ある処理を施したものであり得る。合成潤滑油には、業
界で公知の炭化水素の合成ポリマー、改質アルキレンオ
キシドポリマー、及びエステル潤滑剤が含まれる。これ
らの潤滑油は、スパーク点火及び圧縮点火エンジン用の
クランクケース潤滑油であることが好ましいが、油圧系
潤滑剤、金属加工液及び自動変速機液も含む。
潤滑油又は鉱油系潤滑油の混合物(例えばRoyal
Dutch/Shell Group系列会社製“HV
I”又は“XHVI”(登録商標))であることが好ま
しい。
度は広範囲で変動し得、一般には100℃で3〜35m
m2/秒である。
以上)の潤滑油と、少量(50重量%未満)、好ましく
は0.05〜10重量%、更に好ましくは0.2〜5重
量%、特に0.5〜2.5重量%の本発明のトリブロッ
クコポリマーとを含んでなる潤滑油組成物を提供する。
全ての重量%は全組成物を基準とする。
リマーを、全濃厚物を基準にして10〜80重量%含ん
でいる潤滑油濃厚物を提供する。このような濃厚物は一
般に、不活性担体液(例えば潤滑油)と1種以上の添加
剤とを濃縮形態で含んでいる。
製造した潤滑油組成物は更に、防錆剤、酸化防止剤、洗
剤、流動点降下剤や、1種以上の別のVI向上剤のよう
な他の添加剤等を含み得る。本発明の潤滑油組成物で有
用な代表的な添加剤は米国特許第3,772,196号
明細書及び米国特許第3,835,083号明細書に記
載されている。これらの特許は参考として本明細書に組
み入れる。
ポリスチレンブロック及び水素化ポリイソプレンブロッ
クを、構造式EP’−S−EP’’(式中、第1の水素
化ポリイソプレンブロックの水素化前の数平均分子量は
50,000〜110,000であり、ポリスチレンブ
ロックの数平均分子量は35,000〜50,000で
あり、第2の水素化ポリイソプレンブロックの水素化前
の数平均分子量は3,000〜18,000であり、E
P’/EP’’の分子量比は6.0〜25である)で表
される様に分子内で組み合わせる。
あるニッケルエチルヘキサノエートとトリエチルアルニ
ミウムとの溶液でポリマーを選択的に水素化して、少な
くとも90%のイソプレン単位と10%未満のスチレン
単位を飽和させることができる。
ロックコポリマーを製造した。第1の製造段階では、シ
クロヘキサン中でイソプレンをアニオン重合して、リビ
ングポリイソプレンブロックを製造した。sec−ブチ
ルリチウムを添加してイソプレンの重合を開始した。イ
ソプレンの重合が終了して、数平均分子量が60,90
0のリビングポリイソプレンブロックが生成した。次い
で、リビングポリイソプレンブロック溶液にスチレンを
添加してポリスチレンブロックを生成した。スチレンの
重合が終了して、数平均分子量が42,100のポリス
チレンブロックが生成した。次いで、リビングポリイソ
プレン−ポリスチレンブロック溶液にイソプレンを添加
してポリイソプレンブロックを生成した。イソプレンの
2回目の重合が終了して、数平均分子量が9,100の
第2のポリイソプレンブロックが生成した。アルコール
を添加して、ポリマー中に残留するリチウム部位を奪活
した。
トリエチルアルニミウム(ニッケル1モル当たりアルミ
ニウム2.3モル)を合わせて製造した触媒を使用して
ポリマーを水素化し、イソプレンブロック中に最初に含
まれていたオレフィン性不飽和の98%以上及び芳香族
性不飽和の15%未満を飽和させた。ポリマーの121
℃での溶融粘度は4.9メガポアズ(×105Pa
s)であった。データ及び結果を表1に示す。
ロックコポリマーを製造した。但し、第2のポリイソプ
レンブロックの数平均分子量は14,300であった。
ポリマーの121℃での溶融粘度は3.4メガポアズ
(×105Pas)であった。データ及び結果を表1に
示す。
ロックコポリマーを製造した。但し、第2のポリイソプ
レンブロックの数平均分子量は3,700であった。デ
ータ及び結果を表1に示す。
ブロックコポリマーを製造した。但し、イソプレンの2
回目の添加は省略した。ポリマーの121℃での溶融粘
度は4.3メガポアズ(×105Pa s)であった。
データ及び結果を表1に示す。
ロックコポリマーを製造した。但し、第1のポリイソプ
レンブロックの数平均分子量は60,800であり、ポ
リスチレンブロックの数平均分子量は38,000であ
り、第2のポリイソプレンブロックの数平均分子量は
6,400であった。ポリマーの121℃での溶融粘度
は2.5メガポアズ(×105Pa s)であった。デ
ータ及び結果を表1に示す。
ブロックコポリマーを製造した。但し、第1のポリイソ
プレンブロックの数平均分子量は62,000であり、
ポリスチレンブロックの数平均分子量は36,000で
あり、イソプレンの2回目の添加は省略した。121℃
での溶融粘度は1.7メガポアズ(×105Pa s)
であった。組成データを表1に示す。
リブロックコポリマーを製造した。但し、第1のポリイ
ソプレンブロックの数平均分子量は66,100であ
り、ポリスチレンブロックの数平均分子量は33,10
0であり、第2のポリイソプレンブロックの数平均分子
量は68,600であった。ポリマーの121℃での溶
融粘度は2.4メガポアズ(×105Pa s)であっ
た。組成データ及び溶融粘度結果を表1に示す。
ロックコポリマーを製造した。但し、第1のポリイソプ
レンブロックの数平均分子量は106,700であり、
ポリスチレンブロックの数平均分子量は49,100で
あり、第2のポリイソプレンブロックの数平均分子量は
14,100であった。ポリマーの121℃での溶融粘
度は5メガポアズ(×105Pa s)であった。組成
データ及び溶融粘度結果を表1に示す。
ロックコポリマーを製造した。但し、第2のポリイソプ
レンブロックの数平均分子量は19,000であった。
ポリマーの121℃での溶融粘度は4.4メガポアズ
(×105Pas)であった。組成データ及び溶融粘度
結果を表1に示す。
ロックコポリマーを製造した。但し、第2のポリイソプ
レンブロックの数平均分子量は5,900であった。組
成データを表1に示す。
ブロックコポリマーを製造した。但し、イソプレンの2
回目の添加は省略した。121℃での溶融粘度は5.2
メガポアズ(×105Pa s)であった。組成データ
を表1に示す。
ブロックコポリマーを製造した。但し、第1のポリイソ
プレンブロックの数平均分子量は106,000であ
り、ポリスチレンブロックの数平均分子量は44,00
0であり、イソプレンの2回目の添加は省略した。12
1℃での溶融粘度は2.6メガポアズ(×105Pa
s)であった。組成データを表1に示す。
リブロックコポリマーを製造した。但し、第1のポリイ
ソプレンブロックの数平均分子量は57,900であ
り、ポリスチレンブロックの数平均分子量は47,00
0であり、第2のポリイソプレンブロックの数平均分子
量は55,000であった。組成データを表1に示す。
ポリマーを、SAE10W−40マルチグレード潤滑油
組成物のVI向上剤として使用した。マルチグレード潤
滑油組成物の製造で使用した基本原料油は、“HVI
100N”油(商品名、USA,Shell Oil
Company製)(40℃での粘度が20.0〜2
1.0mm2/秒(ASTM D445)であり、粘度
指数が88〜93(ASTM D2270)であり、最
小引火点が190.6〜196℃(ASTM D92)
である明色透明な高粘度指数基油)と、“HVI 25
0N”油(商品名、USA,Shell Oil Co
mpany製)(40℃での粘度が50.7〜54.0
mm2/秒(ASTM D445)であり、粘度指数が
89〜96(ASTM D2270)であり、最小引火
点が221℃(ASTM D92)である明色透明な高
粘度指数基油)とのブレンドであった。100℃での動
粘度が14センチストークス(mm2/秒)の潤滑油組
成物が得られるように各VI向上剤の量を変えた。これ
らの実施例で製造したマルチグレード潤滑油組成物は、
“HVI 250N”8.5重量%と、市販のAPI
AG品質添加剤パッケージ(ECA 12850)1
1.5重量%と、同定されたポリマーの“Acrylo
id 160”(商標)0.5重量%と、“HVI 1
00N”とを含んでいた。粘度指数(VI)、−20℃
での低温クランキングシミュレーター(CCS)粘度、
小型回転粘度計を用いた−25℃でのエンジン油ポンパ
ビリティー(TPI)(ASTM D4684)、及び
テーパーベアリングシミュレーター(TBS)で150
℃、1×106s-1での高温高剪断速度(HTHSR)
粘度(ASTM D4683)を各油組成物について測
定した。
N”中の6重量%ポリマー濃厚物から潤滑油組成物を製
造した。
りも遥かに速く溶解した。不斉ポリマーが、比較例のポ
リマーよりもかなり低温で容易に溶解することが別の評
価で確定した。例えば、実施例5の不斉線状ポリマーは
78℃で油に完全に溶解できたが、実施例4、6、11
及び12のS−EPポリマーは、より長い時間かけて完
全に溶解するのに115℃の配合温度が必要であった。
更には、油中ポリマー含量が7重量%以上の濃厚物で
は、実施例6及び実施例12のS−EPブロックコポリ
マーが室温でゲル化の形跡を示している。油中ポリマー
含量が9.3重量%でも、実施例5の不斉EP−S−E
Pポリマー濃厚物は、室温で流動性があり、ゲル化の形
跡を全く示さない。
結果を表2に示す。
た。ポリマー含有油濃厚物の粘度と比較するときには、
完成油で規定の動粘度を得るのに必要なポリマーの相対
量を記憶に留めることが重要である。例えば、実施例1
2のような高分子量ポリマーを含み、実施例25におい
てSAE 10W−40マルチグレードに対してはそれ
ほどポリマーを必要としない6重量%潤滑油濃厚物は、
実施例6のような低分子量ポリマーを含み、実施例19
においてSAE 10W−40マルチグレードに対して
はより多くのポリマーを必要とする6重量%潤滑油濃厚
物よりも濃厚物粘度が高い。
表2の実施例14、15、17及び19のマルチグレー
ド油は、同様の量のポリマーを必要とする。82℃、1
0s-1の剪断速度にてHaake回転粘度計で測定した
潤滑油濃厚物粘度を表3の実施例27〜32に示す。
す実施例21、22、23及び25のマルチグレード油
は、同様の量のポリマーを必要とする。82℃、10s
-1の剪断速度にてHaake回転粘度計で測定したこれ
らのポリマーの潤滑油濃厚物粘度を、表4の実施例33
〜30に示す。
Claims (9)
- 【請求項1】 ポリスチレンブロック(S)及び水素化
ポリイソプレンブロック(EP)を、構造式EP’−S
−EP’’(式中、EP’は、水素化前の数平均分子量
が40,000〜150,000である第1の水素化ポ
リイソプレンブロックであり、Sは、数平均分子量が2
5,000〜60,000であるポリスチレンブロック
であり、EP’’は水素化前の数平均分子量が2,50
0〜30,000である第2の水素化ポリイソプレンブ
ロックであり、EP’/EP’’の分子量比は少なくと
も4である)で表される様に分子内で組み合わせた、粘
度指数(VI)向上剤として有用な不斉トリブロックコ
ポリマー。 - 【請求項2】 EP’の数平均分子量が50,000〜
110,000であり、EP’’の数平均分子量が3,
000〜18,000であり、EP’/EP’’の分子
量比が6.0〜25である請求項1に記載のコポリマ
ー。 - 【請求項3】 ポリスチレンブロックの数平均分子量が
35,000〜50,000である請求項1又は2に記
載のコポリマー。 - 【請求項4】 EP’ブロック及びEP’’ブロックの
少なくとも98%が水素化されている請求項1から3の
いずれか一項に記載のコポリマー。 - 【請求項5】 芳香族性不飽和の水素化が10%未満で
ある請求項4に記載のコポリマー。 - 【請求項6】 sec−ブチルリチウムの存在下でイソ
プレンをアニオン重合し、スチレンを添加し、次いでリ
ビングポリスチレン分子に更にイソプレンを添加してリ
ビングブロックコポリマー分子を製造し、ポリイソプレ
ンブロックを選択的に水素化することからなる請求項1
から5のいずれか一項に記載の不斉トリブロックコポリ
マーの製造方法。 - 【請求項7】 基油と、粘度を向上させる量の請求項1
から5のいずれか一項に記載の不斉トリブロックコポリ
マーとを含んでなる潤滑油組成物。 - 【請求項8】 請求項1から5のいずれか一項に記載の
不斉トリブロックコポリマーを、全濃厚物を基準にして
10〜80重量%含んでいる潤滑油濃厚物。 - 【請求項9】 ポリスチレンブロック(S)及び非水素
化ポリイソプレンブロック(EP)を、構造式EP’−
S−EP’’(式中、EP’は、数平均分子量が40,
000〜150,000である第1の非水素化ポリイソ
プレンブロックであり、Sは、数平均分子量が25,0
00〜60,000であるポリスチレンブロックであ
り、EP’’は数平均分子量が2,500〜30,00
0である第2の非水素化ポリイソプレンブロックであ
り、EP’/EP’’の分子量比は少なくとも4であ
る)で表される様に分子内で組み合わせた不斉トリブロ
ックコポリマー。
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