JPH10504585A - 一つの第一級アミン及び第二級アミン又は第三級アミンのポリアミンの誘導体 - Google Patents
一つの第一級アミン及び第二級アミン又は第三級アミンのポリアミンの誘導体Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は官能化された炭化水素及び一つの第一級アミン及び1乃至10、好ましくは3乃至8の第二級又は第三級アミンを有するポリアミンによって誘導体化された分散剤に関する。好ましくは前記官能化された炭化水素はコーチ反応によって誘導された炭化水素である。
Description
【発明の詳細な説明】
一つの第一級アミン及び第二級アミン又は第三級アミンのポリアミンの誘導体発明の背景
本発明はコッホ(Koch)反応によって官能化されたポリマーから調製された分
散剤及び一種の第一級窒素原子基及び一つ以上の第二級又は第三級窒素原子を有
するポリアミンに関する。とりわけ、本発明はコッホ反応によって官能化された
ポリマーに関し、特に、一つの(好ましくは一つのみの)第一級アミン基及び一
つ以上の第二級又は第三級アミン基を有する、いわゆる一腕(one-armed)のア
ミンで誘導体化された、ポリアルファ−オレフィン又はポリエチレン/アルファ
−オレフィンに関する。
本発明はコッホ反応によって、とりわけ、カルボニル又はチオカルボニル官能
基を形成させるために、酸触媒及び求核捕獲剤の存在下、一つ以上の炭素−炭素
二重結合を一酸化炭素と反応させることによって、官能基が付与された、改良さ
れたポリマー及びその誘導体に関する。
「ポリマー」という語は、本明細書において小さく、簡単な化学単位の繰り返
しによって形成された大きい分子を有する物質をいう。炭化水素ポリマーにおい
てはこれらの単位は主に水素及び炭素から形成されている。ポリマーは平均的な
性質によって定義され、本発明では、ポリマーは500以上の数平均分子量(M
n)を有する。上記の「炭化水素」という語は本明細書において分子量のような
均一の性質を有する水素及び炭素を有する非ポリマー化合物をいう。しかし、「
炭化水素」という語は均一の性質によって各々特徴づけられる化合物の混合物を
排除しないことを意味する。炭化水素化合物及びポリマー化合物はいずれも反応
してカルボキシル基を含有する化合物及びその誘導体を生成する。カルボシキル
基は一般式−CO−OR(式中、RはH、炭化水素基、又は置換された炭化水素
基である)を有する。
カルボキシル金属の存在下、オレフィン炭化水素化合物、一酸化炭素、及び水
からのカルボキシル基含有化合物の合成は、N.Bahrmann,Chapter 5,Koch Rea
ctions,“New Synthesis with Carbon Monoxide”J.Falbe; Springer-
Verlag,New York,(1980)のような参考文献に開示されている。オレフィン二重
結合を有する炭化水素が二段階で反応し、カルボン酸含有化合物を生成する。第
一段階で、オレフィン化合物は酸触媒及び一酸化炭素と水の非存在下で反応する
。第二段階では、第一段階中に生成した中間体が加水分解又はアルコーリシスを
受け、カルボン酸又はエステルを生成する。コッホ反応の利点は−20℃乃至+
80℃の緩和な温度及び100バールまでの圧力で反応が生じることである。
コッホ反応は二重結合において起こり、二重結合の一つ以上の炭素が二置換さ
れて「ネオ(neo)」酸又はエステルを形成する。
(式中R′及びR″は水素ではない。)
コッホ反応は両方の炭素が一置換されている場合又は、一つが一置換されてお
り、そして一つが置換されていない場合に起こり、「イソ(iso)」酸(すなわ
ち、R′HC−COOR)を生成することもあり得る。Bahrmannらはコッホ型の
反応経由のイソブチレンのイソブチル酸への変換を開示している。
米国特許第2,831,877号には、多相、酸触媒された、オレフィンの一酸
化炭素でのカルボキシル化二段階法が開示されている。
水中での三フッ化ボラン(BF3)と鉱酸の複合体がオレフィンのカルボキシ
ル化のために研究されている。米国特許第3,349,107号は理論量よりも少
ない酸を触媒として使用する方法が開示されている。各複合体の例は、H2O・
BF3・H2O,H3PO4・BF3・H2O,及びHF・BF3・H2Oである。
欧州特許公開第0,148,592号には、炭素−炭素二重結合を有するポリマ
ー、一酸化炭素及び水又はアルコールのいずれかとの、酸素の任意の存在下での
、触媒された反応によって、カルボン酸エステル及び/又はカルボン酸を生成す
る方法が開示されている。触媒は、塩化水素酸のようなプロトン酸の存在の下、
パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム及びコバルトのような金属
と銅化合物の組み合わせである。好ましいポリマーはポリイソブテンであり、炭
素−炭素二重結合の80%以上を末端二重結合の形で有し得る。200乃至2,
500の範囲、好ましくは1,000までの数平均分子量を有する液体ポリイソ
ブテンが開示されている。
米国特許第4,927,892号は、その一部分が、パラジウム化合物、特定の
リガンド及び/又は2未満のpKaを有するハロゲン化水素酸を除く酸と化合さ
せることにより製造される触媒の存在下、一酸化炭素及び水及び/又はアルコー
ルでの、1,2−重合化反応によって生成される、共役ジエンのポリマー又はコ
ポリマーの反応に関する。有用なルイス酸にはBF3が含まれる。
コッホ型反応を経て、炭素−炭素二重結合において、官能化されたオレフィン
炭化水素からカルボン酸又はその誘導体を形成する技術が開示されているが、末
端のオレフィン結合及び第二級又は第三級のタイプのオレフィン結合のいずれか
を含む炭素−炭素二重結合を有するポリマーが、コッホ反応の機構を経て成功裡
に反応し得ることは開示されていない。これに加えて、本発明の方法は特にネオ
酸及びネオエステルで官能化したポリマーを製造するのに有用である。コッホ反
応の機構によって、低分子量のオレフィン炭化水素をカルボキシル化するのに使
用される公知の触媒は、ポリマー物質に使用するのは不適当であることが見出さ
れた。ポリマーの炭素−炭素二重結合においてカルボン酸又はエステルを生成す
ることができる特定の触媒が見出されでいる。コッホの化学反応は高度に酸性の
触媒を使用し、及び/又は濃度を注意深く制御することによって、緩和な温度及
び圧力を使用し得る利点がある。
他の分散剤は二つ以上の第一級窒素原子を有するポリアミン反応体を含有する
。エステルと酸の反応は通常、第一級アミンに対するカルボニルの、1.0に近
いか又はそれより高い理論量において行われるが、これは混合物中に未反応の遊
離アミンがかなりの量残るのを防ぐためである。このアプローチは、高分子量及
び高い粘性を有する、一分子当たり複数のポリマー分枝を含む分散剤をもたらす
。さらに、ポリマーの分子量が増加するにつれ、分散剤の極性セグメントは、テ
トラエチレンペンタアミンのような従来の技術のポリアミンの分散性能における
制限因子となる。発明の要約
本発明は一つの第一級アミン及び1乃至10の第二級又は第三級アミン基を有
するポリアミンから誘導された低粘性分散剤である。低粘性分散剤は、式−CO
−Y−R3(式中、YはO又はSであり、R3はH又はヒドロカルビルであり、−
Y−R3はpKa<12を有する)の基により官能化された炭化水素と、第一級
アミノ基及び1乃至10の第二級又は第三級アミノ基を有するポリアミンとの反
応から誘導される。
本発明は官能化された炭化水素ポリマーに関し、ここにおいて、ポリマーの主
鎖はMn≧500、官能基の付与は式:−CO−YR3(式中、YはO又はSで
あり、R3はH又はヒドロカルビルであり、そして、官能基の50モル%以上が
ポリマーの主鎖の第三級炭素原子に結合しているか、又はR3はアリール、置換
されたアリール又は置換されたヒドロカルビルのいずれかである)の基による。
従って、官能化されたポリマーは式:
POLY−(CR1R2−CO−Y−R3)n (I)
(式中、POLYは数平均分子量が500以上を有する炭化水素ポリマーの主鎖
であり、nは0より大きい数であり、R1、R2及びR3は同一又は異なり、50
モル%以上の−CR1R2基(式中、R1及びR2はいずれもHではない)となるよ
うにR1又はR2のいずれかが選択されるか又は、R3がアリール、置換されたア
リール、又は置換されたヒドロカルビルであることを条件として各々H、ヒドロ
カルビルである)によって表される。
本明細書において用いられているように「ヒドロカルビル」という語は分子の
残基に直接接続した炭素原子を有し、本発明においては主に炭化水素の性質を有
する基を示し、ポリマーヒドロカルビル基を含む。このような基は、
(1) 炭化水素基、すなわち、脂肪族(例えば、アルキル又はアルケニル)、脂
環族(例えば、シクロアルキル又はシクロアルケニル)、芳香族、脂肪族で及び
脂環式で置換された芳香族、芳香族置換された脂肪族及び脂環族基など、及び環
状基[式中、環は分子の他の部位を通って完成される(すなわち、二つの指摘さ
れた置換基がともに環状基を形成し得る)]。このような基は公知である。例と
してメチル、エチル、ブチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、テトラ
デシル、オクタデシル、エイコシル、シクロヘキシル、フェニル及びナフチル(
全ての異性体を含む)。
(2) 置換された炭化水素基、すなわち、本発明において、基の主要な炭化水素
の性質に変化をもたらさない、炭化水素でない基を含む基[当業者には適した官
能基は公知である(例えば、ハロ(halo)、水酸基、アルコキシ基、カルバルコ
キシ基、ニトロ基、アルキルスルフォキシ基)]。
(3) ヘテロ基、すなわち、本発明において主に本来の炭化水素が鎖又は環中に
存在する炭素原子以外の原子を含むか、又は炭素原子からなる官能基[適したヘ
テロ原子は当業者によって明らかであろうが、例えば、コッホ触媒を不活性化す
る、とりわけ塩基性でない窒素、酸素及び硫黄を含有する]。
を含む。
一般に、約3つ以下、好ましくは一つより多くない置換基又はヘテロ原子が炭
化水素をベースとした基の10の炭素原子ごとに存在する。重合したヒドロカル
ビル基は炭化水素ポリマーから誘導されるが、主に本来の炭化水素のままである
ことを条件に置換され得、及び/又はヘテロ原子を含有し得る。官能化されたポ
リマーは、オレフィン性不飽和結合又はエチレン性二重結合ともよばれる、非芳
香族炭素−炭素二重結合を含む炭化水素ポリマーから誘導される。ポリマーはコ
ッホ反応を経て二重の位置に官能基が付与され、カルボン酸、カルボン酸エステ
ル、又はチオ酸又はチオエステルを形成する。
コッホ反応は、これまで、数平均分子量が500より大きいポリマーには適用
されていない。炭化水素ポリマーは好ましくは1,000より大きいMnを有す
る。コッホ反応の工程において一つ以上のエチレン性二重結合を有するポリマー
を酸触媒及び一酸化炭素と、水又はアルコールのような求核捕獲剤の存在下で接
触させる。触媒は好ましくは古典的なブレンステッド(Broensted)酸又はルイ
ス酸触媒である。これらの触媒は先行技術に記載されているタイプの遷移金属触
媒とは区別できる。本発明の方法に使用されるコッホ反応は、90モル%以上の
官能基を付与したポリマーという良好な収率をもたらす。
一般式I中のPOLYは500以上のMnを有する炭化水素ポリマーの主鎖を
意味する。Mnはゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)のような利用可能な技
術により測定される。POLYは不飽和ポリマーから誘導される。好ましい実施態様の説明
本発明において有用なポリマーは少なくとも一種の炭素−炭素二重結合(オレ
フィン性又はエチレン性)不飽和を含むポリマーである。それゆえ、ポリマー鎖
一つ当たりの官能基の最大数は、鎖一つ当たりの二重結合の数によって制限され
る。このようなポリマーは、本発明の触媒及び求核捕獲剤を使用することにより
、コッホ反応の機構を受入れ易く、カルボン酸又はその誘導体を生成することが
わかった。
本発明において有用なポリマーはホモポリマー、コポリマー(インターポリマ
ーと相互に使用する)及び混合物を含むポリアルケンを包含する。ホモポリマー
及びインターポリマーは2乃至約16、通常は2乃至約6の炭素原子の重合可能
なオレフィンモノマーから誘導される化合物を含む。
有機金属配位化合物を使用して製造したアルファオレフィンポリマーについて
特に言及する。特に好ましいポリマーのクラスは米国特許第5,017,299号
に開示されているようなエチレンアルファオレフィンコポリマーである。ポリマ
ーの不飽和は末端、内部、又は両方にあり得る。好ましいポリマーは末端不飽和
を有し、好ましくは末端不飽和を高度に有する。末端不飽和はポリマー中に配置
された最後のモノマー単位によって与えられる不飽和である。不飽和はこの末端
モノマー単位中のいずれの部位にも配置することが可能である。末端オレフィン
基はビニリデン不飽和、RaRbC=CH2、三置換されたオレフィン不飽和、Ra
RbC=CRcH、ビニル不飽和、RaHC=CH2、1,2−二置換された末端不
飽和、RaHC=CHRb、四置換された末端不飽和、RaRbC=CRcRを包含
する。Ra及びRbの少なくとも一つは本発明のポリマー基であり、残りのRb、
Rc及びRdは上記のR、R1、R2及びR3に関して定義した炭化水素基である。
低分子量のポリマー(本明細書において分散剤の範囲の分子量のポリマーとし
ても又言及される)はMnが20,000より小さく、好ましくは500乃至2
0,000(例えば、1,000乃至20,000)、より好ましくは1,500乃
至10,000(例えば、2,000乃至8,000)、及び最も好ましくは
1,500乃至5,000を有するポリマーである。数平均分子量は蒸気相の浸透
圧によって測定する。低分子量のポリマーは潤滑剤添加剤用の分散剤を形成する
のに有用である。Mnが20,000乃至200,000、好ましくは25,00
0乃至100,000、及びより好ましくは25,000乃至80,000の範囲
の中分子量のポリマーは潤滑油組成物、接着剤コーティング、粘着賦与剤及びシ
ーラント用の粘度指数改良剤として有用である。中程度のMnは膜の浸透圧によ
って決定し得る。
高分子量の物質は約200,000より大きいMnを有し、15,000,00
0までの範囲をとり得るが、特定の実施態様においては300,000乃至10,
000,000、及びより好ましくは500,000乃至2,000,000である
。これらのポリマーはエラストマー組成物を含むポリマー組成物及びブレンドに
おいて有用である。Mnが20,000乃至15,000,000の範囲を有する
より高分子量の物質はユニバーサルキャリブレーションを使用したゲル透過クロ
マトグラフィー、又は光の散乱によって測定し得る。分子量分布(MWD)とし
て言及される、Mw/Mn比の値は臨界的ではない。しかし、約1.1乃至約4.
0までの典型的な範囲において、約1.1乃至2.0の典型的な最小のMw/Mn
値が好ましい。
オレフィンモノマーは好ましくは重合可能な末端オレフィンであり、すなわち
、その構造中に−R−C=CH2(式中、RはH又は炭化水素基である)基が存
在することによって特徴付けられるオレフィンである。しかし、それらの構造中
に基、
が存在することによって特徴付けられる重合可能な内部オレフィンモノマー(中
間オレフィンとして特許文献中に言及されることもある)も、ポリアルケンを生
成するために使用し得る。内部オレフィンモノマーを使用する場合、通常、末端
オレフィンとともに使用され、共重合体であるポリアルケンを生成する。本発明
では、末端オレフィン及び内部オレフィンの両方として分類され得る特定の重合
オレフィンモノマーは末端オレフィンと考えられる。それゆえ、1,3−ペンダ
ジエン(すなわち、ピペリレン)は末端オレフィンと考えられる。
ポリアルケンは一般に炭化水素ポリアルケンであるが、非炭化水素の部分が実
質的に本発明の官能化又は誘導体化反応を妨害しないのであれば、低級アルコキ
シ、低級アルキルメルカプト、水酸基、メルカプト、及びカルボニルのような置
換された炭化水素基を含有し得る。このような置換された炭化水素基が存在する
場合、通常ポリアルケンの総重量の約10重量%より多く占めることはない。ポ
リアルケンはこのような非炭化水素置換基を含有し得るため、ポリアルケンが製
造されるオレフィンモノマーは又このような置換基を含有し得ることは明らかで
ある。本明細書に使用したように、「低級アルキル」又は「低級アルコキシ」の
ように化学基と共に使用した場合、「低級」という語は7までの炭素原子を有す
る基を示すことを意図する。
ポリアルケンは重合可能な環状オレフィン又は脂環族で置換した重合可能なア
クリルオレフィンから得られるような芳香族官能基及び脂環族官能基を含む。一
般的に好ましいのは、芳香族及び脂環族基(すでに記載したジエンスチレン共重
合体の例外以外の)を含まないポリアルケンである。さらに好ましいのは2乃至
16の炭素原子の末端オレフィンのホモポリマー及び共重合体で誘導体化された
ポリアルケンである。このさらに好ましいポリアルケンは末端オレフィンの共重
合体が通常好ましいのに対し、約16までの炭素原子の内部オレフィンから誘導
されたポリマー単位の約40%までを任意に含有する共重合体も好ましいグルー
プの範囲内である。より好ましいポリアルケンのクラスは2乃至6の炭素原子、
より好ましくは2乃至4の炭素原子の末端オレフィンのホモポリマー、及び共重
合体からなる群から選択される。しかし、ポリアルケンの他の好ましいクラスは
後者であり、さらに好ましいポリアルケンは約6までの炭素原子の内部オレフィ
ンから誘導されたポリマー単位の約25%までを任意に含有する。
従来の、公知の重合技術によってポリアルケンを製造するのに使用し得る末端
及び内部オレフィンモノマーの特定の例は、エチレン、プロピレン、1−ブテン
、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテンなど、プロピレン−テトラマー、ジイ
ソブチレン、イソブチレントリマー、1,2−ブタジエン、1,3−ブタジエン、
1,2−ペンタジエン、1,3−ペンタジエンなどを含有する。
有用なポリマーにはアルファ−オレフィンホモポリマー及び共重合体、及びエ
チレンアルファ−オレフィンコポリマー及びターポリマーを含有する。ポリアル
ケンの特定の例は、ポリプロピレン、ポリブテン、エチレン−プロピレンコポリ
マー、エチレン−ブテンコポリマー、プロピレンブテンコポリマー、スチレン−
イソブテンコポリマー、イソブテン−1,3−ブタジエンコポリマーなど、及び
、イソブテン、スチレン及びピペリレンのターポリマー及びエチレン80%とプ
ロピレン20%のコポリマーを含む。ポリアルケンの有用な原料は、約35乃至
約75重量%のブテン含量及び約30乃至約60重量%のイソブテン含量を有す
るC4再精製流を、三塩化アルミニウム又はトリフルオロボランのようなルイス
酸触媒の存在下で重合させることによって得られるポリ(イソブテン)類である
。米国特許出願番号第992,871号(1992年12月17日に出願)の高
分子量のポリ−n−ブテンも又有用である。ポリ−n−ブテンを製造するための
モノマーの好ましい原料はラフィネート(Raffinate)IIのような原油のフィー
ドストリウム(feedstreams)である。これらのフィードストックは米国特許第
4,952,739号のような先行技術に開示されている。エチレンアルファ−オレフィンコポリマー
好ましいポリマーはエチレン及び、式、H2C=CHR4(式中、R4は1乃至
18の炭素原子を含む直鎖又は分枝鎖アルキル基であり、ポリマーは高度の末端
エチニリデン不飽和を含む)を有する一つ以上のアルファ−オレフィンのポリマ
ーである。好ましくは上記の式においてR4は1乃至8の炭素原子のアルキル、
そしてより好ましくは1乃至2の炭素原子のアルキルである。それゆえ、本発明
におけるエチレンとの有用なコモノマーは、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキ
セン、1−オクテンなど、及びこれらの混合物(例えば、プロピレン及び1−ブ
テンの混合物など)を含有する。好ましいポリマーはエチレン及びプロピレンの
コポリマー、及びエチレン及び1−ブテンのコポリマーである。
使用するポリマーのエチレンのモル含量は好ましくは約20乃至80%の範囲
、より好ましくは約30%乃至約70%の範囲である。1−ブテンがエチレンと
のコモノマーとして使用される場合、このようなコポリマーのエチレン含量は最
も
好ましくは約20乃至約45重量%の範囲であるが、より高い又はより低いのエ
チレン含量も存在し得る。最も好ましいエチレン−1−ブテンコポリマーは19
92年12月17日に出願された米国特許出願番号第992,192号に開示さ
れている。低分子量エチレン/α−オレフィンコポリマーの好ましい製造方法は
1992年12月17日に出願された米国特許出願番号第992,690号に開
示されている。
分散剤用の前駆物質として使用するポリマーの数平均分子量の好ましい範囲は
、500乃至10,000、好ましくは、1,000乃至8,000、最も好まし
くは2,500乃至6,000である。このような測定の従来の方法はサイズ除去
クロマトグラフィー(ゲル透過クロマトグラフィーとしても知られている(GP
C))であり、付加的に分子量分布情報を提供する。このようなポリマーは一般
的に、0.025乃至0.6dl/g、好ましくは0.05乃至0.5dl/g、最
も好ましくは0.075乃至0.4dl/gの固有粘度(135℃においてテトラ
リン中で測定)を有する。これらのポリマーはグラフトした場合、本質的に無定
形であるような、ある程度の結晶性を示すことが好ましい。
好ましいエチレンアルファオレフィンポリマーは約95%以下及びそれより多
いポリマー鎖が末端ビニリデンタイプの不飽和を有するという特徴をさらに示す
。それゆえ、このようなポリマーの一方の端は、式、POLY−C(R11)=C
H2(式中、R11は炭素原子1乃至18のアルキル、好ましくは炭素原子1乃至
8のアルキル、及びより好ましくはメチル又はエチルであり、POLYはポリマ
ー鎖を意味する)である。ポリマー鎖の少数は末端エチニル不飽和、例えば、P
OLY−CH=CH2を含有し、一部のポリマーは内部モノ不飽和、例えば、P
OLY−CH=CH(R11)(ここにおいてR11は上記に定義した通りである)
を含有し得る。
好ましいエチレンアルファオレフィンポリマーは、約30%以上のポリマー鎖
が末端ビニリデン不飽和を有するポリマー鎖を含有する。好ましくは約50%以
上、より好ましくは約60%以上、最も好ましくは75%以上(例えば、75乃
至98%)のそのようなポリマー鎖に末端ビニリデン不飽和が示される。ポリマ
ー鎖に末端ビニリデン不飽和が示される割合は、FTIR分光分析、滴定、
H−NMR、又はC13−NMRによって測定し得る。
ポリマーは、一つ以上のメタロセン(例えば、シクロペンダジエニル−遷移金
属化合物)及び活性化剤(例えば、アルモキサン化合物)を含むメタロセン触媒
系の存在下、アルファオレフィン(好ましくは3乃至4の炭素原子)のような他
のモノマーとともにエチレンを含むモノマー混合物を重合させることによって製
造し得る。コモノマー含量はメタロセン触媒成分の選択を通じ、及びモノマーの
分圧による制御によって制御され得る。
本発明で使用するためのポリマーは、一つ以上の共役ジエンと少なくともモノ
ビニル芳香族モノマー、好ましくはスチレンを含有するモノマーから誘導される
ブロック及びテーパー(tapered)コポリマーを含有する。重合組成物がオレフ
ィン二重結合を含み、好ましくは1分子当たり一つ以上の二重結合を含有するよ
うに、このようなポリマーは完全には水素添加されるべきではない。本発明は米
国特許第5,070,131号、4,108,9945号、3,711,406号及び
5,049,294号のような特許に開示されているようなスター(star)ポリマ
ーも又含有する。
文字nは0より大きく、官能性(F)又は一つのポリマー鎖当たりの官能基の
平均数を意味する。それゆえ、官能性は「ポリマーのモル数」当たりの官能基の
平均モル数として表される。「ポリマーのモル数」という語は官能化されたポリ
マー及び官能化されていないポリマーの両方を含むと理解されるべきであって、
Fは式(I)のnに相当する。官能化ポリマーは官能基を含まない分子を含み得
る。nの特定の好ましい実施態様は、1≧n>0、2≧n>1、及びn>2を含
む。nはC13NMRによって測定され得る。所望の性能のために必要とされる官
能基の最適な数は、ポリマーの数平均分子量に伴って典型的には増加する。nの
最大の値は非官能化ポリマー中の一つのポリマー鎖当たりの二重結合数によって
決定される。
特定的かつ好ましい実施態様において、「脱離基」(−YR3)は12以下、
好ましくは10未満、より好ましくは8未満のpKaを有する。pKaは、室温
において、水中における相当する酸性種HY−R3から決定される。脱離基が単
純な酸又はアルキルエステルである場合は、特にネオ置換%が増加すると、官能
化されたポリマーは非常に安定である。本発明は、一般にイソ構造よりも安定で
化学変化を起こしやすい「ネオ」官能化ポリマーを製造するのに特に有用である
。好ましい実施態様において、ポリマーは60モル%以上、より好ましくは80
モル%以上がネオに官能化される。ポリマーは90モル%より多く、又は99及
び約100モル%ネオでさえあり得る。式(I)で定義されるポリマーの一つの
好ましい組成物において、YはO(酸素)、R1及びR2は同一又は異なり、H、
ヒドロカルビル基、及びポリマー基から選択される。
他の好ましい実施態様においてYはO又はSであり、R1及びR2は同一又は異
なり、H、ヒドロカルビル基、置換されたヒドロカルビル基及びポリマー基から
選択され、R3は置換されたヒドロカルビル基、芳香族基、及び置換された芳香
族基から選択される。この実施態様は、特に、R3置換基が電子求引性を含有す
る場合に、一般的にアミン及びアルコール化合物での誘導に対しより反応性に富
んでいる。この実施態様において、好ましい脱離基、HYR3は12より小さく
、好ましくは10より小さく、より好ましくは8以下のpKaを有することが分
かった。pKaの値は典型的には5乃至12、好ましくは6乃至10、及び最も
好ましくは6乃至8の範囲を取り得る。脱離基のpKaは、系が誘導体化化合物
と反応し、誘導体化生成物の生成のしやすさによって決定する。
特に好ましい組成物において、R3は式、
(式中、Xは同一か又は異なり、電子求引置換基であり、Tは同一か又は異なり
、非電子求引基(例えば、電子供与基)であり、m及びpは0乃至5であり、m
及びpの合計は0乃至5である)によって表される。より好ましくは、mは1乃
至5であり、好ましくは1乃至3である。特に好ましい実施態様においては、X
はハロゲン、好ましくはF又はCl、CF3、シアノ基及びアミノ基であり、p
は0である。好ましいR3は2,4−ジクロロフェノールから誘導される。
本発明の組成物は、コッホ官能化ポリマーと誘導体化化合物の反応生成物であ
る誘導体化されたポリマーを含有する。好ましい誘導体化化合物は、アミン、ア
ルコール、アミノアルコール、金属反応体化合物、及びこれらの混合物を含む求
核反応体化合物を含有する。誘導体化されたポリマーは典型的には、アミド、イ
ミド、オキサゾリン、及びエステル、及び金属塩のうちの一つ以上の基を含み得
る。特定の最終用途に対する適合性は、以下に示すように、誘導体化されたポリ
マーにおいて使用されるポリマーのMn及び機能性の適した選択によって改良し
得る。
コッホ反応は不飽和ポリマーの官能化を制御しうる。炭素−炭素二重結合の炭
素が水素で置換された場合、すなわち、式IのR1又はR2のいずれか一つがHで
ある場合、「イソ」官能基が得られる。又は二重結合の炭素が十分にヒドロカル
ビル基によって置換される場合、すなわち式IのR1及びR2の両方が水素以外の
基である「ネオ」官能基が得られる。
末端不飽和ポリマー鎖を得る方法によって生成されたポリマーは、本発明の方
法によって比較的高い収率で官能化することができる。ネオ酸官能化されたポリ
マーは比較的高い収率で誘導体化することが可能である。
コッホ反応もまた比較的高価ではない物質、すなわち、一酸化炭素を比較的低
い温度及び圧力において使用することができる。また、脱離基−YR3を除去し
、アミン又はアルコールでのコッホ反応官能化ポリマーを誘導体化するのに再循
環し得る。
本発明の官能化又は誘導体化されたポリマーは分散剤、粘度改良剤、及び多機
能粘度改良剤のような潤滑剤添加剤として有用である。
本発明は上記の官能化及び/又は誘導体化ポリマーを含有する油性組成物を含
有する。このような化合物は潤滑油成分及び濃縮物を含有する。本発明は又、
(1) 約500以上の数平均分子量、及び一つのポリマー鎖当たり平均一つ以上
のエチレン性二重結合を有する炭化水素ポリマーを一つ以上、
(2) 一酸化炭素
(3) 一つ以上の酸触媒、及び、
(4) 水、水酸基含有化合物及びチオール含有化合物から選択される求核捕獲剤
を含有する混合物中において、触媒的に反応する工程を含み、その反応が1)触
媒として遷移金属を必要とせず、又は2)ハメット酸度が−7未満を有する、一
つ以上の酸触媒の存在下、又は3)官能基がエチレン性二重結合の40モル%以
上形成する条件下、又は4)求核捕獲剤が12未満のpKaを有することを特徴
とする条件下で行われる方法を提供する。
本発明の方法は、コッホ反応の機構を経て反応し、実質的には誘導体化され得
る、カルボニル又はチオカルボニル基を含む化合物を形成するエチレン性二重結
合を一つ以上有するポリマーに関する。ポリマーは酸触媒、又は好ましくは求核
捕獲剤と複合体を形成した触媒の存在下で一酸化炭素と反応する。好ましい触媒
はBF3であり、好ましい触媒複合体はBF3・H2O及びBF3と2,4−ジクロ
ロフェノールの複合体である。出発ポリマーは不飽和の部位で一酸化炭素と反応
し、求核捕獲剤とともにイソ−又はネオ−アシル基を生成するが、例えば、水、
アルコール(好ましくは置換したフェノール)又はチオールなどの求核捕獲剤と
ともに、各々、カルボン酸、カルボン酸エーテル基、又はチオエステルを生成す
る。
好ましい方法において一つ以上の炭素−炭素二重結合を有する一つ以上のポリ
マーを酸触媒又はハメットスケール酸度値が−7未満、好ましくは−8.0乃至
−11.5及び最も好ましくは−10乃至−11.5を有する触媒複合体と接触さ
せる。特定の理論にとらわれるのを望むわけではないが、カルベニウムイオンは
炭素−炭素二重結合の片側に形成されると考えられている。次いでカルベニウム
イオンは一酸化炭素と反応してアシリウムカチオンを形成する。アシリウムカチ
オンは上記に記載の求核捕獲剤の一つ以上と反応し得る。
40モル%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは80モル%以上、及
び最も好ましくは90モル%のポリマー二重結合が反応してアシル基を形成する
が、ここにおいて、アシル基の中でカルボキシルではない部分は求核捕獲剤の同
定によって決定される。すなわち、水は酸を形成し、アルコールは酸エステルを
形成し、チオールはチオエステルを生成する。本発明の上記の方法により官能化
されたポリマーはフッ化物塩を使用して単離することが可能である。フッ化物塩
は、フッ化アンモニウム、及びフッ化ナトリウムからなる群から選択される。
好ましい求核捕獲剤は、水、一価アルコール、多価アルコール、水酸基含有芳
香族化合物及びヘテロ置換したフェノール化合物からなる群から選択される。触
媒及び求核捕獲剤は別々に又は組み合わせて添加し、触媒複合体を形成し得る。
以下はコッホ反応機構を経て末端不飽和ポリマーが反応し、酸又はエステルを
形成する例である。ポリマーを一酸化炭素又は、酸触媒存在下のギ酸のような適
した一酸化炭素源と接触させる。触媒は炭素−炭素二重結合にプロトンを付与し
、カルベニウムイオンを形成する。これに続いて一酸化炭素を添加することによ
って、アシリウムイオンが形成され、アシリウムイオンは求核捕獲剤と反応する
。POLY、Y、R1、R2、及びR3は上記に定義している。
コッホ反応は、とりわけメタロセンタイプの触媒を使用して生成したポリ(ア
ルファオレフィン)及びエチレンアルファオレフィンコポリマーを官能化するの
に有用である。これらのポリマーは末端ビニリデン基を含有する。このような末
端基はネオタイプ(第三級)のカルベニウムイオンを主に生成する傾向がある。
カルベニウムイオンを生成するために、酸触媒は好ましくは比較的強力である。
しかし、酸触媒の強度は、好ましくは、酸が極度に強力である場合に生じる有害
な副反応に対してバランスをとるようにする。
コッホ触媒は、提案される求核捕獲剤との触媒複合体を前もって形成すること
によって、又は、触媒と捕獲剤を別々に反応混合物に添加することによって使用
することができる。後者の実施態様は、触媒複合体の形成段階をなくすため、特
に有利であることが分かった。以下に、適した酸触媒及び触媒複合体物質の例を
各々ハメットスケール酸度と共に示す。60%H2SO4,−4.32,BF3・3
H2O,−4.5,BF3・2H2O,−7.0,WO3/Al2O3 ,−8.2未満、
SiO2/Al2O3,−8.2未満、HF,−10.2,BF3・H2O ,−11.
4;−11.94,ZrO2,−12.7未満、SiO2/Al2O3−12.7乃至
−13.6、AlCl3,−13.16乃至−13.75、AlCl3/CuSO4
,−13.75乃至−14.52である。
BF3・2H2Oはコッホ反応機構のイオンを通じてポリマーに官能化するのに
効果的でないことが分かった。これに対し、BF3・H2Oは同じ反応において、
カルボン酸が高収率で得られる。H2SO4 の触媒としての使用は、酸濃度を制
御して所望のハメットスケール値の範囲に達成させることに関与する。好ましい
触媒はH2SO4及びBF3の触媒系である。
本発明における使用に適するBF3触媒複合体は式
BF3・xHOR
[式中、Rは水素、ヒドロカルビル(R′に関連して以下に定義するように)−
CO−R′,−SO2−R′,−PO−(OH)2,及びこれらの混合物(R′は
ヒドロカルビル、典型的なアルキル、例えば、C1乃至C20のアルキル及び、例
えば、C6乃至C14のアリール、アルアルキル、アルカリルであり、及びxは2
未満である。)を表すことができる]によって表される。
COとの反応の後に、反応混合物をさらに水又はアルコール、又はフェノール
性、又はチオール化合物のような他の求核捕獲剤とさらに反応させる。水の使用
は触媒を放出し酸を生成する。水酸基捕獲剤の使用は、触媒を放出しエステルを
生成し、チオールの使用は触媒を放出してチオエステルを生成する。
コッホ反応生成物(本明細書においては官能化されたポリマーとも言及する)
は、典型的には以降に記載するように誘導体化され得る。エステル基で官能化さ
れたポリマーに関与する誘導体化反応は、典型的にはそれからアルコールで誘導
体化された部分を置換しなければならない。結果として、コッホ反応によって官
能化されたポリマーのアルコールで誘導体化された部分は、脱離基として本明細
書において言及されることがある。誘導体化の間、脱離基が容易に置換されるか
どうかは、脱離基の酸度に依存し、すなわち、酸度が高いほど置換が起こりやす
い。アルコールの酸も又、アルコールのpKaによって表される。
好ましい求核捕獲剤には水及び水酸基含有化合物が含まれる。有用な水酸基捕
獲剤は、一価及び多価アルコールのような脂肪族化合物又はフェノール及びナフ
トールのような芳香族化合物を含む。本発明のエステルが誘導され得る芳香族水
酸基化合物は、以下の特定の例、すなわち、フェノール、ナフトール、クレゾー
ル、レソルシノール、カテコール、2−クロロフェノールとして示される。特に
好ましいのは、2,4−ジクロロフェノールである。
アルコールは好ましくは約40までの脂肪族炭化水素原子を含有し得る。アル
コールはメタノール、エタノール、ベンジルアルコール、2−メチルシクロヘキ
サノール、ベータ−クロロエタノール、エチレングリコールのモノメチルエーテ
ルなどのような一価アルコールであり得る。多価アルコールは好ましくは2乃至
約5の水酸基、すなわち、エチレングリコール、ジエチレングリコールを含む。
他の有用な多価アルコールにはグリセロール、グリセロールのモノメチルエーテ
ル、及びペンタエリトリトールが含まれる。有用な不飽和アルコールにはアリル
アルコール、及びプロパギルアルコールを含有する。とりわけ好ましいアルコー
ルは式R* 2CHOH(式中、R*は独立して水素、アルキル、アリール、ヒドロ
キシアルキル、又はシクロアルキルである)を有するアルコールを含む。特定の
アルコールはメタノール、エタノールなどのようなアルカノールを含有する。又
、好ましい有用なアルコールには、一価アルコールと同様に、芳香族アルコール
、フェノール性化合物、及び1,4−ブタンジオールのような多価アルコールが
含まれる。
ネオ−酸エステルで官能化されたポリマーは、極めて安定であることがわかっ
たが、これはステアリック(stearic)障害のためと考えられている。結果とし
て、それから得ることのできる誘導体化ポリマーの収率は、誘導体化化合物によ
る官能化したポリマーの脱離基の置換のし安さによって変動し得る。最も好まし
いアルコール捕獲剤は、置換したフェノールが上記の好ましいpKaの範囲のp
Kaを有するように、一つ以上の電子求引置換基でフェノールを置換することに
よって得られ得る。これに加え、コッホ反応の間、ポリマーによるフェノールの
望ましくないアルキル化反応を阻止するために、フェノールは一つ以上の非電子
求引基(例えば、電子供与基)で、好ましくはメタ位において、置換され得る。
これはさらに所望のエステル官能化されたポリマーの収率を改良する。
従って、上述のように、最も好ましい捕獲剤はフェノール及び置換したフェノ
ール化合物であって、式
(式中、Xは同一又は異なり、電子求引基であり、Tは同一又は異なり、非電子
求引基であり、m及びnは0乃至5であり、mとpの和は0乃至5であり、mは
好ましくは1乃至5であり、より好ましくはmは1又は2である。Xは好ましく
はハロゲン、シアノ、及びニトロから選択される基であり、好ましくは2−及び
/又は4−位に位置し、及び、Tはヒドロカルビル、及び水酸基から選択され、
pは1又は2であり、Tは好ましくは4及び/又は6位に位置する。より好まし
くはXはCl、F、Br、シアノ、又はニトロ基から選択され、mは好ましくは
1乃至5であり、より好ましくは1乃至3、さらに好ましくは1乃至2、及び最
も好ましくは、2であり、−OHに関し2及び4位に位置する。
反応体及び触媒の相対量、及び十分に官能化するように制御された条件は典型
的には約40モル%以下、好ましくは80モル%以下、より好ましくは約90モ
ル%以下及び最も好ましくは約95モル%の炭素−炭素二重結合が非官能化ポリ
マーにおいて最初に存在する。使用するH2O、アルコール、又はチオールの量
は好ましくは、アシリウムカチオンと反応するのに要求される理論量以上である
。アルコールは反応において反応体及び希釈剤の二つの役割を果たす。しかし、
ハメットスケール値酸度に悪影響を及ぼさないように、酸触媒を希釈しないのと
同時に、使用するアルコール又は水の量は、所望の収率をもたらすのに十分な量
でなくてはならない。
反応体系に添加するポリマーは液相であり得る。任意に、ポリマーは不活性溶
媒に溶解し得る。収率は、極性を有し、それゆえ、未反応の非極性化合物から容
易に分離可能なアシル基を含むポリマー分子を分離することによる反応の完了に
よって決定され得る。分離は当業者に公知の吸収技術を使用して行い得る。始め
の炭素−炭素二重結合及び反応後に残っている炭素−炭素二重結合の量はC13N
MR技術によって測定され得る。
本発明の方法において、ポリマーは所望の温度範囲に加熱され得るが、これは
典型的には−20℃乃至200℃の間、好ましくは0℃乃至80℃、より好まし
くは40℃乃至65℃である。温度は反応器に適用した加熱及び冷却手段によっ
て制御され得る。混合は均質な反応媒体を確実に達成するために反応の間中行う
。
触媒(及び求核捕獲剤)は触媒複合体を形成するために予め反応させておくか
、又は反応器に一段階で別々に添加し、所望の温度及び圧力で、好ましくは窒素
下において触媒複合体をその場で形成することができる。好ましい系において、
求核捕獲剤はBF3 と組み合わせて使用する置換されたフェノールである。反応
器内容物を連続的に混合し、次いで、高圧力一酸化炭素源を使用して迅速に所望
の操作圧力をもたらす。有用な圧力は138,000kPa(20,000psi
g)、及び典型的には2,070kPa(300psig)以上、好ましくは5,
520kPa(800psig)以上、及び最も好ましくは6,900kPa(
1,000psig)以上、及び典型的には3,450乃至34,500kPa(
500乃至5,000psig)好ましくは4,485乃至20,700kPs(
650乃至3,000psig)、及び最も好ましくは4,485乃至13,80
0kPa(650乃至2,000psig)である。
一酸化炭素圧力は銅化合物のような触媒を添加することによって減少し得る。触
媒のポリマーに対する体積比は0.25乃至4、好ましくは0.5乃至2及び最も
好ましくは0.75乃至1.3の範囲であり得る。
好ましくは、ポリマー、触媒、求核捕獲剤及び一酸化炭素は一つの工程で反応
器に送り込む。次いで、反応器内容物を所望の時間、一酸化炭素圧力下に維持す
る。反応時間は5時間まで、典型的には0.5乃至4、及び最も典型的には1乃
至2時間の範囲を取り得る。次いで、反応器内容物を取り出し、カルボン酸又は
カルボン酸エステル又はチオールエステル官能基のいずれかを含むコッホ反応官
能化ポリマーである生成物を取り出す。取り出す際、未反応のCOは排出する。
窒素は反応器を洗い流し、容器にポリマーを入れるために使用する。
特定の反応体を使用することにより、官能化したポリマーを含む反応混合物は
一つの層になり得、これは分離可能なポリマー及び酸性相の組み合わせか又はポ
リマー相又は酸性相のいずれかが連続相であるエマルジョンである。反応が完了
すると、ポリマーを適した手段によって回収する。混合物がエマルジョンである
場合、ポリマーを分離するのに適した手段を使用し得る。好ましい手段は、フッ
化ナトリウム又はフッ化アンモニウムのようなフッ化物塩をブタノール又はメタ
ノールのようなアルコールと組み合わせて使用し、触媒を中性化し、反応複合体
を相分離する。フッ化物イオンは官能化ポリマーに複合したBF3を捕獲するの
に役立ち、また、粗生成物を水で洗う場合に生成するエマルジョンを破壊するの
に役立つ。メタノール及びブタノールのようなアルコール及び市販の解乳化剤も
また、特にフッ化物イオンと組み合わさってエマルジョンの破壊に役立つ。好ま
しくは、ポリマーの分離に使用する際は求核捕獲剤はフッ化物塩及びアルコール
と組み合わせる。溶媒としての求核捕獲剤の存在は官能化したポリマーのエステ
ル交換を最小限に押さえる。求核捕獲剤が12未満のpKaを有する場合、官能
化したポリマーは減圧及び蒸留によって求核捕獲剤及び触媒から分離され得る。
求核捕獲剤が低いpKa値を有する場合、触媒、すなわち、BF3が反応混合物
から容易に放出されることが分かった。
上記のようにコッホ反応を受けたポリマーもまた本明細書において官能化され
たポリマーと言及される。それゆえ、官能化されたポリマーは、官能化ポリマー
が(a)さらなる化学反応(例えば誘導体化)を受け得るか、または(b)ポリマ
ーのみ、又はこのような化学修飾が存在しないポリマーが有する他の性質は有さ
ないように、所望の性質を有するため、一つ以上の官能基によって化学的に修飾
された分子を含む。
括弧を使用した表記
(この表記にはアシル基
を含む)によって表されるように官能基を特徴付けることは式Iの説明から観察
され得る。
部分がポリマーに添加されるのではないが、これは、分離した反応体から誘導さ
れるという意味においてであるのに対し、説明及び記載を容易にするために官能
基の一部としてさらに参照することを理解されるべきである。厳密にいうと、こ
れは官能基を構成するアシル基であるが、これは化学的修飾の間添加される官能
基であるためである。さらに、R1及びR2は、官能化する前に二重結合をもたら
す2つの炭素に始めから存在するか、又は一部を構成する基を表す。しかし、R1
及びR2は括弧内に包含されるため、ネオアシル基はR1及びR2の同定に依って
式中のイソアシル基とは区別され得る。
典型的には、ポリマーの最終用途が、例えば、誘導体化されたポリマーとして
の分散剤を製造するためである場合、ポリマーは、以後に定義するように分散剤
の範囲の分子量(Mn)を有し得、官能価は、典型的に誘導体化された多機能V
I改良剤(ここにおいてポリマーは以後に定義する粘度改良剤の範囲の分子量(
Mn)を有する)を製造することを意図されたポリマーに比べて、非常に低い。
従って、効果的な官能性が、続いて起こる誘導体化あ意図された官能化されたポ
リマーに付与されるのに対して、分散剤の使用目的のため、Fと表記される官能
性は典型的には約3以下、好ましくは約2以下、典型的には約0.5乃至約3、
好ましくは0.8乃至約2.0(例えば、0.8乃至1)の範囲であり得る。
同様に、誘導体化したポリマーを粘度改良剤に使用する目的のための効果的な
官能価Fは、典型的には約3より大きく、好ましくは約5より大きく、及び典型
的には5乃至約10の範囲であることを意図される。非常に高い分子量のポリマ
ーに関する使用目的は典型的には約20より大きく、好ましくは約30より大き
く、最も好ましくは約40より大きく、典型的には20乃至60、好ましくは2
5乃至55、及び最も好ましくは30乃至50の範囲であり得る官能性を意図す
る。
米国特許出願第261.507号、代理人事件番号PT−1143、Amidation
of Ester Functionalized Polymers,米国特許出願第261,557号、代理人
事件番号PT−1144、Prestripped Polymer Used to Improve Koch Reactio
n Dispersant Additives、米国特許出願第261,559号、代理人事件番号P
T−1145、Batch Koch Carbonylation Process,米国特許出願第261,5
60号、代理人事件番号PT−1149、Continuous Process for Production
of Functionalized Olefins,米国特許出願第261,554号、代理人事件番号
PT−1150、Lubricating Oil Dispersants Derived from Heavy Polyamine
s、及び米国特許出願第261,558号、代理人事件番号PT−1151、Func
tionalized Additives Useful In Two-Cycle Engines、これらは全て1994年
6月17日に出願し、全て名称によって示されたように関連した事項を含み、本
明細書に全てを目的として全体を参照として援用する。誘導体化されたポリマー
官能化されたポリマーは、官能基が必要な極性基を含有する場合、分散剤・多
機能粘度改良剤として使用され得る。官能基は又、ポリマーが種々の化学反応に
関与することを可能にし得る。官能化したポリマーの誘導体化体は、官能基の反
応を通じて形成することが可能である。これらの誘導体化されたポリマーは分散
剤及び粘度改質剤としての使用を含む、種々の使用のために必要な性質を有し得
る。誘導体化されたポリマーは化学的修飾を受け、官能化されていないポリマー
及び/又は官能化されたポリマーと比較して十分に改良された手段で一つ以上の
機能を示すポリマーの一つである。このような機能の典型例は、潤滑剤の油組成
物における分散性及び/又は粘度の改質である。
誘導体化された化合物は典型的には一つ以上の選択された反応性のある誘導化
基を含み、種々の反応によって官能化されたポリマーの官能基と反応する。この
ような反応の典型例は求核置換、エステル交換、塩生成などである。誘導体化合
物は好ましくは、誘導体化されたポリマーに所望の性質を付与するのに適した一
つ以上の付加的な基、例えば、極性基もまた含む。かくて、このような誘導体化
化合物は典型的には、アミン、水酸基、エステル、アミド、イミド、チオ、チオ
アミド、オキサゾリン、又はカルボン酸エステル基を含む一つ以上の基を含有す
るか、又は誘導体化反応の完了時にこのような基を形成する。
誘導体化されたポリマーは上記の官能化されたポリマーが、アミン、アルコー
ル、アミノ−アルコール、及びこれらの混合物を含む求核反応体と反応して生成
する、油溶性の塩、アミド、オキサゾリン、及びエステルを含む反応生成物を含
む。その代わりとして、官能化したポリマーは塩基性金属塩と反応してポリマー
の金属塩を生成し得る。好ましい金属はCa、Mg、Cu、Zn、Moなどであ
る。
誘導体化したポリマーに付与するのに適すると考えられる性質には、分散性、
多機能性粘度改良性、抗酸化性、摩擦改良性、抗摩耗性、抗錆性、密封膨脹性な
どを含む。誘導体化したポリマーに付与するのに好ましいと考えられる性質は、
分散性(モノ−又は多機能性の両方)及び粘度改良性が第一であり、第二には分
散性である。多機能性分散剤は典型的には第一に分散剤として機能し、第二に粘
度改良剤として機能し得る。
多機能性粘度改良剤(本明細書において多機能性粘度指数改良剤又はMFVI
としても言及される)を調製するコッホ反応の官能化及び誘導体化技術は無灰の
分散剤と同一であるが、誘導体化及びMFVIとしての結果的な使用を意図して
官能化されたポリマーの機能は、分散剤としての結果的な使用を意図された、官
能化されたポリマーよりも高度に制御され得る。これはMFVIポリマーの主鎖
中のMnと、分散剤ポリマーの主鎖中のMnの違いから生じる。従って、主鎖に
おいて、各々20,000、好ましくは各々10,00、0最も好ましくは各々5
,000Mnの分子量セグメントにおいて、MFVIは、典型的には約1までで
約0.5以上の官能基(すなわち、式(I)の“n”)を有する官能化されたポ
リマーから誘導される。分散剤
分散剤は、油の使用から生じる結果、油不溶解性物を流体において懸濁状態に
維持し、スラッジの凝集物及び沈殿を防ぐ。適した分散剤には、例えば、灰を生
成する分散剤(洗浄剤としても公知である)及び無灰のタイプが含まれ、後者の
タイプが好ましい。本発明の誘導体化されたポリマー組成物は無灰の分散剤及び
潤滑剤及び燃料組成物における多機能粘度指数改良剤として使用されることが可
能である。
一つ以上の官能化されたポリマーは一つ以上のアミン、ポリオール、アミノア
ルコールなどを含む、アルコールと混合され、分散剤添加物を形成する。とりわ
け好ましい分散剤の一つのクラスは、(1) 水酸化化合物、例えば、多価アルコー
ル又はペンタエリトリトール又はトリスメチロールアミノメタンのようなポリハ
イドロキシ置換脂肪族第一級アミン(2) 例えば、ポリオキシプロピレンジアミン
のようなポリオキシアルキレンポリアミン、及び/又は(3) 例えば、本明細書に
おいてTEPAと表されるテトラエチレンペンタアミンのようなポリエチレンポ
リアミンのようなポリアルキレンポリアミンと反応した本発明の官能化されたポ
リマーから誘導されるものである。アミン化合物による誘導
官能化されたポリマーを誘導体化するのに有用なアミン化合物は一つ以上のア
ミンを含有し、一種以上の付加的なアミン又は他の反応性のある又は極性基を含
む。官能基がカルボン酸、カルボン酸エステル、又はチオールエステルである場
合、アミンと反応してアミドを形成する。好ましいアミンは、脂肪族の飽和アミ
ンである。適したアミンの非制限的な例は1,2−ジアミノエタン、1,3−ジア
ミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノヘキサン、ジエチレン
トリアミンのようなポリエチレンアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチ
レンペンタアミンを含む。
他の有用なアミン化合物は1,4−ジ(アミノメチル)シクロヘキサンのよう
な脂環式ジアミン、イミダゾリンのような複素環式窒素化合物を含む。アミン化
合物の混合物は有利に使用し得る。有用なアミンにはポリオキシアルキレンポリ
アミンも又含む。特にアミンの有用なクラスは、ポリアミド及びこれに関連する
アミンである。
本発明の好ましいポリアミン分散剤に関し、新規な好ましい組成物は、窒素含
量が低いという制限及び粘度が高いという欠点を持たずに高分子量の主鎖を使用
する利点をもたらす。
一つの第一級アミノ基及び1乃至10の第二級又は第三級アミノ基を含むポリ
アミンが有用である。潤滑油への使用には3乃至8の第二級又は第三級アミノを
有するポリアミンが好ましい。燃料への使用には1乃至3の第二級又は第三級ア
ミノ基を含むポリアミンが好ましい。これらのポリアミンは任意に酸素及び硫黄
原子を分子の一部として含有する。アミノ基及び酸素及び硫黄は一般的に1乃至
6の炭素原子を含むヒドロカルビレン基によって互いに分離される。ポリアミン
は構造の一部として複素環を含有し得る。
好ましいポリアミンは一分子当たり一つのみのアミンを含有する。しかし、ポ
リアミン中の窒素原子の数が増えるにつれて、分枝鎖が生じ、一つ以上の第一級
アミノ基を含むいくつかの分子とともに一つの第一級アミン基を含有するポリア
ミンの混合物を生じ得る。最終生成物の粘度を最小にし、窒素含量を最大にする
ためには、最小量の分枝鎖しか有さないポリアミンが好ましい。
一般に、このような一腕のポリアミンは2つの群に属する。(1) 非揮発性及び
(2) 揮発性アミンである。揮発性一腕ポリアミンは遊離アミンとして未反応のま
まであれば、方法のストリッピング工程の間、蒸留可能なポリアミンとみなされ
る。揮発性アミンは、未反応のアミンを回収及び再利用できるので最短時間内に
反応の完成を促進するために過剰量で使用され得る。分散剤混合物中に未反応ポ
リアミンが残るのを防ぐため非揮発性アミンの化学量論ではカルボニル基一つ当
たり約一つの第一級アミノ基に限定される。
一腕ポリアミンの一つのタイプは式
H2N(R1−NH−)z−(−R2−A−)y−R4
(式中、R1及びR2は1乃至6の炭素原子の炭化水素基であり、R4は1乃至4
0の炭素を含有するヒドロカルビル基、又はN、及び/又はS、及び/又はOを
含有する複素環構造であり、Aは酸素又は硫黄、zは1乃至10、yは0乃至1
である)で表される。
これらの一腕ポリアミンを製造する方法の一つは、既知のアルコール、モノ又
はポリアミンとアクリロニトリルの段階反応及びこれに続く水素添加からなる。
これらのポリアミンの一部のリストを以下に示す。
CH3(CH2)16-18(NHCH2CH2CH2)3−NH2
CH3(CH2)16-18−O−(NHCH2CH2CH2)3−NH2
CH3(CH2)11−O−(NHCH2CH2CH2)5−NH2
CH3(CH2)16-18−O−(NHCH2CH2CH2)3−NH2
CH3(CH2)16-18−O−(NHCH2CH2CH2)3−NH2
(CH3)2NCH2CH2CH2NHCH2CH2CH2NH2
(CH3)2N(CH2CH2CH2NH)2CH2CH2CH2NH2
(CH3)2N(CH2CH2CH2NH)3CH2CH2CH2NH2
アルコールによる誘導体化反応
本発明の官能化されたポリマーはアルコールと反応して、例えば、エステルを
形成する。アルコールは一価及び多価アルコールのような脂肪族化合物又はフェ
ノール及びナフトールのような芳香族化合物であり得る。エステルが誘導され得
る芳香族水酸化化合物は以下に示す特定の例、すなわち、フェノール、ベータナ
フトール、アルファナフトール、クレゾール、レソルシノール、カテコールなど
によって示される。フェノール及び3つまでのアルキル置換基を有するアルキル
化フェノールが好ましい。エステルが誘導され得るアルコールは好ましくは約4
0までの脂肪族炭素原子を含有することが好ましい。それらはメタノール、エタ
ノール、イソオクタノールなどのような一価アルコールであり得る。多価アルコ
ールの有用なクラスは3つ以上の水酸基を有し、そのうちのいくつかが、例えば
、オクタン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、ドデカン酸、又はタル
油酸のような約8乃至約30の炭素原子を有するモノカルボン酸でエステル化
されているものである。
エステルは例えば、アリルアルコール、シンナミルアルコール、プロパギルア
ルコールのような不飽和アルコールから誘導され得る。本発明のエステルを生成
することのできるアルコールの他のクラスは、エーテルアルコール及びアミノア
ルコールを含有し、これらは、例えば、オキシアルキレン−、オキシアリーレン
−、アミノ−、アルキレン−、及び、オキシレン、アミノアルキレン、又はアミ
ノ−アリーレンオキシアリーレン基の一つ以上を有するアミノ−アリーレン−置
換アルコールを含む。これらはセロソルブ(Cellosolve)、カルビトール、フェ
ノキシエタノールなどによって例示される。
本発明の官能化されたポリマーは従来のエステル化又はエステル交換技術によ
ってアルコールと反応する。これは典型的にはアルコールとともに官能化された
ポリマーを、任意に通常は液体、実質的には不活性な有機液体溶媒/溶剤の存在
下、及び/又はエステル化触媒の存在下で加熱することを含む。反応性金属/金属化合物による誘導体化反応
有用な反応性金属又は反応性金属化合物は官能化されたポリマーの金属塩又は
官能化されたポリマーとの金属含有複合体を形成するものである。金属複合体は
典型的には上記のようにアミン及び/又はアルコール、及びアミノ化反応の間又
はそれに続く複合体形成反応体と、官能化されたポリマーの反応によって成され
る。複合体形成金属反応体には、硝酸塩、亜硝酸塩、ハロゲン化物、カルボン酸
塩などが含まれる。
本発明の適した官能化されたポリマーはアミン、アルコール、反応性金属、反
応性金属化合物、又は、例えば、一つ以上のアミン、一つ以上のアルコール、一
つ以上の反応性金属又は反応性金属化合物、又はこれらの混合物である、これら
の2つ以上の組み合わせのような個々の誘導体化された化合物と反応し得る。実
質的に不活性な有機液体希釈剤が混合、温度制御、及び反応混合物の取り扱いを
促進するために使用され得る。
本発明の官能化されたポリマーとアルコール、窒素含有反応体、金属反応体の
ような誘導体化化合物との反応によって生成される反応生成物は実際に種々の反
応生成物の混合物である。官能化されたポリマー自体は物質の混合物であり得る
。
官能化されたポリマー自体が分散剤の性質を有し、潤滑剤及び燃料において分散
剤添加剤として使用され得るのに対し、最良の結果は、少なくとも約30、好ま
しくは少なくとも約50、最も好ましくは100%の官能基が誘導体化されたと
きに成される。後処理
官能化された及び/又は誘導体化されたポリマーは後処理をされ得る。誘導体
化ポリマーの後処理の工程は、先行技術の従来の分散剤及びMFVIに関して使
用される後処理工程に類似している。従って、同一の条件、反応体の比が使用さ
れ得る。従って、誘導体化されたポリマーは、尿素、チオ尿素、二硫化炭素、ア
ルデヒド、ケトン、カルボン酸、炭化水素置換無水コハク酸、ニトリル、エポキ
シド、ホウ素化合物、リン化合物などのような反応剤と後処理をし得る。上記の
ように本発明のアミンで誘導体化されたポリマーは、特に分散剤及び粘度指数改
良剤として使用するために、前記のポリマーをホウ素化合物、窒素化合物、リン
化合物、酸素化合物、コハク酸及び無水物(例えば、無水コハク酸、無水ドデシ
ルコハク酸、及び炭素原子1乃至30のヒドロカルビル置換された無水コハク酸
)、例えば、マレイン酸及びフマル酸及び無水物のような他の酸及び無水物、及
び、例えば、マレイン酸メチルのような前記のエステルのような一つ以上の後処
理剤と接触させることにより、後処理をされる。アミン誘導体化ポリマーは好ま
しくは窒素組成の1モル当たり0.1乃至20.0の原子の割合で付与する量の酸
化ホウ素、ハロゲン化ホウ素、ホウ素酸エステル、又はホウ素エステルで処理さ
れる。分散剤として有用なホウ素誘導体化ポリマーは前記ホウ化窒素含有分散剤
化合物の総量を基にして0.05乃至2.0重量%、例えば、0.05乃至0.7重
量%のホウ素を含有し得る。
処理は、前記ホウ素化合物、好ましくは通常スラリーとしてホウ酸を前記窒素
化合物に添加し、約135℃乃至190℃、例えば、140℃乃至170℃にお
いて1乃至5時間撹拌しながら加熱することによって容易に実行し得る。本発明
の誘導体化ポリマーは、重合可能なラクトン(エプシロンカプロラクトンのよう
な)を処理して分散体付加物を形成することも又可能である。潤滑剤組成物
分散剤及びMFVI製造の中間体として作用することに加え、コッホの官能化
ポリマーは、離型剤、鋳造剤、金属加工潤滑剤、ポイント増粘剤などとして使用
し得る。後処理をした誘導体化されたポリマーの全工程を通じて、官能化された
ポリマーからの本発明の生成物の第一の用途は、油性組成物への添加剤としてで
ある。
本発明の添加剤は燃料及び潤滑油のような油性物質中へ組み込まれることによ
って使用され得る。燃料には、65℃乃至430℃で沸騰する中間留出物のよう
な、通常液体の石油燃料を含み、ケロセン、ディーゼル燃料、家庭用加熱燃料油
、ジェット燃料などを含む。燃料中での添加剤の濃度は、組成物の総量を基にし
て、典型的には0.001乃至0.5重量%の範囲であり、好ましくは0.005
乃至0.15重量%が通常使用される。
本発明の添加剤は、添加剤が溶解されるか又は分散する基油を使用する、潤滑
油組成物中に使用され得る。このような基油は天然又は合成油であり得る。本発
明の潤滑油組成物を調製するのに使用するのに適した基油は自動車及びトラック
エンジン、船舶及び鉄道ディーゼルエンジンなどのような火花点火及び圧縮点火
の内燃機関用のクランクケース潤滑油として従来使用されたものを含む。動力伝
導装置燃料、万能トラクター液及び作動液、重質作動液、パワーステアリング燃
料などとして使用するのに従来採用及び/又は適合させていた基油中に、本発明
の添加剤混合物を使用することによって、有利な結果をも成し遂げられる。ギア
潤滑油、産業油、ポンプ油及び他の潤滑油組成物も又、本発明の添加剤を組み込
むことによって利益を得る。
天然油は動物性油及び植物性油(例えば、ひまし油、ラード油、液体石油及び
、パラフィン、ナフテン、及びパラフィン−ナフテン混合タイプの水素化精製、
溶媒処理又は酸処理潤滑鉱油)を含む。
合成潤滑油は、重合及び共重合オレフィン(例えば、ポリブチレン、ポリプロ
ピレン、ポリプロピレンイソブチレンコポリマー、塩素化ポリブチレンなど)の
ような炭化水素油及びハロゲン置換炭化水素油を含む。アルキレンオキシドポリ
マー及びコポリマー及び末端水酸基がエステル化、エーテル化などによって修飾
されたそれらの誘導体は公知の合成潤滑油の他のクラスを構成する。合成潤滑油
の他の適したクラスはジカルボン酸のエステルを含む。合成油として有用なエス
テルは炭素原子5乃至12のモノカルボン酸及びポリオール及びネオペンチルグ
リコールなどのようなポリオールエーテルから製造されたものを含む。ポリアル
キル−、ポリアリール−、ポリアルコキシ−、又は、ポリアリールオキシシロキ
サン油のようなケイ素基油及びシリケート油は合成潤滑剤の他の有用なクラスを
含む。未精製、精製及び再精製油は、本発明の潤滑剤中に使用し得る。
本発明の添加剤、特に分散剤又は粘度改良剤としての使用のために適合させた
ものは、簡便ないずれの方法によっても潤滑油中に組み込むことができる。従っ
て、それらは油中に同様に分散又は溶解することによって油中に直接添加するこ
とができる。このような添加的な潤滑油へのブレンドは室温又は高い温度におい
て起こり得る。代替方法として、添加剤は最初に濃縮物にし、次に油中にブレン
ドされる。このような分散剤の濃縮物は、活性成分(AI)として、基油中の添
加剤(濃縮物重量を基にして)を10乃至80重量%、典型的には20乃至60
重量%、及び好ましくは40乃至50重量%の範囲で含有する。MFVIの濃縮
物は典型的には5乃至50重量%のAIを含む。
本発明の添加剤は一つ以上の所望の機能を示すために選択された他の添加剤と
混合し得る。このような付加的な添加剤の典型例は、洗浄剤、粘性改良剤、摩耗
防止剤、酸化防止剤、腐蝕防止剤、摩擦改良剤、発泡防止剤、防錆剤、乳化破壊
剤、抗酸化剤、潤滑油流性改良剤、密封膨脹制御剤である。
これらの添加剤を含有する場合、組成物は典型的には、それらの通常伴う機能
を付与するのに効果的である量で、基油中にブレンドされる。このような添加物
の代表的な効果的な量を以下に示す。
他の添加剤を使用する場合、一つ以上の前記他の添加剤とともに本発明の目的
の添加剤を濃縮した溶液又は分散体を含む添加剤濃縮物又はパッケージを調製す
ることは必ずしも必要ではないが、好ましい。潤滑油への添加剤濃縮物の溶解は
、溶媒によって、穏やかな加熱とともに混合することによって促進され得るが、
本質的なことではない。最終的な組成は、典型的には2乃至20重量%、例えば
、約10重量%の添加剤パッケージ、そして、残部の基油を使用し得る。
本明細書に示した前記重量%は全て(他に示さない限り)、個々の添加剤の活
性成分(AI)含量、及び添加剤パッケージ又は配合物の総量を基にしており、
全体の油又は希釈剤の重量を含む。実施例
組成物の部及びパーセントは特に示さない限り重量による。全ての分子量(M
n)は数平均分子量である。実施例1乃至13 カルボン酸基の収率(実施例1乃至5) 実施例1(比較例)
n−ヘプタン(nC7)36.2部に溶解したポリ−n−ブテンポリマー
(PNB)(Mn=550)34.5部をオートクレーブに入れ、混合し、50
℃まで加熱した。フッ化ホウ素二水和物(BF3・2H2O)662部を次に加え
、直後にCOによって総オートクレーブ圧力を1500psigにした。混合物
を3時間上記の温度及び圧力で撹拌した。圧力を解除し、反応生成物を多量の水
及びブタノールで洗浄し、酸相からポリマー相を遊離した。ポリマーをオーブン
で乾燥させた。最終のポリマーの分析によると、カルボン酸基への変換が5%未
満であることを示した。実施例2
37.1部のPNB(Mn=550)を40.2部のnC7中に溶解し、690
部のBF3・2H2OをBF3・2H2Oの代わりに使用し、十分なBF3が溶解し
、所望の組成が得られるまでBF3ガスをBF3・2H2O中にバブリングするこ
とによって調製した以外は、実施例1に記載された生成方法に従った。圧力はC
Oで2,000psigにした。最終生成物の分析はポリマーからネオ−カルボ
ン酸への85%の変換を示した。実施例3
203.6部のエチレンプロピレン(EP)コポリマー(Mn=1,800、及
び約50重量%のエチレン)及び159.9部のnC7、及び34部のBF31・
1H2Oを上記の反応体の代わりとした以外は、実施例1に記載された方法に従
った。圧力はCOで2,000psigにした。ネオ−カルボン酸への変換は5
6%であった。実施例4
803部のエチレンブテン(EB)コポリマー(Mn=3,700、及び約4
5重量%のエチレン)、568部のイソオクタン、及び670部のBF3・1.
1H2Oを使用した以外は、実施例1に記載された方法に従った。圧力はCOで
2,000psigにした。反応生成物を600部のフッ化ナトリウム(NaF
)、756部の水、302部のヘキサン、及び50部のブタノールを含む水性溶
液に入れた。容易に水性相から分離したポリマー生成物を回収し、乾燥させた。
分析によると、ネオ−カルボン酸への変換は85.1%であった。実施例5
543部のプロピレンブテン(PB)コポリマー(Mn=2,800、及び約
30重量%のプロピレン)、454部のイソオクタン、及び659部のBF31
・1H2Oを使用した以外は、実施例4に記載された方法に従った。反応生成物
を600部のフッ化ナトリウム、945部の水、及び302部のヘキサンに入れ
た。最終生成物の分析によると、ネオ−カルボン酸への変換は75.4%であっ
た。実施例1乃至5の結果を以下の表1にまとめる。
アルキルエステル(実施例6乃至12)実施例6(比較例)
1119.2部の溶媒のないPNB(Mn=550)、及び350部のBF3・
ジブタノール(BF3ガスをn−ブタノールにバブリングして調製)を使用した
以外は、実施例1に記載された方法に従った。圧力はCOで2,000psig
にした。最終生成物の分析によるとネオ−アルキルエステルへの変換が5%未満
であることを示した。実施例7
153.3部のEPポリマー(Mn=900、約50重量%のエチレン)及び
137.9部のnC7、及び88部のBF3・モノブタノールを配合に使用した以
外は、実施例1に記載された方法に従った。ポリマーを乾燥させ、ネオ−アルキ
ルエステルへの変換は86%であった。実施例8
143部の溶媒のないPNB(Mn=550)、及び37部のBF3モノメタ
ノール(BF3ガスをメタノールにバブリングして調製)(BF3・CH3OH)
を使用した以外は、実施例4に記載された方法に従った。反応生成物を230部
のフッ化アンモニウム及び765部のメタノールへ入れた。ネオ−メチルエステ
ルへの変換は91.3%であった。アリールエステル 実施例9
440部の溶媒のないPNB(Mn=550)、及び244部のBF3 テトラ
(4−クロロフェノール)を使用した以外は、実施例1に記載された方法に従っ
た。BF3複合体はBF3ガスを融解させた4−クロロフェノールにバブリングさ
せることによって調製した。オートクレーブをCOで1,485psigに減圧
し、55℃で2時間反応を維持させた。分析は以下の結果を示した。
4−クロロフェニルネオ−エステル/酸の収率=ポリマーの60%
アルキルフェニルエステルの収率=ポリマーの11.7%
アルキルフェノールの収率=ポリマーの10.1%
総収率=81.8%の変換ポリマー実施例10
(触媒複合体)
BF3と4−クロロフェノールの複合体を融解させた4−クロロフェノールへ
BF3をバブリングすることによって調製した。BF3ガスの取り込みを促進する
ためBF3ジ(4−クロロフェノール)を生成するために、溶液を冷却した。数
分後、溶液を凝固させた。複合体を融解した結果、迅速なBF3 の遊離が生じた
。
(カルボニル化反応)
オートクレーブを30℃においてBF3ガスで391psigにし、続いてC
Oでさらに118psig加え、総圧力を約500psigにした。オートクレ
ーブを撹拌しながら、440部のPNB(Mn=550)及び108部の3−フ
ルオロ−フェノールを反応器に入れ、圧力をCOで1500psigにし、温
度を50℃にした。反応をこれらの条件で2時間維持し、次にオートクレーブを
減圧させた。反応生成物をストリッピングし、BF3ガス及び過剰の置換された
フェノールを除去した。最終生成物の分析によると、91.5%の収率を示した
。実施例11
オートクレーブを50℃においてBF3ガスで199psigにし、続いてC
Oでさらに301psig加え、総圧力を500psigにし、406部のEB
コポリマー(Mn=4600、20重量%のエチレン)及び100.6部の2,
4−ジクロロフェノール(pKa=7.85)を50℃においてオートクレーブ
に入れ、圧力をCOで1430psigにした以外は、実施例10の方法に従っ
た。収率は、84.5%であった。実施例12
オートクレーブを50℃においてBF3ガスで254psigにし、続いてC
Oでさらに254psig加え、総圧力を508psigにし、110部のEB
コポリマー(Mn=2,200、約50重量%のエチレン)及び31部のジクロ
ロフェノール(pKa=7.85)を50℃においてオートクレーブに入れ、圧
力をCOで2,000psigにした以外は、実施例10の方法に従った。変換
は、85.4%であった。実施例6乃至9及び10乃至12の結果を以下の表2
にまとめる。
実施例13乃至17 PNB−ネオカルボン酸のPAMとのアミノ化反応 実施例13
実施例2に類似の方法によって調製した200部のPNBネオカルボン酸及び
一分子(PAM)当たり平均5乃至8の窒素のポリ(エチレンアミン)31.2
部を撹拌しながら反応器に入れた。反応器内容物を窒素でパージした。反応器を
密封し、圧力を窒素で60psigにした。反応器を240℃まで5時間加熱し
た。次にその内容物に窒素をディップ(dip)チューブ及び上部からのベント管
路からスパージングし、30℃に冷却した。13C−NMRによるカルボン酸ア
ミドの収率は45.4%であった。実施例14
700部のヘプタンに溶解した実施例4のネオカルボン酸の官能化されたEB
コポリマー374部を反応器へ入れた。溶液を混合しながら90℃まで加熱した
。塩化チオニル70部をゆっくりと溶液に添加し、さらに300部のヘプタンを
添加した。酸クロライドの反応が完了した後、窒素のスパージングとともに溶液
を大気圧力下において100℃で加熱し、続いて高真空フラッシングを行い、副
生成物及びヘプタンを除去した。酸クロライド生成物を冷却した。次に、新しい
、乾燥したヘプタンを酸クロライド生成物に添加した。酸クロライド生成物を次
に90℃に加熱した。次に、10部のポリアミン(PAM)及び17.8部のト
リエチルアミンをゆっくりと酸クロライドに添加した。反応混合物を瀘過し、過
剰のトリエチルアミンをストリッピングし、赤外線分析によって示すようにアミ
ノ化生成物を収率した。実施例15
実施例11のEBコポリマーの2,4−ジクロロフェニルエステル17.8部を
反応器に入れた。容器内容物を混合しながら80℃に加熱した。次に0.442
部のポリアミン(PAM)を容器にいれた。次に遊離したジクロロフェノール(
pKa=7.85)を還流しながら、容器内容物をゆっくりと8時間にわたり、
150℃から220℃に加熱した。アミドへの完全な変換の後、フェノールを窒
素散布によって除去した。容器内容物を周囲温度まで冷却した。C13NMR分析
はエステルからアミドへの量的な変換を示した。実施例16
実施例12の2,4−ジクロロフェニルエステル20.2部を0.954部のP
AMとともに使用した以外は、実施例15に記載された方法に従った。C13NM
R分析はエステルからアミドへの量的な変換を示した。実施例17
実施例16に記載されたアミノ化ポリマー19.4部を10.0部の基油と混合
し、反応器において混合しながら140℃まで加熱した。次に基油中の粉砕され
た30%ホウ酸スラリー、1.407部をゆっくりと容器内容物に添加した。反
応器を上記温度において2時間窒素でスパージングし、次に基油6.26部をさ
らに反応器へ添加した。容器内容物を120℃まで冷却し、瀘過した。生成物の
分析は45%の活性成分レベル(0.73%のN、0.26%のB)を示した。実施例18
公知の方法に従って、ジルコニウムメタロセン触媒及びメチルアルモキサン助
触媒を用いて、チーグラーナッタ重合反応を経て調製されたエチレン/ブテンコ
ポリマー(46%エチレン、Mn=3,300)を50℃の連続撹拌されたタン
ク反応器において、BF3及び2,4−ジクロロフェノールの存在下、一酸化炭素
でカルボニル化反応を行った。ポリマー変換は85%であった。実施例19
実施例18のエステルを、1分子当たり約一つの一級アミン及び12.4%の
含量の窒素を有する獣脂(tallow)基で一末端を置換したポリプロピレンテトラ
アミンとともに一つのカルボニル当たり1.2当量の一級アミンを使用して、ア
ミノ化させた。窒素のストリッピングをしながら、反応剤を室温において混合し
、200℃まで7時間加熱し、蒸留によってフェノールを除去した。反応混合物
を分析すると、相当するアミドへの99%の変換を示した。約150gの上記ア
ミドを99gのS150N鉱油で希釈し、145℃に加熱した(油中の9.35
gの30%ホウ酸スラリーを1時間かけて添加した。添加が完了した後、温度を
150℃まで上昇し、反応混合物に対し1時間窒素によるストリッピングを行っ
た。50%溶液を分析すると、0.46%のN及び0.18%のBを示した。
100℃における粘度は646cStであった。実施例20
実施例18のエステルを180℃まで加熱し、実施例19のテトラアミンとと
もに、1つのカルボニル当たり1.1当量の一級アミンを使用して混合した。真
空にし、反応混合物を180℃まで10乃至20mmHgの減圧下で8時間、蒸
留によってフェノールを除去しながら、加熱した。赤外線分析では、アミドへの
不完全な変換が示された。200℃においてさらに4時間真空にし、99.2%
の変換を得た。アミノ化された生成物を分析すると、0.90%の窒素を示した
。約1,530gの上記のアミドを1,207gのS150Nで希釈し、145℃
まで加熱した。約122の30%ホウ酸スラリーを1時間で添加した。温度を1
50℃に上げ、窒素ストリッピングを1時間行った。瀘過した50%溶液を分析
すると、0.54%のN及び0.15%のBを示した。100℃における粘度は4
16cStである。実施例21
公知の方法に従って、ジルコニウムメタロセン触媒及びメチルアルモキサン助
触媒を用いて、チーグラーナッタ重合反応を経て調製されたエチレン/ブテンコ
ポリマー(35%エチレン、Mn=3,900)を50℃の連続撹拌されたタン
ク反応器において、BF3及び2,4−ジクロロフェノールの存在下、一酸化炭素
を用いてカルボニル化反応を行った。ポリマー変換は85%であった。
エステルを実施例20のテトラアミンを用いて、200℃において、真空工程
を使用してアミノ化を行った。約1,700gのエステルを200℃まで加熱し
、159.8gの獣脂テトラアミンを添加した。赤外線分析が99%の変換を示
すまで、200℃において、真空(2乃至4mmHg)にした。アミドを分析す
ると、0.88%の窒素を示した。約1,685gのこのアミドを1,377gの
S150Nで希釈し、145℃まで加熱した。次に118gの30%ホウ酸油ス
ラリーを1時間かけて添加した。得られた生成物を150℃において1時間窒素
ストリッピングをし、瀘過した。瀘過した油溶液を分析すると、0.43%のN
及び0.1%のBを示し、100℃における動粘度は264cStであった。実施例22
実施例18のエステルを、1分子当たり約一つの一級アミン基及び12.92
%の窒素含量を有するドデシルアルキル基で一末端のみを置換したポリプロピレ
ンエーテルペンタアミンと、一つのカルボニル当たり1.1当量の一級アミンを
使用して、アミノ化させた。反応剤を室温において混合し、220℃まで4時間
加熱した。次に生成物を220℃において窒素で3時間ストリッピングした。ア
ミドの分析によると0.83%のNを示した。約1,540gのアミドを810g
のS150Nで希釈した。次に、先述のように、油溶液を145℃において10
5gの30%のホウ酸スラリーを用いてホウ素化した。瀘過した生成物を分析す
ると、0.44%の窒素及び0.23%のBを示し、100℃における動粘性は1
,288cStであった。実施例23
エチレン/ブテンコポリマーエステル(54%のエチレンMn=3,600)
を実施例18に従って調製した(85%の収率)。エステルを1分子当たり約一
つの一級アミン基及び18.24%の窒素含量を有する2−エチルヘキシルアミ
ノプロピルアミノプロピルアミノプロピルアミンとともに一つのカルボニル当た
り1.1当量の一級アミンを使用して、アミノ化させた。エステルを200℃ま
で加熱し、アミンを添加した。反応が完全にアミドへの変換を示すまで、反応混
合物を真空(10乃至20mmHg)で数時間加熱した。アミドを窒素でストリ
ッピングし、分析すると0.96%のNを示した。生成物を鉱油で希釈し、50
%溶液を調製し、本発明者らの標準的な技術を使用してホウ素化した。瀘過した
生成物を分析すると、0.55%のN、0.23%のBを示し、100℃における
動粘度は977cStであった。実施例24
実施例18のEBエステル235gを180℃まで加熱し、1分子当たり約一
つの一級アミン基及び25.44%の窒素含量を有するジメチルアミノプロピル
アミノプロピルアミン(DMAPAPA)23gを添加した。反応混合物を18
0℃で数時間加熱し、IRによって確認した。180℃において4時間後に、相
当するアミドへの99%以上の変換が明らかとなった。この生成物を180℃
で4時間窒素でストリッピングし、未反応のアミンを留去した。ストリッピング
した生成物を分析すると、0.86%のN(理論上の0.83%)を示した。実施例25
実施例18のEBエステル235gを180℃まで加熱し、1分子当たり約一
つの一級アミン基及び25.4%の窒素含量を有するジメチルアミノプロピルア
ミノプロピルアミノプロピルアミン(DMAPAPAPA)32gを添加した。
IRが99%以上の変換を示すまで、反応混合物を窒素雰囲気下で数時間180
℃において加熱した。180℃において4時間後に、アミドへの完全な変換を示
した。この生成物を220℃において3時間窒素でストリッピングし、未反応の
アミンを留去した。分析すると、1.02%のNを示した。実施例26
実施例18のようにチーグラーナッタ重合を経て調製されたエチレンブテンコ
ポリマー(40%エチレン、Mn=2,500)を実施例2の方法でヘキサフル
オロイソプロパノールの存在下でカルボニル化反応を行った(80%収率)。
約150gの上記のエステルを39.7gの一腕アミンのジメチルアミノプロ
ピルアミノプロピルアミノプロピルアミン(DMAPAPAPA)とともに20
0℃において窒素ブランケットの下、IRが99%よりよい変換を示すまでアミ
ノ化を行った。反応混合物を200℃において2時間窒素でストリッピングをし
、未反応のアミンを留去した。反応物を計算したところ、理論的に0.80%の
Nを有することになる。実施例27(比較例)
実施例18のポリマーエステルを1分子当たり2乃至3の一級アミン基及び窒
素含量32.8%を有するエチレンポリアミンでアミノ化した。約1,776gの
エステルを200℃まで加熱し、64.7gのポリアミンを添加した。真空(2
乃至10mmHg)を適用し、IR分析によってアミドへの99%の変換を示す
まで、反応を200℃において真空下で加熱した。ストリッピングした40%溶
液を分析したところ、1.14%の窒素を示した。約1,657gのアミドを1,
592gの希釈油と混合し、30%のホウ酸油スラリー120.5gを用いてホ
ウ素化した。ホウ素化された生成物を分析すると、0.54%のN、0.184
%のBを示し、100℃における動粘度は3,771cStであった。この動粘
度を、0.54%のNを有するが、本発明のポリプロピレンテトラアミンで製造
された本発明の実施例20のホウ素化エステル(416cSt)と比較する。
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1996年2月22日
【補正内容】
請求の範囲
1.一つの第一級アミノ基及び1乃至10の第二級又は第三級アミン基を有する
ポリアミンとの反応から誘導された官能化された炭化水素ポリマーを含む分散剤
であって、前記炭化水素ポリマーは500以上の数平均分子量を有し、前記官能
化された炭化水素ポリマーは、式−CO−Y−R3(式中、YはO又はSであり
、R3は(1)H又は炭化水素であって、官能基−CO−Y−R3の約50モル%
以上がポリマー主鎖の第三級炭素原子に結合しているか、又は(2)アリール、
置換されたアリール又は置換されたヒドロカルビルのいずれかである)の官能基
を直接結合することによって官能化されている、分散剤。
2.R3がH又はヒドロカルビルであって、−Y−R3がpKa<12を有する、
請求項1の分散剤。
3.ポリアミンの第一級アミノ基及び1乃至10の第二級又は第三級アミノ基が
ヒドロカルビレン基、好ましくは、プロピレン(−CH2−CH2−CH2−)基
によって分離されている、請求項2の分散剤。
4.前記ポリアミンが揮発性ポリアミンである、請求項2の分散剤。
5.前記ポリアミンが以下の式、
H2N−(−R5−NH−)z−(−R6−A−)y−R7
(式中、R5 及びR6 は炭素数1乃至6のヒドロカルビル基であり、R7 は1
乃至40の炭素を有するヒドロカルビル基、又は一つ以上のN又はSを含む複素
環構造であり、AがO又はS、Zは1乃至10、及びyは0又は1である)で表
される、請求項2の分散剤。
6.前記ポリアミンが、アルコール、モノアミン又はポリアミンとアクリロニト
リルとの段階反応、これに続く反応そして次に水素添加によって製造されるアミ
ンを含む、請求項2の分散剤。
7.R3がアリール、置換されたアリール又は置換されたヒドロカルビルのいず
れかであって、官能基−CO−Y−R3 の60モル%以上がポリマー主鎖の第三
級炭素原子に直接結合している、請求項1の分散剤。
8.前記炭化水素ポリマーがポリアルキレンホモポリマー、ポリアルキレン共重
合体、及びこれらの混合物からなる群から選択されるポリマーを含む、請求項
1の分散剤。
9.前記炭化水素ポリマーがアルファオレフィンホモポリマー、アルファオレフ
ィン共重合体、及びエチレンアルファオレフィンコポリマーからなる群から選択
されるポリマーを含む、請求項1の分散剤。
10.前記炭化水素ポリマーがエチレン及び、式H2C=CHR4(式中、R4は1
乃至18の炭素原子を有する直鎖又は分枝鎖アルキル基であり、約30%以上の
ポリマー鎖が末端ビニリデン不飽和を有する)を有する一つ以上のアルファオレ
フィンから誘導されたアルファオレフィンコポリマーを含む、請求項9の分散剤
。
11.前記エチレンアルファオレフィンコポリマーが500乃至10,000の数
平均分子量を有する、請求項10の分散剤。
12.前記エチレンアルファオレフィンコポリマーがエチレン−1−ブテンコポリ
マーを含む、請求項10の分散剤。
13.前記炭化水素ポリマーが500乃至20,000の数平均分子量を有する、
請求項1の分散剤。
14.前記ポリアミンの前記第一級アミノ基及び1乃至10の第二級又は第三級ア
ミノ基がヒドロカルビレン基によって分離されている、請求項1の分散剤。
15.前記ヒドロカルビレン基がプロピレン(−CH2−CH2−CH2−)基であ
る、請求項14の分散剤。
16.前記ポリアミンが揮発性ポリアミンである、請求項1の分散剤。
17.前記ポリアミンが以下の式、
H2N−(−R5−NH−)z−(−R6−A−)y−R7
(式中、R5及びR6は炭素数1乃至6のヒドロカルビル基であり、R7は1乃
至40の炭素を有するヒドロカルビル基又は一以上のN又はSを含む複素環構造
であり、AがO又はS、zは1乃至10、及びyは0又は1である)で表される
ポリアミンを含む、請求項1の分散剤。
18.前記分散剤がホウ素化された分散剤を得るためにホウ素化合物と後処理され
た、請求項1の分散剤。
19.滑剤基油又は燃料及び請求項1乃至18のいずれか一請求項の分散剤を含
有する油性組成物。
20.請求項2の分散剤及び基油を含有する潤滑油又は潤滑油添加剤パッケージの
形態の油性組成物。
翻訳文第5頁16行目乃至第7頁下から2行目の訂正
ポリマーは、オレフィン性不飽和結合又はエチレン性二重結合ともよばれる、非
芳香族炭素−炭素二重結合を含む炭化水素ポリマーから誘導される。ポリマーは
コッホ反応を経て二重結合の位置に官能基が付与され、カルボン酸、カルボン酸
エステル、又はチオ酸又はチオエステルを形成する。
コッホ反応は、これまで、数平均分子量が500より大きいポリマーには適用
されていない。炭化水素ポリマーは好ましくは1,000より大きいMnを有す
る。コッホ反応の工程において一つ以上のエチレン性二重結合を有するポリマー
を酸触媒及び一酸化炭素と、水又はアルコールのような求核捕獲剤の存在下で接
触させる。触媒は好ましくは古典的なブレンステッド(Broensted)酸
又はルイス酸触媒である。これらの触媒は先行技術に記載されているタイプの遷
移金属触媒とは区別できる。本発明の方法に使用されるコッホ反応は、90モル
%以上の官能基を付与したポリマーという良好な収率をもたらす。
一般式I中のPOLYは500以上のMnを有する炭化水素ポリマーの主鎖を
意味する。Mnはゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)のような利用可能な技
術により測定される。POLYは不飽和ポリマーから誘導される。好ましい実施態様の説明
本発明において有用なポリマーは少なくとも一種の炭素−炭素二重結合(オレ
フィン性又はエチレン性)不飽和を含むポリマーである。それゆえ、ポリマー鎖
一つ当たりの官能基の最大数は、鎖一つ当たりの二重結合の数によって制限され
る。このようなポリマーは、本発明の触媒及び求核捕獲剤を使用することにより
、コッホ反応の機構を受入れ易く、カルボン酸又はその誘導体を生成することが
わかった。
本発明において有用なポリマーはホモポリマー、コポリマー(インターポリマ
ーと相互に使用する)及び混合物を含むポリアルケンを包含する。ホモポリマー
及びインターポリマーは2乃至約16、通常は2乃至約6の炭素原子の重合可能
なオレフィンモノマーから誘導される化合物を含む。
有機金属配位化合物を使用して製造したアルファオレフィンポリマーについて
特に言及する。特に好ましいポリマーのクラスは米国特許第5,017,299号
に開示されているようなエチレンアルファオレフィンコポリマーである。ポリマ
ーの不飽和は末端、内部、又は両方にあり得る。好ましいポリマーは末端不飽和
を有し、好ましくは末端不飽和を高度に有する。末端不飽和はポリマー中に配置
された最後のモノマー単位によって与えられる不飽和である。不飽和はこの末端
モノマー単位中のいずれの部位にも配置することが可能である。末端オレフィン
基はビニリデン不飽和、RaRbC=CH2、三置換されたオレフィン不飽和、Ra
RbC=CRcH、ビニル不飽和、RaHC=CH2、1,2−二置換された末端不
飽和、RaHC=CHRb、四置換された末端不飽和、RaRbC=CRcRdを包含
する。Ra及びRbの少なくとも一つは本発明のポリマー基であり、残りのRb、
Rc及びRdは上記のR、R1、R2及びR3に関して定義した炭化水素基である。
低分子量のポリマー(本明細書において分散剤の範囲の分子量のポリマーとし
ても又言及される)はMnが20,000より小さく、好ましくは500乃至2
0,000(例えば、1,000乃至20,000)、より好ましくは1,500乃
至10,000(例えば、2,000乃至8,000)、及び最も好ましくは1,5
00乃至5,000を有するポリマーである。数平均分子量は蒸気相の浸透圧に
よって測定する。低分子量のポリマーは潤滑剤添加剤用の分散剤を形成するのに
有用である。Mnが20,000乃至200,000、好ましくは25,000乃
至100,000、及びより好ましくは25,000乃至80,000の範囲の中
分子量のポリマーは潤滑油組成物、接着剤コーティング、粘着賦与剤及びシーラ
ント用の粘度指数改良剤として有用である。中程度のMnは膜の浸透圧によって
決定し得る。
高分子量の物質は約200,000より大きいMnを有し、15,000,00
0までの範囲をとり得るが、特定の実施態様においては300,000乃至10,
000,000、及びより好ましくは500,000乃至2,000,000である
。これらのポリマーはエラストマー組成物を含むポリマー組成物及びブレンドに
おいて有用である。Mnが20,000乃至15,000,000の範囲を有する
より高分子量の物質はユニバーサルキャリブレーションを使用したゲル透
過クロマトグラフィー、又は光の散乱によって測定し得る。分子量分布(MWD
)として言及される、Mw/Mn比の値は臨界的ではない。しかし、約1.1乃
至約4.0までの典型的な範囲において、約1.1乃至2.0の典型的な最小のM
w/Mn値が好ましい。
オレフィンモノマーは好ましくは重合可能な末端オレフィンであり、すなわち
、その構造中に−R−C=CH2(式中、RはH又は炭化水素基である)基が存
在することによって特徴付けられるオレフィンである。しかし、それらの構造中
に基、
が存在することによって特徴付けられる重合可能な内部オレフィンモノマー(中
間オレフィンとして特許文献中に言及されることもある)も、ポリアルケンを生
成するために使用し得る。内部オレフィンモノマーを使用する場合、通常、末端
オレフィンとともに使用され、共重合体であるポリアルケンを生成する。本発明
翻訳文第11頁下から9行目乃至第12頁下から6行目の訂正
る。nの特定の好ましい実施態様は、1≧n>0、2≧n>1、及びn>2を含
む。nはC13NMRによって測定され得る。所望の性能のために必要とされる官
能基の最適な数は、ポリマーの数平均分子量に伴って典型的には増加する。nの
最大の値は非官能化ポリマー中の一つのポリマー鎖当たりの二重結合数によって
決定される。
特定的かつ好ましい実施態様において、「脱離基」(−YR3)は12以下、
好ましくは10未満、より好ましくは8未満のpKaを有する。pKaは、室温
において、水中における相当する酸性種HY−R3から決定される。脱離基が単
純な酸又はアルキルエステルである場合は、特にネオ置換%が増加すると、官能
化されたポリマーは非常に安定である。本発明は、一般にイソ構造よりも安定で
化学変化を起こしやすい「ネオ」官能化ポリマーを製造するのに特に有用である
。好ましい実施態様において、ポリマーは60モル%以上、より好ましくは80
モル%以上がネオに官能化される。ポリマーは90モル%より多く、又は99及
び約100モル%ネオでさえあり得る。式(I)で定義されるポリマーの一つの
好ましい組成物において、YはO(酸素)、R1及びR2は同一又は異なり、H、
ヒドロカルビル基、及びポリマー基から選択される。
他の好ましい実施態様においてYはO又はSであり、R1及びR2は同一又は異
なり、H、ヒドロカルビル基、置換されたヒドロカルビル基及びポリマー基から
選択され、R3は置換されたヒドロカルビル基、芳香族基、及び置換された芳香
族基から選択される。この実施態様は、特に、R3置換基が電子求引性を含有す
る場合に、一般的にアミン及びアルコール化合物での誘導に対しより反応性に富
んでいる。この実施態様において、好ましい脱離基、HYR3は12より小さく
、好ましくは10より小さく、より好ましくは8以下のpKaを有することが分
かった。pKaの値は典型的には5乃至12、好ましくは6乃至10、及び最も
好ましくは6乃至8の範囲を取り得る。脱離基のpKaは、系が誘導体化化合物
と反応し、誘導体化生成物の生成のしやすさによって決定する。
特に好ましい組成物において、R3は式、
(式中、Xは同一か又は異なり、電子求引置換基であり、Tは同一か又は異なり
、
翻訳文第15頁1行目乃至第18頁下から10行目の訂正
好ましい求核捕獲剤は、水、一価アルコール、多価アルコール、水酸基含有芳
香族化合物及びヘテロ置換したフェノール化合物からなる群から選択される。触
媒及び求核捕獲剤は別々に又は組み合わせて添加し、触媒複合体を形成し得る。
以下はコッホ反応機構を経て末端不飽和ポリマーが反応し、酸又はエステルを
形成する例である。ポリマーを一酸化炭素又は、酸触媒存在下のギ酸のような適
した一酸化炭素源と接触させる。触媒は炭素−炭素二重結合にプロトンを付与し
、カルベニウムイオンを形成する。これに続いて一酸化炭素を添加することによ
って、アシリウムイオンが形成され、アシリウムイオンは求核捕獲剤と反応する
。POLY、Y、R1、R2、及びR3は上記に定義している。
コッホ反応は、とりわけメタロセンタイプの触媒を使用して生成したポリ(ア
ルファオレフィン)及びエチレンアルファオレフィンコポリマーを官能化するの
に有用である。これらのポリマーは末端ビニリデン基を含有する。このような末
端基はネオタイプ(第三級)のカルベニウムイオンを主に生成する傾向がある。
カルベニウムイオンを生成するために、酸触媒は好ましくは比較的強力である。
しかし、酸触媒の強度は、好ましくは、酸が極度に強力である場合に生じる有害
な副反応に対してバランスをとるようにする。
コッホ触媒は、提案される求核捕獲剤との触媒複合体を前もって形成すること
によって、又は、触媒と捕獲剤を別々に反応混合物に添加することによって使用
することができる。後者の実施態様は、触媒複合体の形成段階をなくすため、特
に有利であることが分かった。以下に、適した酸触媒及び触媒複合体物質の例を
各々ハメットスケール酸度と共に示す。60%H2SO4,−4.32,BF3・3
H2O,−4.5,BF3・2H2O,−7.0,WO3/Al2O3,−8.2未満、
SiO2/Al2O3,−8.2未満、HF,−10.2,BF3H2O,−11.4乃
至−11.94,ZrO2,−12.7未満、SiO2/Al2O3−12.7乃至−
13.6、AlCl3,−13.16乃至−13.75、AlCl3/CuSO4,−
13.75乃至−14.52である。
BF3・2H2Oはコッホ反応機構のイオンを通じてポリマーに官能化するのに
効果的でないことが分かった。これに対し、BF3・H2Oは同じ反応において、
カルボン酸が高収率で得られる。H2SO4の触媒としての使用は、酸濃度を制御
して所望のハメットスケール値の範囲に達成させることに関与する。好ましい触
媒はH2SO4及びBF3の触媒系である。
本発明における使用に適するBF3触媒複合体は式
BF3・xHOR
[式中、Rは水素、ヒドロカルビル(R′に関連して以下に定義するように)−
CO−R′,−SO2−R′,−PO−(OH)2,及びこれらの混合物(R′は
ヒドロカルビル、典型的なアルキル、例えば、C1乃至C20のアルキル及び、例
えば、C6乃至C14のアリール、アルアルキル、アルカリルであり、及びxは2
未満である。)を表すことができる]によって表される。
COとの反応の後に、反応混合物をさらに水又はアルコール、又はフェノール
性、又はチオール化合物のような他の求核捕獲剤とさらに反応させる。水の使用
は触媒を放出し酸を生成する。水酸基捕獲剤の使用は、触媒を放出しエステルを
生成し、チオールの使用は触媒を放出してチオエステルを生成する。
コッホ反応生成物(本明細書においては官能化されたポリマーとも言及する)
は、典型的には以降に記載するように誘導体化され得る。エステル基で官能化さ
れたポリマーに関与する誘導体化反応は、典型的にはそれからアルコールで誘導
体化された部分を置換しなければならない。結果として、コッホ反応によって官
能化されたポリマーのアルコールで誘導体化された部分は、脱離基として本明細
書において言及されることがある。誘導体化の間、脱離基が容易に置換されるか
どうかは、脱離基の酸度に依存し、すなわち、酸度が高いほど置換が起こりやす
い。アルコールの酸も又、アルコールのpKaによって表される。
好ましい求核捕獲剤には水及び水酸基含有化合物が含まれる。有用な水酸基捕
獲剤は、一価及び多価アルコールのような脂肪族化合物又はフェノール及びナフ
トールのような芳香族化合物を含む。本発明のエステルが誘導され得る芳香族水
酸基化合物は、以下の特定の例、すなわち、フェノール、ナフトール、クレゾー
ル、レソルシノール、カテコール、2−クロロフェノールとして示される。特に
好ましいのは、2,4−ジクロロフェノールである。
アルコールは好ましくは約40までの脂肪族炭化水素原子を含有し得る。アル
コールはメタノール、エタノール、ベンジルアルコール、2−メチルシクロヘキ
サノール、ベータ−クロロエタノール、エチレングリコールのモノメチルエーテ
ルなどのような一価アルコールであり得る。多価アルコールは好ましくは2乃至
約5の水酸基、すなわち、エチレングリコール、ジエチレングリコールを含む。
他の有用な多価アルコールにはグリセロール、グリセロールのモノメチルエーテ
ル、及びペンタエリトリトールが含まれる。有用な不飽和アルコールにはアリル
アルコール、及びプロパギルアルコールを含有する。とりわけ好ましいアルコー
ルは式R* 2CHOH(式中、R*は独立して水素、アルキル、アリール、ヒドロ
キシアルキル、又はシクロアルキルである)を有するアルコールを含む。特定の
アルコールはメタノール、エタノールなどのようなアルカノールを含有する。又
、
好ましい有用なアルコールには、一価アルコールと同様に、芳香族アルコール、
フェノール性化合物、及び1,4−ブタンジオールのような多価アルコールが含
まれる。
ネオ−酸エステルで官能化されたポリマーは、極めて安定であることがわかっ
たが、これは立体障害のためと考えられている。結果として、それから得ること
のできる誘導体化ポリマーの収率は、誘導体化化合物による官能化したポリマー
の脱離基の置換のし安さによって変動し得る。最も好ましいアルコール捕獲剤は
、置換したフェノールが上記の好ましいpKaの範囲のpKaを有するように、
一つ以上の電子求引置換基でフェノールを置換することによって得られ得る。こ
れに加え、コッホ反応の間、ポリマーによるフェノールの望ましくないアルキル
化反応を阻止するために、フェノールは一つ以上の非電子求引基(例えば、電子
供与基)で、好ましくはメタ位において、置換され得る。これはさらに所望のエ
ステル官能化されたポリマーの収率を改良する。
従って、上述のように、最も好ましい捕獲剤はフェノール及び置換したフェノ
ール化合物であって、式
(式中、Xは同一又は異なり、電子求引基であり、Tは同一又は異なり、非電子
求引基であり、m及びnは0乃至5であり、mとpの和は0乃至5であり、mは
翻訳文第20頁下から2行目乃至第22頁9行目の訂正
上記のようにコッホ反応を受けたポリマーもまた本明細書において官能化され
たポリマーと言及される。それゆえ、官能化されたポリマーは、官能化ポリマー
が(a)さらなる化学反応(例えば誘導体化)を受け得るか、または(b)ポリマ
ーのみ、又はこのような化学修飾が存在しないポリマーが有する他の性質は有さ
ないように、所望の性質を有するため、一つ以上の官能基によって化学的に修飾
された分子を含む。
括弧を使用した表記
(この表記にはアシル基
を含む)によって表されるように官能基を特徴付けることは式Iの説明から観察
され得る。
部分がポリマーに添加されるのではないが、これは、分離した反応体から誘導さ
れるという意味においてであるのに対し、説明及び記載を容易にするために官能
基の一部としてさらに参照することを理解されるべきである。厳密にいうと、こ
れは官能基を構成するアシル基であるが、これは化学的修飾の間添加される官能
基であるためである。さらに、R1及びR2は、官能化する前に二重結合をもたら
す2つの炭素に始めから存在するか、又は一部を構成する基を表す。しかし、R1
及びR2は括弧内に包含されるため、ネオアシル基はR1及びR2の同定に依って
式中のイソアシル基とは区別され得る。
典型的には、ポリマーの最終用途が、例えば、誘導体化されたポリマーとして
の分散剤を製造するためである場合、ポリマーは、以後に定義するように分散剤
の範囲の分子量(Mn)を有し得、官能価は、典型的に誘導体化された多機能V
I改良剤(ここにおいてポリマーは以後に定義する粘度改良剤の範囲の分子量(
Mn)を有する)を製造することを意図されたポリマーに比べて、非常に低い。
従って、効果的な官能性が、続いて起こる誘導体化あ意図された官能化されたポ
リマーに付与されるのに対して、分散剤の使用目的のため、Fと表記される官能
性は典型的には約3以下、好ましくは約2以下、典型的には約0.5乃至約3、
好ましくは0.8乃至約2.0(例えば、0.8乃至1)の範囲であり得る。
翻訳文第25頁下から3行目乃至第26頁下から1行目の訂正
ためには、最小量の分枝鎖しか有さないポリアミンが好ましい。
一般に、このような一腕のポリアミンは2つの群に属する。(1)非揮発性及
び(2)揮発性アミンである。揮発性一腕ポリアミンは遊離アミンとして未反応
のままであれば、方法のストリッピング工程の間、蒸留可能なポリアミンとみな
される。揮発性アミンは、未反応のアミンを回収及び再利用できるので最短時間
内に反応の完成を促進するために過剰量で使用され得る。分散剤混合物中に未反
応ポリアミンが残るのを防ぐため非揮発性アミンの化学量論ではカルボニル基一
つ当たり約一つの第一級アミノ基に限定される。
一腕ポリアミンの一つのタイプは式
H2N(R5−NH−)z−(−R6−A−)y−R7
(式中、R5及びR6は1乃至6の炭素原子の炭化水素基であり、R7は1乃至4
0の炭素を含有するヒドロカルビル基、又はN、及び/又はS、及び/又はOを
含有する複素環構造であり、Aは酸素又は硫黄、zは1乃至10、yは0乃至1
である)で表される。
これらの一腕ポリアミンを製造する方法の一つは、既知のアルコール、モノ又
はポリアミンとアクリロニトリルの段階反応及びこれに続く水素添加からなる。
これらのポリアミンの一部のリストを以下に示す。
CH3(CH2)16-18(NHCH2CH2CH2)3−NH2
CH3(CH2)16-18−O−(NHCH2CH2CH2)3−NH2
CH3(CH2)11−O−(NHCH2CH2CH2)5−NH2
CH3(CH2)16-18−O−(NHCH2CH2CH2)3−NH2
CH3(CH2)16-18−O−(NHCH2CH2CH2)3−NH2
(CH3)2NCH2CH2CH2NHCH2CH2CH2NH2
(CH3)2N(CH2CH2CH2NH)2CH2CH2CH2NH2
(CH3)2N(CH2CH2CH2NH)3CH2CH2CH2NH2
翻訳文第32頁下から7行目乃至第33頁下から1行目の訂正実施例
組成物の部及びパーセントは特に示さない限り重量による。全ての分子量(M
n)は数平均分子量である。実施例1乃至13 カルボン酸基の収率(実施例1乃至5) 実施例1(比較例)
n−ヘプタン(nC7)36.2部に溶解したポリ−n−ブテンポリマー(PN
B)(Mn=550)34.5部をオートクレーブに入れ、混合し、50℃まで
加熱した。フッ化ホウ素二水和物(BF3・2H2O)662部を次に加え、直後
にCOによって総オートクレーブ圧力を1500psigにした。混合物を3時
間上記の温度及び圧力で撹拌した。圧力を解除し、反応生成物を多量の水及びブ
タノールで洗浄し、酸相からポリマー相を遊離した。ポリマーをオーブンで乾燥
させた。最終のポリマーの分析によると、カルボン酸基への変換が5%未満であ
ることを示した。実施例2
37.1部のPNB(Mn=550)を40.2部のnC7中に溶解し、690
部のBF3・1.2H2OをBF3・2H2Oの代わりに使用し、十分なBF3が溶
解し、所望の組成が得られるまでBF3ガスをBF3・2H2O中にバブリングす
ることによって調製した以外は、実施例1に記載された生成方法に従った。圧力
はCOで2,000psigにした。最終生成物の分析はポリマーからネオ−カ
ルボン酸への85%の変換を示した。実施例3
203.6部のエチレンプロピレン(EP)コポリマー(Mn=1,800、及
び約50重量%のエチレン)及び159.9部のnC7、及び34部のBF31・
1H2Oを上記の反応体の代わりとした以外は、実施例1に記載された方法に従
った。圧力はCOで2,000psigにした。ネオ−カルボン酸への変換は5
6%であった。実施例4
803部のエチレンブテン(EB)コポリマー(Mn=3,700、及び約4
5重量%のエチレン)、568部のイソオクタン、及び670部のBF3・1.
1H2Oを使用した以外は、実施例1に記載された方法に従った。圧力はCOで
2,000psigにした。反応生成物を600部のフッ化ナトリウム(NaF
)、756部の水、302部のヘキサン、及び50部のブタノールを含む水性溶
液に入れた。容易に水性相から分離したポリマー生成物を回収し、乾燥させた。
分析によると、ネオ−カルボン酸への変換は85.1%であった。
翻訳文第39頁2行目乃至第40頁11行目の訂正実施例20
実施例18のエステルを180℃まで加熱し、実施例19のテトラアミンとと
もに、1つのカルボニル当たり1.1当量の一級アミンを使用して混合した。真
空にし、反応混合物を180℃まで10乃至20mmHgの減圧下で8時間、蒸
留によってフェノールを除去しながら、加熱した。赤外線分析では、アミドへの
不完全な変換が示された。200℃においてさらに4時間真空にし、99.2%
の変換を得た。アミノ化された生成物を分析すると、0.90%の窒素を示した
。約1,530gの上記のアミドを1,207gのS150Nで希釈し、145℃
まで加熱した。約122の30%ホウ酸スラリーを1時間で添加した。温度を1
50℃に上げ、窒素ストリッピングを1時間行った。瀘過した50%溶液を分析
すると、0.54%のN及び0.15%のBを示した。100℃における粘度は4
16cStである。実施例21
公知の方法に従って、ジルコニウムメタロセン触媒及びメチルアルモキサン助
触媒を用いて、チーグラーナッタ重合反応を経て調製されたエチレン/ブテンコ
ポリマー(35%エチレン、Mn=3,900)を50℃の連続撹拌されたタン
ク反応器において、BF3及び2,4−ジクロロフェノールの存在下、一酸化炭素
を用いてカルボニル化反応を行った。ポリマー変換は85%であった。
エステルを実施例20のテトラアミンを用いて、200℃において、真空工程
を使用してアミノ化を行った。約1,700gのエステルを200℃まで加熱し
、159.8gの獣脂テトラアミンを添加した。赤外線分析が99%の変換を示
すまで、200℃において、真空(2乃至4mmHg)にした。アミドを分析す
ると、0.88%の窒素を示した。約1,685gのこのアミドを1,377gの
S150Nで希釈し、145℃まで加熱した。次に118gの30%ホウ酸油ス
ラリーを1時間かけて添加した。得られた生成物を150℃において1時間窒素
ストリッピングをし、瀘過した。瀘過した油溶液を分析すると、0.43%のN
及び0.1%のBを示し、100℃における動粘度は264cStであった。実施例22
実施例18のエステルを、1分子当たり約一つの一級アミン基及び12.92
%の窒素含量を有するドデシルアルキル基で一末端のみを置換したポリプロピレ
ンエーテルペンタアミンと、一つのカルボニル当たり1.1当量の一級アミンを
使用して、アミノ化させた。反応剤を室温において混合し、220℃まで4時間
加熱した。次に生成物を220℃において窒素で3時間ストリッピングした。ア
ミドの分析によると0.83%のNを示した。約1,540gのアミドを810g
のS150Nで希釈した。次に、先述のように、油溶液を145℃において10
5gの30%のホウ酸スラリーを用いてホウ素化した。瀘過した生成物を分析す
ると、0.44%の窒素及び0.23%のBを示し、100℃における動粘性は1
,288cStであった。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
// B01F 17/52 B01F 17/52
C08F 8/32 C08F 8/32
C10N 20:02
30:04
(72)発明者 ストークス、ジェイムズ・ピーター
アメリカ合衆国、ニュー・ジャージー州
08822、フレミントン、ヨークシャー・ド
ライブ 902
(72)発明者 セイラー、ウォレン・アラン
アメリカ合衆国、ニュー・ジャージー州
08822、フレミントン、プレズント・ビュ
ー・ウェイ 5
(72)発明者 ダイアナ、ウィリアム・ダニエル
アメリカ合衆国、ニュー・ジャージー州
08502、ベル・ミード、リッジビュー・ド
ライブ 91
(72)発明者 ゴーダ、ケイス・レイモンド
アメリカ合衆国、ニュー・ジャージー州
08834、リトル・ヨーク、リトル・ヨーク
−パテンバーグ・ロード 90
(72)発明者 エクストロム、ウィリアム・バーナード
アメリカ合衆国、ニュー・ジャージー州
07023、ファンウッド、バーンズ・ウェイ
155
(72)発明者 ダンクワース、デビッド・チャールズ
アメリカ合衆国、ニュー・ジャージー州
08889、ホワイトハウス・ステーション、
スプリングタウン・ロード 3
(72)発明者 クスマノ、ジョセフ・ビクター
アメリカ合衆国、ニュー・ジャージー州
07060、ワットチャング、ワットチャン
グ・アベニュー 516
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.一つの第一級アミノ基及び1乃至10個の第二級又は第三級アミン基を有す るポリアミンから誘導された低粘性分散剤。 2.第一級アミノ基及び1乃至10の第二級又は第三級アミノ基がヒドロカルビ レン基によって分離されている、請求項1の分散剤。 3.前記ヒドロカルビレン基がプロピレン(−CH2−CH2−CH2−)である 、請求項1の分散剤。 4.一つのみの第一級アミン基を有する、請求項1の分散剤。 5.前記ポリアミンが揮発性である、請求項1の分散剤。 6.前記ポリアミンが以下の式、 H2N−(−R1−NH−)z−(−R2−A−)y−R4 (式中、R1及びR2は炭素数1乃至6のヒドロカルビル基であり、R4は1乃 至40の炭素を有するヒドロカルビル基、又は一以上のN、Sを含む複素環構造 であり、AがO又はS、zは1乃至10、及びyは0又は1である)で表される 、請求項1の分散剤。 7.前記ポリアミンがモノアミン又はポリアミンとアルコールの段階反応、これ に続くアクリロニトリルとの反応及び水素添加によって調製される、請求項1の 方法。 8.請求項1乃至7のいずれか一請求項の分散剤を含有する油性組成物。 9.前記分散剤及びベース油を含有する潤滑油又は潤滑油添加剤パッケージの形 の、請求項8の油性組成物。 10.式、−CO−Y−R3(式中、YはO又はSであり、R3はH又は炭化水素で あり、−Y−R3はpKa<12である)の官能基によって官能化された炭化水 素と、一つの第一級アミノ基又は1乃至10の第二級又は第三級アミノ基を有す るポリアミンとの反応によって誘導される低粘性分散剤。 11.ポリマーの主鎖がMn≧500である炭化水素ポリマーを含有する請求項1 0の分散剤。 12.約50%以上の官能基−CO−YR3がポリマーの主鎖の第三級炭素原子に 結合している、請求項11の分散剤。 13.ポリマーの主鎖がエチレン/ブテンコポリマーである請求項11の分散剤。 14.請求項10の分散剤を含有する油性組成物。 15.請求項10の分散剤及びベース油を含有する潤滑油又は潤滑油添加剤パッケ ージの形の油性組成物。 16.第一級アミノ基及び1乃至10の第二級又は第三級アミノ基がヒドロカルビ レン基、好ましくはプロピレン(−CH2−CH2−CH2−)によって分離され ている、請求項10の官能化され、誘導体化された炭化水素。 17.ポリアミンが揮発性である、請求項10の官能化され、誘導体化された炭化 水素。 18.前記ポリアミンが以下の式、 H2N−(−R1−NH−)z−(−R2−A−)y−R4 (式中、R1びR2は炭素数1乃至6のヒドロカルビル基であり、R4は1乃至 40の炭素を有するヒドロカルビル基又は一以上のN、Sを含む複素環構造であ り、AがO又はS、Zは1乃至10、及びyは0又は1である)で表される、請 求項10の官能化され、誘導体化された炭化水素。 19.前記ポリアミンがモノアミン又はポリアミンとアルコールの段階反応、これ に続くアクリロニトリルとの反応及び水素添加によって調製される、請求項10 の官能化され、誘導体化された炭化水素。 20.請求項10の分散剤を含有する燃料組成物。
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