多官能分散剂粘度指数改进剂的制作方法
【专利说明】多官能分散剂粘度指数改进剂
[0001] 本申请主张2013年3月15日提交的美国临时申请No. 61/799, 192在35U. S.C. § 119(e)下的优先权。
[0002] 发明背景 1.发明领域
[0003] 本发明涉及新型多官能分散剂粘度指数改进剂，所述多官能分散剂粘度指数改进 剂包含接枝有与油泥（sludge)和清漆（varnish)控制相关的至少第一官能团和与烟灰 (soot)处理性能和粘度控制相关的至少第二官能团的聚合物骨架。本发明还涉及制造所述 新型多官能分散剂粘度指数改进剂的方法和包含所述新型多官能分散剂粘度指数改进剂 的润滑油组合物。
[0004] 2.相关技术描述
[0005] 常规润滑油包含多种添加剂，所述添加剂各自被用于控制润滑油的特定性能特 征。
[0006] -种普通类别的润滑油添加剂是具有与油泥和清漆控制相关的官能团的分散剂 粘度指数改进剂。在本领域已知可用作具有与油泥和清漆控制相关的官能团的分散剂粘度 指数改进剂的那些添加剂之中的是接枝有含氮和/或含氧单体的聚烯烃。例如美国专利 No. 5, 523, 008描述了一种包含接枝到聚烯烃骨架上的N-乙烯基咪唑的分散剂粘度指数改 进剂。美国专利No. 5, 663, 126描述了具有N-乙烯基咪唑、4-乙烯基吡啶或其它烯属不饱 和的含氮和/或含氧单体中的一个或多个接枝到聚烯烃骨架的聚烯烃。
[0007] 通过如下制备了接枝有含氮和/或含氧单体的聚烯烃：将选择的聚烯烃溶于 通常作为润滑油基础原料的溶剂中，然后在有效于将可接枝单体接枝到聚烯烃骨架的条 件下将聚烯烃溶液与可接枝单体和作为的引发剂的有机过氧化物混合。如在美国专利 No. 5, 523, 008中所述的，例如能够在可接枝单体之前、同时或之后添加引发剂，但期望以使 得在任意给定时间内存在的未反应引发剂的量优选为全部装载的小部分的方式添加。可以 以几次独立装料、或在延长的时间内以稳定速率将引发剂引入反应器中。用于这些过程中 的有机过氧化物引发剂产生了天性危险的制造环境。
[0008] 通常用作接枝反应用溶剂的润滑油基础油是具有低含量芳族化合物的物质。如在 美国专利No. 5, 663, 126中所述的，基础油应分散或溶解反应混合物的组分而不以原料方 式参与反应或引起副反应至不可接受的程度。由此，期望将芳族成分保持至低水平（如果 真的存在），因为芳族材料可能会在引发剂的存在下相互反应或与其它反应组分反应。除非 存在的芳族成分少，否则反应组分由此可能会浪费或产生不期望的副产物。为此，通常将第 II类基础原料用作接枝反应的溶剂，所述第II类基础原料基本不含不饱和的芳族化合物， 但比第I类基础原料昂贵。
[0009] 另一种普通类别的润滑油添加剂是具有与烟灰处理性能和粘度控制相关的官能 团的分散剂粘度指数改进剂。在本领域已知可用作具有与烟灰处理性能和粘度控制相关的 官能团的分散剂粘度指数改进剂的那些添加剂之中的是接枝有酰化剂和胺的反应产物的 聚烯烃。美国专利No. 4, 320, 019描述了通过首先将聚烯烃与酰化剂接枝以形成酰化反应 中间体并然后进一步将酰化反应中间体与胺反应而制备的分散剂粘度指数改进剂。美国专 利No. 7, 371，713描述了通过首先将酰化剂如马来酸酐与胺如芳族胺反应并然后将所述反 应的产物接枝到聚烯烃上而制备的具有与烟灰处理性能和粘度控制相关的官能团的分散 剂粘度指数改进剂。
[0010] 各种添加剂是配制的润滑油的单独组分并由此提高了配制的润滑油的成本。由 此，拥有控制多于一种的润滑油性能特征的多官能添加剂是有益的。为此，美国专利申请 No. 2008/0293600描述了包含接枝到聚合物骨架的两种官能团的多官能接枝聚合物。第一 官能团与油泥和清漆处理相关并包含具有2~约50个碳原子且包含氧和/或氮的烯属不 饱和的脂族或芳族单体。第二官能团与烟灰的处理性能和粘度控制相关并包含酰化剂与胺 的反应产物。
[0011] 如在美国专利申请公布No. 2008/0293600中所述，制备多官能接枝聚合物的方法 是重要的。为了关于烟灰处理以及油泥和清漆控制两方面实现良好的性能，重要的是，首先 将诸如马来酸酐的酰化剂接枝到聚合物骨架上，形成包含酰基如琥珀酸酐基团的聚合物。 然后，将与油泥和清漆处理相关的单体或单体组如N-乙烯基咪唑接枝到聚合物骨架上。最 后，引入能够与酰基进行反应的胺或多种胺并使其与酰化的聚合物反应，由此赋予接枝聚 合物以烟灰处理性能。
[0012] 本发明实施方案的多官能分散剂粘度指数改进剂相对于美国专利申请公布 No. 2008/0293600中所述的多官能添加剂提供大量优势。为了制备美国专利申请公布 No. 2008/0293600中所述的多官能添加剂，将两种不同的取代基接枝到聚合物骨架。首先， 将诸如马来酸酐的酰化剂接枝到聚合物骨架。这种接枝反应通常涉及使用诸如有机过氧化 物的引发剂，并通常在第II类润滑基础油中实施。第二，将与油泥和清漆处理相关的官能 团如N-乙烯基咪唑直接接枝到聚合物骨架。这种接枝反应也通常涉及诸如有机过氧化物 的引发剂的使用，并通常在第II类润滑基础油中实施。
[0013] 另一方面，使用本发明的实施方案，可仅将一个取代基接枝到聚合物骨架。已经发 现，与油泥和清漆处理相关的官能团可以是酰化剂与胺的反应产物。因此，可以仅使用将诸 如马来酸酐的酰化剂接枝到聚合物骨架的一个接枝反应来制备多官能分散剂粘度指数改 进剂。然后可将接枝的酰化剂与两种不同的胺反应以产生第一和第二官能团。由此已经发 现，在将有机过氧化物引发剂和第II类润滑基础油的使用最小化的同时，可以制备多官能 分散剂粘度指数改进剂。结果发现，可以以更低的成本并在更安全且更环境友好的制造环 境中制备多官能分散剂粘度指数改进剂。
【发明内容】
[0014] 已经发现，本方法和组合物可用于提供多官能分散剂粘度指数改进剂，所述多官 能分散剂粘度指数改进剂包含具有接枝到聚合物骨架的两种不同官能团的接枝聚合物，一 种官能团与油泥和清漆处理相关且另一种官能团与烟灰处理性能和粘度控制相关。
[0015] 在一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合物， 各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第一胺 的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反应产 物，所述第二胺包含脂族伯胺。所述多官能分散剂接枝聚合物具有至少约8的快速ADT响 应。
[0016] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。所述多官能分散剂接枝聚合物具有的所述官能团中的 每一种为至少约5摩尔每摩尔聚合物骨架。
[0017] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。所述第一官能团与所述第二官能团以1:1. 5~1.5:1 的摩尔比存在。
[0018] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。当所述多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％ 以下的量存在于基础油中时，在程序VG发动机试验（SequenceVGEngineTest)中产生合 格的结果。
[0019] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。当所述多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％ 以下的量存在于基础油中时，产生如通过程序VG发动机试验测得的至少8的平均发动机油 泥。
[0020] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。当所述多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％ 以下的量存在于基础油中时，产生如通过程序VG发动机试验测得的至少8. 9的平均发动机 油泥。
[0021] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。当所述多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％ 以下的量存在于基础油中时，在标致XUDll筛（PeugeotXUDllScreener)发动机试验中产 生合格的结果。
[0022] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。当所述多官能分散剂接枝聚合物以约0. 80固体重量％ 以下的量存在于基础油中时，在DV4试验中产生合格的结果。
[0023] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。当所述多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％ 以下的量存在于基础油中时，在程序VG发动机试验和DV4试验1两者中都产生合格的结 果。
[0024] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。当所述多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％ 以下的量存在于基础油中时，在程序VG发动机试验和标致XUDll筛发动机试验两者中都产 生合格的结果。
[0025] 在另一个实施方案中，提供一种包含两种不同官能团的多官能分散剂接枝聚合 物，各官能团直接接枝到具有可接枝位点的聚合物骨架。所述第一官能团包含酰化剂与第 一胺的反应产物，所述第一胺包含芳族伯胺，且所述第二官能团包含酰化剂与第二胺的反 应产物，所述第二胺包含脂族伯胺。当所述多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％ 以下的量存在于基础油中时，在程序VG发动机试验和标致XUDll筛发动机试验两者中都产 生合格的结果。
[0026] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)使步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到具有至少约8的快速ADT响应的多官能分散剂接枝聚合物的 方式实施所述方法。
[0027] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)使步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到每摩尔聚合物骨架具有至少约5摩尔各种官能团的多官能分 散剂接枝聚合物的方式实施所述方法。
[0028] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)将步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到具有以I:I. 5~I. 5:1的摩尔比存在的第一官能团和第二官 能团的多官能分散剂接枝聚合物的方式实施所述方法。
[0029] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)使步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到如下多官能分散剂接枝聚合物的方式实施所述方法：当所述 多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％以下的量存在于基础油中时，在程序VG发 动机试验中产生合格的结果。
[0030] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)式步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到如下多官能分散剂接枝聚合物的方式实施所述方法：当所述 多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％以下的量存在于基础油中时，产生如通过 程序VG发动机试验测得的至少8的平均发动机油泥。
[0031] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)使步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到如下多官能分散剂接枝聚合物的方式实施所述方法：当所述 多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％以下的量存在于基础油中时，产生如通过 程序VG发动机试验测得的至少8. 9的平均发动机油泥。
[0032] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)使步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到如下多官能分散剂接枝聚合物的方式实施所述方法：当所述 多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％以下的量存在于基础油中时，在标致XUDll 筛发动机试验中产生合格的结果。
[0033] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)使步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到如下多官能分散剂接枝聚合物的方式实施所述方法：当所述 多官能分散剂接枝聚合物以约0. 80固体重量％以下的量存在于基础油中时，在DV4试验中 产生合格的结果。
[0034] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)使步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到如下多官能分散剂接枝聚合物的方式实施所述方法：当所述 多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％以下的量存在于基础油中时，在程序VG发 动机试验和DV4试验两者中都产生合格的结果。
[0035] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)使步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；以 及（c)使步骤b的反应产物与包含脂族伯胺的第二胺反应以形成具有第一官能团和第二官 能团的接枝反应产物。以得到如下多官能分散剂接枝聚合物的方式实施所述方法：当所述 多官能分散剂接枝聚合物以约〇. 80固体重量％以下的量存在于基础油中时，在程序VG发 动机试验和标致XUDll筛发动机试验两者中都产生合格的结果。
[0036] 在另一个实施方案中，提供一种制备多官能分散剂接枝聚合物的方法，所述方法 包括：(a)使具有可接枝位点的聚合物骨架与具有至少一个烯属不饱和点的酰化剂反应以 形成具有可用于反应的酰基的接枝聚合物反应产物；(b)使步骤a的反应产物与包含芳族 伯胺的第一胺反应以形成具有第一官能团和可用于反应的酰