【実施例】
【0044】
一連の例示的な本発明のコポリマー及び比較例のポリマーを、イソボルニルメタクリレート、スチレン及びイソブチルメタクリレートの異なる組み合わせを用いて調製した。イソボルニルメタクリレートを、Sigma−Aldrich又はEvonik(VISIOMER(登録商標)terra IBOMA)から入手した。スチレン及びイソブチルメタクリレートを、Sigma−Aldrichから入手した。
【0045】
分子量:
4つの異なる方法を用いてポリマー分子量を測定した。
【0046】
方法A:
分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、狭い範囲のポリスチレン校正標準を用いて測定した。サンプル及び狭い範囲のポリスチレン校正標準は、5mLのテトラヒドロフラン(移動相)に14〜17mg溶解することにより調製した。
カラム:(300mm×7.5mm ID)、Polymer Labs PL Gel Mixed C
移動相(Mp);テトラヒドロフラン
流量:0.8mL/min
注入:50μL
RI検出器及びカラム温度:40℃
【0047】
方法B:
分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、狭い範囲のポリスチレン校正標準を用いて測定した。サンプル及び狭い範囲のポリスチレン校正標準は、10mLのテトラヒドロフラン(移動相)に12〜15mg溶解することにより調製した。
カラム:(300mm×7.5mm ID)、Phenomenex(登録商標)Phenogel、5μm Linear(2)mixed;
移動相(Mp):テトラヒドロフラン;
流量:0.6mL/min;
注入:50μL;
RI検出器及びカラム温度:40℃。
【0048】
方法C:
分子量は、GPC−MALS(40℃)により測定した。定量化は、ガードカラムのみを用いる分析によるセミバッチモードであった。サンプルは、10mLのテトラヒドロフラン(移動相)に約10mg溶解することにより調製した。サンプルは、必要に応じてテトラヒドロフランでさらに希釈した。
カラム:Phenogel Guard 10^6A(50mm×7.8mm)
流量:0.5ml/min THF
注入:50μl
検出:Wyatt(登録商標)Dawn Heleos 18角度MALS(633nm)及びWyatt Optilab T−REX示差屈折率検出器
定量化Zimm又はDebye二次のうちの一次(1
st order of 2
ndorder)、5〜18角度を使用
【0049】
方法D:
分子量は、GPC−MALSにより測定した。サンプルは、8mLのテトラヒドロフラン(移動相)に約8mg溶解することにより調製した。
カラム:30cm×4mm 5μm Phenogel Linear 2−公称10M排除
カラムオーブン:40C
溶媒:0.30ml/minの安定化THF
注入:50μl
検出:Wyatt Dawn Heleos 18角度MALS(633nm)及びWyatt Optilab T−REX示差屈折率検出器。
【0050】
合成実施例S1
懸濁重合プロセスによるコポリマーの調製。
【表A】
【0051】
四つ口500mL丸底フラスコに、機械式撹拌パドル;N
2入口を上部に備えた還流冷却器及び温度計を備えたY字管;並びに2つの栓を備え付けた。フラスコにHAPを入れた。脱イオン水165.06gに1%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4883gを入れた。得られた溶液を反応容器に入れ、得られた懸濁液を陽圧の窒素下、サーモスタット制御されたマントルヒーターを用いて80℃まで加熱した。125mL三角フラスコ内で、イソボルニルメタクリレート、スチレン及びイソブチルメタクリレート中のVazo(登録商標)67の溶液を調製した。溶液を1回で反応容器に加え、撹拌速度を690rpm、3分間に設定し、次いで、375rpm下げた。重合を80℃で合計6時間保持した。重合過程中、ごくわずかな固体の堆積がフラスコ壁又は温度計に確認された。80℃で6時間後、反応物を撹拌しながら氷水浴中で冷却し、次いで、一晩静置した。大量のポリマービーズが懸濁液から降下するのが見られ、上清は実質的に透明であった。
【0052】
ポリマー懸濁液のpHを測定し、約21℃で6.91であることが判明した。激しく撹拌しながら希硝酸を添加してpHを1.51まで下げ、このpHで1時間保持した。保持の最後に、pHはドリフトして1.48まで下がっていた。反応混合物をブレンダーに移し、ここで約60秒間均質化した。固体を真空濾過(濾紙)で単離した。生成物を、濾液のpHが6.5〜7になるまで、200mLの水道水で濾紙上で何回も洗った。次いで、生成物を脱イオン水200mL;1:1(v:v)メタノール/水200mL;メタノール200mL;及び脱イオン水2×200mLで洗った。固体生成物を真空オーブン(約40℃)内で恒量まで乾燥した。固体生成物の収量は58.14gであった。生成物の不揮発分は98.6であった。
【0053】
MWをGPC方法Aにより測定した;結果:Mn:94、677;Mw:351、230;PDI:3.71。
【0054】
CDCl
3中で測定される炭素−13 NMR。NMRによれば、コポリマーは、55.6重量%イソボルニルメタクリレート、34.1重量%スチレン及び10.3重量%イソブチルメタクリレートから構成される。これは、重量によるモノマーフィードとほぼ同一であり、これは、イソボルニルメタクリレート55%、スチレン35%及びイソブチルメタクリレート10%であった。
【0055】
合成実施例S2
乳化重合プロセスによるコポリマーの調製
【表B】
【0056】
重合手順
2L四つ口丸底フラスコに、オーバーヘッド機械式撹拌装置、冷却器及び窒素パージラインを備えたY字管、温度計並びに栓を備え付ける。フラスコに脱イオン水及び界面活性剤を入れた。pHを確認し、4〜5の所望の範囲内であることが分かったため、pH調整は行わなかった。次いで、表面下の窒素パージを栓を通じて開始した。別の容器内で、イソボルニルメタクリレート、スチレン及びイソブチルメタクリレートを合わせた。次いで、酸化剤溶液は、t−ブチルヒドロペルオキシド(70%)0.0395gを脱イオン水3.7565gに溶解することにより調製した。
【0057】
窒素パージを維持しながら、モノマー混合物及びアセトン共溶媒をゆっくりと反応容器に加えた。添加中、撹拌速度を徐々に350rpmまで上げた。モノマー混合物及びアセトン共溶媒の添加が完了してから数分後、撹拌速度を225rpmまで落とした。サーモスタットを備えた水浴を用いて、反応温度を約38℃まで上げた。
【0058】
反応温度が約38℃であったとき、酸化剤溶液を反応混合物に1回で加えた。別の容器内で、アスコルビン酸ナトリウム0.0730g及び脱イオン水中の硫酸鉄(II)七水和物の0.25重量%溶液0.60gを脱イオン水7.5gに溶解することにより還元剤溶液を調製した。反応混合物に酸化剤溶液を加えてから約5分後に、窒素パージを維持しながら濃青色の還元剤溶液をシリンジで1回で反応容器に加えた。還元剤を添加してから約5分後、発熱の開始が確認された。反応が進むにつれ、青みがかった色がエマルジョンに確認され、エマルジョンはますます半透明になり、わずかな粘度の上昇が確認された。必要に応じて氷又は冷水を加えることで、浴温度を約40℃に維持した。反応温度が最高約41℃に達してから、約2時間後に発熱が収まり始めた。その後、水浴を用いて、反応温度を38℃に維持した。合計6時間の反応時間の後、反応物を冷却し、チーズクロスを通して容器に注いだ。
【0059】
(チーズクロス上に捕捉された)凝固物が確認され、粗粒子を測定した。
【0060】
ポリマーラテックスの収量は945gであった。固形分(重量法で測定):29.1%。GPCによる分子量(方法A):Mn=1,278,000;Mw=2,568,000;PDI=2.01。
【0061】
無希釈のエマルジョンポリマーを大過剰のメタノールに加えることで固体ポリマーを単離した。得られた沈殿物を真空濾過により集め、メタノールで十分に洗った。
【0062】
合成実施例S3〜S18
合成実施例1の調製に用いた基本的な手順にしたがって別のコポリマーを調製した。これらのポリマー並びに合成実施例S1及びS2の組成及び特性を以下の表1にまとめた。
【0063】
【表1】
【0064】
比較例CE1
280,000の報告されたMwを有するポリスチレンを、Sigma-Aldrichから入手した。
【0065】
比較例CE2
0.60のインヘレント粘度を有するポリ(イソブチルメタクリレート)を、Polysciencesから入手した。
【0066】
比較例CE3及びあまり好ましくない実施例E4〜E8
これらのコポリマーを、合成実施例S2の手順にしたがって調製した。これらのポリマー並びに比較例1及び2の組成及び特性を以下の表2にまとめた。
【0067】
【表2】
【0068】
ディーゼル燃料におけるポリマー溶解度の評価
溶解度指数法:
キャップ付き20mLバイアル内で、0.2gのポリマーをB7ディーゼル燃料9.8gに加えた。得られた混合物にゆるくキャップをし、周囲の室温(約25℃)で1時間、激しく撹拌した。次いで、混合物を撹拌しながら約90℃まで1時間加熱した。得られた混合物又は溶液を周囲の室温まで徐冷し、24時間静置した。次いで、ポリマー溶解度を目視検査により決定した;何らかの曇り、濁り、又は他の相分離の兆候を示したポリマーは不溶性と判断した。次いで、混合物/溶液を、8℃に設定した冷蔵庫に24時間入れた。次いで、ポリマー溶解度を目視検査により決定した;何らかの曇り、濁り、又は他の相分離の兆候を示したポリマーは不溶性と判断した。
【0069】
これらの実施例において使用されたB7ディーゼル燃料は、以下の表3に示す特性を有するディーゼル系燃料に基づいていた。
【0070】
【表3】
【0071】
曇り点測定法。
オーバーヘッド機械式撹拌装置、温度計、凝縮器及びセプタム/栓を備えた四つ口250mL丸底フラスコに、50.0gのB7ディーゼル燃料に対して5.0gのポリマーを入れた。得られた混合物を、均質な溶液が得られるまで撹拌しながら70〜80℃まで加熱した。比較例CE1[ポリスチレン]の場合、ポリマーは、140℃で3時間撹拌した後もB7ディーゼル燃料に溶解しなかった。得られた溶液の一部を、温かいうちに40mLバイアルに移した。約25℃を上回る曇り点を有するポリマーについては、溶液を、温度計を用いて手作業で撹拌しながら約25℃まで徐冷した。報告される曇り点は、溶液が目に見えるほど濁ったか、又は曇った温度である。約25℃を下回る曇り点を有するポリマーについては、溶液が目に見えるほど濁ったか、又は曇った点を下回る温度まで氷/水浴又はドライアイス/アセトン浴を用いて溶液を冷却した。得られた濁った/曇った混合物を、温度計を用いて手作業で撹拌しながら25℃まで徐々に昇温させた。報告される曇り点は、溶液が透明になった温度である。確認として、ポリマーの曇り点を測定したら、透明な溶液を、温度計を用いて撹拌しながら(必要に応じて冷却浴を用いて)徐々に冷却し、曇り点を確認した。合成実施例及び比較例の溶解度評価の結果を表4にまとめた。
【0072】
【表4】
【0073】
スチレン及びイソブチルメタクリレートのホモポリマー(CE1及びCE2)はそれぞれ、B7ディーゼル燃料に溶けないが、驚くべきことに大量のこれらのモノマーは、イソボルニルメタクリレートと共重合して、非常に溶けやすいコポリマーを与えることができる。例えば、S16の各コモノマーの重量分率に基づいて、線形混合モデルを用いて、9.1重量%のこのコポリマーの曇り点が約27℃になると予想するであろう。そうではなく、曇り点は0℃であり、これは、予測値とは大幅に、且つ有用に異なる。同様に、40重量%を超える不溶性コモノマーであるスチレン及びイソブチルメタクリレートを含むS2の予測される曇り点は約52℃であり、これは十分な溶解度の範囲を上回るが、実際の曇り点は18℃であり、これは十分な溶解度の範囲内である。
【0074】
コスト及び性能の理由から、CE3の生成物は許容されない。コストの理由から、実施例S6の生成物はあまり好ましくない。実施例E4〜E8の生成物はすべて、25℃を上回る望ましくない曇り点のため、あまり好ましくない。
【0075】
比較例4〜7
先行技術の実施例を再調製した(reworked)。CE4において、国際公開第2015/091513号の実施例1工程1のポリマーを評価した。CE5において、欧州特許出願公開第0626442(A)号の実施例12を分析した。得られたポリマーは、(方法Dを用いて)それぞれ79及び95kDのMwを有していた。分子量が低すぎて、ポリマーが溶解する流体のレオロジーに効率良く影響しなかった。
【0076】
CE6において、欧州特許第1260278号の実施例7を再調製した。しかし、ポリマーは得られなかった。CE7において、中国特許第103992428号の実施形態11を再調製した。しかし、得られたポリマーは85℃のB7燃料に溶解することができず、ポリマーが、85℃を上回る望まれない曇り点を有することを示した。
【0077】
使用実験
表3に挙げたPナンバーを有する本発明の生成物を、ディーゼル油のレオロジーに対するそれらの効果並びに燃焼研究ユニットにおける着火遅れ、燃焼期間及び最大圧力上昇に対する影響について評価した。まず、濃縮物を、少なくとも2.5重量%のコポリマーを含むディーゼル油中で調製し、これを続いて、Pナンバーの後に示すポリマーの濃度(mg/kg)を有する燃料に希釈した。得られたデータは、本発明による生成物が、ディーゼル燃料に使用されたとき、前記燃料で運転する直噴ディーゼルエンジンの燃料効率を改善したことを示した。この理論によって制限されることは本意ではないが、改善された効率は、燃料におけるポリマーの使用により改変されたレオロジーが、燃料の改善された霧化及びより完全な燃焼につながるためと考えられる。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
少なくとも以下のモノマー:
・すべてのモノマーの重量に基づいて20重量%超の1つの二環式(メタ)アクリレートエステル、
・少なくとも1つのC1−C7−アルキル(メタ)アクリレート、
・任意選択で少なくとも1つの芳香族ビニルモノマー、及び
・任意選択で他のエチレン性不飽和モノマー
を共重合することによって得ることができるコポリマーであって、これにより、40℃のTHF中の溶液についてGPC−MALS技術を用いて測定される100,000〜10,000,000Dの重量平均分子量を有し、これにより、イソボルニル(メタ)アクリレート及びC1−C4アルキル(メタ)アクリレートのみのコポリマーは、400kDを超える数平均分子量を有する、コポリマー。
項2.
前記二環式(メタ)アクリレートエステルが、式
【化1】
(I)
(式中、Rは、H又は−CH
3であり、Aは、−CH
2−、−CH(CH
3)−又は−C(CH
3)
2−であり、Mは、六員環の炭素原子に共有結合しており、且つ、水素及びメチル基又は複数のこれらからなる群から選択される。)のものである、項1に記載のコポリマー。
項3.
ランダムコポリマーである、項1又は2に記載のコポリマー。
項4.
・22〜95重量%の前記二環式(メタ)アクリレートエステル、
・5〜78重量%の前記低級アルキル(メタ)アクリレート、
・0〜45重量%の前記芳香族ビニルモノマー、
・0〜50重量%の他のエチレン性不飽和モノマー
を、合計100重量%まで含み、前記モノマーの重量パーセントは、すべての前記モノマーの全重量に基づく、項1、2又は3に記載のコポリマー。
項5.
・40〜90重量%の前記二環式(メタ)アクリレートエステル、
・10〜60重量%の前記低級アルキル(メタ)アクリレート、
・5〜40重量%の前記芳香族ビニルモノマー、
・最大40重量%の他のエチレン性不飽和モノマー(d)
を、合計100重量%まで含み、前記モノマーの重量パーセントは、すべての前記モノマーの全重量に基づく、項4に記載のコポリマー。
項6.
20重量%以下の他のエチレン性不飽和モノマーを含む、項1から5のいずれか一項に記載のコポリマー。
項7.
前記少なくとも1つの二環式(メタ)アクリレートエステルが、イソボルニルメタクリレートを含むか、又はイソボルニルメタクリレートである、項1から6のいずれか一項に記載のコポリマー。
項8.
前記少なくとも1つの低級アルキルメタクリレートが、イソブチル(メタ)アクリレートを含むか、又はイソブチル(メタ)アクリレートである、項1から7のいずれか一項に記載のコポリマー。
項9.
少なくともスチレンを、芳香族ビニルモノマーとして含む、項1から8のいずれか一項に記載のコポリマー。
項10.
二環式(メタ)アクリレートの重量パーセントが、芳香族ビニルモノマーの量よりも少なくとも15重量パーセント高い、項9に記載のコポリマー。
項11.
25℃のディーゼル油B7において少なくとも2.0重量パーセントの溶解度を有する、項1から10のいずれか一項に記載のコポリマー。
項12.
ディーゼルB7燃料において25℃又はそれ以下の曇り点を有する、項1から11のいずれか一項に記載のコポリマー。
項13.
50〜190℃のガラス転移温度を有する、項1から12のいずれか一項に記載のコポリマー。
項14.
項1から13のいずれか一項に記載のコポリマーを含む燃料のための添加剤パッケージ。
項15.
前記指定のモノマーをラジカル重合する工程を含む、項1から14のいずれか一項に記載のコポリマーを調製するための方法。
項16.
前記ポリマーを流体に溶解することにより前記流体のレオロジーを改変するための、項1から15のいずれか一項に記載のポリマー又は添加剤パッケージの使用であって、これにより前記流体は燃焼機関のための燃料ではない、使用。