[发明专利]控制聚α烯烃粘度的方法

说明书

本申请要求2009年8月31日提交的美国申请No.12/540,974的优先权，将其公开内容在此引入作为参考。

发明领域

本发明涉及使用茂金属催化剂前体和铝氧烷助催化剂的聚α烯烃制备。具体地，本发明涉及通过调节铝氧烷助催化剂相对于茂金属催化剂前体和任选地活化剂如有机硼化合物的摩尔比来控制聚α烯烃的粘度。

发明背景

烯烃的催化低聚是制备用作润滑剂的烃基础原料的已知技术。通过合成低聚物烃流体对天然矿物油基润滑剂的性能改进几十年来一直在石油工业中是重要的研究和开发课题，导致新近大规模生产许多高级聚α烯烃合成润滑剂(以下简称″PAO″)。这些材料主要基于诸如C₆-C₁₂烯烃之类的α烯烃的低聚。致力于合成润滑剂的工业研究一般一直集中在在很宽的温度范围内显示出有用的粘度、即改善的粘度指数(VI)，同时也显示出比矿物油更好或者相当的润滑性、热和氧化稳定性以及倾点的流体。这些较新的合成润滑剂提供更低的摩擦和由此提高贯穿全部机械负载范围内的机械效率以及比矿物油润滑剂在更宽的操作条件范围内如此表现。

高聚物的众所周知的结构与物理性能关系指明对于合成具有据认为赋予其改进润滑性能所必需的结构的低聚物而言，α烯烃作为富有成果的研究领域。由于对丙烯与乙烯基单体聚合的大量研究，α烯烃聚合的机理以及该机理对聚合物结构的影响被相当透彻地理解，因此提供有力的手段用于确定潜在有用的低聚方法与低聚物结构。基于那些手段，已经制备6-12个碳原子的α烯烃的低聚物以及商业上有用的产自例如1-癸烯低聚的合成润滑剂，或者经由阳离子或者齐格勒催化的聚合产生明显优异的润滑剂产物。

制备合成润滑剂中显著的问题是在优选的运动粘度范围内(特别是在低温下)生产润滑剂、产率优良以及无过量的催化剂残渣。在本领域中探索控制该粘度指数的方法以克服制备、尤其是更低粘度润滑剂的问题。

发明概述

现已发现了制备具有良好粘度性能的润滑剂的有效非法，通过使用茂金属催化剂前体，铝氧烷助催化剂例如烷基铝氧烷如三异丁基铝氧烷或甲基铝氧烷，和活化剂例如有机硼化合物、优选硼酸盐酯化合物来形成PAO，通过降低铝氧烷助催化剂与茂金属催化剂前体和/或活化剂之一或二者的摩尔比例。另外，已发现可以通过控制催化剂前体、助催化剂和活化剂的摩尔比，可以小心地控制PAO聚合物的粘度性能。

在一种实施方案中，本发明涉及形成聚α烯烃的方法，该方法包括如下步骤：使至少一种C₈-C₁₂单体、优选1-癸烯，在铝氧烷、活化剂、和茂金属的存在下聚合以形成聚α烯烃，其中铝氧烷与茂金属的摩尔比小于250∶1，例如小于100∶1，小于50∶1，或者小于25∶1。

在另一种实施方案中，本发明涉及形成聚α烯烃的方法，该方法包括如下步骤：使至少一种C₈-C₁₂单体、优选1-癸烯，在烷基铝氧烷、有机硼化合物、和茂金属的存在下聚合以形成聚α烯烃，其中铝氧烷与有机硼化合物和茂金属的组合的摩尔比小于125∶1，例如小于100∶1，小于50∶1，小于25∶1或小于12.5∶1。

在另一种实施方案中，本发明涉及在铝氧烷、茂金属、和任选地有机硼化合物的存在下，由至少一种C₈-C₁₂单体、优选1-癸烯形成具有期望的运动粘度的聚α烯烃的方法，该方法包括如下步骤：(a)提供在(i)铝氧烷与茂金属的摩尔比、和(ii)聚α烯烃运动粘度之间的相互关系；(b)由该相互关系确定将产生期望的聚烯烃运动粘度的铝氧烷/茂金属的目标摩尔比；(c)形成包含至少一种单体、铝氧烷、茂金属和任选地有机硼化合物的反应混合物，其中该反应混合物中铝氧烷/茂金属的相对比例对应于目标摩尔比；和(d)使该反应混合物中的至少一种单体聚合以形成具有期望的运动粘度的聚α烯烃。