CN104498115B - 燃油添加剂、及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃油添加剂。该燃油添加剂，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，包含：70‑90wt.％的壬基酚聚醚胺、5‑25wt.％的多元醇酯、5‑25wt.％的甘油单油酸酯和0‑20wt.％的稀释剂。根据本公开的燃油添加剂不仅具有良好的清除积碳(特别是汽油发动机进气阀的积碳)的能力，而且具有良好的润滑性能。
Description
技术领域
本公开涉及一种燃油添加剂，尤其涉及一种能够清除燃油发动机的积碳(特别是汽油发动机进气阀的积碳)的燃油添加剂。
背景技术
汽车的燃油发动机进气阀的工作温度大约为170-180℃，在这个温度条件下，燃油(特别是汽油)中含有的烯烃，可能会因为其不稳定而产生氧化，生成胶状的积碳并附着在进气阀背面，从而影响进气阀的工作效率。
目前，业界已有一些燃油添加剂，可用于清除附着在燃油发动机进气阀背面的积碳。例如，CN1133873、CN1167136、CN1187474和CN1227866披露的燃油添加剂，其有效成分为聚异丁烯胺、聚异丁烯丁二酰亚胺、矿物油和聚醚，这些燃油添加剂都可以用于清除汽油发动机的喷油嘴或进气阀上的积碳。
发明内容
本公开提供一种燃油添加剂，不仅具有良好的清除积碳(特别是汽油发动机进气阀的积碳)的的能力，而且具有良好的润滑性能。
本公开的某些方面提供一种燃油添加剂，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，包含：70-90wt.％的壬基酚聚醚胺、5-25wt.％的多元醇酯、5-25wt.％的甘油单油酸酯和0-20wt.％的稀释剂。
本公开的某些方面提供一种制备所述燃油添加剂的方法，包括步骤：将所述燃油添加剂的各成分混合。
本公开的某些方面提供一种使用所述燃油添加剂的方法，包括步骤：将所述燃油添加剂添加到燃油中。
本公开提供的燃油添加剂，不仅具有良好的清除积碳(特别是汽油发动机进气阀的积碳)的能力，而且具有良好的润滑性能。
具体实施方式
应当理解，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，本领域技术人员能够根据本说明书的教导设想其他各种实施方案并能够对其进行修改。因此，以下的具体实施方式不具有限制性意义。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物化特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
燃油添加剂
根据某些具体实施方式，本公开提供的燃油添加剂，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，包含：70-90wt.％的壬基酚聚醚胺、5-25wt.％的多元醇酯、5-25wt.％的甘油单油酸酯和0-20wt.％的稀释剂。
壬基酚聚醚胺
在所述燃油添加剂中，所述壬基酚聚醚胺有助于清除燃油发动机的积碳(例如，汽油发动机进气阀的积碳)。壬基酚聚醚胺中极性的胺基可以吸附到燃油发动机的金属表面，而壬基酚的结构和积碳的结构比较接近，因此可以将附着在燃油发动机的金属表面(例如，进气阀背面)的积碳剥离下来，分散成小的颗粒，从而在燃烧室中烧掉。
所述壬基酚聚醚胺包括以下通式：
其中，m＝1-2，n＝24-26，y＝1-2。
根据某些具体实施方式，所述聚醚胺的分子量为1000-2000。
根据某些具体实施方式，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，所述聚醚胺的含量为70-90wt.％。根据某些具体实施方式，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，所述聚醚胺的含量为70-80wt.％。当所述聚醚胺的含量小于70wt.％时，可能会使所述燃油添加剂清除积碳的能力下降。当所述聚醚胺的含量大于90wt.％时，可能会使所述燃油添加剂的润滑性能下降。
多元醇酯
在所述燃油添加剂中，所述多元醇酯可以和所述单硬脂酸甘油酯产生协同作用，显著提升所述燃油添加剂的润滑性能。
所述多元醇酯包括以下通式：
其中，R为碳原子数12-18的烷基。
根据某些具体实施方式，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，所述多元醇酯的含量为5-25wt.％。根据某些具体实施方式，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，所述多元醇酯的含量为5-15wt.％。当所述多元醇酯的含量小于5wt.％时，可能会使所述燃油添加剂的润滑性能下降。当所述聚酯胺的含量大于25wt.％时，可能会使所述燃油添加剂清除积碳的能力下降。
甘油单油酸酯
在所述燃油添加剂中，所述甘油单油酸酯可以与多元醇酯协同作用，显著提升所述燃油添加剂的润滑性能。
根据某些具体实施方式，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，所述甘油单油酸酯的含量为5-25wt.％。根据某些具体实施方式，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，所述甘油单油酸酯的含量为5-15wt.％。当所述聚酯的含量小于5wt.％时，可能会使所述燃油添加剂的润滑性能下降。当所述聚酯胺的含量大于25wt.％时，可能会使所述燃油添加剂清除积碳的能力下降。
稀释剂
在所述燃油添加剂中，所述稀释剂有助于降低燃油添加剂的粘度。根据某些具体实施方式，所述稀释剂可以包括：饱和直链烃溶剂、环烷烃溶剂和混合芳烃剂中的至少一种。
根据某些具体实施方式，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，所述稀释剂的含量为0-20wt.％。根据某些具体实施方式，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，所述稀释剂的含量为5-20wt.％
制备燃油添加剂的方法
根据某些具体实施方式，可以将所述燃油添加剂的各成分混合，以得到燃油添加剂。关于所述燃油添加剂的各成分的描述，参见本说明书“燃油添加剂”部分。
根据某些具体实施方式，可以在常温(约为25℃)和常压(约为1个大气压)的条件下，将制备燃油添加剂的各成分加入不锈钢容器中混合，以得到燃油添加剂。
使用燃油添加剂的方法
根据某些具体实施方式，可以将根据本公开的燃油添加剂添加到燃油中。根据某些具体实施方式，可以在常温(约为25℃)和常压(约为1个大气压)的条件下，将燃油添加剂按照1:1000-1:2000的比例加入燃油中。关于所述燃油添加剂的描述，参见本说明书“燃油 添加剂”部分。
根据某些具体实施方式，所述燃油包括汽油。根据某些具体实施方式，所述汽油包括：92号汽油、93号汽油、95号汽油和乙醇汽油中的至少一种。
下列具体实施方式意在示例性地而非限定性地说明本公开。
具体实施方式1是一种燃油添加剂，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，其包含：70-90wt.％的壬基酚聚醚胺、5-25wt.％的多元醇酯、5-25wt.％的甘油单油酸酯和0-20wt.％的稀释剂。
具体实施方式2是是根据具体实施方式1所述的燃油添加剂，其中，所述壬基酚聚醚胺包括以下通式：
其中，m＝1-2，n＝24-26，y＝1-2。
具体实施方式3是根据具体实施方式1或2所述的燃油添加剂，其中，所述壬基酚聚醚胺的分子量为1000-2000。
具体实施方式4是根据具体实施方式1-3中任一项所述的燃油添加剂，其中，所述壬基酚聚醚胺的含量为70-80wt.％。
具体实施方式5是一种根据具体实施方式1-4中任一项所述的燃油添加剂，其中所述多元醇酯通式为：
其中，R为碳原子数12-18的烷基。
具体实施方式6是一种根据具体实施方式1-5中任一项所述的燃油添加剂，其中所述多元醇酯的含量为5-15wt.％。
具体实施方式7是一种根据具体实施方式1-6中任一项所述的燃油添加剂，其中所述甘油单油酸酯的含量为5-15wt.％。
具体实施方式8是一种根据具体实施方式1-7中任一项所述的燃油添加剂，其中所述稀释剂包括：饱和直链烃溶剂、环烷烃溶剂和混合芳烃剂中的至少一种。
具体实施方式9是一种根据具体实施方式1-8中任一项所述的燃油添加剂，其中所述稀释剂的含量为5-20wt.％。
具体实施方式10是一种制备根据具体实施方式1-9中任一项所述的燃油添加剂的方法，包括步骤：将所述燃油添加剂的各成分混合。
具体实施方式11是一种使用具体实施方式1-9中任一项所述的燃油添加剂的方法，包括步骤：将所述燃油添加剂添加到燃油中。
具体实施方式12是一种根据具体实施方式11所述的方法，其中所述燃油为汽油。
以下实施例用于进一步说明本公开，但本公开的范围不应被理解为受到下列具体实施例的限制。
实施例
用于配制本公开的燃油添加剂的主要物质的名称、功能、化学名以及生产商列于下表1a中。
表1a
-燃油添加剂的制备
可以在常温(约为25℃)和常压(约为1个大气压)的条件下，将燃油添加剂的各成分加入不锈钢容器中混合，以得到燃油添加剂。
-将燃油添加剂添加到燃油中
可以在常温(约为25℃)和常压(约为1个大气压)的条件下，将燃油添加剂按照1:1000-1:2000的比例加入燃油(例如汽油)中。
-燃油添加剂的积碳清除性能测试
本公开通过“燃油发动机进气阀积碳清除率测试”来衡量本公开提供的燃油添加剂清除燃油发动机进气阀的积碳的能力。当测得的积碳清除率大于90％时，说明所测的燃油添加剂具有良好的清除燃油发动机进气阀积碳的能力。
-燃油添加剂的润滑性能测试
根据GB/T3142-1982润滑剂承载能力测定法(四球法)进行测试。当测得的磨斑直径小于0.340mm并且摩擦系数小于0.090时，说明所测的燃油添加剂具有良好的润滑性能。
“燃油发动机进气阀积碳清除率测试”中涉及的试验试剂和试验器材，列于下表1b中。
表1b
| 试验试剂或试验器材 | 供应商 |
| 正庚烷(分析纯) | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 石油醚(分析纯) | 江苏永华精细化学品有限公司 |
| 无水乙醇(分析纯) | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 环戊二烯 | 兰州维科石化公司 |
| 93号汽油 | 中国石油天然气股份有限公司 |
| L-2型汽油机沉积物模拟试验机 | 兰州维科石化公司 |
| 天平(可精确到0.1mg) | 梅特勒托利多仪器(上海)有限公司 |
| 烘箱(温度可控制在100±2℃) | 赛默飞世尔科技(中国)有限公司 |
| 微量进样器(可精确到1微升) | 兰州维科石化公司 |
| 容量瓶(300ml) | 兰州维科石化公司 |
| 测温表(可精确到0.1℃) | 兰州维科石化公司 |
燃油发动机进气阀积碳清除率测试
1.积碳收集器的准备
1.1将积碳收集器(长10cm、宽8cm的铝板)在无水乙醇中浸泡60min，直到其表面光亮无污，再用流动的自来水清除积碳收集器，然后将其在无水乙醇中浸泡5min，用镊子夹出放到100℃的烘箱中烘干不少于15min。
1.2将积碳收集器由烘箱中取出，置于干燥器中冷却至室温(约25℃)。
1.3待积碳收集器冷却后用测温表测量并记录其温度，记录积碳收集器的质量，将积碳收集器放入干燥器中备用(注意，该步骤中，应保证积碳收集器连续两次称量时的温度变化不大于0.2℃，称量的误差小于0.2mg)。
2.油样和燃油添加剂的准备
2.1取300ml 93号汽油油样，倒入容量瓶1中；
2.2在常温(约为25℃)和常压(约为1个大气压)的条件下，取300ml燃油添加剂，倒入容量瓶2中。
3汽油沉积物的生成
3.1设定试验计时器时间为70分钟，将容量瓶1中的300ml 93号汽油油样加入L-2型汽油机沉积物模拟试验机的盛样瓶中，并加入0.6ml环戊二烯。
3.2将积碳收集器装入该模拟试验机的支架槽内，使该积碳收集器正对该模拟试验机的喷嘴，并插上测温热电偶。
3.3打开该模拟试验机的电源，启动其加热开关，使积碳收集器的温度达到170-180℃，以模拟燃油发动机进气阀的工作环境。
3.4打开该模拟试验机的空气截止阀，调节气体压力为80±0.5kPa，流量控制在稳定状态(700±50L/hr)。
3.5打开该模拟试验机的燃料截止阀，调节油压压力到7.5±0.5kPa，打开燃料流量计调节阀，流量控制在稳定状态(4±1ml/min)。
3.6开始喷油，并打开计时器开关开始计时。
3.7将积碳收集器的温度保持在170-180℃，直到93号汽油油样全部喷完，关闭喷油装置，关闭计时开关。
3.8将积碳收集器的温度在170-180℃的条件下保持10min，关闭加热开关，使其自然降温到50℃以下。
3.9取出积碳收集器的测温热电偶。
3.10取出积碳收集器，将其置于正庚烷的烧杯中浸泡1min后取出。
3.11将积碳收集器浸入盛有石油醚的烧杯中，浸泡1min后取出，再放入100℃的烘箱中不少于15min。
3.12将积碳收集器由烘箱中取出，置于干燥器中冷却至室温(约25℃)。
3.13对积碳收集器测温，若此时测得的温度与试验前测得的温度误差小于0.2℃，则可以称量。
3.14燃油发动机进气阀积碳生成量的计算公式：
m＝m1-m0 (公式1)
式中：
m表示试验中生成的积碳质量，单位为mg；
m1表示试验中积碳收集器的最终质量，单位为mg；
m0表示试验中积碳收集器的初始质量，单位为mg。
4燃油发动机进气阀积碳的清除
4.1设定试验计时器时间，将容量瓶2中的300ml燃油添加剂加入L-2型汽油机沉积物模拟试验机的盛样瓶中。
4.2将步骤3.12中干燥好的积碳收集器装入该模拟试验机的支架槽内，使该积碳收集器正对该模拟试验机的喷嘴，并插上测温热电偶。
4.3打开该模拟试验机的电源，启动其加热开关，使积碳收集器温度达到170-180℃，以模拟燃油发动机进气阀的工作环境。
4.4打开该模拟试验机的空气截止阀，调节气体压力为80±0.5kPa，流量控制在稳定状态(700±50L/hr)。
4.5打开该模拟试验机的燃料截止阀，调节油压压力到7.5±0.5kPa，打开燃料流量计调节阀，流量控制在稳定状态(4±1ml/min)。
4.6开始喷油，并打开计时器开关开始计时。
4.7将积碳收集器的温度保持在170-180℃，直到93号汽油油样全部喷完，关闭喷油装置，关闭计时开关。
4.8将积碳收集器的温度在170-180℃的条件下保持10min，关闭加热开关，使之自然降温到50℃以下。
4.9取出积碳收集器的测温热电偶。
4.10取出积碳收集器，将其置于正庚烷的烧杯中浸泡后取出。
4.11将积碳收集器浸入盛有石油醚的烧杯中，浸泡1min后取出，并放入100℃的烘箱中不少于15min。
4.12将积碳收集器由烘箱中取出，置于干燥器中冷却至室温(约25℃)。
4.13对积碳收集器测温，若此时测得的温度与试验前测得的温度误差小于0.2℃，则可以称量。
4.14燃油发动机进气阀积碳清除率的计算公式
δ(％)＝[(m–m2)/m] (公式2)
式中：
δ表示燃油发动机进气阀的积碳清除率，单位为％；
m表示93号汽油在试验中生成的积碳的质量，单位为mg；
m2表示试验中积碳收集器的最终质量，单位为mg。
实施例1-9
按照前文所述的方法，根据表2所列的配方(表2中所列数值均以重量百分比计)，在常温(约为25℃)和常压(约为1个大气压)的条件下，将燃油添加剂的各成分加入不锈钢容器中混合，以得到燃油添加剂1-9。
根据前文所述的方法，测试燃油添加剂的清除积碳的能力和润滑性能，所得结果列于表4。
表2
对比例C1-C6
按照前文所述的方法，根据表3所列的配方(表3中所列数值均以重量百分比计)，在常温(约为25℃)和常压(约为1个大气压)的条件下，将燃油添加剂的各成分加入不锈钢容器中混合，以得到燃油添加剂C1-C6(其中，C6为空白例)。
根据前文所述的方法，测试燃油添加剂的积碳清除性能和润滑性能，所得结果列于表4。
表3
表4
| 积碳清除率(％) | 磨斑直径(mm) | 摩擦系数 | |
| 实施例1 | 91.7 | 0.330 | 0.076 |
| 实施例2 | 91.0 | 0.337 | 0.082 |
| 实施例3 | 91.8 | 0.323 | 0.079 |
| 实施例4 | 91.3 | 0.325 | 0.074 |
| 实施例5 | 95.6 | 0.338 | 0.085 |
| 实施例6 | 95.5 | 0.335 | 0.087 |
| 实施例7 | 91.7 | 0.322 | 0.079 |
| 实施例8 | 91.8 | 0.333 | 0.077 |
| 实施例9 | 95.9 | 0.332 | 0.088 |
| 对比例1 | 81.2 | 0.361 | 0.097 |
| 对比例2 | 96.3 | 0.390 | 0.107 |
| 对比例3 | 81.2 | 0.367 | 0.092 |
| 对比例4 | 96.7 | 0.397 | 0.102 |
| 对比例5 | 77.3 | 0.332 | 0.081 |
| 对比例6(空白例) | -67(积碳增加) | >1.0 | >0.2 |
根据实施例1-9，本公开提供的燃油添加剂具有良好的清除积碳的能力和润滑性能。
根据对比例1，该燃油添加剂未包含甘油单油酸酯，所以其润滑性能较差。
根据对比例2，该燃油添加剂中，多元醇酯和甘油单油酸酯的含量都不足，所以其润滑性能较差。
根据对比例3，该燃油添加剂未包含多元醇酯，所以其润滑性能较差，此外，该燃油添加剂中甘油单油酸酯的含量过高，所以其清除积碳的能力较差。
根据对比例4，该燃油添加剂既未包含多元醇酯，也未包含甘油单油酸酯，所以其润滑性能较差。
根据对比例5，该燃油添加剂中，壬基酚聚醚胺的含量不足，所以其清除积碳的能力较差。
根据对比例6，当燃油中未添加任何燃油添加剂时，燃油本身所具有的清除积碳的能力和润滑性能都较差。
综上所述，根据本公开的燃油添加剂，不仅具有良好的清除积碳的的能力，而且具有良好的润滑性能。
虽然出于举例说明的目的，上述具体实施方式包含许多具体细节，但本领域普通技术人员应理解，这些细节的许多变型、更改、替代和改变均在权利要求所保护的本发明范围内。因此，具体实施方式中描述的公开内容不对权利要求所保护的本发明施加任何限制。本发明的适当范围应由权利要求书及其适当的法律等同物限定。所有引用的参考文献均以引用的方式全文并入本文中。
Claims (10)
1.一种燃油添加剂，以所述燃油添加剂的总重按100wt.％计，包含：
70-90wt.％的壬基酚聚醚胺，
5-25wt.％的多元醇酯，
5-25wt.％的甘油单油酸酯，和
0-20wt.％的稀释剂，
其中，所述壬基酚聚醚胺包括以下通式：
其中，m＝1-2，n＝24-26，y＝1-2，并且
所述多元醇酯包括以下通式：
其中，R为碳原子数12-18的烷基。
2.根据权利要求1所述的燃油添加剂，其中，所述壬基酚聚醚胺的分子量为1000-2000。
3.根据权利要求1所述的燃油添加剂，其中，所述壬基酚聚醚胺的含量为70-80wt.％。
4.根据权利要求1所述的燃油添加剂，其中，所述多元醇酯的含量为5-15wt.％。
5.根据权利要求1所述的燃油添加剂，其中，所述甘油单油酸酯的含量为5-15wt.％。
6.根据权利要求1所述的燃油添加剂，其中，所述稀释剂包括：饱和直链烃溶剂、环烷烃溶剂和混合芳烃剂中的至少一种。
7.根据权利要求1或6所述的燃油添加剂，其中，所述稀释剂的含量为5-20wt.％。
8.一种制备权利要求1-7中任一项所述的燃油添加剂的方法，包括步骤：将所述燃油添加剂的各成分混合。
9.一种使用权利要求1-7中任一项所述的燃油添加剂的方法，包括步骤：将所述燃油添加剂添加到燃油中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述燃油为汽油。
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