CN109689708A - 适合用作燃料的清净添加剂的共聚物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种共聚物,其通过共聚至少以下单体来获得:下式(I)的非极性单体(ma),其中u=0或1,w=0或1,E=‑O‑或‑NH(Z)‑、或‑O‑CO‑、或‑NH‑CO‑或‑CO‑NH‑,其中Z为H或烷基,G为选自烷基、芳香环和芳烷基的基团;以及下式(II)的极性单体(mb),其中t=0或1,Q选自氧原子和‑NR'‑基团,其中R'选自氢原子和烃链,R是被至少一个季铵基团和任选的一个或多于一个羟基取代的烃链。本发明还涉及这种共聚物在内燃机液体燃料中作为清净添加剂的用途。

Description

适合用作燃料的清净添加剂的共聚物
本发明涉及共聚物及其作为内燃机用液体燃料中清净添加剂的用途。本发明还涉及一种用于使内燃机的至少一个内部零件保持清洁和/或清洁内燃机的至少一个内部零件的方法。
现有技术
用于内燃机的液体燃料包含在发动机运转期间会降解的组分。内燃机内部零件的沉积物问题是驾驶者所熟知的。已经表明,这些沉积物的形成对发动机的性能有影响,尤其对消耗和颗粒排放具有负面影响。燃料添加剂技术的进步使得有可能面对这个问题。已经提出用于燃料中的“清净”添加剂,其通过限制沉积物(“保持清洁”效果)或通过减少已经存在于内燃机内部零件中的沉积物(“清理”效果)来保持发动机清洁。例如,可以提及US4171959,其描述了一种含有季铵官能团的汽油燃料的清净添加剂。WO 2006/135881描述了一种含有季铵盐的清净添加剂,该季铵盐用于减少或清洁沉积物,尤其是在入口阀上减少或清洁沉积物。然而,发动机技术在不断发展,必须发展燃料的规格以应对这些内燃机的技术进步。特别是,新型汽油或柴油直接喷射系统使喷射器暴露于越来越苛刻的压力和温度条件下,这促进了沉积物的形成。此外,这些新型喷射系统具有更复杂的几何形状以优化喷射,尤其是从更多的具有更小直径的孔进行喷射,但另一方面,这导致对沉积物更敏感。沉积物的存在可能损害燃烧性能,尤其是增加污染物排放和颗粒排放。文献中已经报道了沉积物过量存在的其他后果,例如燃料消耗增加和驾驶性能问题。
US 2013/274369A1描述了衍生自N-乙烯基酰胺单体和烯属不饱和化合物并具有阳离子基团的水溶性阳离子共聚物,以及其作为絮凝剂的用途。
防止和减少这些新型发动机中的沉积物对于现代发动机的最佳功能是必不可少的。因此,需要提出促进内燃机的最佳功能,尤其是用于新型发动机技术的用于燃料的清净添加剂。
还需要一种能够作用于沉积物的通用清净添加剂,而不管发动机的技术和/或燃料的性质如何。
与内燃机的液体燃料相关的另一个重要问题是这些燃料中存在残留水。实际上,由于用于提取原油的工艺以及由于在运输和储存期间冷的燃料中水的冷凝,燃料包含可变量的水,相对于燃料的总重量,该可变量的水可以为百万分之几重量份至百分之几重量份。存在的这种残留水通常导致形成在燃料中悬浮的稳定的乳液,该乳液引起在这些燃料的运输和/或燃烧过程中产生的许多问题。例如,这些乳液可能会阻塞发动机的过滤器或加速发动机的腐蚀。
文献US 2016/0160144公开了用烃基取代的,特别是用聚异丁基琥珀酸取代的二羧酸化合物与清净添加剂的组合,以改善分离燃料中包含的水以及从燃料中分离水。文献WO 2015/184301公开了两种季铵盐和破乳剂的组合,以改善分离燃料中存在的水以及从燃料中分离水。
需要提出一种具有良好的清净和破乳性能的用于燃料的添加剂浓缩物,特别是用于柴油燃料的添加剂浓缩物。
发明主题
本发明的主题涉及新型共聚物。
申请人已发现,根据本发明的共聚物具有作为内燃机液体燃料中的清净添加剂值得注意的性质。在这些燃料中使用的根据本发明的共聚物可以保持发动机清洁,特别是其通过限制或防止沉积物的形成(“保持清洁”效果)或通过减少已经存在于内燃机内部零件中的沉积物(“清理”效果)来保持发动机清洁。
与使用根据本发明的这种共聚物相关的优点是:
-最佳的发动机功能,
-减少燃料消耗,
-更好的车辆驾驶性能,
-减少污染物排放,和
-减少发动机维护以节省成本。
本发明的主题涉及通过至少以下单体的共聚获得的共聚物:
-对应于下式(I)的非极性单体(ma)
其中
u=0或1,
w=0或1,
E=-O-或-NH(Z)-、或-O-CO-、或-NH-CO-或-CO-NH-,其中Z代表H或C1至C6烷基,应理解为当E=-O-CO-时,E通过氧原子与乙烯基碳连接,
G表示选自C1至C34烷基、芳香环、包含至少一个芳香环和至少一个C1至C34烷基的芳烷基,和
-选自下式(II)的那些极性单体(mb):
其中
t=0或1,
Q选自氧原子和-NR'-基团,其中R'选自氢原子和C1至C12烃链,
R是被至少一个季铵基团和任选的一个或多于一个羟基取代的C1至C34烃链。
根据一个有利的实施方案,非极性单体(ma)的基团E是-O-。
根据另一个有利的实施方案,非极性单体(ma)的基团E是-NH(Z)-,其中Z代表H或C1至C6烷基。
根据又一个有利的实施方案,非极性单体(ma)的基团E是-O-CO-,其中E通过氧原子与乙烯基碳连接。
有利地,非极性单体(ma)的w等于0。
优选地,非极性单体(ma)的基团G选自C4至C34烷基、芳香环、包含至少一个芳香环和至少一个C1至C34,优选C4至C34烷基的芳烷基。
根据第一个优选的变体,非极性单体(ma)的基团G是C4至C34,优选C4至C30烷基。
根据另一个优选的变体,非极性单体(ma)的基团G是包含至少一个芳香环和至少一个C4至C30烷基的芳烷基。
有利地,在极性单体(mb)中,季铵基团选自吡咯啉、吡啶、咪唑、三唑、三嗪和异
根据一个变体,季铵基团选自三烷基铵、亚铵、脒、甲脒、胍和双胍,优选三烷基铵。
根据优选的特定实施方案,极性单体(mb)由下式(III)和(IV)中的一个表示:
其中
t和Q如上面的式(II)中所定义,
X-选自氢氧根和卤离子和有机阴离子,
R2选自C1至C34烃链,其任选地被至少一个羟基取代,
R3、R4和R5相同或不同并且独立地选自C1至C18烃链,应理解为烷基R3、R4和R5可含有一个或多于一个选自以下的基团:氮原子、氧原子和羰基,并且基团R3、R4和R5可以成对连接在一起以形成一个或多于一个环,
R6和R7相同或不同并且独立地选自C1至C18烃链,应理解为R6和R7基团可含有一个或多于一个选自以下的基团:氮原子、氧原子和羰基,并且基团R6和R7可以连接在一起以形成环。
有利地,基团R2由下面的式(V)和(VI)中的一个表示:
其中
R8选自C1至C32烃链,
R9选自氢和C1至C6烷基。
根据特定的实施方案,单体(mb)通过以下反应获得:
-式NR3R4R5或R6N=R7的叔胺,其中R3、R4、R5、R6和R7如上式(III)和(IV)中所定义,和
-下式(VII)的(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酰胺中间体单体(mi):
其中
Q、t、R8和R9如上式(II)、(V)和(VI)中所定义。
根据优选的实施方案,共聚物选自嵌段共聚物和无规共聚物。
根据特别优选的实施方案,共聚物是嵌段共聚物。
特别地,嵌段共聚物包含至少:
-嵌段A,其由衍生自选自式(I)的非极性单体(ma)的一种或多于一种非极性单体的结构单元链组成,和
-嵌段B,其由衍生自选自极性单体(mb)的一种或多于一种极性单体的结构单元链组成。
共聚物有利地包含至少一个嵌段AB、嵌段ABA或嵌段BAB的序列,其中所述嵌段A和嵌段B形成序列且不存在具有不同化学性质的中间体嵌段。
根据特定的实施方案,嵌段共聚物通过顺序聚合获得,任选地随后进行一次或多于一次后官能化。
本发明的主题还涉及制备如上所述的共聚物的方法,其中嵌段B通过中间体聚合物Pi的后官能化获得,该中间体聚合物Pi由如上定义的式(VII)的中间体(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酰胺单体(mi)的聚合产生,并且其中所述后官能化对应于所述中间体聚合物Pi与叔胺NR3R4R5、或R6N=R7的反应,其中R3、R4、R5、R6和R7如上式(III)和(IV)所定义。
有利地,中间体聚合物Pi还包含至少一个如上定义的嵌段A。
根据特定的实施方案,嵌段共聚物通过顺序聚合获得,任选地随后进行一次或多于一次后官能化。
根据特定的实施方案,共聚物是包含至少一个嵌段AB、嵌段ABA或嵌段BAB序列的共聚物,其中所述嵌段A和嵌段B形成序列且不存在具有不同化学性质的中间嵌段。
本发明的主题还涉及包含一种或多于一种如上所述的共聚物的燃料浓缩物,其任选地与有机液体混合,所述有机液体对于共聚物是惰性的并且可与所述燃料混溶。优选地,浓缩物与有机液体混合。
根据某个实施方案,燃料浓缩物还包含至少一种选自被烃链取代的琥珀酰亚胺的化合物,优选聚异丁烯琥珀酰亚胺,所述有机液体对于所述化合物也是惰性的。
本发明的主题还涉及一种燃料组合物,其包含:
(1)燃料,其衍生自一种或多于一种选自矿物来源、动物来源、植物来源和合成来源的源,和
(2)如前所述的一种或多于一种共聚物。
有利地,该组合物包含至少5ppm的共聚物(2)。
根据特定的实施方案,燃料(1)选自基于烃的燃料、基本上不基于烃的燃料、及其混合物。
根据某个实施方案,燃料组合物包含至少一种选自被烃链取代的琥珀酰亚胺的化合物,优选聚异丁烯琥珀酰亚胺。
本发明的主题还涉及如上定义的一种或多于一种共聚物作为内燃机液体燃料中清净添加剂的用途,所述共聚物单独使用、作为混合物使用或以如上定义的浓缩物的形式使用。
根据特定的实施方案,共聚物用于液体燃料中,用于使所述内燃机的至少一个内部零件保持清洁和/或清洁所述内燃机的至少一个内部零件。
根据优选的特定实施方案,共聚物用于液体燃料中以用于限制或防止在所述发动机的至少一个内部零件中形成沉积物和/或用于减少所述发动机的至少一个内部零件中的现存沉积物。
根据特定的实施方案,共聚物用于降低内燃机的燃料消耗。
根据特定的实施方案,共聚物用于减少污染物的排放,特别是来自内燃机的颗粒排放。
根据特定的实施方案,内燃机是火花点火发动机。
有利地,沉积物位于选自发动机进气系统、燃烧室和燃料喷射系统的至少一个内部零件中。
根据另一给特定的实施方案,内燃机是柴油发动机,优选地是直接喷射式柴油发动机。
有利地,共聚物用于防止和/或减少柴油发动机的喷射系统中沉积物的形成。
特别地,该共聚物用于防止和/或减少与焦化相关的沉积物和/或皂沉积物和/或亮漆膜型沉积物的形成。
根据特定的实施方案,该共聚物用于减少和/或防止由于在直接喷射式柴油发动机的内部零件中形成所述沉积物而导致的动力损失,所述动力损失根据标准化的发动机测试方法CEC F-98-08确定。
根据一个特定的实施方案,该共聚物用于减少和/或防止在所述柴油发动机运行期间限制喷射器发出的燃料流量,所述流量限制根据标准化发动机测试方法CEC F-23-1-01确定。
本发明还涉及如上定义的一种或多于一种共聚物作为与至少一种化合物的混合物的用途,该至少一种化合物选自被烃链取代的琥珀酰亚胺,优选聚异丁烯琥珀酰亚胺、或者以如上定义的浓缩物的形式存在,以当燃料含有水时改善水和燃料的分离。
本发明还涉及一种用于使内燃机的至少一个内部零件保持清洁和/或清洁内燃机的至少一个内部零件的方法,其包括至少以下步骤:
-通过向燃料中补充一种或多于一种如上所述的共聚物来制备燃料组合物,和
-在所述内燃机中燃烧所述燃料组合物。
根据第一实施方案,内燃机是火花点火发动机。
有利地,根据该实施方案,保持清洁和/或被清洁的火花点火发动机的内部零件选自发动机进气系统,特别是进气阀(IVD)、燃烧室(CCD或TCD)、和燃料喷射系统,特别是间接喷射系统(PFI)的喷射器或直接喷射系统(DISI)的喷射器。
根据另一个实施方案,内燃机是柴油发动机,优选直接喷射式柴油发动机。
有利地,根据该实施方案,保持清洁和/或被清洁的柴油发动机的内部零件是柴油发动机的喷射系统。
根据本发明的共聚物的有利之处在于它们作为用于多种液体燃料的清净添加剂和/或一种或多于一种类型的发动机规格的清净添加剂和/或对在内燃机内部零件中形成的一种或多于一种类型的沉积物是有效的。
此外,值得注意的是,根据本发明的浓缩物包含至少一种琥珀酰亚胺化合物,特别是聚异丁烯琥珀酰亚胺,其对于发动机清洁和含水燃料的破乳特别有效。
详细说明
从下面的描述中将更清楚地显现出其他优点和特征。给出本发明的特定实施方案作为非限制性实施例。
根据特定的实施方案,通过至少一种非极性单体(ma)和至少一种极性单体(mb)的共聚获得共聚物。
根据一个实施方案,共聚物选自嵌段共聚物或无规共聚物。
根据特别优选的实施方案,共聚物是嵌段共聚物。
非极性单体(ma)对应于下式(I):
其中
u=0或1
w=0或1
有利地,非极性单体(ma)的w=0。
非极性单体(ma)的基团E选自
-E=-O-,
-E=-NH(Z)-,其中Z代表H或直链或带支链的、环状或无环的,优选无环的C1至C6烷基,
-E=-O-CO-,可以理解为E随后通过氧原子与乙烯基碳连接,
-E=-NH-CO-,和
-E=-CO-NH-。
根据第一变体,非极性单体(ma)选自u=0的那些。优选地,并且根据该第一变体,共聚物是嵌段共聚物。
根据另一个变体,非极性单体(ma)选自u=1的那些。
根据优选的变体,非极性单体(ma)选自u=1的那些,并且基团E选自
-E=-O-,
-E=-NH(Z)-,其中Z代表H或直链或带支链的、环状或无环的,优选无环的C1至C6烷基,优选CH3,和
-E=-O-CO-,其中E通过氧原子与乙烯基碳连接。
根据进一步优选的变体,非极性单体(ma)选自以下的那些:
u=1,和基团E选自:
○E=-O-,和
○E=-O-CO-,其中E通过氧原子与乙烯基碳连接。
非极性单体(ma)的基团(G)可以是C1至C34烷基,优选C4至C30烷基,更优选C6至C24烷基,甚至更优选C8至C18烷基。烷基是直链或带支链的、环状或无环的,优选无环的基团。这种烷基可包含直链或带支链部分和环状部分。
非极性单体(ma)的基团(G)有利地是直链或带支链的,优选直链的,无环C1至C34烷基,优选C4至C30烷基,更优选C6至C24烷基,甚至更优选C8至C18烷基。
可以非限制性地提及烷基,例如辛基、癸基、十二烷基,2-乙基己基、异辛基、异癸基和异十二烷基。
在乙烯基烷基酯单体中,例如可以提及辛酸乙烯酯、癸酸乙烯酯、十二烷酸乙烯酯、十四烷酸乙烯酯、十六烷酸乙烯酯、十八烷酸乙烯酯、二十二烷酸乙烯酯、2-乙基己酸乙烯酯。
非极性单体(ma)的基团(G)也可以是芳香环,优选苯基或芳基。在芳香族基团中,可以非限制性地提及苯基或萘基,优选苯基。
根据另一个优选的变体,非极性单体(ma)的基团(G)可以是包含至少一个芳香环和至少一个C1至C34烷基的芳烷基。优选地,根据该变体,基团(G)是包含至少一个芳香环和一个或多于一个C4至C30烷基,有利地C6至C24烷基,甚至更优选C8至C18烷基的芳烷基。
芳香环可以是单取代的或在几个碳原子上取代的。优选地,芳香环是单取代的。
C1至C34烷基可以在芳香环上的邻位、间位或对位,优选在对位。
烷基是直链或带支链的、环状或无环的,优选无环的基团。
烷基优选为直链或带支链的,优选直链的无环基团。
芳香环可以直接连接到基团E或乙烯基碳,但也可以通过烷基取代基连接。
作为基团G的实例,可以提及在对位被C4至C30烷基取代的苄基。
优选地,根据该变体,非极性单体(ma)的基团(G)是包含至少一个芳香环和至少一个C4至C30烷基,有利地C6至C24烷基,甚至更优选C8至C18烷基的芳烷基。
极性单体(mb)选自式(II)的那些:
其中
t=0或1,优选地t=0,
Q选自氧原子和-NR'-基团,其中R'选自氢原子和C1至C12烃链,优选C1至C6烃链,所述链是直链或带支链的、环状或无环的,优选无环的。Q优选地选自氧原子和-NH-基团。
R是C1至C34烃链,优选C1至C18烃链,更优选C1至C10烃链,其是直链或带支链的、环状或无环的,优选无环的、被至少一个季铵基团取代,优选地具有4至50个原子和任选的一个或多于一个羟基。
根据特定的实施方案,基团R包含季铵基团和一个或多于一个羟基。
根据一个变体,基团R选自具有至少一个季铵官能团的基团,所述季铵官能团根据任何已知方法通过伯胺、仲胺或叔胺的季铵化获得。
基团R尤其可选自具有至少一个季铵官能团的基团,,该季铵官能团通过季铵化至少一种胺、亚胺、脒、胍、氨基胍或双胍官能团获得;具有3至34个原子和至少一个氮原子的杂环基团。
有利地,基团R选自具有至少一个通过叔胺的季铵化获得的季铵官能团的基团。
根据特定的实施方案,极性单体(mb)由下式(III)和(IV)中的一个表示:
其中
t和Q如上所述,
X-选自氢氧根和卤离子和有机阴离子,特别是乙酸根离子,
R2选自C1至C34烃链,优选C1至C18烃链,其为环状或无环的、直链或带支链的、任选地被至少一个羟基取代;优选地,R2选自任选地被至少一个羟基取代的烷基,
R3、R4和R5相同或不同并且独立地选自直链或带支链的、环状或无环C1至C18烃链,优选C1至C12烃链,应理解为烷基R3、R4和R5可含有一个或多于一个氮和/或氧原子和/或羰基,并且可以成对连接在一起以形成一个或多于一个环,
R6和R7相同或不同并且独立地选自直链或带支链的、环状或无环C1至C18烃链,优选C1至C12烃链,应理解为R6和R7基团可含有一个或多于一个氮原子和/或氧原子和/或羰基,并且可以连接在一起以形成环。
氮原子和/或氧原子可以以醚桥或胺桥的形式或者以胺或羟基取代基的形式存在于基团R3、R4和R5中。
基团X-的有机阴离子通常是有机酸的共轭碱,优选羧酸的共轭碱,特别是选自环状或无环单羧酸和多羧酸的酸。优选地,基团X-的有机阴离子选自饱和无环或芳香族环状羧酸的共轭碱。提及的实例包括甲酸根、乙酸根、己二酸根、草酸根、丙二酸根、琥珀酸根、柠檬酸根、苯甲酸根、邻苯二甲酸根、间苯二甲酸根和对苯二甲酸根。
根据特定的实施方案,基团R2选自被至少一个羟基取代的直链或带支链的C1至C34无环烷基,优选C1至C18无环烷基。
根据特定的实施方案,基团R2由下式(V)和(VI)中的一个表示:
其中
R8选自环状或无环的,优选无环的,直链或带支链的C1至C32烃链,优选C1至C16烃链,优选烷基,
R9选自氢和C1至C6烷基、C1至C4烷基,更优选氢。
共聚物可根据任何已知的聚合方法制备。各种聚合技术和条件在文献中被广泛描述,并且属于本领域技术人员的常识。
应该理解的是,如果根据本发明的共聚物是从(ma)和(mb)以外的单体获得的,但只要最终共聚物对应于本发明的共聚物,即通过至少(ma)和(mb)的共聚获得的共聚物,则不脱离本发明的范围。例如,如果共聚物是通过共聚合除(ma)和(mb)之外的单体随后进行后官能化而获得的,则不脱离本发明的范围。
例如,衍生自非极性单体(ma)的嵌段可以分别通过酯交换或酰胺化反应由乙烯醇或丙烯酸获得。
例如,衍生自极性单体(mb)的嵌段可以通过中间体聚合物Pi的后官能化获得,该中间体聚合物Pi由如上定义的式(VII)的中间体(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酰胺单体(mi)的聚合产生,并且其中所述后官能化对应于所述中间体聚合物Pi与叔胺NR3R4R5、或R6N=R7的反应,其中R3、R4、R5、R6和R7如上式(III)和(IV)所定义。
嵌段共聚物可以通过顺序聚合来获得,优选通过受控的顺序聚合来获得,任选地随后进行一次或多于一次后官能化。
根据特定的实施方案,上述嵌段共聚物通过受控的顺序聚合获得。聚合有利地选自受控的自由基聚合;例如原子转移自由基聚合(ATRP);硝基氧介导的自由基聚合(NMP:硝基氧介导的聚合);退化转移过程,如退化碘转移聚合(ITRP:碘转移自由基聚合)或可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT:可逆加成-断裂链转移);衍生自ATRP的聚合反应,例如使用引发剂进行聚合以进行连续活化剂再生(ICAR)或使用通过电子转移再生的活化剂(ARGET)。
作为实例,将提及出版物“Macromolecular Engineering by atom transferradical polymerization”,JACS,136,6513-6533(2014),其描述了用于形成嵌段共聚物的受控的顺序聚合方法。
受控的顺序聚合通常在惰性气氛下于溶剂中在通常0℃至200℃,优选50℃至130℃的反应温度下进行。溶剂可选自极性溶剂,特别是醚类如苯甲醚(甲氧基苯)或四氢呋喃,或非极性溶剂,特别是链烷烃、环烷烃、芳香族化合物和含有1至19个碳原子的烷基芳香族化合物,例如苯、甲苯、环己烷、甲基环己烷、正丁烯、正己烷、正庚烷等。
对于原子转移自由基聚合(ATRP),反应通常在引发剂、配体和催化剂的存在下在真空下进行。作为配体的实例,可以提及N,N,N',N”,N”-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)、1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺(HMTETA)、2,2'-联吡啶(BPY)和三(2-吡啶基甲基)胺(TPMA)。可提及的催化剂的实例包括:CuX、CuX2,其中X=Cl、Br和基于钌Ru2+/Ru3+的络合物。
ATRP聚合优选在选自极性溶剂的溶剂中进行。
根据受控的顺序聚合技术,还可以设想在压力下运行。
在聚合反应期间反应的嵌段A的非极性单体(ma)和嵌段B的极性单体(mb)的当量数相同或不同。
嵌段A的非极性单体(ma)的当量数优选为2至50,优选为5至50,更优选为10至50。
嵌段B的极性单体(mb)的当量数优选为2至50,优选为2至40,更优选为2至20。
嵌段A的单体(ma)的当量数有利地大于或等于嵌段B的单体(mb)的当量数。
此外,嵌段A或嵌段B的重均摩尔质量Mw优选小于或等于15000克/摩尔,更优选小于或等于10000克/摩尔。
嵌段共聚物有利地包含至少一个嵌段AB、嵌段ABA或嵌段BAB的序列,其中所述嵌段A和所述嵌段B形成序列而不存在具有不同化学性质的中间体嵌段。
其他嵌段可任选地存在于前述嵌段共聚物中,只要这些嵌段不会从根本上改变嵌段共聚物的性质。但是,仅含有嵌段A和嵌段B的嵌段共聚物是优选的。
有利地,A和B占嵌段共聚物的至少70质量%,优选至少90质量%,更优选至少95质量%,甚至更优选至少99质量%。
根据特定的实施方案,嵌段共聚物是双嵌段共聚物。
根据另一特定的实施方案,嵌段共聚物是含有交替嵌段的三嵌段共聚物,该交替嵌段包含两个嵌段A和一个嵌段B(ABA)或包含两个嵌段B和一个嵌段A(BAB)。
根据特定的实施方案,嵌段共聚物还包含由环状或无环的、饱和或不饱和的、直链或带支链的C1至C32烃链,优选C4至C24烃链和更优选C10至C24烃链组成的末端链I。
术语“环烃链”是指至少一部分是环状的,尤其至少一部分是芳香族的烃链。该定义不排除包含无环部分和环状部分的烃链。
末端链I可包含芳香烃链,例如苯链、和/或饱和的和无环的、直链或带支链的烃链,特别是烷基链。
末端链I优选地选自烷基链,其优选为直链,更优选为具有至少4个碳原子的烷基链,甚至更优选为具有至少12个碳原子的烷基链。
对于ATRP聚合,末端链I位于嵌段共聚物的末端位置。可以通过聚合引发剂将它引入嵌段共聚物中。因此,末端链I可以有利地构成聚合引发剂的至少一部分并且位于聚合引发剂内,从而可以在聚合引发的第一步骤中在嵌段共聚物的末端位置中引入末端链I。
聚合引发剂选自,例如ATRP聚合过程中使用的自由基引发剂。在文章“Atomtransfer radical polymerization:current status and future perspectives,Macromolecules,45,4015-4039,2012”中特别描述了本领域技术人员熟知的这些自由基引发剂。
聚合引发剂选自,例如用卤化物取代的羧酸烷基酯,卤化物优选α位的溴,例如2-溴丙酸乙酯、α-溴异丁酸乙酯、苄基氯或苄基溴、α-溴苯基乙酸乙酯和氯乙基苯。因此,例如2-溴丙酸乙酯可以将以C2烷基链形式的末端链I和苄基形式的苄基溴引入共聚物中。
对于RAFT聚合,根据任何已知的方法,转移剂通常可在聚合结束时从共聚物中除去。
根据一个变体,也可以根据Moad,G.和co.,Australian Journal of Chemistry,2012,65,985-1076的文章中描述的方法通过RAFT聚合在共聚物中获得末端链I。例如,当使用转移剂产生硫醇官能团时,可以通过氨解来修饰末端链I。可提及的实例包括硫代羰基硫醇、二硫代碳酸酯、黄原酸酯、二硫代氨基甲酸酯和三硫代碳酸酯型例如S,S-双(α,α'-二甲基-α”-乙酸)三硫代碳酸酯(BDMAT)或2-氰基2-丙基二硫代苯甲酸酯的转移剂。
根据特定的实施方案,嵌段共聚物是双嵌段共聚物。嵌段共聚物结构可以是IAB或IBA型,有利地是IAB。末端链I可以分别根据结构IAB或IBA直接连接到嵌段A或嵌段B,或者可以通过键合基团例如酯、酰胺、胺或醚官能团来连接。然后,键合基团在末端链I和嵌段A或嵌段B之间形成桥。
根据特定的实施方案,嵌段共聚物也可以根据任何已知的方法在链末端官能化,特别是通过水解、氨解和/或亲核取代进行官能化。
术语“氨解”是指通过氨分子或胺的反应将分子分成两部分的任何化学反应。氨解的一般实例包括通过与胺反应来取代烷基的卤素,同时除去卤化氢。氨解可例如用于产生在末端位置带有卤化物的共聚物的ATRP聚合或用于将通过RAFT转移剂而引入共聚物中的硫键、二硫键或三硫键转化为硫醇官能团的RAFT聚合。
因此,可以通过对由上述单体ma和mb的受控的顺序聚合而获得的嵌段共聚物进行后官能化来引入末端链I'。
末端链I'有利地包含任选被一个或多于一个含有至少一个选自N和O的杂原子,优选含有N的杂原子的基团取代的直链或带支链的、环状或无环的C1至C32烃链,优选C1至C24烃链和更优选C1至C10烃链,甚至更优选烷基。
对于使用金属卤化物作为催化剂的ATRP聚合,该官能化可以例如通过处理由在温和条件下用伯C1至C32烷基胺或C1至C32醇的ATRP而获得的共聚物IAB或共聚物IBA来进行,以便不改变嵌段A、嵌段B和嵌段I上的官能团。
上述嵌段B的季铵基团可以是无环的或环状的。
无环季铵基团有利地选自三烷基铵、亚胺、脒、甲脒、胍和双胍,优选三烷基铵。
环状季铵基团有利地选自含有至少一个氮原子的杂环化合物,其特别选自吡咯啉、吡啶、咪唑、三唑、三嗪和异
嵌段B的季铵基团有利地是季铵,有利地是三烷基铵。
根据特定的实施方案,嵌段B优选地衍生自通过以下化合物的反应获得的单体(mb):
-式NR3R4R5或R6N=R7的叔胺,其中R3、R4、R5、R6和R7如上所述,和
-下式(VII)的(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酰胺中间体单体mi
其中
Q、t、R8和R9如上所述。
根据另一个特定的实施方案,嵌段B通过中间体聚合物Pi的后官能化获得,所述中间体聚合物Pi包含至少一个下式(VIII)的嵌段P:
其中
Q、R8和R9如上所述,R1代表H或CH3、n代表2至50,优选2至40,更优选2至20的整数。
后官能化对应于中间体聚合物Pi与式NR3R4R5或R6N=R7的叔胺的反应,其中R3、R4、R5、R6和R7如前所述。
叔胺可以选自,例如无环叔胺,优选可季铵化的三烷基胺、胍和亚胺。叔胺有利地选自三烷基胺,特别是烷基相同或不同的那些,并且独立地选自C1至C18,优选C1至C12直链或带支链的、环状或无环的,优选无环的烷基。
根据一个变体,叔胺可以选自环状叔胺,优选可季铵化的吡咯啉、吡啶、咪唑、三唑、胍、亚胺、三嗪、唑和异唑。
中间体聚合物Pi还可包含至少一个如上所述的嵌段A.
当上述共聚物用作内燃机液体燃料中的清净添加剂时,它是特别有利的。
术语“用于液体燃料的清净添加剂”是指与未特别补充的所述液体燃料相比,少量掺入液体燃料中并对所述发动机的清洁度产生影响的添加剂。
液体燃料有利地衍生自一种或多于一种选自矿物来源、动物来源、植物来源和合成来源的源。优选选择油作为矿物来源。
液体燃料优选地选自单独的或作为混合物的基于烃的燃料和基本上不基于烃的燃料。
术语“基于烃的燃料”是指由一种或多于一种仅由碳和氢组成的化合物所构成的燃料。
术语“基本上不基于烃的燃料”是指由一种或多于一种不是基本上由碳和氢组成的化合物所构成的燃料,即其还含有其它原子,特别是氧原子。
基于烃的燃料尤其包括沸点为100℃至500℃的中间馏出液或沸点在汽油范围内的较轻馏出液。这些馏出液可以选自,例如通过直接蒸馏粗烃获得的馏出液、真空馏出液、加氢处理的馏出液、从催化裂化和/或加氢裂化真空馏出液而得到的馏出液、由ARDS(大气残留物脱硫)等转化工艺和/或黏度降低产生的馏出液、以及由费-托馏分升级而得到的馏出液。基于烃的燃料通常是汽油和瓦斯油(也称为柴油燃料)。
汽油尤其包括用于火花点火发动机的任何可商购获得的燃料组合物。可提及的代表性实例是对应于标准NF EN 228的汽油。汽油通常具有足够高的辛烷值以避免爆震。通常,根据标准NF EN 228,在欧洲销售的汽油类型的燃料具有大于85的马达法辛烷值(MON)和至少95的研究法辛烷值(RON)。汽油类型的燃料通常具有90至100的RON和80至90的MON,RON和MON根据标准ASTM D 2699-86或D 2700-86来测量。
瓦斯油(柴油燃料)特别包括用于柴油发动机的所有可商购获得的燃料组合物。可提及的代表性实例是对应于标准NF EN 590的瓦斯油。
基本上不基于烃的燃料尤其包含基于氧的化合物,例如由植物和/或动物生物质的BTL(生物质到液体)转化产生的馏出液,其单独或组合使用;生物燃料,例如植物和/或动物油和/或酯油;动物和/或植物来源的生物柴油和生物乙醇。
基于烃的燃料和基本上不基于烃的燃料的混合物通常是Bx型的瓦斯油或Ex型的汽油。
术语“用于柴油发动机的Bx型瓦斯油”是指含有x体积%的植物或动物油酯(包括用过的烹调油)的瓦斯油燃料,该植物或动物油酯通过称为酯交换的化学过程转化而获得,酯交换通过该油与醇的反应以获得脂肪酸酯(FAE)。用甲醇和乙醇分别得到脂肪酸甲酯(FAME)和脂肪酸乙酯(FAEE)。字母“B”后跟一个数字表示瓦斯油中含有的FAE百分比。因此,B99含有99%的FAE和1%的化石来源的中间馏出液(矿物来源),B20含有20%的FAE和80%的化石来源的中间馏出液等。因此,不含有任何基于氧的化合物的B0型的瓦斯油区别于含有x体积%的植物油酯或脂肪酸酯,通常指甲酯(POME或FAME)的Bx型瓦斯油。当FAE单独用于发动机时,燃料由术语B100表示。
术语“用于火花点火发动机的Ex型汽油”是指含有x体积%的基于氧的化合物的汽油燃料,基于氧的化合物通常为乙醇、生物乙醇和/或叔丁基乙醚(TBEE)。
液体燃料的硫含量优选小于或等于5000ppm,优选小于或等于500ppm,更优选小于或等于50ppm,或甚至小于10ppm,并且有利地不含硫。
上述共聚物在液体燃料中用作清净添加剂,该共聚物含量有利地为至少10ppm,优选至少50ppm,更优选含量为10ppm至5000ppm,甚至更优选10ppm至1000ppm。
根据特定的实施方案,在液体燃料中使用如前所述的共聚物可以保持内燃机的至少一个内部零件的清洁度和/或清洁内燃机的至少一个内部零件。
在液体燃料中使用共聚物尤其可以限制或防止在所述发动机的至少一个内部零件中形成沉积物(“保持清洁”效果)和/或可以减少所述发动机的至少一个内部零件的现有沉积物(“清洁”效果)。
因此,与未特别补充的液体燃料相比,在液体燃料中使用共聚物可以限制或防止在所述发动机的至少一个内部零件中形成沉积物或者减少在所述发动机的至少一个内部零件中的现有沉积物。
有利地,在液体燃料中使用共聚物可以同时观察到两种效果:限制(或防止)和减少沉积物(“保持清洁”和“清洁”效果)。
沉积物根据内燃机的类型和所述发动机内部零件中沉积物的位置而不同。
根据特定的实施方案,内燃机是火花点火发动机,优选地是具有直接喷射的火花点火发动机(DISI:直接喷射式火花点火发动机)。目标沉积物位于所述火花点火发动机的至少一个内部零件中。保持清洁和/或被清洁的火花点火发动机的内部零件有利地选自发动机进气系统,特别是进气阀(IVD:进气阀沉积物)、燃烧室(CCD:燃烧室沉积物、或TCD:总室沉积物)和燃料喷射系统,特别是间接喷射系统(PFI:端口燃料喷射器)的喷射器或直接喷射系统(DISI)的喷射器。
根据另一特定的实施方案,内燃机是柴油发动机,优选地是直接喷射式柴油发动机,特别是具有共轨喷射系统(CRDI:共轨直接喷射)的柴油发动机。目标沉积物位于所述柴油发动机的至少一个内部零件中。
有利地,目标沉积物位于柴油发动机的喷射系统中,优选地位于所述喷射系统的喷射器的外部零件上,例如位于喷射器尖端上,和/或位于所述喷射系统的喷射器的内部零件上(IDID:内部柴油喷射器沉积物),例如位于喷射器针的表面上。
沉积物可以由与焦化有关的沉积物和/或皂沉积物和/或亮漆型的沉积物构成。
如前所述的共聚物可有利地用于液体燃料中以减少和/或防止由于在直接喷射式柴油发动机的内部零件中形成沉积物而导致的动力损失,所述动力损失根据标准化的发动机测试方法CEC F-98-08来确定。
如前所述的共聚物可有利地用于液体燃料中以减少和/或防止直接喷射式柴油发动机的喷射器在运行期间排出的燃料流的限制,所述流量限制根据标准化的发动机测试方法CEC F-23-1-01来确定。
有利地,与未特别补充的液体燃料相比,使用如上所述的共聚物可以限制或防止在至少一种类型的前述沉积物上形成沉积物和/或减少在至少一种类型的前述沉积物上的现有沉积物。
根据特定的实施方案,使用上述共聚物还可以降低内燃机的燃料消耗。
根据另一个特定的实施方案,使用上述共聚物还可以减少污染物排放,特别是内燃机的颗粒排放。
有利地,使用根据本发明的共聚物可以降低燃料消耗和污染物排放。
上述共聚物可以单独使用、以至少两种所述共聚物的混合物形式使用或以浓缩物的形式使用。
共聚物可以在炼油厂添加到液体燃料中和/或可被并入炼油厂的下游和/或任选地以添加剂浓缩物的形式与其他添加剂的混合物,通常也称为“添加剂包”。
上述共聚物以浓缩物形式作为含有有机液体的混合物使用。
根据特定的实施方案,用于燃料的浓缩物包含一种或多于一种如上所述的共聚物,作为含有有机液体的混合物。
有机液体对于上述嵌段共聚物是惰性的并且可与前述的液体燃料混溶。术语“可混溶的”描述了共聚物和有机液体形成溶液或分散体以便根据标准的燃料补充方法促进共聚物在液体燃料中的混合的事实。
有机液体有利地单独或作为混合物选自例如以Solvesso名称销售的溶剂的芳香族烃溶剂、醇、醚和其他基于氧的化合物和石蜡类溶剂例如己烷、戊烷或异链烷烃。
浓缩物可有利地包含5质量%至99质量%,优选10质量%至80质量%,更优选25质量%至70质量%的如前所述的共聚物。
浓缩物通常可包含1质量%至95质量%,优选10质量%至70质量%,更优选25质量%至60质量%的有机液体,其余部分对应于共聚物,应理解为浓缩物可包含一种或多于一种的如上所述的嵌段共聚物。
通常,嵌段共聚物在前述有机液体和液体燃料中的溶解度分别特别地取决于共聚物的重均分子量和数均摩尔质量Mw和Mn。选择根据本发明的共聚物的平均摩尔质量Mw和Mn,使得共聚物可溶于预期含有浓缩物的液体燃料和/或有机液体中。
根据本发明的共聚物的平均摩尔质量Mw和Mn也可以影响该共聚物作为清净添加剂的效果。因此,将选择平均摩尔质量Mw和Mn,以优化根据本发明的共聚物的效果,尤其是上述液体燃料的清净效果(发动机清洁度)。
平均摩尔质量Mw和Mn可以通过本领域技术人员可获得的常规测试来优化。
根据特定的实施方案,共聚物的重均摩尔质量(Mw)有利地为500克/摩尔至30000克/摩尔,优选1000克/摩尔至10000克/摩尔,更优选小于或等于4000克/摩尔,和/或数均摩尔质量(Mn)为500克/摩尔至15000克/摩尔,优选1000克/摩尔至10000克/摩尔,更优选小于或等于4000克/摩尔。数均分子量和重均摩尔质量通过尺寸排阻色谱法(SEC)测量。SEC的操作条件,尤其是溶剂的选择将根据嵌段共聚物中存在的化学官能团来选择。
根据特定的实施方案,根据本发明的共聚物以添加剂浓缩物的形式与用于除前述共聚物之外的内燃机的至少一种其他燃料添加剂组合使用。
添加剂浓缩物通常可包含一种或多于一种选自除上述共聚物之外的清净添加剂的其他添加剂,例如选自抗腐蚀剂、分散剂、破乳剂、消泡剂、杀生物剂、除臭剂、十六烷值(proketane/procétane)添加剂、摩擦改进剂、润滑剂添加剂或油性添加剂、燃烧促进剂(催化燃烧和烟灰促进剂)、用于改善浊点、流动点或FLT(过滤极限温度)的试剂、抗沉降剂、抗磨剂和导电改进剂。
在这些添加剂中,可特别提及:
a)十六烷值添加剂,特别是(但不限于)选自硝酸烷基酯,优选硝酸2-乙基己酯、芳基过氧化物,优选过氧化苯甲酰、和烷基过氧化物,优选叔丁基过氧化物;
b)消泡添加剂,特别是(但不限于)选自聚硅氧烷、烷氧基化的聚硅氧烷和衍生自植物或动物油的脂肪酸酰胺。这些添加剂的实例在EP861882、EP663000和EP736590中给出;
c)冷流改进剂(CFI)选自乙烯和不饱和酯的共聚物,例如乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯/丙酸乙烯酯(EVP)、乙烯/乙酸乙烯酯(EVE)、乙烯/甲基丙烯酸甲酯(EMMA)和乙烯/富马酸烷基酯共聚物,例如在US3048479、US3627838、US3790359、US3961961和EP261957中所描述的;
d)润滑剂添加剂或抗磨剂,特别是(但不限于)选自脂肪酸及脂肪酸的酯或酰胺衍生物,尤其是单油酸甘油酯和单环和多环羧酸衍生物。这些添加剂的实例在以下文件中给出:EP680506、EP860494、WO98/04656、EP915944、FR2772783、FR2772784;
e)浊点添加剂,特别是(但不限于)选自长链烯烃/(甲基)丙烯酸酯/马来酰亚胺三元共聚物和富马酸/马来酸酯聚合物。这些添加剂的实例在FR2528051、FR2528051、FR2528423、EP112195、EP172758、EP271385和EP291367中给出;
f)清净添加剂,特别是(但不限于)选自琥珀酰亚胺、聚醚胺和季铵盐;例如,在US4171959和WO2006135881中描述的那些;
g)冷加工性多官能添加剂,选自EP573490中描述的基于烯烃和烯基硝酸酯的聚合物。
这些其他添加剂的加入量通常为10ppm至1000ppm(每种),优选100ppm至1000ppm。
根据特定的实施方案,如上所述的一种或多于一种共聚物与至少一种选自琥珀酰亚胺的化合物一起用于如上所述的添加剂浓缩物或液体燃料中。
应理解的是,对于包含有机液体的添加剂浓缩物,有机液体对于所述琥珀酰亚胺化合物是惰性的。
有利地,琥珀酰亚胺被烃链,优选C8至C500烃链,更优选C12至C150烃链取代。
有利地,共聚物与至少一种选自聚异丁烯琥珀酰亚胺的化合物组合使用。
聚异丁烯琥珀酰亚胺是通过用聚异丁烯基链取代的琥珀酸或酸酐与胺反应得到的化合物。
优选地,取代琥珀酸或酸酐的聚异丁烯基链的数均分子量为500克/摩尔至5000克/摩尔,优选800克/摩尔至1300克/摩尔,数均分子量根据起始聚合物通过还被称为尺寸排阻色谱法(SEC)的凝胶渗透色谱法(GPC)测定。
用聚异丁烯基链取代的琥珀酸酐的制备在文献中广泛描述。例如,文献US3361673和US3018250描述了通过聚异丁烯和马来酸酐之间的高温反应、或通过卤化的、尤其是氯化的聚异丁烯和马来酸酐之间的反应来制备。还可以提及文献GB949981,其描述了由聚异丁烯基和琥珀酸酐的混合物并且在混合物中注入氯来制备这种化合物。
在任何情况下,所得产物由未反应的聚合物和用聚异丁烯基链取代的琥珀酸酐的复杂混合物组成,其中聚异丁烯基取代基与位于琥珀酸酐的羰基的α位的至少一个碳键合。
优选地,用于制备聚异丁烯琥珀酰亚胺的胺对应于下式(IX):
H2N–(R10NH)p-H(IX)
其中
-基团R10独立地选自C1至C5,优选C2至C3亚烷基链,和
-p是0至10,优选3至5的整数。
根据第一变体,用于制备聚异丁烯琥珀酰亚胺的胺是氨NH3
根据另一个优选的变体,用于制备聚异丁烯琥珀酰亚胺的胺选自聚亚烷基多胺。根据该变体,胺对应于式(IX),其中p严格大于0。
根据优选的实施方案,基团R10全部相同。
甚至更优选地,聚亚烷基多胺选自下式(X)的聚乙烯多胺:
H2N–(CH2CH2NH)p-H(X)
其中p是1至10,优选3至5的整数。
有利地,聚乙烯多胺选自乙二胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和五亚乙基六胺。更有利地,聚乙烯多胺是四亚乙基五胺。
优选地,用聚异丁烯基链取代的琥珀酸或琥珀酸酐、和胺以0.2:1至5:1,优选0.2:1至2.5:1,甚至更优选1:1至2:1的摩尔比加入。
聚异丁烯基链取代的琥珀酸或酸酐与胺之间的反应优选在至少80℃的温度下进行,优选在125℃至250℃的温度下进行。
优选地,聚异丁烯琥珀酰亚胺对应于下式(XI):
其中
-R12是聚异丁烯基链,和
-R11是下式(XII)的聚亚烷基多胺链:
-(R10NH)p-H(XII)
其中
-基团R10独立地选自C1至C5亚烷基链,优选C2至C3亚烷基链,和
-p是1至10,优选3至5的整数。
重要的是要注意,聚亚烷基多胺可以以复杂混合物的形式商购获得,该复杂混合物还包含少量环状化合物例如哌嗪。因此,前述聚异丁烯琥珀酰亚胺类型的清净添加剂可以以混合物的形式获得,该混合物还可以包含少量未反应的聚烯烃、反应溶剂或副产物。在文献中通常使用表述“烯基琥珀酰亚胺清净剂”来指代这些混合物。
优选地,当聚异丁烯琥珀酰亚胺存在于添加剂浓缩物中时,聚异丁烯琥珀酰亚胺以1ppm至1000ppm,优选5ppm至500ppm,更优选10ppm至200ppm,甚至更优选20ppm至100ppm的量存在。
有利地,共聚物与琥珀酰亚胺化合物的质量比为5:95至95:5,优选10:90至90:10。
在上述至少一种琥珀酰亚胺化合物的混合物中或以上述液体燃料中的浓缩物形式使用根据本发明的一种或多于一种共聚物可以保持内燃机的至少一个内部零件的清洁度和/或可以清洁内燃机的至少一个内部零件并且还可以在燃料含有水时改善水与燃料的分离。“改善水与燃料的分离”指与没有以下物质的燃料相比,加速燃料与该燃料中存在的残留水的分离和/或增加燃料与该燃料中存在的残留水的分离程度:
-所述琥珀酰亚胺化合物和/或
-所述混合物和/或
-所述浓缩物。
将选择上述嵌段共聚物中极性单体(mb)和非极性单体(ma)之间的和/或嵌段A和嵌段B之间的摩尔比和/或质量比,使得嵌段共聚物可溶于预期含有浓缩物的燃料和/或有机液体。类似地,该比率可以根据燃料和/或有机液体进行优化,以便获得对发动机清洁度的最佳效果。
优化摩尔比和/或质量比可以通过本领域技术人员可获得的常规测试进行。
根据特定的实施方案,非极性单体(ma)和极性单体(mb)之间的,或者嵌段A和嵌段B之间的摩尔比作为嵌段A的非极性单体(ma)与嵌段B的极性单体(mb)之间的摩尔百分比,优选为95:5至70:30,更优选为85:15至75:25。
根据特定的实施方案,根据任何已知方法通过向前述液体燃料补充如上所述的至少一种共聚物来制备燃料组合物。
根据特定的实施方案,燃料组合物包含:
(1)如上所述的燃料,和
(2)如前所述的一种或多于一种共聚物。
燃料(1)尤其选自单独的或作为混合物的基于烃的燃料和前述基本上不基于烃的燃料。
与未特别补充的液体燃料相比,包含这种共聚物的燃料组合物在内燃机中的燃烧产生对发动机清洁度的影响,并且特别地可以防止或减少所述内燃机内部零件的污垢。对发动机清洁度的影响如先前在使用共聚物的背景下所述。
根据特定的实施方案,在内燃机中燃烧包含这种共聚物的燃料组合物还可以降低燃料消耗和/或污染物排放。
优选将根据本发明的共聚物以少量掺入前述液体燃料中,共聚物的量足以产生如上所述的清净效果并从而改善发动机的清洁度。
燃料组合物有利地包含至少5ppm,优选10ppm至5000ppm,更优选20ppm至2000ppm,特别是50ppm至500ppm的共聚物(2)。
除上述共聚物外,燃料组合物还可包含一种或多于一种除根据本发明共聚物之外的其他添加剂,其选自其他已知的清净添加剂,例如选自抗腐蚀剂、分散剂、破乳剂、消泡剂、杀生物剂、除臭剂、十六烷值添加剂、摩擦改进剂、润滑剂添加剂或油性添加剂、助燃剂(催化燃烧和烟灰促进剂)、用于改善浊点、流动点或FLT的试剂、抗沉降剂,抗磨剂和/或导电改进剂。
根据本发明的共聚物的各种添加剂是例如以上列出的燃料添加剂。
根据特定实施方案,用于维持内燃机的至少一个内部零件的的清洁度(保持清洁)和/或用于清洁(清理)内燃机的至少一个内部零件的方法包括通过向燃料中补充具有一种或多于一种如上所述的共聚物来制备燃料组合物以及在内燃机中燃烧所述燃料组合物。
根据特定实施方案,内燃机是火花点火发动机,优选地具有直接喷射(DISI)的火花点火发动机。
保持清洁和/或被清洁的火花点火发动机的内部零件优选地选自发动机进气系统,特别是进气阀(IVD)、燃烧室(CCD或TCD)、和燃料喷射系统,特别是间接喷射系统(PFI)的喷射器或直接喷射系统(DISI)的喷射器。
根据另一个特定的实施方案,内燃机是柴油发动机,优选地是直接喷射式柴油发动机,特别是具有共轨喷射系统(CRDI)的柴油发动机。
保持清洁和/或被清洁的柴油发动机的内部零件优选地是柴油发动机的喷射系统,优选地是所述喷射系统的喷射器的外部零件例如喷射器尖端和/或所述喷射系统的喷射器的内部零件中的一个,例如喷射器针的表面。
用于保持清洁度(保持清洁)和/或清洁(清理)的方法包括以下连续步骤:
a)确定最合适的燃料补充剂,所述补充剂对应于上述选择的待掺入组合物的共聚物,该组合物任选地具有如前所述的其他燃料添加剂,并且确定所需的处理程度以达到相对于燃料组合物的清净作用的给定的规格。
b)向燃料中掺入步骤a)中确定的量的所选共聚物和任选地其他燃料添加剂。
共聚物可以单独或作为混合物依次或同时掺入燃料中。
或者,共聚物可以以浓缩物的形式或以如上所述的添加剂浓缩物的形式使用。
步骤a)根据任何已知的方法进行并且属于燃料补充剂领域的常规实践。该步骤涉及限定燃料组合物的清净性的至少一个代表性特征。
燃料的清净性的代表性特征将取决于内燃机的类型,例如柴油发动机或火花点火发动机、直接或间接喷射系统以及发动机中进行清洁和/或保持清洁度的目标沉积物的位置。
对于直接喷射式柴油发动机,燃料的清净性的代表性特征可以对应于例如由于在喷射器中形成沉积物而导致的动力损失或者在所述发动机运行期间限制喷射器发出的燃料流量。
清净性的代表性特征也可对应于喷射器针上的亮漆型沉积物(IDID)的外观。
用于评估燃料的清净性的方法已在文献中广泛描述,并且属于本领域技术人员的常识。将提到的非限制性实例包括由同行标准化或承认的测试或文献中描述的以下方法:
对于直接喷射式柴油发动机:
-方法DW10,标准化发动机测试方法CEC F-98-08,用于测量直接喷射式柴油发动机的动力损失
-方法XUD9,标准化发动机测试方法CEC F-23-1-01第5章,用于测量喷射器发出的燃料流量限制
-申请人在专利申请WO2014/029770第17页至第20页中描述了用于评估亮漆膜沉积物(IDID)的方法,该方法作为实例引用和/或通过引用并入本专利申请中。
对于间接喷射式火花点火发动机:
-梅赛德斯奔驰M102E方法,标准化测试方法CEC F-05-A-93,和
-梅赛德斯奔驰M111方法,标准化测试方法CEC F-20-A-98。
这些方法可以测量进气阀沉积物(IVD),测试通常对符合标准EN228的Eurosuper汽油进行。
对于直接喷射式火花点火发动机:
-申请人在文章“Evaluating Injector Fouling in Direct Injection SparkIgnition Engines”,Mathieu Arondel,Philippe China,Julien Gueit;汽车的常规能源和未来能源;第10届国际讨论会;2015年1月20日至22日,第375页至第386页中描述的方法(Technische Akademie Esslingen par Techn.Akad.Esslingen,Ostfildern),用于评估喷射器上的焦化沉积物,该方法通过举例的方式引用和/或通过引用并入本专利申请中。
-US20130104826中描述的用于评估喷射器上的焦化沉积物的方法,该方法通过举例的方式引用和/或通过引用并入本专利申请中。
通常通过与不含根据本发明嵌段共聚物的燃料组合物进行比较来确定待加入到燃料组合物中以达到规格的共聚物的量。
通常通过与不含根据本发明的共聚物的燃料组合物进行比较来确定加入到燃料组合物中以实现规格(前述步骤a))的共聚物的量,相对于清净作用给出的规格可能是例如根据方法DW10的目标动力损失值或根据上述方法XUD9的流量限制值。
共聚物的量也可以根据燃料的性质和来源而变化,特别是根据携带正烷基、异烷基或正烯基取代基的化合物含量而变化。因此,燃料的性质和来源也可以是步骤a)要考虑的因素。
用于保持清洁度(保持清洁)和/或清洁(清理)的方法还可以包括在步骤b)之后的额外步骤,检查达到的目标和/或调整具有作为清净添加剂的该共聚物的补充剂的量。
根据本发明的共聚物作为液体燃料中,特别是作为瓦斯油或汽油燃料中的清净添加剂,具有值得注意的性质。
根据本发明的共聚物是特别值得注意的,原因是它们作为用于多种液体燃料的清净添加剂和/或一种或多于一种类型的发动机规格的清净添加剂和/或对于在内燃机内部部分形成的一种或多于一种类型的沉积物是有效的。
实施例:通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)自由基聚合来合成DMAEA/VEOVA共聚物
反应产物:
-聚合引发剂:α,α′-偶氮异丁氰,AIBN,(CAS 78-67-1)
-黄原酸酯型RAFT转移剂:
2-巯基丙酸甲酯O-乙基二硫代碳酸酯,黄原酸酯
-获得嵌段A-单体ma
新癸酸乙烯酯,VEOVA(CAS 51000-52-3)
-获得嵌段B-单体mb
二甲氨乙基丙烯酸酯,DMAEA(CAS 2439-35-2)
-季铵化剂:99%1,2-环氧丁烷(CAS 106-88-7)
黄原酸酯型RAFT剂的合成
将2-溴丙酸甲酯(26.75g,160毫摩尔,1当量)和158ml乙醇加入单颈圆底烧瓶(500ml)中。然后在搅拌下将圆底烧瓶置于冰浴中。在45分钟内逐渐加入乙基黄原酸钾(28.24g,176毫摩尔,1.1当量);获得具有一些悬浮颗粒的黄色反应中间物。添加结束后,使中间物在室温下反应3小时。溴化钾沉淀(不溶于乙醇)。当反应完成时,将中间物在布氏漏斗上过滤,并使用旋转蒸发器在减压下浓缩,直至获得干燥产物。然后将300ml二氯甲烷加入到滤液中,然后置于分液漏斗中,在其中萃取有机相并用蒸馏水(4×50ml)洗涤。最后在Erlenmeyer烧瓶中用硫酸镁MgSO4干燥有机相。过滤后,如前所述蒸发二氯甲烷。最后,将蒸发后的所得物置于真空钟罩中以清除所有痕量的溶剂。获得该产物:淡黄色液体(产率:94.6%)。1H NMR(CDCl3):1.40(CH2-CH3,3H,t)、1.56(CH-CH3,3H,d)、3.74(CH3-O,3H,s)、4.38(CH-CH3,1H,q)4.62(CH2-CH3,2H,q)。
嵌段共聚物的合成
将4.34g(30.3毫摩尔)DMAEA和776mg(3.49毫摩尔)黄原酸酯溶解在2.2ml二烷中,然后将它用氮气喷射30分钟。在另一个圆底烧瓶中,将50.8mg(0.30毫摩尔)AIBN溶解在2ml二烷中,然后用氮气喷射30分钟。将反应中间物加热至80℃,然后在氮气下加入AIBN溶液。将反应中间物在氮气下在80℃下搅拌6小时。在反应结束前约30分钟,将16.05gVEOVA(81.3毫摩尔)置于装有15.5ml二烷的圆底烧瓶中,并如前述用氮气喷射。将100mg(0.60毫摩尔)AIBN也溶于3ml二烷中,然后用氮气喷射30分钟。将VEOVA和AIBN溶液在氮气下连续加入反应中间物中。将中间物在80℃下搅拌约20小时。在共聚合过程中,并在搅拌4小时后,向反应混合物中加入54.3mg AIBN。在恢复到室温和大气之后,将共聚物中包含的叔胺官能团根据以下方案季铵化。
季铵化
将8.8g环氧丁烷(122毫摩尔)、7.33g乙酸(122毫摩尔)和66ml丁醇依次加入到含有反应混合物的上方放置有Vigreux柱的圆底烧瓶中。将中间物在60℃下搅拌24小时。恢复到室温后,将溶剂蒸发至干。
所得共聚物的操作条件和特性列于下表1中:
表1:
(1)转化率:单体转化为聚合物的百分比,在每个嵌段聚合步骤之前,通过比较最终状态下产生的色谱图和初始状态下产生的色谱图根据UHPLC分析来计算。
系统:Thermo Fisher(超高效液相色谱(UHPLC)UHPLC Ultimate 3000)
固定相:Symmetry Shield RP 18柱
流动相:A(水/MeOH+CH2O2在pH 5)B(MEOH+CH2O2在pH 5)
烘箱温度:40℃
流速:1ml/分钟
V进样:5μl
洗脱梯度超过23分钟
检测器:DAD
(2)通过在TopSpin 2.1下操作的Bruker 600MHz光谱仪(1H Larmor频率)进行的1HNMR测量分析来计算季铵化前和干燥前双嵌段共聚物中残留单体的含量。使用的测量探针是X{1H}{19F}BBFO双共振探针,其具有z脉冲磁场梯度和2H锁定(探针规格:13C信噪(S/N)比:ASTM=312:1;10%EB=278:1)。在300K下进行分析,聚合物浓度在0.6ml CDCl3中变化并在已知质量的1,2,4,5-四氯-3-硝基苯*(TCNB)存在下用作残留单体物质的绝对定量的内标。1H和13C化学位移用CDCl31H和13C信号校准:δ1H 7.26ppm和δ13C 77.16ppm。
对于DMAEA的残留含量,使用在6.36ppm、6.10ppm和5.77ppm处观察到的DMAEA的乙烯信号特征。
对于VEOVA的残留含量,使用在7.25ppm、4.85ppm和4.53ppm处观察到的VEOVA的乙烯信号特征。
(3)通过1H NMR在季铵化前计算摩尔比,1H NMR通过将在2.7ppm至2.5ppm处的未分辨的峰的积分固定为2,与DMAEA单元的基团-NCH2(2H)结合,得到与DMAEA单元的基团-OCH2(2H)和-N(CH3)2(6H)分别相关的在4.3ppm至3.9ppm处和2.5ppm至2.2ppm处的未分辨的峰的积分为2.0和6.0。在该参考文献中,测量与n-1个VEOVA单元的基团-CH2CHO-(1H)相关的在5.1ppm至4.4ppm处的未分辨的峰的积分为1.3(校正以考虑残留单体的存在)。
(4)通过SEC确定Mn、Mw和多分散指数(Ip),其中Waters Styragel机器在40℃和645psi下操作,THF流速为1ml/分钟,并配有RI检测器。使用的溶剂是用BHT(1g/l)稳定的THF,流速设定为1ml/分钟。根据聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)标准品构建的校准曲线通过RI(折射率)检测来确定数均摩尔质量(Mn)。
(5)值n和p由1H NMR确定。在1H NMR中,检测到3.6ppm附近的信号,其与黄原酸酯RAFT试剂的基团-COOCH3(3H)相关。通过将其积分固定为3,获得了与VEOVA单元的基团-CH2CHO-(1H)相关的5.1ppm至4.4ppm处的未分辨的峰的积分为18(校正以考虑残留单体和RAFT剂的-OCH2基团的存在)。该数字对应于给定的或去掉一个单元(n-1)的VEOVA单元的总数,因为最终的VEOVA单元包含CH2CH(O)S基团,该基团的化学位移预计在6.6ppm附近(未检测到信号)。另外,仍然使用相同的参考,测量DMAEA单元的信号特征的平均积分为14。
XUD9发动机测试-流速损失的确定
根据标准化的发动机测试方法CEC F-23-1-01,XUD9测试可以确定预燃室柴油发动机的喷射器在运行期间排放的瓦斯油流量的限制。
该XUD9测试的目的是评估所测试的瓦斯油和/或添加剂和/或添加剂组合物的以下能力:保持四缸标致XUD9A/L喷射器和预燃室柴油发动机的清洁度、“保持清洁”效果的能力,特别是评估限制喷射器上沉积物形成的能力。
对原始瓦斯油进行该测试,参考对应于标准EN590的RF96(GOM B0),所述补充瓦斯油GOM B0表示为GOM1,含有100ppm重量的在先前的实施例中合成的DMAEA/VEOVA共聚物的添加剂处理水平。
测试以四缸标致XUD9A/L喷射器和配备清洁喷射器的预燃室柴油发动机开始,预先确定其流速。发动机进行10小时和3分钟的确定的测试周期(重复相同周期134次)。在测试结束时,再次评估喷射器的流速。测试所需的燃料量为60升。在四个喷射器上测量流速的损失。将结果表示为各种针阀升程的流速百分比损失。通常,在0.1mm的针阀升程下比较结垢值,因为它们更具区别性、更加精确和可重复(重复性<5%)。在测试之前/之后流速损失的变化可以推断出流速的百分比损失。考虑到测试的可重复性,可以确定减少流速的损失的显著的清净效果,即相对于原始燃料,流速增加大于10个点(>10%)。
结果列于下表2中:
表2
*指四个喷射器
观察到,与未补充的燃料GOM B0相比,燃料GOM1对限制XUD9喷射器的结垢具有值得注意的效果。
补充有根据本发明的共聚物的瓦斯油组合物GOM1显示出小于测试参考GOM B0的流速损失。用根据本发明的共聚物补充GOM B0可以获得小于50%的平均流速损失和大于20%的平均流速增加,即使是非常低程度的100ppm m/m的补充。
破乳测试
可根据标准ASTM D 1094来测定用于燃料的添加剂的破乳性质或用于燃料的添加剂浓缩物的破乳性质。
下面的测量方案可以例如用于评价含有琥珀酰亚胺化合物的根据本发明的添加剂混合物或根据本发明的用于燃料的浓缩物的破乳性能。
测量方案:
将20ml缓冲水溶液和80ml待测燃料倒入100ml刻度量筒中。然后将刻度量筒搅拌2分钟,然后放在平坦表面上。然后简单地通过读取刻度量筒上指示的体积,在3分钟、5分钟、7分钟、10分钟、15分钟、20分钟和30分钟后确定位于量筒下部的水相体积。
根据本发明的共聚物作为液体燃料中,特别是作为瓦斯油或汽油燃料中的清净添加剂,具有值得注意的性质。
根据本发明的共聚物是特别值得注意的,原因是它们作为用于多种液体燃料的清净添加剂和/或一种或多于一种类型的发动机规格的清净添加剂和/或对于在内燃机内部部分形成的一种或多于一种类型的沉积物是有效的。
此外,根据本发明的共聚物值得注意的是,当它们与琥珀酰亚胺化合物,特别是与聚异丁烯琥珀酰亚胺结合时且当燃料含有水时,它们可以改善水和燃料的分离。当所述共聚物用于液体燃料时,混合物的破乳性能不影响所述共聚物的清净性能。

Claims (18)

1.一种通过至少以下单体的共聚获得的共聚物:
-对应于下式(I)的非极性单体(ma)
其中
u=0或1,
w=0或1,
E=-O-或-NH(Z)-、或-O-CO-、或-NH-CO-或-CO-NH-,其中Z代表H或C1至C6烷基,应理解为当E=-O-CO-时,E通过氧原子与乙烯基碳连接,
G表示选自C1至C34烷基、芳香环、包含至少一个芳香环和至少一个C1至C34烷基的芳烷基,和
-选自下式(II)的那些极性单体(mb):
其中
t=0或1,
Q选自氧原子和-NR'-基团,其中R'选自氢原子和C1至C12烃链,
R是被至少一个季铵基团和任选的一个或多于一个羟基取代的C1至C34烃链。
2.根据权利要求1所述的共聚物,其中所述非极性单体(ma)的基团E选自-O-、-NH(Z)-、以及-O-CO-,其中E通过氧原子与乙烯基碳连接,其中Z代表H或C1至C6烷基。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的共聚物,其中w等于0。
4.根据前述权利要求中任一项所述的共聚物,其中所述非极性单体(ma)的基团G选自C4至C34烷基、芳香环、包含至少一个芳香环和至少一个C1至C34烷基,优选C4至C34烷基的芳烷基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的共聚物,其中所述基团G选自C4至C34烷基。
6.根据前述权利要求中任一项所述的共聚物,其中所述极性单体(mb)由下式(III)和(IV)中的一个表示:
其中
t和Q根据式(II)中所定义,
X-选自氢氧根、卤离子和有机阴离子,
R2选自C1至C34烃链,其任选地被至少一个羟基取代,
R3、R4和R5相同或不同并且独立地选自C1至C18烃链,,应理解为R3、R4和R5烷基可含有一个或多于一个选自以下的基团:氮原子、氧原子和羰基,并且R3、R4和R5基团可以成对连接在一起以形成一个或多于一个环,
R6和R7相同或不同并且独立地选自C1至C18烃链,应理解为R6和R7基团可含有一个或多于一个选自以下的基团:氮原子、氧原子和羰基,并且R6和R7基团可以连接在一起以形成环。
7.根据前述权利要求中任一项所述的共聚物,其中所述共聚物选自嵌段共聚物和无规共聚物,优选为嵌段共聚物。
8.根据权利要求7所述的嵌段共聚物,其中所述嵌段共聚物至少包含:
-嵌段A,其由衍生自选自式(I)的非极性单体(ma)的一种或多于一种非极性单体的结构单元链组成,和
-嵌段B,其由衍生自选自极性单体(mb)的一种或多于一种极性单体的结构单元链组成。
9.一种用于制备根据权利要求7或8中任一项所述的嵌段共聚物的方法,其中所述嵌段B通过中间体聚合物Pi的后官能化获得,该中间体聚合物Pi由如上定义的式(VII)的中间体(甲基)丙烯酸酯或(甲基)丙烯酰胺单体(mi)的聚合产生,并且其中所述后官能化对应于所述中间体聚合物Pi与叔胺NR3R4R5、或R6N=R7的反应,其中R3、R4、R5、R6和R7如式(III)和式(IV)所定义。
10.一种用于制备根据权利要求9所述的嵌段共聚物的方法,其中所述中间体聚合物Pi还包含至少一种根据权利要求8所定义的嵌段A。
11.一种用于燃料的浓缩物,其包含一种或多于一种根据权利要求1至8中任一项所述的共聚物,其优选地与有机液体混合,所述有机液体对于所述共聚物是惰性的并且可与所述燃料混溶。
12.根据权利要求11所述的用于燃料的浓缩物,其包含至少一种选自用烃链取代的琥珀酰亚胺的化合物,优选聚异丁烯琥珀酰亚胺,所述有机液体对于所述化合物也是惰性的。
13.一种燃料组合物,其包含:
(1)燃料,其衍生自一种或多于一种选自矿物来源、动物来源、植物来源和合成来源的源,和
(2)一种或多于一种根据权利要求1至8中任一项所述的共聚物。
14.根据权利要求13所述的燃料组合物,其包含至少一种选自用烃链取代的琥珀酰亚胺的化合物,优选聚异丁烯琥珀酰亚胺。
15.根据权利要求1至8中任一项所述的一种或多于一种共聚物作为内燃机液体燃料中清净添加剂的用途,所述共聚物单独使用、作为混合物使用或以权利要求11和12中一项所定义的浓缩物的形式使用。
16.根据权利要求15所述的用途,其中所述液体燃料中的所述共聚物用于:
-使所述内燃机的至少一个内部零件保持清洁和/或清洁所述内燃机的至少一个内部零件,和/或用于
-降低内燃机的燃料消耗,和/或用于
-减少污染物的排放,特别是内燃机颗粒的排放。
17.根据权利要求15或16中任一项所述的用途,其作为与至少一种化合物混合的混合物或者根据权利要求12所述的浓缩物形式,以改善当所述燃料含有水时水和燃料的分离,所述化合物选自用烃链取代的琥珀酰亚胺,优选聚异丁烯琥珀酰亚胺。
18.一种使内燃机的至少一个内部零件保持清洁和/或清洁内燃机的至少一个内部零件的方法,其包括至少以下步骤:
-通过向燃料补充权利要求1至8中任一项所述的一种或多于一种共聚物或权利要求11或12中任一项所述的浓缩物来制备燃料组合物,和
-在所述内燃机中燃烧所述燃料组合物。
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