CN1529747A - 包含水/液态烃乳液的燃料 - Google Patents
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Abstract
一种包含水/液态烃乳液以及用于稳定所述乳液的聚合物表面活性剂的燃料，所述聚合物表面活性剂可通过以下反应得到：(a)使(i)用至少一种衍生自二羧酸或其衍生物的基团官能化的至少一种聚烯烃低聚物与(ii)至少一种包含直链氧烷撑单元的聚氧烷撑反应，所述的聚氧烷撑连接到任选地含有至少一个烯属不饱和键的长链烷基上；和(b)将步骤(a)的产物与(ii)至少一种选自一元胺、多胺和季铵氢氧化物的氮化合物反应。该燃料在长时间内具有高的稳定性，不会形成粘附到金属表面上的含碳沉积物。
Description
本发明涉及包含水/液态烃乳液的燃料、供给燃烧装置燃料的方法以及用于稳定所述的乳液的聚合物表面活性剂。
已知液态烃(例如用于进料至内燃机或用于产生热量)的燃烧会形成许多污染物，尤其是烟灰、微粒、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)以及未燃烧的烃类，它们产生显著的大气污染。
还已知将控制量的水加入到燃料中可以显著地降低污染物的生成。据信，该效应是因为燃烧区存在水而产生的各种现象的结果。例如，由水导致的最高燃烧温度的降低减少了其形成受到高温促进的氮氧化物(NOx)的排放。另外，水滴的瞬时蒸发促进燃料在燃烧室内的更好分散，由此显著地减少烟灰、微粒和CO的形成。发生这些现象不会不利地影响燃烧过程的效率。
已经提出了数种解决方案以在使用时(即在将燃料即将注入燃烧室的时候)将水加入到液体燃料中，或者将水本身直接注入燃烧室。然而，这些解决方案需要对燃烧装置的结构进行改变，并且不能实现水在燃料中的最佳分散，而水在燃料中的最佳分散是实现污染物显著减少而不损害该过程的产热率的重要前提。
因此，最有前途的并且迄今所做的最多的努力都针对在乳化剂(表面活性剂)存在下的液态烃/水乳液的配方，目的是将水以最小可能尺寸的水滴形式均匀地分散在烃相中。
例如，欧洲专利申请EP-A-475,620描述了柴油机燃料与水形成的微乳状液，其含有十六烷值增进剂和乳化体系，所述的乳化体系包含亲水性表面活性剂和亲油性表面活性剂。这些表面活性剂选自C9-C24羧酸或磺酸的乙氧基化C12-C18烷基铵盐：亲水性表面活性剂含有至少六个环氧乙烷单元，而亲油性表面活性剂含有少于6个环氧乙烷单元。
欧洲专利申请EP-A-630,398描述了包含烃燃料、3至35重量％的水和至少0.1重量％的乳化体系的乳液形式的燃料，所述的乳化体系由脱水山梨醇油酸酯、聚亚烷基二醇和乙氧基化的烷基酚组成。
国际专利申请WO 97/34969描述了一种水/烃乳液，例如柴油机燃料。通过加入乳化剂稳定该乳液，所述的乳化剂由脱水山梨醇倍半油酸酯、聚乙二醇单油酸酯和乙氧基化的壬基苯酚组成。该乳化剂的总HLB(亲水亲油平衡)值为6至8。
制备稳定的液体燃料和水的乳液的方法记载于欧洲专利申请EP-A-812,615。该方法包括通过混合燃料、水和表面活性剂制备第一乳液，随后将所得到的乳液与更多的水相混合以得到最后的乳液。用亲水性表面活性剂或亲油性表面活性剂或其混合物稳定该乳液。可使用的亲油性表面活性剂是山梨醇的脂肪酸酯，例如脱水山梨醇一油酸酯，而适于该目的的亲水性表面活性剂是含有聚氧烷撑链的山梨醇的脂肪酸酯，例如，聚氧化乙烯脱水山梨醇三油酸酯。此外，通过加入乙二醇或聚乙二醇也可以得到乳液的稳定作用。
国际专利申请WO 92/19701描述了减少燃气轮机NOx排放的方法，其中使用水与柴油机燃料形成的乳液。该乳液通过加入选自如下的乳化剂进行稳定：通过将烷基胺或羟基烷基胺与脂肪酸缩合得到的链烷醇酰胺和乙氧基化的烷基酚。乳化剂优选具有小于或等于8的HLB值。可以加入物理稳定剂如蜡、纤维素衍生物或树脂以提高稳定性。如专利申请WO 93/07238所述，通过加入具有伯羟基端基的双官能团嵌段聚合物，特别是含有环氧丙烷/环氧乙烷嵌段的共聚物，可以进一步稳定以上的乳液。
国际专利申请WO 00/15740描述了乳化的混有水的燃料组合物，其包含：(A)沸点在汽油或柴油沸程内的烃；(B)水；(C)少许乳化量的至少一种燃料可溶的盐，所述的盐通过将(C)(I)至少一种含有约16至500个碳原子的酰化剂与(C)(II)氨和/或至少一种胺反应来制备；和(D)混有水的燃料组合物重量的约0.001至约15％的、水溶性的、不含灰分、不含卤素-、溴-和磷的、不同于组分(C)的胺盐。酰化剂(C)(I)包括羧酸及其反应性等同物，如酰卤、酸酐和酯类(包括偏酯和三酸甘油酯)。
基于本申请人的经验，成功使用水/液态烃乳液形式的燃料的机会，主要与用乳化燃料代替常规液体燃料而不需要燃烧装置有任何结构上的变化，并且没有不利地影响该装置的适当功能的可能性有关。
尤其是乳液形式的燃料需要在长时间内、在宽的温度范围内具有高的稳定性(例如在正常储存条件，即-20℃至+50℃下保存至少三个月)，从而避免在储罐内存留的过程中形成趋于沉积在储罐底部的富含水的相。将该含水相加入到燃烧室将会对发动机的性能产生相当大的损害，或者甚至是永久性的损害。
另外，申请人已发现，加入乳化剂以提高乳液的稳定性可能在燃烧过程中形成粘附到燃烧室内表面和注入器上的含碳沉积物。该现象可能不利地影响发动机的运转，结果需要频繁的维护以除去这些沉积物。
本申请人现已发现，包含水/液态烃乳液的燃料可以用以下所定义的聚合物表面活性剂作为乳化剂来制备。所得到的燃料在长时间内、在宽的温度范围内具有高的稳定性而没有形成粘附到金属表面上的含碳沉积物。
在第一方面，本发明涉及包含水/液态烃乳液的燃料，所述的乳液通过至少一种乳化剂进行稳定，其特征在于所述的乳化剂包含可通过以下反应得到的聚合物表面活性剂：
(a)使(i)用至少一种衍生自二羧酸或其衍生物的基团官能化的至少一种聚烯烃低聚物与(ii)至少一种包含直链氧烷撑单元的聚氧烷撑反应，所述的聚氧烷撑连接到任选地含有至少一个烯属不饱和键的长链烷基上；和
(b)将步骤(a)的产物与(iii)至少一种选自一元胺、多胺和季铵氢氧化物的氮化合物反应。
另一方面，本发明涉及供燃料至包括至少一个燃烧室的燃烧装置的方法，该方法包括：将燃料供应至所述的至少一个燃烧室；在所述的至少一个燃烧室内将所述的燃料点燃；其中所述的燃料包含以上所述的水/液态烃乳液。
优选所述的燃烧装置是内燃机。
根据另一方面，本发明涉及可通过以下反应得到的聚合物表面活性剂：
(a)将(i)用至少一种衍生自二羧酸或其衍生物的基团官能化的至少一种聚烯烃低聚物与(ii)至少一种含有直链氧烷撑单元的聚氧烷撑反应，所述的聚氧烷撑连接到任选地含有至少一个烯属不饱和键的长链烷基上；和
(b)将步骤(a)的产物与(iii)至少一种选自一元胺、多胺和季铵氢氧化物的氮化合物反应。
优选地，所述聚烯烃低聚物的平均分子量为300至10,000，优选500至5,000。
所述聚烯烃低聚物一般通过至少一种含有2至16个碳原子的烯烃的均聚或共聚得到，所述的烯烃例如选自：
-α-烯烃，即其中双键在末端位置的烯烃，例如：乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、2-甲基-1-庚烯等；
-内单烯烃，即其中双键不在末端位置的烯烃，例如：2-丁烯、3-戊烯、4-辛烯等。
所述的烯烃还可以与含有至少一个烯属不饱和键的其它烃，例如单乙烯基芳烃(例如苯乙烯、对甲基苯乙烯等)或共轭二烯(例如1，3-丁二烯、异戊二烯、1，3-己二烯等)共聚。
优选地，聚烯烃低聚物衍生自在作为催化剂的路易斯酸如三氯化铝或三氟化硼存在下的含有4个碳原子的烯烃混合物的聚合，所述的烯烃混合物通常含有35至75重量％的1-丁烯和30至60重量％的异丁烯。这些聚合产物通常被称为“聚异丁烯”，因为它们主要含有下式的异丁烯重复单元：
异丁烯单元的量通常不少于80mol％。
聚氧烷撑包含赋予亲水性的直链氧烷撑单元，特别是式-CH2CH2O-、-CH2CH2CH2O-或-CH2CH2CH2CH2O-的单元或其混合物。
直链氧烷撑单元的数目主要作为聚合物表面活性剂中存在的亲油部分，特别是聚烯烃低聚物和长链烷基的性质和长度的函数进行确定。
优选聚氧烷撑是含有2至40个、优选5至20个式-CH2CH2O-的氧化乙烯单元的聚氧化乙烯。
或者，聚氧烷撑是含有2至30个、优选5至15个式-CH2CH2O-的氧化乙烯单元以及不多于12个、优选1至10个下式的支化氧化乙烯单元的共聚物：
其中R是含有1至3个碳原子的烷基。优选R是甲基。
在共聚物的情况下，氧烷撑单元沿着链以无规、嵌段或交替形式分布。氧烷撑单元的数目表示为平均单元数/链。
所述聚氧烷撑连接到长链烷基上。任选地含有至少一个烯属不饱和键的、直链或支化结构的该烷基通常含有8至24个碳原子。
聚氧烷撑和长链烷基之间的连接优选通过酯基或醚基进行，并且可通过如下反应得到：
(A)将聚氧烷撑(聚亚烷基二醇)与脂肪酸或其衍生物，特别是酯进行缩合，形成相应的聚氧烷撑单酯；
(B)将脂肪醇用烯化氧、特别是用环氧乙烷或环氧乙烷和环氧丙烷的混合物酯化。
可以用于反应(A)的脂肪酸的例子是：肉豆蔻脑酸、棕榈油酸、油酸、顺式9-二十碳烯酸、芥酸、蓖麻油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、二十二烷酸等或其混合物。
可以用于反应(B)的脂肪醇的例子是：辛醇、癸醇、月桂醇、肉豆蔻醇、十六烷醇、十八烷醇、油醇、亚油醇、亚麻醇等或其混合物。
通过与二羧酸或其衍生物反应，将聚烯烃低聚物官能化。特别是，官能化可以通过如下反应进行：
(i)含有至少一个烯属不饱和键的聚烯烃低聚物与含有烯属不饱和键的二羧酸衍生物之间的“烯”型协同反应；
(ii)用离去基团(例如卤素原子或甲苯磺酰基或甲磺酰基)官能化的聚烯烃低聚物与饱和二羧酸衍生物之间的阴离子缩合反应。
在这两种情况下，酰卤(优选酰氯或酰溴)、C1-C4酯或者优选地酸酐可用作二羧酸衍生物。
含有烯属不饱和键的二羧酸可选自例如：马来酸、富马酸、柠康酸、衣康酸等或其混合物。
饱和二羧酸可选自例如：丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、2-己烯-1，6-二酸、壬二酸等或其混合物。
优选官能化的聚烯烃低聚物衍生自马来酸酐与聚异丁烯之间的反应，所述的聚异丁烯含有不少于65mol％、优选不少于80mol％的外型双键，即下式的亚乙烯基：
该类型的聚异丁烯例如可以以商标名Ultravis(BP AmocoChemicals)和Glissopal(BASF)购买得到。
关于制备以上所述的官能化聚烯烃低聚物的更多细节在例如美国专利4,152,499和5,567,344中给出。
官能化聚烯烃低聚物与键合到长链烷基上的聚氧烷撑之间的步骤(a)的缩合反应可以在本体中或者在有机溶剂存在下进行。为了有助于除去衍生自缩合反应的水，优选有机溶剂选自能够与水形成共沸物的溶剂，例如甲苯或二甲苯或其混合物。缩合反应可以在通常不大于200℃的温度下进行。当使用有机溶剂时，反应温度通常不大于该溶剂的沸点。反应时间可以在宽范围内变化，通常是3至24小时。
至于步骤(b)，其通过使步骤(a)的产物与(iii)至少一种选自一元胺、多胺和季铵氢氧化物的氮化合物反应来进行。
一元胺仅有一个胺官能团，并且可以是下式的伯、仲或叔胺：
其中R1、R2和R2彼此相同或不同，选自：氢；C1-C24烃基，所述的烃基任选地被至少一个选自羟基和C1-C4烷氧基的基团所取代；R1和R2可以连接以形成含氮的脂肪族杂环，所述的杂环任选地含有至少一个另外的杂原子(例如氮和/或氧)；条件是，R1、R2和R3中的至少一个不是氢。
烃基可以是直链或支链的、饱和或不饱和的脂肪族、脂环族、芳香族和/或杂环基团。
脂肪族一元胺的具体例子包括三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、三丙基胺、正丁基胺、二正丁基胺、三丁基胺、甲基二乙基胺、乙基二甲基胺、二甲基丙基胺、二甲基己基胺、二甲基辛基胺、烯丙基胺、异丁基胺、二甲基戊基胺、椰油胺、硬脂基胺、月桂基胺、甲基月桂基胺、油基胺、N-甲基辛基胺、十二烷基胺、十八烷基胺，或其混合物。
脂环族一元胺的具体例子包括：环己基胺、环戊基胺、环己烯基胺、环戊烯基胺、N-乙基-环己基胺、二环己基胺，或其混合物。
羟基取代的胺(也被称作羟基胺或链烷醇胺)的具体例子包括：乙醇胺、二乙醇胺、乙基乙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙基乙醇胺、二(3-羟基丙基)胺、N-(3-羟基丁基)胺、N-(4-羟基丁基)胺、N，N-二(2-羟基丙基)胺、N-(2-羟基乙基)吗啉、N-(2-羟基乙基)环己基胺、N-3-羟基环戊基胺、N-(羟基乙基)哌嗪，或其混合物。
芳香族一元胺的具体例子包括：苯基乙基胺、苄基二甲基胺，或其混合物。
多胺可以是脂肪族或脂环族的化合物。特别优选的是下式的亚烷基多胺：
其中：
n是1至10，优选2至7；
R4、R5和R6彼此相同或不同，选自：氢、含有1至30个碳原子的烷基或羟基取代的烷基，条件是R4和R5中的至少一个以及R6中的至少一个是氢；
R7是含有1至18个、优选2至6个碳原子的亚烷基。
多胺的具体例子包括：亚甲基多胺、亚乙基多胺、亚丁基多胺、亚丙基多胺、亚戊基多胺、乙二胺、三亚乙基四胺、丙二胺、三亚甲基二胺、三亚丙基四胺、四亚乙基五胺、六亚乙基七胺、五亚乙基六胺，或其混合物。
季铵氢氧化物可以用下式表示：
其中：
R8、R9、R10和R11彼此相同或不同，选自：C1-C24烃基，所述的烃基任选地被至少一个选自羟基和C1-C4烷氧基的基团所取代；R8和R9可以连接以形成含氮的脂肪族杂环，所述的杂环任选地含有至少一个另外的杂原子(例如氮和/或氧)。
所述烃基可以是直链或支化的、饱和或不饱和的脂肪族、脂环族、芳香族和/或杂环基团。
季铵氢氧化物的具体例子包括：氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四丁基铵、氢氧化苄基三甲基铵、氢氧化辛基三甲基铵、氢氧化油基三甲基铵、氢氧化羟乙基三丁基铵、氢氧化甲氧基乙基三丁基铵或其混合物。
步骤(b)的反应可以在本体中或者在惰性有机溶剂如二甲苯或甲苯存在下通过混合反应物来进行。反应温度可以在宽范围内变化，通常是约20℃至约180℃。反应温度通常不大于含氮化合物(iii)的沸点，并且当使用有机溶剂时，反应温度不大于溶剂的沸点。反应时间可以在宽范围内变化，通常是0.5至5小时。
由反应步骤(b)生成的产物包括羧酸铵盐或酰胺或其混合物，其衍生自氮化合物(iii)与步骤(a)的产物中存在的残余羧基的反应。盐和/或酰胺的收率主要取决于具体的反应物以及反应条件，尤其是反应温度和时间。
步骤(a)的产物和氮化合物(iii)之间的当量比可以在宽范围内变化。一般地，当量比可以为0.5至4，优选约1的比率。步骤(a)的产物的当量数相应于残余羧基的数目，并且可以按照已知技术如通过酸值(通常以mg KOH/g产物的形式表示)来确定。氮化合物(iii)的当量数是化合物(iii)的分子量除以分子中存在的碱性氮原子的总数。
用于本发明燃料中的聚合物表面活性剂的量，主要根据待乳化的水量以及所用的液态烃的类型而确定。优选以上所定义的聚合物表面活性剂以相对于燃料总重的0.1至5重量％、优选0.5至3重量％的量存在于燃料中。
应该注意到，以上所定义的聚合物表面活性剂能够在较宽的温度范围内有效地稳定乳液而不必加入其他的乳化剂。然而，这并不是排除加入能够以某种方式改变乳液的稳定性的其它产物，尤其是本领域已知的其它乳化剂的可能性。
通过使用以上所定义的聚合物表面活性剂得到的乳液的类型通常是油包水型的，其中水滴分散在连续的烃相中。据信该类乳液能够确保在燃烧阶段由于存在的水而最有效地减少污染物。
本发明的燃料包括液态烃，其通常衍生自石油蒸馏，并且基本上由脂肪烃、环烷烃、烯烃和/或芳烃的混合物组成。液态烃在40℃下的粘度通常为1至53cSt，在15℃下的密度通常为0.75至1.1kg/dm3，并且可选自例如：用作汽车燃料或用于产生热量的瓦斯油、燃料油、煤油、航空燃料(喷气式发动机燃料)。
确定被液态烃乳化的水的量，以得到所需的污染物的减少而没有损害燃烧过程的产热率。该数量通常是3至40重量％，优选7至20重量％，相对于燃料的总重计。所用的水可以是任何类型，例如工业或生活用水。然而，优选使用软化水或去离子水，从而避免在燃烧室内表面上和/或在注射器上形成矿物沉积物。
本发明的燃料可以含有其它添加剂，其性质和数量取决于预期的燃料的具体用途。这些添加剂可选自例如：十六烷值增进剂、缓蚀剂、润滑剂、抗微生物剂、消泡剂、防冻剂及其混合物。
特别是，十六烷值增进剂是能够改善燃料的爆震性能的产物，并且通常选自可溶于水相或者优选可溶于烃相的有机或无机硝酸酯(盐)、亚硝酸酯(盐)和过氧化物，例如有机硝酸酯(参见例如专利EP-475,620和US-5,669,938)。其中优选使用含有最多10个碳原子的烷基或环烷基硝酸酯，例如硝酸乙酯、硝酸戊酯、硝酸正己酯、硝酸2-乙基己酯、硝酸正癸酯、硝酸环己酯等或其混合物。
抗微生物剂可选自本领域已知的那些，例如吗啉衍生物、异噻唑啉-3-酮衍生物、三(羟甲基)-硝基甲烷、甲醛、噁唑烷或其混合物。
本发明的燃料还可包括醇，所述的醇通过降低水相的冰点而主要用作防冻剂。适合于该目的醇是例如：甲醇、乙醇、异丙醇和二元醇，或其混合物。醇的量通常是0.5至8重量％，优选1至4重量％，相对于燃料的总重计。
本发明的燃料一般通过使用本领域已知的乳化设备混合各种组分来制备，其中乳液的形成可以是由活动件施加的机械型作用的结果，或者是将待乳化的各种组分输送至静态类混合设备的结果，或者是组合的机械和静态作用的结果。通过将任选预混合的水相和烃相加入到乳化设备中来形成乳液。乳化剂以及其它可能存在的添加剂可以单独引入，或者优选地，根据它们的溶解度性能将它们预先混入水相或烃相中。优选将聚合物表面活性剂预混入烃相中。
现在通过一些实施例进一步解释本发明。
实施例1
A.聚乙二醇单酯(PEG-单酯)的制备
将300g油酸/亚油酸混合物(60/40重量比)和400g聚乙二醇(PEG)(分子量(MW)：400g/mol)在反应器内混合在一起。在搅拌下加入作为缩合催化剂的3.5g甲磺酸和作为稀释剂的340ml甲苯(与H2O形成共沸物)。将混合物逐渐加热至140℃，总共用约5小时，同时蒸馏并分离H2O/甲苯共沸物。在160℃下继续加热2小时并蒸馏残余甲苯后，将形成的产物在140℃下真空脱气约2小时。残留酸度为4.5mg KOH/克产物。
B.通过与马来酸酐反应合成聚异丁烯衍生物
将95g外型双键含量90％的聚异丁烯(PIB)(平均MW：950g/mol，购自BP Amoco Chemicals的Ultravis10)、9.4g马来酸酐和37ml二甲苯装入500ml Teflon高压釜中。用氮气脱气后，将高压釜加热至190℃并在该温度保持总共22小时。反应结束后，将高压釜冷却至70℃并真空脱气约2小时。所得到的产物(101g)为粘稠的黄色液体，其聚异丁烯转化率约等于43％(通过硅胶色谱确定，用己烷作为洗脱剂)，马来酸酐的残余含量低于0.2％重量，酸酐数(成键酸酐的摩尔数/100g产物)(通过定量红外光谱分析确定，基于1760cm-1处的吸收峰)为0.052。
C.中间体酯的合成(步骤(a))
将由反应B得到的用马来酸酐官能化的PIB(52.6g)装入反应器中，并加热至约50℃，然后在搅拌下加入二甲苯(5g)和由反应A得到的PEG-单酯(75g)。将得到的溶液在140℃下加热1小时。然后将温度在180℃下维持10小时，同时蒸馏并分离出H2O/二甲苯共沸物。所得到的产物是浅褐色的粘稠液体，其残留酸度为5.1mg KOH/克产物。
D.聚合物表面活性剂的合成(步骤(b))
D1.将步骤C得到的产物与1.45g(＝1当量)二乙醇胺通过在30℃下搅拌1小时而进行反应。形成的聚合物表面活性剂是浅褐色的粘稠液体，其残留酸度为约0.3mg KOH/克产物。
D2.将步骤C得到的产物与1.45g(＝1当量)二乙醇胺通过在140℃下搅拌4小时而进行反应，同时真空汽提水。形成的聚合物表面活性剂是浅褐色的粘稠液体，其残留酸度为约0.3mg KOH/克产物。
D3.将步骤C得到的产物与5.55g(＝1当量)40重量％的氢氧化苄基三甲基铵水溶液通过在30℃下搅拌1小时而进行反应。形成的聚合物表面活性剂是浅褐色的粘稠液体，其残留酸度小于0.1mg KOH/克产物。
实施例2
用反应D1的产物作为乳化剂，制得1000g柴油机燃料/水乳液。
将18.87g实施例1-D1中得到的乳化剂加入到865g EN590型汽车柴油机燃料(已经预先向其中加入了0.565g硝酸2-乙基己基酯(十六烷值增进剂))中。使该混合物经历高剪切混合器的作用几分钟，然后加入预先加入了0.565g杀菌剂(异噻唑啉-3-酮衍生物)的115.00g水。然后将乳化器切换至最大搅拌速度约3分钟。这样得到具有如下组成的乳液：
柴油机燃料 86.5重量％
水 11.5重量％
乳化剂 1.887重量％
十六烷值增进剂 0.0565重量％
杀菌剂 0.0565重量％
实施例3
按照与实施例2相同的方法制得1000g柴油机燃料/水乳液，所不同的是将实施例1-D2的产物用作乳化剂。
实施例4
按照与实施例2相同的方法制得1000g柴油机燃料/水乳液，所不同的是将实施例1-D3的产物用作乳化剂。
实施例5(对比例)
按照与实施例2中所描述的相同的方法制得1000g乳液，唯一的区别在于用18.87g由87重量％脱水山梨醇单油酸酯、3重量％脱水山梨醇三油酸酯和10重量％乙氧基化的蓖麻油(10mol环氧乙烷)组成的表面活性剂混合物代替实施例1的乳化剂。
实施例6
按照实施例2-5制备的乳液表征如下。
对离心作用的稳定性
乳液的稳定性通过离心作用进行评价。进行两组试验，第一组使用新制备的乳液(t＝0)，第二组使用在室温下储存24小时的乳液(t＝24小时)。
将带有刻度的试管填充15ml乳液。在室温下，将试管置于以4000转/分钟(等于2525g；g＝重力加速度)转动的离心机中，转动的总时间为30分钟。以离心5分钟的定期间隔测定试管底部分离(乳液分层)的富水相的量，以体积％表示。
实施例2-5的乳液的结果在表1中给出。
在温度循环下的静态稳定性
乳液的储存稳定性通过如下方法进行评价。
将充满试验乳液的1000ml玻璃量筒置于恒温控制的烘箱中，按照如下温度循环控制烘箱的温度：在40℃下保持8小时，在20℃下保持8小时，在5℃下保持8小时。使乳液经历该温度循环14天。然后从乳液的顶部和底部取出15ml样品，并且根据ISO标准3734，用Karl-Fisher滴定测定所述样品的含水量。对经历28天温度循环的样品进行相同的测定。
实施例2-5的乳液的结果在表2中给出(三个样品的平均值)。
从表1和2给出的数据可以看出，本发明的乳液对于离心作用和温度循环显示了高的稳定性，而在现有技术的乳液中，水相趋于大量沉降。
金属板上沉积物的形成
将不锈钢板(10cm×5cm)置于温度维持在约280-300℃的加热板上。一旦达到该温度，就每30秒钟将一滴乳液置于钢板上，总共10滴。在放上最后一滴后，将所述的板继续冷却30秒钟。发现在板上形成了含碳沉积物。如果通过用干布擦拭能够基本上完全地、容易地擦去该沉积物，则认为试验是正的，而如果甚至在长时间擦拭之后大部分的沉积物仍然粘附在板上，则试验是负的。
用本发明的乳液(实施例2-4)进行的试验给出了正结果，形成通过擦拭容易除去的薄沉积物。相反地，对比乳液(实施例5)未通过该试验，因为它形成了不能通过擦拭除去的黑色沉积物。
润滑性、腐蚀性
与柴油机燃料本身相比，本发明的乳液(实施例2-4)的润滑性(按照ISO标准12156/1进行测定)为约270μm，而柴油机燃料本身的润滑性数值为约385μm。因此，本发明的乳液比柴油机燃料本身具有更好的抗粘着(anti-grip)能力。
按照标准EN590进行的腐蚀性评价将本发明的乳液归类为1a类，等于柴油机燃料本身的类别。
表1
| 乳液实施例2(本发明) | t＝0 | ||||||
| 离心时间(min) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | |
| 乳液分层(％体积) | 0.50 | 1.10 | 1.75 | 2.32 | 2.60 | 3.02 | |
| t＝24h | |||||||
| 离心时间(min) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | |
| 乳液分层(％体积) | 0.50 | 0.81 | 151 | 1.76 | 2.24 | 2.70 | |
| 乳液实施例3(本发明) | t＝0 | ||||||
| 离心时间(min) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | |
| 乳液分层(％体积) | 0.53 | 1.30 | 1.87 | 2.60 | 2.91 | 3.54 | |
| t＝24h | |||||||
| 离心时间(min) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | |
| 乳液分层(％体积) | 0.55 | 0.96 | 1.71 | 2.00 | 2.61 | 3.29 | |
| 乳液实施例4(本发明) | t＝0 | ||||||
| 离心时间(min) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | |
| 乳液分层(％体积) | 0.40 | 0.90 | 1.67 | 2.12 | 2.39 | 2.86 | |
| t＝24h | |||||||
| 离心时间(min) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | |
| 乳液分层(％体积) | 0.42 | 0.74 | 1.42 | 1.67 | 2.04 | 2.51 | |
| 乳液实施例5(对比例) | t＝0 | ||||||
| 离心时间(min) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | |
| 乳液分层(％体积) | 3.33 | 6.00 | 6.67 | 8.00 | 9.00 | 9.67 | |
| t＝24h | |||||||
| 离心时间(min) | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | |
| 乳液分层量(％vol) | 6.67 | 9.33 | 10.00 | 10.33 | 10.67 | 11.00 | |
表2
| 乳液 | 时间(天) | 顶部的H2O含量(重量％) | 底部的H2O含量(重量％) |
| 实施例2(本发明) | 0 | 11.54 | |
| 14 | 11.19 | 12.22 | |
| 28 | 11.09 | 12.99 | |
| 实施例3(本发明) | 0 | 11.56 | |
| 14 | 11.05 | 12.26 | |
| 28 | 11.00 | 13.31 | |
| 实施例4(本发明) | 0 | 11.62 | |
| 14 | 11.33 | 12.24 | |
| 28 | 11.23 | 12.67 | |
| 实施例5(对比例) | 0 | 10.92 | |
| 14 | 6.06 | 42.31 | |
| 28 | 1.74 | 62.46 | |
Claims (39)
1、一种包含水/液态烃乳液的燃料，所述的乳液通过至少一种乳化剂进行稳定，其特征在于，所述的乳化剂包含通过以下反应得到的聚合物表面活性剂：
(a)使(i)用至少一种衍生自二羧酸或其衍生物的基团官能化的至少一种聚烯烃低聚物与(ii)至少一种包含直链氧烷撑单元的聚氧烷撑反应，所述的聚氧烷撑连接到任选地含有至少一个烯属不饱和键的长链烷基上；和
(b)将步骤(a)的产物与(iii)至少一种选自一元胺、多胺和季铵氢氧化物的氮化合物反应。
2、根据权利要求1所述的燃料，其中聚烯烃低聚物的平均分子量为300至10,000。
3、根据权利要求2所述的燃料，其中聚烯烃低聚物的平均分子量为500至5,000。
4、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中聚烯烃低聚物衍生自含有4个碳原子的烯烃混合物的聚合反应，并且主要含有下式的异丁烯重复单元：
5、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中聚氧烷撑包含选自下组的直链氧烷撑单元：-CH2CH2O-、-CH2CH2CH2O-和-CH2CH2CH2CH2O-或其混合物。
6、根据权利要求5所述的燃料，其中聚氧烷撑包含2至40个式-CH2CH2O-的氧化乙烯单元。
7、根据权利要求6所述的燃料，其中聚氧化乙烯包含5至20个氧化乙烯单元。
8、根据权利要求1至5中的任何一项所述的燃料，其中聚氧烷撑是含有2至30个式-CH2CH2O-的氧化乙烯单元以及不多于12个下式的支链氧化乙烯单元的共聚物：
其中R是含有1至3个碳原子的烷基。
9、根据权利要求8所述的燃料，其中R是甲基。
10、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中将聚氧烷撑连接到直链或支链结构的、任选地含有至少一个烯属不饱和键的、含有8至24个碳原子的长链烷基上。
11、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中通过酯基将聚氧烷撑连接到长链烷基上。
12、根据权利要求1至10中的任何一项所述的燃料，其中通过醚基将聚氧烷撑连接到长链烷基上。
13、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中通过与选自酰卤、C1-C4酯和酸酐的二羧酸衍生物反应而将聚烯烃低聚物官能化。
14、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中官能化的聚烯烃低聚物是通过马来酸酐与含有不少于65％的外型双键的聚异丁烯之间的反应得到的。
15、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中氮化合物(iii)是下式的伯、仲或叔胺：
其中R1、R2和R2彼此相同或不同，选自：氢、C1-C24烃基，所述的烃基任选地被至少一个选自羟基和C1-C4烷氧基的基团所取代；R1和R2可以连接以形成含氮的脂肪族杂环，所述的杂环任选地含有至少一个另外的杂原子；条件是，R1、R2和R3中的至少一个不是氢。
16、根据权利要求1至14中的任何一项所述的燃料，其中氮化合物(iii)是下式的亚烷基多胺：
其中：
n是1至10，优选2至7；
R4、R5和R6彼此相同或不同，选自：氢、含有1至30个碳原子的烷基或羟基取代的烷基，条件是，R4和R5中的至少一个以及R6中的至少一个是氢；
R7是含有1至18、优选2至6个碳原子的亚烷基。
17、根据权利要求1至14中的任何一项所述的燃料，其中氮化合物(iii)是下式的季铵氢氧化物：
其中：
R8、R9、R10和R11彼此相同或不同，选自：C1-C24烃基，所述的烃基任选地被至少一个选自羟基和C1-C4烷氧基的基团所取代；R8和R9可以连接以形成含氮的脂肪族杂环，所述的杂环任选地含有至少一个另外的杂原子。
18、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中聚合物表面活性剂以相对于燃料的总重计的0.1至5重量％的量存在。
19、根据权利要求18所述的燃料，其中聚合物表面活性剂以相对于燃料的总重计的0.5至3重量％的量存在。
20、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中液态烃在40℃下的粘度为1至53cSt，在15℃下的密度为0.75至1.1kg/dm3。
21、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其中水以相对于燃料的总重计的3至40重量％的量存在。
22、根据权利要求21所述的燃料，其中水以相对于燃料的总重计的7至20重量％的量存在。
23、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其还包含至少一种十六烷值增进剂。
24、根据权利要求23所述的燃料，其中所述的至少一种十六烷值增进剂选自无机硝酸盐、无机亚硝酸盐和无机过氧化物。
25、根据权利要求23所述的燃料，其中所述的至少一种十六烷值增进剂选自有机硝酸酯、有机亚硝酸酯和有机过氧化物。
26、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其还包含至少一种抗微生物剂。
27、根据前述权利要求中的任何一项所述的燃料，其还包含至少一种醇。
28、根据权利要求27所述的燃料，其中所述的醇选自：甲醇、乙醇、异丙醇和二元醇，或其混合物。
29、根据权利要求27或28所述的燃料，其中所述的醇以相对于燃料的总重计的0.5至8重量％的量存在。
30、根据权利要求29所述的燃料，其中所述的醇以相对于燃料的总重计的1至4重量％的量存在。
31、一种供燃料至包括至少一个燃烧室的燃烧装置的方法，该方法包括：将燃料供应至所述的至少一个燃烧室；在所述的至少一个燃烧室内点燃所述的燃料；其中所述的燃料包含权利要求1至30中的任何一项所述的水/液态烃乳液。
32、根据权利要求31所述的方法，其中所述的燃烧装置是内燃机。
33、通过以下反应得到的聚合物表面活性剂：
(a)使(i)用至少一种衍生自二羧酸或其衍生物的基团官能化的至少一种聚烯烃低聚物与(ii)至少一种包含直链氧烷撑单元的聚氧烷撑反应，所述的聚氧烷撑连接到任选地含有至少一个烯属不饱和键的长链烷基上；和
(b)将步骤(a)的产物与(iii)至少一种选自一元胺、多胺和季铵氢氧化物的氮化合物反应。
34、根据权利要求33所述的聚合物表面活性剂，其中聚烯烃低聚物如权利要求2至4中的任何一项所述。
35、根据权利要求33或34所述的聚合物表面活性剂，其中聚氧烷撑如权利要求5至9中的任何一项所述。
36、根据权利要求33至35中的任何一项所述的聚合物表面活性剂，其中长链烷基如权利要求10所述。
37、根据权利要求33至36中的任何一项所述的聚合物表面活性剂，其中将聚氧烷撑连接到权利要求11或12所述的长链烷基上。
38、根据权利要求33至37中的任何一项所述的聚合物表面活性剂，其中将聚烯烃低聚物按照权利要求13或14所述进行官能化。
39、根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚合物表面活性剂，其中氮化合物(iii)如权利要求15至17中的任何一项所述。
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