DE69202642T2 - Compositions for octane demand increase control. - Google Patents
Compositions for octane demand increase control.Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kontrolle der Anforderungssteigerung in bezug auf die Oktanzahl in Verbrennungsmotoren (Ottomotoren). Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung Treibstoffzusammensetzungen sowie Treibstoffe aus Benzin und Treibstoffgemische für Verbrennungsmotoren (Ottomotoren), die während des Motorbetriebs eine Reduzierung und zumindest eine Minimierung der Anforderungssteigerung in bezug auf die Oktanzahl bewirken können.The present invention relates to the control of the increase in the requirement with regard to the octane number in internal combustion engines (gasoline engines). In particular, the present invention relates to fuel compositions as well as fuels made from gasoline and fuel mixtures for internal combustion engines (gasoline engines) which can bring about a reduction and at least a minimization of the increase in the requirement with regard to the octane number during engine operation.
Wie allgemein bekannt ist, enthalten Treibstoffe für Verbrennungsmotoren (Ottomotoren) mehrere Additive zur Verbesserung der Motorleistung. Diese Additive verursachen jedoch häufig unerwünschte Ablagerungen, wodurch im Laufe der Zeit bei Verbrennungsmotoren eine höhere Oktanzahl erforderlich wird. Diese Ablagerungen bilden sich im allgemeinen auch in der Brennkammer, auf den Einlaßventilen und den Einspritzdüsen während des Motorbetriebs. Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Zusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, die das Problem einer Anforderungssteigerung in bezug auf die Oktanzahl reduzieren können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Zusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, die Ablagerungen reduzieren können, die aufgrund des vorhergehenden Betriebs mit Treibstoffen, die solche Ablagerungen verursachen, bereits vorhanden sind. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung Zusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, die das Verstopfen von Einspritzdüsen reduzieren können und die nicht wesentlich zur Bildung von Ablagerungen auf Einlaßventilen beitragen.As is well known, fuels for internal combustion engines (gasoline engines) contain several additives to improve engine performance. However, these additives often cause undesirable deposits, which over time make a higher octane rating necessary for internal combustion engines. These deposits also generally form in the combustion chamber, on the intake valves and on the injectors during engine operation. It is an object of this invention to provide compositions that can reduce the problem of an increase in octane rating requirements. A further object of the invention is to provide compositions that can reduce deposits that are already present due to previous operation with fuels that cause such deposits. Furthermore, it is an object of the invention to provide compositions which can reduce the clogging of injection nozzles and which do not contribute significantly to the formation of deposits on intake valves.
Die Forderung nach umweltfreundlichen Treibstoffen und Treibstoffgemischen und die Ausrüstung von immer mehr Fahrzeugen mit Einspritzdüsen, um einen höheren Wirkungsgrad und eine Reduzierung der Emissionen von Benzinmotoren zu erzielen, hat zu einem Bedarf an Treibstoffen und Treibstoffgemischen geführt, die Ablagerungen auf Einspritzdüsen, Einlaßventilen und den Oberflächen von Brennkammern reduzieren oder ausschließen. Durch diese Ablagerungen werden nicht nur Treibstoffe mit einer höheren Oktanzahl benötigt, sondern im allgemeinen wird auch die Treibstoffzufuhr zum Motor behindert und ein Verkleben der Ventile verursacht. Zur Reduzierung der Menge von Ablagerungen auf den Ventilen der Einspritzdüsen wurden dem Benzin speziell für diesen Zweck entwickelte Detergensadditive beigemischt. Durch diese Detergensadditive konnte zwar eine beträchtliche Reduzierung von Ablagerungen, die zuvor den Betrieb von Benzineinspritzmotoren behinderten, erreicht werden, für eine Verhinderung von Ablagerungen auf anderen Motorinnnenteilen, wie zum Beispiel auf Einlaßventilen, oder eine Reinigung dieser anderen Teile von solchen Ablagerungen, trifft dieser äußerst wünschenswerte reinigende Effekt jedoch nicht unbedingt zu. Diese Substanzen können tatsächlich sogar dazu führen, daß eine höhere Oktanzahl für den Motor erforderlich wird. Deshalb sind Detergensadditive erforderlich, die sowohl keine Verunreinigung der Einspritzdüsen verursachen, als auch eine wirksame Kontrolle von Ablagerungen auf anderen Teilen von Verbrennungsmotoren (Ottomotoren) erlauben.The demand for environmentally friendly fuels and fuel mixtures and the fitting of more and more vehicles with fuel injectors to achieve higher efficiency and a reduction in emissions from petrol engines has led to a need for fuels and fuel mixtures that reduce or eliminate deposits on fuel injectors, intake valves and the surfaces of combustion chambers. These deposits not only require fuels with a higher octane rating, but also generally impede the supply of fuel to the engine and cause the valves to stick. To reduce the amount of deposits on the valves of the fuel injectors, detergent additives specially developed for this purpose have been added to petrol. Although these detergent additives have made it possible to achieve a considerable reduction in the deposits that previously hindered the operation of petrol injection engines, this highly desirable cleaning effect does not necessarily apply to preventing deposits on other internal engine components, such as intake valves, or to cleaning these other parts of such deposits. These substances can actually lead to a higher octane rating being required for the engine. Therefore, detergent additives are required that do not cause contamination of the injection nozzles, as well as allowing effective control of deposits on other parts of internal combustion engines (gasoline engines).
Abbildung 1 zeigt die Änderung des Oktanzahlbedarfs in Abhängigkeit von der Zugabe von Additiven in Pfund/1000 Fuß (kg/m³).Figure 1 shows the change in octane requirement depending on the addition of additives in pounds/1000 feet (kg/m³).
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Treibstoffadditivkonzentrat zur Kontrolle der Anforderungssteigerung in bezug auf die Oktanzahl in Verbrennungsmotoren (Ottomotoren), welches folgende Bestandteile umfaßt: das Reaktionsprodukt aus (i) Polyamin und (ii) mindestens einer mit acyclischem Hydrocarbyl substituierten Bernsteinsäure als Acylierungsmittel, ein nicht hydrobehandeltes Poly-α- olefin und wahlweise ein Mineralöl mit einem Viskositätsindex von weniger als etwa 90 und einer Flüchtigkeit von etwa 50% oder weniger, entsprechend dem nachfolgend beschriebenen Testverfahren.The present invention relates to a fuel additive concentrate for controlling octane demand in internal combustion engines (gasoline engines) which comprises the reaction product of (i) polyamine and (ii) at least one acyclic hydrocarbyl substituted succinic acid as an acylating agent, a non-hydrotreated poly-α-olefin and optionally a mineral oil having a viscosity index of less than about 90 and a volatility of about 50% or less according to the test procedure described below.
In einer Ausgestaltung dieser Erfindung enthält die Substanz eine größere Menge Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von Benzin oder Mischungen aus Kohlenwasserstoff und oxygenierten Substanzen oder oxygenierte Substanzen, die aus folgenden Komponenten bestehen: (a) einer kleineren, aber wirksamen Menge eines Treibstoffadditivs, das aus dem Reaktionsprodukt aus (i) Polyamin und (ii) mindestens einer mit acyclischem Hydrocarbyl substituierten Bernsteinsäure als Acylierungsmittel besteht, (b) einem nicht hydrobehandelten flüssigen Poly-α-olefin mit einer Flüchtigkeit von etwa 50% oder weniger, entsprechend dem nachfolgend beschriebenen Testverfahren, und (c) wahlweise einem Mineralöl (A) mit einem Viskositätsindex von weniger als etwa 90 und einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger, entsprechend dem nachfolgend beschriebenen Testverfahren, einem Antioxidans (B), einem Demulgator (C) oder einem aromatischen Kohlenwasserstofflösungsmittel (D), einem Korrosionshemmer (E) oder einer beliebigen Kombination aus zwei, drei, vier oder allen fünf der Komponenten (A), (B), (C), (D) und (E). Weitere Additive zur Leistungsverbesserung, wie zum Beispiel Substanzen, die die Verbrennung oder die Anforderungssteigerung an die Oktanzahl verbessern, können ebenfalls beigemischt werden.In one embodiment of this invention, the substance contains a major amount of hydrocarbons in the boiling range of gasoline or mixtures of hydrocarbons and oxygenated substances or oxygenated substances consisting of the following components: (a) a minor but effective amount of a fuel additive consisting of the reaction product of (i) polyamine and (ii) at least one acyclic hydrocarbyl substituted succinic acid as an acylating agent, (b) a non-hydrotreated liquid poly-α-olefin having a volatility of about 50% or less, according to the method described below Test Procedure, and (c) optionally, a mineral oil (A) having a viscosity index of less than about 90 and a volatility of 50% or less according to the Test Procedure described below, an antioxidant (B), a demulsifier (C) or an aromatic hydrocarbon solvent (D), a corrosion inhibitor (E), or any combination of two, three, four, or all five of components (A), (B), (C), (D), and (E). Other performance enhancing additives, such as combustion enhancers or octane requirement enhancers, may also be blended.
Eine weitere Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Kontrolle der Anforderungssteigerung in bezug auf die Oktanzahl in Verbrennungsmotoren (Ottomotoren), in dem eine Treibstoffzusammensetzung hergestellt wird bestehend aus (a) einer größeren Menge eines bleifreien Benzins und (b) einer kleineren, aber wirksamen Menge eines Gemischs zur Kontrolle der Oktanbedarfssteigerung, wobei das Gemisch folgende Bestandteile umfaßt: (i) das Reaktionsprodukt aus Polyamin und mindestens eine mit acyclischem Hydrocarbyl substituierte Bernsteinsäure als Acylierungsmittel, (ii) ein nicht hydrobehandeltes flüssiges Poly-α-olefin mit einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger, entsprechend einem nachfolgend beschriebenen Testverfahren, und (iii) wahlweise ein Mineralöl mit einem Viskositätsindex von weniger als etwa 90 und einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger, entsprechend einem nachfolgend beschriebenen Testverfahren, wodurch die Steigerung der Anforderung in bezug auf die Oktanzahl eines Verbrennungsmotors effektiv kontrolliert wird.A further embodiment of the present invention is a method for controlling octane demand escalation in internal combustion engines (spark ignition engines) in which a fuel composition is prepared comprising (a) a major amount of an unleaded gasoline and (b) a minor but effective amount of an octane demand escalation control mixture, the mixture comprising (i) the reaction product of polyamine and at least one acyclic hydrocarbyl substituted succinic acid as an acylating agent, (ii) a non-hydrotreated liquid poly-α-olefin having a volatility of 50% or less according to a test method described below, and (iii) optionally a mineral oil having a viscosity index of less than about 90 and a volatility of 50% or less according to a test method described below, whereby the octane demand escalation of a combustion engine is effectively controlled.
Diese und weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Ansprüchen entnommen werden.These and other embodiments of the present invention can be found in the following description and the appended claims.
Detergentien/Dispergiermittel. Wie bereits zuvor erwähnt, enthält das Treibstoffadditivkonzentrat der vorliegenden Erfindung (a) als Detergens oder Dispergiermittel (i) das Reaktionsprodukt aus Polyamin und (ii) mindestens eine mit acyclischem Hydrocarbyl substituierte Bernsteinsäure als Acylierungsmittel, (b) ein nicht hydrobehandeltes flüssiges Poly-α-olefin mit einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger und (c) wahlweise ein Mineralöl mit einem Viskositätsindex von weniger als etwa 90 und einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger. Der Polyaminreaktand kann entweder ein oder mehrere Alkylenpolyamin(e) mit einer geraden, verzweigten oder cyclischen Kette oder eine Mischung aus geradkettigen, verzweigten und/oder cyclischen Polyaminen sein, wobei jede Alkylengruppe zwischen 1 und 10 Kohlenstoffatome aufweist. Bevorzugt wird ein Polyamin verwendet, das zwischen 2 und 10 Stickstoffatome pro Molekül aufweist, oder eine Mischung aus Polyaminen, die im Durchschnitt zwischen 2 und 10 Stickstoffatome pro Molekül aufweisen. Besonders bevorzugt wird ein Polyamin oder eine Mischung aus Polyaminen mit 3 bis 7 Stickstoffatomen, wobei ein Triethylentetramin oder eine Triethylentetramin nahekommende Kombination aus Ethylenpolyaminen am meisten bevorzugt wird. Bei der Auswahl eines geeigneten Polyamins sollte auf die Verträglichkeit des daraus entstehenden Detergens oder Dispergiermittels mit dem Treibstoffgemisch aus Benzin, mit dem es gemischt wird, geachtet werden.Detergents/Dispersants. As previously mentioned, the fuel additive concentrate of the present invention contains (a) as a detergent or dispersant (i) the reaction product of polyamine and (ii) at least one acyclic hydrocarbyl substituted succinic acid acylating agent, (b) a non-hydrotreated liquid poly-α-olefin having a volatility of 50% or less, and (c) optionally a mineral oil having a viscosity index of less than about 90 and a volatility of 50% or less. The polyamine reactant can be either one or more straight, branched or cyclic chain alkylene polyamines or a mixture of straight, branched and/or cyclic polyamines, each alkylene group having between 1 and 10 carbon atoms. Preferably, a polyamine is used which has between 2 and 10 nitrogen atoms per molecule, or a mixture of polyamines which have on average between 2 and 10 nitrogen atoms per molecule. A polyamine or a mixture of polyamines with 3 to 7 nitrogen atoms is particularly preferred, with triethylenetetramine or a combination of ethylenepolyamines close to triethylenetetramine being most preferred. When selecting a suitable polyamine, the compatibility of the resulting detergent or dispersant with the gasoline fuel mixture with which it is mixed.
Das am meisten bevorzugte Polyamin, nämlich Triethylentetramin, enthält normalerweise eine handelsübliche Mischung, dessen allgemeine Gesamtzusammensetzung der Zusammensetzung von Triethylentetramin nahekommt, die jedoch auch kleinere Mengen von verzweigten und cyclischen Polyaminen sowie geradkettige Polyethylenpolyamine, wie zum Beispiel Diethylentriamin und Tetraethylenpentamine, enthalten kann. Die besten Resultate werden erzielt, wenn der Anteil des mit Triethylentetramin angereicherten, geradkettigen Polyethylenpolyamins in diesen Gemischen mindestens 50 und vorzugsweise mindestens 70 Gew.-% beträgt.The most preferred polyamine, triethylenetetramine, normally contains a commercial blend which has a general overall composition close to that of triethylenetetramine, but which may also contain minor amounts of branched and cyclic polyamines as well as straight chain polyethylenepolyamines such as diethylenetriamine and tetraethylenepentamines. Best results are obtained when the proportion of triethylenetetramine-enriched straight chain polyethylenepolyamine in these blends is at least 50 and preferably at least 70% by weight.
Bei dem Acylierungsmittel, das mit dem Polyamin zur Reaktion gebracht wird, handelt es sich um eine mit acyclischem Hydrocarbyl substituierte Bernsteinsäure, wobei der Substituent im Durchschnitt zwischen 50 und 100 (vorzugsweise 64 bis 80) Kohlenstoffatome enthält. Um die Aufgabe der Erfindung zu erfüllen, ist es wichtig, daß die mit acyclischem Hydrocarbyl substituierte Bernsteinsäure, die als Acylierungsmittel dient, eine Säurezahl zwischen 0,7 und 1,1 (vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,0 bzw. am besten eine Säurezahl von 0,9) aufweist.The acylating agent which is reacted with the polyamine is an acyclic hydrocarbyl substituted succinic acid, the substituent containing on average between 50 and 100 (preferably 64 to 80) carbon atoms. In order to achieve the object of the invention, it is important that the acyclic hydrocarbyl substituted succinic acid which serves as the acylating agent has an acid number between 0.7 and 1.1 (preferably between 0.8 and 1.0, or most preferably an acid number of 0.9).
Um die Ziele der Erfindung realisieren zu können, muß das Molverhältnis zwischen dem Acylierungsmittel und dem Polyamin in dem Reaktionsprodukt aus (i) und (ii) vorzugsweise größer als 1:1 sein. Das bevorzugte Molverhältnis zwischen Acylierungsmittel und Polyamin in dem Reaktionsprodukt sollte zwischen 1,5:1 und 2,2:1 liegen, stärker bevorzugt zwischen 1,7:1 und 1,9:1, wobei das beste Verhältnis 1,8:1 lautet.In order to achieve the objectives of the invention, the molar ratio between the acylating agent and the polyamine in the reaction product of (i) and (ii) must preferably be greater than 1:1. The preferred molar ratio between Acylating agent and polyamine in the reaction product should be between 1.5:1 and 2.2:1, more preferably between 1.7:1 and 1.9:1, with the best ratio being 1.8:1.
Die Säurezahl des Acylierungsmittels, das aus einer mit acyclischem Hydrocarbyl substituierten Bernsteinsäure besteht, wird auf herkömmliche Weise bestimmt, d. h. durch Titration, und wird in mg KOH/g des Produkts angegeben. Dabei ist zu beachten, daß für diese Bestimmung das Gesamtacylierungsmittel in Gegenwart eines beliebigen nicht reagierten Olefinpolymers (z.B. Polyisobuten) verwendet wird.The acid number of the acylating agent consisting of an acyclic hydrocarbyl substituted succinic acid is determined in a conventional manner, i.e. by titration, and is expressed as mg KOH/g of product. It should be noted that for this determination the total acylating agent is used in the presence of any unreacted olefin polymer (e.g. polyisobutene).
Der acyclische Hydrocarbylsubstituent des Acylierungsmittels sollte vorzugsweise eine Alkyl- oder eine Alkenylgruppe mit der oben angegebenen erforderlichen Anzahl von Kohlenstoffatomen sein. Alkenylsubstituenten abgeleitet von Poly-α-olefin- homopolymeren oder -copolymeren mit dem entsprechenden Molekulargewicht (z.B. Propenhomopolymere, Butenhomopolymere, C&sub3;- und C&sub4;-α-olefin-copolymere) sind hierfür geeignet. Am besten eignet sich als Substituent jedoch eine Polyisobutenylgruppe aus Polyisobuten mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 700 bis 1200, vorzugsweise von 900 bis 1100, am besten von 940 bis 1000 (wobei das Molekulargewicht durch Gelchromotagraphie bestimmt wird).The acyclic hydrocarbyl substituent of the acylating agent should preferably be an alkyl or an alkenyl group with the required number of carbon atoms specified above. Alkenyl substituents derived from poly-α-olefin homopolymers or copolymers with the corresponding molecular weight (e.g. propene homopolymers, butene homopolymers, C3 and C4 α-olefin copolymers) are suitable for this purpose. However, the most suitable substituent is a polyisobutenyl group from polyisobutene with a number average molecular weight of 700 to 1200, preferably 900 to 1100, most preferably 940 to 1000 (the molecular weight being determined by gel chromatography).
Acylierungsmittel, die aus einer mit acyclischem Hydrocarbyl substituierten Bernsteinsäure bestehen, und Methoden zur Herstellung dieser Acylierungsmittel sowie deren Verwendung zur Herstellung von Succinimid sind dem Fachmann hinreichend bekannt und werden in der relevanten Patentliteratur ausführlich beschrieben, wie zum Beispiel in folgenden US-Patenten:Acylating agents consisting of a succinic acid substituted with acyclic hydrocarbyl, and methods for preparing these acylating agents and their use for Preparation of succinimide are well known to the person skilled in the art and are described in detail in the relevant patent literature, such as in the following US patents:
3,018,247 3,231,587 3,399,141 3,018,250 3,272,746 3,401,118 3,018,291 3,287,271 3,513,093 3,172,892 3,311,558 3,576,743 3,184,474 3,331,776 3,578,422 3,185,704 3,341,542 3,658,494 3,194,812 3,346,354 3,658,495 3,194,814 3,347,645 3,912,764 3,202,678 3,361,673 4,110,349 3,215,707 3,373,111 4,234,435 3,219,666 3,381,0223,018,247 3,231,587 3,399,141 3,018,250 3,272,746 3,401,118 3,018,291 3,287,271 3,513,093 3,172,892 3,311,558 3,576,743 3,184,474 3,331,776 3,578,422 3,185,704 3,341,542 3,658,494 3,194,812 3,346,354 3,658,495 3,194,814 3,347,645 3,912,764 3,202,678 3,361,673 4,110,349 3,215,707 3,373,111 4,234,435 3,219,666 3,381,022
Bei Anwendung der allgemein bekannten, in diesen Patentschriften beschriebenen Verfahren muß im Hinblick auf die vorliegende Erfindung darauf geachtet werden, daß, entsprechend den hier angegebenen Werten, der Hydrocarbylsubstituent des Acylierungsmittels die erforderliche Anzahl von Kohlenstoffatomen aufweist, daß das Acylierungsmittel die erforderliche Säurezahl aufweist, daß das Acylierungsmittel mit dem erforderlichen Polyethylenpolyamin zur Reaktion gebracht wird und daß die Reaktionspartner in einem solchem Mengenverhältnis verwendet werden, daß in dem daraus resultierenden Succinimid die chemisch verbundenen Reaktanden in den erforderlichen Anteilen enthalten sind. Durch Kombination der oben angegebenen Merkmale können Zubereitungen erhalten werden, die Detergentien oder Dispergiermittel enthalten, die außergewöhnlich wirksam sind für die Kontrolle oder Reduzierung der Ablagerungen auf Induktionssystemen, die sich während des Motorbetriebs bilden, und die eine entsprechend gute Demulgierung ermöglichen.When using the well-known processes described in these patents, care must be taken with regard to the present invention that, in accordance with the values given here, the hydrocarbyl substituent of the acylating agent has the required number of carbon atoms, that the acylating agent has the required acid number, that the acylating agent is reacted with the required polyethylene polyamine and that the reactants are used in such a ratio that the resulting succinimide contains the chemically bonded reactants in the required proportions. By combining the features given above, preparations can be obtained which contain detergents or dispersants which are exceptionally effective in controlling or reducing deposits on induction systems that form during engine operation and enable correspondingly good demulsification.
Wie in den oben angegebenen Patenten erwähnt wird, enthalten die Acylierungsmittel, die aus einer mit acyclischem Hydrocarbyl substituierten Bernsteinsäure bestehen, folgende Komponenten: die mit Hydrocarbyl substituierten Bernsteinsäuren, die mit Hydrocarbyl substituierten Bernsteinsäureanhydride, die mit Hydrocarbyl substituierten Bernsteinsäurehalogenide (insbesondere die Säurefluoride und -chloride) sowie die Ester von Bernsteinsäuren, die mit Hydrocarbyl substituiert wurden, und niedermolekulare Alkohole (z.B. Alkohole mit bis zu 7 Kohlenstoffatomen), d. h. mit Hydrocarbyl substituierte Verbindungen, die als Carboxylacylierungsmittel verwendet werden können. Von diesen Verbindungen werden mit Hydrocarbyl substituierte Bernsteinsäuren und mit Hydrocarbyl substituierte Bernsteinsäureanhydride sowie Mischungen dieser Säuren und Anhydride im allgemeinen bevorzugt verwendet, wobei die mit Hydrocarbyl substituierten Bernsteinsäureanhydride besonders bevorzugt werden.As mentioned in the above-identified patents, the acylating agents consisting of acyclic hydrocarbyl-substituted succinic acid include the following components: the hydrocarbyl-substituted succinic acids, the hydrocarbyl-substituted succinic anhydrides, the hydrocarbyl-substituted succinic halides (particularly the acid fluorides and chlorides), as well as the esters of succinic acids substituted with hydrocarbyl and low molecular weight alcohols (e.g. alcohols with up to 7 carbon atoms), i.e. hydrocarbyl-substituted compounds that can be used as carboxyl acylating agents. Of these compounds, hydrocarbyl-substituted succinic acids and hydrocarbyl-substituted succinic anhydrides, as well as mixtures of these acids and anhydrides, are generally preferred, with hydrocarbyl-substituted succinic anhydrides being particularly preferred.
Das zur Herstellung der Detergentien oder Dispergiermittel der vorliegenden Erfindung verwendete Acylierungsmittel wird vorzugsweise durch eine Reaktion eines Poly-α-olefins mit geeignetem Molekulargewicht (mit oder ohne Chlor) mit Maleinanhydrid hergestellt. Ähnliche Carboxylreaktanden können jedoch ebenfalls verwendet werden, wie zum Beispiel Maleinsäure, Fumarsäure, Apfelsäure, Weinsäure, Itakonsäure, ltakonsäureanhydrid, Citraconsäure, Citraconsäureanhydrid, Mesaconsäure, Ethylmaleinsäureanhydrid, Dimethylmaleinsäureanhydrid, Ethylmaleinsäure, Dimethylmaleinsäure und Hexylmaleinsäure, einschließlich der entsprechenden Säurehalogenide und der niedermolekularen aliphatischen Ester.The acylating agent used to prepare the detergents or dispersants of the present invention is preferably prepared by reacting a poly-α-olefin of appropriate molecular weight (with or without chlorine) with maleic anhydride. However, similar carboxylic reactants may also be used, such as maleic acid, fumaric acid, Malic acid, tartaric acid, itaconic acid, itaconic anhydride, citraconic acid, citraconic anhydride, mesaconic acid, ethylmaleic anhydride, dimethylmaleic anhydride, ethylmaleic acid, dimethylmaleic acid and hexylmaleic acid, including the corresponding acid halides and the low molecular weight aliphatic esters.
Die Reaktion zwischen den Komponenten (i) und (ii) wird im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 80ºC und 200ºC, vorzugsweise zwischen 140ºC und 180ºC, ausgeführt, so daß ein Succinimid entsteht. Diese Reaktion kann gegebenenfalls in Gegenwart eines zusätzlichen Verdünnungsmittels oder eines flüssigen Reaktionsmittels, wie zum Beispiel eines mineralischen Schmierölsolvens, durchgeführt werden. Geeignete Lösungsöle sind natürliche und synthetische ungemischte Ausgangsschmierstoffe mit einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger, entsprechend dem nachfolgend beschriebenen Testverfahren. Als synthetische Verdünnungsmittel eignen sich Polyester, hydrierte oder unhydrierte Poly-α-olefine (PAO), wie zum Beispiel ein hydriertes oder unhydriertes Dec-1-en-Oligomer. Mischungen aus mineralischen und synthetischen Ölen sind ebenfalls für diesen Zweck geeignet. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden die Reaktionen im wesentlichen ohne ein zusätzliches Verdünnungsöl durchgeführt, so daß das Reaktionsprodukt im wesentlichen keine paraffinischen Mineralöle enthält, d. h. das Reaktionsprodukt enthält weniger als 1 Gew.-% paraffinisches Mineralöl.The reaction between components (i) and (ii) is generally carried out at temperatures between 80°C and 200°C, preferably between 140°C and 180°C, to form a succinimide. This reaction may optionally be carried out in the presence of an additional diluent or a liquid reactant such as a mineral lubricating oil solvent. Suitable solvent oils are natural and synthetic unmixed base lubricants having a volatility of 50% or less according to the test procedure described below. Suitable synthetic diluents include polyesters, hydrogenated or unhydrogenated poly-α-olefins (PAO), such as a hydrogenated or unhydrogenated dec-1-ene oligomer. Blends of mineral and synthetic oils are also suitable for this purpose. In a particularly preferred embodiment, the reactions are carried out essentially without an additional diluent oil, so that the reaction product contains essentially no paraffinic mineral oils, i.e. the reaction product contains less than 1% by weight of paraffinic mineral oil.
Der Begriff Succinimid bezeichnet hier das komplette Reaktionsprodukt aus den Komponenten (i) und (ii) sowie Verbindungen, in denen das Produkt zusätzlich zu solchen Imidbindungen, die aus der Reaktion einer primären Aminogruppe mit einem Anhydridteil resultieren, Amid-, Amidin- und/oder Salzbindungen aufweisen kann.The term succinimide refers here to the complete reaction product of components (i) and (ii) and compounds in which the product may contain amide, amidine and/or salt linkages in addition to those imide linkages resulting from the reaction of a primary amino group with an anhydride moiety.
Verdünnungsöl. Eines der Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines nicht hydrobehandelten Poly-α-olefins mit einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger und wahlweise eines Mineralöls mit einem Viskositätsindex von weniger als 90 und einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger als Verdünnungsmittel für die Herstellung eines Treibstoffadditivkonzentrats oder als Hauptkomponente in Gemischen aus Benzin und Succinimidreaktionsprodukt. Überraschend und völlig unerwartet wurde festgestellt, daß durch Beimischen eines bestimmten Succinimids und eines bestimmten Poly-α-olefins zu Benzin in bestimmten Verhältnissen - wobei bestimmte Mineralöle enthalten sein können oder auch nicht - die Anforderungssteigerung in bezug auf die Oktanzahl bei Verbrennungsmotoren wirksam kontrolliert werden kann. "Wirksam kontrolliert" bedeutet hierbei, daß die Bildung von Ablagerungen, die zu einem erhöhten Oktanbedarf führen, bedeutend verringert wird und/oder daß bei Motoren, die bereits zu Beginn starke Ablagerungen aufweisen, die Ablagerungen erheblich reduziert werden, wenn das hier beschriebene Verfahren angewendet wird.Diluent oil. One of the main features of the present invention is the use of a non-hydrotreated poly-α-olefin having a volatility of 50% or less and optionally a mineral oil having a viscosity index of less than 90 and a volatility of 50% or less as a diluent for the preparation of a fuel additive concentrate or as a major component in blends of gasoline and succinimide reaction product. Surprisingly and quite unexpectedly, it has been discovered that by blending a certain succinimide and a certain poly-α-olefin with gasoline in certain proportions - which may or may not contain certain mineral oils - the increase in octane requirements of internal combustion engines can be effectively controlled. "Effectively controlled" means that the formation of deposits that lead to increased octane requirements is significantly reduced and/or that in engines that already have heavy deposits to begin with, the deposits are significantly reduced when the process described here is used.
Für die Zusammensetzungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung sollten die Poly-α-olefine (PAO) vorzugsweise nicht hydrobehandelte Poly-α-olefine sein. Bei den hier verwendeten Poly-α-olefinen handelt es sich um nicht hydrierte oder nicht hydrobehandelte Oligomere, vorzugsweise Trimere, Tetramere und Pentamere von α-olefinmonomeren mit 6 bis 12, im allgemeinen 8 bis 12, und vorzugsweise 10 Kohlenstoffatomen. Die Synthese dieser Oligomere wird in Hydrocarbon Processing, Ausgabe Februar 1982, auf den Seiten 75 ff. beschrieben und besteht im wesentlichen aus der katalytischen Oligomerisierung von geraden, kurzkettigen Alphaolefinen (die geeigneterweise durch katalytische Behandlung von Ethylen hergestellt werden). Der Typ des einzelnen PAOs hängt zum Teil von der Länge der Kohlenstoffkette des Ausgangsalphaolefins ab sowie von der Oligomerstruktur. Die genaue Molekularstruktur kann je nach den genauen Bedingungen bei der Oligomerisierung etwas unterschiedlich sein, wodurch die resultierenden PAOs unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen. Da die physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Viskosität, jedoch das Hauptkriterium dafür sind, ob ein bestimmtes PAO als Ausgangsschmieröl geeignet ist, wird im allgemeinen zwischen den verschiedenen Produkten unterschieden und eine Einteilung nach der Viskosität getroffen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Poly-α-olefine mit einer Viskosität zwischen 2 und 20 cSt (gemessen bei 100ºC) ganz besonders für die Herstellung von Treibstoffadditivzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet. Das Poly-α-olefin weist vorzugsweise eine Viskosität von mindestens 8 cSt, am besten etwa 10 cSt, bei 100ºC auf. Ein weiteres Hauptmerkmal dieser Erfindung ist die Flüchtigkeit des Poly-α-olefins, die durch das nachfolgend beschriebene Verfahren bestimmt werden kann.For the compositions and methods of the present invention, the poly-α-olefins (PAO) should preferably be non-hydrotreated poly-α-olefins. In the Poly-α-olefins are non-hydrogenated or non-hydrotreated oligomers, preferably trimers, tetramers and pentamers of α-olefin monomers having from 6 to 12, generally 8 to 12, and preferably 10 carbon atoms. The synthesis of these oligomers is described in Hydrocarbon Processing, February 1982 issue, pages 75 ff., and consists essentially of the catalytic oligomerization of straight, short chain alpha-olefins (suitably prepared by catalytic treatment of ethylene). The type of particular PAO depends in part on the carbon chain length of the starting alpha-olefin and on the oligomer structure. The exact molecular structure may vary somewhat depending on the exact conditions of oligomerization, causing the resulting PAOs to have different physical properties. However, since physical properties, particularly viscosity, are the main criterion for determining whether a particular PAO is suitable as a starting lubricating oil, a distinction is generally made between the various products and a classification is made according to viscosity. According to the present invention, poly-α-olefins having a viscosity between 2 and 20 cSt (measured at 100°C) are particularly suitable for the preparation of fuel additive compositions according to the present invention. The poly-α-olefin preferably has a viscosity of at least 8 cSt, most preferably about 10 cSt, at 100°C. Another main feature of this invention is the volatility of the poly-α-olefin, which can be determined by the method described below.
Die Flüchtigkeit von Mineralölen und Poly-α-olefinen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, wird mit folgendem Verfahren bestimmt: Mineralöl oder Poly-α-olefin (110-135 Gramm) wird in einen 250ml fassenden Dreihalskolben mit Rundboden gefüllt, der eine Öffnung mit einem Gewinde für die Einführung eines Thermometers aufweist. Kolben dieser Art können über Ace Glass bezogen werden (Katalog- Nr. 6954-72 mit 20/40 Halterungen). Ein Rührstab mit einem 19 mm breiten und 60 mm langen Teflonblatt (Ace Glass Katalog-Nr. 8085-07) wird durch die Öffnung in der Mitte des Kolbens eingeführt. Das Mineralöl oder Poly-α-olefin in dem Kolben wird unter Rühren bei 150 upm in einem Ölbad 1 Stunde lang auf 300ºC erhitzt. Währenddessen wird der freie Raum über dem Öl in dem Kolben mit 7,5 l Luft/h gespült. Die auf diese Weise bestimmte Flüchtigkeit des Öls wird in Gew.-% der verlorenen Substanz, bezogen auf das Gesamtausgangsgewicht des untersuchten Materials, ausgedrückt.The volatility of mineral oils and poly-α-olefins useful in the present invention is determined by the following procedure: Mineral oil or poly-α-olefin (110-135 grams) is charged to a 250 mL, three-neck, round-bottom flask having a threaded opening for the insertion of a thermometer. Flasks of this type can be obtained from Ace Glass (catalog no. 6954-72 with 20/40 mounts). A stir bar with a 19 mm wide by 60 mm long Teflon sheet (Ace Glass catalog no. 8085-07) is inserted through the opening in the center of the flask. The mineral oil or poly-α-olefin in the flask is heated to 300°C with stirring at 150 rpm in an oil bath for 1 hour. Meanwhile, the free space above the oil in the flask is flushed with 7.5 l of air/h. The volatility of the oil determined in this way is expressed as a weight percent of the substance lost, based on the total initial weight of the material being examined.
Mineralöle mit geeigneter Flüchtigkeit sind naphtenische und asphalthaltige Öle der Art, die man im allgemeinen entlang der Golfküste findet, wie zum Beispiel Öle vom Typ Coastal Pale. Ein typisches Coastal Pale kann zwischen 3 und 5 Gew.-% polares Material, zwischen 20 und 35 Gew.-% aromatische Kohlenwasserstoffe und zwischen 50 und 75 Gew.-% gesättigte Kohlenwasserstoffe enthalten und ein Molekulargewicht zwischen 300 und 600 aufweisen. Als asphalthaltige Öle werden Öle bezeichnet, die Komponenten mit hohem Molekulargewicht (in etwa > 800) und hoher Polarität und nur wenige oder gar keine reinen Kohlenwasserstoffkomponenten enthalten. Zu den häufigsten polaren Komponenten, die im allgemeinen in solchen asphalthaltigen Ölen enthalten sind, gehören Carbonsäuren, Phenole, Amide, Carbazole und Pyridinbenzologe. Asphaltene enthalten üblicherweise 40-50 Gew.-% aromatischen Kohlenstoff und haben ein Molekulargewicht von mehreren Tausend. Lagerstätten asphalthaltiger Öle findet man im allgemeinen entlang der Westküste. Bei einer Temperatur von 38ºC (100ºF) sollte das Mineralöl vorzugsweise eine Viskosität von weniger als etwa 346 cSt (1600 SUS), besser weniger als 325 cSt(1500 SUS), und am besten zwischen 173 und 315 cSt (zwischen 800 und 1500 SUS), aufweisen. Der Viskositätsindex des Mineralöls sollte idealerweise weniger als 90, insbesondere weniger als 70 und am besten zwischen 30 und 60 betragen.Mineral oils with suitable volatility are naphthenic and asphaltic oils of the type commonly found along the Gulf Coast, such as Coastal Pale type oils. A typical Coastal Pale may contain between 3 and 5 wt.% polar material, between 20 and 35 wt.% aromatic hydrocarbons, and between 50 and 75 wt.% saturated hydrocarbons, and have a molecular weight between 300 and 600. Asphaltic oils are oils that contain high molecular weight (approximately > 800) and high polarity components and little or no pure hydrocarbon components. The most common polar components generally found in such asphaltic oils include carboxylic acids, phenols, amides, carbazoles, and pyridine benzenesulfonates. Asphaltenes typically contain 40-50 weight percent aromatic carbon and have a molecular weight of several thousand. Deposits of asphaltic oils are generally found along the west coast. At a temperature of 38ºC (100ºF), the mineral oil should preferably have a viscosity of less than about 346 cSt (1600 SUS), more preferably less than 325 cSt (1500 SUS), and most preferably between 173 and 315 cSt (between 800 and 1500 SUS). The viscosity index of the mineral oil should ideally be less than 90, more preferably less than 70, and most preferably between 30 and 60.
Ein besonders wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Gewichtsverhältnis zwischen Succinimid und Verdünnungsöl in den beschriebenen Mischungen. Es wurde festgestellt, daß ein Gewichtsverhältnis von weniger als 1 Teil Succinimid zu 3 Teilen Verdünnungsöl den Zweck der vorliegenden Erfindung erfüllt. Das Gewichtsverhältnis zwischen Succinimid und Verdünnungsöl liegt vorzugsweise zwischen 1:1,5 und 1:3,0, wobei das beste Gewichtsverhältnis zwischen 1:1,2 und 1:2,5 liegt.A particularly important feature of the present invention is the weight ratio between succinimide and diluent oil in the mixtures described. It has been found that a weight ratio of less than 1 part succinimide to 3 parts diluent oil meets the purpose of the present invention. The weight ratio between succinimide and diluent oil is preferably between 1:1.5 and 1:3.0, with the best weight ratio being between 1:1.2 and 1:2.5.
Das Verdünnungsöl enthält am besten zwischen 30 und 80 Gew.-% Mineralöl und zwischen 70 und 20 Gew.-% nicht hydrobehandeltes Poly-α-olefin. Bevorzugt wird ein Verdünnungsöl, das 50 bis 65 Gew.-% Mineralöl und 35 bis 50 Gew.-% nicht hydrobehandeltes Poly-α- olefin enthält. Besonders bevorzugt wird jedoch ein Verdünnungsöl mit 55 bis 60 Prozent naphtenischem Mineralöl und 40 bis 45 Prozent nicht hydrobehandeltem Poly-α-olefin.The diluent oil preferably contains between 30 and 80% by weight mineral oil and between 70 and 20% by weight non-hydrotreated poly-α-olefin. A diluent oil containing 50 to 65% by weight mineral oil and 35 to 50% by weight non-hydrotreated poly-α-olefin is preferred. However, a Diluent oil containing 55 to 60 percent naphthenic mineral oil and 40 to 45 percent non-hydrotreated poly-α-olefin.
Antioxidans. In der Praxis können als Antioxidationsmittel für die vorliegende Erfindung verschiedene Verbindungen verwendet werden. Diese schließen phenolhaltige Antioxidantien, aminhaltige Antioxidantien, geschwefelte Phenolverbindungen und organische Phosphite etc. ein. Die besten Resultat erhält man, wenn das Antioxidans hauptsächlich oder vollständig entweder aus (1) einem Antioxidans aus sterisch gehindertem Phenol, wie zum Beispiel 2-tert- Butylphenol, 2,6-Di-tert-butylphenol, 2,4,6-Tri-tert- butylphenol, 4-Methyl-2,6-di-tert-Butylphenol, 4,4'-Methylen-bis-(2,6-Di-tert-butylphenol) und gemischten Polyalkylphenolen mit Methylenbrücken, oder aus (2) einem aromatischen Aminantioxidans, wie zum Beispiel aus niedermolekularen Cycloalkyl-di- Alkylaminen und Phenylendiaminen, oder aus einer Kombination aus einem oder mehreren dieser Phenolantioxidantien und einem oder mehreren dieser Aminantioxidantien besteht. Besonders bevorzugt werden für die vorliegende Erfindung in der Praxis tertiäre butylierte Phenole, wie zum Beispiel 2,6-Di-tert- butylphenol, 2,4,6-Tri-tert-butylphenol und 0-tert- Butylphenol.Antioxidant. In practice, various compounds can be used as antioxidants for the present invention. These include phenol-containing antioxidants, amine-containing antioxidants, sulfurized phenol compounds and organic phosphites, etc. The best results are obtained when the antioxidant consists mainly or entirely of either (1) a hindered phenol antioxidant such as 2-tert-butylphenol, 2,6-di-tert-butylphenol, 2,4,6-tri-tert-butylphenol, 4-methyl-2,6-di-tert-butylphenol, 4,4'-methylene-bis-(2,6-di-tert-butylphenol) and mixed methylene-bridged polyalkylphenols, or (2) an aromatic amine antioxidant such as low molecular weight cycloalkyl-di-alkylamines and phenylenediamines, or a combination of one or more of these phenol antioxidants and one or more of these amine antioxidants. Particularly preferred for the practice of the present invention are tertiary butylated phenols such as 2,6-di-tert-butylphenol, 2,4,6-tri-tert-butylphenol and 0-tert-butylphenol.
Demulgator. In der Praxis können für die vorliegende Erfindung eine große Reihe verschiedener Demulgatoren verwendet werden, wie zum Beispiel Polyoxyalkylenglykole, oxyalkylierte Phenolharze und ähnliche Substanzen. Besonders bevorzugt werden Mischungen aus Polyoxyalkylenglykolen und oxyalkylierten Alkylphenolharzen, die zum Beispiel von der Petrolite Corporation unter dem Warenzeichen TOLAD erhältlich sind. Eines dieser Erzeugnisse mit dem Namen TOLAD 9308, besteht aus einer Mischung dieser Komponenten, die in einem Lösungsmittel aus schwerem aromatischen Naphtha und Isopropanol gelöst sind. Dieses Produkt hat sich als wirkungsvoll für die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung erwiesen. Es können jedoch auch andere Demulgatoren, wie zum Beispiel TOLAD 286, verwendet werden.Demulsifier. In practice, a wide range of different demulsifiers can be used for the present invention, such as polyoxyalkylene glycols, oxyalkylated phenolic resins and similar substances. Particularly preferred are mixtures of polyoxyalkylene glycols and oxyalkylated alkylphenol resins, available, for example, from Petrolite Corporation under the trademark TOLAD. One such product, called TOLAD 9308, consists of a mixture of these components dissolved in a solvent of heavy aromatic naphtha and isopropanol. This product has been found to be effective in the compositions of the present invention. However, other demulsifiers, such as TOLAD 286, may also be used.
Korrosionshemmer. Auch in diesem Fall gibt es ein große Reihe verschiedener Substanzen, die in der Praxis als Korrosionshemmer für die vorliegende Erfindung verwendet werden können. So können zum Beispiel Dimer- und Trimersäuren verwendet werden, die beispielsweise aus Tallölfettsäuren, Oleinsäure, Linolsäure und ähnlichen gewonnen werden. Produkte dieser Art sind derzeit von mehreren Händlern erhältlich. Dimer- und Trimersäuren werden beispielsweise unter dem Warenzeichen HYSTERENE von der Humko Chemical Division der Witco Chemical Corporation sowie unter dem Warenzeichen EMPOL von Henkel Chemicals vertrieben. Weitere nützliche Korrosionshemmer, die in der Praxis für die Erfindung verwendet werden können, sind Korrosionshemmer aus Alkenylbernsteinsäure und Alkenylbernsteinsäureanhydriden, wie zum Beispiel Tetrapropenylbernsteinsäure, Tetrapropenylbernsteinsäureanhydrid, Tetradecenylbernsteinsäure, Tetradecenylbernsteinsäureanhydrid, Hexadecenylbernsteinsäure und Hexadecenylbernsteinsäureanhydrid. Ebenso nützlich sind Halbester von Alkenylbernsteinsäuren mit 8 bis 24 Kohlenstoffatomen in der Alkenylgruppe und Alkoholen, wie zum Beispiel Polyglykolen. Bevorzugte Substanzen sind Bernsteinsäuren oder Derivative davon, die der folgenden Formel entsprechen: Corrosion inhibitors. Again, there is a wide range of different substances that can be used in practice as corrosion inhibitors for the present invention. For example, dimer and trimer acids can be used, which are obtained, for example, from tall oil fatty acids, oleic acid, linoleic acid and the like. Products of this type are currently available from several suppliers. Dimer and trimer acids are sold, for example, under the trademark HYSTERENE by the Humko Chemical Division of Witco Chemical Corporation and under the trademark EMPOL by Henkel Chemicals. Other useful corrosion inhibitors that can be used in practice for the invention are corrosion inhibitors made from alkenylsuccinic acid and alkenylsuccinic anhydrides, such as tetrapropenylsuccinic acid, tetrapropenylsuccinic anhydride, tetradecenylsuccinic acid, tetradecenylsuccinic anhydride, hexadecenylsuccinic acid and hexadecenylsuccinic anhydride. Also useful are half esters of alkenylsuccinic acids with 8 to 24 carbon atoms in the alkenyl group and alcohols, such as polyglycols. Preferred substances are succinic acids or derivatives thereof that correspond to the following formula:
wobei R², R³, R&sup5; und R&sup6;, jeweils unabhängig von einander, ein Wasserstoffatom oder eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen darstellen, und wobei R¹ und R&sup4;, jeweils unabhängig von einander, ein Wasserstoffatom, eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen oder eine Acylgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen darstellen.wherein R², R³, R⁵ and R⁶, each independently of one another, represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, and wherein R¹ and R⁴, each independently of one another, represent a hydrogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms or an acyl group having 1 to 30 carbon atoms.
Wenn sie als Hydrocarbylgruppe vorliegen, können die Gruppen R¹, R², R³, R&sup4;, R&sup5; und R&sup6; zum Beispiel Alkyl, Cycloalkyl, oder Aromaten enthaltende Gruppen sein. R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; sind vorzugsweise Wasserstoff oder entweder jeweils dieselben oder verschiedene geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffradikale mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen. Idealerweise sind R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; Wasserstoffatome. Wenn R&sup6; als Hydrocarbylgruppe vorliegt, ist die Gruppe vorzugsweise ein geradkettiges oder verzweigtes gesättigtes Kohlenwasserstoffradikal.When present as a hydrocarbyl group, the groups R¹, R², R³, R⁴, R⁵ and R⁶ can be, for example, alkyl, cycloalkyl, or aromatic-containing groups. R¹, R², R³, R⁴, and R⁵ are preferably hydrogen or either the same or different straight-chain or branched-chain hydrocarbon radicals containing from 1 to 20 carbon atoms. Ideally, R¹, R², R³, R⁵, and R⁵ are hydrogen atoms. When R⁴ is present as a hydrocarbyl group, the group is preferably a straight-chain or branched-chain saturated hydrocarbon radical.
Idealerweise wird eine Tetraalkenylbernsteinsäure mit der oben angegebenen Formel verwendet, wobei R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; Wasserstoff und R&sup6; eine Tetrapropenylgruppe ist.Ideally, a tetraalkenylsuccinic acid having the formula given above is used, where R¹, R², R³, R⁴ and R⁵ are hydrogen and R⁶ is a tetrapropenyl group.
Für die vorliegende Erfindung kann eine breite Palette von aromatischen Kohlenwasserstofflösungsmitteln verwendet werden, wie zum Beispiel Benzol, alkylsubstituiertes Benzol oder Gemische davon. Besonders vorteilhaft sind Gemische aus o-, p- und m-Xylolen und Mesitylen sowie Aromaten mit höherem Siedepunkt, wie zum Beispiel Aromatic 150 der Firma Chemtec. Andere Gemische aus aromatischen Kohlenwasserstofflösungsmitteln können jedoch auch verwendet werden.A wide range of aromatic hydrocarbon solvents can be used for the present invention, such as benzene, alkyl-substituted benzene or mixtures thereof. Mixtures of o-, p- and m-xylenes and mesitylene as well as aromatics with a higher boiling point, such as Aromatic 150 from Chemtec, are particularly advantageous. However, other mixtures of aromatic hydrocarbon solvents can also be used.
Die Verhältnisse der verschiedenen Substanzen für das Additivkonzentrat und die Destillattreibstoffe können innerhalb gewisser Grenzen variiert werden. Die besten Resultate werden jedoch erzielt, wenn diese Zusammensetzungen zwischen 10 und 50 Gewichtsteile (vorzugsweise zwischen 20 und 35 Gewichtsteile) Succinimid, bis zu 75 Gewichtsteile (vorzugsweise zwischen 50 und 65 Gewichtsteile) Verdünnungsöl, 0 bis 5 Gewichtsteile (vorzugsweise zwischen 1 und 3 Gewichtsteile) Antioxidans, 0 bis 10 Gewichtsteile (vorzugsweise zwischen 0,3 und 3 Gewichtsteile) Demulgator, zwischen 0 und 75 Gewichtsteile (vorzugsweise zwischen 5 und 25 Gewichtsteile) aromatisches Kohlenwasserstofflösungsmittel und zwischen 0 und 5 Gewichtsteile (vorzugsweise 0,025 und 1,0 Gewichtsteile) Korrosionshemmer pro Hundert Gewichtsteile der Treibstoffadditivzusammensetzung enthalten.The proportions of the various substances for the additive concentrate and the distillate fuels can be varied within certain limits. However, the best results are obtained when these compositions contain between 10 and 50 parts by weight (preferably between 20 and 35 parts by weight) of succinimide, up to 75 parts by weight (preferably between 50 and 65 parts by weight) of diluent oil, 0 to 5 parts by weight (preferably between 1 and 3 parts by weight) of antioxidant, 0 to 10 parts by weight (preferably between 0.3 and 3 parts by weight) of demulsifier, between 0 and 75 parts by weight (preferably between 5 and 25 parts by weight) of aromatic hydrocarbon solvent and between 0 and 5 parts by weight (preferably between 0.025 and 1.0 parts by weight) of corrosion inhibitor per hundred parts by weight of the fuel additive composition.
Die oben genannten Gemische der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise für Kohlenwasserstoffmischungen im Siedebereich von Benzin, oder für Mischungen aus Kohlenwasserstoff und oxygenierten Substanzen oder für oxygenierte Substanzen verwendet, eignen sich jedoch auch für den Einsatz bei mittleren Destillattreibstoffen, insbesondere bei Dieseltreibstoffen und bei Treibstoffen für Gasturbinenmotore. Die Zusammensetzung dieser Treibstoffe ist dem Fachmann hinlänglich bekannt, so daß keine weiteren Kommentare erforderlich sind. Unter oxygenierten Substanzen werden hier Alkanole und Ether verstanden, wie zum Beispiel Methanol, Ethanol, Propanol, Methyl-tert-butylether, Ethyl-tert-butylether, tert-Amyl-methylether oder Kombinationen davon. Selbstverständlich können die Ausgangstreibstoffe auch weitere, häufig verwendete Inhaltsstoffe, wie zum Beispiel Kaltstarthilfen, Farbstoffe, Metalldesaktivatoren, Substanzen zur Verbesserung der Oktanzahl sowie zur Verbesserung der Cetanzahl, Additive zur Emissionskontrolle und Antioxidantien enthalten.The above-mentioned mixtures of the present invention are preferably used for hydrocarbon mixtures in the boiling range of gasoline, or for mixtures of hydrocarbon and oxygenated substances or for oxygenated substances, but are also suitable for use with medium distillate fuels, in particular diesel fuels and fuels for gas turbine engines. The composition of these fuels is well known to the person skilled in the art, so that no further comments are required. Oxygenated substances are understood here to mean alkanols and ethers, such as methanol, ethanol, propanol, methyl tert-butyl ether, ethyl tert-butyl ether, tert-amyl methyl ether or combinations thereof. Of course, the source fuels can also contain other, frequently used ingredients, such as cold start aids, dyes, metal deactivators, substances to improve the octane number and to improve the cetane number, additives for emission control and antioxidants.
Bei Festlegung der Treibstoffzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung müssen die Additivmengen so festgelegt werden, daß eine Anforderungssteigerung in bezug auf die Oktanzahl bei Verbrennungsmotoren reduziert oder verhindert wird. Im allgemeinen wird das Treibstoffadditiv aus einem Succinimid, einem nicht hydrobehandelten Poly-α-olefin mit einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger und einem Mineralöl mit einem Viskositätsindex von weniger als 90 und einer Flüchtigkeit von 50% oder weniger für bleifreies Benzin in kleineren Mengen verwendet, so daß das Benzin den Hauptbestandteil des Treibstoffs bildet. Eine kleinere Menge bedeutet hierbei weniger als 3000 Teile pro Million Benzinteile, vorzugsweise weniger als 1500 Teile pro Million Benzinteile. Idealerweise ist das Additiv in einem Verhältnis von 600 bis 1200 Teilen pro Million Benzinteile vorhanden. Die weiteren Komponenten, die vorzugsweise zusammen mit dem Detergens bzw. Dispergiermittel und dem Verdünnungsöl verwendet werden, werden dem Treibstoff entweder einzeln oder als verschiedene Kombinationen davon beigemischt. Es ist jedoch in jedem Fall vorzuziehen, alle Komponenten zusammen einem erfindungsgemäßen Additivkonzentrat beizumischen, da in diesem Fall die Verträglichkeit der Stoffkombinationen untereinander ausgenutzt werden kann.In determining the fuel compositions of the present invention, the additive amounts must be determined so as to reduce or prevent an increase in the octane requirement of internal combustion engines. Generally, the fuel additive is selected from a succinimide, a non-hydrotreated poly-α-olefin having a Volatility of 50% or less and a mineral oil with a viscosity index of less than 90 and a volatility of 50% or less for unleaded gasoline are used in smaller quantities so that the gasoline forms the main component of the fuel. A smaller quantity here means less than 3000 parts per million gasoline parts, preferably less than 1500 parts per million gasoline parts. Ideally, the additive is present in a ratio of 600 to 1200 parts per million gasoline parts. The other components, which are preferably used together with the detergent or dispersant and the diluent oil, are mixed into the fuel either individually or as various combinations thereof. In any case, however, it is preferable to mix all the components together in an additive concentrate according to the invention since in this case the compatibility of the substance combinations with one another can be utilized.
Die folgenden Beispiele, in denen sich alle Angaben auf Gewichtsteile beziehen, erläutern die vorliegende Erfindung, sollen diese jedoch nicht einschränken.The following examples, in which all information refers to parts by weight, illustrate the present invention but are not intended to limit it.
Ein Treibstoffadditivkonzentrat wird aus folgenden Stoffen hergestellt:A fuel additive concentrate is made from the following substances:
(a) 50 Gewichtsteilen eines Detergens/Dispergiermittels, das durch Reaktion von Polyisobutenylbernsteinsäureanhydrid mit einer Säurezahl von 1,1 (hergestellt durch Reaktion von Maleinanhydrid mit Polyisobuten mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 950) mit einer handelsüblichen Mischung, die Triethylentetramin nahekommt, wobei das Molarverhältnis jeweils 2:1 beträgt.(a) 50 parts by weight of a detergent/dispersant prepared by reacting polyisobutenyl succinic anhydride having an acid number of 1.1 (prepared by reacting maleic anhydride with polyisobutene having a number average molecular weight of 950) with a commercially available mixture that is close to triethylenetetramine, with a molar ratio of 2:1 in each case.
(b) 75 Teilen eines naphtenischen Mineralöls der Bezeichnung H-4053 von der Witco Corporation,(b) 75 parts of a naphthenic mineral oil, designation H-4053, available from Witco Corporation,
(c) 25 Teilen eines nicht hydrobehandelten PAO mit einer Viskosität von 10 cSt,(c) 25 parts of a non-hydrotreated PAO with a viscosity of 10 cSt,
(d) 3,5 Teilen eines Demulgatorgemischs, das aus Alkylarylsulfonaten, Polyoxyalkylenglykolen und oxyalkylierten Alkylphenolharzen, in Alkylbenzolen (TOLAD 9308),(d) 3.5 parts of a demulsifier mixture consisting of alkylarylsulfonates, polyoxyalkylene glycols and oxyalkylated alkylphenol resins in alkylbenzenes (TOLAD 9308),
(e) 2 Teilen Tetrapropenylbernsteinsäure, die in leichtem Mineralöl als 50-%ige Lösung vorliegt.(e) 2 parts of tetrapropenylsuccinic acid, prepared as a 50% solution in light mineral oil.
Dieses Konzentrat wird mit Benzinen und Dieseltreibstoffen in Konzentrationen von 0,44 kg/m³ (155,5 PTB) gemischt.This concentrate is mixed with gasoline and diesel fuels in concentrations of 0.44 kg/m³ (155.5 PTB).
Beispiel 1 wird mit den darin verwendeten Komponenten wiederholt, wobei jedoch 60 Gewichtsteile (a), 60-80 Gewichtsteile (b) und 40-60 Gewichtsteile (c) und zusätzlich 4 Teile eines Antioxidantiengemischs aus tertiärem butylierten Phenol mit mindestens 75 % 2,6-Di- tert-butylphenol, 10-15 % 2,4,6-Tri-tert-butylphenol und 15-10 % 2-tert-Butylphenol, 3 Teile Tolad 286 und 2 Teile Tetrapropenylbernsteinsäure, die als 50-%ige Lösung in leichtem Mineralöl vorliegt, enthalten sind. Diese Mischung wird dann in einem Verhältnis von 0,51 kg/m³ (180 PTB) mit Benzin gemischt.Example 1 is repeated with the components used therein, but with 60 parts by weight of (a), 60-80 parts by weight of (b) and 40-60 parts by weight of (c) and additionally 4 parts of an antioxidant mixture of tertiary butylated phenol containing at least 75% 2,6-di-tert-butylphenol, 10-15% 2,4,6-tri-tert-butylphenol and 15-10% 2-tert-butylphenol, 3 parts of Tolad 286 and 2 parts of tetrapropenylsuccinic acid, which is in the form of a 50% solution in light mineral oil. This mixture is then mixed with gasoline in a ratio of 0.51 kg/m³ (180 PTB).
Beispiel 1 wird mit den darin verwendeten Komponenten wiederholt, wobei jedoch 75 Teile (a), 75- 100 Teile (b) und 75 Teile (c) und zusätzlich 5 Teile eines Antioxidantiengemischs aus tertiärem butylierten Phenol mit mindestens 75% 2,6-Di-tert-butylphenol, 10-15 % 2,4,6-Tri-tert-butylphenol und 15-10 % 2-tert- Butylphenol, 3,5 Teile Tolad 9308 und 2 Teile Tetrapropenylbernsteinsäure, die als 50-%ige Lösung in leichtem Mineralöl vorliegt, enthalten sind. Diese Mischung wird dann zu einem Verhältnis von 0,64 bis 0,71 kg/m³ (225-250 PTB) mit Benzin gemischt.Example 1 is repeated with the components used therein, but using 75 parts (a), 75-100 parts (b) and 75 parts (c) and additionally 5 parts of an antioxidant mixture of tertiary butylated phenol containing at least 75% 2,6-di-tert-butylphenol, 10-15% 2,4,6-tri-tert-butylphenol and 15-10% 2-tert-butylphenol, 3.5 parts Tolad 9308 and 2 parts tetrapropenyl succinic acid, which is in the form of a 50% solution in light mineral oil. This mixture is then mixed with gasoline at a ratio of 0.64 to 0.71 kg/m³ (225-250 PTB).
Die Wirksamkeit der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zur Reduzierung oder Verhinderung eines steigenden Oktanbedarfs bei einem Verbrennungsmotor wird anhand einer Reihe von Tests, die mit einem 2,3-Liter-Ford-Motor durchgeführt wurden, gezeigt. Der Motor wurde 112 Stunden mit dem angegebenen Treibstoffadditiv betrieben, wobei die üblichen Methoden zur Bestimmung der Anforderungssteigerung an die Oktanzahl angewandt wurden. Abbildung 1 zeigt die Auswirkungen von verschiedenen Additivkonzentraten auf den Oktanbedarf des 2,3-Liter-Ford-Motors.The effectiveness of the compositions of the present invention in reducing or preventing an increase in octane requirement in an internal combustion engine is demonstrated by a series of tests conducted on a 2.3 liter Ford engine. The engine was operated for 112 hours with the specified fuel additive using conventional methods for determining octane requirement increase. Figure 1 shows the effects of various additive concentrates on the octane requirement of the 2.3 liter Ford engine.
Die Wirkung der Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf eine Reduzierung von Ablagerungen auf Induktionssystemen wurde in einer Reihe von Standardmotortests gezeigt, die mit den Testbenzinen mit den in den Beispielen 1, 2 und 3 angegebenen Zubereitungen durchgeführt wurden.The effectiveness of the compositions of the present invention in reducing deposits on induction systems was demonstrated in a series of standard engine tests carried out on the white spirits having the formulations given in Examples 1, 2 and 3.
In einer Testreihe, dem Briggs-und-Stratton- Motortest, wurden die in Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzungen mit einem unbehandelten Benzin verglichen. Für die Tests wurde ein 3 PS-Motor von Briggs & Stratton und ein Öl vom Typ SAE 10W-40 verwendet. Die Testdauer betrug 150 Stunden. Nach Einbremsen des Motors bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Belastungen wurde der Motor mit einer Last von 500 W (0,67 PS) mit 3000 upm betrieben. Die Zündkerzentemperatur wurde auf etwa 204ºC (400ºF) eingeregelt. Der Ölstand wurde häufig geprüft, und nach 80 Stunden wurde ein Ölwechsel durchgeführt. Vor und nach jedem Test wurden die Ventile gewogen, um die Menge von Ablagerungen zu bestimmen. Für den Test wurde unverbleiter, unbehandelter Treibstoff der Marke Phillips J verwendet und die Menge von Ablagerungen auf den Einlaßventilen gemessen. Die Ergebnisse der Tests, die unter denselben Testbedingungen durchgeführt wurden, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Komponente kg/m3 (PTB) Ventilablagerungen (mg)In a series of tests, the Briggs and Stratton Engine Test, the compositions given in Example 1 were compared with an untreated gasoline. The tests used a 3 hp Briggs & Stratton engine and SAE 10W-40 oil. The test duration was 150 hours. After breaking in the engine at various speeds and loads, the engine was operated with a load of 500 W (0.67 hp) at 3000 rpm. The spark plug temperature was controlled to about 204ºC (400ºF). The oil level was checked frequently and an oil change was made after 80 hours. Before and after each test, the valves were weighed to determine the amount of deposits. Phillips J brand unleaded, untreated gasoline was used for the test and the amount of deposits on the intake valves was measured. The results of the tests conducted under the same test conditions are shown in Table 1. Table 1 Component kg/m3 (PTB) Valve deposits (mg)
Bei einer weiteren Testreihe mit einem 2,3 l 4- Zylinder-Ford-Motor, für die der ungemischte Treibstoff Union Oil Clear verwendet wurde, wurden Testtreibstoffe mit den in Beispiel 2 angegebenen Zusammensetzungen mit einem unbehandelten Treibstoff verglichen. Die Testdauer betrug 112 Stunden. Als Vorbereitung wurde der Motor 1 Minute lang mit 2000 upm mit einer Last von 0-3 kW (0-4 BHP) und dann 3 Minuten lang mit 2800 upm und 28 kW (37 BHP) betrieben. Das Öl wurde alle 8 Stunden überprüft und nach 56 Stunden gewechselt. Am Ende der Tests wurden die Einlaßventil und -öffnungen ausgebaut und gewogen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Tests mit behandelten und unbehandelten Treibstoffen, die unter denselben Testbedingungen durchgeführt wurden. Tabelle 2 Komponente kg/m3 (PTB) Durchschn. Ablagerungen (mg)In a further series of tests on a 2.3 litre 4 cylinder Ford engine using Union Oil Clear unblended fuel, test fuels having the compositions given in Example 2 were compared with an untreated fuel. The test duration was 112 hours. In preparation, the engine was run for 1 minute at 2000 rpm with a load of 0-3 kW (0-4 BHP) and then for 3 minutes at 2800 rpm and 28 kW (37 BHP). The oil was checked every 8 hours and changed after 56 hours. At the end of the tests, the inlet valves and ports were removed and weighed. Table 2 shows the results of the tests on treated and untreated fuels carried out under the same test conditions. Table 2 Component kg/m3 (PTB) Average deposits (mg)
Bei einer weiteren Testreihe wurde ein BMW 318 mit Automatikgetriebe und einem 1,8 l PFI-Motor mit unbehandeltem und behandeltem bleifreiem Normalbenzin der Marke Mobil auf einer Strecke von 16000 km (10000 Meilen) gefahren. Während des Tests wurde der BMW zu 10% mit Stadtverkehrsgeschwindigkeit im Stop-and-Go-Verkehr, zu 20% mit mäßiger Geschwindigkeit mit wenigen Stops und zu 70% mit Autobahngeschwindigkeit von 105 km/h (65 MPH) gefahren. Um die erforderliche Kilometerzahl zu erreichen wurde der BMW 20 Stunden pro Tag bzw. 1300 km (800 Meilen) pro Tag gefahren. Der Ölwechsel wurde entsprechend den BMW Serviceintervallen durchgeführt. Nach 8000 und 16000 km (5000 bzw. 10000 Meilen) wurden die Einlaßventil ausgebaut und gewogen. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Tests mit verschiedenen Additivkonzentraten. Tabelle 3 Komponente kg/m3 (PTB) Durchschn. Ablagerungen (mg)In another series of tests, a BMW 318 with automatic transmission and a 1.8 l PFI engine was driven on untreated and treated Mobil regular unleaded petrol over a distance of 16000 km (10000 miles). During the test, the BMW was driven 10% at city speeds in stop-and-go traffic, 20% at moderate speeds with few stops and 70% of the time driven at highway speeds of 105 km/h (65 MPH). To achieve the required mileage, the BMW was driven 20 hours per day or 1300 km (800 miles) per day. The oil change was carried out according to the BMW service intervals. After 8000 and 16000 km (5000 and 10000 miles respectively) the intake valves were removed and weighed. Table 3 shows the results of the tests with various additive concentrates. Table 3 Component kg/m3 (PTB) Average deposits (mg)
Um festzustellen, in wieweit die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ein Verkleben der Ventile verhindern oder zumindest zur Kontrolle beitragen können, wurden eine Reihe von entsprechenden Tests mit den in Beispiel 3 angegebenen Zusammensetzungen durchgeführt. Hierfür wurde der Standard Ventilverklebungstest mit einem wassergekühlten VW Boxermotor verwendet. Der VW Boxertest besteht aus 3 aufeinanderfolgenden Testläufen mit 13 Testzyklen, wobei jeder Testlauf 21 Minuten mit Last- und Geschwindigkeitsänderungen und Stops durchgeführt wird. Vor den Testläufen wurde der Motor mit den Standardverfahren entsprechend vorbereitet. Nach jedem Testlauf wurde der Motor gestoppt und die Temperatur in den Testzellen wurde mindestens 16 Stunden lang auf 5ºC gehalten. Jeder Kompressionsverlust wurde als Versagen betrachtet. Dann wurde die Kompression der einzelnen Zylinder bei 5ºC gemessen. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse des Tests in bezug auf das Verkleben von Ventilen, wenn ein Motor mit Treibstoff betrieben wird, der die Detergentien bzw. Zusätze der vorliegenden Erfindung enthält. Tabelle 4 Kompression (in Bar) Zylinder TestlaufIn order to determine the extent to which the compositions of the present invention can prevent or at least help to control valve sticking, a series of tests were carried out with the compositions given in Example 3. The standard valve sticking test was used for this with a water-cooled VW boxer engine. The VW boxer test consists of 3 consecutive test runs with 13 test cycles, each test run being carried out for 21 minutes with load and speed changes and stops. Before the test runs, the engine was prepared accordingly using the standard procedures. After each During the test run, the engine was stopped and the temperature in the test cells was maintained at 5ºC for at least 16 hours. Any loss of compression was considered a failure. The compression of each cylinder was then measured at 5ºC. Table 4 shows the results of the test for valve sticking when an engine was operated with fuel containing the detergents or additives of the present invention. Table 4 Compression (in bar) Cylinder test run
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