JP2005518342A - 組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は組成物を提供するものであり、この組成物は、i)少なくとも1種の、式(I):
【化1】

式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
【化2】

の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子5〜20個であり;式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、式中、nが0〜10の整数である化合物と、ii)希釈剤又は担体とを含み、この組成物には、1種又は複数種の式(I)の化合物が、30℃において、組成物重量当たり、少なくとも1重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。

Description

本発明は組成物に関する。具体的には、本発明は、燃焼系から排気ガスを受ける微粒子フィルタ系の再生に使用できる組成物に関する。
ディーゼル燃料の微粒子排出物は、健康上問題であると認識されている。この問題に対する1つの解決策は、排気ガスから炭素質材料を濾過することである。これを行う装置は周知である。こうしたフィルタは、炭素質付着物を燃焼させることによって、定期的に再生しなければならない。鉄−有機化合物、特にフェロセンとその誘導体が燃焼を促進させる効果は、裸火の燃焼及びエンジン内での燃焼のいずれに関しても知られている。更に、従来技術(例えば、Fuels 1999、2nd International Colloquium、Esslingen Technical Academyにおいて、1999年1月20日〜21日)は、ディーゼル燃料への添加剤によって、ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)を再生することができることを開示している。何故なら、これらの添加剤が生成する燃焼生成物が、ディーゼル微粒子フィルタ(DPF)で濾過された、煤粒子の着火温度を低下させ、これら煤粒子は燃えて焼き尽くされてしまうからである。
フェロセンなど、固体状の鉄−有機化合物はこの燃料への投与に適していないので、これらの化合物の、ディーゼル油に容易に可溶でディーゼル油と完全に相溶性のある溶液、又は、1種若しくは複数種の、使用温度で液状の鉄−有機化合物を使用して投与することが好都合である。特に燃焼系が車両上に配置されている場合は、添加剤供給容器の大きさをなるべく小さくできるように、もっと正確に言えば頻繁に補充する必要がないように、鉄−有機化合物を含有する溶液は高濃度溶液であることが望ましい。
フェロセン自体は、高芳香族系溶剤(PLUTOsol(登録商標)APF、Octel Deutschland GmbHが供給)への、−40℃での溶解限度が2.4重量%であり、これは鉄含有率0.72重量%に相当する。非芳香族系溶剤(Isopar L)では、フェロセンの−30℃での鉄含有率は0.22重量%にすぎない。−40℃での鉄含有率が1.0重量%より高い、好ましくは2.5重量%より高い、より好ましくは4.0重量%より高い鉄−有機化合物の溶液が求められている。好ましい溶剤は、Isopar(登録商標)を含めた低芳香族系又は非芳香族系溶剤である。何故なら、これを用いることにより、添加物供給容器及びポンプ/吐出系の構築に使用される材料、具体的にはポリマー、特にHDPEのより広い選択が可能になるからである。
HDPEは低価格の広く用いられている材料であるが、通常は高芳香族系溶剤と適合性がない。HDPE添加剤供給容器に芳香族系溶剤を使用すると、容器の歪又は膨潤が起こる恐れがあり、そのために物理的変化及び劣化が予想される。これらの側面からは、容器に必要な12〜15年の寿命は期待できない。更に、芳香族系溶剤は、HDPE容器の壁を透過する可能性があり、そのために溶剤は時間が経つと失われ、その結果溶液の粘度上昇及び添加物組成の特性の望ましくない変化が起こる。
溶剤が失われることによる濃縮効果により、鉄−有機化合物含有率が増加し、したがって燃料を処理すべき活性な鉄の含有率を変化させることになる。このことは再生プロセスに影響を与える可能性があり、再生中のDPF内部で過度の反応発熱が起こる恐れがある。セラミック系DPF材料には悪い影響があり、その結果熱ショックによる割れ又は他の損傷をもたらす。更に、溶剤の損失で誘起された濃縮効果の結果、鉄の処理速度が大きくなりすぎると、灰の蓄積が加速される。灰の蓄積は、最後にはフィルタからの洗浄が必要になる自然なプロセスである。
HDPE容器を改造して芳香族系溶剤との適合性を高めることができる。この方法は、容器の膨潤及び歪、並びに壁を経由した透過による溶剤の損失を防止するために、容器内部にバリヤ又はライニングを形成することを含む。適当なバリヤ又はライニングは、容器をブロー成形で製造する場合、共押出と呼ばれるプロセスによって設けることができる。容器を射出成形で製造する場合は、製造後のフッ素化によってバリヤを作ることができる。ポリアミド層との共押出、又は射出成形後のレベル5へのフッ素化は、当分野の技術者に周知の技術である。
米国特許第6,003,303号A 米国特許第3,673,232号A Fuels 1999、2nd International Colloquium、Esslingen Technical Academyにおいて、1999年1月20日〜21日 P L Herzog、ATA、53巻、11/12号、389−397頁、2000年
芳香族系溶剤を用いて配合した添加剤の貯蔵ができるようにHDPEを適合する従来技術の方法には、大きな欠点がある。透過による溶剤損失を防止するために、更にHDPE容器に芳香族系溶剤を貯蔵するときにこれがないと発生する膨潤及び歪を防止するためにバリヤを設けることが必要であることは、芳香族系溶剤を用いて配合した添加剤の貯蔵に著しいコスト上の不利益を課すものである。同様に、射出成形後の容器をフッ素化する必要が招く製造ロジスティックスの不利益がある。或いは、ブロー成形プロセスでバリヤライナーをHDPEと共押出する必要が招く柔軟性の欠如がある。芳香族系溶剤との適合性を高めるように構成されたHDPE容器のその他の欠点は、HDPEだけからなる、又は主としてHDPEからなる容器より、リサイクルが困難なことである。将来、車両はその有用な耐用期間が終了するとリサイクルされることになるから、車両の構成部品が容易にリサイクルできることはますます重要になっている。したがって、添加剤を低芳香族系又は非芳香族系溶剤で配合して、コストを低減させ、製造ロジスティックスの問題を解消し、リサイクルの問題を回避することは大変好ましいことである。
本発明は、従来技術の問題を緩和するものである。
一態様では、本発明は組成物を提供するものであり、この組成物は、
i)少なくとも1種の、式(I):
式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子5〜20個であり;式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、式中、nが0〜10の整数である化合物と、ii)希釈剤又は担体とを含み、この組成物には、1種又は複数種の式(I)の化合物が、−30℃において、組成物重量当たり、少なくとも1重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。
一態様では、本発明は燃料添加物投与装置を提供するものであり、この燃料添加物投与装置は、芳香族系希釈剤又は担体と適合しないプラスチック材料から形成された供給容器と、この供給容器内に収容された組成物とを含み、この組成物は、
i)少なくとも1種の、式(I):
式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
の基であって、式中、Qが、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3が、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される基からなる群から選択され;式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子5〜20個であり;式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、式中、nが0〜10の整数である化合物と、ii)低芳香族系又は非芳香族系の希釈剤又は担体とを含む。
一態様では、本発明は燃料組成物を提供するものであり、この燃料組成物は、(a)燃料と、
(b)式(I):
式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;
式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子5〜20個であり;
式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、
式中、nが0〜10の整数である化合物とを含む。
一態様では、本発明は、燃料燃焼系の排気系に配置した微粒子フィルタを再生する方法を提供するものであり、この方法は、この微粒子フィルタに存在する炭素系微粒子を、本明細書で規定した組成物の燃焼生成物と接触させることを含む。
一態様では、本発明は、燃焼系の排気系に配置した微粒子フィルタの再生温度を低下させるための、本明細書に規定した組成物の使用を提供する。
本発明の化合物が、有利には、本発明による組成物中に存在する希釈剤又は担体に対して、高度の溶解性又は分散性、好ましくは溶解性を有することが見出された。更に、本発明の組成物は、有利には、広範な温度領域にわたって温度安定性を有する。具体的には、−30℃〜+90℃の範囲内、好ましくは−40℃〜+90℃の範囲内では、安定性の問題は起こらない。驚くべきことに、本発明の組成物は、10重量%までの鉄含有率を有する組成物を提供することができることが分かった。この組成物は、−30℃まで安定であり、−40℃以下まで部分的に安定である。更に、鉄を2.5重量%含有する溶液は−40℃で安定であることが見出された。
本発明の他の利点は、低温領域でその粘度が過度に上昇しない組成物を提供することである。粘度が上昇しすぎると、組成物のポンパビリディーに悪影響があり、例えば、計量ポンプに関連して支障が生じる。これに関しては、鉄含有率が2.5重量%の本発明による組成物の粘度は、有利には、温度−40℃で約25mPas以下である。
本明細書で用いる用語「ヒドロカルビル」は、少なくともC及びHを含む基のことである。ヒドロカルビル基が2個以上のCを含む場合、これらの炭素は必ずしも互いに結合している必要はない。例えば、少なくとも2個の炭素は、適当な元素又は基を介して結合してもよい。したがって、ヒドロカルビル基はヘテロ原子を含有してもよい。適当なヘテロ原子は当分野の技術者には明らかであり、例えば、硫黄、窒素、酸素、ケイ素及び燐が含まれる。これらのヘテロ原子の中では、酸素が特に好ましい。したがって、一態様では、ヒドロカルビル基は、例えば、アルコキシ基とすることができる。
Aの不飽和環式ヒドロカルビル基及びBの不飽和環式ヒドロカルビル基を含めて、それぞれのヒドロカルビル基は、任意選択で、1個又は複数個の置換基で置換することができる。こうした置換基はいずれも、式(I)の化合物の調製に用いられる反応条件下で不活性であることが好ましく、液体炭化水素燃料又はこうした燃料に用いられるその他の添加剤との好ましくない相互作用をもたらすことがないことが好ましい。これらの条件を満足する置換基は、当分野の技術者なら容易に分かるであろう。
適当な置換基の例としては、アルキル、置換アルキル、アルコキシ、置換アルコキシ、アリール、置換アリール、アリールアルキル、置換アリールアルキルなどの基及びシクロアルキルなどの環式基が挙げられる。置換基が環式基である可能性に加えて、置換基の組合わせが環式基を形成してもよい。置換された基の適当な置換基としては、アルキル、ハロ、ヒドロキシ、ニトロ、アルコキシ、アリール、環式、エステルなどの基及びこれらの組合わせが挙げられる。置換アリールアルキル基の場合は、1個の置換基又は複数個の置換基が、この基のアリール部分及び/又はアルキル部分に存在してもよい。アルコキシ又はアリールアルキル基の用語「アルキル」又はアルキル部分は、直鎖であってもよく、又は枝分れ鎖であってもよい。
代表的なヒドロカルビル基は炭化水素基である。ここでは、用語「炭化水素」は、線状、枝分かれ、又は環式のいずれでもよいアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、或いはアリール基のいずれか1種を意味する。炭化水素という用語は、任意選択で置換されている基も含む。炭化水素が、その上に1個又は複数個の置換基を有する枝分かれ構造である場合は、この置換は、炭化水素主鎖上にあっても、側鎖上にあってもよい。あるいは、複数個の置換基が炭化水素主鎖上及び側鎖上にあってもよい。
代表的な炭化水素基はアルキル基である。
ヒドロカルビル/炭化水素/アルキルは、直鎖でも枝分かれでもよく、且つ/又は飽和でも不飽和でもよい。
用語「R1−C−R2主鎖」は、R1−C−R2部位内の直接結合している原子の最長鎖を意味する。鎖は、末端炭素の環式置換基又は置換基の原子を含まないものと理解される。
特に断らない限り、鉄の重量パーセント(重量%)は、−30℃及び1気圧で測定する。
用語「芳香族系希釈剤又は担体に適合しないプラスチック材料」は、歪を受けるプラスチック材料、並びに/或いは、芳香族系希釈剤又は担体の透過による平均溶剤損失が、1年当たり5%より大きい、又は10%より大きいなど、1年当たり2%より大きいプラスチック材料を意味する。
本明細書で用いる用語「芳香族系」は、芳香族物質の総含有率が98重量%より高い希釈剤又は担体を言う。代表的な芳香族物質は、炭素原子9〜16個を有し、沸点範囲が170℃〜295℃の芳香族化合物である。PLUTOsol(商標)APFは、芳香族系希釈剤又は担体の一例である。
本明細書で用いる用語「非芳香族系又は低芳香族系」は、芳香族物質の総含有率が30重量%より低い希釈剤又は担体を言う。好ましくは、本明細書で用いる用語「非芳香族系又は低芳香族系」は、芳香族物質の総含有率が20重量%より低い、好ましくは10重量%より低い、好ましくは5重量%より低い、好ましくは1重量%より低い、例えば0.5重量%より低い、好ましくは0.1重量%より低い、例えば0.05重量%より低い希釈剤又は担体を言う。Isopar Lは、非芳香族系又は低芳香族系希釈剤又は担体の一例であり、芳香族物質の総含有率が0.05重量%より低い。
本明細書で用いる「炭素系微粒子」としては、燃焼系内での燃料の不完全燃焼によって通常形成される炭素系微粒子が含まれるが、燃焼系内で使われる潤滑油又は他の有機系材料の燃焼からも形成される炭素系微粒子も含まれる。代表的な炭素系微粒子は煤粒子を含む。
本明細書で用いる用語「再生温度」は、捕捉された炭素系微粒子をガス状生成物に酸化することのできる最低排気ガス温度を言う。再生温度は、ディーゼル微粒子フィルタ上の炭素系微粒子の付着速度が、ガス生成物への酸化によるディーゼル微粒子フィルタからの炭素系微粒子の除去速度と等しい排気ガス温度と定義することもできる。これはDPFの均衡点として知られている。均衡点の更なる詳細及びその測定方法は、米国特許第6,003,303号A、又はP L Herzog、ATA、53巻、11/12号、389−397頁、2000年で検索することができる。
組成物
前述のように、一態様では、本発明は組成物を提供するものであり、この組成物は、
i)少なくとも1種の、式(I):
式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子5〜20個であり;式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、式中、nが0〜10の整数である化合物と、ii)希釈剤又は担体とを含み、この組成物には、1種又は複数種の式(I)の化合物が、−30℃において、組成物重量当たり、少なくとも1重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。
希釈剤又は担体
一態様では、希釈剤又は担体は溶剤である。一態様では、希釈剤又は担体は、低芳香族系又は非芳香族系の希釈剤又は担体である。一態様では、希釈剤又は担体は、低芳香族系又は非芳香族系の溶剤である。
式(I)の1種又は複数種の化合物を、希釈剤又は担体に溶解して溶液を形成することができること、或いは、希釈剤又は担体に懸濁させて懸濁液を形成することができることは容易に理解できよう。一態様では、式(I)の1種又は複数種の化合物の一部分を希釈剤又は担体に溶解し、式(I)の1種又は複数種の化合物の一部分を希釈剤又は担体に懸濁させる。好ましい態様では、式(I)の1種又は複数種の化合物の実質上すべてを希釈剤又は担体に溶解する。用語「実質上すべて」は、式(I)の1種又は複数種の化合物の90%超、好ましくは95%超、好ましくは98%超を意味する。
好ましい希釈剤又は担体は、蒸発による損失が長期貯蔵時に鉄濃度の著しい変化を引き起こさないように、初留点が100℃より高い、好ましくは少なくとも160℃の、したがって蒸気圧の低い、低芳香族系又は非芳香族系の希釈剤又は担体である。好ましい非芳香族系又は低芳香族系の希釈剤又は担体は、芳香族物質の総含有率が、10重量%より低く、好ましくは1重量%より低く、好ましくは0.5重量%より低い。好ましい非芳香族系又は低芳香族系の希釈剤又は担体の一例はIsopar Lである。
非芳香族系又は低芳香族系の希釈剤又は担体の使用は、特に健康及び安全問題に関する取扱い及び貯蔵の容易さを改善し、HDPEなどのプラスチック材料の範囲から形成される供給容器との適合性を可能にする。
1−C−R2
一態様では、R1−C−R2主鎖の長さが原子5、7、又は19個である場合、主鎖は置換されている。
一態様では、R1−C−R2主鎖は置換されている。
一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子6〜20個である。一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子7〜20個である。一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子8〜20個である。一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子14〜20個である。
一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子5〜18個であり、好ましくは長さは原子6〜18個であり、好ましくは長さは原子8〜18個であり、好ましくは長さは原子14〜18個である。
一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子7〜10個である。一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子7個である。一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子8個である。一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子9個である。一態様では、R1−C−R2主鎖の長さは原子10個である。
1及びR2
一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C4-19ヒドロカルビル基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C4-10ヒドロカルビル基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C7-19ヒドロカルビル基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C7-10ヒドロカルビル基から選択される。
一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C1-19炭化水素基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C4-19炭化水素基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C4-10炭化水素基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C7-19炭化水素基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C7-10炭化水素基から選択される。
用語「炭化水素」は、線状、枝分かれ又は環式のいずれでもよいアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、或いはアリール基のいずれか1種を意味する。炭化水素という用語は、任意選択で置換されている基も含む。炭化水素が、その上に1個又は複数個の置換基を有する枝分かれ構造である場合は、この置換は、炭化水素主鎖上にあっても、側鎖上にあってもよい。あるいは、複数個の置換基が炭化水素主鎖上及び側鎖上にあってもよい。
一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C1-19アルキル基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C4-19アルキル基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C4-10アルキル基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C7-19アルキル基から選択される。一態様では、R1及びR2は、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C7-10アルキル基から選択される。
一態様では、少なくとも1個のR1基は、独立に、水素、メチル及びエチルから選択される。好ましい態様では、各R1基は、独立に、水素、メチル及びエチルから選択される。
一態様では、少なくとも1個のR1基は水素である。好ましい態様では、各R1基は水素である。
一態様では、少なくとも1個のR1基はメチルである。好ましい態様では、各R1基はメチルである。
一態様では、少なくとも1個のR1基はエチルである。好ましい態様では、各R1基はエチルである。
一態様では、少なくとも1個のR2基は、非置換若しくは置換C2-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C3-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C4-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C5-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C6-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C7-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C6-15ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C7-15ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C4-10ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C6-10ヒドロカルビル基、及び非置換若しくは置換C7-10ヒドロカルビル基から選択される基である。
一態様では、少なくとも1個のR2基は、非置換若しくは置換C2-19炭化水素基、非置換若しくは置換C3-19炭化水素基、非置換若しくは置換C4-19炭化水素基、非置換若しくは置換C5-19炭化水素基、非置換若しくは置換C6-19炭化水素基、非置換若しくは置換C7-19炭化水素基、非置換若しくは置換C6-15炭化水素基、非置換若しくは置換C7-15炭化水素基、非置換若しくは置換C4-10炭化水素基、非置換若しくは置換C6-10炭化水素基、及び非置換若しくは置換C7-10炭化水素基から選択される基である。
一態様では、少なくとも1個のR2基は、非置換若しくは置換C2-19アルキル基、非置換若しくは置換C3-19アルキル基、非置換若しくは置換C4-19アルキル基、非置換若しくは置換C5-19アルキル基、非置換若しくは置換C6-19アルキル基、非置換若しくは置換C7-19アルキル基、非置換若しくは置換C6-15アルキル基、非置換若しくは置換C7-15アルキル基、非置換若しくは置換C4-10アルキル基、非置換若しくは置換C6-10アルキル基、及び非置換若しくは置換C7-10アルキル基から選択される基である。
一態様では、各R2基は、非置換若しくは置換C2-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C3-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C4-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C5-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C6-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C7-19ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C6-15ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C7-15ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C4-10ヒドロカルビル基、非置換若しくは置換C6-10ヒドロカルビル基、及び非置換若しくは置換C7-10ヒドロカルビル基から選択される基である。
一態様では、各R2基は、非置換若しくは置換C2-19炭化水素基、非置換若しくは置換C3-19炭化水素基、非置換若しくは置換C4-19炭化水素基、非置換若しくは置換C5-19炭化水素基、非置換若しくは置換C6-19炭化水素基、非置換若しくは置換C7-19炭化水素基、非置換若しくは置換C6-15炭化水素基、非置換若しくは置換C7-15炭化水素基、非置換若しくは置換C4-10炭化水素基、非置換若しくは置換C6-10炭化水素基、及び非置換若しくは置換C7-10炭化水素基から選択される基である。
一態様では、各R2基は、非置換若しくは置換C2-19アルキル基、非置換若しくは置換C3-19アルキル基、非置換若しくは置換C4-19アルキル基、非置換若しくは置換C5-19アルキル基、非置換若しくは置換C6-19アルキル基、非置換若しくは置換C7-19アルキル基、非置換若しくは置換C6-15アルキル基、非置換若しくは置換C7-15アルキル基、非置換若しくは置換C4-10アルキル基、非置換若しくは置換C6-10アルキル基、及び非置換若しくは置換C7-10アルキル基から選択される基である。
一態様では、少なくとも1個のR2は置換されていない。好ましい態様では、各R2は非置換である。
式(I)の炭素に結合しているR2の原子は、アルキル基で置換されていないことが好ましい。式(I)の炭素に結合しているR2の原子は、置換されていないことが好ましい。
一態様では、少なくとも1個のR2基は、アルキル、アリール、アリールアルキル、及びアルカリール基から選択される、1個又は複数個の置換基で置換されている。一態様では、各R2基は、アルキル、アリール、アリールアルキル、及びアルカリール基から選択される、1個又は複数個の置換基で置換されている。
一態様では、少なくとも1個のR2基は、1個又は複数個のアルキル基で置換されている。一態様では、各R2基は、1個又は複数個のアルキル基で置換されている。
一態様では、少なくとも1個のR2基、好ましくは各R2基の主鎖の、一つおきの炭素は置換されており、好ましくは二置換されている。一態様では、置換基は、好ましくはアルキルであり、より好ましくはメチルである。この態様では、置換基が同一であることが好ましい。この態様における好ましいR2基の一例は、ポリイソブテン(PIB)である。通常、ポリイソブテン基は次式を有する:
式中、qは、整数であり、好ましくは1〜10の整数、より好ましくは3〜8の整数、例えば3、4又は5である。
一態様では、少なくとも1個のR2基は、式(VI)の基であり、好ましくは各R2基が式(VI)の基である:
一態様では、少なくとも1個のR2基、好ましくは各R2基は、式(II)の基である:
式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり、且つ式中R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される。
一態様では、少なくとも1個のR2基、好ましくは各R2基は、式(VII)の基である:
式中、xは正の整数であり、且つ式中R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される。
一態様では、少なくとも1個のR2基、好ましくは各R2基は、式(III)の基である:
式中、mは正の整数であり、且つ式中R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される。
mは、少なくとも2の整数であることが好ましい。好ましい態様では、mは2である。別の好ましい態様では、mは3である。他の好ましい態様では、mは4である。
3は、水素、メチル及びエチルからなる群から選択されることが好ましい。好ましい態様では、R3は、水素及びメチルからなる群から選択される。
A及びB
上記のように、本明細書で用いる用語「ヒドロカルビル」は、少なくともC及びHを含む基を言う。ヒドロカルビル基が2個以上のCを含む場合は、これらの炭素は、必ずしも互いに結合している必要はない。例えば、これらの炭素の少なくとも2個は、適当な元素又は基を介して結合することができる。したがって、ヒドロカルビル基は、ヘテロ原子を含有することができる。適当なヘテロ原子は当分野の技術者には明らかであり、例えば、硫黄、窒素、酸素、ケイ素及び燐が含まれる。ヘテロ原子が存在する場合は、酸素であることが好ましい。
Aの不飽和環式ヒドロカルビル基及び/又はBの不飽和環式ヒドロカルビル基は、例えば、複素環基とすることができる。
一態様では、A及びBはそれぞれ、環に原子3〜10個を含有し、好ましくは環に原子4、5又は6個を含有し、より好ましくは環に原子5個を含有する。
一態様では、A及びBは、それぞれ独立に、非置換若しくは置換芳香族ヒドロカルビル環である。好ましくは、A及びBは、それぞれ独立に、非置換若しくは置換芳香族炭素環である。
一態様では、Aの1個若しくは複数個、及び/又はBの1個若しくは複数個は、それぞれ非置換でも置換されていてもよいアルコキシ、アルキル、アリール、アリールアルキル及びアルカリール基から選択される1個若しくは複数個の置換基で置換されている。通常この型の化合物は、A及びBが置換されていない化合物と比べて溶解性が上昇していることが分かっている。
Aの1個若しくは複数個、及び/又はBの1個若しくは複数個が置換されている場合は、これらは有利には、アルキル、アリール、アリールアルキル及びアルカリール基から選択される、好ましくはアルキル基及びアリール基から選択される、1個又は複数個で置換することができる。これらの各置換基は、置換されていても非置換でもよい。Aの1個若しくは複数個、及び/又はBの1個若しくは複数個が置換されている場合は、これらは、1個又は複数個のアルキル基、好ましくは1個又は複数個のC1-4アルキル基で置換されていることが好ましい。
Aの1個若しくは複数個、及び/又はBの1個若しくは複数個が置換されている場合は、R1−C−R2主鎖の長さは原子1〜20個、例えば長さが原子1〜10個であり、好ましくは長さは原子1〜5個、例えば長さが原子3個である。したがって、一態様では、本発明は組成物を提供するものであり、この組成物は、
i)少なくとも1種の、式(I):
の化合物であって、
式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子1〜20個であり;式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;式中、A及びBの少なくとも1個が置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、式中、nが0〜10の整数である化合物と、ii)希釈剤又は担体とを含み、この組成物には、1種又は複数種の式(I)の化合物が、−30℃において、組成物重量当たり、少なくとも1重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。
好ましい態様では、A及びBはそれぞれ非置換である。通常、これらは、Aの1個若しくは複数個及び/又はBの1個若しくは複数個が置換されている化合物より安価な可能性があるので、この型の化合物が好まれる。
一態様では、A及びBそれぞれは同一である。
一態様では、Aの1個若しくは複数個及び/又はBの1個若しくは複数個は、シクロペンタジエニルである。この態様では、各A及びBがシクロペンタジエニルであることが好ましい。この態様では、各A及びBが非置換シクロペンタジエニルであることが好ましい。
好ましい態様では、特定のFe原子と結合したA及びBは、18電子則に従って、前記Feに電子を供与する。

一態様では、式(I)のnは0、1又は2である。好ましくは、nは0である。
好ましい組成物
一態様では、本発明は、少なくとも1種の式(I)の化合物が式(IV)の化合物から選択される、本明細書で規定する組成物を提供する。
式中、pは4〜18の整数である。
一態様では、pは5〜10の整数であり、好ましくは、pは5である。別の態様では、pは6〜10の整数であり、好ましくは、pは6又は7である。
好ましくは、本発明による組成物は、式(VIII)の化合物が無い、又は実質上無い。
式中、A及びBは本明細書で規定するものである。
一態様では、式(I)の化合物は、下記の化合物を含まない。
式中、Fcはフェロセンを表わす。
特に好ましい実施形態では、本発明は組成物を提供するものであり、この組成物は、i)少なくとも1種の、式(IV):
の化合物(式中、pは6〜10の整数である)と、ii)非芳香族系又は低芳香族系の希釈剤又は担体とを含み、この組成物には、1種又は複数種の式(I)の化合物が、−30℃において、組成物重量当たり、少なくとも4重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。
本発明による組成物は、例えば、本組成物を通常添加する燃料の様々な側面を改良するために、或いは、燃焼系の性能の様々な側面を改良するために、1種又は複数種の添加剤を含むことができる。適当な追加の添加剤としては、界面活性剤、キャリヤオイル、酸化防止剤、腐蝕防止剤、色安定剤、金属不活性化剤、セタン価向上剤、その他の燃焼向上剤、消泡剤、流動点降下剤、低温フィルタ詰り抑制剤、ワックス沈降防止剤、分散剤、付香剤、染料、煙抑制剤、潤滑剤、及びその他の微粒子フィルタ再生用添加剤が挙げられる。
式Iの化合物の調製方法
本発明の化合物は、新規又は公知のプロセスで製造することができる。本発明の化合物を調製するためにならうことができる代表的な一般合成経路は、米国特許第3,673,232号Aに開示されている。
nがゼロで、A及びBがそれぞれ非置換シクロペンタジエニル環である式(I)の化合物は、例えば、2当量のフェロセンと、1当量の、ケトン若しくはアルデヒドなどのカルボニル化合物、又はそれぞれケタール若しくはアセタールなどの等価物との縮合によって調製することができる。米国特許第3,673,232号Aでは、これは、強酸例えば硫酸のアルコール例えばメタノール溶液、及びトルエンなどの有機溶媒にフェロセンを溶解した溶液、又はトルエンなどのフェロセン飽和溶媒にフェロセンを懸濁させた懸濁液から構成される2相系へ、カルボニル化合物又は等価物を添加することで実現している。nがゼロで、A及び/又はBの1個又は複数個が置換シクロペンタジエニル環である式(I)の化合物は、同様の方法で、2当量のアルキルフェロセンなどの置換フェロセンと、1当量の、ケトン若しくはアルデヒドなどのカルボニル化合物、又はそれぞれケタール若しくはアセタールなどの等価物との縮合によって調製することができる。出発物質として使用するフェロセン又は置換フェロセンが、調製に用いる反応温度で液状(例えば溶融状態)である場合は、この2相系は、有機溶媒の不存在下で、こうした液状(例えば溶融)フェロセン化合物を含むことができる。
出発物質の混合物を使うことができる。こうして、様々な式(I)の化合物の混合物を得ることができる。例えば、出発物質として、様々なアルデヒドの混合物、及び/又は様々なケトンの混合物を使うことができる。追加又は別法として、様々な置換フェロセンの混合物、又はフェロセンと1種若しくは複数種の置換フェロセンとの混合物を、出発物質として使うこともできる。
nが1以上である式(I)の化合物は、フェロセン又は置換フェロセンのモル量に対するカルボニル化合物又は等価物のモル量を調整することによって、並びに/或いはカルボニル化合物又は等価物の添加プロフィルを調整することによって、並びに/或いは反応時間を延長することによって調製することができる。例えば、フェロセンモル当量当たりオクタナール0.67当量の反応は、未反応フェロセンと、nがゼロである式(I)の化合物と、nが1である式(I)の化合物と、ことによると、1種又は複数種の、nが2若しくは2より大きい式(I)の化合物との混合物を含有する生成物を生じることになろう。オクタナールを2段階で、最初に0.6当量添加し、次いで反応が実質上終了したときにさらに0.3当量添加すると、オクタナール0.67当量の反応を伴う上記の方法よりやや高い比率で、nが2である式(I)の化合物を含有する混合物が得られるであろう。存在するオリゴマー種の相対的な比率も、フェロセン及びカルボニル化合物又は等価物両方の添加プロフィルを変化させることによって調整することができる。したがって、2モル当量のフェロセンと1モルのオクタナールとの反応生成物の処理に引き続いて、フェロセン及びオクタナールそれぞれを更に当量添加することによって、nが1である式(I)の化合物を高い比率で得られるはずである。
1又はR2が式(II)の基である式(I)の化合物は、上記のプロセスにおいてカルボニル化合物又は等価物として、ジアルデヒド又はジケトンなどの適当なジカルボニル種又は等価物を使用することによって調製することができる。存在するそれそれの材料のモル当量数について、適切な注意を払う必要がある。
驚くべきことに、式(I)の化合物は、対象とする温度で液状であり、実質上溶媒の不存在下で使用できることが分かった。
一態様では、本発明は、式(I):

の化合物を提供するものであり、
式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
の基(式中、Qが、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3が、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;式中、R1−C−R2主鎖の長さは原子5〜20個であり;式中、A及びBは、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、式中、nは0〜10の整数である。
別の態様では、式(I):
の化合物であって、
式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子1〜20個であり;式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;式中、A及びBの少なくとも1個が置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、式中、nが0〜10の整数である化合物と、ii)希釈剤又は担体とを提供し、1種又は複数種の式(I)の化合物は、−30℃において、組成物重量当たり、少なくとも1重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。
鉄含有率
上記のように、特別に指定しない限り、鉄の重量パーセント(重量%)は、−30℃、1気圧で測定される。
一態様では、本発明は、本明細書で規定する組成物を提供するものであり、この組成物には、1種又は複数種の式(I)の化合物は、組成物重量当たり、少なくとも2.5重量%の鉄、好ましくは少なくとも4.0重量%の鉄、より好ましくは少なくとも5.0重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。
好ましい態様では、−40℃において、1種又は複数種の式(I)の化合物は、組成物重量当たり、少なくとも1.0重量%の鉄、好ましくは少なくとも2.5重量%の鉄、好ましくは少なくとも4.0重量%の鉄、より好ましくは少なくとも5.0重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。
好ましくは、この組成物は10重量%までの鉄含有率を有する。有利には、最高25.5重量%までの鉄濃度が、本発明による組成物に存在する。
式(I)の化合物が、芳香族系の希釈剤又は担体に、非芳香族系又は低芳香族系の希釈剤又は担体より高い溶解性及び/又は分散性を示すことは、容易に理解できるであろう。したがって、一態様では、本発明は、本明細書で規定する式(I)の化合物と芳香族系希釈剤又は担体を含む組成物を提供する。この態様では、好ましくは、1種又は複数種の式(I)の化合物は、常温常圧で、組成物重量当たり、少なくとも5重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。より好ましくは、1種又は複数種の式(I)の化合物は、0℃で、組成物重量当たり、少なくとも5重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。より好ましくは、1種又は複数種の式(I)の化合物は、−25℃で、組成物重量当たり、少なくとも5重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。特に好ましい態様では、1種又は複数種の式(I)の化合物は、−40℃で、組成物重量当たり、少なくとも5重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する。適当な芳香族系希釈剤又は担体はPLUTOsol(商標)APFである。
燃料添加剤投与装置
上記のように、一態様では、本発明は、燃料添加剤投与装置を提供するものであり、この燃料添加物投与装置は、芳香族系希釈剤又は担体と適合しないプラスチック材料から形成された供給容器と、この供給容器内に収容された組成物とを含み、この組成物は、
i)少なくとも1種の、式(I):
の化合物であって、
式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子5〜20個であり;式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、式中、nが0〜10の整数である化合物と、ii)低芳香族系又は非芳香族系の希釈剤又は担体とを含む。
この態様では、供給容器がHDPEから形成されていることが好ましい。用語「HDPE」は、高密度ポリエチレンの略語である。
この態様では、組成物は、本明細書に規定した組成物であることが好ましい。
燃料
上記のように、一態様では、本発明は燃料組成物を提供するものであり、この燃料組成物は、(a)燃料と、(b)式(I):
の化合物とを含み、式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;式中、R1−C−R2主鎖の長さは原子5〜20個であり;式中、A及びBは、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、式中、nは0〜10の整数である。
一態様では、この燃料は、ガソリンなどの、電気着火機関用の燃料である。
好ましくは、この燃料は、高圧縮比自己着火機関用の燃料である。
好ましくは、この燃料はディーゼル油である。このディーゼル油は、バイオディーゼル油、低硫黄ディーゼル油及び超低硫黄ディーゼル油とすることができる。
方法
上記のように、一態様では、本発明は、燃料燃焼系の排気系に配置した微粒子フィルタを再生する方法を提供するものであり、この方法は、微粒子フィルタに存在する炭素系微粒子を、本明細書に規定する組成物の燃焼生成物と接触させることを含む。
好ましくは、この組成物は、燃焼系と結合した容器に配置され、燃焼系における燃料の燃焼前にこの燃料に導入される。
使用
上記のように、一態様では、本発明は、燃焼系の排気系に配置された微粒子フィルタの再生温度を低下させるための、本明細書に規定する組成物の使用を提供する。
本発明による組成物を燃料に供給し、この燃料を燃焼系に供給すると、組成物は燃焼系で反応して、1種又は複数種の酸化鉄などの鉄含有化学種を含有する燃焼生成物を生成する。燃焼系において、燃料、及びことによると潤滑油又は他の有機炭素系材料が燃焼すると、炭素系微粒子を一般に含有する燃焼生成物が生成する。1種又は複数種の酸化鉄などの固体の鉄含有化学種を含有する、本発明による組成物の燃焼から生じる燃焼生成物と、炭素系微粒子とは、燃焼系からの排気ガス中で密接に混合され、微粒子物質は微粒子フィルタで濾過され除去される。理論によって束縛されることは望まないが、本発明による組成物の燃焼生成物中に存在する、1種又は複数種の酸化鉄などの鉄含有化学種を含む微粒子物質は、炭素系微粒子の着火温度の低下、したがって微粒子フィルタの再生温度の低下を担っているか、少なくとも寄与している。したがって、フィルタの動作温度において、自己着火の出来事が発生し、炭素系微粒子、例えば煤粒子は燃え尽きて、ガス状生成物が生成する。
別法として、微粒子フィルタの温度、又は排気ガスの温度を上昇させる手段を使うことができる。これにより、本発明による組成物の燃焼から得られる生成物を存在させた、いわゆる「強制再生」が得られ、この生成物は、この「強制再生」を達成するために必要なエネルギーの入力を低減させる役割を果たす。したがって、系の排気側に存在し永久に動作するように設計されており、したがって再生する必要があるフィルタを含む燃焼系において、本発明による組成物を使用すると、濾過除去された炭素系微粒子を燃やし尽くすための高価な追加の対策又は設備、例えばバーナー、電気ヒータ、又は追加の触媒系の必要性を回避することができる。これは、微粒子フィルタ、例えばディーゼル微粒子フィルタを高い費用効率で設置することができ、大きな追加費用無しに永久的に使用できることを意味している。一代替実施形態では、1つ又は複数の上記の追加対策を用いることができる。この場合、特に過剰の燃料を燃やして排気ガス温度を上昇させる場合は、本発明による組成物の使用によって、その有効性及び/又は費用対効果を高くすることができる。或いは、本発明による組成物を、より低い処理速度で使用することができる。
本発明による組成物は、微粒子排出物が問題であると考えられる様々な型の燃焼系、例えば、ガソリンを使った電気着火機関、特に筒内噴射ガソリンエンジンで使用することができる。好ましくは、本発明による組成物は、ディーゼル機関などの高圧縮比自己着火機関で使用される。
高圧縮比自己着火機関で使用することができる燃料は、代表的には、こうしたエンジン用の通常の燃料であり、具体的には、バイオディーゼル油、低硫黄ディーゼル油及び超低硫黄ディーゼル油を含めたディーゼル燃料である。
好ましくは、本発明による組成物は、例えば供給容器から燃料中へ計量供給される。この計量供給による燃料への添加は、例えば、車両の内燃機関などの燃焼系へ燃料を供給する直前で行うことができる。あるいは、この計量供給による燃料への添加は、燃焼系に供給する燃料タンク、例えば燃焼系が車両に設置された内燃機関である場合は車両の燃料タンクに燃料を仕込みながら、或いはその直後に行うこともできる。
本発明による組成物は、添加後に燃料の鉄含有率が0.1〜100ppmになる量を、通常、計量装置によって、例えば計量ポンプによって燃料に供給する。燃料に添加する組成物の量は、一方では、微粒子フィルタからの炭素系微粒子の最適可能燃焼を確保するために十分な量にすべきであるが、他方では、コストの観点から、並びに、この組成物の過剰量を燃料に添加することに由来する灰のために起こる恐れのある、微粒子フィルタの部分的又は完全閉塞の可能性の観点から、過度に多くすべきではない。燃料の鉄含有率が1〜25ppmの範囲内であること、最適範囲が5〜15ppmであることが、特に好ましい燃焼系(すなわち、高圧縮比自己着火機関)において有利であることが実証された。
好ましい態様では、微粒子フィルタに存在する炭素系微粒子と、本発明による組成物の燃焼生成物、特に、本発明による組成物の燃焼生成物に存在する固体物質、一般には微粒子物質とを十分に混合する。炭素系微粒子と、本発明による組成物の燃焼生成物に存在する微粒子物質との十分な混合の結果、
(a) 炭素系微粒子の表面の少なくとも一部が、本発明による組成物の固体燃焼生成物で被覆される:
(b) 本発明による組成物の固体燃焼生成物表面の少なくとも一部が、炭素系微粒子で被覆される:
及び/又は
(c) 本発明による組成物の固体燃焼生成物が、炭素系微粒子の粒子と十分に混合されると信じられている。
好ましい態様では、微粒子フィルタに存在する、炭素系微粒子及び本発明による組成物の燃焼生成物は、熱と酸化剤ガス(例えば、O2又はNO2)の両方にさらされる。好ましくは、熱と酸化剤ガスの両方は、燃焼系からの排気ガス内に供給される。
本発明の態様は添付の特許請求の範囲で規定される。
次に本発明を以下の実施例で更に詳細に説明する。
芳香族系溶剤への溶解性
芳香環及び/又は橋かけ基の置換を変化させることによって溶解性及び溶液粘度に如何なる影響があるかを、一連の橋かけフェロセン、すなわち本発明の式(I)の化合物を調製することによって検討した。それぞれ、非置換及びアルキル化フェロセンに用いるために、これらの生成物の調製及び単離に、2組の標準条件を用いた。特定の誘導体の最適な合成法に到達するためのこれらの条件の変化、特に、フェロセンの収率を最高にするため、アルケニル化フェロセンなどの副生物の形成を最少にするため、且つ所望の可溶性生成物の分離に必要な努力を最小にするためのこれらの条件の変化は、当分野の技術者の範囲内にあると思われる。
橋かけフェロセンの調製
硫酸(98重量%H2SO4、196g、2.0モル)を、三角フラスコ中のメタノール(214.4g、6.7モル)に注意深く加えた。冷却(氷水浴)と添加速度を変化させることによって溶液温度を40℃未満に保持した。この溶液を、オーバーヘッドタービン式撹拌機、還流コンデンサ、滴下漏斗、温度計及び底部排出口を備えた、ジャケットと適切なバッフル付きの1リットルの反応器に移した。次いで、この反応器に、トルエン(130g)に浸した粉末状フェロセン(130.2g、0.7モル)を更に仕込んだ。
次いで、反応器の内容物を、ジャケットに熱オイルを循環することにより80±2℃に温め、急速に撹拌してメタノール相とトルエンスラリーのエマルジョンを作った。次いで、カルボニル化合物(0.35モル、1当量)を滴下漏斗に仕込み、実質上均一な速度で約15分かけて反応器に滴下した。次いで、反応器の内容物を、強く撹拌しながら、80±2℃に6時間保持し、その後一晩かけて室温まで放冷した。
冷却によってフェロセンが結晶化した場合は、これを濾過によって除去した。次いで、液相にトルエン(130g)を追加し、更に15分撹拌した後、相分離促進のために必要な場合は水(10cm3)を加え、撹拌を停止した。次いで、メタノール/硫酸相を分離し、有機相を塩基水溶液(2×200cm3の10%NaHCO3又はNaOH)で洗い、次いで水(2×200cm3)で洗って、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過により分離して乾燥剤を取り除いた。ロータリーエバポレータでトルエンを除去して、様々な量の未反応フェロセンで汚染した粗生成物の混合物を回収した。
橋かけフェロセンの単離
固体物質を、ヘプタンの存在下乳棒と乳鉢で粉砕し、濾過して固形分を回収した。薄層クロマトグラフィ(Merck Aluminium oxide 150 F254(タイプT)の固定相、移動相としてH2O1部に対してEtOH3〜4部)が、固形分には実質上フェロセンが無いことを示すまでこのプロセスを繰り返した。次いでこの物質を、最小量の熱ヘプタンに溶解し、熱濾過し、その後冷却し再結晶して回収した。
粗生成物は、時として固形分を含まない又は実質上固形分を含まないオイルであった。この生成物は、冷却するとヘプタンから相分離することが分かった。したがって、溶液中に残る傾向のあるフェロセンから分離した。やはり、プロセスを薄層クロマトグラフィで監視した。
粗生成物は、時としてオイルと固形分の混合物を含んでいた。この場合は、上記の手法(すなわち、粘着性の固形分を乳棒と乳鉢でヘプタンと共に粉砕し、懸濁した固形分を含有するオイルを最小量の熱ヘプタンに溶解し、その後冷却すること)が適切かどうかについて判断を行った。利用できる時間と物質量が許せば、試験的な分離を行った。やはり、精製方法の選択及び/又は進捗を薄層クロマトグラフィで監視した。
固形分、オイル又は混合相からのフェロセンの最終的な及びほぼ完全な除去は、<0.6ミリバール、80℃での昇華によって達成された。
橋かけ、アルキル化フェロセンの調製
アルキル化フェロセンは、室温で粘調なオイルであり、温めると極めて流れやすくなる、カルボニル化合物との反応生成物を形成した。それに応じて、硫酸メタノールとアルキル化フェロセンのトルエン溶液とを含むエマルジョンを、80℃で、0.5当量のカルボニル化合物で上記のように処理した。有機相を分離し、塩基で洗い、乾燥した。トルエン溶媒と未反応アルキル化フェロセンを蒸留して除去し、生成物がオイルとして残った。これ以上の単離は不要であった。
生成物の特性の測定
試料の鉄含有率は、C/H/N分析(Leco CHNS 932)に基づいて推定した。これは、すべての単離生成物は、未反応カルボニル化合物又はその酸素含有反応生成物が無い又は実質上無いことを仮定している。試料のフェロセン含有率は、Supelco MDN−5S石英ガラスキャピラリカラム(30m×内径0.25mm、膜厚0.25μ)、初期温度40℃、2.1分間保持した後10℃/分で200℃まで上昇させ、その後20分間保持、注入器温度275℃、He流速40cm/秒の定速、純フェロセンに対する較正を用いて、Finnigan MAT GCQ(GC/MS)で、GC/MSによって測定した。
適当な結晶質を得ることができる場合は、1H及び13Cnmr(Bruker AC200)を用いて更なる特性決定を行った。可能な場合は、任意のカルボニル由来の橋かけ単位のプロトンに対するシクロペンタジエニルプロトン[シフト範囲はC66中のTMS(テトラメチルシラン)から4〜4.5ppm低磁場方向]の積分を用いて、オリゴマー形成度の定性的な情報を得た。すべてのスペクトルはC66溶液で測定し、シフトはTMSに対して記録した。可能な場合は、DEPT(分極移動による無歪み感度増強)(Distortionless Enhancement by Polarisation Transfer)試験によって、炭素原子を、メチル、メチレン、又はメチンと同定した。
C/H/N分析からのFe含有率推定値を用いて溶解性試験を行った。フェロセンの鉄含有率は30重量%であることが知られているから、縮合生成物として存在するものを差によって推定した。この方法は、以下の生成物が実質上C、H及びFeのみを含有することを仮定している。縮合生成物として必要な鉄の濃度を提供するのに十分な1種又は複数種の生成物の塊をねじ蓋式の小瓶に計量し、トルエンで10.00gにした。試料に蓋をして、均質になるまで振り動かし又は回転させた後、Parafilm(商標)を用いて密封した。次いで、この小瓶をエチレングリコール/水充填浴中に−30℃で保持し、定期的に固形分の外観又は液相の分離を検査した。少なくとも1週間後に、素早い濾過によって固形分を分離し、真空下に溶媒を除去して可溶性生成物を単離した。
固形分を分析した後、物質収支から最大溶解度と最小溶解度を推定した。
せん断速度2Pa又は0.5Paで4°40mmの円錐と円板を用いたBohlin Instruments CVOレオメータを使用して、鉄2.5重量%溶液の粘度を測定した。
上記の表において、n=0及びn=1について計算した項目は、それぞれ、nが0又は1である式(I)の化合物を示している。1Hnmrスペクトルから、シクロペンタジエニルプロトンに対してメチル基プロトンを積分すると、n=0とn=1の化学種しか存在しないと仮定して、約9モル%のn=1が得られたことが示された。
フェロセンを使って化合物1、2、4及び5を調製した。化合物3と6は、エチルフェロセンを使って作られた。すなわち、式(I)のA又はBの1つがエチルシクロペンタジエニルであり、他の1つはどちらの場合もシクロペンタジエニルである。
比較のために、フェロセンとしての鉄の溶解度は、約1重量%であった。化合物1の生成物としてFe5重量%の試料を希釈することにより、この好ましい物質のトルエン中の溶解度限界は、−30℃で3.2重量%よりわずかに小さいことが立証された。
データの解釈
化合物1は、1,1−ジフェロセニルアルカンの調製に分岐アルデヒドも使用できることを実証している。化合物1のGC/MSデータは、アルデヒドが、及び多分ケトンも、カルボニルに対してα位で分岐している場合は、アルケニル置換フェロセンを形成する傾向があることも示している。理論によって束縛されることは望まないが、中間体のヒドロキシアルキルフェロセンが形成され、これが別のフェロセン分子と反応してジフェロセニルを生成するか、或いは、脱水してアルケンを生成するのではないかと思われる。常用の実験法によって実験条件を変化させて、こうした生成物の形成をなるべく少なくすることができる。
非芳香族系又は低芳香族系溶剤への溶解性
タービンインペラーを駆動するオーバーヘッドスターラー、並びに、しかるべき場合は適切に、温度計、還流コンデンサ及び滴下漏斗を装備した1リットルの3口フラスコに、メタノール(158.4g、4.95モル)を仕込んだ。次いで、撹拌、及び冷却して温度を40℃未満に保持しながら、硫酸(98%、147g、1.47モル)を添加した。この溶液を高速で撹拌(500回転/分)し、フェロセン(139.5g、0.75モル)とトルエン(139.5g)を仕込んだ。次いで、混合物全体を還流温度まで加熱した。次いで、この温度で、アルデヒド、ケトン又は等価物(0.45モル)を、約1時間かけて、滴下漏斗を介して一定速度で添加した。添加が終了した後、急速還流又は95℃いずれかの最低温度で、更に5時間かけて反応混合物を撹拌し、その後約30℃に冷却した。
冷却の後、更にトルエン(139.5g)を添加し、このエマルジョンを更に10分間撹拌した。次いで、分液漏斗を使って2相を分離した。次いで、上部トルエン層を取り出し、タンク内で飽和炭酸水素ナトリウム(150cm3)を使って中和した。中和した後、これらの相を少なくとも2時間、好ましくは一昼夜放置して分離させた。次いで、水相を捨て、トルエン相を濾過した後、水流ポンプによって供給される真空下に蒸留して、トルエン及び過剰のアルデヒド、ケトン又は等価物を取り出した。
上記反応の生成物の溶解度を、鉄重量パーセント基準で求めた。上記のように単離された固形分は、所望した物質の事実上純試料を含むと仮定した。この基準で、鉄5重量%のIsopar L溶液を調製し、小瓶に密封し、−30℃で少なくとも1週間貯蔵した。次いで、この溶液を取り出し、素早く濾過し、フェロセンを標準として用いてX線分光法によって、液相の鉄含有率を測定した。−30℃におけるIsopar Lへのフェロセン自体としての鉄の溶解度は、この手法によって0.22重量%と測定された。
アルキル化フェロセンの縮合生成物の調製
8倍のスケールで、トルエン溶媒の不存在下、エチル−及びブチル−フェロセンを出発物質として使って行ったことを除いて、上に詳述した手順に従った。用語「物質収支」は、目標化学種への完全変換を仮定して、予想収率までロータリーエバポレータで揮発分を除去したときの生成物の測定重量の百分率のことである。分子量は、ベンゼン中の凝固点降下法によって求めたが、未反応出発物質の濃度を考慮に入れれば、オリゴマー(式(I)でn=1以上)が存在する程度を示している。
HDPE容器適合性試験
芳香族系溶剤を入れたHDPE製の添加剤容器について試験を行った。温度60℃において、容器壁を経由した透過による芳香族系溶剤の損失を記録した。これらの結果を用いて予測年間透過損失を計算し、下記の表10に示した。
異なる容器と溶剤の組み合わせ3種類について別の試験を行った。40℃での透過試験損失結果を用いて、予測年間透過損失を計算した。それぞれの組み合わせについての予測年間透過損失を、下記の表11に示す。
表11の結果は、被覆されていないHDPE容器内の芳香族系溶剤に発生する透過損失が著しく高いことを示している。これらの結果は、芳香族系溶剤が被覆されていないHDPE容器に適合しないことを明瞭に実証している。
表12の結果は、溶剤と容器それぞれの組み合わせについての透過損失の数字が同等(すべて1%未満)であることを示している。したがって、被覆されていないHDPE容器での脂肪族系溶剤の使用(A)は、従来技術の、改質されたHDPE容器での芳香族系溶剤の使用(B又はC)に対する実行可能な選択肢である。
非芳香族系溶剤又は低芳香族系溶剤への溶解性
化合物の調製
硫酸(98重量%H2SO4、196g、2.0モル)を、氷/アセトン浴で10℃未満に冷却した丸底3口フラスコ中のメタノール(214.4g、6.7モル)に注意深く加えた。この溶液を、オーバーヘッド撹拌機、還流コンデンサ、滴下漏斗、及び温度計を備えた、1リットルの反応器に移した。次いで、この反応器に、トルエン(186g)に浸した粉末状フェロセン(186g、1モル)を更に仕込んだ。
次いで、激しくかき混ぜながら反応器の内容物を85℃まで温めた。約1時間かけてアルデヒド(0.5モル)を反応器に滴下した。次いで、強く撹拌しながら反応器の内容物を85℃に5時間保持し、その後室温まで放冷して一昼夜放置した。
次いで、メタノール/硫酸相を分離し、有機相を塩基水溶液(2×200cm3の10%NaHCO3)で洗い、次いで水(2×200cm3)で洗って、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過した。ロータリーエバポレータでトルエンを除去して粗生成物を回収した。
真空昇華(24時間、70℃、<1mmHg)によって未反応フェロセンを回収した。試料のフェロセン含有率は、Supelco MDN−5S石英ガラスキャピラリカラム(30m×内径0.25mm、膜厚0.25μ)を用いて、Finnigan MAT GCQで、GC/MSによって測定した。初期温度40℃を2.1分間保持した後10℃/分で200℃まで上昇させ、その後20分間保持した。注入器温度は275℃であり、He流速は40cm/秒の定速とした。較正は、純フェロセンに対して行った。この手順は又、生成物の純度及び成分の質量スペクトルに対する定性的な指針を提供した。
化合物7の結果は、アルデヒドがβ位で分岐している場合は、アルキレン橋かけジフェロセン種が支配的であることを示している。
上記のように調製した試料に加えて、米国特許第3,673,232号の方法によって、追加の物質を調製した。これらの化合物を表13に示す。
溶解性試験
Isopar L溶剤への単離された試料の溶解度を測定した。化合物7及び8の単離された試料については、C/H/N分析を用いて鉄含有率を示した。化合物9及び10については、理論鉄含有率を前提とした。次いで、室温又は必要に応じてわずかに温めて、公称鉄含有率5重量%に溶液を調製した。次いで、試料を密封してエチレングリコール/水浴に浸漬し、120時間、−30℃にサーモスタットで調節した。
次いで、試料は、個別に浴から取り出し、10cm3のシリンジにとって、Whatman Anotop 25 0.024μmルアーハブ付きインラインフィルタを介して濾過して第2の小瓶に仕込んだ。次いで、Oxford Instruments ED2000 Agアナライザで、X線蛍光分光法によって鉄含有率を測定した。アナライザは、トルエン中の鉄濃度0.5〜3.0重量%で0.5重量%間隔のフェロセン標準に対して、並びに、Isopar L中の0.5及び1.0重量%(室温における溶解度のほぼ限界)のフェロセン標準に対して較正した。必要な場合には、試料物質を希釈することで濃度を較正範囲内にした。
得られた結果を表14に示す。
上記明細書記載のすべての刊行物は参照により本明細書に組み込まれる。本発明の範囲及び精神を逸脱することなく、本発明の上記方法及びシステムの様々な修正及び変更ができることは、当分野の技術者には明瞭であろう。本発明を特定の好ましい実施形態に関連して説明したが、特許請求の範囲に記載の本発明をこうした特定の実施形態に不当に限定すべきではないことを理解すべきである。実際、化学及び関連分野の技術者には明白な、本発明を実施するための上記方式の様々な修正は、頭記の特許請求の範囲の範囲内であることを意図している。

Claims (51)

  1. i)少なくとも1種の、式(I):
    式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
    の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;
    式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子5〜20個であり;
    式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、
    式中、nが0〜10の整数である
    化合物と、
    ii)希釈剤又は担体と
    を含み、
    1種又は複数種の前記式(I)の化合物が、−30℃において、前記組成物重量当たり、少なくとも1重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する組成物。
  2. 希釈剤又は担体が溶剤である、請求項1記載の組成物。
  3. 希釈剤又は担体が、低芳香族系又は非芳香族系希釈剤又は担体である、請求項1又は2記載の組成物。
  4. 1−C−R2主鎖の長さが原子5、7又は19個である場合、前記主鎖が置換されている、請求項1、2又は3記載の組成物。
  5. 1及びR2が、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルボン基から選択される、請求項1〜4のいずれか記載の組成物。
  6. 1及びR2が、それぞれ独立に、H及び非置換若しくは置換C1-19アルキル基から選択される、請求項1〜5のいずれか記載の組成物。
  7. 少なくとも1個の又は各R1基が、それぞれ独立に、水素、メチル及びエチルから選択される、請求項1〜6のいずれか記載の組成物。
  8. 少なくとも1個の又は各R1基が水素である、請求項1〜7のいずれか記載の組成物。
  9. 少なくとも1個の又は各R2基が、非置換若しくは置換C4-19アルキル基である、請求項1〜8のいずれか記載の組成物。
  10. 少なくとも1個の又は各R2基が、非置換若しくは置換C4-10アルキル基である、請求項1〜9のいずれか記載の組成物。
  11. 少なくとも1個の又は各R2基が、非置換若しくは置換C7-19アルキル基である、請求項1〜9のいずれか記載の組成物。
  12. 少なくとも1個の又は各R2基が、非置換若しくは置換C7-15アルキル基である、請求項11記載の組成物。
  13. 少なくとも1個の又は各R2基が、非置換若しくは置換C7-10アルキル基である、請求項1〜12のいずれか記載の組成物。
  14. 少なくとも1個の又は各R2基が非置換である、請求項1〜13のいずれか記載の組成物。
  15. 少なくとも1個の又は各R2基が、アルキル、アリール、アリールアルキル及びアルカリール基から選択される1個又は複数個の置換基で置換されている、請求項1〜13のいずれか記載の組成物。
  16. 少なくとも1個の又は各R2基が、1個又は複数個のアルキル基で置換されている、請求項15記載の組成物。
  17. 少なくとも1個の又は各R2基が、式(II):
    の基であり、式中、Qが結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基である、請求項1〜4のいずれか記載の組成物。
  18. 少なくとも1個の又は各R2基が、式(III):
    の基であり、式中、mが正の整数である、請求項17記載の組成物。
  19. mが少なくとも2の整数である、請求項18記載の組成物。
  20. 3が、水素、メチル及びエチルからなる群から選択される、請求項17、18又は19記載の組成物。
  21. 各A及びBが、環に原子3〜10個を含む、請求項1〜20のいずれか記載の組成物。
  22. 各A及びBが、環に原子4、5又は6個を含む、請求項1〜21のいずれか記載の組成物。
  23. 各A及びB基が、環に原子5個を含む、請求項1〜22のいずれか記載の組成物。
  24. 各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換芳香族ヒドロカルビル環である、請求項1〜23のいずれか記載の組成物。
  25. 各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換芳香族炭素環である、請求項1〜24のいずれか記載の組成物。
  26. Aの1個若しくは複数個及び/又はBの1個若しくは複数個が、アルキル、アリール、アリールアルキル及びアルカリール基から選択される1個若しくは複数個の置換基で置換されている、請求項1〜25のいずれか記載の組成物。
  27. Aの1個若しくは複数個及び/又はBの1個若しくは複数個が、1個又は複数個のアルキル基、好ましくは1個又は複数個のC1-4アルキル基で置換されている、請求項1〜26のいずれか記載の組成物。
  28. 各A及びBが非置換である、請求項1〜25のいずれか記載の組成物。
  29. 各A及びBが同じである、請求項1〜28のいずれか記載の組成物。
  30. 各A及びBがシクロペンタジエニルである、請求項1〜29のいずれか記載の組成物。
  31. nが0、1又は2である、請求項1〜30のいずれか記載の組成物。
  32. nが0である、請求項1〜31のいずれか記載の組成物。
  33. 1種又は複数種の式(I)の化合物が、式(IV):
    の化合物から選択され、式中、pが4〜18の整数である、請求項1〜32のいずれか記載の組成物。
  34. pが5〜10の整数である、請求項33に記載の組成物。
  35. pが5である、請求項33又は34に記載の組成物。
  36. pが6又は7である、請求項33又は34に記載の組成物。
  37. 1種又は複数種の式(I)の化合物が、−30℃において、前記組成物重量当たり、少なくとも2.5重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する、請求項1〜36のいずれか記載の組成物。
  38. 1種又は複数種の式(I)の化合物が、−30℃において、前記組成物重量当たり、少なくとも4.0重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する、請求項1〜37のいずれか記載の組成物。
  39. 1種又は複数種の式(I)の化合物が、−30℃において、前記組成物重量当たり、少なくとも5.0重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する、請求項1〜38のいずれか記載の組成物。
  40. 1種又は複数種の式(I)の化合物が、−40℃において、前記組成物重量当たり、少なくとも1重量%の鉄を供給するのに十分な量存在する、請求項1〜39のいずれか記載の組成物。
  41. (a)芳香族系希釈剤又は担体と適合しないプラスチック材料から形成された供給容器と、
    (b)前記供給容器内に収容された組成物と
    を含む燃料添加物投与装置であって、前記組成物が、
    i)少なくとも1種の、式(I):
    式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
    の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;
    式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子5〜20個であり;
    式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、
    式中、nが0〜10の整数である
    化合物と、
    ii)低芳香族系又は非芳香族系の希釈剤又は担体と
    を含む燃料添加物投与装置。
  42. 前記供給容器がHDPEから形成されている、請求項41記載の燃料投与装置。
  43. 組成物が、請求項1から40いずれか一項で規定されたものである、請求項41又は42記載の燃料投与装置。
  44. (a)燃料と、
    (b)式(I):
    の化合物とを含む燃料組成物であって、
    式中、R1及びR2が、それぞれ独立に、水素、非置換若しくは置換C1-19ヒドロカルビル又は式(II):
    の基(式中、Qは、結合又は非置換若しくは置換ヒドロカルビル基であり;式中、R3は、水素、及び非置換若しくは置換C1-18ヒドロカルビルからなる群から選択される)からなる群から選択され;
    式中、R1−C−R2主鎖の長さが原子5〜20個であり;
    式中、各A及びBが、それぞれ独立に、非置換若しくは置換不飽和環式ヒドロカルビル基であり;且つ、
    式中、nが0〜10の整数である燃料組成物。
  45. 微粒子フィルタに存在する炭素系微粒子を、請求項1〜40のいずれかで規定した組成物の燃焼生成物と接触させることを含む、燃料燃焼系の排気系に配置した微粒子フィルタを再生する方法。
  46. 前記組成物が、燃焼系と結合した容器に配置され、燃焼系における燃料の燃焼前にこの燃料に導入される、請求項45記載の方法。
  47. 燃焼系の排気系に配置した微粒子フィルタの再生温度を低下させるための、請求項1〜40のいずれかで規定した組成物の使用。
  48. 実施例のいずれか1つに関連して実質的に本明細書に記載した組成物。
  49. 実施例のいずれか1つに関連して本明細書に記載した燃料添加物投与装置。
  50. 実施例のいずれか1つに関連して実質的に本明細書に記載した方法。
  51. 実施例のいずれか1つに関連して実質的に本明細書に記載した使用。

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