JP2009509019A - 燃料組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】特に内燃機関燃焼室の沈着物を従来よりも減少させる添加剤を含む燃料組成物を提供する。
【解決手段】内燃機関用燃料を多量、及びアミノ基、ヒドロキシル基及びカルボキシレート基から独立に選ばれた末端官能基を4〜64個有する燃料相溶性樹枝状体を少量含む燃料組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は燃料組成物に関し、更に詳しくは内燃機関用燃料を含有する該燃料組成物、その製造法、及び内燃機関の操作への該燃料組成物の使用法に関する。
米国特許第6,127,481号(DSM Copolymer Inc.に譲渡)及び対応公開ヨーロッパ特許出願EP−A−818525は、櫛形、星形、ナノゲル形及びこれら構造の組合わせ形の燃料及び/又は潤滑油用分岐ポリオレフィン添加剤を開示している。この分岐ポリオレフィンには、複数のポリオレフィンアームが脂肪族基、芳香族基、ヘテロ原子含有基及びそれらの組合わせ基を有する繰返し単位含有主鎖に結合して、分岐高分子添加剤を形成する。この添加剤の特性は、燃料及び/又は潤滑油組成物の単一又は多官能性基準に都合良く作製できる。
一実施態様では、主鎖として樹枝状体(dendrimer)が使用され、この樹枝状体の反応性末端基は、ポリオレフィンプレアーム(prearm)と反応して、末端基がポリオレフィン基である高分子生成物を形成する。主鎖として樹枝状体を用いた実施例は、実施例15、17、21、22である。これらの各実施例では、エチレン−プロピレン重合体アームは、樹枝状体上の反応性末端基と反応する末端基により官能化され、更に得られたポリオレフィンプレアームは、各反応性末端基がポリオレフィンプレアームと反応して、エステル、アミン、エーテル又はユリア結合を形成し、これにより末端のアミノ基、ヒドロキシル基又はカルボキシレート基を残さないように、樹枝状体と反応する。
WO 96/12755(Exxon Chemical Patents,Inc.)は、油溶性樹枝状体をベースとする常温流れ改良剤を開示している。この改良剤は、複数の極性基を介して中心芯部を樹枝状体の本体に連結して構成され、また樹枝状体の本体は複数の極性基を介して、炭素原子数が8〜1000個のn−アルキル基よりなるヒドロカルビル周囲部に連結している。所望数の反応工程後か、或いは特定の樹枝状体の場合は、増大(growth)による立体的制約(“濃密充填”)のため、利用可能な限定数の反応工程後、官能性n−アルキル部分は、樹枝状体の外側反応基を介して結合し、ヒドロカルビル周囲部を形成する。
このような樹枝状体ベースの常温流れ改良剤は、原油、潤滑油又は燃料油(例えばケロシン、ジェット燃料、ディーゼル燃料、加熱用油、重質燃料油)に使用される。燃料油では、濃度(w/w)は、0.0001〜1%(1〜10,000ppmw)、好ましくは0.1〜0.2%(1000〜2000ppmw)(WO 96/12755の第7頁第5〜17行)であるが、実施例では100〜200ppmw(0.01〜0.02%w/w)使用している。
WO 02/102928(Shell International Research Maatschappij B.V.)は、アスファルテン含有炭化水素混合物に有効量の樹枝状体化合物を添加して、アスファルテン含有炭化水素混合物にアスファルテンを可溶化する方法、及び(炭化水素の他、)アスファルテン及び少なくとも1種の樹枝状体化合物を含む炭化水素混合物を開示している。
アスファルテンは、n−ヘプタンに不溶の芳香族炭化水素で、一般にASTM D6560により測定される。アスファルテンは、油の回収及び油の精製処理の際、例えば油配合物中、油井設備中又は油パイプライン中に固体沈着物又は暗色のスラッジを形成し、これにより問題が起こる。WO 02/102928の実施例は、原油へのアスファルテンの可溶化を例示し、また一定割合の末端ヒドロキシル基と、ポリ(イソブテニル)鎖が約22個のポリ(イソブテニル)単位を有するポリ(イソブテニル)琥珀酸無水物との反応により変性した樹枝状体の性能向上を示している。
WO 97/41092(Shell International Research Maatschappij B.V.)は、一般式

のアルコキシ酢酸誘導体、その製造法及び燃料添加剤としての用途を開示している。
式中、Rはアミンの残部(residue)、アミノアルコール、或いはアミド又はエステル結合を介してこの又は各々の−CHR’−CO−部分であり、R’は炭素原子数1〜300の任意に置換されたヒドロカルビル基であり、R及びRの一方は、独立に水素、及び炭素原子数1〜10の任意に置換されたヒドロカルビル基から選ばれ、R及びRの他方は、独立に炭素原子数1〜10の任意に置換されたヒドロカルビル基から選ばれ、mは3〜200、nは、m/nが少なくとも1であるという条件で、0〜20である。
R(H)p(このうち、Rは式Iでは残部を示す)として表せる、アミン、アミノアルコール及びポリオールについては多数の可能性を述べ、特に“Starburst”(商標)樹枝状体のような錯体アミン、例えば式[CH2N((CH2) 2CONH(CH2)2NH2)2] 2の化合物が使用できると述べている。この後者の化合物“Starburst”(PAMAM、0世代)樹枝状体は、実施例25で使用され、式IにおいてRが、残存末端アミノ基を3個有する樹枝状体主鎖である化合物を得ている。
特にR(H)pは、ペンタエリスリトール、トリエチレンテトラミン及びトリス(2−アミノエチル)アミンよりなる群から選ぶのが最も好ましいと述べている。
実施例25の生成物は、テストした最も活性な材料の中にはない(WO 97/41092の表1)ことに注目でき、したがって、当業者にとっては、有利なガソリン添加剤のために、ペンタエリスリトール、トリエチレンテトラミン及びトリス(2−アミノエチル)アミンのポリアルキレングリコール誘導体に代わる樹枝状体の誘導体を更に追求する励みとはならない。
米国特許第6,127,481号又は対応公開ヨーロッパ特許出願EP−A−818525 WO 96/12755 WO 02/102928 WO 97/41092 米国特許第4,435,548号 米国特許第4,507,466号 米国特許第4,558,120号 米国特許第4,568,737号 米国特許第5,041,516号 GB−A−1575507 EP−A−3638395 WO 93/114147 米国特許第5,855,629号 WO 0132812 米国特許第4,832,702号 US−A−4208190 WO−A−95/33805 WO−A−94/17160 US−A−5490864 WO−A−98/01516 DE−A−19955651 Tomalia等,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,29(1990),138頁、148頁 Newkome等,J.Am.Chem.Soc.,112(1990),8458 O’Sullivan,Chemical and Engineering News,16th,1993年8月 Aldrichimica Acta,第37巻,第2号,2004年,39〜57頁 Aldrich Handbook of Fine Chemicals and Laboratory Equipment 2003−2004 United Kingdom,545頁、1406〜1409頁 Campen等、"Growing use of synlubes",Hydrocarbon Processing,1982年2月、75〜82頁 Danping Wei及びH.A.Spikesによる論文、"The Lubricity of Diesel Fiuels"Wear,III(1986)217−235 SAE Paper 890215,Daneshgari等,"The Influence of Temperature upon Gasoline Deposit Built−Up on the Intake Valves",米国デトロイト,1989年2月27日〜3月3日
内燃機関用の燃料に特定の樹枝状体を導入すると、例えば燃焼室の沈着物制御に予測し得ない有益な効果が得られることが意外にも見出された。
本発明によれば、内燃機関用燃料を多量、及びアミノ基、ヒドロキシル基及びカルボキシレート基から独立に選ばれた末端官能基を4〜64個有する燃料相溶性樹枝状体を少量含む燃料組成物が提供される。
WO 96/12755に記載されるように、Tomalia等,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,29(1990),138頁には3次元高度オリゴマー又は重合体として、樹枝状体が記載されている。この樹枝状体は、1つ以上の反応性部位を有する開始剤芯部から出発する繰返し反応順序により得られる。各反応性部位に、多官能性反応体のうちの1つの官能基だけを結合させる。次いで、反応体を、該反応体の残りの反応基(1つ以上)により、元の芯部が多官能性であれば元の芯部と同じ追加の分子と、或いは異なる多官能性分子(1つ以上)等と、各場合とも必要としない副反応、例えば架橋が防止されるような条件下で反応させる。このようにして、中心芯部の周囲に樹枝状体本体が増成され、各繰返し反応順序は複数の樹枝状体の端部に更に反応体(又は“単位”)を添加する。Tomaliaは、ポリアミドアミン(PAMAM)樹枝状体の製造法を説明している。この樹枝状体は、芯部としてアンモニアをベースとし、これをミカエル(Michael)付加によりアクリル酸メチルと反応させて(工程A)製造できる。このアクリレート分子のカルボキシル基をエチレンジアミンのうちの1つのアミノ基だけと反応させる(工程B)。得られた芯部セルをTomaliaは0世代と言っている。更に工程A及びBを繰り返し、1世代と言われるヘキサミンを得る。工程A及びBを更に繰り返すと、4世代後は同心円球体の芯部が得られ、最外側の球体が外側反応性基を有する高世代が作られる。Tomaliaが説明する他の樹枝状体としては、ポリエチレンイミン、炭化水素、ポリエーテル、ポリチオエーテル、ポリアミド、ポリアミド−アルコール及びポリアリールアミン樹枝状体がある。これら樹枝状体の合成については、例えば米国特許第4,435,548号、第4,507,466号、第4,558,120号及び第4,568,737号(いずれもDow Chemical Companyに譲渡)に種々記載されている。
ポリアミド及びエステルをベースとする樹枝状体は、Newkome等,J.Am.Chem.Soc.,112(1990),8458にも記載されている。芯部として長鎖アルキレンジブロミドを使用すると、2つの球体がアルキレン鎖により連結した形態の樹枝状体(Newkomeはアルボラール(arboral)と言っている)が得られる。米国特許第5,041,516号には、Tomaliaの分子と類似した分子が記載されているが、この分子は“収束”法により作られている。即ち、樹枝状体の外表面から出発して、くさび形分子を増成し、最後に、これら複数の“くさび”を芯分子と反応させる。GB−A−1575507には、星形重合体及びその粘度向上剤としての用法が記載されている。この星形重合体は、架橋ジビニルベンゼンの芯部及びイソプレン枝部をベースとしている。EP−A−3638395では、このような炭化水素重合体は、カルボキシ末端基を得るため、スルホンアミド結合により官能化される。
O’Sullivan,Chemical and Engineering News,第16巻,1993年8月には、アクリロニトリルの1,4−ジアミノブタンへのミカエル付加反応及びラネー(Raney)コバルト上でのニトリル基のアミノ基への還元により得られたポリプロピレンイミン樹枝状体が記載されている。この方法を4回繰り返すと、理論的には64個のアミノ基を有する樹枝状体が得られる。PCT出願WO 93/114147は、同様なことを開示している。以上の文献の開示内容は全て、ここに援用する。
組立て(construct)可能な層数は、樹枝状体中の充填密集度、したがって枝部間のチャンネルの大きさが変化するのに従って、反応体と共に変化する。PAMAM樹枝状体は、外表面に比例した大きな内表面を有し、世代数と共に増大する。これに対し、ポリエーテル樹枝状体は、微小に比例した内表面を有し、3〜4の世代数で最大となる。
前述のように、芯部セルの連続層は同一でも異なってもよく、例えばTomalia,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,29(1990),148頁に記載されるように、2種以上の反応体の混合物が使用できる。
Aldrichimica Acta,第37巻,第2号,2004年,39〜57頁には、Tomaliaは、ナノ規模の合成有機化学用組立てブロックとして、樹枝状体及びその利用について検討し、その後、Aldrichから入手できるPAMAM及び燐樹枝状体を表示している。
Aldrich Handbook of Fine Chemicals and Laboratory Equipment 2003−2004 United Kingdomには、各種DAB−Am樹枝状体(545頁)、PAMAM樹枝状体(1406〜1408頁)及びPAMAM−OH樹枝状体(1408〜1409頁)を含む、Aldrichから得られる樹枝状体が表示されている。その他、同様な樹枝状体は、Dendritech,Inc.米国ミシガン州及びDendritic Nano Technologies,Inc.米国ミシガン州から直接、入手できる。
樹枝状体は、DAB−Am、PAMAM及びPAMAM−OH樹枝状体から独立に選ばれた少なくとも1種の燃料相溶性樹枝状体であることが好ましい。
末端官能基は、独立に−NH、−OH及びCOOX基(但し、XはH、K又はNaである)から選ぶことが好ましい。
樹枝状体は、独立にアミノ基、ヒドロキシル基及びカルボキシレート基から選ばれた末端官能基を好ましくは4〜32、便利には8〜16個有する。
樹枝状体は、全組成物に対し好ましくは5〜500ppmw、更に好ましくは10〜200ppmwの範囲の濃度で存在する。
組成物には更にC〜C14のアルカノール及び2−エチルヘキサン酸から選ばれた燃料相溶性酸素化物補助溶剤を含有することが有益かも知れない。
本発明の燃料組成物は更に、数平均分子量(Mn)が750〜6000の範囲のヒドロカルビル基を含む窒素含有洗浄剤を、全組成物に対し25〜2500ppmwの範囲の濃度で含有することが好ましい。
燃料組成物は、窒素含有洗浄剤を好ましくは50〜1500ppmw、更に好ましくは50〜500ppmw含有する。80〜250ppmv、例えば100〜150ppmwの範囲の量が非常に好適である。
数平均分子量(Mn)が750〜6000の範囲のヒドロカルビル基を含む窒素含有洗浄剤は、例えば米国特許第5,855,629号及びWO 0132812に種々記載されるように、アミン、例えばポリイソブチレンエチレンジアミン、又はN−ポリイソブテニル−N’,N’−ジメチル−1,3−ジアミノプロパンのようなポリイソブチレン−モノアミン又は−ポリアミン、或いはアミド、例えばポリイソブテニル琥珀酸イミドであってよい。或いは窒素含有洗浄剤は、マンニッヒアミン洗浄剤、例えば米国特許第5,725,612号に記載されるようなマンニッヒアミン洗浄剤であってよい。
特に好ましい窒素含有洗浄剤は、式R−NH(但し、RはR基又はR−CH−基を表わし、Rは数平均分子量が750〜6000、好ましくは900〜3000、更に好ましくは950〜2000、最も好ましくは950〜1350の範囲のヒドロカルビル基を表わす)のヒドロカルビルアミン、例えば数平均分子量が950〜1050の範囲のポリブテニル又はポリイソブテニル基である。
窒素含有洗浄剤は公知の材料で、公知の方法又は公知の方法に類似の方法により製造できる。例えば米国特許第4,832,702号には適当なポリブテン又はポリイソブテンからヒドロホルミル化及び引き続き得られるオキソ生成物の水素化条件下でのアミノ化によりポリブテニルアミン又はポリイソブテニルアミンを製造する方法が記載されている。
好適なヒドロカルビルアミンは、BASFから商標“Kerocom”で得られる。
内燃機関用燃料は、ガソリン、ディーゼル燃料、航空機用ガソリン、又は航空機用ガスタービン燃料であってよいが、好ましくはガソリン又はディーゼル燃料、最も好ましくはガソリンである。
本発明の燃料組成物がガソリン組成物である場合、窒素含有洗浄剤の他、ガソリン組成物は更に1種以上の担体液、腐蝕防止剤、酸化防止剤、染料、曇り除去剤(dehazer)、金属失活剤、前記定義したヒドロカルビル基を有する窒素含有洗浄剤以外の洗浄剤(例えばポリエーテルアミン)、摩擦改良剤、希釈剤及び標識剤を含有してよい。
特に好適な担体液は、ポリオレフィン、例えばポリイソブチレン及びポリα−オレフィン、並びにポリオキシアルキレン化合物である。担体液は、20〜8000重量ppm、例えば50〜500ppmwの合計濃度で使用するのが都合良いかも知れない。
ポリα−オレフィン担体液は、主として三量体、四量体及び五量体であり、これら材料の合成は、Campen等、“Growing use of synlubes”,Hydrocarbon Processing,1982年2月、75〜82頁に概説されている。ポリα−オレフィンは水素化処理されていなくてもよいが、水素化処理したオリゴマーが好ましい。ポリα−オレフィンは、好ましくは炭素原子数8〜12のα−オレフィンモノマーから誘導される。このポリα−オレフィンの100℃での粘度は、6×10−6〜1×10−5/s(6〜10cSt)である。デセン−1から誘導したポリα−オレフィンは非常に好適である。100℃での粘度が8×10−6/s(8cSt)のポリα−オレフィンは非常に好適である。
極めて効果的なポリオキシアルキレン担体液は、好ましくは式II

を有する。ここでR及びRは独立に水素原子又はヒドロカルビル基、好ましくはC1〜40ヒドロカルビル基、例えばアルキル、シクロアルキル、フェニル又はアルキル−フェニル基を表わし、各Rは独立にアルキレン基、好ましくはC2〜8アルキレン基を表わし、pはポリアルキレン化合物のMnが400〜3000、好ましくは700〜2000、更に好ましくは1000〜2000となるような値である。
好ましくはRはC8〜20アルキル基を表わし、Rは水素原子を表わす。Rは好ましくはC8〜18アルキル基、更に好ましくはRはC8〜15アルキル基を表わす。RはC8〜15アルキル基の混合物であるのが都合良いかも知れない。
式IIにおいて、Rは好ましくは1,2アルキレン基である。好ましくは各Rは独立にC2〜4アルキレン基、例えばエチレン、1,2−プロピレン又は1,2−ブチレン基である。極めて効果的な結果は、各R基が1,2−プロピレン基を表わす場合に得られた。
例えばポリアルキレンのような炭化水素の数平均分子量は、極めて類似した結果を与える種々の方法により測定できる。Mnは蒸気相浸透圧法(VPO)(ASTM D3592)又は例えばW.W.Yau,J.J.Kirkland及びD.D.Bly,“Modern Size Exclusion Liquid Chromatography”,John Wiley and Sons,New York,1979に記載されるような最新ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)で測定するのが都合良いかも知れない。或る化合物の式が既知の場合、数平均分子量はその式の重量として計算できる。
スパーク点火エンジン用に好適な通常のガソリンは、沸点が25〜232℃の範囲で、飽和炭化水素、オレフィン系炭化水素及び芳香族系炭化水素の混合物を含む炭化水素混合物である。飽和炭化水素の含有量が40〜80容量%の範囲で、オレフィン系炭化水素の含有量が0〜30容量%の範囲で、芳香族系炭化水素の含有量が10〜60容量%の範囲のガソリンブレンドが好ましい。このガソリンは、直留ガソリン、ポリマーガソリン、天然ガソリン、二量化又は三量化オレフィン、熱又は接触改質炭化水素から、或いは接触分解又は熱分解石油原料又はそれらの混合物から合成的に製造した芳香族系炭化水素混合物から誘導できる。ガソリンの炭化水素組成及びオクタン水準は臨界的ではない。オクタン水準(R+M)/2は、一般に85より高い。従来のガソリンのいずれも使用できる。例えばガソリン中の炭化水素は、ガソリン用のバイオ燃料として従来公知である慣用のアルコール又はエーテル、或いはレブリン酸エチルのようなエステル系バイオ燃料成分の相当量以下まで置換できる。
ガソリンは無鉛であることが好ましく、法規で要求されている可能性がある。許可されている場合、無鉛アンチノック化合物及び/又は弁座リセッション保護化合物(例えば公知のカリウム塩、ナトリウム塩又は燐化合物)が存在してもよい。
最近のガソリンは、本来、例えば硫黄含有量200ppm未満の低硫黄燃料である。
本明細書では成分の量(濃度)(容量%)(ppmw)は、活性分(active matter)の量、即ち、揮発性溶剤/希釈材料を除く量である。
本発明のガソリン組成物は、ガソリンと燃料相溶性樹枝状体と、窒素含有洗浄剤のような他のいずれかの成分とを添加混合する方法で製造できる。
所望ならば、燃料相溶性樹枝状体、及び前記挙げたような、窒素含有洗浄剤、燃料相溶性酸素化物補助溶剤、腐蝕防止剤、酸化防止剤等の追加成分を添加剤濃厚物中に、好ましくは好適な希釈剤と共に、一緒に混合し、次いでこの添加剤濃厚物を本発明のガソリン組成物を得るのに好適な量でガソリン中に分散してよい。
本発明の燃料組成物がディーゼル燃料組成物である場合、内燃機関用の燃料はディーゼル燃料である。ディーゼル燃料は、通常、液状炭化水素中間蒸留物ガス油、例えば石油誘導ガス油を含有する。この種の燃料は、グレード及び用途に依存して150〜400℃の通常のディーゼル沸点範囲を有する。密度は15℃で750〜900kg/m、好ましくは800〜860kg/m(例えばASTM D4502又はIP 365)であり、セタン価(ASTM D613)は35〜80、更に好ましくは40〜75である。通常、初期沸点は150〜230℃の範囲であり、最終沸点は290〜400℃の範囲である。40℃での動粘度(ASTM D445)は、好適には1.5〜4.5mm/sであってよい。
任意にバイオ燃料又はフィッシャー・トロプシュ誘導燃料のような非鉱物油ベース燃料もディーゼル燃料組成物中に生成又は存在してもよい。
ディーゼル燃料組成物中のフィッシャー・トロプシュ誘導燃料の使用量は、全ディーゼル燃料組成物に対し、好ましくは0.5〜100容量%、好ましくは5〜75容量%であってよい。組成物は、フィッシャー・トロプシュ誘導燃料を10容量%以上、更に好ましくは20容量%以上、なお更に好ましくは30容量%以上含有することが望ましいかも知れない。組成物は、フィッシャー・トロプシュ誘導燃料を30〜75容量%、特に30〜70容量%含有することが特に好ましい。燃料組成物の残部は、1種以上の他の燃料で構成される。
フィッシャー・トロプシュ生成物は、好適には80重量%を超え、更に好適には95重量%を超えるイソ−及びノーマル−パラフィン及び1重量%未満の芳香族を含有し、残部はナフテン系化合物である。硫黄及び窒素の含有量は、非常に低く、普通はこれら化合物の検出限界未満である。このため、フィッシャー・トロプシュ生成物を含有するディーゼル燃料組成物の硫黄含有量は非常に低くできる。
ディーゼル燃料組成物は、硫黄を好ましくは5000ppmw以下、更に好ましくは500ppmw以下又は350ppmw以下又は150ppmw以下又は100ppmw以下又は50ppmw以下、最も好ましくは10ppmw以下含有する。
ベースディーゼル燃料自体は、添加剤を含有しても含有しなくてもよい。例えば製油所で添加剤を添加する場合、帯電防止剤、パイプラインドラッグレデューサー(drug reducer)、流れ改良剤(例えばエチレン/酢酸ビニル共重合体又はアクリレート/無水マレイン酸共重合体)、及び蝋沈降防止剤から選択された1種以上の添加剤(例えば商標“PARAFLOW”(例えばPARAFLOW 450、Infineumから)、“OCTEL”(例えばOCTEL W5000、Octelから)及び“DODIFLOW”(例えばDODIFLOW V3958、ヘキストから)を少量含有する。
洗浄剤含有ディーゼル燃料添加剤は公知で、例えばInfineum(例えばF7661及びF7685)及びOctel(例えばOMA 4130D)から市販されている。この種の添加物は、添加剤含有燃料組成物に、単にエンジン沈着物の堆積を減少又は遅らせることを意図して、比較的低い水準(その“標準”処理割合は、添加物を含む全燃料組成物中に活性分洗浄剤を通常、100ppmw未満与える)で添加してよい。
添加剤は、窒素含有洗浄剤以外の他の添加剤を含有してよい。例えば、潤滑性強化剤;曇り除去剤、例えば市販品として得られるNALCO(商標)EC5462A(以前は7D07)(Nalcoから)及びTOLAD(商標)2683(Petroliteから)のようなアルコキシル化フェノールホルムアルデヒドポリマー;消泡剤(例えば市販品として得られるTEGOPREN(商標)5851及びQ25907のようなポリエーテル変性ポリシロキサン)(Dow Corningから)、SAG(商標)TP−325(OSiから)及びRHODORSIL(商標)(Rhone Poulencから)のようなポリエーテル変性ポリシロキサン);点火改良剤(例えば2−エチルヘキシルナイトレート(EHN)、シクロヘキシルナイトレート、ジ−tert−ブチルパーオキシド及びUS−A−4208190の第2欄27行〜第3欄21行に開示のもの);防錆剤(例えばRhein Chemie,マンハイム,ドイツにより“RC 4801”として市販されているもの、テトラプロペニル琥珀酸のプロパン−1,2−ジオール半エステル、又は琥珀酸誘導体の多価アルコールエステル、α−炭素原子の少なくとも1つ上に炭素原子数20〜500の非置換又は置換脂肪族炭化水素基を有する琥珀酸誘導体、例えばポリイソブチレン置換琥珀酸のペンタエリスリトールジエステル);腐蝕防止剤;付香剤;摩耗防止添加剤;酸化防止剤(例えば2,6−ジ−tert−ブチルフェノールのようなフェノール類、又はN,N’−ジ−sec−ブチル−p−フェニレンジアミンのようなフェニレンジアミン類);及び燃焼改良剤がある。
ディーゼル燃料添加剤は、特に燃料組成物の硫黄含有量が少ない(例えば500ppmw以下)場合、潤滑性強化剤を含有することが特に好ましい。添加剤含有燃料組成物では、潤滑性強化剤は50〜1000ppmw、好ましくは100〜1000ppmwの濃度で存在するのが都合良い。市販の好適な潤滑性強化剤としては、EC 832及びPARADYNE(商標) 655(Infineumから)、HITEC(商標) E580(Ethyl Corporationから)及びVEKTRON(商標) 6010(Infineumから)及びLubrizol Chemical Companyから例えばLZ 539 Cとして入手できるようなアミド系添加剤が挙げられる。その他の潤滑性強化剤は、特許文献、特に低硫黄含有量ディーゼル燃料との併用と関連して、例えば以下の文献に記載されている。
・Danping Wei及びH.A.Spikesによる論文、“The Lubricity of Diesel Fiuels”Wear,III(1986)217−235
・WO−A−95/33805:低硫黄燃料の潤滑性を強化するための低温流れ改良剤
・WO−A−94/17160:ディーゼルエンジン噴射システムの摩擦低下用燃料添加物として、カルボン酸(炭素原子数2〜50)とアルコール(炭素原子数1以上)との特定のエステル、特にグリセロールモノオレエート及びジ−イソデシルアジペートを含有する。
・US−A−5490864:低硫黄ディーゼル燃料用耐摩耗潤滑性添加物として特定のジチオ燐酸ジエステル−ジアルコール
・WO−A−98/01516:特に低硫黄ディーゼル燃料に耐摩耗潤滑性効果を与えるための、芳香族核に結合した少なくとも1つのカルボキシル基を有する特定のアルキル芳香族化合物。
またディーゼル燃料添加剤は、消泡剤を含むことが好ましく、更に好ましくは錆防止剤及び/又は腐蝕防止剤及び/又は潤滑添加剤と組合わせて消泡剤を含む。
特記しない限り、添加剤含有ディーゼル燃料組成物中の各添加成分の(活性分)濃度は、好ましくは10000ppmw以下、更に好ましくは5〜1000ppmw、有利には75〜300ppmwの範囲、例えば95〜150ppmwの範囲である。
ディーゼル燃料組成物中の曇り除去剤の(活性分)濃度は、好ましくは1〜20ppmw、更に好ましくは1〜15ppmw、なお更に好ましくは1〜10ppmw、有利には1〜5ppmwの範囲である。点火改良剤が存在すれば、その(活性分)濃度は、好ましくは600ppmw以下、更に好ましくは500ppmw、便利には300〜500ppmwである。
所望ならば前述のような添加剤成分は、好ましくは好適な希釈剤と一緒に混合してディーゼル燃料添加剤濃厚物としてもよく、またこの添加剤濃厚物を燃料中に好適な量、分散して、本発明の組成物を製造しもよい。
ディーゼル燃料組成物の場合、例えば添加剤は、通常、任意に前述のような他の成分と共に、洗浄剤、及びディーゼル燃料と相溶性の希釈剤(担体油(例えば鉱油)であってよい)、ポリエーテル(キャップされてもキャップされなくてもよい)、トルエン、キシレン、ホワイトスピリット及び“SHELLSOL”の商標でシェル社により販売されているような非極性溶剤、及び/又はエステル、特にアルコール、例えばヘキサノール、2−エチルヘキサノール、デカノール、イソトリデカノール及びアルコール混合物、例えば“LINEVOL”、特にLINEVOL(商標) 79アルコール(C7−9第一アルコールの混合物)の商標でシェルグループにより販売されているアルコール混合物、又はSidobre Sinnova,フランスから商標“SIPOL”として市販されているC12−14アルコールの混合物のような極性溶剤を含有する。
添加剤の合計含有量は、好適には0〜10000ppmw、好ましくは5000ppmw未満であってよい。
本発明は更に、内燃機関の燃焼室に、前記定義した燃料組成物を導入する工程を含む内燃機関の操作方法を提供する。
本発明はまた、燃焼室の沈着物を制御するため、内燃機関(ガソリンの場合は、スパーク点火エンジン)の燃料として、本発明の燃料組成物、好ましくはガソリン組成物を使用する方法も提供する。
本発明は、以下の実施例から更に理解されよう。実施例中、特に指定しない限り、部、%は、重量部(ppmwは、百万重量部当たり重量部)、重量%であり、また温度は、摂氏である。
実施例において、ベース燃料は、RON 95.3、MON 85.3で、硫黄含有量(ASTM D2622−94)48ppmw、芳香族含有量33.2%v/v及びオレフィン含有量11.9%v/v(ASTM D6623−0I(方法C))、密度(DIN 51757/V4)743kg/m、蒸留(ISO 3405/88)IBP(初期蒸留温度)25〜30.5℃、10%v/v 40〜50℃、50%v/v 99〜100℃、95%v/v 178〜181℃、及びFBP(最終蒸留温度)204〜206℃の無鉛ガソリン(95 ULG)である。
洗浄剤含有ガソリンは、前記ベースガソリンに包装品濃度380ppmwで取込んだものである。包装品は、DE−A−19955651の実施例3に記載の添加剤包装品PIに近似するもので、標準的な市販のガソリン添加物包装品で、ポリイソブチレンアミン洗浄剤、合成担体油及び慣用の腐食防止剤を含有する。ポリイソブチレンアミン洗浄剤は、ポリイソブチレンアミン(PIB)鎖の数平均分子量が約1000のポリイソブチレンモノアミン(PIPBA)(BASFから)である。合成担体油は、開始剤としてC〜C15の範囲のアルコール混合物を用いて作った15〜30のプロピレンオキシド単位を有するポリオキシプロピレングリコールで、1000〜2000の範囲のMnを有するポリエーテル担体である。この添加剤包装品は、不揮発分を約68%含有し、包装品の約27%はPIBAであり、また包装品の約40%は担体液であった。
ベースディーゼル燃料は、硫黄含有量(IP 373)が39ppmw、曇り点が−6℃、セタン価(IP 380/94)が55.9、15℃での密度が831kg/m、蒸留(IP 123)についてはIBPが171℃、10%が211℃、50%が277℃、90%が328℃及びFBPが359℃であった。
洗浄剤含有ディーゼル燃料は、必要な市販の常温流れ改良剤、セタン改良剤(2−エチルヘキシルナイトレート)、帯電防止剤、潤滑性向上剤及びパイプラインドラッグレデューサーの他、洗浄剤、消泡剤、酸化防止剤及び腐食防止剤を含む商用性能包装品と一緒に、前記ベ−スディーゼル燃料を含有する。
実施例1〜19
以下の樹枝状体について、ベースガソリン及び/又はベースディーゼル燃料との相溶性を、燃料可溶性酸素化物補助溶剤を用いてテストした。Aldrich No.を示す場合、樹枝状体はAldrich社、例えばAldrich Chemical Co.,ミルウォーキー,米国ウイスコンシン州;又はSigma−Aldrich Company Ltd.,Gililingham,Dorset,英国(供給源:Aldrich Handbook of Fine Chemicals and Laboratory Equipment 2003−2004 United Kingdom)から得られる。
DAB−Am樹枝状体
A:
Aldrich No.46,069−9;DAB−Am−4、ポリプロピレンイミンテトラミン樹枝状体、世代 1.0;[−CH2CH2N [(CH2) 3N[(CH2) 3NH2]2]2;式重量316。表面第一アミノ基4個含有。
B:
Aldrich No.46,072−9;DAB−Am−8、ポリプロピレンイミンオクタミン樹枝状体、世代 2.0;[−CH2CH2N [(CH2) 3NH2]2]2]2;式重量773。表面第一アミノ基8個含有。
C:
Aldrich No.46,907−6;DAB−Am−16、ポリプロピレンイミンヘキサデカミン樹枝状体、世代 3.0;[−CH2CH2N [(CH2) 3N [(CH2) 3N [(CH2)3NH2]2]2]2]2;式重量1687。表面第一アミノ基16個含有。
D:
Aldrich No.46,908−4;DAB−Am−32、ポリプロピレンイミンドトリアコンタ(dotoriaconta)アミン樹枝状体、世代 4.0;[−CH2CH2N [(CH2)3N [(CH2) 3N [(CH2) 3N [(CH2)3NH2]2]2]2]2]2;式重量3514。表面第一アミノ基32個含有。
PAMAM樹枝状体
E:
Aldrich No.41,238−4;PAMAM樹枝状体、世代 1;[−CH2N [CH2CH2CONH CH2CH2N[CH2CH2CONH CH2CH2N (CH2CH2CONH CH2CH2N H2)2]2]2;式重量1429。表面第一アミノ基8個含有。
F:
Aldrich No.41,240−6;PAMAM樹枝状体、世代 2;[−CH2N[CH2CH2CONH CH2CH2N[CH2CH2CONH CH2CH2N (CH2CH2CONH CH2CH2N H2)2]2]2]2;式重量3256。表面第一アミノ基16個含有。
G:
Aldrich No.41,242−2;PAMAM樹枝状体、世代 3;式重量6909。表面第一アミノ基32個含有。
H:
Aldrich No.41,237−6;PAMAM樹枝状体、世代 0.5;[−CH2N [CH2CH2CONH CH2CH2N(CH2CH2COONa)2]2]2;式重量1269。表面カルボキシレート基8個含有。
I:
Aldrich No.41,239−2;PAMAM樹枝状体、世代 1.5;[−CH2N [CH2CH2CONH CH2CH2N [CH2CH2CONH CH2CH2N(CH2CH2COONa) 2]2]2]2;式重量2935。表面カルボキシレート基16個含有。
J:
Aldrich No.47,783−4;PAMAM−OH樹枝状体、世代 2;[−CH2N [CH2CH2CONH CH2CH2N [CH2CH2CONH CH2CH2N(CH2CH2CONH CH2CH2OH) 2]2]2]2;式重量3272。表面ヒドロキシル基16個含有。
K:
Aldrich No.47,784−2;PAMAM−OH樹枝状体、世代 3;式重量6941。表面ヒドロキシル基32個含有。
L:
Aldrich No.47,785−0;PAMAM−OH樹枝状体、世代 4;式重量14279。表面ヒドロキシル基64個含有。
M(比較例):
工業用グレードPAMAM−OH樹枝状体、世代 2、Dendritech,Inc.米国ミシガン州から得られる。表面基16個含有。プロトン核磁気共鳴(NMR)により、−OH数が55%、−COOH数が45%であることが判った。
N:
樹枝状体M(Mの25%w/wメタノール溶液 250ml)を1ml/分の速度でクロマトグラフィーカラム(メタノール中、酸化アルミニウム 150g)に通し、次いでカラムを洗浄した(メタノール 300ml)。得られた樹枝状体N中の−OH表面基と−COOH表面基との相対割合は、NMRにより−OH数が82%、−COOH数が18%であることが判った。
O:
PAMAM樹枝状体、世代 2、を部分酸化して製造したアミノ/ヒドロキシル混合表面基樹枝状体(Dendritech,Inc.から特別注文により得られる)。この樹枝状体Oの−NH表面基:−OH表面基の相対割合は、NMR測定により−NH数が50%、−OH数が50%である。
P:
PAMAM樹枝状体、世代 2、を部分酸化して製造したアミノ/ヒドロキシル混合表面基樹枝状体(Dendritech,Inc.から特別注文により得られる)。この樹枝状体Pの−NH表面基:−OH表面基の相対割合は、NMR測定により−NH数が85%、−OH数が15%である。
シクロトリホスファゼン樹枝状体(比較例)
Q:
Aldrich No.55201−1;シクロトリホスファゼン−PMMH−6樹枝状体、世代 0.5;N3P3(OC6N4CHO)6;式重量861;表面アルデヒド(−CHO)基6個含有。
R:
Aldrich No.55206−2;シクロトリホスファゼン−PMMH−12樹枝状体、世代 1.5;N3P3(OC6H4CH=NN(CH3)P(S)(O C6H4CHO)2)6;式重量2853;表面アルデヒド(−CHO)基12個含有。
チオホスホリル樹枝状体(比較例)
S:
Aldrich No.55176−7;チオホスホリル−PMMH−3樹枝状体、世代 0.5;S=P(OC6H4CHO)3;式重量426;表面アルデヒド(−CHO)基3個含有。
T:
Aldrich No.55167−8;チオホスホリル−PMMH−6樹枝状体、世代 1.5;S=P(OC6H4CH=NN(CH3)P(S)(O C8H4CHO)2)3;式重量1422;表面アルデヒド(−CHO)基6個含有。
使用した燃料可溶性酸素化物補助溶剤は、メタノール(ガソリン用)、2−エチルヘキサノール(ガソリン及びディーゼル燃料用)及び2−エチルヘキサン酸(ディーゼル燃料用)である。使用した補助溶剤:樹枝状体比(重量)は5:1〜400:1である。
結果を下記表1に示す。
実施例20〜26
燃焼室沈着テスト
積算マイル数25,000〜50,000マイルの範囲のメルセデスベンツC200乗用車(M111−945、1998cc、4気筒16バルブエンジン、圧縮比10.4:1、5500rpmで100Kw)を用いて燃焼室沈着テストを行なった。
マイル数は、60mph(96kph)一定で64マイル(102km)の標準250マイル(400km)サーキット、続いて30〜60mph(48〜96kph)で78マイル(125km)次いで60mph(96kph)一定で108マイル(173km)の市街地走行を積算した。
暖かい燃料に添加剤ブレンドを確実に添加すると共に、一定のエンジンブロック温度で確実に燃焼室沈着物を測定するため、自動車は20℃で一夜放置した。自動車を12時間より長く放置した場合、外部湿気によるエンジンへの可能な影響を最小化するため、排気システムは封鎖した。
燃焼室の沈着物は、既知厚さのメーカー調達標準フィルムに対して使用する前に、フィッシャー・アイソスコープ(Isoscope)MP2プローブを用いて標準化した上死点(TDC)でスパークプラグの隙間を通るピストン中央燃焼室沈着物の平均厚さを測定して評価した。ピストン中央燃焼室沈着物の平均厚さは、燃焼室沈着物の合計平均重量と密接に相関し、したがって重要なパラメーターであることが既に判っている。
各評価では、ピストンを手で上死点まで回し、プローブをスパークプラグの隙間の周囲に動かして、20回測定し、平均してそのシリンダーについての値とした。スパークプラグを取り替え、同様な方法で他の3つのシリンダーについて連続的に測定した。
実施例20
自動車を洗浄剤含有燃料で500〜6000マイル(800〜9600km)走行させた。この時の燃焼室沈着物の平均厚さを前述のように測定した。(“開始”)次いで7台の自動車をベ−スガソリンに切換え、500マイル(800km)走行させてから、再び沈着物の厚さを測定した(“終了”)。但し、1台の自動車は、樹枝状体Jの1:5w/wメタノール溶液として混合した樹枝状体Jを50ppm含有するベースガソリンに切り替え、400マイル(640km)走行させた。
結果を以下の表2に示す。
表2から容易に判るように、標準洗浄剤包装品を含むベースガソリンから樹枝状体Jを含むベースガソリンに切り換えると、400マイル(640km)(燃料 1タンク)で燃焼室沈着物厚さの48%まで著しく減少した。
実施例21〜23
自動車を、(i)ベースガソリンで最小500マイル(800km)、(ii)次いでベースガソリン+添加剤で1000マイル(1600km)、次いでベースガソリンで更に500マイル(800km)走行させた。(i)(開始)の後、500マイル(800km)で、(ii)では1000マイル(1600km)で、更に(iii)(終了)の後、走行させた。(ii)では異なる自動車に樹枝状体Nを200ppmw、50ppmw及び10ppmw使用し、また1台の自動車は、比較のため、洗浄剤含有ガソリンを用いて走行させた。樹枝状体Nは、樹枝状体Nの1:80w/wメタノール溶液としてベースガソリン中に混合した。
結果を下記表3に示す。
洗浄剤含有ガソリンでは、燃焼室沈着物の厚さは1000マイル(1600km)で11%以上増加したのに対し、樹枝状体N含有ベースガソリンでは、燃焼室沈着物の厚さは樹枝状体Nの濃度に応じて減少したことが観察される。こうして、樹枝状体N含有ベースガソリンの1000マイル(1600km)(燃料 2タンク)後、燃焼室沈着物の厚さは、200ppmwの濃度では51%以上、50ppmwの濃度では30%以上、10ppmwの濃度では14%以上、減少した。いずれの場合も、燃焼室沈着物の厚さはベースガソリンに切換え戻すと、開始レベルに逆戻りした。
実施例24〜26
自動車を、(i)洗浄剤含有ガソリンで2500マイル(4000km)、(ii)次いでテストガソリンで1250マイル(2000km)、次いで洗浄剤含有ガソリンで更に750マイル(1200km)走行させた。(i)(開始)の後、750マイル(1200km)で、(ii)では150マイル(2000km)で、更に(iii)(終了)の後、走行させた。樹枝状体の1:80w/wメタノール溶液として混合した樹枝状体N、O及びPを、100ppmwの樹枝状体濃度で洗浄剤含有ガソリン(DTG)に混合し、異なる自動車に入れた。比較のため、1台の自動車は、洗浄剤含有ガソリンで完走させた。
結果を下記表4に示す。
テスト2000マイル(3200km)で洗浄剤含有ガソリンには、沈着物厚さが連続的に増加したことが観察される。樹枝状体Nの場合、沈着物厚さの増加速度は1250マイル(2000km)では、樹枝状体のない洗浄剤含有ガソリンの41.7%の増加に比べて、14.2%の増加と遅かった。樹枝状体O及びPの場合、1250マイル(2000km)では沈着物厚さは、開始に比べて、14%以上、実際に減少していた。いずれの場合も、洗浄剤含有ガソリンで走行した最後の750マイル(1200km)では沈着物厚さは、少なくとも11%増加している(予め樹枝状体を使用しなかった場合は11%、予め樹枝状体Nを使用した場合は17.6%、予め樹枝状体Oを使用した場合は12.8%、予め樹枝状体Pを使用した場合は20.4%)。
比較例−洗浄性テスト
吸入バルブ沈着シミュレーターテスト−傾斜熱板リグ
このシミュレーターテストは、SAE Paper 890215,Daneshgari等,“The Influence of Temperature upon Gasoline Deposit Built−Up on the Intake Valves”,米国デトロイト,1989年2月27日〜3月3日に記載のテストにほぼ相当する。テストリグは、4つの傾斜板を並列で使用する。これらの傾斜板は、長さ50cm、幅2.5cmの砂吹きしたアルミニウム片で、このアルミニウム片は、長さ方向に幅3mm、深さ1mmの中央溝を有し、水平面に対し3度の角度でリグに載せてある。各板の頂点の温度は、400℃に維持され、各板の中央は250℃に維持される。
ベースガソリン中に樹枝状体を50ppmwの濃度でテスト材料を含有するガソリンサンプルを作り、ガソリンサンプルの100ml部分を、20ゲージのスチール製皮下Luer止め針を付けたガラス製注射器から0.6ml/分の速度で、各板の頂点の溝に配送する。配送終了後、約2時間40分経ってから、傾斜板を室温(20℃)に冷却し、流去する液体が透明になるまで、n−ヘプタンで洗浄し、次いで放置乾燥してから、沈着物が存在するか評価する。
この評価は、ニコン(商標)f55マクロレンズ付き“Sony”/“SEESCAN”(商標)CCDカメラに連結した512*512画像メモリー付き“SEESCAN”(商標)マーカー画像分析器を用いて行なう。評価される板の照明は、カメラが焦点を結ぶ板上の点から直線距離で22cm離し、かつ板に対し33度及び147度の角度で設けた2つの12Vタングステンランプによる。
傾斜板の透明部分を、カメラの下で動かし、その画像を捕獲する。次に、板の沈着物含有部をカメラの下で動かし、その画像を捕獲する。画像分析器は、対応する画素により画素を、また透明画像により沈着物画像を分け、自動的に全体の測定枠内に含まれる画素での沈着物の面積及び光学密度を測定し、その画像についての積算光学密度を計算する。この画像の数値は、テスト等級として記録される。
このテストの結果を下記表5に示す。
樹枝状体A及びCは、樹枝状体の1:10w/w 2−エチルヘキサノール溶液として混合し、また樹枝状体F、J、K、N、O及びPは、樹枝状体の1:80w/w メタノール溶液として混合した。
表4から容易に明らかなように、これらの樹枝状体は、ガソリン中で洗浄剤活性を示さない。
これは、前述の米国特許第6,127,481号の開示とは対照的である。この文献には燃料添加物として、櫛形、星形、ナノゲル形、又はそれらを組合わせた構造形態の特定の分岐鎖ポリオレフィン重合体を開示している。同文献のポリオレフィンプレアームは、樹枝状体(第21〜28欄)と反応して、実施例15、17d、21b及び22のようなポリオレフィン末端化合物を生成する。これらの化合物は、実施例26の表6に、ベースガソリンと比べて、吸入バルブ沈着物を減少させるが、燃焼室沈着物を増大させるガソリン用洗浄剤、洗浄性添加剤であることが示されている。

Claims (10)

  1. 内燃機関用燃料を多量、及びアミノ基、ヒドロキシル基及びカルボキシレート基から独立に選ばれた末端官能基を4〜64個有する燃料相溶性樹枝状体を少量含む燃料組成物。
  2. 更に、C〜C14のアルカノール及び2−エチルヘキサン酸から選ばれた燃料相溶性酸素化物補助溶剤を含有する請求項1に記載の燃料組成物。
  3. 樹枝状体が、DAB−Am、PAMAM及びPAMAM−OH樹枝状体から独立に選ばれた少なくとも1種の燃料相溶性樹枝状体である請求項1又は2に記載の燃料組成物。
  4. 樹枝状体が4〜32個の末端官能基を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料組成物。
  5. 樹枝状体が、全組成物に対し5〜500ppmwの範囲の濃度で存在する請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料組成物。
  6. 樹枝状体が、全組成物に対し10〜200ppmwの範囲の濃度で存在する請求項5に記載の燃料組成物。
  7. 更に、数平均分子量(Mn)が750〜6000の範囲のヒドロカルビル基を含む窒素含有洗浄剤を、全組成物に対し25〜2500ppmwの範囲の濃度で含有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料組成物。
  8. 内燃機関用燃料がガソリンである請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料組成物。
  9. 内燃機関の燃焼室に、請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料組成物を導入する工程を含む内燃機関の操作方法。
  10. 燃焼室の沈着物を制御するため、内燃機関の燃料として請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料組成物を使用する方法。

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