JP2013531097A - 四級化コポリマー - Google Patents

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Abstract

(A)アミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得ないかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得ない酸素官能性置換基または窒素官能性置換基を有してよい、直鎖状、分枝鎖状または環式のエチレン性不飽和C2〜C100炭化水素を、アミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得るかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得るエチレン性不飽和C3〜C12モノカルボン酸もしくはC3〜C12ジカルボン酸またはこれらの誘導体と共重合させ、500〜20000の数平均分子量Mnを有するコポリマー(CP)を得て;(B)カルボン酸官能基を、それぞれ第1級窒素原子もしくは第2級窒素原子またはヒドロキシル基および四級化可能な第三級窒素原子を有する、2〜6個の窒素原子を有するオリゴアミンまたはアルコールアミンとの反応によって、部分的または全体的にアミド化またはイミド化またはエステル化し;(C)第三級窒素原子を四級化剤で部分的または全体的に四級化することによって得られた、四級化コポリマー。こうして製造された四級化コポリマーは、直噴ディーゼルエンジンにおける燃料添加剤として適している。

Description

本発明は、次の反応工程
(A)アミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得ないかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得ない、1個以上の酸素官能性置換基または窒素官能性置換基を有してよい、1つ以上の直鎖状、分枝鎖状または環式のエチレン性不飽和C2〜C100炭化水素(モノマーM1)を、1または2個のカルボン酸官能基を有しかつアミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得るかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得る、1つ以上のエチレン性不飽和C3〜C12カルボン酸もしくはC3〜C12カルボン酸誘導体(モノマーM2)と共重合させ、500〜20000の数平均分子量Mnを有するコポリマー(CP)を得て;
(B)コポリマー(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基を、それぞれ少なくとも1個の第1級窒素原子もしくは第2級窒素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基および少なくとも1個の四級化可能な第三級窒素原子を有する、2〜6個の窒素原子を有する1つ以上のオリゴアミン(OA)またはアルコールアミン(AA)との反応によって、部分的または全体的にアミド化またはイミド化またはエステル化し;
(C)OA単位またはAA単位中の少なくとも1個の第三級窒素原子を少なくとも1つの四級化剤(QM)で部分的または全体的に四級化することによって得られた四級化コポリマーであって、
この場合これらの工程(B)および(C)は、反対の順序で行なうこともでき、したがって、コポリマー(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基は、既に反応工程(C)により四級化されたオリゴアミン(OA)またはアルコールアミン(AA)との反応によって、部分的または全体的にアミド化またはイミド化またはエステル化することができる、上記の四級化コポリマーに関する。
更に、本発明は、このような四級化コポリマーを製造する方法に関する。
更に、本発明は、このような四級化コポリマーの含量を有する燃料にも関する。
更に、本発明は、直噴ディーゼルエンジンの噴射システムにおける、殊にコモンレール噴射システムにおける堆積物の低減または阻止のため、直噴ディーゼルエンジン、殊にコモンレール噴射システムを有するディーゼルエンジンの燃料消費量を減少させるため、および直噴ディーゼルエンジンにおける、殊にコモンレール噴射システムを有するディーゼルエンジンにおける出力損失(powerloss)を最小化するための燃料添加剤としての前記四級化コポリマーの使用に関する。
直噴ディーゼルエンジンの場合、燃料は、古典的な(チャンバー)ディーゼルエンジンの場合のようにプリチャンバーまたはスワールチャンバー内に導入される代わりに、燃焼室中に直接到達している、エンジンの多孔噴射ノズルを通して噴射される。直噴ディーゼルエンジンの利点は、ディーゼルエンジンに対して当該直噴ディーゼルエンジンの出力が高いにも拘わらず消費量が少ないことにある。更に、前記直噴ディーゼルエンジンは、既に低い回転数の際に極めて高いトルクを達成する。
現在、主として、燃料を直接にディーゼルエンジンの燃焼室中に噴射するために、3つの方法が使用されている:常用の分配型噴射ポンプ、ポンプノズルシステム(ユニットインジェクターシステムまたはユニットポンプシステム)およびコモンレールシステム。
コモンレール噴射システムの場合、ディーゼル燃料は、ポンプによって2000バールまでの圧力でコモンレール(文字どおり"共通の導管")の高圧導管内に搬送される。コモンレールから出発して、分岐管は、様々なインジェクターに通じており、これらのインジェクターは、燃料を直接に燃焼室中に噴射する。その際に、コモンレールには、常に全圧が印加されており、このことは、多重噴射または特殊な噴射形を可能にする。これに対して、別の噴射システムの場合、1つの噴射だけが可能である。コモンレールの場合の噴射は、主として3つのグループに分けられる:(1.)予備噴射によって主としてより穏やかな燃焼が達成され、したがって、ハードな燃焼騒音("ノッキング")が低減され、かつエンジンの運転が静かと思われる予備噴射;(2.)殊に、良好なトルクによる走行の要因である主要な噴射;および(3.)殊に、少ないNOx値を保証する後噴射。この後噴射の場合、燃料は、一般的に、燃焼するのではなく、残留熱によりシリンダー内で蒸発する。その際に形成される排ガス/燃料混合物は、排ガス装置に搬送され、この排ガス装置で燃料は、還元剤としての適当な触媒の存在下に窒素酸化物NOxに対して作用する。
シリンダーごとに個別の可変の噴射によって、コモンレール噴射システムの場合には、エンジンからの有害物質の放出、例えば窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)および殊に粒子(煤)の放出は、プラスに影響を及ぼされうる。これは、例えばコモンレール噴射システムを装備したエンジンが理論的に付加的な粒子フィルターなしでもユーロ4排ガス規制を満たしうることを可能にする。
現在のコモンレールディーゼルエンジンにおいては、特定の条件下で、例えばバイオディーゼル燃料を含む燃料または金属不純物、例えば亜鉛化合物を有する燃料を使用する場合には、インジェクター開口に堆積物を形成する可能性があり、この堆積物は、燃料の噴射挙動に不利な影響を及ぼし、それによってエンジンの性能が損なわれ、すなわち、殊に出力が減少し、そして部分的には燃焼も劣化する。堆積物の形成は、インジェクターの構造的なさらなる展開により、殊にノズルの幾何学的形状を変えること(丸みを付けられた出口を有する狭い円形の開口)によりさらに強化される。エンジンおよびインジェクターの持続する最適な機能形式のために、このような堆積物は、ノズル開口中で適当な燃料添加剤によって阻止されなければならないか、または低減されなければならない。
従って、本発明の課題は、上記の欠点を排除する、すなわち殊に直噴ディーゼルエンジンの噴射システムにおける、特にインジェクターにおける堆積物を阻止するかまたは低減し、直噴ディーゼルエンジンの燃料消費量を減少させ、およびこのようなエンジンにおける出力損失を最小化する燃料添加剤を提供することであった。
公知技術水準から、C8〜C200アルキルコハク酸イミドまたはC8〜C200アルケニルコハク酸イミドは、燃料、例えば中間留分の燃料またはオットー燃料のための洗剤添加物として公知である。すなわち、WO 02/092645(1)には、ポリアルケニルコハク酸イミド、例えばポリイソブテニルコハク酸イミドが燃料、例えばディーゼル燃料、燃料油またはオットー燃料に対する添加物として、または周知のように製造により制限された、30質量%までの相応するポリアルケニルコハク酸アミドまたはポリアルケニルコハク酸半アミドを含有しうる滑剤に対する添加物として記載されている。このポリアルケニルコハク酸イミドは、エンジン堆積物および噴射ノズル上の堆積物に不利に作用するはずである。
WO 2006/100083(2)の記載から、特定の洗剤添加物が直噴ディーゼルエンジン、例えばコモンレール噴射システムを有するディーゼルエンジンの排ガス放出における粒子量を低減することは、公知である。洗剤添加物として、特に、無水コハク酸から誘導された、ヒドロキシ基および/またはアミノ基および/またはアミド基および/またはイミド基を有する添加物を有するグループ、例えば殊に脂肪族ポリアミンを有するポリイソブテニルコハク酸無水物の相応する誘導体が挙げられる。ヒドロキシ基および/またはアミノ基および/またはアミド基および/またはイミド基を有するグループは、例えばカルボン酸基、モノアミンの酸アミド、アミド官能基と共にさらに遊離アミノ基を有するジアミンもしくはポリアミンの酸アミド、酸官能基およびアミド官能基を有するコハク酸誘導体、モノアミンを有するカルボン酸イミド、イミド官能基と共にさらに遊離アミノ基を有する、ジアミンもしくはポリアミンを有するカルボン酸イミド、またはジアミンもしくはポリアミンを2つのコハク酸誘導体と反応させることによって形成されるジイミドである。
欧州特許出願公開第1887074号明細書A1(3)には、ヒドロカルビル置換コハク酸またはその無水物、例えばポリイソブテニルコハク酸無水物とヒドラジンとの反応生成物を使用してディーゼルエンジンにおけるインジェクター堆積物を除去または低減する方法が記載されている。この反応生成物の中から、半ヒドラジド構造も挙げられる。
WO 2006/135881(4)には、オレフィンと無水マレイン酸とのエン反応により得られるヒドロカルビル置換されたアシル化剤を付加的な第三級アミノ基を有するアミンと縮合し、引続き第三級アミノ基を四級化し、内燃機関の入口システムの清浄化および清浄化の保存のために燃料添加剤として適している四級アンモニウム塩に変えることが記載されている。
公知技術水準から公知の、実地においてしばしば使用される、上記のC8〜C200アルキルコハク酸イミドまたはC8〜C200アルケニルコハク酸イミド、例えばポリイソブテニルコハク酸イミドおよび類似の系は、記述された特殊な課題の解決のためには不十分な状態にあるにすぎないが、しかし、本発明の場合に、さらなる燃料添加剤として二次的量で前記イミドおよび前記系を共用することは、害にはならない。
この課題は、反応工程(A)、(B)および(C)により得られる、冒頭に記載された四級化コポリマーを使用することによって解決される。
本発明の対象は、次の反応工程:
(A)アミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得ないかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得ない、1個以上の酸素官能性置換基または窒素官能性置換基を有してよい、1つ以上の直鎖状、分枝鎖状または環式のエチレン性不飽和C2〜C100炭化水素(モノマーM1)を、1または2個のカルボン酸官能基を有しかつアミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得るかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得る、1つ以上のエチレン性不飽和C3〜C12カルボン酸もしくはC3〜C12カルボン酸誘導体(モノマーM2)と共重合させ、500〜20000の数平均分子量Mnを有するコポリマー(CP)を得て;
(B)コポリマー(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基を、それぞれ少なくとも1個の第1級窒素原子もしくは第2級窒素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基および少なくとも1個の四級化可能な第三級窒素原子を有する、2〜6個の窒素原子を有する1つ以上のオリゴアミン(OA)またはアルコールアミン(AA)との反応によって、部分的または全体的にアミド化またはイミド化またはエステル化し;
(C)OA単位またはAA単位中の少なくとも1個の第三級窒素原子を少なくとも1つの四級化剤(QM)で部分的または全体的に四級化することを実施し、
この場合これらの工程(B)および(C)は、反対の順序で行なうこともでき、したがって、コポリマー(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基は、既に反応工程(C)により四級化されたオリゴアミン(OA)またはアルコールアミン(AA)との反応によって、部分的または全体的にアミド化またはイミド化またはエステル化することができることによって特徴付けられる、四級化コポリマーを製造する方法でもある。
反応工程(A)において製造されたコポリマー(CP)は、原理的に欧州特許出願公開第307815号明細書(6)の記載から公知である。この明細書中では、オットーエンジンのバルブでの摩耗現象を阻止または低減するために、および同時にオットーエンジンにおける腐蝕を低減するためにコポリマー(CP)をアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩の形で使用することが推奨されている。
任意の酸素官能性置換基または窒素官能性置換基として、モノマー(M1)中に反応工程(A)において、例えばエーテル酸素原子またはカルボン酸アミド基が発生しうる。
好ましい実施態様において、反応工程(A)におけるモノマー(M1)は、C2〜C40アルケン、C3〜C10シクロオレフィン、アルキル基中に1〜30個の炭素原子を有するアルキルビニルエーテル、アルキル基中に3〜10個の炭素原子を有するシクロアルキルビニルエーテルおよび8〜96個の炭素原子を有するオリゴイソブテンまたはポリイソブテンの中から選択される。
好適な直鎖状または分枝鎖状のC2〜C40アルケンの例は、エチレン、プロピレン、ブテン−1、イソブテン、ペンテン−1、3−メチルブテン−1、ヘキセン−1、4−メチルペンテン−1、3,3−ジメチルブテン−1、ヘプテン−1、4−メチルヘキセン−1、5−メチルヘキセン−1、4,4−ジメチルペンテン−1、オクテン−1、2,4,4−トリメチルペンテン−1、2,4,4−トリメチルペンテン−2、2,4,4−トリメチルペンテン−1および2,4,4−トリメチルペンテン−2からなる異性体混合物("ジイソブテン")、4,4−ジメチルヘキセン−1、デセン−1、テトラデセン−1、ヘキサデセン−1、オクタデセン−1、C20オレフィン−1、C22オレフィン−1、C24オレフィン−1、C26オレフィン−1、C28オレフィン−1、C30オレフィン−1、C40オレフィン−1、C20〜24オレフィン、C22/24オレフィン−1、C24〜28オレフィン−1ならびに記載されたアルケンの互いの混合物である。この中で、直鎖状または分枝鎖状のC12〜C30アルケン、殊に直鎖状または分枝鎖状のC16〜C26アルケン、特に直鎖状または分枝鎖状のC20〜C24アルケンが好ましい。
好適なC3〜C10シクロオレフィンの例は、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテンおよびシクロオクテンならびに記載されたシクロオレフィンの互いの混合物である。この中で、シクロペンテンおよびシクロヘキセンは、好ましい。
直鎖状または分枝鎖状のアルキル基中に1〜30個の炭素原子を有する好適なアルキルビニルエーテルの例は、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、第三級ブチルビニルエーテル、n−ペンチルビニルエーテル、n−ヘキシルビニルエーテル、2−メチルペンチルビニルエーテル、n−ヘプチルビニルエーテル、n−オクチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、2,2,4−トリメチルペンチルビニルエーテル、n−デシルビニルエーテル、2−プロピルヘプチルビニルエーテル、n−ドデシルビニルエーテル、イソドデシルビニルエーテル、n−トリデシルビニルエーテル、イソトリデシルビニルエーテル、n−テトラデシルビニルエーテル、n−ヘキサデシルビニルエーテル、n−オクタデシルビニルエーテル、n−エイコシルビニルエーテル、n−ドコシルビニルエーテル、n−テトラコシルビニルエーテル、n−ヘキサコシルビニルエーテル、n−オクタコシルビニルエーテル、オレイルビニルエーテルならびに記載されたアルキルビニルエーテルの互いの混合物である。この中で、直鎖状または分枝鎖状のC8〜C26アルキル基、殊に直鎖状または分鎖状のC12〜C24アルキル基、特に直鎖状または分枝鎖状のC16〜C22アルキル基を有するアルキルビニルエーテルは、好ましい。
シクロアルキル基中に3〜10個の炭素原子を有する好適なシクロアルキルビニルエーテルの例は、シクロブチルビニルエーテル、シクロペンチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、シクロヘプチルビニルエーテルおよびシクロオクチルビニルエーテルならびに記載されたシクロアルキルビニルエーテルの互いの混合物である。この中で、シクロペンチルビニルエーテルおよびシクロヘキシルビニルエーテルが好ましい。
8〜96個の炭素原子、殊に44〜92個の炭素原子を有するオリゴイソブテンまたはポリイソブテンとして、特に末端位(α位)の二重結合の高い含量、典型的には少なくとも70モル%、殊に少なくとも80モル%の末端位(α位)の二重結合の高い含量を有するポリイソブテン、例えば550、700または1000の数平均分子量Mnを有するかかるものがこれに該当する。
記載された好ましいモノマー(M1)と共に、例えばさらにアクリル酸アミドまたはメタクリル酸アミド、例えばアクリル酸−N−(C1〜C30アルキル)−アミド、アクリル酸−N,N−ジ−(C1〜C30アルキル)−アミド、メタクリル酸−N−(C1〜C30アルキル)−アミドまたはメタクリル酸−N,N−ジ−(C1〜C30アルキル)−アミドがモノマー(M1)として使用されてもよい。
特に、反応工程(A)におけるモノマー(M1)は、重合可能なエチレン性不飽和二重結合をα位に有し、すなわちモノマー(M1)中には、エチレン性不飽和二重結合が末端位に構造要素>C=H2の形で存在する。
好ましい実施態様において、反応工程(A)におけるモノマー(M2)は、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸およびイタコン酸ならびにこれらの無水物、ハロゲン化物、すなわち前記酸のフッ化物、塩化物、臭化物またはヨウ化物、およびエステル、殊に前記酸のC1〜C30アルキルエステルの中から選択される。特に好ましいのは、マレイン酸および無水マレイン酸である。
記載された好ましいモノマー(M2)と共に、例えばさらに、クロトン酸、イソクロトン酸、ブテ−1−エンカルボン酸、ペンテ−1−エンカルボン酸、ヘキセ−1−エンカルボン酸、ヘプテ−1−エンカルボン酸、オクテ−1−エンカルボン酸、ノネ−1−エンカルボン酸、デセ−1−エンカルボン酸、ウンデセ−1−エンカルボン酸、シトラコン酸またはメサクロン酸ならびにこれらの無水物、ハロゲン化物、すなわち前記酸のフッ化物、塩化物、臭化物またはヨウ化物、およびエステル、殊に前記酸のC1〜C30アルキルエステルがモノマー(M2)として使用されてもよい。
通常、モノマー単位(M1)対(M2)は、30:70〜70:30、殊に40:60〜60:40の質量比で反応工程(A)のコポリマー(CP)中に存在する。
コポリマー(CP)は、500〜20000、殊に1000〜18000、特に4000〜16000の数平均分子量Mn(それぞれゲル浸透クロマトグラフィーにより測定した)および一般的に1.3〜10、殊に1.6〜5、特に2.0〜2.5の多分散度(数平均分子量に対する質量平均分子量からの商PDI=Mw/Mn)を有する。
2つのモノマー単位(M1)および(M2)は、一般的に交互に存在するかまたはランダムに分布して存在する。しかし、原理的に、当業者に公知の特別な方法管理によって、ブロックコポリマーは、モノマー(M1)および(M2)から製造されてもよい。
モノマー(M1)と(M2)とは、一般的にラジカル共重合される。これらのモノマーは、公知の通常の重合技術、例えば塊状重合、懸濁重合、沈殿重合または溶液重合に使用される。これらの重合技術は、一般的に、通常のラジカル開始剤、例えばアセチルシクロヘキサンスルホニルペルオキシド、ジアセチルペルオキシジカーボネート、ジシクロヘキシルペルオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルペルオキシジカーボネート、第三級ブチルペルネオデカノエート、2,2’−アゾビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、第三級ブチルペルピバレート、第三級ブチルペル−2−エチルヘキサノエート、第三級ブチルペルマレエート、2,2’−アゾビス−(イソブチロニトリル)、ビス−(第三級ブチペルオキシド)−シクロヘキサン、第三級ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、第三級ブチルペルアセテート、ジクミルペルオキシド、ジ−第三級アミルペルオキシド、ジ−第三級ブチルペルオキシド、p−メタンヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、第三級ブチルヒドロペルオキシドまたは記載されたラジカル開始剤の混合物を用いて開始される。通常、前記ラジカル開始剤は、使用されたモノマーの全体量に対して計算した、0.1〜10質量%、殊に0.2〜5質量%の量で使用される。
一般的に、共重合は、40〜250℃、殊に80〜220℃の温度で行なわれ、この場合共重合温度を下廻る沸騰温度を有する、易揮発性モノマー(M1)を使用する際には、有利に圧力下で作業される。共重合は、通常、空気の遮断下、または酸素の遮断下で実施され、すなわち、沸騰条件下で作業し得ない場合には、開始剤、例えば窒素が使用され、それというのも、酸素は、共重合を遅らせるからである。レドックス共開始剤、例えばベンゾイン、ジメチルアニリン、アスコルビン酸ならびに重金属、例えば銅、コバルト、マンガン、鉄、ニッケルおよびクロムの有機可溶性錯体の共用は、共重合を促進しうる。
分子量を制御するために、殊に比較的低い分子量を有するコポリマーを製造するために、調節剤は、共用されてよい。適当な調節剤は、例えばアリルアルコールおよび有機メルカプト化合物、例えば2−メルカプトエタノール、2−メルカプトプロパノール、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸、第三級ブチルメルカプト、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタンまたは第三級ドデシルメルカプタンであり、これらは、通常、使用されたモノマーの全体量に対して0.1〜10質量%の量で使用される。
(CP)の製造の際に、懸濁重合、沈殿重合または溶液重合の重合技術が使用される場合には、適当な不活性溶剤または不活性溶剤混合物を使用することが必要とされる。このために、一般的に、勿論、そのつど使用される重合技術にとっては常に特異的に、例えば脂肪族炭化水素および脂環式炭化水素、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサンまたはジエチルシクロヘキサン、芳香族炭化水素、例えばトルエン、キシレン、エチルベンゼンもしくはクメン、高沸点の芳香族炭化水素からなる工業用混合物、例えばこれは、殊に"Solvesso"の商品名、例えばSolvesso 150またはSolvesso 200で市場で入手可能であり、脂肪族ハロゲン化炭化水素、例えばジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、1,1−ジクロロエタンもしくは1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタンもしくは1,1,2−トリクロロエタン、1,1,2−トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、1,2−ジクロロプロパン、塩化ブチル、1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン、1,1,1,2−テトラクロロ−2,2−ジフルオロエタンもしくは1,1,2,2−テトラクロロ−1,2−ジフルオロエタンおよびエーテル、例えばジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチル−第三級ブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテルならびに記載された溶剤の混合物が適している。
沈澱重合および懸濁重合の場合、保護コロイドの共用は、好ましいか、または必要である。保護コロイドは、多くの場合に、使用された溶剤中で良好に可溶性でありかつモノマーとの反応を生じないポリマー物質である。(CP)の製造の際に使用されうる、適当な保護コロイドは、例えば無水マレイン酸と8〜20個の炭素原子を有するビニルアルキルエーテルおよび/またはオレフィンとのコポリマーならびにその、C10〜C20アルコールとのモノエステルまたはC10〜C20アルキルアミンとのモノアミドもしくはジアミドならびにアルキル基が1〜20個の炭素原子を有するポリアルキルビニルエーテル、例えばポリメチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテル、ポリイソブチルビニルエーテルもしくはポリオクタデシルビニルエーテルである。保護コロイドの添加された量は、通常、0.05〜4質量%、殊に0.1〜2質量%であり、この場合には、しばしば、幾つかの保護コロイドを組み合わせることは好ましい。
次に表現された反応方程式は、本発明によれば、例示的にC22オレフィン−1と無水マレイン酸("MSA")とからなるコポリマーCPの構造(この場合、"MW"は、数平均分子量Mnを表わす)、3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピルアミンとの属するアミド化生成物("DMPAP")およびプロピレンオキシドとの属する四級化生成物("PO")/酢酸("HOAc")を示す:
Figure 2013531097
反応工程(B)において使用されるオリゴアミン(OA)は、有利に全部で2〜4個の窒素原子、殊に全部で2または3個の窒素原子、特に全部で2個の窒素原子を有し、その中で、いずれの場合にも少なくとも1つは、四級化可能な第三級窒素原子である。
反応工程(B)において使用されるアルコールアミン(AA)は、有利に1〜3個の窒素原子を有し、その中で、少なくとも1つは、四級化可能な第三級窒素原子であり、ならびに1〜3個のヒドロキシル基、殊に四級化可能な第三級窒素原子および1〜3個のヒドロキシル基、特に四級化可能な第三級窒素原子およびヒドロキシル基を有する。ヒドロキシル基は、一般的に、アルコールヒドロキシル基であり、すなわち、このヒドロキシル基は、sp3混成の炭素原子を有する。
反応工程(B)において使用されるオリゴアミン(OA)およびアルコールアミン(AA)は、通常、最大75個、殊に最大50個、特に最大30個の全炭素数を有する。
反応工程(B)における(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基を部分的または全体的にアミド化またはイミド化するために、好ましい実施態様において、オリゴアミン(OA)として一般式(Ia)
12N−(CH2)n−NR34 (Ia)
〔式中、
置換基R1およびR2は、水素またはC1〜C20アルキル基を表わし、この場合置換基R1およびR2の少なくとも1つは、水素を表わし、
置換基R3およびR4は、互いに無関係に、C1〜C20アルキル基を表わすかまたはこれらの置換基が結合している窒素原子と一緒になって、飽和、部分不飽和または不飽和の5員環または6員環のヘテロ環式基を形成し、および
変数nは、1〜12、殊に2〜6の数、特に2または3の数を表わす〕で示される化合物が適してる。
反応工程(B)における(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基の部分的または全体的なエステル化には、好ましい実施態様において、アルコールアミン(AA)として、一般式(Ib)
[HO−(CH2)mxN(R5)y(R6)z (Ib)
〔式中、
置換基R5およびR6は、互いに無関係に、C1〜C20アルキル基を表わすかまたはy=z=1の場合には、これらの置換基が結合している窒素原子と一緒になって、飽和、部分不飽和または不飽和の5員環または6員環のヘテロ環式基を形成し、
変数mは、1〜12、殊に2〜6の数、特に2または3の数を表わし、および
変数x、yおよびzは、それぞれ0、1、2または3の数を表わし、この場合x+y+zの総和は、3の値をもたらさなければならない〕で示される化合物が適している。
一般式(Ia)および(Ib)の化合物において置換基として生じうるC1〜C20アルキル基として、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、第二級ブチル、第三級ブチル、n−ペンチル、第二級ペンチル、第三級ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、イソノニル、2−プロピルヘプチル、n−デシル、n−ドデシル、n−トリデシル、イソトリデシル、n−テトラデシル、n−ヘキシルデシル、n−オクタデシルおよびエイコシルがこれに該当する。この場合、特にC1〜C8アルキル基、殊にC1〜C4アルキル基が生じる。
置換基R3およびR4またはR5およびR6が、これらの置換基が結合している窒素原子と一緒になって形成しうる、飽和、部分不飽和または不飽和の5員環または6員環のヘテロ環式基として、例えばイミダゾール、ベンズイミダゾール、ピラゾール、イミダゾリン、ピペラジン、ピペリジンまたはピリジンがこれに該当する。
一般式(Ia)の化合物の例は、2−(N,N−ジメチルアミノ)−エチルアミン、2−(N,N−ジエチルアミノ)−エチルアミン、2−(N,N−ジ−n−プロピルアミノ)−エチルアミン、2−(N,N−ジ−イソプロピルアミノ)−エチルアミン、2−(N,N−ジ−n−ブチルアミノ)−エチルアミン、3−(N,N−ジメチルアミノ)−プロピルアミン、3−(N,N−ジエチルアミノ)−プロピルアミン、3−(N,N−ジ−n−プロピルアミノ)−プロピルアミン、3−(N,N−ジ−イソプロピルアミノ)−プロピルアミン、3−(N,N−ジ−n−ブチルアミノ)−プロピルアミン、N−(2−アミノエチル)−イミダゾール、N−(2−アミノエチル)−ベンズイミダゾール、N−(3−アミノプロピル)−イミダゾール、N−(3−アミノプロピル)−ベンズイミダゾール、N−メチルピペリジン、N−エチルピペリジン、N−n−プロピルピペリジン、N−イソプロピルピペリジンおよびN−n−ブチルピペリジンである。
一般式(Ib)の化合物の例は、トリエタノールアミン、トリ−n−プロパノールアミン、トリ−イソプロパノールアミン、N−メチル−ジエタノールアミン、N−メチル−ジ−n−プロパノールアミン、N−メチル−ジ−イソプロパノールアミン、N,N−ジメチル−エタノールアミン、N,N−ジメチル−プロパノールアミン、N,N−ジメチル−イソプロパノールアミン、N−(2−ヒドロキシエチル)−イミダゾール、N−(2−ヒドロキシエチル)−ベンズイミダゾール、N−(3−ヒドロキシプロピル)−イミダゾール、N−(3−ヒドロキシプロピル)−ベンズイミダゾール、N−(3−ヒドロキシエチル)−ピペリジンおよびN−(3−ヒドロキシプロピル)−ピペリジンである。
反応工程(B)によるアミド化、イミド化またはエステル化は、通常、適当な溶剤または溶剤混合物中、例えば脂肪族炭化水素または脂環式炭化水素、例えばペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサンもしくはジエチルシクロヘキサン、芳香族炭化水素、例えばトルエン、キシレン、エチルベンゼンもしくはクメン、高沸点の芳香族炭化水素からなる工業用混合物、例えばこれは、殊に商品名"Solvesso"、例えばSolvesso 150またはSolvesso 200で商業的に入手可能であり、脂肪族ハロゲン化炭化水素、例えばジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、1,1−ジクロロエタンもしくは1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタンもしくは1,1,2−トリクロロエタン、1,1,2−トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、1,2−ジクロロプロパン、塩化ブチル、1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタン、1,1,1,2−テトラクロロ−2,2,−ジフルオロエタンまたは1,1,2,2−テトラクロロ−1,2−ジフルオロエタンおよびエーテル、例えばジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチル−第三級ブチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテルならびに記載された溶剤の混合物中で実施される。
アミド化およびエステル化の場合、一般的に、20〜150℃、殊に25〜120℃の温度で作業され;変換の際に遊離する全ての揮発性化合物、例えば水、ハロゲン化水素またはアルコールが除去された場合には、変換は、完全である。イミドを製造する場合には、反応工程(B)で特に2工程で、最初に、上記したようにアミド化を20〜150℃、殊に25〜120℃の温度で実施し、その後により高い温度、有利に120〜250℃、殊に150〜200℃へ加熱することにより、作業が行なわれ;この場合には、相応するより高沸点の溶剤または溶剤混合物、例えばSolvesso 150またはSolvesso 200の使用および/または真空の印加が推奨される。
反応工程(C)のための四級化剤(QM)として、原理的にこのような適した全ての化合物がこれに該当する。しかし、好ましい実施態様において、少なくとも1つの四級化可能な第三級窒素原子の反応工程(C)の四級化は、エポキシド、ジアルキルスルフェート、ジアルキルスルファイト、アルキルハロゲン化物、アリールアルキルハロゲン化物、アルキルカルボン酸エステルおよびジアルキルカーボネートから選択された少なくとも1つの四級化剤を用いて行なわれる。
エポキシドとして、例えばC2〜C12アルキレンオキシド、例えば酸化エチレン、酸化プロピレン、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、2−メチル−1,2−プロペンオキシド(イソブテンオキシド)、1,2−ペンテンオキシド、2,3−ペンテンオキシド、2−メチル−1,2−ブテンオキシド、3−メチル−1,2−ブテンオキシド、1,2−ヘキセンオキシド、2,3−ヘキセンオキシド、3,4−ヘキセンオキシド、2−メチル−1,2−ペンテンオキシド、2−エチル−1,2−ブテンオキシド、3−メチル−1,2−ペンテンオキシド、1,2−デセンオキシド、1,2−ドデセンオキシドまたは4−メチル−1,2−ペンテンオキシドならびに芳香族化合物置換されたエチレンオキシド、例えば酸化スチレンまたは4−メチル−スチレンオキシドが適している。
エポキシドを四級化剤として使用する場合には、前記エポキシドは、特にプロトン酸との組合せで、殊にC1〜C12モノカルボン酸、例えばギ酸、酢酸もしくはプロピオン酸またはC2〜C12ジカルボン酸、例えばシュウ酸もしくはアジピン酸との組合せで使用されるが、しかし、スルホン酸、例えばベンゼンスルホン酸もしくはトルエンスルホン酸または水性鉱酸、例えば硫酸もしくは塩酸も適している。
ジアルキルスルフェートとして、特にジ−(C1〜C20アルキル)スルフェート、殊にジ−(C1〜C4アルキル)スルフェート、例えばジメチルスルフェートまたはジエチルスルフェートが適している。四級化が行なわれた後、対イオンとして生じたモノアルキルスルフェートおよびスルフェートは、陰イオン交換剤での処理によって除去または交換することができる。
ジアルキルスルファイトとして、特にジ−(C1〜C20アルキル)スルファイト、殊にジ−(C1〜C4アルキル)スルファイト、例えばジメチルスルファイトまたはジエチルスルファイトが適している。四級化が行なわれた後、対イオンとして生じたモノアルキルスルファイトおよびスルファイトは、陰イオン交換剤での処理によって除去または交換することができる。
アルキルハロゲン化物として、特にC1〜C20アルキルフルオリド、C1〜C20アルキルクロリド、C1〜C20アルキルブロミドまたはC1〜C20アルキルヨージド、殊にC1〜C4アルキルフルオリド、C1〜C4アルキルクロリド、C1〜C4アルキルブロミドまたはC1〜C4アルキルヨージド、例えば塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、塩化エチル、臭化エチルまたはヨウ化エチルが適している。四級化が行なわれた後、対イオンとして生じたハロゲン化物陰イオンは、陰イオン交換剤での処理によって除去または交換することができる。
ベンジルハロゲン化物として、例えば塩化ベンジル、臭化ベンジルまたはヨウ化ベンジルが適しており;ベンジル基のベンゼン核は、原理的にさらに1個以上の置換基、例えばC1〜C4アルキル基を有してよい。四級化が行なわれた後、対イオンとして生じたハロゲン化物陰イオンは、陰イオン交換剤での処理によって除去または交換することができる。
アルキルカルボン酸エステルとして、特にモノ−(C1〜C20アルキル)−モノカルボン酸エステルもしくはモノ−(C1〜C20アルキル)−ジカルボン酸エステルまたはジ−(C1〜C20アルキル)−モノカルボン酸エステルもしくはジ−(C1〜C20アルキル)−ジカルボン酸エステル、殊にモノ−(C1〜C4アルキル)−モノカルボン酸エステルもしくはモノ−(C1〜C4アルキル)−ジカルボン酸エステルまたはジ−(C1〜C4アルキル)−モノカルボン酸エステルもしくはジ−(C1〜C4アルキル)−ジカルボン酸エステルが適しており、この場合基礎となるモノカルボン酸またはジカルボン酸は、1〜12個または2〜12個の炭素原子を有し、例えばメチルホルミエートまたはジメチルオキサレートである。エポキシドの場合と同様に、アルキルカルボン酸エステルを四級化剤として使用する場合には、しばしば、このアルキルカルボン酸エステルを特にプロトン酸、殊にC1〜C12モノカルボン酸、例えばギ酸、酢酸もしくはプロピオン酸またはC2〜C12ジカルボン酸、例えばシュウ酸もしくはアジピン酸との組合せで、またはスルホン酸、例えばベンゼンスルホン酸もしくはトルエンスルホン酸または水性鉱酸、例えば硫酸もしくは塩酸との組合せでも使用することを勧める。
アルキルカーボネートとして、特にジ−(C1〜C20アルキル)カーボネート、殊にジ−(C1〜C4アルキル)カーボネート、例えばジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートが適している。
反応工程(C)の四級化は、既にアミド化された、イミド化された、またはエステル化されたコポリマー(CP)において、単離されたオリゴアミン(OA)もしくはアルコールアミン(AA)または(OA)単位もしくは(AA)単位が問題であるにせよ、公知の、このために常用の作業技術により実施される。その際、典型的には、15〜180℃、殊に20〜150℃の範囲内の温度で、および常圧または高められた圧力で作業され、殊に揮発性の四級化剤QM、例えば短鎖状エポキシドまたはアルキルハロゲン化物を使用する場合には、高められた圧力で作業され、この場合好ましくは、この四級化反応は、圧力容器またはオートクレーブ中で実施される。この四級化反応は、不活性の有機溶剤中、例えばトルエンもしくはキシレンまたはより高沸点の芳香族炭化水素からなる工業用混合物、例えばこれは、殊に"Solvesso"の商品名で市場で入手可能であり、例えばSolvesso 150もしくはSolvesso 200中で実施することができる。四級化可能な第三級窒素原子1当量当たり、一般的に、四級化剤0.1〜1.5当量、殊に0.5〜1.25当量が使用され、この場合この四級化剤は、個々の化合物または四級化に適した様々な化合物の混合物であってよい。プロトン酸を共用する場合には、このプロトン酸は、通常、四級化剤に対して等モル量で、または2.5倍までの過剰量で使用され;この場合には、個々のプロトン酸または様々なプロトン酸の混合物が使用されてよい。
本発明による四級化されたコポリマーは、好ましくは燃料添加剤として適しており、および原理的にあらゆる燃料において使用されうる。内燃機関を燃料を用いて運転する場合には、一連の好ましい効果が生じる。好ましくは、本発明による四級化されたコポリマーは、オットー燃料において使用されるが、しかし、殊に中間留分の燃料において使用される。
従って、本発明の対象は、内燃機関、例えばディーゼルエンジン、殊に直噴ディーゼルエンジン、特にコモンレール噴射システムを有するディーゼルエンジンを運転する際に好ましい効果を達成するための添加剤として有効である、本発明による四級化コポリマーの含量を有する燃料、殊に中間留分の燃料でもある。この有効な含量(計量供給量)は、一般的に、それぞれ燃料の全体量に対して10〜5000質量ppm、有利に20〜1500質量ppm、殊に25〜1000質量ppm、特に30〜750質量ppmである。
本発明による四級化コポリマーが添加された燃料は、多くの場合にオットー燃料または殊に中間留分の燃料、特にディーゼル燃料である。前記燃料は、作用の改善および摩耗の低減のためのさらなる通常の添加剤を含有してよい。ここで、第1に通常の洗剤添加物、キャリヤー油、潤滑性向上剤(Lubricity−Additive)、セタン価向上剤、導電性向上剤、耐蝕性添加剤、消泡剤およびヘイズ除去剤を挙げることができる。
特に、通常の洗剤添加物は、85〜20000の数平均分子量(Mn)を有する少なくとも1個の疎水性炭化水素基および少なくとも1個の極性基を有する両親媒性物質であり、この両親媒性物質は、次の中から選択される:
(Da)6個までの窒素原子を有するモノアミノ基またはポリアミノ基、この場合少なくとも1個の窒素原子は、塩基性の性質を有し;
(Db)ニトロ基、場合によりヒドロキシル基と組み合わせたニトロ基;
(Dc)モノアミノ基またはポリアミノ基と組み合わせたヒドロキシル基、この場合少なくとも1個の窒素原子は、塩基性の性質を有し;
(Dd)カルボキシル基またはそのアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩;
(De)スルホン酸基またはそのアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩;
(Df)ヒドロキシル基、モノアミノ基もしくはポリアミノ基によって、この場合少なくとも1個の窒素原子、塩基性の性質を有し、またはカルバメート基によって末端に結合されたポリオキシ−C2〜C4アルキレン基;
(Dg)カルボン酸エステル基;
(Dh)ヒドロキシル基および/またはアミノ基および/またはアミド基および/またはイミド基を有する、無水コハク酸に由来するグループ;および/または
(Di)置換フェノールとアルデヒドおよびモノアミンまたはポリアミンとのマンニッヒ反応によって製造されたグループ。
燃料における十分な可溶性を保証する、上記洗剤添加物中の疎水性炭化水素基は、85〜20000、有利に113〜10000、特に有利に300〜5000、よりいっそう有利に300〜3000、よりいっそう特に有利に500〜2500、殊に700〜2500、とりわけ800〜1500の数平均分子量(Mn)を有する。殊に、極性基と関連した、典型的な疎水性炭化水素基として、殊に、有利にそれぞれ300〜5000、特に有利に300〜3000、よりいっそう有利に500〜2500、よりいっそう特に有利に700〜2500、殊に800〜1500の数平均分子量Mnを有するポリプロペニル基、ポリブテニル基およびポリイソブテニル基がこれに該当する。
洗剤添加物の上記グループの例として次のものが挙げられる:
モノアミノ基またはポリアミノ基(Da)を有する添加剤は、好ましくは、ポリプロペンまたは高反応性(すなわち、主に末端位に二重結合を有する)または常用(すなわち、主に中間の位置(末端位を除く位置)に二重結合を有する)のポリイソブテンもしくはMn=300〜5000、特に有利に500〜2500、殊に700〜2500を有するポリイソブテンをベースとするポリアルケンモノアミンまたはポリアルケンポリアミンである。n−ブテン単位を20質量%まで有してよいポリイソブテンからヒドロホルミル化およびアンモニア、モノアミンもしくはポリアミン、例えばジメチルアミノプロピルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンもしくはテトラエチレンペンタミンでの還元的アミノ化により製造されうる高活性のポリイソブテンをベースとする、前記種類の添加剤は、殊に欧州特許出願公開第244616号明細書の記載から公知である。前記添加剤の製造の際に主に中間の位置(多くの場合にβ位およびγ位)に二重結合を有するポリブテンまたはポリイソブテンから出発する場合には、塩素化および引続くアミノ化によるか、またはカルボニル化合物またはカルボキシル化合物への空気またはオゾンを用いる二重結合の酸化および還元的(水素化)条件下での引続くアミノ化による前記製造経路が提供される。ここで、アミノ化のために、アミン、例えばアンモニア、モノアミンまたは上記ポリアミンを使用することができる。ポリプロペンをベースとする相応する添加剤は、殊にWO−A 94/24231に記載されている。
さらなる好ましいモノアミノ基(Da)を有する添加剤は、例えば殊にWO−A 97/03946に記載されているように、平均重合度P=5〜100を有するポリイソブテンと窒素酸化物または窒素酸化物および酸素からなる混合物との反応生成物の水素化生成物である。
さらなる好ましいモノアミノ基(Da)を有する添加剤は、例えば殊にドイツ連邦共和国特許出願公開第19620262号明細書に記載されているように、ポリイソブテンエポキシドからアミンとの反応および次の脱水およびアミノアルコールの還元によって得られる化合物である。
ニトロ基(Db)を、場合によりヒドロキシル基と組み合わせて有する添加剤は、好ましくは、例えば殊にWO−A 96/03367およびWO−A 96/03479に記載されているように、平均重合度P=5〜100または10〜100のポリイソブテンと窒素酸化物または窒素酸化物および酸素からなる混合物との反応生成物である。この反応生成物は、一般的に、純粋なニトロポリイソブテン(例えば、α,β−ジニトロポリイソブテン)と、混合したヒドロキシニトロポリイソブテン(例えば、α−ニトロ−β−ヒドロキシポリイソブテン)との混合物である。
ヒドロキシル基をモノアミノ基またはポリアミノ基(Dc)と組み合わせて有する添加剤は、殊に、例えば欧州特許出願公開第476485号明細書に記載されているように、有利に主に末端位に二重結合を有する、Mn=300〜5000を有するポリイソブテンとアンモニア、モノアミンまたはポリアミンとから得られる、ポリイソブテンエポキシドの反応生成物である。
カルボキシル基またはそのアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩(Dd)を有する添加剤は、好ましくは、C2〜C40オレフィンと500〜20000の全モル質量を有する無水マレイン酸とのコポリマーであり、このコポリマーのカルボキシル基は、全体的または部分的にアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩に変換され、およびカルボキシル基の残りの基は、アルコールまたはアミンと反応している。このような添加剤は、殊に欧州特許出願公開第307815号明細書の記載から公知である。この種の添加剤は、主に弁座の摩耗を阻止するために使用され、およびWO−A 87/01126に記載されているように、有利に常用の燃料洗剤、例えばポリ(イソ)ブテンアミンまたはポリエーテルアミンと組み合わせて使用されてよい。
スルホン酸基またはそのアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩(De)を有する添加剤は、好ましくは、殊に欧州特許出願公開第639632号明細書に記載されているように、スルホコハク酸アルキルエステルのアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩である。この種の添加剤は、主に弁座の摩耗を阻止するために使用され、および有利に常用の燃料洗剤、例えばポリ(イソ)ブテン−アミンまたはポリエーテルアミンと組み合わせて使用されてよい。
ポリオキシ−C2〜C4アルキレン基(Df)を有する添加剤は、好ましくは、C2〜C60アルカノール、C6〜C30アルカンジオール、モノ−C2〜C30アルキルアミンもしくはジ−C2〜C30アルキルアミン、C1〜C30アルキルシクロヘキサノールまたはC1〜C30アルキルフェノールと、ヒドロキシル基またはアミノ基1個当たり1〜30モルの酸化エチレンおよび/または酸化プロピレンまたは酸化ブチレンとの反応により得られ、およびポリエーテルアミンの場合には、アンモニア、モノアミンまたはポリアミンでの引続く還元的アミノ化により得られる。この種の生成物は、殊に欧州特許出願公開第310875号明細書、欧州特許出願公開第356725号明細書、欧州特許出願公開第700985号明細書および米国特許第4877416号明細書に記載されている。ポリエーテルの場合には、このような生成物は、キャリヤー油の性質も満たす。このための典型的な例は、トリデカノールブトキシレートまたはイソトリデカノールブトキシレート、イソノニルフェノールブトキシレートならびにポリイソブテノールブトキシレートおよびポリイソブテノールプロポキシレートならびにアンモニアとの相応する反応生成物である。
カルボン酸エステル基(Dg)を有する添加剤は、好ましくは、殊にドイツ連邦共和国特許出願公開第3838918号明細書中に記載されているように、モノカルボン酸、ジカルボン酸またはトリカルボン酸と長鎖状アルカノールまたはポリオールとのエステル、殊に100℃で2mm2/秒の最小粘度を有するエステルである。モノカルボン酸、ジカルボン酸またはトリカルボン酸として、脂肪族酸または芳香族酸を使用することができ、エステルアルコールまたはエステルポリオールとして、特に例えば6〜24個のC原子を有する長鎖状の代表例が適している。前記エステルの典型的な代表例は、イソオクタノール、イソノナノール、イソデカノールおよびイソトリデカノールのアジペート、フタレート、イソフタレート、テレフタレートおよびトリメリテートである。この種の生成物は、キャリヤー油の性質も満たす。
無水コハク酸に由来する、ヒドロキシ基および/またはアミノ基および/またはアミド基および/または殊にイミド基(Dh)を有する添加剤を有するグループは、好ましくは、アルキル置換された、またはアルケニル置換された無水コハク酸の相応する誘導体、殊にMn=有利に300〜5000、特に有利に300〜3000、よりいっそう有利に500〜2500、さらによりいっそう有利に700〜2500、殊に800〜1500を有する、常用のポリイソブテン、または高反応性ポリイソブテンを無水マレイン酸と反応させることにより、熱的経路でエン反応で得られるかまたは塩素化ポリイソブテンを経て得られるポリイソブテニルコハク酸無水物の相応する誘導体である。ヒドロキシ基および/またはアミノ基および/またはアミド基および/またはイミド基を有するグループは、例えばカルボン酸基、モノアミンの酸アミド、アミド官能基と共にさらに遊離アミン基を有する、ジアミンもしくはポリアミンの酸アミド、酸官能基およびアミド官能基を有するコハク酸誘導体、モノアミンを有するカルボン酸イミド、イミド官能基と共にさらに遊離アミン基を有する、ジアミンもしくはポリアミンを有するカルボン酸イミド、またはジアミンもしくはポリアミンと2つのコハク酸誘導体との反応によって形成されるジイミドである。しかし、イミドグループ(Dh)が存在する場合には、さらなる洗剤添加物は、本発明の範囲内でベタイン構造を有する化合物の全体量に対して最大100%まで使用される。この種の燃料添加剤は、一般的に公知であり、および例えば刊行物(1)および(2)中に記載されている。好ましいのは、アルキル置換された、またはアルケニル置換されたコハク酸またはその誘導体とアミンとの反応生成物であり、特に好ましいのは、ポリイソブテニル置換されたコハク酸またはその誘導遺体とアミンとの反応生成物である。この場合、イミド構造を有する、脂肪族ポリアミン(ポリアルキレンイミン)、例えば殊にエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミンおよびヘキサエチレンヘプタミンとの反応生成物は、特に興味深いものである。
置換フェノールをアルデヒドおよびモノアミンまたはポリアミンとマンニッヒ反応させることによって製造されたグループ(Di)を含む添加剤は、好ましくは、ポリイソブテン置換されたフェノールとホルムアルデヒドおよびモノアミンまたはポリアミン、例えばエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンもしくはジメチルアミノプロピルアミンとの反応生成物である。ポリイソブテニル置換されたフェノールは、Mn=300〜5000を有する常用のポリイソブテンまたはMn=300〜5000を有する高反応性ポリイソブテンに由来しうる。この種の"ポリイソブテンマンニッヒ塩基"は、殊に欧州特許出願公開第831141号明細書に記載されている。
前記燃料には、1つ以上の記載された洗剤添加物が、この洗剤添加物の計量供給量が有利に25〜2500質量ppm、殊に75〜1500質量ppm、特に150〜1000質量ppmである量で添加されてよい。
共用されるキャリヤー油は、鉱物性油または合成油の性質であってよい。適当な鉱物性キャリヤー油は、石油処理の際に生じる分画、例えばクラスSN 500〜2000のような粘度を有するブライトストック(Brightstock)またはベース油であるが、しかし、芳香族炭化水素、パラフィン系炭化水素およびアルコキシアルカノールでもある。同様に使用可能であるのは、"水素化分解油"として公知の、かつ鉱油の精製の際に生じる分画(沸点範囲約360〜500℃を有する真空蒸留物留分、高圧下で接触水素化されかつ異性体化され、ならびに脱パラフィン化された天然の鉱油から入手可能)である。同様に適するのは、上記した鉱物性キャリヤー油の混合物である。
適当な合成キャリヤー油の例は、ポリオレフィン(ポリアルファオレフィンまたはポリ内部オレフィン(Polyinternalolefine))、(ポリ)エステル、(ポリ)アルコキシレート、ポリエーテル、脂肪族ポリエーテルアミン、アルキルフェノールから出発したポリエーテル、アルキルフェノールから出発したポリエーテルアミンおよび長鎖状アルカノールのカルボン酸エステルである。
適当なポリオレフィンの例は、Mn=400〜1800を有するオレフィンポリマー、特にポリブテンまたはポリイソブテンベースのオレフィンポリマーである(水素化されているかまたは水素化されていない)。
適当なポリエーテルまたはポリエーテルアミンの例は、有利にポリオキシ−C2〜C4−アルキレン基を有する化合物であり、これは、C2〜C60−アルカノール、C6〜C30−アルカンジオール、モノ−C2〜C30−アルキルアミンもしくはジ−C2〜C30−アルキルアミン、C1〜C30−アルキルシクロヘキサノールまたはC1〜C30−アルキルフェノールと、ヒドロキシル基またはアミノ基1個当たり1〜30モルの酸化エチレンおよび/または酸化プロピレンおよび/または酸化ブチレンとの反応により得られ、およびポリエーテルアミンの場合には、引続くアンモニア、モノアミンまたはポリアミンを用いた還元的アミノ化により得られる。この種の生成物は、殊に欧州特許出願公開第310875号明細書、欧州特許出願公開第356725号明細書、欧州特許出願公開第700985号明細書および米国特許第4877416号明細書中に記載されている。例えば、ポリエーテルアミンとして、ポリ−C2〜C6アルキレンオキシダミンまたはその官能性誘導体が使用されてよい。このための典型的な例は、トリデカノールブトキシレートまたはイソトリデカノールブトキシレート、イソノニルフェノールブトキシレートならびにポリイソブテノールブトキシレートおよびポリイソブテノールプロポキシレートならびにアンモニアとの相応する反応生成物である。
長鎖状アルカノールのカルボン酸エステルの例は、殊にドイツ連邦共和国特許出願公開第3838918号明細書中に記載されているように、モノカルボン酸、ジカルボン酸またはトリカルボン酸と長鎖状アルカノールまたはポリオールとのエステルである。モノカルボン酸、ジカルボン酸またはトリカルボン酸として、脂肪族酸または芳香族酸を使用することができ、エステルアルコールまたはエステルポリオールとして特に、例えば6〜24個のC原子を有する長鎖状の代表例が適している。このエステルの典型的な代表例は、イソオクタノール、イソノナノール、イソデカノールおよびイソトリデカノールのアジペート、フタレート、イソフタレート、テレフタレートおよびトリメリテート、例えばジ−(n−トリデシルまたはイソトリデシル)フタレートである。
更に、適当なキャリヤー油系は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第3826608号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第4142241号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第4309074号明細書、欧州特許出願公開第452328号明細書および欧州特許出願公開第548617号明細書に記載されている。
特に適当な合成キャリヤー油の例は、アルコール分子1個当たり約5〜35個、有利に約5〜30個、特に有利に10〜30個、殊に15〜30個のC3〜C6−アルキレンオキシド単位を有する、アルコールから出発したポリエーテル、例えば酸化プロピレン単位、酸化n−ブチレン単位および酸化イソブチレン単位またはその混合物である。適当な出発アルコールの例ではあるがこれを制限するものでない例は、長鎖状アルコールまたは長鎖状アルキルで置換されたフェノールであり、その際この長鎖状アルキル基は、殊に、直鎖状C6〜C18−アルキル基または分枝鎖状C6〜C18−アルキル基を表わす。好ましい例として、トリデカノールおよびノニルフェノールを挙げることができる。特に好ましい、アルコールから出発したポリエーテルは、1価の脂肪族C6〜C18アルコールとC3〜C6アルキレンオキシドとの反応生成物(ポリエーテル化生成物)である。1価の脂肪族C6〜C18アルコールの例は、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、2−エチル−ヘキサノール、ノニルアルコール、デカノール、3−プロピルヘプタノール、ウンデカノール、ドデカノール、トリデカノール、テトラデカノール、ペンタデカノール、ヘキサデカノール、オクタデカノールならびにこれらの構造異性体および位置異性体である。アルコールは、純粋な異性体の形で、ならびに工業用混合物の形で使用されることができる。特に好ましいアルコールは、トリデカノールである。C3〜C6アルキレンオキシドの例は、酸化プロピレン、例えば1,2−プロピレンオキシド、酸化ブチレン、例えば1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、イソブチレンオキシドまたはテトラヒドロフラン、酸化ペンチレンおよび酸化ヘキシレンである。その中で、特に好ましいのは、C3〜C4アルキレンオキシド、すなわち酸化プロピレン、例えば1,2−プロピレンオキシドおよび酸化ブチレン、例えば1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシドおよびイソブチレンオキシドである。特に、酸化ブチレンが使用される。
更に、適当な合成キャリヤー油は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10102913号明細書中に記載されているようなアルコキシル化されたアルキルフェノールである。
好ましいキャリヤー油は、合成キャリヤー油であり、この場合前記した、アルコールから出発したポリエーテルは、特に好ましい。
キャリヤー油または様々なキャリヤー油の混合物は、有利に1〜1000質量ppm、特に有利に10〜500質量ppm、殊に20〜100質量ppmの量で燃料に添加される。
更に、前記燃料は、他の常用の添加剤および共添加剤をこのために常用の量で含有してよい。中間留分の燃料、殊にディーゼル燃料の場合には、これは、特に低温流動性向上剤、潤滑性向上剤(Lubricity Improver)、腐食防止剤、解乳化剤、ヘイズ除去剤、消泡剤、セタン価向上剤、燃焼改善剤、酸化防止剤または安定剤、静電防止剤、メタロセン、金属不活性化剤、染料および/または溶剤である。オットー燃料の場合には、これは、特に潤滑性向上剤(Friction Modifier)、腐食防止剤、解乳化剤、ヘイズ除去剤、消泡剤、燃焼改善剤、酸化防止剤または安定剤、静電防止剤、メタロセン、金属不活性化剤、染料および/または溶剤である。
適当な低温流動性向上剤は、原理的に、中間留分の燃料の流動挙動または寒冷時でのディーゼル燃料の流動挙動を改善する状態にある、全ての有機化合物である。好ましくは、この低温流動性向上剤は、十分な油溶性を有しなければならない。殊に、このために通常は、化石起源からの中間蒸留の際、すなわち普通の鉱物性ディーゼル燃料の際に使用される低温流動性向上剤("中間留分流動性向上剤"、"MDFI")が当てはまる。しかし、通常のディーゼル燃料において使用する場合には、一部または大部分がワックス沈降防止添加剤("WASA")の性質を有する有機化合物が使用されてもよい。また、この有機化合物は、一部または大部分が成核剤として作用することができる。しかし、MDFIとして作用する有機化合物および/またはWASAとして作用する有機化合物および/または成核剤として作用する有機化合物からなる混合物が使用されてもよい。
典型的には、低温流動性向上剤は、次のもの:
(K1)C2〜C40オレフィンと少なくとも1つのさらなるエチレン性不飽和モノマーとのコポリマー;
(K2)櫛形ポリマー;
(K3)ポリオキシアルキレン;
(K4)極性の窒素化合物;
(K5)スルホカルボン酸もしくはスルホン酸またはこれらの誘導体;および
(K6)ポリ(メタ)アクリル酸エステル
から選択される。
それぞれのクラス(K1)〜(K6)の1つからの様々な代表例の混合物ならびに様々なクラス(K1)〜(K6)からの代表例の混合物が使用されてよい。
クラス(K1)のコポリマーに適当なC2〜C40オレフィンモノマーは、例えば2〜20個、殊に2〜10個の炭素原子ならびに1〜3個、特に1または2個、殊に1個の炭素炭素二重結合を有する当該モノマーである。最後に記載したモノマーの場合には、炭素炭素二重結合は、末端位に(α−オレフィン)、ならびに内部に配置されていてよい。しかし、好ましいのは、α−オレフィン、特に有利に2〜6個の炭素原子を有するα−オレフィン、例えばプロペン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセンおよび特にエチレンである。
クラス(K1)のコポリマーの場合、少なくとも1つのさらなるエチレン性不飽和モノマーは、有利にカルボン酸アルケニルエステル、(メタ)アクリル酸エステルおよび他のオレフィンから選択されている。
他のオレフィンを一緒に重合導入する場合には、これは、有利に上記のC2〜C40オレフィンベースモノマーよりも高分子量である。例えば、オレフィンベースモノマーとしてエチレンまたはプロペンを使用する場合には、他のオレフィンとして殊にC10〜C40オレフィンが適している。他のオレフィンは、多くの場合に、カルボン酸エステル官能基を有するモノマーも使用される場合にだけ一緒に重合導入される。
適当な(メタ)アクリル酸エステルは、例えば(メタ)アクリル酸とC1〜C20アルカノール、殊にC1〜C10アルカノール、特にメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、第二級ブタノール、イソブタノール、第三級ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、2−エチルヘキサノール、ノナノールおよびデカノールとのエステルならびにその構造異性体である。
適当なカルボン酸アルケニルエステルは、例えば炭化水素基が直鎖状または分枝鎖状であってよい、2〜21個の炭素原子を有するカルボン酸の、C2〜C14アルケニルエステル、例えばビニルエステルおよびプロペニルエステルである。この中で好ましいのは、ビニルエステルである。分枝鎖状炭化水素基を有するカルボン酸の中で、分枝鎖がカルボキシル基に対してα位に存在する当該カルボン酸が好ましく、この場合α位炭素原子は、特に有利に第三級であり、すなわちカルボン酸は、いわゆるネオカルボン酸である。しかし、カルボン酸の炭化水素基は、直鎖状であるのが好ましい。
適当なカルボン酸アルケニルエステルの例は、ビニルアセテート、ビニルプロピオネート、ビニルブチレート、ビニル−2−エチルヘキサノエート、ネオペンタン酸ビニルエステル、ヘキサン酸ビニルエステル、ネオノナン酸ビニルエステル、ネオデカン酸ビニルエステルおよび相応するプロペニルエステルであり、この場合には、ビニルエステルが好ましい。特に好ましいカルボン酸アルケニルエステルは、ビニルアセテートであり;これから生じる、グループ(K1)の典型的なコポリマーは、最もひんぱんに一緒に使用されるエチレン−ビニルアセテートコポリマー("EVA")である。特に有利に使用可能なエチレン−ビニルアセテートコポリマーおよびその製造は、WO 99/29748に記載されている。
また、クラス(K1)のコポリマーとして、2つ以上の互いに異なるカルボン酸アルケニルエステルが重合導入して含まれている当該コポリマーが適しており、この場合この当該コポリマーは、アルケニル官能基において、および/またはカルボン酸基において区別される。同様に、単数または複数のカルボン酸アルケニルエステルと共に少なくとも1つのオレフィンおよび/または少なくとも1つの(メタ)アクリル酸エステルが重合導入して含まれているコポリマーが適している。
また、C2〜C40α−オレフィンと3〜15個の炭素原子を有するエチレン性不飽和モノカルボン酸のC1〜C20アルキルエステルと2〜21個の炭素原子を有する飽和モノカルボン酸のC2〜C14アルケニルエステルとのターポリマーは、クラス(K1)のコポリマーとして適している。この種のターポリマーは、WO 2005/054314に記載されている。この種の典型的なターポリマーは、エチレンとアクリル酸−2−エチルヘキシルエステルとビニルアセテートとから構成されている。
少なくとも1つのエチレン性不飽和モノマーまたは他のエチレン性不飽和モノマーは、全コポリマーに対して、特に1〜50質量%、殊に10〜45質量%、とりわけ20〜40質量%の量でクラス(K1)のコポリマー中に重合導入されている。従って、クラス(K1)のコポリマー中のモノマー単位の質量平均の主要な割合は、一般的にC2〜C40ベースオレフィンに由来する。
クラス(K1)のコポリマーは、有利に1000〜20000、特に有利に1000〜10000、殊に1000〜8000の数平均分子量Mnを有する。
成分(K2)の典型的な櫛形ポリマーは、例えば無水マレイン酸またはフマル酸と別のエチレン性不飽和モノマー、例えばα−オレフィンまたは不飽和エステル、例えばビニルアセテートとの共重合、および引き続いての、無水物官能基または酸官能基と少なくとも10個の炭素原子を有するアルコールとのエステル化によって得られる。更に、適当な櫛形ポリマーは、α−オレフィンとエステル化されたコモノマーとのコポリマー、例えばスチレンと無水マレイン酸とのエステル化されたコポリマーまたはスチレンとフマル酸とのエステル化されたコポリマーである。適当な櫛形ポリマーは、ポリフマレートまたはポリマレエートであってもよい。更に、ビニルエーテルのホモポリマーおよびコポリマーは、適当な櫛形ポリマーである。クラス(K2)の成分として適当な櫛形ポリマーは、例えばWO 2004/035715および"Comb−Like Polymers,Structure and Properties",N.A.Plate und V.P.Shibaev,J.Poly.Sci.Macromolecular Revs.8,第117〜253頁(1974)"に記載されている。櫛形ポリマーの混合物も適している。
クラス(K3)の成分として適当なポリオキシアルキレンは、例えばポリオキシアルキレンエステル、ポリオキシアルキレンエーテル、混合したポリオキシアルキレンエステルエーテルおよびその混合物である。好ましくは、前記ポリオキシアルキレン化合物は、それぞれ10〜30個の炭素原子を有する、少なくとも1個の、特に少なくとも2個の直鎖状アルキル基および5000までの数平均分子量を有するポリオキシアルキレン基を含む。この種のポリオキシアルキレン化合物は、例えば欧州特許出願公開第061895号明細書ならびに米国特許第4491455号明細書中に記載されている。好ましいポリオキシアルキレン化合物は、100〜5000の数平均分子量を有するポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールをベースとする。更に、10〜30個の炭素原子を有する脂肪酸、例えばステアリン酸またはベヘン酸のポリオキシアルキレンモノエステルおよびポリオキシアルキレンジエステルが適している。
クラス(K4)の成分として適当な極性の窒素化合物は、イオン性の性質ならびに非イオン性の性質であってよく、かつ一般式>NR7〔式中、R7は、C8〜C40炭化水素基を表わす〕で示される第三級窒素原子の形での少なくとも1個の、殊に少なくとも2個の置換基を有する。窒素置換基は、四級化されていてもよく、すなわち陽イオンの形で存在することができる。このような窒素化合物の例は、少なくとも1個の炭化水素基で置換された、少なくとも1つのアミンと1〜4個のカルボキシル基を有するカルボン酸またはその適当な誘導体との反応により得られたアンモニウム塩および/またはアミドである。有利に、アミンは、少なくとも1個の直鎖状C8〜C40アルキル基を有する。記載された極性窒素化合物の製造に適当な第一級アミンは、例えばオクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミンおよび直鎖状の高級同族体であり、このために適当な第二級アミンは、例えばジオクタデシルアミンおよびメチルベヘニルアミンである。このために、例えばUllmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry,第6版,"Amines,aliphatic"の章に記載されているような、アミン混合物、殊に大工業的に得られるアミン混合物、例えば脂肪アミンまたは水素化タラミンも適している。この反応に適当な酸は、例えばシクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸、シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、シクロペンタン−1,2−ジカルボン酸、ナフタリンジカルボン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸および長鎖状炭化水素基で置換されたコハク酸である。
殊に、クラス(K4)の成分は、少なくとも1個の第三級アミノ基を有するポリ(C2〜C20カルボン酸)と第一級アミンまたは第二級アミンとの油溶性反応生成物である。この反応生成物の基礎となる、少なくとも1個の第三級アミノ基を有するポリ(C2〜C20カルボン酸)は、特に少なくとも3個のカルボキシル基、殊に3〜12個、とりわけ3〜5個のカルボキシル基を有する。ポリカルボン酸中のカルボン酸単位は、有利に2〜10個の炭素原子を有し、殊に当該単位は、酢酸単位である。カルボン酸単位は、適当な方法で、多くの場合に1個以上の炭素原子および/または窒素原子を介して結合し、ポリカルボン酸に変わる。特に、このカルボン酸単位は、第三級窒素原子に結合しており、幾つかの窒素原子の場合には、炭化水素鎖を介して結合している。
特に、クラス(K4)の成分は、一般式IIaまたはIIb
Figure 2013531097
〔式中、置換基Aは、直鎖状または分枝鎖状C2〜C6アルキレン基または式III
Figure 2013531097
で示される基であり、および置換基Bは、C1〜C19アルキレン基を示す〕で示される、少なくとも1個の第三級アミノ基を有するポリ(C2〜C20カルボン酸)をベースとする油溶性反応生成物である。一般式IIaおよびIIbの化合物は、殊にWASAの性質を有する。
更に、成分(K4)の好ましい油溶性反応生成物、殊に一般式IIaまたはIIbの好ましい油溶性反応生成物は、1個以上のカルボン酸基のいずれもアミド基に変換されたものではない、アミド、アミドアンモニウム塩またはアンモニウム塩である。
置換基Aの直鎖状または分枝鎖状のC2〜C6アルキレン基は、例えば1,1−エチレン、1,2−プロピレン、1,3−プロピレン、1,2−ブチレン、1,3−ブチレン、1,4−ブチレン、2−メチル−1,3−プロピレン、1,5−ペンチレン、2−メチル−1,4−ブチレン、2,2−ジメチル−1,3−プロピレン、1,6−ヘキシレン(ヘキサメチレン)および殊に1,2−エチレンである。好ましくは、置換基Aは、2〜4個、殊に2または3個の炭素原子を含む。
置換基BのC1〜C19アルキレン基は、例えば1,2−エチレン、1,3−プロピレン、1,4−ブチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、デカメチレン、ドデカメチレン、テトラデカメチレン、ヘキサデカメチレン、オクタデカメチレン、ノナデカメチレンおよび殊にメチレンである。好ましくは、置換基Bは、1〜10個、殊に1〜4個の炭素原子を含む。
成分(K4)を形成する、ポリカルボン酸のための反応成分としての第一級アミンおよび第二級アミンは、通常、モノアミン、殊に脂肪族モノアミンである。これらの第一級アミンおよび第二級アミンは、数多くのアミンから選択されていてよく、これらのアミンは、場合により互いに結合した、炭化水素基を有する。
多くの場合に、成分(K4)の油溶性反応生成物を基礎とする前記アミンは、第二級アミンであり、かつ一般式HN(R82を有し、上記式中、2つの置換基R8は、互いに無関係に、それぞれ直鎖状または分枝鎖状のC10〜C30アルキル基、殊にC14〜C24アルキル基を表わす。前記の直鎖状アルキル基は、有利に直鎖状であるか、または僅かな程度にのみ分枝鎖状である。一般的に、記載された第二級アミンは、その長鎖状アルキル基に関連して、自然に存在する脂肪酸またはその誘導体に由来する。好ましくは、双方の基R8は、同一である。
記載された第二級アミンは、アミド構造によりポリカルボン酸に結合されていてよいかまたはアンモニウム塩の形でポリカルボン酸に結合されていてよく、一部分だけは、アミド構造として存在していてもよく、別の部分は、アンモニウム塩として存在していてもよい。好ましくは、ごく僅かな遊離酸基が存在するかまたは遊離酸基は全く存在しない。好ましくは、成分(K4)の油溶性反応生成物は、全体的にアミド構造の形で存在する。
この種の成分(K4)に典型的な例は、ニトリロトリ酢酸、エチレンジアミンテトラ酢酸またはプロピレン−1,2−ジアミンテトラ酢酸とカルボキシル基1個当たりそれぞれ0.5〜1.5モル、殊にカルボキシル基1個当たり0.8〜1.2モルのジオレイルアミン、ジパルミチンアミン、ジヤシ油アミン、ジステアリルアミン、ジベヘニルアミンまたは殊にジ獣脂アミンとの反応生成物である。特に好ましい成分(K4)は、エチレンジアミンテトラ酢酸1モルと水素化ジ獣脂アミン4モルとの反応生成物である。
成分(K4)のためのさらなる典型的な例として、2−N’,N’−ジアルキルアミドベンゾエートのN,N−ジアルキルアンモニウム塩、例えば無水フタル酸1モルとジ獣脂アミン2モルとの反応生成物が挙げられ、この場合後者のジ獣脂アミンは、水素化されていてよいかまたは水素化されていなくともよく、アルケニルスピロビスラクトン1モルとジアルキルアミン2モルとの反応生成物、例えばジ獣脂アミンおよび/または獣脂アミンが挙げられ、この場合後者の双方は、水素化されていてよいかまたは水素化されていなくともよい。
更に、クラス(K4)の成分ための典型的な構造タイプは、WO 93/18115に記載されているように、第三級アミノ基を有する環式化合物または長鎖状第一級アミンもしくは長鎖状第二級アミンとカルボン酸含有ポリマーとの縮合物である。
クラス(K5)の成分の低温流動性向上剤として適当なスルホカルボン酸、スルホン酸またはこれらの誘導体は、例えば欧州特許出願公開第261957号明細書中に記載されているように、スルホン酸官能基がアルキル置換されたアンモニウム陽イオンを有するスルホネートとして存在する、オルトスルホ安息香酸の油溶性のカルボン酸アミドおよびカルボン酸エステルである。
クラス(K6)の成分の低温流動性向上剤として適当なポリ(メタ)アクリル酸エステルは、アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステルのホモポリマーならびにコポリマーである。好ましいのは、縮合導入されたアルコールの点で区別される、少なくとも2つの互いに異なる(メタ)アクリル酸エステルのコポリマーである。場合によっては、前記コポリマーは、さらに前記(メタ)アクリル酸エステルとは異なる他の不飽和モノマーを重合導入して含む。前記ポリマーの質量平均分子量は、特に50000〜500000である。特に好ましいポリマーは、飽和C14アルコールおよびC15アルコールのメタクリル酸およびメタクリル酸エステルのコポリマーであり、この場合酸基は、水素化タラミンで中和されている。適当なポリ(メタ)アクリル酸エステルは、例えばWO 00/44857中に記載されている。
中間留分の燃料またはディーゼル燃料には、低温流動性向上剤または様々な低温流動性向上剤の混合物が、有利に10〜5000質量ppm、特に有利に20〜2000質量ppm、よりいっそう有利に50〜1000質量ppm、殊に100〜700質量ppm、例えば200〜500質量ppmの全体量で添加される。
適当な潤滑性向上剤(Lubricity ImproverまたはFriction Modifier)は、通常、脂肪酸または脂肪酸エステルをベースとする。典型的な例は、例えばWO 98/004656に記載されているようにタル油脂肪酸、およびグリセリンモノオレエートである。また、米国特許第6743266号明細書B2中に記載された、天然油または合成油からの反応生成物、例えばトリグリセリドおよびアルカノールアミンは、このような潤滑性向上剤として適当である。
適当な腐食防止剤は、例えばコハク酸エステル、とりわけポリオールとの脂肪酸誘導体、例えば油酸エステル、オリゴマー化脂肪酸、置換エタノールアミンおよび商品名RC 4802(Rhein Chemie Mannheim,ドイツ連邦共和国)またはHiTEC 536(Ethyl Corporation)で販売されている製品である。
適当な解乳化剤は、例えばアルキル置換されたフェノールスルホネートおよびナフタリンスルホネートのアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩および脂肪酸のアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩、さらに中性の化合物、例えばアルコールアルコキシラート、例えばアルコールエトキシラート、フェノールアルコキシラート、例えば第三級ブチルフェノールエトキシラートもしくは第三級ペンチルフェノールエトキシラート、脂肪酸、アルキルフェノール、酸化エチレン(EO)と酸化プロピレン(PO)との縮合生成物、例えばまた、EO/POブロックコポリマーの形の前記縮合生成物、ポリエチレンイミンまたはさらにポリシロキサンである。
適当なヘイズ除去剤は、例えばアルコキシル化されたフェノール−ホルムアルデヒド縮合物、例えばNALCO 7D07(Nalco)およびTIOLAD 2683(Petrolite)の商品名で入手可能な製品である。
適当な消泡剤は、例えばポリエーテル変性されたポリシロキサン、例えばTEGOPREN 5851(Goldschmidt)、Q 25907(Dow Corning)およびRHODOSIL(Rhone Poulenc)の商品名で入手可能な製品である。
適当なセタン価向上剤は、例えば脂肪族ニトレート、例えば2−エチルヘキシルニトレートおよびシクロヘキシルニトレートならびに過酸化物、例えばジ−第三級ブチルペルオキシドである。
適当な酸化防止剤は、例えば置換フェノール、例えば2,6−ジ−第三級ブチルフェノールおよび6−ジ−第三級ブチル−3−メチルフェノールならびにフェニレンジアミン、例えばN,N’−ジ−第二級ブチル−p−フェニレンジアミンである。
適当な金属不活性化剤は、例えばサリチル酸誘導体、例えばN,N’−ジサリチリデン−1,2−プロパンジアミンである。
適当な溶剤は、例えば非極性有機溶剤、例えば芳香族炭化水素および脂肪族炭化水素、例えばトルエン、キシレン、"ホワイトスピリット"ならびに商品名SHELLSOL(Royal Dutch/Shell Group)およびEXXSOL(ExxonMobil)で販売されている製品、ならびに極性有機溶剤、例えばアルコール、例えば2−エチルヘキサノール、デカノールおよびイソトリデカノールである。この種の溶剤は、多くの場合に取扱いをよりいっそう良くするために溶解されるかまたは希釈される前記の添加剤および共添加剤と一緒にディーゼル燃料に添加される。
中間留分の燃料、例えばディーゼル燃料または燃料油は、特に通常は、100〜400℃の沸点範囲を有する石油ラフィネートである。これらは、たいてい、360℃まで、または、またこれを上回る95%点を有する留出物である。しかしまた、これらは、例えば最大345℃の95%点および最大0.005質量%の硫黄含量または例えば285℃の95%点および最大0.001質量%の硫黄含量により特徴付けられた、いわゆる"超低硫黄ディーゼル(Ultra Low Sulphur Diesel)"または"シティーディーゼル(City Diesel)"であってもよい。精製(Raffination)により得られる鉱物質の中間留分の燃料もしくはディーゼル燃料と共に、石炭ガス化またはガス液化["gas to liquid" (GTL)燃料]により得られるか、またはバイオマスの液化["biomass to liquid"(BTL)燃料]により得られる燃料も適している。前記の中間留分の燃料もしくはディーゼル燃料と、再生燃料、例えばバイオディーゼルまたはバイオエタノールとの混合物も適している。
燃料油およびディーゼル燃料の品質は、DIN 51603およびEN 590において詳細に規定されている(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第5版,第A12卷,第617頁以降も参照のこと)。
本発明による四級化コポリマーは、主として炭化水素混合物である、化石起源、植物起源または動物起源からの上記の中間留分の燃料における上記四級化コポリマーの使用と共に、このような中間留分とバイオ燃料油との混合物で使用されてもよい。この種の混合物は、本発明の範囲内で"中間留分の燃料"の概念にも含まれる。この種の混合物は、商業的に常用のものであり、かつ多くの場合にバイオ燃料油を、中間留分の化石起源、植物起源または動物起源とバイオ燃料油との全体量に対して二次的量で、典型的には1〜30質量%、殊に3〜10質量%の量で含有する。
バイオ燃料油は、一般的に、植物油および/または動物油および/または脂肪に由来する、脂肪酸エステル、特に主として脂肪酸のアルキルエステルをベースとする。アルキルエステルとは、通常、低級アルキルエステル、殊にC1〜C4アルキルエステルであり、これは、植物油および/または動物油および/または脂肪中に存在するグリセリド、殊にトリグリセリドを、低級アルコール、例えばエタノールまたは特にメタノール("FAME")によりエステル交換することによって得られる。バイオ燃料油またはそのための成分として使用される、植物油および/または動物油および/または脂肪をベースとする典型的な低級アルキルエステルは、例えばヒマワリ油メチルエステル、パーム油メチルエステル("PME")、ダイズ油メチルエステル("SME")および殊にナタネ油メチルエステル("RME")である。
特に好ましくは、中間留分の燃料もしくはディーゼル燃料は、低い硫黄含量を有する、すなわち硫黄0.05質量%未満、特に0.02質量%未満、殊に0.005質量%未満の硫黄含量、とりわけ0.001質量%未満の硫黄含量を有する当該燃料である。
オットー燃料として、あらゆる市販のオットー燃料組成物がこれに該当する。ここで、典型的な代表例として、EN 228による市場で通例のユーロスーパー基本燃料(Eurosuper Grundkraftstoff)が挙げられる。更に、WO 00/47698により規定されたオットー燃料組成物も本発明にとって可能な使用分野である。
本発明による四級化コポリマーは、直噴ディーゼルエンジン、とりわけコモンレール噴射システムを有する直噴ディーゼルエンジンの場合に冒頭に記載された問題を克服するために、殊に燃料組成物における、特にディーゼル燃料における燃料添加剤として適している。
従って、本発明の対象は、直噴ディーゼルエンジンの噴射システムにおける、殊にインジェクターにおける、とりわけコモンレール噴射システムにおける堆積物の低減または阻止のための燃料添加剤としての本発明による四級化コポリマーの使用でもある。
従って、さらに、本発明の対象は、直噴ディーゼルエンジン、殊にコモンレール噴射システムを有するディーゼルエンジンの燃料消費量を減少させるための、燃料添加剤としての本発明による四級化コポリマーの使用でもある。
従って、さらに、本発明の対象は、直噴ディーゼルエンジンにおける、殊にコモンレール噴射システムを有するディーゼルエンジンにおける、出力損失(powerloss)を最小化するための、燃料添加剤としての本発明による四級化コポリマーの使用でもある。
次の実施例は、本発明を説明するものであるが、本発明を制限するものではない。
製造例
実施例1a:C20〜24オレフィン−1−無水マレイン酸コポリマーの製造
このコポリマーをラジカル溶液重合によって、欧州特許出願公開第307815号明細書の教示により製造した。そのために、C20〜24オレフィン−1(400g、1.35モルに相当)を80℃で溶融し、かつ150℃でSolvesso 150(400g)に溶解した。引続き、Solvesso 150(30g)に溶解した、ジ−第三級ブチルペルオキシド(5.4g、0.037モル)と、70℃に温度調節した滴下漏斗中で昇温した液状無水マレイン酸(132g、1.35モル)とを同時に5時間以内に、Solvesso 150中の150℃に加熱したオレフィン溶液上に滴下した。得られたコポリマーは、107.4mg KOH/gの鹸化価、1470g/molの数平均分子量(Mn)、3290g/molの質量平均分子量(Mw)および2.2の多分散度(PDI)を有していた。
実施例1b:C20〜24−オレフィン−1−無水マレイン酸コポリマーのイミド化
実施例1aにおいて製造されたコポリマーと3−(N,N−ジメチルアミノ)−プロピルアミンとを、コポリマー中のカルボン酸無水物官能基対アミンのモル比1:1で反応させ、N−(3−ジメチルアミノプロピル)−コハク酸イミド繰返し単位を有する相応するイミド化コポリマーに変えた。そのために、Solvesso 150に溶解したC20〜24オレフィン−1−無水マレイン酸コポリマーを上記のアミンと25℃で付加反応において反応させた。生じるアミドは、短時間後に反応混合物から沈澱した。イミド化は、2時間以内に170℃および1ミリバールの圧力で行なわれた。
実施例1c:酸化プロピレンでのイミド化されたコポリマーの四級化
実施例1bからのイミド化されたコポリマーと酸化プロピレンとをオリゴアミン基中の第三級窒素原子に対して等モル比で等モル量の酢酸の存在下に反応させた。その際、イミド化されたコポリマーをオートクレーブ中でSolvesso 150に溶解し、酢酸を添加し、かつ130℃に昇温した。窒素で初期圧力を5バールに調節し、引続き酸化プロピレンを20分以内に供給し、かつ130℃でさらに6時間攪拌した。四級化コポリマーを定量的収率で、暗色に呈色した溶液の形で得た。
使用例
実施例2:直噴ディーゼルエンジンにおける出力損失の測定
直噴ディーゼルエンジンの性能に対する本発明による四級化ターポリマーの影響を試験するために、公式的な試験方法CEC F−98−08に準拠して出力損失(powerloss)を測定した。出力損失もしくは出力増加(マイナスの値の場合)は、インジェクターにおける堆積物の形成もしくは除去のための直接的な基準である。コモンレール噴射システムを有する慣例の直噴ディーゼルエンジンを使用した。
燃料としてHaltermann社の市販のディーゼル燃料(RF−06−03)を使用した。このディーゼル燃料に、人工的にインジェクター上に付着物を形成させるために、亜鉛ジドデカノエート1質量ppmを添加した。
次の表は、それぞれ10分後および1時間後の4000rpmでの出力損失の測定結果を示し、その際、四級化コポリマーは、実施例1cで得られた溶液の形で使用された:
Figure 2013531097

Claims (13)

  1. 次の反応工程
    (A)アミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得ないかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得ない、1個以上の酸素官能性置換基または窒素官能性置換基を有してよい、1つ以上の直鎖状、分枝鎖状または環式のエチレン性不飽和C2〜C100炭化水素(モノマーM1)を、1または2個のカルボン酸官能基を有しかつアミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得るかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得る、1つ以上のエチレン性不飽和C3〜C12カルボン酸もしくはC3〜C12カルボン酸誘導体(モノマーM2)と共重合させ、500〜20000の数平均分子量Mnを有するコポリマー(CP)を得て;
    (B)コポリマー(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基を、それぞれ少なくとも1個の第1級窒素原子もしくは第2級窒素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基および少なくとも1個の四級化可能な第三級窒素原子を有する、2〜6個の窒素原子を有する1つ以上のオリゴアミン(OA)またはアルコールアミン(AA)との反応によって、部分的または全体的にアミド化またはイミド化またはエステル化し;
    (C)OA単位またはAA単位中の少なくとも1個の第三級窒素原子を少なくとも1つの四級化剤(QM)で部分的または全体的に四級化することによって得られた四級化コポリマーであって、
    この場合これらの工程(B)および(C)は、反対の順序で行なうこともでき、したがって、コポリマー(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基は、既に反応工程(C)により四級化されたオリゴアミン(OA)またはアルコールアミン(AA)との反応によって、部分的または全体的にアミド化またはイミド化またはエステル化することができる、上記の四級化コポリマー。
  2. 反応工程(A)、(B)および(C)によって得られ、この場合この反応工程(A)におけるモノマー(M1)は、C2〜C40アルケン、C3〜C10シクロオレフィン、アルキル基中に1〜30個の炭素原子を有するアルキルビニルエーテル、シクロアルキル基中に3〜10個の炭素原子を有するシクロアルキルビニルエーテルおよび8〜96個の炭素原子を有するオリゴイソブテンまたはポリイソブテンの中から選択される、請求項1記載の四級化コポリマー。
  3. 反応工程(A)、(B)および(C)によって得られ、この場合この反応工程(A)におけるモノマー(M1)は、重合可能なエチレン性不飽和二重結合をα位に有する、請求項1または2記載の四級化コポリマー。
  4. 反応工程(A)、(B)および(C)によって得られ、この場合この反応工程(A)におけるモノマー(M2)は、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸およびイタコン酸ならびにこれらの無水物、ハロゲン化物およびエステルの中から選択される、請求項1から3までのいずれか1項に記載の四級化コポリマー。
  5. 反応工程(A)、(B)および(C)によって得られ、この場合モノマー単位(M1)対(M2)は、30:70〜70:30の質量比で反応工程(A)のコポリマー(CP)中に存在する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の四級化コポリマー。
  6. 反応工程(A)、(B)および(C)によって得られ、この場合反応工程(B)におけるオリゴアミン(OA)として、一般式(Ia)
    12N−(CH2)n−NR34 (Ia)
    〔式中、
    置換基R1およびR2は、水素またはC1〜C20アルキル基を表わし、この場合置換基R1およびR2の少なくとも1つは、水素を表わし、
    置換基R3およびR4は、互いに無関係に、C1〜C20アルキル基を表わすかまたはこれらの置換基が結合している窒素原子と一緒になって、飽和、部分不飽和または不飽和の5員環または6員環のヘテロ環式基を形成し、および
    変数nは、1〜12、殊に2〜6の数、とりわけ2または3の数を表わす〕で示される化合物が使用される、請求項1から5までのいずれか1項に記載の四級化コポリマー。
  7. 反応工程(A)、(B)および(C)によって得られ、この場合反応工程(B)におけるアルコールアミン(AA)として、一般式(Ib)
    [HO−(CH2)mxN(R5)y(R6)z (Ib)
    〔式中、
    置換基R5およびR6は、互いに無関係に、C1〜C20アルキル基を表わすかまたはy=z=1の場合には、これらの置換基が結合している窒素原子と一緒になって、飽和、部分不飽和または不飽和の5員環または6員環のヘテロ環式基を形成し、
    変数mは、1〜12、殊に2〜6の数、特に2または3の数を表わし、および
    変数x、yおよびzは、それぞれ0、1、2または3の数を表わし、この場合x+y+zの総和は、3の値をもたらさなければならない〕で示される化合物が使用される、請求項1から5までのいずれか1項に記載の四級化コポリマー。
  8. 反応工程(A)、(B)および(C)によって得られ、この場合この反応工程(C)の四級化は、エポキシド、ジアルキルスルフェート、ジアルキルスルファイト、アルキルハロゲン化物、アリールアルキルハロゲン化物、アルキルカルボン酸エステルおよびジアルキルカーボネートから選択された少なくとも1つの四級化剤(QM)を用いて行なわれる、請求項1から7までのいずれか1項に記載の四級化コポリマー。
  9. 四級化コポリマーを製造する方法において、次の反応工程:
    (A)アミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得ないかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得ない、1個以上の酸素官能性置換基または窒素官能性置換基を有してよい、1つ以上の直鎖状、分枝鎖状または環式のエチレン性不飽和C2〜C100炭化水素(モノマーM1)を、1または2個のカルボン酸官能基を有しかつアミンと反応してアミドもしくはイミドへとなり得るかまたはアルコールと反応してエステルへとなり得る、1つ以上のエチレン性不飽和C3〜C12カルボン酸もしくはC3〜C12カルボン酸誘導体(モノマーM2)と共重合させ、500〜20000の数平均分子量Mnを有するコポリマー(CP)を得て;
    (B)コポリマー(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基を、それぞれ少なくとも1個の第1級窒素原子もしくは第2級窒素原子または少なくとも1個のヒドロキシル基および少なくとも1個の四級化可能な第三級窒素原子を有する、2〜6個の窒素原子を有する1つ以上のオリゴアミン(OA)またはアルコールアミン(AA)との反応によって、部分的または全体的にアミド化またはイミド化またはエステル化し;
    (C)OA単位またはAA単位中の少なくとも1個の第三級窒素原子を少なくとも1つの四級化剤(QM)で部分的または全体的に四級化することが実施され、
    この場合これらの工程(B)および(C)は、反対の順序で行なうこともでき、したがって、コポリマー(CP)中の単位(M2)のカルボン酸官能基は、既に反応工程(C)により四級化されたオリゴアミン(OA)またはアルコールアミン(AA)との反応によって、部分的または全体的にアミド化またはイミド化またはエステル化することができることを特徴とする、四級化コポリマーを製造する方法。
  10. 請求項1から8までのいずれか1項に記載の四級化コポリマーを10〜5000質量ppm含有する燃料。
  11. 直噴ディーゼルエンジンの噴射システムにおける、殊にコモンレール噴射システムにおける堆積物の低減または阻止のための、燃料添加剤としての請求項1から8までのいずれか1項に記載の四級化コポリマーの使用。
  12. 直噴ディーゼルエンジン、殊にコモンレール噴射システムを有するディーゼルエンジンの燃料消費量を減少させるための、燃料添加剤としての請求項1から8までのいずれか1項に記載の四級化コポリマーの使用。
  13. 直噴ディーゼルエンジンにおける、殊にコモンレール噴射システムを有するディーゼルエンジンにおける出力損失を最小化するための、燃料添加剤としての請求項1から8までのいずれか1項に記載の四級化コポリマーの使用。
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