JP6960547B2 - 燃料組成物用性能向上添加剤及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料組成物用性能向上添加剤、性能向上添加剤を含む燃料組成物、及びその使用方法に関する。

噴射システムを備えた最新ディーゼルエンジンは、エネルギー効率が益々高くなっている。

産業界では、それゆえ、特に、ディーゼルエンジンに用いられる場合の動力損失を低減するための、燃料の性能を向上しうる添加剤が必要とされている。

そこで、本発明は、燃料組成物用の性能向上添加剤、性能向上添加剤を含む燃料組成物、及びその使用方法を提供する必要がある。

すなわち、本発明は、最新ディーゼルエンジンの動力損失の課題を解決する手段を提供することを目的とする。

したがって、本発明の主な目的は、燃料組成物用性能向上添加剤、性能向上添加剤を含む燃料組成物、及びその使用方法を提供することである。

本発明の他の目的及び利点は、本発明の範囲を制限することを意図しない実施例と、以下の説明からより明らかである。

ディーゼルエンジンの動力損失の問題を解決するために、本発明者は、酸アミドと酸化物処理アミンとの混合物又はブレンド物を燃料に添加すると、結果として得られた燃料組成物が、驚くべきことに、かつ予想外に、エンジンの動力損失を低減し、それにより、ディーゼルエンジン又は燃料の性能が向上することを見出した。

一実施形態では、それゆえ、本発明は、（ｉ）酸アミド（成分Ａ）；及び（ｉｉ）アミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）の混合物又はブレンド物を含む性能向上添加剤の組成物に関する。

他の実施形態では、それゆえ、本発明はまた、（ｉ）酸アミド（成分Ａ）と、（ｉｉ）アミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）との混合物又はブレンド物を含む性能向上添加剤の組成物の使用に関し、エンジンの動力損失を低減することにより、エンジン又はエンジンに用いられる燃料の性能を向上させる。

さらに他の実施形態では、それゆえ、本発明は、（Ａ）最新エンジンで用いられる燃料と、（Ｂ）（ｉ）酸アミドと、（ｉｉ）酸化物処理されたアミン誘導体との混合物又はブレンド物を含む性能向上添加剤の組成物と、を含む燃料組成物に関する。

本発明の一実施形態では、酸アミド（成分Ａ）は、ポリイソブチレンコハク酸無水物（ＰＩＢＳＡ）及びテトラエチレンペンタミン（ＴＥＰＡ）の反応生成物である。

本発明の好ましい一実施形態では、ＰＩＢＳＡは、具体的には、約１００℃未満の温度でＴＥＰＡと反応する。

本発明の一実施形態では、アミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）は、酸化物とアミンとの反応生成物である。

本発明の一実施形態では、酸化物は、エチレンオキシド（ＥＯ）、プロピレンオキシド（ＰＯ）、ブチレンオキシド（ＢＯ）、及びそのような他の酸化物を含む群から選択される。

本発明の一実施形態では、アミンは、好ましくは第三級アミンであり、より好ましくは、アルキル鎖内に１又はそれ以上のヒドロキシル基を含む第三級アミンであり、さらにより好ましくは、トリイソプロパノールアミンである。

したがって、本発明の一実施形態では、アミンの酸化物処理誘導体は、アミンのエチレンオキシド処理誘導体、アミンのプロピレンオキシド処理誘導体、及びアミンのブチレンオキシド処理誘導体を含む群から選択される。

本発明の好ましい一実施形態では、アミンの酸化物処理誘導体は、いかなる公知の方法で調製されてよく、好ましくは、約０．５：４〜約２：１６の質量比でそれぞれ取り込まれたアミン及び酸化物を反応させることにより、好ましくは、各々取り込まれたアミン及び酸化物を約１：８〜約２：１６の質量比で反応させることにより、さらに好ましくは、各々取り込まれたアミン及び酸化物を約１：８の質量比で反応させることができる。

本発明の好ましい一実施形態では、アミンの酸化物処理誘導体は、水酸化物又はアルコール性水酸化物、好ましくは水酸化カリウムの存在下で、アミンと酸化物を反応させることによって製造される。

本発明の好ましい一実施形態では、（ｉ）本発明の酸アミド（成分Ａ）；及び（ｉｉ）本発明のアミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）の混合物又はブレンド物は、成分Ａと成分Ｂをいかなるモル比又はいかなる質量比で混合又はブレンドすることによって調製することができる。例えば、酸アミド及び酸化物処理アミンの質量比は、約９９：１から約１：９９まで変化してよい。酸化物処理されたアミンは、酸化物に対するアミンを約１：１〜約１：５０モルのモル比で混合することによって得ることができる。

本発明の一実施形態では、上記添加剤組成物は、界面活性剤（成分Ｃ）をさらに含んでもよい。

さらに他の実施形態では、すなわち、本発明は、（Ｉ）（ｉ）酸アミド（成分Ａ）の混合物又はブレンド物；及び（ｉｉ）アミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）；及び（ＩＩ）界面活性剤（成分Ｃ）を含む、性能向上添加剤の組成物に関する。

さらに他の実施形態では、すなわち、本発明は、（Ｉ）（ｉ）酸アミド（成分Ａ）と、（ｉｉ）アミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）との混合物又はブレンド物と、（ＩＩ）界面活性剤（成分Ｃ）とを含む、エンジンの動力損失を低減することによりエンジン又はエンジンに用いられる燃料の性能を改善する、性能向上添加剤の組成物の使用に関する。

さらに他の実施形態では、すなわち、本発明は、（Ｉ）（ｉ）酸アミド（成分Ａ）と、（ｉｉ）アミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）との混合物又はブレンド物を含む性能向上添加剤の組成物と、（ＩＩ）界面活性剤（成分Ｃ）と、（ＩＩＩ）最新エンジンで用いられる燃料と、を含む燃料組成物に関する。

本発明の一実施形態では、界面活性剤は、ポリイソブチレンスクシンイミド（ＰＩＢＳＩ）である。

本発明の好ましい一実施形態では、ポリイソブチレンスクシンイミド（ＰＩＢＳＩ）は、ポリイソブチレンコハク酸無水物（ＰＩＢＳＡ）とテトラエチレンペンタミン（ＴＥＰＡ）との反応生成物である。

本発明の好ましい一実施形態では、ＰＩＢＳＡは、具体的には、約１００℃を超えるより高温でＴＥＰＡと反応する。

本発明の好ましい一実施形態では、ＰＩＢＳＡは、いかなる公知の方法によって調製することができ、好ましくは、高反応性ポリイソブチレン（ＨＲＰＩＢ）から調製することができる。

本発明の好ましい一実施形態では、従来のＰＩＢ及びいわゆる「高反応性」ＰＩＢ（例えば、欧州特許第０５６５２８５号明細書参照）は、本発明で用いるのに適する。この文脈における高反応性ＰＩＢは、末端オレフィン性二重結合の少なくとも５０％、好ましくは７０％以上がビニリデン型、例えば、ＢＡＳＦから入手可能なＧＬＩＳＳＯＰＡＬ化合物であるＰＩＢとして定義される。

本発明の第２実施形態では、界面活性剤（成分Ｃ）は、（ｉ）アミンの酸アミド（成分Ａ）及び（ｉｉ）アミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）の混合物又はブレンド物と混合又はブレンドされてよく、あるいは、界面活性剤（成分Ｃ）は、（ｉ）アミンの酸アミド（成分Ａ）及び（ｉｉ）アミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）と混合又はブレンドされて、本発明の組成物を形成してもよいことに留意されたい。

本発明の好ましい一実施形態では、（ｉ）酸アミド（成分Ａ）；（ｉｉ）アミンの酸化物処理誘導体（成分Ｂ）；及び（ｉｉｉ）本発明の界面活性剤（成分Ｃ）は、いかなるモル比又はいかなる質量比で混合又はブレンドすることができる。例えば、酸アミド及び酸化物処理アミンの質量比は、約９９：１から約１：９９まで変化してよい。酸化物処理されたアミンは、約１：１〜約１：５０モルのモル比でアミンと酸化物を反応させることによって得ることができる。さらに、酸アミド：酸化物処理アミン：界面活性剤は、約１：０．１：０．１〜約０．１：１：１の質量比で混合又は混合することができる。

さらに他の実施形態では、すなわち、本発明は、本発明の性能向上用添加剤組成物を用いて、エンジンに用いられる燃料及びエンジンの動力損失を低減することにより、エンジンの性能を向上させる方法に関する。

例示的な一実施形態では、本発明の界面活性剤は、当業界で公知の方法によって調製され得るポリイソブチレンスクシンイミド（ＰＩＢＳＩ）である。好ましくは、ＰＩＢＳＩは、以下の２段階反応によって調製することができる。

工程−１：ポリイソブチレンコハク酸無水物（ＰＩＢＳＡ）の合成：（発明ではない）：
ａ）市販の７５０分子量の高反応性ポリイソブチレン（ＨＲＰＩＢ）約１２９７．５ｇを洗浄済みで乾燥した４つ首フラスコに入れた。温度を約１２５℃に加温した；
ｂ）約２０１．８ｇの無水マレイン酸を添加し、得られた反応混合物をさらに、約１７０℃に約２時間加熱した；
ｃ）反応混合物をさらに、約２０５℃に約３時間加熱し、同温、すなわち約２０５℃で約６時間保持した；
ｄ）その後、過剰の無水マレイン酸を留去した；
ｅ）反応混合物をトルエンで希釈してＰＩＢＳＡを得たが、これはトルエン中で８５％活性であることが示された。

工程−２：工程−１のＰＩＢＳＡからのポリイソブチレンスクシンイミド（ＰＩＢＳＩ）の合成−［実施例ではＰＤＡ１という］：
清浄で乾燥した４つ首フラスコのトルエンに、上記工程−１で得られた、８５％活性ＰＩＢＳＡを約４００ｇ充填し、室温で連続的に撹拌し、約７６．１ｇのＴＥＰＡをそれに添加した。次いで、得られた反応混合物を約１４０℃〜１５０℃の温度に加熱し、好ましくは、本実施例では、約１４５〜１４７℃の温度に加熱し、この温度を約４時間保持して、反応を完了させて、環状環状化合物−ＰＩＢＳＩを形成した。その後、トルエンを完全に蒸留除去した。反応混合物を、本実施例では溶媒ナフサである重芳香族溶媒（ＨＡＲ）で希釈して、環状化合物（ＰＩＢＳＩ）を得た：
−ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定した約７５０ダルトンの平均分子量（Ｍｗ）；
−元素分析によって計算した７％の窒素含有量；かつ
−ＡＳＴＭ Ｄ２０７４−１６法で計算した総アミン値は約１３３ｍｇＫＯＨ／ｇである。

例示的態様の１つでは、本発明の酸アミドは、ポリイソブチレンコハク酸無水物（ＰＩＢＳＡ）とＴＥＰＡとの反応生成物であり、これは当業界で公知の方法によって調製することができる。好ましくは、酸アミドは、以下の反応によって調製することができる。

工程−Ａ：酸アミドの合成（成分Ａ）：
清浄で乾燥した４つ首フラスコのトルエンに、上記工程−１で得られた、８５％活性ＰＩＢＳＡを約２００ｇの８５％活性ＰＩＢＳＡに、約４０．１８ｇのＴＥＰＡを、室温で撹拌しながら添加した。当該得られた反応混合物を、本実施例では、約６０℃〜約１００℃、好ましくは約７０℃〜約９０℃の温度に加熱し、特に約８０℃まで加熱し、保持期間を約７時間までの間で変化させて、好ましくは約７時間まで、本実施例では、特に約５時間までとした。本反応は、室温で実施してもよいが、１００℃を超える温度ではないことに留意することができる。なぜなら、そうするとその後の上記工程−２の環状化合物−ＰＩＢＳＩが形成されてしまうが、本実施例の目的は、上記工程−２で環状化合物−ＰＩＢＳＩの形成を阻害することだからである。その後、トルエンを蒸留して得られた酸アミドを、本発明では成分Ａとして同定した。当該成分Ａ（酸アミド）には、以下の：
−ＡＳＴＭ Ｄ６６４−１６法で計算した酸価が約１８ｍｇＫＯＨ／ｇ；
−元素分析により算出した窒素の含有量が５％；かつ、
−ＡＳＴＭ Ｄ２０７４−１６法により計算した総アミン値は約１２３ｍｇＫＯＨ／ｇ；
を呈した。

工程−Ｂ：ＰＯ−ＴＩＰＡ誘導体の調製（成分Ｂ）：
約４３７ｇｍのＴＩＰＡをオートクレーブに入れ、約７．５ｇｍの水酸化カリウムを加え、得られた反応混合物を約１３００℃の温度に加熱し、約１０６２．５ｇｍのＰＯを加えた。得られた反応混合物の温度を約１３００℃の温度に約２〜３時間保持して、ＰＯ−ＴＩＰＯ誘導体を生成させた。反応混合物を室温（ＲＴ）まで冷却し、ＰＯ−ＴＩＰＡ誘導体を単離したものを、本発明では、成分Ｂとして同定した。当該成分Ｂ（ＰＯ−ＴＩＰＡ誘導体）は以下の：
−元素分析により算出した窒素含有量が３％；かつ、
−ＡＳＴＭ Ｄ２０７４−１６法により計算した総アミン値は約９１ｍｇＫＯＨ／ｇ；
を呈した。

成分Ａと成分Ｂの混合物又はブレンド物の調製：［実施例ではＰＤＡ７という］：
本発明の例示的な一実施形態では、成分Ａ及び成分Ｂの混合物又はブレンド物は、以下の方法［実施例ではＰＤＡ７という］によって調製することができる。

上記工程−Ａで得られた成分Ａ（酸アミド）約１５０ｇを、洗浄済みで乾燥した４つ首フラスコに入れ、このフラスコに約９５ｇの成分Ｂ［ＴＩＰＡ：ＰＯの質量比が約１：８である、上記工程−Ｂで得られたＰＯ−ＴＩＰＡ誘導体］を加え、得られた反応混合物を約７８〜８０℃の温度に約４時間加熱した。この結果、２つの異なる層が形成され、その反応混合物を約７８〜８０℃で約４時間加熱しても、本発明の成分Ａと成分Ｂとの間で化学反応が起こらないことが確認された。

これら２つの異なる層を分析したところ、成分Ａと成分Ｂを混合及び加熱しても、第四塩は生成されないことが判明し、すなわち、本発明の成分Ａと成分Ｂとの間で化学反応がおこらないことが確認された。

本発明の例示的な一実施形態では、形成された上記の２つの異なる層をトルエンで希釈して、活性が５０％である均質単一層、すなわち、本発明の混合物又はブレンド物である、成分Ａと成分Ｂの混合物又はブレンド物を形成した。

５０％活性の成分Ａと５０％活性の成分Ｂの混合物又はブレンド物の分析：
−ＡＳＴＭ Ｄ６６４−１６法で計算した酸価約５ｍｇＫＯＨ／ｇ；
−元素分析によって計算した３％の窒素含有量；かつ、
−ＡＳＴＭ Ｄ２０７４−１６法で計算した総アミンベール約６５ｍｇＫＯＨ／ｇ。

略語：
本発明で用いられる略語は以下のとおりである。
−ＴＩＰＡは、トリイソプロパノールアミンである；
−ＰＯ−ＴＩＰＡは、ＴＩＰＡのプロピレンオキシド（ＰＯ）誘導体である；
−７５０ ＰＩＢＳＩは、平均分子量（Ｍｗ）が７５０ダルトンのポリイソブチレンスクシンイミドである；
−ＨＲＰＩＢは、高反応性ポリイソブチレンである；
−ＴＥＰＡは、テトラエチレンペンタミンである；
−ＰＩＢＳＡは、ポリイソブチレンコハク酸無水物である。
−ＨＡＲは、重質の芳香族溶媒である。

従って、一実施形態では、本発明の性能向上添加剤の組成物は、（ｉ）酸アミド（すなわち、ＰＩＢＳＡとＴＥＰＡとの反応生成物、すなわち、工程Ａの成分Ａ）と、（ｉｉ）ＰＯ−ＴＩＰＡ誘導体等のＴＩＰＡの酸化物処理誘導体（すなわち、ＴＩＰＡとＰＯの生成物、すなわち、工程Ｂの成分Ｂ）との混合物／ブレンド物を含む。

従って、第２実施形態では、本発明の性能向上添加剤の組成物は、（ｉ）酸アミド（すなわち、ＰＩＢＳＡ及びＴＥＰＡの反応生成物、すなわち、工程Ａの成分Ａ）と、（ｉｉ）ＰＯ−ＴＩＰＡ誘導体等のＴＩＰＡの酸化物処理誘導体（すなわち、ＴＩＰＡ及びＰＯの生成物、すなわち、工程Ｂの成分Ｂ）との混合物／ブレンド物を含み、さらに、（ｉｉｉ）界面活性剤としてのＰＩＢＳＩ（成分Ｃ）を含む。

本発明のさらなる実施形態では、説明の目的のためであり、本発明の範囲を制限することを意図しない、添付の実施例から明らかである。

様々なディーゼル燃料組成物を調製し、試験方法に適した市販の参照燃料を用いて、本発明に関して提供されている添加剤組成物の効率を評価した。例えば、ＣＥＣ−Ｆ−９８−０８試験方法では、市販のＣＥＣ−ＲＦ−７９−０７参照燃料を用いることができる。当該参照燃料は、ＥＮ ＩＳＯ５１６５法で測定したセタン価は、約５２〜約５４、ＥＮ ＩＳＯ１２１８５法で測定した密度は１５℃において、約８３３〜約８３７Ｋｇ／ｍ^３、ＥＮ ＩＳＯ２７１９法で測定した引火点は、約６２℃以上、ＥＮ ＩＳＯ３１０４法で測定した粘度は、４０℃で約２．３００〜約３．３００ｍｍ^２／ｓであることが公知である。また、市販のＣＥＣ−ＲＦ−０６−０３を参照燃料として用いることもできる。当該参照燃料は、ＥＮ ＩＳＯ５１６５−９８法で測定したセタン価は約５２〜約５４、ＥＮ ＩＳＯ３６７５−９８法で測定した密度は、１５℃において約８３３〜約８３７Ｋｇ／ｍ^３、ＥＮ ＩＳＯ２２７１９法で測定した引火点は約５５℃以上、ＥＮ ＩＳＯ３１０４法で測定した粘度は、４０℃で約２．３〜約３．３ｍｍ^２／ｓであることが公知である。これらの例示的な組成物に、ネオデカン酸亜鉛として、約１ｐｐｍの亜鉛を添加した。得られた組成物をＣＥＣ−Ｆ−９８−０８法により試験した。当該実験には、ＣＥＣ−Ｆ−９８−０８エンジン試験用に、欧州評議会（ＣＥＣ）が推薦した、標準参照燃料であるＣＥＣ−ＲＦ−７９−０７参照燃料を用いた。なお、本発明の範囲は、当該試験方法によっても、当該試験方法に用いられる当該参照燃料によっても、限定されない。

以下の例示的な組成物において、ＰＤＡ１及びＰＤＡ７は、本明細書中の上記のものと同じである。

表１の試験結果に示されるように、７４ｐｐｍの添加剤ＰＤＡ１を備える基礎燃料の動力損失は２．３％であり、１００ｐｐｍの添加剤ＰＤＡ７を備える基礎燃料の動力損失は実質的に０．９％と実質的に低く、ここで、ＰＤＡ１、すなわち、添加剤ＰＤＡ７に界面活性剤を添加した場合の動力損失は、０．７％又は０．５％と、実質的にさらに低くなる。このように、本発明の組成物は、驚くべき、そして予想外の技術的利点、すなわち相乗効果を呈した。

上記の表１の試験結果に示されるように、ＰＤＡ７、又はＰＤＡ７及びＰＤＡ１を含む本発明の組成物は、ブランク試料、及び従来技術の添加剤、すなわち本発明の添加剤組成物を含まないＰＤＡ１からなる試料と比較すると、動力損失％を抑制することにより、性能が改善された。

Claims (6)

1. （ｉ）酸アミドと、
   （ｉｉ）アミンの酸化物処理誘導体と
   の混合物又はブレンド物を含む性能向上添加剤の組成物であって、ここで、
   前記酸アミドは、ポリイソブチレンコハク酸無水物（ＰＩＢＳＡ）とテトラエチレンペンタミン（ＴＥＰＡ）との反応生成物からなり、
   前記アミンの酸化物処理誘導体は、酸化物とアミンとの反応生成物からなり、
   前記アミンは、トリイソプロパノールアミン（ＴＩＰＡ）からなり、
   前記酸化物は、プロピレンオキサイド（ＰＯ）からなり、かつ、
   前記アミンの酸化物処理誘導体は、プロピレンオキシド処理されたトリイソプロパノールアミン（ＰＯ−ＴＩＰＡ）の誘導体である、組成物。
2. 組成物が、界面活性剤をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
3. 界面活性剤が、ポリイソブチレンスクシンイミド（ＰＩＢＳＩ）である、請求項２に記載の組成物。
4. エンジンの動力損失を低減することにより、エンジン又は前記エンジンに用いられる燃料の性能を向上させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の性能向上添加剤の組成物の使用。
5. エンジンの動力損失を低減することにより、エンジン又は前記エンジンに用いられる燃料の性能を向上させる方法であって、請求項１〜３のいずれか一項に記載の性能向上添加剤の組成物を、前記エンジン又は前記エンジンに用いられる燃料に添加する工程を含む、
   方法。
6. （Ａ）エンジンで用いられる燃料、及び
   （Ｂ）請求項１〜３のいずれか一項に記載の性能向上添加剤の組成物を含む、燃料組成物。