KR100598442B1 - 연료 조성물용 첨가제로서의 마찰 개질제인 카르복실산의알콕시아민염 및 이의 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포화 카르복실산과 알콕시화 아민 또는 에테르아민을 배합함으로써 제조되는 가연성 연료용 마찰 개질제를 제공한다. 또한, 본 발명은 (a) 이소헥실옥시프로필아민 이소스테아레이트와 같은 알콕시화 아민의 분지형 포화 카르복실산염을 포함하는 마찰 개질제; (b) 세정제 패키지를 포함하는, 연료, 특히 내연 기관용 휘발유에 사용하기 위한 첨가제 농축물, 및 상기 첨가제 농축물을 함유하는 가연성 연료를 제공한다. 특정한 마찰 개질제 (a) 의 선택은, 내연 기관에 연료를 공급하기 위해 사용되는 휘발유에 혼입될 때, 유의한 마찰 감소의 잇점을 제공함으로써, 연료 절약의 개선을 꾀할 수 있는 안정한 첨가제 농축물의 제조를 가능하게 한다. 더욱이, 마찰 개질제 (a) 를 세정제 패키지와 배합하여 사용하는 경우, 첨가제 농축물에 의해서 개질된 연료로 가동하는 연소 엔진내에 IVD 침적물의 발생을 증가시키지 않으면서, 연료 효율의 향상을 수득할 수 있다.

Description

연료 조성물용 첨가제로서의 마찰 개질제인 카르복실산의 알콕시아민염 및 이의 사용 방법 {FRICTION MODIFIER ALKOXYAMINE SALTS OF CARBOXYLIC ACIDS AS ADDITIVES FOR FUEL COMPOSITIONS AND METHODS OF USE THEREOF}
본 출원은 2002 년 4 월 24 일 출원한 출원 번호 10/128,529 의 원 특허 출원으로부터의 우선권을 주장하는 일부 연속 특허 출원이다.
본 발명은 연료, 특히 내연 기관용 휘발유에 사용하기 위한 마찰 개질제에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 마찰 개질제를 포함하는 신규의 불꽃 점화 연료 조성물, 및 향상된 연료 절약 성능을 제공하면서, 엔진, 연료 펌프 및 연료 분사 장치에서의 침착 및 마모를 제어, 즉 감소 또는 제거하는 방법에 관한 것이다.
미국 특허 제 6,277,158 호 (McLean) 에서 상당히 길게 논의된 바와 같이, 휘발유 및 기타 연료의 성능은 첨가제 기법의 사용을 통해서 개선될 수 있다. 예컨대, 세정제는 흡입 시스템 침착의 형성을 억제함으로써, 엔진 청결성 및 성능을 개선하는데 사용되었다. 규제 명령은 윤활성이 부족한 것으로 알려진 황 연료의 적은 주입을 요구하여, 연료 펌프 및 연료 분사 장치의 내구성에 관한 관심을 불러일으켰다. 황 자체는 윤활 개질제인 것으로는 직접적으로 알려져 있지 않다. 그 러나, 심도있는 하이드로처리에 의한 황 제거는 또한 특정 방향족, 카르복실산 및 에스테르와 같은, 연료의 천연 윤활 성분을 의도하지 않게 제거하는 것으로 알려져 있다. 불행히도, 상업용 휘발유 세정제 및 분산제는, 통상적으로 이들이 매우 높은 농도로 연료에 첨가될 때까지는, 마찰 감소 특성을 매우 적게 나타낸다. 이러한 높은 세정제 농도는 종종 연소 챔버 침착 (CCD) 과 같은 유해하지 않은 효과가 용인되지 않는 수준에 도달한다.
엔진 마찰을 감소시켜 연료 절약을 증가시키기 위해, 휘발유에 개별적인 마찰 개질제가 첨가될 수 있다는 것이 제안되었다. 연료 마찰 개질제는 또한 연료에 의해 야기되는 마모로부터, 직접 분사 휘발유 (DIG) 엔진에서 발견되는 것과 같은 고압 연료 펌프 및 연료 분사 장치를 보호하는 기능을 한다. 연료 황 농도의 가파른 감소를 요구하는 세계적인 규제는 상기 마모 문제를 더욱더 악화시킬 수 있다. 배합된 세정제/마찰 개질제 첨가제 패키지에 적합한 성분의 선택시에는, 세정제와 마찰 개질 성질의 균형 등을 확보하는 것이 중요하다. 이상적으로는, 마찰 개질제는 세정제의 침착 제어 기능에 악영향을 주어서는 안된다. 또한, 첨가제 패키지는 엔진 성능에 역효과를 주어서는 안된다. 예컨대, 첨가제 패키지는 밸브 점착을 촉진하거나, 또는 기타 성능 감소 문제를 야기해서는 안된다. 상업 용도에 적합하기 위해서, 마찰 개질제 첨가제는 또한 휘발 성능 첨가제에 요구되는 모든 무해한 시험을 통과해야 한다. 이것은 종종 상업적 용인에 가장 큰 장애물이다. 무해 시험은 1) 온도 범위에서 휘발유에 있을 수 있는 기타 첨가제와 휘발유의 상용성, 2) 흡입 밸브 침착 (IVD) 및 CCD 의 비증가, 3) 저온에서 밸브의 비점착, 및 4) 연료 시스템, 실린더 및 크랭크케이스의 비부식을 포함한다. 이러한 모든 기준을 만족하는 첨가제의 개발이 요구되고 있다.
대부분의 종래의 연료용 마찰 개질제는 천연 생성물 (식물 및 동물 유래) 지방산의 유도체이며, 극히 소수만이 순수한 합성 생성물이었다. 예컨대, WO 01/72930 A2 는 상부 실린더/링 및 밸브 윤활에 귀착하는, 마찰 개질제를 함유한 연료를 상부 실린더 벽 및 기름통에 운반하기 위한 기계론적 제안을 기재하고 있다. 마찰 개질제에는 폴리에테르아민 (PEA), 폴리이소부텐 아민 (PIBA), 만니치 염기 및 숙신이미드와 같은 연료 세정제 분산제가 패키징된다. 상기 WO '930 문헌에서 확인된 연료 마찰 개질제 종래 기술은 미국 특허 제 2,252,889 호, 제 4,185,594 호, 제 4,208,190 호, 제 4,204,481 호 및 제 4,428,182 호를 포함하며, 모두 연료 개질제를 디젤 연료에 사용하는 것을 기재하고 있다. 이들 특허에 의해서 보호되는 화학물질은 지방산 에스테르, 불포화 이합체화 지방산, 1 차 지방족 아민, 디에탄올아민의 지방산 아미드 및 장쇄 지방족 모노카르복실산을 포함한다. 본원에서 언급되는 다른 특정한 특허는, 1 차 알콕시알킬아민과 카르복실산의 반응 또는 적절한 포르메이트 에스테르의 아미노분해에 의해서 제조되는 연료 마찰 개질제 및 윤활제 오일을 기재하고 있는 미국 특허 제 4,427,562 호, 및 또한 미국 특허 제 4,729,769 호이다.
미국 특허 제 4,729,769 호는 카부레터 세정제로서, 코코넛 오일과 같은 C6-C20 지방산 에스테르와, 디에탄올아민과 같은 모노- 또는 디-히드록시 히드로카르빌 아민의 반응 생성물로부터 유도되는 휘발유 조성물용 휘발유 카부레터 세정제를 기재하고 있다. 상기 '769 특허에서 상기 첨가제는 메틸시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐 (MMT) 을 함유하는 것 및 유연을 포함하는 임의의 휘발유에 유용한 것으로 기재되어 있다. 상기 '769 특허에 기재된 연료는 아이싱 방지제 및 부식 억제제와 같은 다른 필요한 첨가제를 함유할 수 있다.
미국 특허 제 5,858,029 호는 연료 및 윤활제에서 마찰 감소를 나타내는 히드록시아미드를 산출하기 위한 1 차 에테르아민과 히드로카르복실산의 반응 생성물을 포함하는 연료 및 윤활제용 마찰 감소 첨가제를 기재하고 있다. 마찰 개질제를 기재하고 있는 다른 선행 특허는 미국 특허 제 4,617,026 호 (연료 및 윤활제 마찰 개질제로서 3 가 알코올의 모노카르복실산 에스테르, 글리세롤 모노올레에이트); 제 4,789,493 호, 제 4,808,196 호 및 제 4,867,752 호 (지방산 포름아미드의 사용); 제 4,280,916 호 (지방산 아미드의 사용); 제 4,406,803 호 (연료 절약을 개선하기 위해 윤활제에 알칸 1,2-디올의 사용); 및 제 4,512,903 호 (모노- 또는 폴리히드록시 치환 지방족 모노카르복실산 및 아민으로부터의 아미드의 사용) 를 포함한다. 미국 특허 제 6,328,771 호는 헤테로시클릭 방향족 아민으로 이루어진 성분과 특정한 카르복실산의 반응에 의해서 제조된 윤활 향상 염 조성물을 함유하는 연료 조성물을 기재하고 있다. EP 0 798 364 는 카르복실산과 지방족 아민의 염, 또는 카르복실산과 지방족 아민의 탈수 축합에 의해 수득되는 아미드를 포함하는 디젤 연료 첨가제를 기재하고 있다.
EP 0 869 163 A1 은 에톡시화 아민의 사용에 의한 엔진 마찰 감소 방법을 기 재하고 있다. 또한, 미국 특허 제 4,086,172 호 (윤활제 산화방지제로서 "ETHOMEEN 18-12TM" 화학식 C18H37N-(CH2CH2 OH)2 와 같은 유용성 히드록시아민); 제 4,129,508 호 (탈유화제로서 숙신산 또는 무수물 및 폴리알킬렌 글리콜 또는 모노에테르, 유기 염기성 금속, 및 알콕시화 아민의 반응 생성물); 제 4,231,883 호; 제 4,409,000 호; 및 제 4,836,829 호는 모두 연료 및 윤활제에서 히드록시아민의 다양한 용도를 기재하고 있다.
미국 특허 제 6,277,158 호는 통상적으로 탄화수소 용매 베이스중에서 연료 첨가제를 농축물에 미리 혼합한 후, 사용자에게 전달하기 전에 탱커를 충전하는데 사용되는 휘발유 파이프라인에 농축물을 분사하는 휘발유 공급의 현행 실행을 기재하고 있다. 휘발유에의 농축물의 분사를 용이하게 하기 위해서는, 농축물이 저점도, 균질 액체의 형태인 것이 중요하다.
동시 계류중인 미국 특허 출원 10/128,529 호는 본 출원의 원출원이며, 연료의 마찰 개질을 위한 알킬화 아민의 포화 분지형 카르복실산염의 용도에 관한 것이다.
마찰 개질제는 엔진이 겪게 될 조건에서 연료 상용성을 위해 완전히 조직화되는 세정제 분산제 패키지와의 배합물 또는 단독 첨가제로서 휘발유에 첨가될 수 있다. 또한, 연료 절약 향상, 침착 제어 및 마찰 감소를 모두 제공하는 휘발유용 세정제/마찰 개질제 첨가제 농축물에 대한 요구가 존재할 수 있다. 또한, 농축물이 편리하게 저장될 수 있으며, 완성된 휘발유 또는 휘발유가 사용되는 엔진의 성 능과 성질에 악영향을 주지 않는, 특히 증가된 IVD 문제를 일으키지 않는 온도 범위에서 안정해야 한다.
본 발명은 포화 카르복실산과 알콕시화 아민 또는 에테르아민을 배합함으로써 제조되는 마찰 개질제를 제공한다. 본 발명은 또한 마찰 개질제와 세정제 패키지를 함유하는 연소 엔진 연료용 첨가제 농축물로서 유용한 물질의 조성물에 관한 것이다. 한가지 양태에 있어서, (a) 알콕시화 또는 에테르 아민의 분지형 또는 선형 포화 카르복실산염을 포함하는 마찰 개질제, 및 (b) 세정제 패키지를 함유하는, 연소 엔진 연료용 첨가제 농축물로서 유용한 물질의 조성물이 제공된다.
본원에서 사용된 용어 "알콕시화" 또는 "알콕시" 는 모노알콕시화 또는 폴리알콕시화 (예, "디알콕시화") 를 의미할 수 있는 일반명이다. 마찰 개질제 (a) 와 관련하여 사용되는 용어 "아민" 은 암모니아, 모노아민 또는 폴리아민 (예, "디아민") 을 의미할 수 있는 일반명이다.
한가지 바람직한 양태에 있어서, 마찰 개질제 (a) 는 모노- 또는 디-알콕시화 아민의 분지형 또는 선형 포화 카르복실산염을 포함한다. 다른 바람직한 양태에 있어서, 마찰 개질제 (a) 는 알콕시아민 이소스테아레이트 또는 에테르아민 이소스테아레이트를 포함한다. 또한, 마찰 개질제 (a) 와 세정제 패키지 (b) 는 반드시 동일한 물질은 아닌 것으로 생각될 것이다.
본원에 사용된 용어 "알콕시화아민" 및 "에테르아민" 은 적어도 (a) 하나의 -OR 알콕시기 (R 은 C1-C28 의 지방족 탄화수소임), 또는 (b) 하나의 R-O-R' 에테르기 (R 및 R' 는 독립적으로 C1-C28 의 지방족 탄화수소임) 를 가지는 1 차, 2 차 또는 3 차 아민을 의미한다.
엔진 연료에 혼입되는 경우, 마찰 개질제 (a) 는 엔진 또는 밸브의 침적에 해로운 영향을 주지 않으면서, 연료가 주입되는 엔진이 연료 효율의 향상으로 해석되는 현저하게 감소된 엔진 마찰 손실을 갖도록 하는데 유효한 양으로 포함된다. 이것은, 상기 특정한 경우에서는, 원료로서 포화 분지형 또는 선형 카르복실산을 사용함으로써 달성될 수 있다. 불포화 물질은 엔진내 침적의 한 원인이 되기 때문에 문제를 야기할 수 있다.
한가지 특정한 양태에 있어서, 본 발명은 농축물의 총 중량에 대한 중량 단위로 하기 (a) 내지 (c) 를 포함하는, 연소 엔진 연료에 사용하기 위한 첨가제 농축물을 제공한다:
(a) 바람직하게는 액체이거나 실온 및 가압하에서 용해될 수 있는, 모노- 또는 디알콕시 아민 또는 에테르아민의 분지형 또는 선형 포화 카르복실산염을 포함하는 마찰 개질제 0.2 내지 50 %;
(b) 세정제 및 담체 혼합물로 주로 이루어지는 세정제 패키지 40 내지 99.8 %; 및
(c) 용매 0 내지 80 %.
본 발명의 한가지 예에 있어서, 마찰 개질제는 에테르아민 이소스테아레이트 또는 이의 분지형 또는 선형 포화 이성질체, 또는 이의 혼합물이다. 또한, 마찰 개질제 (a) 는 회분이 없거나 또는 회분을 발생할 수 있으며, 바람직한 양태에 있어서는 회분이 없다.
한가지 양태에 있어서, 세정제 패키지와 배합되는, 알콕시 또는 에테르 아민의 분지형 또는 선형 포화 카르복실산염의 특정한 선택은, 유의한 마찰 감소 잇점, 따라서 IVD 의 증가를 일으키지 않으면서 연료 절약의 개선을 달성하는데 유효한 마찰 개질제를 갖는 안정한 첨가제 농축물을 형성할 수 있도록 한다.
한가지 바람직한 양태에 있어서, 본원에서 정의되는 마찰 개질제는 상이한 길이의 골격과 다양한 분지도를 갖는 상이한 각각의 지방산 부분을 가지는 상이한 알콕시 모노아민염의 혼합물을 포함한다. 상기 마찰 개질제 종류의 혼합물은 또한 상기 첨가제 성분의 융점을 저하시켜, 마찰 개질 성분이 보다 용이하게 액체가 되도록 할 수 있다. 바람직한 마찰 개질제는 전형적으로 적어도, 약 -20 ℃ 내지 약 +35 ℃ 의 온도 범위에서 액체이다.
알콕시 또는 에테르 아민의 분지형 포화 카르복실산염을 포함하는 마찰 개질제는, 특히 세정제와 배합하여 사용하는 경우에 비바람직하게 IVD 의 발생을 증가시키는 n-부틸아민 올레에이트와 같은 불포화 화합물과 비교해서, 상기 설명한 모든 잇점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 이론에 구애받는 것은 아니지만, 그럼에도, 본 발명에 따른 마찰 개질제 화합물에 포화 지방산 부분의 도입은, 별도의 원하는 마찰 개질 기능을 제공하면서, 마찰 개질제 및 세정제를 함유하는 첨가제 농축물로 개질된 연료를 사용하는 경우에 얻어지는 원하는 IVD 제어 메커니즘을 손상시키지 않는데 일조하는 것이 요구된다.
한가지 양태에 있어서, 본 발명의 실시에서 마찰 개질제로서 사용되는 알콕시 또는 에테르 아민의 분지형 포화 카르복실산염의 지방산 부분의 폴리알킬렌 골격에 구조적 분지화의 도입은 포화 마찰 개질제 첨가제 화합물이 연료에 잔류하고, 정상 작업 온도에서 연료와 쉽게 혼화하는 가능성을 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 마찰 개질제의 고체 형태를 용해시키는데 일조하는 것이 요구되거나 필요한 경우, 가용성화제, 예컨대 알코올 또는 유기산과 같은 탄화수소 용매가 포함될 수 있으며, 따라서 가용성화제는 필수 요건은 아니지만, 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 본 발명은 휘발유 엔진에서의 침적을 제어하면서, 연료 효율을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 다른 양태에 있어서, 본 발명의 물질 조성물은 아프터마켓 (aftermarket) 또는 "톱 트리트 (top treat)" 연료 첨가제 조성물로서 제공된다.
한가지 양태에 있어서, 본 발명은 포화 지방산 및 알콕시화 아민 또는 에테르아민의 반응, 혼합 또는 배합에 의해서 제조되는 마찰 개질제에 관한 것이다. 한가지 전형적인 양태에 있어서, 마찰 개질제는 (i) 분지형 포화 지방산, 및 (ii) 모노알콕시 모노아민, 또는 폴리알콕시 (즉, 폴리에테르) 모노아민, 또는 모노알콕시 폴리아민, 또는 폴리알콕시 폴리아민, 또는 이의 배합물의 반응, 혼합 또는 배합에 의해서 제조된다. 한가지 바람직한 양태에 있어서, 마찰 개질제의 제조에 사 용되는 분지형 포화 지방산은 C6 내지 C28 분지형 포화 지방산이다.
상기 마찰 개질제를, 흡입 밸브를 갖는 엔진에서 연소되는 연료용 세정제 패키지와 배합하여 사용하는 경우, IVD 를 증가시키지 않으면서 연료 절약 개선을 겸비한 현저한 성능 향상 효과가 제공된다. 예컨대, 알콕시 모노아민의 포화 및 분지형 카르복실산염은, 본 발명자들에 의해서, 예컨대 1) 엔진의 상부 실린더벽에 대한 얇은 윤활유막의 경계 마찰 계수를 감소시키고, 2) 세정제 또는 침적 억제제와 배합하여 사용하는 경우의 IVD 감소를 침적 억제제를 단독으로 사용하는 경우보다 낮은 수준으로 함으로써, 특히 우수한 휘발유 연료 절약 향상 성질을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이들은 또한 우수한 자극 완화 특성을 나타낼 수 있다.
마찰 개질제
본 발명에서 사용되는 마찰 개질제는, 바람직한 양태에 있어서, 모노알콕시화 또는 폴리알콕시화 아민의 분지형 또는 선형 포화 카르복실산염을 포함한다. 더욱 바람직한 양태에 있어서, 낮은 주위 온도에서 연료와의 상용성을 향상시키기 위해, 포화 카르복실산의 골격에는 분지가 포함된다.
적합한 알콕시아민의 분지형 포화 카르복실산염의 비제한적인 구조적 대표예는 하기 화학식 1 이다:
Figure 112003050993317-pat00001
(상기 식중에서, R2 및 R3 은 각각 독립적으로 알킬기, 바람직하게는 C1-C 6 알킬기, 더욱 바람직하게는 메틸이고; j 는 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 5 이며; A 는 -(CH2)x- (식중, x 는 4 내지 20 이다) 를 나타내고; 단, 각각의 R3 은 A 중의 골격 탄소 원자의 수소에 대해 치환되며, 2 개 이하의 R3 기는 A 중의 임의의 주어진 하나의 골격 탄소 원자에 결합되고; R4, R5 및 R6 은 각각 독립적으로 히드로카르빌기, 예컨대 알킬 또는 알콕시기, 또는 수소 원자를 나타내며; q 는 1, 2 또는 3 이고, z 및 y 는 각각 독립적으로 0 또는 1 이며, 단, z 및 y 가 각각 0 이면 q 는 3 이고, z 또는 y 중 하나가 1 이며 다른 하나가 0 이면 q 는 2 이고, z 및 y 가 각각 1 이면 q 는 1 이며, 또한, 단, R4, R5 또는 R6 중 하나 이상은 하나 이상의 알콕시기 또는 하나 이상의 에테르기를 함유하는 히드로카르빌기이다).
한가지 다른 양태에 있어서, 화학식 1 의 R4 및 R5 는 각각 독립적으로 직쇄, 분지쇄, 비치환 또는 치환될 수 있는 지방족 C1-C8 알킬기를 나타내고, 단, 존재하는 임의의 분지 또는 치환은 성분의 마찰 개질 기능을 손상시키지 않거나 또는 개질된 연료 조성물과 비상용성이게 하며, 또한, 단, R4 및 R5 가 에테르 결합을 함유하지 않는 경우 R6 은 에테르 결합을 함유한다. 한가지 특정한 양태에 있어서, R4 및 R5 는 각각 독립적으로 비히드록시화 지방족 C1-C8 알킬기를 나타내고, R6 은 에테르 결합을 가진다. 다른 양태에 있어서, 화학식 1 의 R2 및 R3 은 각각 독립적 으로 직쇄, 분지쇄, 시클릭, 비치환 또는 치환될 수 있는 지방족 C1-C6 알킬기를 나타낼 수 있고, 단, 존재하는 임의의 분지 또는 치환은 성분의 마찰 개질 기능을 손상시키지 않거나 또는 개질된 연료 조성물과 비상용성이게 한다. R4, R5 또는 R6 중 하나 이상은 하나 이상의 알콕시기 또는 에테르 결합을 가져야 한다.
본 발명에서 마찰 개질제로서 사용되는 알콕시 아민의 분지형 포화 카르복실산염은, 예컨대 (i) 분지형 포화 카르복실산 또는 이의 혼합물과, (ii) 모노- 및/또는 디-알콕시 모노아민, 및/또는 모노- 및/또는 폴리알콕시화 폴리아민을 약 1:1 몰비로 혼합하고, 추가의 온도 변화가 없을 때까지, 25 ℃ 내지 75 ℃ 범위의 온도에서 교반함으로써 제조할 수 있다.
상이한 골격 길이 및 다양한 분지화도를 갖는 본원에서 정의된 마찰 개질제의 혼합물은 마찰 개질제 성분 (a) 로서 유리하게 사용될 수 있다. 상기 혼합물은 또한 첨가제 성분의 융점을 감소시켜, 마찰 개질 성분이 보다 용이하게 액체 상태가 되도록 할 수 있다.
본 발명에 유용한 카르복실산은 분지형 또는 선형 포화 카르복실산을 포함할 수 있으나, 이로 제한되지 않는다.
더욱 구체적으로는, 본원에 유용한 카르복실산은 이소스테아르산, 2-에틸헥산산, 라우르산, 팔미트산, 스테아르산, 데칸산, 도데칸산, 운데칸산, 미리스트산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 메틸발레르산, 디메틸발레르산, 및 이의 이성질체 및 혼합물을 포함할 수 있으나, 이로 제한되지 않는다.
또한, 본원에 유용한 다른 카르복실산은 알킬기가 시클릭인 알킬산일 수 있으며, 이는 본원에서 시클릭 카르복실산으로서 언급된다.
또한, 본 발명에 사용되는 카르복실산은 모노카르복실산, 디카르복실산, 폴리카르복실산 또는 이의 혼합물일 수 있다.
화학식 1 의 마찰 개질제 화합물의 알콕시화 아민 부분은, 예컨대 이소프로필옥시프로필 아민 부분과 같은 모노알콕시 또는 모노에테르 모노아민 부분, 또는 대안적으로, 디알콕시 모노아민 부분일 수 있다. 대안적으로는, 알콕시 디아민과 같은 알콕시 폴리에테르 아민이 본원에 유용하다.
전형적인 마찰 개질제 성분 (a) 로는, 이소데실옥시프로필아민 또는 이의 동족체를 이소스테아르산과 배합하여 제조된 아민염이 있다.
라우르산과 이소프로필옥시프로필아민을 배합함으로써 수득되는 염 및 이의 포화 분지형 이성질체는 마찰 개질제로서 사용될 수 있다. 알콕시아민 이소스테아레이트의 전형적인 비제한적 구조적 대표예는 하기 화학식 2 이다:
Figure 112003050993317-pat00002
본 발명의 염의 다른 예는 2-에틸헥실옥시프로필아민과 이소스테아르산을 1:1 몰비로 혼합하고, 추가의 온도 변화가 없을 때까지, 25 ℃ 내지 75 ℃ 범위의 온도에서 교반함으로써 제조할 수 있다.
최종 휘발유중의 본 발명의 마찰 개질제의 처리량은 통상적으로 본원에 기술한 바와 같이, 예컨대 연료 효율 개선 등의 면에서 개선된 성능 효과를 제공하는 양이다. 예컨대, 본 발명의 마찰 개질제 약 5 PTB (파운드/103 배럴) 이상, 더욱 바람직하게는 약 50 PTB 이상의 처리량이 휘발유에 사용될 수 있다.
마찰 개질제 성분 (a) 는 비교적 순수한 형태의 알콕시 아민의 선형 또는 분지형 포화 카르복실산염으로서, 또는 임의로는, 본원에서 확인되는 바와 같이, 상기 첨가제의 원하는 성능 특성에 악영향을 주지 않는 한, 요오드 수가 10 미만인 다른 알킬화 아민 또는 알콕시 아민의 선형 또는 분지형 카르복실산염의 공존하에서 사용될 수 있다.
분지형 또는 선형 포화 카르복실산과 배합하기 위한 본 발명에 유용한 알콕시 아민 또는 에테르 아민의 비제한적인 예는 1 차 에테르 아민, 에테르 디아민, 이의 전구체, 이의 유도체, 및 이의 혼합물을 포함한다. 더욱 구체적으로는, 이들은 이소헥실옥시프로필아민, 2-에틸헥실옥시프로필아민, 옥틸/데실옥시프로필아민, 이소데실옥시프로필아민, 이소도데실옥시프로필아민, 이소트리데실옥시프로필아민, C12-C15 알킬옥시프로필아민, 이소데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소도데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소트리데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소프로필옥시프로필아민, 테트라데실옥시프로필아민, 도데실/테트라데실옥시프로필아민, 테트라데실/도데실옥시프로필아민, 옥타데실/헥사데실옥시프로필아민중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이들로 제한되지 않는다.
본 발명의 마찰 개질제 염을 제조하는데 유용한 많은 에테르 모노아민이 Tomah3 Products, Inc. (Milton, WI) 에서 시판되고 있다.
본원에서 바람직한 에테르아민은 이소데실옥시프로필아민이다.
또한, 비제한적으로 테트라데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판 및 C12-C15 알킬옥시프로필-1,3-디아미노프로판과 같은 에테르 디아민이 본 발명의 마찰 개질제 염을 제조하는데 유용하다.
휘발유 성능 첨가제 (GPA) 패키지
전통적인 GPA 패키지는 통상적으로 엔진의 성분 부분의 침적이 없도록 유지하는 것이 주 목적인 세정제 및 담체 혼합물을 주로 포함하는 세정제 패키지로 이루어진다. GPA 패키지에 존재하는 다른 성분은 전형적으로 부식 억제제, 탈유화제, 산화방지제 및 용매를 포함한다. 몇몇 경우에는, 마커 (marker) 가 확인을 위해 GPA 패키지에 첨가된다. 따라서, 세정제 패키지는 통상적으로 GPA 패키지의 일부로서 연료 첨가제 농축물에 도입되나, 요구되는 것은 아니다.
세정제 (침적 억제제) 패키지
본원에 기재된 첨가제 농축물의 세정제 패키지 성분에 사용되는 세정제 또는 침적 억제제는 상기 기능에 유용한 임의의 적합한 시판 세정제 또는 침적 억제제를 포함할 수 있다. 통상적으로 세정제 또는 분산제로서 언급되는 휘발유 침적 억제제는 충분히 공지되어 있으며, 다양한 화합물이 사용될 수 있다. 그 예는 만니치 (Mannich) 염기, 폴리알킬렌 아민, 및 폴리알킬렌기의 수평균 분자량이 전형적으로 600 내지 2,000, 바람직하게는 800 내지 1,400 인 폴리알킬렌 숙신이미드, 및 폴리에테르 아민을 포함한다. 본 발명의 첨가제 농축물의 바람직한 세정제는 만니치 염기 세정제이다.
본 발명에 사용하기 적합한 만니치 염기 세정제는 고분자량 알킬-치환 히드록시방향족 화합물과 알데히드 및 아민의 반응 생성물을 포함한다. 본 발명의 만니치 반응 생성물을 제조하는데 사용되는 알킬-치환 히드록시방향족 화합물, 알데히드 및 아민은 임의의 공지된 상기 화합물일 수 있으며, 당 업계에 적용될 수 있다.
본 발명에 사용하기 적합한 만니치 세정제는, 그 내용이 본원에서 참고로 인용되는 미국 특허 제 4,231,759 호, 제 5,514,190 호, 제 5,634,951 호, 제 5,697,988 호, 제 5,725,612 호 및 제 5,876,468 호에 교시된 세정제를 포함한다. 적합한 만니치 염기 세정제는 또한, 예컨대 HiTEC
Figure 112003050993317-pat00003
4995 및 HiTEC
Figure 112003050993317-pat00004
6410 세정제를 포함하며, Ethyl Corporation (Richmond, Virginia, U.S.A) 에서 시판된다.
담체
바람직한 양태에 있어서, 세정제는 바람직하게는 담체 또는 유도 조제와 함께 사용된다. 이 담체는 전형적으로 담체 유체이다. 상기 담체는, 예컨대 액체 폴리-α-올레핀 올리고머, 광유, 액체 폴리(옥시알킬렌) 화합물, 폴리알켄, 및 유사한 액체 담체와 같은 각종 유형일 수 있다. 또한, 2 종 이상의 상기 담체의 혼합물도 사용될 수 있다.
임의 용매
특히, 첨가제 농축물의 운동학적 점도는 요구 또는 필요에 따라, 용매 첨가에 의해서 조정 (감소) 될 수 있다. 이를 위해서, 방향족 탄화수소 용매 또는 알코올과 같은 용매가 농축물에 첨가될 수 있다. 그 예는 톨루엔, 크실렌, 테트라히드로푸란, 이소프로판올 이소부틸카르비놀, n-부탄올, 및 용매 나프타와 같은 석유 탄화수소 용매 등을 포함한다.
연료 조성물
본 발명의 연료 조성물은 상기 기술한 침적 제어 첨가제에 더하여, 추가의 첨가제를 함유할 수 있다. 상기 추가의 첨가제는 분산제/세정제, 산화방지제, 담체 유체, 금속 탈활성화제, 염료, 마커, 부식 억제제, 살생물제, 대전방지 첨가제, 드래그 감소제, 탈유화제, 유화제, 탈헤이즈제, 아이싱 방지 첨가제, 옥탄 강화제, 폭연방지 첨가제, 밸브-시트 후퇴 방지 첨가제, 윤활 첨가제, 계면활성제 및 연소 개선제를 포함한다. 특히 바람직한 추가의 첨가제는 메틸 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐 (MMT) 이다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 본원에 기술한 바와 같이, 성분 (a), (b), 및 임의로 용매 (c) 를 포함하는 첨가제 배합물 50 내지 2,500 중량ppm 과 가연성 연료를 포함하는 연료 조성물을 제공한다.
본 발명의 연료 조성물에 사용되는 가연성 연료는 통상적으로 내연 기관용 연료, 예컨대 휘발유로서 유용한 석유 탄화수소이다. 상기 연료는 전형적으로 직쇄 또는 분지쇄 파라핀, 올레핀, 방향족 물질 및 나프텐계 탄화수소, 및 불꽃 점화 휘발유 엔진에 적합한 다른 액체 탄화수소질 물질을 비롯한, 각종 유형의 탄화수소의 혼합물을 포함한다.
상기 조성물은 무연 및 유연 휘발유와 같은 여러 가지 등급으로 제공되며, 전형적으로 직선 흐름 증류, 열분해, 수소화분해, 촉매분해 및 각종 개선 공정과 같은 통상적인 정련 및 혼합 공정에 의해서 석유 원유로부터 유도된다. 휘발유는 ASTM D86 증류법에 의해서 측정한 초기 비점이 약 20 내지 60 ℃ 범위이고 최종 비점이 약 150 내지 230 ℃ 범위인 탄화수소-산소화물 또는 액체 탄화수소의 혼합물로서 정의될 수 있다. 휘발유는 알코올, 예컨대 메탄올 또는 에탄올과 같은 다른 가연물을 함유할 수 있다.
본 발명의 연료 조성물을 형성하는데 사용되는 가연성 연료는 바람직하게는 유연 또는 무연 자동차 휘발유, 및 전형적으로 알코올, 에테르 및 기타 적합한 산소 함유 유기 화합물과 같은 연료 가용성 산소화 혼련제 ("산소화물") 및 휘발유 비등 범위의 탄화수소를 모두 함유하는, 소위 재형성 휘발유와 같은 직접 주입 휘발유 엔진을 작동시키는데 적합한 임의의 가연성 연료를 포함한다. 바람직하게는, 상기 연료는 휘발유 비등 범위에서 비등하는 탄화수소의 혼합물이다. 이 연료는 직쇄 또는 분지쇄 파라핀, 시클로파라핀, 올레핀, 방향족 탄화수소 또는 이들의 임의의 혼합물로 구성될 수 있다. 휘발유는 직선 흐름 나프타, 중합체 휘발유, 천연 휘발유로부터 유도되거나, 또는 약 80 ℉ 내지 약 450 ℉ 범위에서 비등하는 촉매적 개선 원료로부터 유도될 수 있다. 휘발유의 옥탄 함량은 중요하지 않으며, 임의의 통상적인 휘발유가 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.
본 발명에 사용하기 적합한 산소화물은 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, t-부탄올, 혼합 C1∼C5 알코올, 메틸 3 차 부틸 에테르, 3 차 아밀 메틸 에테르, 에틸 3 차 부틸 에테르 및 혼합 에테르를 포함한다. 사용되는 경우, 산소화물은 통상적으로 약 30 부피% 미만의 양으로, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 5 부피% 범위의 전체 연료중 산소 함량을 제공하는 양으로 베이스 연료에 존재할 것이다.
본 발명의 바람직한 연료를 형성하는데 사용되는 첨가제는 개별적으로 또는 다양한 부차적인 배합물로 베이스 연료에 혼련될 수 있다.
본 발명에 따른 마찰 개질제 첨가제는 통상적으로 액체 연료를 연소시키는 내연 기관, 특히 탄화되고, 출입구-연료 주입되는 (port-fuel injected, PFI) 불꽃 점화 휘발유 엔진, 및 직접 주입 휘발유 (DIG) 에 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 양태는 엔진 침적과 연료 계통 마모를 억제하면서 연료 효율을 증가시키는 방법을 포함한다. 이것은 본원에 기술한 바와 같은 a) 불꽃 점화 연료 및 b) 침적 억제제 패키지/마찰 개질제 첨가제를 엔진 연료 조성물에 도입하여 분산시킴으로써 달성된다.
본 발명의 매우 중요한 특징은 카르복실산의 알콕시아민염이 실온에서 액체이기 때문에 달성되는 연료 첨가제 패키지의 상용성의 개선이다. 따라서, 상기 염은 GPA 에 용이하게 용해되고, 종래 기술의 고체염보다 양호하게 분산되며, 상기 패키지는 훨씬 양호한 저온 상용성 및 용해성을 나타낸다.
본 발명의 양태의 다른 중요한 특징은 마찰 개질이나 연료 절약 향상의 손상 없이, 카르복실산의 알킬아민염으로부터의 산 함량에 비해서, 카르복실산의 알콕시아민염으로부터의 산 함량의 현저한 감소이다. 감소된 산 함량은 특히 엔진 및 연료 전달 계통에서의 부식 감소에 중요하다. 따라서, 올레에이트의 n-부틸아민염은 79.65 % 의 산 함량을 가지며, Century 1101 혼합산의 n-부틸아민염은 80.92 % 의 산 함량을 가진다. 그러나, Century 1101 혼합산의 알콕시아민 (PA 14) 염을 포함하는 본 발명의 물질은 단지 56.75 % 의 산 함량을 가져, 산성이 급격히 감소한다. 이것은 마찰 개질의 손실이나 연료 절약의 감소없이, 엔진에서의 부식을 감소시키는 것으로 해석된다.
실시예
다음에, 설명 및 비제한 목적으로 제공되는 실시예로서 본 발명의 실시 및 잇점에 대해 설명한다.
시험 샘플 제조
하기 실시예의 목적을 위해서, 다수의 상이한 마찰 개질제를, 경계 마찰 측정용 5W30 GF-3 시험 오일중의 5 % 용액으로서, 또는 Sequence VI-B 연료 절약 엔진 시험 및 IVD 측정용 세정제 HiTEC
Figure 112003050993317-pat00005
6421 과의 배합물로서 시험하였다. HiTEC
Figure 112003050993317-pat00006
6421 휘발유 성능 첨가제 (GPA) 는 Ethyl Corporation (Richmond, Virginia, U.S.A.) 에서 시판된다. 하기 실시예에 기재된 Sequence VI-B 엔진 연료 절약 시험을 위해서, (a) 50 PTB 마찰 개질제, 및 (b) 세정제 공급원으로서 80.9 PTB 의 HiTEC
Figure 112003050993317-pat00007
6421 GPA 를 함유하는 마찰 개질제/GPA 배합물을 제조하였다.
본 발명을 나타내는 마찰 개질제 (FM) 첨가제의 예는 포화 분지형 카르복실산 Century 1101 (Arizona Chemical) 과 이소데실옥시프로필아민을 배합함으로써 형성되는 염 (FM-1) 이다. 비교로서, 본 발명의 FM-1 의 IVD 제어 우수성을 입증하기 위해, FM-1 대신 n-부틸아민 올레에이트 (FM-2) 를 동일 중량% 비율로 사용하였다. 하기 실시예에서 시험을 위해 제조한, 본 발명을 나타내는 다른 마찰 개질제는 분지형 포화 지방산의 혼합물과 n-부틸아민을 반응시켜 제조한 마찰 개질제 (FM-3) 를 함유하였다. 분지형 포화 지방산의 혼합물은 일반 상품명 Century 1101 로 Arizona Chemical 에서 수득하였다. 또한, 미국 특허 제 4,729,769 호에 기재된 방법에 따라서 제조한 야자유와 디에탄올아민의 반응 생성물 (FM-4) 을 하기의 다수의 실시예에서 비교용 마찰 개질제로서 사용하였다.
분지형 포화 지방산의 이소데실옥시프로필 아민염인 50 PTB 마찰 개질제 (FM-1), 및 별도로, 야자유와 디에탄올아민을 반응시켜 제조한 마찰 개질제 FM-4 로 처리된 정규 처리 수준 이상으로 80.9 PTB 의 만니치 세정제 패키지 A (즉, HiTEC
Figure 112003050993317-pat00008
6421 GPA) 를 함유하는 첨가제 제형에 대해, Sequence VI-B 연료 절약 증가 (FEI) 값을 측정하였다. 상기의 시험을 위해 제조한 제 3 의 마찰 개질제는 일반 상품명 Century 1101 로 Arizona Chemical 에서 수득되는 분지형 포화 지방산의 혼합물과 n-부틸아민을 반응시켜 제조한 마찰 개질제 FM-3 을 함유하였다. n-부틸아민과 지방산의 혼합물을, 추가의 온도 변화가 없을 때까지, 25 ℃ 내지 75 ℃ 범위의 온도에서 교반하면서 1:1 몰비로 혼합하였다.
하기 표 2 에 기재한 각각의 마찰 개질제 첨가제에 대한 연료 절약 증가 (FEI) 데이터를 수득하기 위해, 먼저, 표준 기준선 검정 오일 (BC 오일) 로 Sequence VI-B 엔진을 검정하였다. 마찰 개질제 첨가제를 시험하기 위해 사용한 오일은 HiTEC
Figure 112003050993317-pat00009
7133 윤활제 마찰 개질제를 갖는 GF-3 품질의 SAE Grade 5W30 오일이었으며, 이는 수득된 결과가 상업용 자동차 오일중의 지원 휘발유 첨가제의 실사회 성능을 반영하기 위해서 사용하였다. 표준 Sequence VI-B 과정에 따라서 시험을 실시하였다. 첨가제를 함유하지 않는 베이스 연료로 엔진을 80 시간 동안 작동시켜 오일을 낡게한 후, 모두 5 개의 Sequence VI-B 단계에 대해서 브레이크 특이적 연료 소모 (BSFC) 를 측정하였다. 이어서, 연료를 세정제/마찰 개질제 첨가제 제형을 함유하는 것으로 교환하고, 두번째 BSFC 를 측정하기 전에, 엔진이 평형을 유지하도록 하였다. 연료를 베이스 연료로 다시 교환하고, 엔진이 평형을 유지하도록 한 후, 세번째 BSFC 를 측정하였다. 마지막으로, 마찰 개질제를, 오일중에 장기간 축적을 모의 실험하기 위한 양으로 기름통에 주입하고, 최종 BSFC 를 측정하였다. 연료 자체에 대한 FEI 기준선은 1.52 이다. 이 데이터로부터, 각각의 첨가제에 대한 순간 및 장기간 연료 절약 증가 (FEI) 를 계산하였다. 실시예 값을 하기 표 1 에 나타냈다.
첨가제 제형 순간 FEI (%) 장기간 FEI (%)
만니치 세정제 패키지 (A)+FM-1 (본 발명) 2.04 2.24
만니치 세정제 패키지 (A)+FM-3 (본 발명이 아님) 1.99 2.45
만니치 세정제 패키지 (A)+FM-4 (본 발명이 아님) 1.73 2.05
상기 결과는 비교 첨가제 (즉, FM-3 및 FM-4) 와 비교해서, 본 발명에 따른 첨가제 FM-1 의 사용이 연료 절약에 유해하지 않다는 것을 분명히 입증한다. 또한, 본 발명의 첨가된 연료의 산 함량은 FM-3 또는 FM-4 가 첨가된 연료의 산 함량과 비교해서 급격히 감소된다.
실시예 2
본 발명의 FM-1 첨가제와 종래의 FM-2 첨가제를 비교하기 위해, ASTM D-6201 과정의 변형 과정에 따라서, Ford 2.3 L 엔진에 대해 IVD 측정을 수행하였다. 상기 IVD 측정은, 각각의 시험에서 밸브를 한번씩만 사용한 후, 임의의 다음 시험전에 새로운 밸브로 교체한 것만이 ASTM D-6201 과 상이하였다; 다른 과정은 동일하였다. HiTEC
Figure 112003050993317-pat00010
6421 GPA 로서 공급되는 80.9 PTB 의 만니치 세정제 (및 담체 유체) 와, Century 1101 지방산의 이소데실옥시프로필 아민염인 50 PTB 마찰 개질제 (FM-1), 및 별도로, 50 PTB n-부틸아민 올레에이트 (FM-2) 를 함유하는 연료의 IVD 수준을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2 에 요약하였다.
첨가제 제형 흡입 밸브 침착 (IVD) (㎎)
만니치 세정제 (A) 209.8
(A)+FM-1 (본 발명) 204.6
(A)+FM-2 (본 발명이 아님) 285.3
상기 결과는 또한 표 3 에서도 설명되며, 본 발명의 분지형 포화 지방산의 알콕시아민염인 마찰 개질제 (FM-1) 와 세정제 배합물을 함유하는 연료 조성물에 의해서 달성되는 IVD 제어 및 감소가, 상기와 동일한 종류의 세정제와 배합하여 n-부틸아민 올레에이트 첨가제 (FM-2) 를 함유하는 비교 연료 조성물과 비교해서, 상당히 양호함을 보여준다.
상기 데이터는, 분지형 포화 지방산의 알콕시아민염과 n-부틸아민 올레에이트가 모두 휘발유용 마찰 개질제로서 기능하지만, 세정제와 본 발명의 염을 모두 함유하는 연료 첨가제의 사용은 IVD 의 발생을 상당히 감소시키는 반면, n-부틸아민 올레에이트와 배합하여 세정제를 함유하는 연료 첨가제의 사용은 IVD 의 발생을 비바람직하게 증가시키는 결과를 초래함을 의미한다.
단수 또는 복수로 언급되든, 본 명세서 또는 특허청구범위에서 어딘가에 화학명에 의해서 언급되는 반응물 및 성분은, 화학명 또는 화학종 (예컨대, 베이스 연료, 용매 등) 에 의해서 언급되는 다른 물질과 접촉하기 전에 존재하는 것으로서 확인되는 것으로 이해된다. 화학적 변화, 변형 및/또는 반응은 본원의 기재 내용에 준해서 요구되는 조건하에 특정한 반응물 및/또는 성분을 가져오는 자연적인 결과이기 때문에, 설사 상기 변화, 변형 및/또는 반응이 수득되는 혼합물 또는 용액 또는 반응 매질에서 일어나더라도 중요한 것은 아니다. 따라서, 반응물 및 성분은 원하는 화학 반응 (예컨대, 만니치 축합 반응) 의 실행시에, 또는 원하는 조성물 (예컨대, 첨가제 농축물 또는 첨가된 연료 혼련물) 의 형성시에 함께 가져오는 구성 요소로서 확인된다. 또한, 첨가제 성분은 개별적으로 그 자체로, 및/또는 예비 형성된 첨가제 배합물 및/또는 부차적 배합물을 형성하는데 사용되는 성분으로서 베이스 연료와 또는 이것에 첨가 또는 혼련될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 따라서, 하기의 특허청구범위가 현재 시제 ("포함하다", "이다" 등) 로 물질, 성분 및/또는 구성 요소를 언급할 수 있다 하더라도, 본 발명의 기재에 따른 하나 이상의 다른 물질, 성분 및/또는 구성 요소와 먼저 혼련 또는 혼합되었던 직전의 시점에서 존재하는 물질, 성분 또는 구성 요소를 언급하는 것이다. 따라서, 물질, 성분 또는 구성 요소가 상기 혼련 또는 혼합 작업 과정 동안에 화학 반응 또는 변형을 통해서 이들의 초기 본성을 상실할 수 있다는 사실은 본 명세서 및 특허청구범위의 정확한 이해 및 인식에는 전적으로 중요하지 않다.
본원에 사용된 용어 "연료 가용성" 또는 "휘발유 가용성" 은 논의하의 물질이 의도하는 기능을 제공할 수 있도록 하는데 요구되는 적어도 최소 농도에 도달하도록 하는데 사용하기 위해서 선택되는 베이스 연료중에서 20 ℃ 에서 충분히 가용성이어야 함을 의미한다. 바람직하게는, 상기 물질은 상기의 것보다 베이스 연료중에서 충분히 높은 용해성을 가질 것이다. 그러나, 상기 물질은 모든 비율에서 베이스 연료에 완전히 용해될 필요는 없다.
본 명세서 도처에서 여러 가지 특허 및 특허 출원을 언급하였다. 이러한 모든 인용 문헌은, 완전히 본원에 기재된 것처럼, 명백히 전부가 본 명세서에 편입된다.
본 발명은 실시에 상당한 변화가 있을 수 있다. 따라서, 상기의 기재 내용은 제한하려는 의도가 아니며, 상기에 나타낸 특정한 예로 본 발명을 한정하는 것으로 해석해서는 안된다. 오히려, 보호받고자 의도하는 것은 법적으로 허용되는 하기의 특허청구범위 및 이에 상당하는 부분에 기재되어 있다.
본 발명은 포화 카르복실산과 알콕시화 아민 또는 에테르아민을 배합함으로써 제조되는 가연성 연료용 마찰 개질제를 제공하는 것으로서, 특정한 마찰 개질제 (a) 의 선택은, 내연 기관에 연료를 공급하기 위해 사용되는 휘발유에 혼입될 때, 유의한 마찰 감소의 잇점을 제공함으로써, 연료 절약의 개선을 꾀할 수 있는 안정한 첨가제 농축물의 제조를 가능하게 한다. 더욱이, 마찰 개질제 (a) 를 세정제 패키지와 배합하여 사용하는 경우, 첨가제 농축물에 의해서 개질된 연료로 가동하는 연소 엔진내에 IVD 침적물의 발생을 증가시키지 않으면서, 연료 효율의 향상을 수득할 수 있다.

Claims (59)

  1. 포화 분지형 또는 선형 카르복실산의 알콕시화 아민염 또는 에테르아민염을 포함하는 마찰 개질제.
  2. 제 1 항에 있어서, 하기 화학식 1 을 가지는 마찰 개질제:
    [화학식 1]
    Figure 112003050993317-pat00011
    (상기 식중에서, R2 및 R3 은 각각 독립적으로 선형, 분지형 또는 시클릭 알킬기를 나타내고; j 는 1 내지 20 이며;
    A 는 -(CH2)x- (식중, x 는 4 내지 20 이다) 를 나타내며; 단, 각각의 R3 은 A 중의 골격 탄소 원자의 수소에 대해 치환되고, 2 개 이하의 R3 기는 A 중의 임의의 주어진 하나의 골격 탄소 원자에 결합되며; R4, R5 및 R6 은 각각 독립적으로 히드로카르빌기 또는 수소 원자를 나타내고; q 는 1, 2 또는 3 이며, z 및 y 는 각각 독립적으로 0 또는 1 이고, 단, z 및 y 가 각각 0 이면 q 는 3 이며, z 또는 y 중 하나가 1 이고 다른 하나가 0 이면 q 는 2 이며, z 및 y 가 각각 1 이면 q 는 1 이고, 또한, 단, R4, R5 또는 R6 중 하나 이상은 하나 이상의 알콕시기 또는 하나 이 상의 에테르기를 함유하는 히드로카르빌기이다).
  3. 제 1 항에 있어서, 알콕시화 아민이 모노알콕시화 아민 및 폴리알콕시화 아민에서 선택되는 마찰 개질제.
  4. 제 1 항에 있어서, 에테르아민이 모노에테르아민 및 폴리에테르아민에서 선택되는 마찰 개질제.
  5. 제 1 항에 있어서, 아민이 모노알콕시화 모노아민 및 디알콕시화 모노아민에서 선택되는 마찰 개질제.
  6. 제 1 항에 있어서, 아민이 모노알콕시화 디아민 및 디알콕시화 폴리아민에서 선택되는 마찰 개질제.
  7. 제 1 항에 있어서, 아민이 폴리알콕시화 디아민에서 선택되는 마찰 개질제.
  8. 제 1 항에 있어서, 아민이 폴리알콕시화 폴리아민에서 선택되는 마찰 개질제.
  9. 제 2 항에 있어서, R4, R5 및 R6 이 존재하는 경우 포화 지방족 히드로카르빌기인 마찰 개질제.
  10. 제 1 항에 있어서, 카르복실산이 이소스테아르산, 2-에틸헥산산, 라우르산, 팔미트산, 스테아르산, 데칸산, 도데칸산, 운데칸산, 미리스트산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 메틸발레르산, 디메틸발레르산, 및 이의 이성질체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 마찰 개질제.
  11. 제 1 항에 있어서, 카르복실산이 분지형 또는 시클릭 카르복실산인 마찰 개질제.
  12. 제 1 항에 있어서, 카르복실산이 모노카르복실산, 디카르복실산 및 폴리카르복실산으로 구성된 군에서 선택되는 마찰 개질제.
  13. 제 1 항에 있어서, 알콕시화 아민이 이소헥실옥시프로필아민, 2-에틸헥실옥시프로필아민, 옥틸/데실옥시프로필아민, 이소데실옥시프로필아민, 이소도데실옥시프로필아민, 이소트리데실옥시프로필아민, C12-C15 알킬옥시프로필아민, 이소데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소도데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소트리데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소프로필옥시프로필아민, 테트라데실옥시프로필아민, 도데실/테트라데실옥시프로필아민, 테트라데실/도데실옥시프로필아민, 옥타데실/헥사데실옥시프로필아민, 테트라데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판 및 C12-C15 알킬옥시프로필-1,3-디아미노프로판으로 구성된 군에서 선택되는 마찰 개질제.
  14. 알콕시화 아민의 포화 카르복실산염, 및 세정제와 담체 유체를 포함하는 세정제 패키지를 함유하는, 연소 엔진 연료용 첨가제 농축물로서 유용한 물질의 조성물.
  15. 제 14 항에 있어서, 알콕시화 아민의 산 염이 이소데실옥시프로필아민을 포함하는 조성물.
  16. 제 14 항에 있어서, 알콕시화 아민이 모노알콕시화 아민 및 폴리알콕시화 아민에서 선택되는 조성물.
  17. 제 14 항에 있어서, 알콕시화 아민이 디알콕시화 아민에서 선택되는 조성물.
  18. 제 14 항에 있어서, 알콕시화 아민이 알콕시화 모노아민 및 알콕시화 폴리아민에서 선택되는 조성물.
  19. 제 14 항에 있어서, 알콕시화 아민의 산 염이 각각의 상이한 분지형 포화 카르복실산 부분의 혼합물로부터 유도되는 모노알콕시화 또는 디알콕시화 아민의 상이한 분지형 포화 카르복실산염의 혼합물을 포함하는 조성물.
  20. 제 14 항에 있어서, 카르복실산이 이소스테아르산, 2-에틸헥산산, 라우르산, 팔미트산, 스테아르산, 데칸산, 도데칸산, 운데칸산, 미리스트산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 메틸발레르산, 디메틸발레르산, 및 이의 이성질체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 조성물.
  21. 제 14 항에 있어서, 카르복실산이 분지형 또는 시클릭 카르복실산인 조성물.
  22. 제 14 항에 있어서, 카르복실산이 모노카르복실산, 디카르복실산 및 폴리카르복실산으로 구성된 군에서 선택되는 조성물.
  23. 제 14 항에 있어서, 세정제 패키지의 세정제가 만니치 염기, 폴리알킬렌 아민, 폴리알킬렌 숙신이미드, 폴리에테르 아민 단독 또는 이의 배합물로 구성된 군에서 선택되는 조성물.
  24. 제 14 항에 있어서, 석유 용매를 추가로 포함하는 조성물.
  25. 에테르아민의 분지형 또는 선형 포화 카르복실산염, 및 세정제와 담체 유체를 포함하는 세정제 패키지를 함유하는, 연소 엔진 연료용 첨가제 농축물로서 유용한 물질의 조성물.
  26. 제 25 항에 있어서, 에테르아민의 산 염이 이소데실옥시프로필아민과 이소스테아르산의 결합으로부터의 반응 생성물을 포함하는 조성물.
  27. 제 25 항에 있어서, 에테르아민이 모노알콕시화 아민 및 폴리알콕시화 아민에서 선택되는 조성물.
  28. 제 25 항에 있어서, 에테르아민이 디알콕시화 아민에서 선택되는 조성물.
  29. 제 25 항에 있어서, 아민이 알콕시화 모노아민 및 알콕시화 폴리아민에서 선택되는 조성물.
  30. 제 25 항에 있어서, 에테르아민의 산 염이 각각의 상이한 분지형 포화 카르복실산 부분의 혼합물로부터 유도되는 모노알콕시화 또는 디알콕시화 아민의 상이한 분지형 포화 카르복실산염의 혼합물을 포함하는 조성물.
  31. 제 25 항에 있어서, 카르복실산이 이소스테아르산, 2-에틸헥산산, 라우르산, 팔미트산, 스테아르산, 데칸산, 도데칸산, 운데칸산, 미리스트산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 메틸발레르산, 디메틸발레르산, 및 이의 이성질체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 조성물.
  32. 제 25 항에 있어서, 카르복실산이 분지형 또는 시클릭 카르복실산인 조성물.
  33. 제 25 항에 있어서, 카르복실산이 모노카르복실산, 디카르복실산 및 폴리카르복실산으로 구성된 군에서 선택되는 조성물.
  34. 제 25 항에 있어서, 에테르아민이 이소헥실옥시프로필아민, 2-에틸헥실옥시프로필아민, 옥틸/데실옥시프로필아민, 이소데실옥시프로필아민, 이소도데실옥시프로필아민, 이소트리데실옥시프로필아민, C12-C15 알킬옥시프로필아민, 이소데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소도데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소트리데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소프로필옥시프로필아민, 테트라데실옥시프로필아민, 도데실/테트라데실옥시프로필아민, 테트라데실/도데실옥시프로필아민, 옥타데실/헥사데실옥시프로필아민, 테트라데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판 및 C12-C15 알킬옥시프로필-1,3-디아미노프로판으로 구성된 군에서 선택되는 조성물.
  35. 제 25 항에 있어서, 세정제 패키지의 세정제가 만니치 염기, 폴리알킬렌 아민, 폴리알킬렌 숙신이미드, 폴리에테르 아민 단독 또는 이의 배합물로 구성된 군에서 선택되는 조성물.
  36. 제 25 항에 있어서, 석유 용매를 추가로 포함하는 조성물.
  37. 하기 (a) 내지 (c) 를 포함하는 연료 첨가제 농축물:
    (a) 모노- 또는 폴리-알콕시화 아민의 분지형 또는 선형 포화 카르복실산염을 포함하는 마찰 개질제 0.2 내지 50 중량%;
    (b) 세정제 및 담체를 포함하는 세정제 패키지 40 내지 99.8 중량%; 및
    (c) 용매 0 내지 80 중량%.
  38. 제 37 항에 있어서, 마찰 개질제가 모노-알콕시화 아민의 분지형 포화 카르복실산염을 포함하는 농축물.
  39. 제 37 항에 있어서, 세정제 패키지의 세정제가 만니치 염기, 폴리알킬렌 아 민, 폴리알킬렌 숙신이미드, 폴리에테르 아민 단독 또는 이의 배합물로 구성된 군에서 선택되는 세정제를 포함하는 농축물.
  40. 제 37 항에 있어서, 석유 용매를 추가로 포함하는 농축물.
  41. 제 37 항에 있어서, 마찰 개질제가 실온 및 압력하에서 액체인 농축물.
  42. 가연성 연료; 및
    상기 연료의 중량에 대하여, 하기를 포함하는 첨가제 배합물 50 내지 2,500 중량 ppm 을 함유하는 연료 조성물:
    (a) 알콕시화 아민 또는 에테르아민의 분지형 또는 선형 포화 카르복실산염을 포함하는 마찰 개질제 0.2 내지 50 중량%;
    (b) 세정제 및 담체를 포함하는 세정제 패키지 40 내지 99.8 중량%; 및 임의로
    (c) 용매 0 내지 80 중량%.
  43. 제 42 항에 있어서, 연료가 휘발유, 제트 연료, 등유, 디젤 연료, 바이오디젤 연료, 평지씨 오일, 가정 난방 연료, 및 유중수 연료 에멀젼으로 구성된 군에서 선택되는 1 종 이상인 연료 조성물.
  44. 제 42 항에 있어서, 연료가 휘발유인 연료 조성물.
  45. 제 42 항에 있어서, 마찰 개질제가 알콕시아민의 분지형 포화 카르복실산염을 포함하는 연료 조성물.
  46. 제 42 항에 있어서, 마찰 개질제 (a) 가 0.5 내지 10 중량% 의 양으로 함유되고 세정제 패키지 (b) 가 40 내지 99.5 중량% 의 양으로 함유되는 연료 조성물.
  47. 제 42 항에 있어서, 상기 세정제가 만니치 염기, 폴리알킬렌 아민, 폴리알킬렌 숙신이미드, 폴리에테르 아민 단독 또는 이의 배합물로 구성된 군에서 선택되는 연료 조성물.
  48. 제 42 항에 있어서, 세정제 패키지 (b) 의 양이 20 내지 75 중량% 인 연료 조성물.
  49. 제 42 항에 있어서, 아민이 모노알콕시화 아민 및 디알콕시화 아민에서 선택되는 연료 조성물.
  50. 제 42 항에 있어서, 분산제, 세정제, 산화방지제, 담체 유체, 금속 탈활성화제, 염료, 마커, 부식 억제제, 살생물제, 대전방지 첨가제, 드래그 감소제, 탈유화 제, 유화제, 탈헤이즈제, 아이싱 방지 첨가제, 옥탄 강화제, 폭연방지 첨가제, 밸브-시트 후퇴 방지 첨가제, 윤활 첨가제, 계면활성제 및 연소 개선제로 구성된 군에서 선택되는 1 종 이상의 부가의 첨가제를 추가로 함유하는 연료 조성물.
  51. 제 42 항에 있어서, 메틸 시클로펜타디에닐 망간 트리카르보닐을 추가로 포함하는 연료 조성물.
  52. 흡입 밸브를 갖는 휘발유 엔진에 가연성인 연료와 제 30 항에 따른 연료 첨가제 농축물을 배합하는 것을 포함하는 연료의 연소 방법.
  53. 휘발유 비등 범위에서 비등하는 연료 다량, 및 알콕시화 아민 또는 에테르아민의 분지형 또는 선형 포화 카르복실산 염 소량을 포함하는 휘발유 연료를 엔진내에서 연소시키는 것을 포함하는, 휘발유 연소 엔진에서의 연료 효율의 향상 방법.
  54. 제 53 항에 있어서, 알콕시화 아민의 포화 카르복실산 염이, 알콕시화 아민 또는 에테르아민의 포화 카르복실산 염을 포함하지 않는 휘발유 연료를 상기 엔진내에서 연소시킴으로써 수득되는 연료 효율에 비해서 연료 효율을 증가시키는데 충분한 양으로 연료중에 존재하는 방법.
  55. 제 53 항에 있어서, 엔진이 흡입 밸브를 가지고, 연료가, 분지형 또는 선형 포화 카르복실산과 알콕시아민을 배합하여 형성한 마찰 개질제를 동일한 양으로 포함하는 휘발유 연료를 상기 엔진내에서 연소시킴으로써 형성되는 흡입 밸브 침적물의 양에 비해서, 형성된 흡입 밸브 침적물 (IVD) 의 양을 감소시키는데 충분한 양으로 소량의 세정제를 추가로 포함하는 방법.
  56. 제 53 항에 있어서, 알콕시화 아민의 포화 카르복실산 염이 에테르아민의 분지형 포화 카르복실산 염을 포함하는 방법.
  57. 제 53 항에 있어서, 카르복실산이 이소스테아르산, 2-에틸헥산산, 라우르산, 팔미트산, 스테아르산, 데칸산, 도데칸산, 운데칸산, 미리스트산, 카프르산, 카프로산, 카프릴산, 메틸발레르산, 디메틸발레르산, 및 이의 이성질체 및 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 방법.
  58. 제 53 항에 있어서, 아민이 이소헥실옥시프로필아민, 2-에틸헥실옥시프로필아민, 옥틸/데실옥시프로필아민, 이소데실옥시프로필아민, 이소도데실옥시프로필아민, 이소트리데실옥시프로필아민, C12-C15 알킬옥시프로필아민, 이소데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소도데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소트리데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판, 이소프로필옥시프로필아민, 테트라데실옥시프로필아민, 도데실/테트라데실옥시프로필아민, 테트라데실/도데실옥시프로필아민, 옥타데실/헥사데실옥시프로필아민, 테트라데실옥시프로필-1,3-디아미노프로판 및 C12-C15 알킬옥시프로필-1,3-디아미노프로판으로 구성된 군에서 선택되는 방법.
  59. 제 1 항의 마찰 개질제를 포함하는 연료 조성물을 연소시키는 엔진.
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