KR100896315B1 - 왕복 내연기관의 엔진 증착물 제거방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세정 조성물을 예열 및 공회전중인 왕복 내연기관의 흡입구 다발관으로 주입하고, 상기 세정 조성물을 주입하면서 상기 엔진을 작동시켜 왕복 내연기관의 엔진 증착물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 이와 같은 방법에 적당한 세정 조성물은 (a) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올; (b) (1) 알콕시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올 및 (2) 지방족 또는 방향족 유기용매로부터 선택된 적어도 하나의 용매; 및 (c) 적어도 하나의 질소-함유 세정제 첨가물의 혼합물을 함유하는 일차 용액; 및 (d) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올; (e) 고리형 탄산염; 및 (f) 물의 혼합물을 함유하는 이차 용액을 포함한다.
세정 조성물, 왕복 내연기관, 엔진 증착물
Description
본 발명은 탄소질 증착물을 제거하기 위한 세정 조성물 및 왕복 내연기관의 엔진 증착물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 두 부분의 세정 조성물을 엔진의 흡입구 다발관으로 주입시키는 단계 및 상기 세정 조성물을 주입하면서 엔진을 작동시키는 단계를 포함한 왕복 내연기관의 엔진 증착물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
왕복 내연기관이 탄화수소 연료의 산화 및 중합반응, 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation, EGR), 크랭크실 강제 환기 (positive crankcase ventilation, PCV) 가스들에 기인하여, 캬뷰레터 포트(carburetor ports), 스로틀 바디(throttle bodies), 연료 분사기(fuel injectors), 흡입포트(intake ports) 및 흡입밸브(intake valves) 등과 같은 엔진의 구성요소 표면에 탄소질 증착물을 형성시키는 경향이 있다는 사실이 잘 알려져 있다. 연료에 존재하는 일부 비연소된 탄화수소는 연료, 재순환 가스 및 윤활유와 접촉할 수 있 는 활성 부분(reactive moieties)으로 유도하는 복합 크래킹(cracking), 중합반응 및 산화반응을 수행하여, 연소실과 연소경로(pathway)에 불용성 물질들을 형성시킨다고 사료된다. 이와 같은 증착물들은 비교적 소량으로 존재하더라도 정지현상(stalling) 및 낮은 가속력, 엔진성능 저하, 연료소비 증가, 및 배출오염물 생성 증가 등을 포함한 운전 용이성 문제들과 같은 현저한 작동성능 문제들을 종종 야기시킨다.
주로 가솔린 연료에서 원치 않는 증착물의 형성을 억제시키기 위하여 연료에 기초한 세정제 및 다른 첨가물 패키지들이 개발되어 왔다. 그 결과, 분사기 증착 문제점들을 포함한 연료전달시스템에서의 문제점들이 현저히 감소되었다. 그러나, 이와 같은 세정제 첨가물을 사용한 후에도, 분사기와 다른 구성요소들은 최적의 성능을 유지하기 위하여 종종 추가의 세정을 요구한다. 현재의 첨가물들은 증착물, 특히 기존에 존재하던 중질 증착물 또는 연료 주입구(entry)의 업스트림(upstream) 증착물을 완전히 성공적으로 제거하지 못한다. 이와 같은 기존에 존재하던 업스트림 증착물들은 종종 엔진을 완전히 분해하여 없애야 한다. 고농도의 세정제 및 첨가물을 연료에 사용하려는 시도가 있었다. 그러나, 이와 같은 세정제들은 연료와 혼합되기 때문에 주로 연료 시스템의 엘라스토머(elastomers), 밀봉물(seals), 호스(hoses) 및 다른 구성요소들과의 호환성을 위해 1% 이하의 농도로 사용되는 것이 일반적이다. 또한, 엔진의 다양한 부분(parts)들에서 증착물을 제거하기 위하여 연료에 존재하는 이와 같은 세정제 첨가물들은 세정이 필요한 부분들과 접촉할 필요가 있다.
특수한 엔진 구조는 흡입 시스템의 특이함으로 문제가 될 수 있는 증착 지역을 보다 많이 갖게 된다. 예를 들면, 연료가 공기흐름의 초입지점에서 시스템에 분사되는 스로틀바디 방식 연료분사제는 연료 첨가물을 사용하여 흡입 공정을 합리적으로 청결하게 유지할 수 있게 하는 반면에, 포트 연료 분사 스파크 점화(port fuel injection spark ignition, PFI SI) 엔진들은 연료를 흡입 밸브 바로 앞의 공기 스트림으로 직접 분사하고, 및 직접 분사 스파크 점화(direct injection spark ignition, DISI) 엔진들은 연료를 연소실로 직접 분사한다. 그 결과, PFI SI 및 DISI 엔진들의 흡입 다발관상의 연료 주입구 상류(upstream)에 위치한 구성요소들은 크랭크실 강제 환기(positive crankcase ventilation, PCV) 시스템 및 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation, EGR)등을 통하여 오일로부터 원치 않는 증착물의 형성이 증가되기 쉽다. 세정제를 연료에 사용하여도, 이와 같은 업스트림 엔진 공기 흐름 구성요소들에 엔진 증착물이 남아 있을 수 있다. 세정제를 사용하여도, 흡입 밸브, 연료 분사기 노즐, 공회전 공기 우회밸브(idle air bypass valve), 스로틀 플레이트, EGR 밸브, PCV 시스템, 연소실, 산소 센서 등과 같은 일부 엔진 구성요소들은 추가의 세정을 요구한다.
최대 연료 효율을 전달하도록 고안된 새로운 엔진 기술은 증착물 생성에 보다 민감하다. 특히, 보다 낮은 NOx를 얻기 위해 높은 배기 가스 재순환 비율을 사용하는 현대의 디젤 엔진 뿐만 아니라 직접분사 스파크 점화와 같은 엔진들은 현저한 흡입 시스템 증착물을 형성하고, 연료 전달이 연소실 내부에서 발생하기 때문에 이 와 같은 엔진들은 흡입 시스템 증착물을 제거하기 위한 연료에 기초한 증착물 조절 첨가물에 의해 이익을 얻을 수 없다.
최근에, 직접 분사 스파크 점화(DISI) 엔진들은 공지의 포트 연료 주입 스파크 점화(PFI SI) 엔진들에 대안물로 주입되고 있다. 과거 몇 년동안, 적어도 3가지 형태의 DISI 엔진(미쓰비시, 토요타 및 니산 제조)들이 일본 시장에서 거래되었으며, 이중 일부 모델은 지금도 유럽 및 아시아의 선택된 시장에서 이용가능하다. 이와 같은 엔진들에 대한 관심은 연료 효율 및 배기 방출물 측면의 이익이 중요한 지역에서 유래된다. 스파크 점화식 엔진에 대한 직접 분사 전략은 제조자로 하여금 엔진 성능 특성 및 기체 방출 수준을 동시에 유지하면서 엔진의 연료소비를 현저히 감소시킬 수 있게 한다. 이와 같은 엔진에서의 연료/공기 혼합은 종종 한쪽으로 치우치고 계층화되어(공지의 PFI SI 엔진에서는 화학양론적이고 균질적인 것과 대조적으로), 향상된 연료 경제성 결과를 가져온다.
비록 두 개의 엔진 기술 사이에 많은 차이점이 존재하지만, 근본적인 차이점은 연료 유도 전략에 있다. 전통적인 PFI SI 엔진에 있어서, 연료는 흡입 포트 내부로 분사되어 흡입 밸브와 직접 접촉되는 반면에, DISI 엔진에서는 연료가 직접 연소실 내부로 분사된다. 최근의 연구들은 DISI 엔진이 증착물을 형성하기 쉬우며, 대부분의 경우에 있어서, 이와 같은 증착물들은 통상의 증착 조절 연료 첨가물을 사용하여 제거하기 힘들다. 제시된 DISI 엔진 기술이 비교적 새로운 기술이기 때문에, 계속 사용함에 따라서 이와 같은 엔진의 다양한 표면상에 증착물이 형성됨에 따라 엔진의 성능 및 연료의 경제적 이익들이 감소될 것이라는 관심이 존재한다. 그러므로, 효율적인 연료 세정제 또는 "증착 조절" 첨가물들의 개발 및 이와 같은 세정 용액을 흡입 시스템으로 전달하는 방법, 즉 DISI 엔진에서 이와 같은 증착물을 억제 또는 감소시키는 것이 상당히 중요하다.
또한, 저황 연료의 사용, 배기 가스 재순환(EGR)의 사용 등과 같은 발전된 기술들이 디젤 엔진에 적용되었으며, 기타의 엔진 처리 시스템들이 보다 점착력이 강하고 제거하기 힘든 증착물을 형성시키는 경향이 있는 반면에, 이와 같은 시스템들을 운용하기 위해서 높은 수준의 청결이 유지되는 엔진을 동시에 요구하고 있다. 밸브가 중첩되는 과정중에 블로우 백 가스(blow back gas) 뿐만 아니라 EGR 및 PCV 가스들도 흡입 시스템 증착물 형성에 기여한다. 이와 같은 증착물들은 연료에 기초한 증착물 조절 첨가물에 의해 제거될 수 없다. 결과적으로, 이와 같은 엔진 기술에 상이한 증착물 제거 방법이 요구된다. DISI 엔진 및 가스 연료 엔진(예를 들면, 천연 가스 엔진)들도 또한 유사한 증착 제거 기술을 필요로 한다. 또한, 수소, 천연가스 및 기타 탄화수소에 기초한 연료 등과 같은 대체 연료에 대한 의존도가 증가됨에 따라서, 이와 같은 연료들의 연소로 인한 탄소질 증착물을 세정하는 새로운 조성물이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진을 완전히 분해하지 않아도 되며, 다른 형태의 엔진에도 적합한 왕복 엔진의 엔진 증착물을 제거하는 방법을 제공하는 것이다. 이와 같은 방법은 일차 및 이차 용액을 함유한 신규한 세정 조성물을 예열 및 공회전중인 내연기관의 흡입구 다발관으로 주입시켜 탄소질 증착물을 제거함으로써, 가솔린, 디젤 및 천연가스 내연 기관에서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 일차 용기와 이차 용기를 포함하는 왕복 내연기관의 흡입 다발관으로 투여될 수 있는 탄소질 세정 조성물에 대한 구성요소부 키트를 제공하는 것이다.
본 발명은 탄소질 증착물을 제거하기 위하여 세정 조성물을 왕복 내연기관으로 투여하는 방법을 제공한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 (a) 하기의 구조식을 갖는 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올:
상기식에서, R 및 R1은 각각 수소 또는 메틸이고 각각의 R은 각각의 -CH2-CHR-O- 유닛에서 독립적으로 선택되고; 및 x는 0 내지 4의 정수; 또는 이의 혼합물;
(b) 지방족 유기용매 및 방향족 유기용매로부터 선택된 적어도 하나의 용매; 및
(c) 적어도 하나의 질소-함유 세정제 첨가물
의 혼합물을 함유하는 일차 용액; 및
(d) 하기의 구조식을 갖는 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올:
상기식에서, R 및 R1은 각각 수소 또는 메틸이고 각각의 R은 각각의 -CH2-CHR-O- 유닛에서 독립적으로 선택되고; 및 x는 0 내지 4의 정수; 또는 이의 혼합물;
(e) 고리형 탄산염(cyclic carbonate); 및
(f) 물
의 혼합물을 함유하는 이차 용액
을 포함하는 세정 조성물을 사용하여, 상기 세정 조성물을 예열 및 공회전중인 엔진의 흡입구 다발관으로 주입시키는 단계 및 상기 세정 조성물을 주입하면서 엔진을 작동시키는 단계를 포함하는 왕복 내연기관의 엔진 증착물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
상기 일차 및 이차 용액은 분리 용액과 같은 정도로 균일하고, 일차 용액을 주입한 후 이차 용액을 주입하는 것과 같이 순차적으로 주입되거나, 또는 사용하기 전에 혼합하여 동시에 주입될 수 있다.
따라서, 상기 방법은 흡입구 다발관으로 상기 세정용액을 주입하기 이전에 상기 일차 세정 용액과 상기 이차 세정 용액을 혼합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 전달 기간동안 실질적으로 안정한 에멀젼을 형성하도록 혼합물을 충분히 교반시켜야 한다. 대안적인 구현예에 있어서, 본 발명은 세정 조성물을 엔진의 내부에 삽입되고 위치된 수송 수단을 통하여 예열 및 공회전중인 내연기관의 흡입구 다발관으로 주입하여 상기 세정 조성물을 각각의 연소실로 전달하는 단계, 및 상기 세정 조성물을 주입하면서 엔진을 작동시키는 단계를 포함하는 세정 조성물을 왕복 내연기관의 흡입 시스템으로 전달하는 방법을 추가로 제공한다. 이와 같은 수송 수단은 엔진의 연료 전달 시스템과 분리되어 있다. 또한, 본 발명은 상기 기술된 (a), (b), 및 (c)의 혼합물을 포함하는 용액을 보유한 일차 용기 및 (d), (e) 및 선택적으로 (f)(나중에 첨가될 수 있으므로)의 혼합물을 포함하는 용액을 보유한 이차 용기를 포함하는 왕복 내연기관의 흡입 다발관으로 투여될 수 있는 탄소질 세정 조성물에 대한 구성요소부 키트를 제공한다.
이외의 요인들 중에서, 본 발명은 흡입 시스템 증착물, 특히 흡입 밸브 증착물, 연소 실린더 증착물 및 연소실 증착물들이 상기 세정 조성물 및 본 명세서에 기술된 독창적인 방법을 사용하여 왕복 내연기관에서 효과적으로 제거될 수 있다는 발견에 기초하고 있다. 또한, 본 발명의 방법은 공지의 포트 연료 분사 스파크 점화(PFI SI) 엔진 및 직접 분사 스파크 점화(DISI) 가솔린 엔진을 포함한 공지의 가솔린 엔진에서 증착물을 제거하는 용도로 특히 적당하다. 본 방법은 DISI 가솔린 엔진에서 사용하기에 특히 적합하다. 또 다른 일면으로, 디젤 엔진 및 CNG 및 LPG 엔진을 포함한 천연가스 엔진과 같은 대체 연료 엔진, 및 수소 연료 엔진들도 본 방법을 사용하여 세정될 수 있다. 이와 같은 방법 및 세정 조성물의 조성이 PFI, DISI, 디젤, 해양성(marine) 및 천연가스 엔진 등과 같은 넓은 종류의 이행정 및 사행정 내연기관 및 터보과급기(turbocharger), 회전 및 왕복 펌프 및 터빈 등과 같은 이들 부속물에 형성된 증착물을 효과적으로 제거하기 때문에 이와 같은 증착물 제거 방법은 특정한 엔진 형태 또는 분류에 제한되지 않는다.
내연기관 내에 축적되는 탄소 증착물은 제조회사 및 서비스 센터에 대한 소비자들의 가장 큰 불만의 원인이다. 상기 증착물은 종종 운전용이성의 문제, 엔진 성능의 손상 및 배기가스 배출의 증가를 야기한다. 최대의 연료 효율을 제공하도록 고안된 새로운 엔진 기술들은 그 엔진에 증착물 축적이 발생할 가능성이 더욱 높다. 특히, NOX 수준을 낮추기 위해서 높은 EGR 비율을 사용하는 직접 분사식 스파크 점화(Direct Injection Spark Ignition; DISI) 엔진 및 현대식 디젤 엔진과 같은 엔진들은 연료에 기초한 증착물 조절 첨가물로부터 효과를 얻을 수 없을 것이다. 이는 상기 엔진 환경에서, 연료가 연소실 내로 직접 분사되며 증착물 조절 연료 첨가제가 상당한 흡입 시스템 증착물을 제거하는데 중요한 영향을 미치지 못하는 것이 주요한 이유이다. 또한, 천연 가스 엔진과 같은 가스성 연료 엔진 내의 증착물 생성은 고가의 수리비를 발생시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 시장 상황에 대응하여, 본 발명은 숙련된 기술자에 의해 사용되는 경우 단시간 내에 상기의 원하지 않는 증착물의 상당한 부분을 제거하고, 따라서 상기 증착물을 물리적으로 제거하기 위해 엔진을 분해하는 것과 관련된 비용의 상당 부분을 없앨 수 있는 장치, 방법 및 제제에 관한 것이다.
따라서, 상기 엔진의 주요한 내부 표면으로부터 증착물을 신속하고 효율적으로 제거하기 위해서 일차 용액 혼합물 및 이차 용액 혼합물을 포함하는 적절한 세정 조성물(하기에서 상술함)이 개발되었고 이는 다양한 내연기관에서 시험되었다. 상기의 증착물 제거 적용은 특정 유형 또는 부류의 엔진에 제한되지 않고, 상기 세정 조성물은 PFI, DISI, 디젤, 선박, 및 천연가스 엔진과 같은 다양한 이행정 및 사행정 내연기관 및 터보과급기, 회전식 및 왕복식 펌프 및 터빈과 같은 그들의 부속품에 생성되는 증착물을 효율적으로 제거할 수 있다.
한 실시예에서, 본 발명의 방법은 일차 및 이차 용액을 포함하는 세정 조성물을 예열 및 공회전하는 왕복 내연기관의 흡입구 다발관에 주입시키고, 세정 조성물이 주입될 동안에 엔진을 운전하는 것을 포함한다. 일차 용액은 (a) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올, (b) 지방족 유기용매 및 방향족 유기 용매 중에서 선택되는 하나 이상의 용매, 및 (c) 하나 이상의 질소-함유 세제 첨가물의 혼합물을 포함한다. 이차 용액은 (d) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올, (e) 고리형 탄산염, 및 (f) 물의 혼합물을 포함한다. 또한 세정 용액의 성분은 하기에서 정의된다.
페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올
본 발명에서 사용되는 세정 조성물의 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올 성분은 하기의 일반식을 갖는다:
상기 식에서, R 및 R1은 독립적으로 수소 또는 메틸이고 각 R은 각 -CH2-CHR-O- 유닛에서 독립적으로 선택되고; x는 0 내지 4의 정수 및 그의 혼합물일 수 있다.
상기 화학식Ⅰ에서, 바람직하게 R 및 R1은 수소이고 바람직하게 x는 0 내지 2의 정수이다. 보다 바람직하게는, R 및 R1은 수소이고 x는 0이다.
본 발명에서 사용하기에 적절한 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올은 예컨대 2-페녹시에탄올, 1-페녹시-2-프로판올, 디에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 프로필렌 에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 디프로필렌 글리콜 페닐 에테르 등 및 그의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올은 2-페녹시에탄올이다. 상업적인 2-페녹시에탄올은 EPH 다우아놀(Dowanol)의 상품으로서 다우 케미컬 컴퍼니(Dow Chemical Company)로부터 구입 가능하다.
용매
본 발명에서 사용되는 세정 조성물의 용매 성분은 지방족 유기용매 및 방향족 유기 용매 중에서 선택되는 하나 이상의 용매이다. 하나 이상의 용매가 지방족 알코올들의 혼합물, 지방족 유기 용매들의 혼합물, 방향족 용매들의 혼합물과 같은 제제에 사용될 수 있다. 또한 하나 이상의 용매는 지방족 알코올과 지방족 유기 용매의 혼합물, 지방족 알코올과 방향족 유기 용매의 혼합물, 지방족 알코올, 지방족 유기 용매 및 방향족 유기 용매의 혼합물 및 지방족 유기 용매와 방향족 유기 용매의 혼합물을 포함한다.
1. 지방족 알코올
지방족 알코올은 총 4 내지 30개의 탄소 원자를 갖는 지방족 또는 아릴-치환된 지방족 알코올로부터 선택된다. 지방족 알코올은 직쇄 또는 분지쇄 지방족 그룹을 포함하고 1차, 2차 및 3차 알코올을 형성할 수 있다. 바람직하게 지방족 알콜은 6 내지 20개의 탄소 원자 및 가장 바람직하게 7 내지 15개의 탄소 원자를 포함한다. 지방족 알코올은 6 내지 9개의 탄소 원자의 아릴 그룹으로 치환될 수 있으며, 보다 바람직하게는 페닐기로 치환될 수 있다. 바람직한 저급 알코올은 옥틸, 데실, 도데실, 테트라데실, 헥사데실, 및 분지쇄 알코올 등이다. 에틸 헥산올이 보다 바람직하고 2-에틸 헥산올이 특히 바람직하다.
상기 알코올은 다양한 분자량 및 분지쇄의 혼합물일 수 있다. 상업적으로 구입가능한 1차 직쇄 알코올의 예로는 알폴(Alfol) 810(8 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 주로 직쇄, 1차 알코올의 혼합물); 알폴 1218(12 내지 18개의 탄소 원자를 포함하는 합성, 1차, 직쇄 알코올의 혼합물); 알폴 20+ 알코올(GLC(가스-액체-크로마 토그래피)에 의해 결정되는 주로 C20 알코올을 포함하는 C18~C28 1차 알코올의 혼합물); 및 알폴 22+ 알코올(주로 C22 알코올을 포함하는 C18~C28 1차 알코올)이 있다. 알폴 알코올은 컨티넨털 오일 컴퍼니(Continental Oil Company)로부터 구입가능하다.
적절한 분지쇄 알코올은 하기 그룹 중에서 선택될 수 있다: tert-아밀 알코올, 2-메틸-1-부탄올, 3-메틸-1부탄올, 네오펜틸 알코올, 3-메틸-2-부탄올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, 2,3-디메틸-2-부탄올, 3,3-디메틸-1-부탄올, 3,3-디메틸-2-부탄올, 2-에틸-2-부탄올, 2-헥산올, 3-헥산올, 2-메틸-1-펜탄올, 2-메틸-2-펜탄올, 2-메틸-3-펜탄올, 3-메틸-1-펜탄올, 3-메틸-2-펜탄올, 3-메틸-3-펜탄올, 4-메틸-1-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 2-(2-헥실옥시에톡시)에탄올, tert-부틸 알코올, 2,2-디메틸-3-펜탄올, 2,3-디메틸-3-펜탄올, 2,4-디메틸-3-펜탄올, 4,4-디메틸-3-펜탄올, 3-에틸-3-펜탄올, 2-헵탄올, 3-헵탄올, 2-메틸-2-헥산올, 2-메틸-3-헥산올, 5-메틸-2-헥산올, 2-에틸-1-헥산올, 4-메틸-3-헵탄올, 6-메틸-2-헵탄올, 2-옥탄올, 3-옥탄올, 2-프로필-1-펜탄올, 2,4,4-트리메틸-1-펜탄올, 2,6-디메틸-4-헵탄올, 3-에틸2,2-디메틸-3-펜탄올, 2-노난올, 3,5,5-트리메틸-1-헥산올, 2-데칸올, 4-데칸올, 3,7-디메틸-1-옥탄올, 3,7-디메틸-3-옥탄올, 2-도데칸올, 및 2-테트라도데칸올.
상업적으로 구입가능한 분지쇄형 일차 알코올의 예는 고급 올레핀 공급 원료의 촉매적 수소형성(hydroformation) 또는 카보닐화(carbonylation)에 의해 제조될 수 있고, 예로써 엑손모빌(ExxonMobile)로부터 구입가능한 "EXXAL 12" 도데실 알코올은 C10~C14 1차 알코올의 혼합물이다. 적절한 Exxal 알코올은 Exxal 7 내지 Exxal 13을 포함하고, 이소헵틸, 이소옥틸, 이소노닐, 데실, 노닐, 도데실 및 트리데실 알코올을 포함한다. 하기 알코올과 같은 상기 상업적인 분지쇄 알코올들의 혼합물은 Exxal 7(분지쇄 헵틸 알코올의 혼합물), Exxal 8(분지쇄 옥틸 알코올의 혼합물), Exxal 9(분지쇄 노닐 알코올의 혼합물), Exxal 10(분지쇄 데실 알코올의 혼합물), Exxal 11(분지쇄 노닐 알코올의 혼합물), Exxal 12(분지쇄 도데실 알코올의 혼합물) 및 Exxal 13(분지쇄 트리데실 알코올의 혼합물)이다.
상업적으로 구입가능한 알코올 혼합물의 다른 예는 Adol 60(약 75 중량%의 직쇄 C22 1차 알코올, 약 15 중량%의 C20 1차 알코올 및 약 8 중량%의 C18~C24 알코올) 및 Adol 320(올레일 알코올)이다. Adol 알코올은 애쉬랜드 케미컬(Ashland Chemical)에 의해 시판된다. 다른 그룹의 상업적으로 구입가능한 혼합물은 쉘 케미컬(Shell Chemical Co.)에 의해 시판되는 "Neodol" 제품을 포함한다. 예컨대, Neodol 23은 C12 및 C13 알코올의 혼합물이고; Neodol 25는 C12 및 C15 알코올의 혼합물이고; Neodol 45는 C14 내지 C15 직쇄 알코올의 혼합물이다. Neodol 91은 C9, C10 및 C11 알코올의 혼합물이다. 자연적으로 생성되는 트리글리세리드로부터 유도되고 쇄 길이가 약 C8 내지 C18 개의 범위인 다양한 1가 지방 알코올의 혼합물은 프록터 & 갬블 컴퍼니(Procter & Gamble Company) 로부터 구입가능하다. 상기 혼합물은 주로 12, 14, 16 또는 18개의 탄소 원자를 포함하는 지방 알코올을 다양한 양으로 포함한다. 예컨대, CO-1214는 0.5%의 C10 알코올, 66.0%의 C12 알코올, 26.0%의 C14 알코올 및 6.5%의 C16 알코올을 포함하는 지방 알코올 혼합물이다.
적절한 아릴 치환된 지방족 알코올은 6 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 아릴 그룹 중에서 선택되고 상기에서 하이드록실 그룹은 지방족 부위에 결합한다. 바람직한 아릴 치환된 지방족 알코올은 벤질 알코올, 알파 및 베타 페닐에틸 알코올, 디- 및 트리-페닐메탄올이다. 가장 바람직한 것은 벤질 알코올이다.
2. 지방족 또는 방향족 유기 용매
또한 본 발명에서는 지방족 또는 방향족 하이드로카빌(hydrocarbyl) 유기 용매가 사용될 수 있다. 적절한 지방족 용매로는 엑손모빌로부터 구입가능한 Exxsol D40 및 D60과 같은 탈방향족(dearomatized) 용매, 엑손모빌로부터 역시 구입가능한 D15-20 나프타, D115-145 나프타 및 D31-35 나프타와 같은 다른 지방족 용매 및 비방향족 광물성 알코올(mineral spirits) 등이 포함된다.
적절한 방향족 용매로는 벤젠, 톨루엔, 크실렌 또는 C9 방향족 용매와 같은 비등점이 더 높은 방향족 화합물 또는 방향족 신너(thinner)가 포함된다. 본 발명에서 사용하기 위한 바람직한 용매는 C9 방향족 용매이다. 이는 연료와 양호한 용해성과 융화성을 보이는 트리메틸 벤젠 및 에틸 톨루엔 또는 프로필 벤젠과 같은 C9
방향족 화합물의 혼합물을 포함한다. 다른 방향족 석유 제품들이 또한 사용될 수 있고, 바람직하게 그것들은 휘발성 유기 화합물로서 분류되지 않는다. 나프탈렌은 위험한 대기 오염물질로 분류될 수 있기 때문에 바람직한 방향족 석유 제품은 나프탈렌 디플리티드(naphthalene depleted) 이다(즉, 약 1 중량% 이하의 나프탈렌을 포함함). 적절한 방향족 석유 제품은 AROMATIC 100, 150, 200으로서 ExxonMobil로부터 구입가능하다.
바람직하게, 사용되는 용매는 지방족 알코올 및 지방족 또는 방향족 유기 용매 모두의 혼합물일 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서, 용매는 2-에틸-헥산올 및 C9 방향족 용매의 혼합물일 것이다.
질소-함유 세제 첨가물
또한 본 발명에 사용되는 세정 조성물은 하나 이상의 질소-함유 세제 첨가물을 포함한다. 예컨대, 본 발명에서 사용하기 위한 적절한 세제 첨가물은 지방족 하이드로카빌 아민, 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌) 아민, 하이드로카빌-치환된 석신이미드, 만니히(Mannich) 반응 생성물, 폴리알킬페녹시알칸올의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르, 폴리알킬페녹시아미노알칸 및 그의 혼합물을 포함한다.
일반적으로 본 발명에서 사용될 수 있는 지방족 하이드로카빌-치환된 아민은 하나 이상의 염기성(basic) 질소 원자를 포함하고 하이드로카빌 그룹은 약 700 내지 3,000의 수 평균 분자량을 갖는 직쇄 또는 분지쇄 하이드로카빌-치환된 아민이 다. 바람직한 지방족 하이드로카빌-치환된 아민은 폴리이소부텐일 및 폴리이소부틸 모노아민 및 폴리아민을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 지방족 하이드로카빌 아민은 본 분야에서 공지인 종래의 방법에 의해 제조된다. 상기 지방족 하이드로카빌 아민 및 그의 제조 방법은 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 3,438,757호, 제 3,565,804호, 제 3,574,576호, 제 3,848,056호, 제 3,960,515호, 제 4,832,702호 및 제 6,203,584호에서 상세하게 개시되어 있다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 세제 첨가물의 다른 부류는 폴리에테르 아민이라고도 하는 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌)아민이다. 일반적인 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌) 아민은 하이드로카빌 그룹이 1 내지 30개의 탄소원자를 포함하고, 옥시알킬렌 유닛의 수가 약 5 내지 100이고, 아민 부위는 암모니아, 일차 알킬 또는 이차 디알킬 모노아민, 또는 말단 아미노 질소 원자를 포함하는 폴리아민으로부터 유도되는 하이드로카빌 폴리(옥시알킬렌)모노아민 및 폴리아민을 포함한다. 바람직하게, 옥시알킬렌 부위는 옥시프로필렌 또는 옥시부틸렌 또는 그의 혼합물일 것이다. 예컨대, 상기 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌) 아민은 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 모리스 등(Morris et al.)의 미국 특허 제 6,217,624호 및 레이쓰 등(Rath et al.)의 미국 특허 제 5,112,364호에 개시되어 있다.
하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌) 모노아민의 바람직한 유형은 폴리(옥시알킬렌) 부위가 옥시프로필렌 유닛 또는 옥시부틸렌 유닛 또는 옥시프로필렌 및 옥시부틸렌 유닛의 혼합물을 포함하는 알킬페닐 폴리(옥시알킬렌)모노아민이다. 바람직하게, 알킬페닐 부위 상의 알킬 그룹은 1 내지 24개의 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄 알킬이다. 특히 바람직한 알킬페닐 부위는 알킬 그룹이 프로필렌 테트라머로부터 유도된 12개의 탄소 원자의 분지쇄 알킬인 테트라프로펜일페닐이다.
본 발명에서 사용되는 다른 유형의 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌)아민은 예컨대 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 4,288,612호, 제 4,236,020호, 제 4,160,648호, 제 4,191,537호, 제 4,270,930호, 제 4,233,168호, 제 4,197,409호, 제 4,243,798호 및 제 4,881,945호에 개시되어 있는 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌) 아미노카바메이트이다.
상기 하이드로카빌 폴리(옥시알킬렌)아미노카바메이트는 하나 이상의 염기성 질소 원자를 포함하고 약 500 내지 10,000, 바람직하게는 약 500 내지 5,000, 보다 바람직하게는 약 1,000 내지 3,000의 평균 분자량을 갖는다. 바람직한 아미노카바메이트는 아민 부위가 에틸렌 디아민 또는 디에틸렌 트리아민으로부터 유도된 알킬페닐 폴리(옥시부틸렌)아미노카바메이트이다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 또 다른 부류의 세제 첨가물은 하이드로카빌-치환된 석신이미드이다. 일반적인 하이드로카빌-치환된 석신이미드는 폴리알킬 또는 폴리알켄일 그룹이 약 500 내지 5,000, 바람직하게는 약 700 내지 3,000의 평균 분자량을 갖는 폴리알킬 및 폴리알켄일 석신이미드를 포함한다. 일반적으로 하이드로카빌-치환된 석신이미드는 하이드로카빌-치환된 석신 무수물을 아민 질소 원자에 결합된 하나 이상의 반응성 수소를 갖는 아민 또는 폴리아민과 반응시켜 제조된다. 바람직한 하이드로카빌-치환된 석신이미드는 폴리이소부텐일 및 폴리이소부탄일 석신이미드 및 그의 유도체를 포함한다.
본 발명에서 사용하기 위한 하이드로카빌-치환된 석신이미드는 예컨대 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 5,393,309호, 제 5,588,973호, 제 5,620,486호, 제 5,916,825호, 제 5,954,843호, 제 5,993,497호, 제 6,114,542호 및 영국 특허 제 1,486,144호에 개시되어 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 또 다른 부류의 세제 첨가물은 일반적으로 고분자량의 알킬-치환된 하이드록시방향족 화합물, 하나 이상의 반응성 수소를 포함하는 아민 및 알데히드의 만니히(Mannich) 축합반응으로부터 수득되는 만니히 반응 생성물이다. 바람직하게 고분자량의 알킬-치환된 하이드록시방향족 화합물은 폴리프로필페놀 및 폴리부틸페놀, 특히 폴리이소부틸페놀과 같은, 폴리알킬 그룹이 600 내지 3,000의 평균 분자량을 갖는 폴리알킬페놀이다. 일반적으로 아민 반응물은 알킬렌 폴리아민, 특히 예컨대 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민 등과 같은 에틸렌 또는 폴리에틸렌 폴리아민과 같은 폴리아민이다. 일반적으로 알데히드 반응물은 파라포름알데히드 및 포르말린을 포함하는 포름알데히드 및 아세트알데히드와 같은 지방족 알데히드이다. 바람직한 만니히 반응 생성물은 폴리이소부틸 그룹이 약 1,000의 평균 분자량을 갖는 폴리이소부틸페놀을 포름알데히드 및 디에틸렌 트리아민과 함께 축합시킴으로써 수득된다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 만니히 반응 생성물은 예컨대 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 4,231,759호 및 제 5,697,988호에 개시되어 있다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 또 다른 부류의 세제 첨가물은 폴리알킬페녹시아미노알칸이다. 바람직한 폴리알킬페녹시아미노알칸은 하기 하기식을 갖는 화합물을 포함한다:
상기식에서:
R5는 약 600 내지 5,000 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리알킬 그룹이고;
R6 및 R7은 독립적으로 수소 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 저급 알킬이고;
A는 아미노, 알킬 그룹 내에 약 1 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 N-알킬 아미노, 각 알킬 그룹 내에 약 1 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 N,N-디알킬 아미노, 또는 약 2 내지 약 12개의 아민 질소 원자 및 약 2 내지 약 40개의 탄소 원자를 갖는 폴리아민 부위이다.
상기 화학식 Ⅲ의 폴리알킬페녹시아미노알칸 및 그의 제조방법은 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 5,669,939호에 상세하게 개시되어 있다.
또한 폴리알킬페녹시아미노알칸 및 폴리(옥시알킬렌)아민의 혼합물은 본 발명에서의 사용에 적합하다. 상기 혼합물은 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미 국 특허 제 5,851,242호에 상세하게 개시되어 있다.
본 발명에서의 사용되는 바람직한 부류의 세제 첨가물은 폴리알킬페녹시알칸올의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르이다. 바람직한 폴리알킬페녹시알칸올의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르는 하기 화학식을 갖는 화합물을 포함한다:
상기 식에서:
R8은 니트로 또는 -(CH2)n-NR13R14이고, 여기서 R13 및 R14는 독립적으로 수소 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 저급 알킬이고 n은 0 또는 1이고;
R9는 수소, 하이드록시, 니트로 또는 -NR15R16이고, 여기서 R15 및 R16은 독립적으로 수소 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 저급 알킬이고;
R10 및 R11은 독립적으로 수소 또는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 저급 알킬이고;
R12는 약 450 내지 5,000 범위의 평균 분자량을 갖는 폴리알킬 그룹이다.
상기 화학식 Ⅳ로 표시되는 폴리알킬페녹시알칸올의 방향족 에스테르 및 그의 제조방법은 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 5,618,320호에 상 세하게 개시되어 있다.
또한 바람직하게 폴리알킬페녹시알칸올의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르 및 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌)아민의 혼합물은 본 발명에서 사용하기에 적합하다. 상기 혼합물은 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 5,749,929호에 상세하게 개시되어 있다.
본 발명에서 세제 첨가물로서 사용될 수 있는 바람직한 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌) 아민은 하기 식을 갖는 화합물을 포함한다:
상기 식에서:
R17은 약 1 내지 약 30개의 탄소 원자를 갖는 하이드로카빌 그룹이고;
R18 및 R19는 독립적으로 각각 수소 또는 약 1 내지 약 6개의 탄소 원자를 갖는 저급 알킬이고 각 R18 및 R19는 각 -O-CHR18-CHR19- 유닛에서 독립적으로 선택되고;
B는 아미노, 알킬 그룹 내에 약 1 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 N-알킬 아미노, 각 알킬 그룹 내에 약 1 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 N,N-디알킬 아 미노, 또는 약 2 내지 약 12개의 아민 질소 원자 및 약 2 내지 약 40개의 탄소 원자를 갖는 폴리아민 부위이고 m은 약 5 내지 약 100의 정수이다.
상기 화학식 Ⅴ의 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌)아민 및 그의 제조방법은 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 6,217,624호에 상세하게 개시되어 있다.
바람직하게 상기 화학식 Ⅴ의 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌)아민은 그 자체로 이용되거나 다른 세제 첨가물, 특히 화학식 Ⅲ의 폴리알킬페녹시아미노알칸 또는 화학식 Ⅳ에 표시된 폴리알킬페녹시알칸올의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르와 함께 배합되어 이용된다. 보다 바람직하게, 본 발명에서 사용되는 세제 첨가물은 화학식 Ⅴ의 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌)아민과 화학식 Ⅳ에 표시된 폴리알킬페녹시알칸올의 니트로 및 아미노 방향족 에스테르의 혼합물일 수 있다. 특히 바람직한 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌) 아민 세제 첨가물은 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌)아민이고 특히 바람직한 세제 첨가물의 혼합물은 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌)아민 및 4-폴리이소부틸페녹시에틸 파라-아미노벤조에이트의 혼합물이다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 다른 유형의 세제 첨가제는 질소를 포함하는 기화장치/분사장치 세제이다. 일반적으로 기화장치/분사장치 세제 첨가물은 하나 이상의 극성 부위 및 하나 이상의 비극성 부위를 갖고 약 100 내지 약 600의 수 평균 분자량을 갖는 비교적 저분자량의 화합물이다. 일반적으로 비극성 부위는 약 6 내지 약 40개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 또는 알켄일 그룹이다. 일반적으로 극성 부위는 질소를 포함한다. 일반적인 질소를 포함하는 극성 부위는 아민(예컨대, 미국 특허 제 5,139,534호 및 PCT 국제 공개공보 제 WO90/10051호에 개시), 에테르 아민(예컨대, 미국 특허 제 3,849,083호 및 PCT 국제 공개공보 제 WO90/10051호에 개시), 아미드, 폴리아미드 및 아미드-에스테르(예컨대, 미국 특허 제 2,622,018호, 제 4,729,769호 및 제 5,139,534호 및 유럽 특허 공개공보 제 149,486호에 개시), 이미다졸린(예컨대, 미국 특허 제 4,518,782호에 개시), 아민 옥사이드(예컨대, 미국 특허 제 4,810,263호 및 제 4,836,829호에 개시), 하이드록시아민(예컨대, 미국 특허 제 4,409,000호에 개시), 및 석신이미드(예컨대, 미국 특허 제 4,292,046호에 개시)을 포함한다.
고리형 탄산염
바람직한 고리형 탄산염은 하기 화학식을 갖는 화합물을 포함한다:
상기 식에서:
R20, R21, R22, R23, R24 및 R25는 수소, 하이드록시, 하이드록시메틸, 하이드록시에틸, 약 1 내지 6개의 탄소 원자의 하이드로카빌 그룹으로부터 독립적으로 선택 되고; n은 0 내지 1의 정수이다. 바람직하게 R20, R21, R22, R23
, R24 및 R25는 바람직하게 수소 또는 1 내지 2개의 탄소 원자의 저급 알킬이고, 보다 바람직하게 수소 또는 메틸이다.
본 발명에서 사용하기에 바람직한 고리형 탄산염은 상기 화학식 Ⅵ에서 n은 0이고 R20, R21, R22은 수소이고 R23은 메틸, 에틸 또는 하이드록시메틸인 화합물이다. 바람직하게는, n은 1이고, R21, R22, R23, R24, R25
는 수소이다. 가장 바람직하게는, 하기에서 정의되는 에틸렌 탄산염, 프로필렌 탄산염 및 부틸렌 탄산염이다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 고리형 탄산염의 예 및 그들의 혼합물은 하기와 같다: 1,3-디옥솔란-2-온(에틸렌 탄산염이라고도 함); 4-메틸-1,3-디옥솔란-2-온(프로필렌 탄산염이라고도 함); 4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란-2-온; 4,5-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온; 4-에틸-1,3-디옥솔란-2-온; 4,4-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온(상기 세 화합물은 부틸렌 탄산염이라고도 함); 4-메틸-5-에틸-1,3-디옥솔란-2-온; 4,5-디에틸-1,3-디옥솔란-2-온; 4,4-디에틸-1,3-디옥솔란-2-온; 1,3-디옥산-2-온; 4,4-디메틸-1,3-디옥산-2-온; 5,5-디메틸-1.3-디옥산-2-온; 5,5-디하이드록시메틸-1,3-디옥산-2-온; 5-메틸-1,3-디옥산-2-온; 4-메틸-1.3-디옥산-2-온; 5-하이드록시-1,3-디옥산-2-온; 5-하이드록시메틸-5-메틸-1,3-디옥산-2-온; 5,5-디에틸-1,3-디옥산-2-온; 5-메틸-5-프로필-1,3-디옥산-2-온; 4,6-디메틸-1,3-디옥산-2-온; 및 4,4,6-트리메틸-1,3-디옥산-2-온. 다른 적합한 고리형 탄산염은 본 분야에서 공지인 방법에 의해 C1~C30 올레핀으로부터 제조된 비스코날 디올(visconal diols)로 부터 제조될 수 있다.
상기 고리형 탄산염 중 일부는 예컨대 상품명 ARCONATE로 리온델 케미컬 컴퍼니(Lyondell Chemical Company)에 의해 판매되는 1,3-디옥솔란-2-온 또는 4-메틸-1,3-디옥솔란-2-온과 같이 상업적으로 구입가능하다. 또한, 헌츠맨 퍼포먼스 케미컬(Huntsman Performance Chemical)은 상품명 JEFFSOL로 에틸렌 탄산염, 프로필렌 탄산염, 1,2-부틸렌 탄산염 및 그의 혼합물을 판매한다. 고리형 탄산염은 공지의 반응에 의해 용이하게 제조될 수 있다. 예컨대 바람직하지는 않다고 할지라도, 포스진(phosgene) 및 적합한 알파 알칸 디올이나 알칸-1,3-디올을 반응시켜 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 4,115,206호에 있는 것과 같은 본 발명의 범위 내의 사용을 위한 탄산염을 수득할 수 있다.
마찬가지로, 본 발명에서 유용한 고리형 탄산염은 에스테르교환 (transesterification) 조건 하에서 적절한 알파 알칸 디올 또는 알칸-1,3-디올을 예컨대, 디에틸 탄산염과 에스테르교환시켜 제조할 수 있다. 예컨대, 고리형 탄산염의 제조방법의 교시는 본 발명에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 4,384,115호 및 제 4,423,205호 개시되어 있다. 또한 Cr(Ⅲ)- 및 Co(Ⅲ)-기초한 촉매 시스템을 사용하는 촉매적 방법이 온화한 조건(mild condition) 하에서 CO2와 말단 에폭시드를 커플링시켜 고리형 탄산염을 합성하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 복합체의 존재 하에서 프로필렌 옥사이드는 CO2와 반응하여 정량적으로 프로필렌 탄산염을 생성한다. 반응은 용매의 존재 또는 부재하에서, 적당한 온도(25~100℃), CO2
압력(1~5 atm) 및 낮은 촉매 수준(0.075 mol%)에서 수행될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "알파 알칸 디올"은 서로 인접한 탄소 상에 존재하는 두 개의 하이드록실 치환체를 갖는 알칸 그룹을 의미한다. 알파 알칸 디올의 예는 1,2-프로판디올, 2,3-부탄디올 등을 포함한다. 마찬가지로, 용어 "알칸-1,3-디올"은 베타 치환된 두 개의 하이드록실 치환체를 갖는 알칸 그룹을 말한다. 즉, 하이드록실 치환된 탄소 사이에 메틸렌 또는 치환된 메틸렌 부위가 존재한다. 알칸-1,3-디올의 예는 프로판-1,3-디올, 펜탄-2,4-디올 등을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 1,3-디옥솔란-2-온을 제조하는데 사용되는 알파 알칸 디올은 상업적으로 구입가능하거나 본 분야에서 공지인 방법에 의해 대응하는 올레핀으로부터 제조될 수 있다. 예컨대, 먼저 올레핀을 퍼옥시아세트산 또는 수소 퍼옥시드와 같은 과산(peracid)과 반응시켜 대응하는 에폭시드를 생성하고, 이를 산 또는 염기 촉매작용 하에서 용이하게 알파 알칸 디올로 가수분해한다. 다른 방법으로, 먼저 올레핀을 할로겐화하여 디할로 유도체를 생성하고 이를 먼저 소듐 아세테이트와 반응시킨 다음 소듐 하이드록사이드와 반응시켜 알파 알칸 디올로 가수분해한다. 사용되는 올레핀은 본 분야에서 공지이다.
본 발명에서 사용되는 1,3-디옥산-2-온을 제조하기 위해 사용되는 알칸-1,3-디올은 상업적으로 구입가능하거나 말론산의 유도와 같은 표준 기술에 의해 제조될 수 있다.
4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란-2-온 유도체 및 5-하이드록시-1,3-디옥산-2-온 유도체는 미국 특허 제 4,115,206호의 방법에서 글리세롤 또는 치환된 글리세롤 을 사용하여 제조될 수 있다. 제조된 혼합물은 원한다면 종래의 기술에 의해 분리될 수 있다. 바람직하게 혼합물이 사용된다.
5,5-디하이드록시메틸-1,3-디옥산-2-온은 에스테르교환 조건 하에서 펜타에리쓰리톨의 균등물을 포스진 또는 디에틸탄산염 등의 균등물과 함께 반응시켜 제조될 수 있다.
5-하이드록시메틸-5-메틸-1,3-디옥산-2-온은 에스테르교환 조건 하에서 트리메틸올레탄의 균등물을 포스진 또는 디에틸탄산염 등의 균등물과 함께 반응시켜 제조될 수 있다.
제제
상기와 같이, 본 발명에서 사용되는 세정 조성물은 일차 및 이차 세정 용액을 포함한다. 일차 용액은 (a) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올, (b) (1)알콕시 지방족 알코올 및 (2)지방족 또는 방향족 유기 용매로부터 선택되는 하나 이상의 용매, 및 (c) 하나 이상의 질소-함유 세제 첨가물의 혼합물을 포함한다. 일반적으로 일차 용액은 (a) 약 10 내지 70 중량%, 바람직하게는 약 10 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 45 중량%의 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올, (b) 약 5 내지 50 중량%, 바람직하게는 약 10 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 용매 또는 용매의 혼합물, 및 (c) 약 1 내지 60 중량%, 바람직하게는 약 10 내지 50 중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 45 중량%의 세제 첨가물 또는 첨가물의 혼합물을 포함한다. 용매 성분이 지방족 알코올 및 지방족 또는 방향족 유기 용매의 혼합물인 경우, 일반적으로 세정 조성물은 약 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 5 내지 15 중량%의 지방족 알코올 및 약 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 5 내지 15 중량%의 지방족 또는 방향족 유기 용매를 포함할 것이다. 세제 성분이 폴리(옥시알킬렌)아민 및 폴리아킬페녹시알칸올의 방향족 에스테르의 바람직한 혼합물을 포함하는 경우, 일반적으로 세정 조성물은 약 0.5 내지 45 중량%, 바람직하게는 약 8 내지 40 중량%의 폴리(옥시알킬렌)아민 및 약 0.5 내지 15 중량%, 바람직하게는 약 1 내지 10 중량%의 폴리아킬페녹시알칸올의 방향족 에스테르를 포함할 것이다.
상기에서 언급한 바와 같이, 이차 용액은 (a) 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올, (b) 고리형 탄산염, 및 (c) 물의 균질 혼합물을 포함한다.
이차 용액의 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올 성분은 상기 화학식 Ⅰ의 화합물 또는 그 화합물의 혼합물일 것이고, 초기 세정 조성물의 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올 성분과 동일하거나 상이할 수 있다.
일차 및 이차 용액은 분리된 용기내에서 제제로서 조합시킬 수 있다. 따라서, 상기 관련된 성분 부분들은 현장에서 사용하기 위해 조합될 수 있는 키트로서 집합될 수 있다. 예컨대 한편으로, 이차 용액은 최종 사용자 또는 다른 중간 사용 자에 의해 현장에서 사용되기 전에 첨가될 수 있는 물의 첨가 없이 장착될 수 있다. 그러나, 최적의 혼합을 유지하기 위해서 일차 및 이차 용액을 키트에 완전히 제제화하는 것이 바람직하다. 일차 및 이차 정제 조성물 내의 성분들은 균질이고 분리된 용액으로서 안정하다. 일차 및 이차 용액이 혼합되고 교반되는 경우 상기 세정 조성물을 흡입구 다발관으로 주입하기에 충분한 시간 동안 실질적으로 안정한 에멀젼을 형성하지만, 시간이 지나면 개별적인 액상으로 분리될 수 있다. 혼합되는 경우 최적의 작업을 위하여 이후 단시간 내에 세정 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 일차 용액과 이차 용액의 성분 간에 화학적인 반응 때문에 혼합된 세정 조성물의 저장 기간은 짧다. 예컨대 고리형 탄산염은 질소를 포함하는 세제 첨가물과 반응할 수 있고, 예컨대 일차 아민 및 특정 이차 아민과 같은 입체적으로 장애받지 않은(hindered) 아민과 반응하여 카바믹 에스테르(carbamic esters)를 형성하거나 입체적으로 장애받는(hindered) 이차 아민과 반응하여 하이드록시알켄 아민을 생성할 수 있다.
바람직한 인가 장치 및 방법:
종종 본 발명의 세정 조성물과 관련된 연료 시스템에 초점을 맞추어 상기 문제 구역을 세정하기 위한 일반적인 여러 접근방법이 개발되었다. 하나의 일반적인 방법은 세정 용액을 기화장치로 인가시켜 연료 분사 시스템의 개방된 공기 스로틀(throttle) 또는 흡입구 다발관으로 보내고, 세정제를 연소 공기 및 연료와 혼합시키고, 상기 배합된 혼합물을 연소 과정 동안에 연소시키는 것이다. 선택방 법 중 하나는 일차 및 이차 용액 또는 혼합된 일차 및 이차 세정 조성물의 에어로졸 스프레이를 이용하는 것이지만; 세정 용액의 점성도가 비교적 높기 때문에 다른 방법이 바람직하다. 일반적으로 기화장치-세정 에어로졸 스프레이 세정 제품은 운전중인 엔진의 오염된 부위로 인가된다. 일반적으로, 비교적 낮은 운반율 및 기화장치/다발관 시스템의 구조는 엔진 흡입구 내에 세정액이 축적되는 것을 방해한다. 흡입구 다발관에 대해 명백하다고 할지라도, 대부분의 세정제는 가장 근접한 엔진 연소실에 대한 최소 저항의 경로를 거쳐 종종 낮은 분산도 및 일부 실린더의 최소의 세정을 야기한다. 상기 경우에는 흡입구 다발관으로의 다른 운반 방법이 바람직하다.
한 접근법은 흡입구 다발관에 세정 조성물을 주입하기 위해 압력 용기를 사용하는 것이다. 상기 방법에 적절한 한 장치는 스로틀 플레이트 어셈블리(throttle plate assembly)의 상류부에 제제를 분무시키는 상업적으로 이용가능한 장치이다. 상업적으로 구입가능한 장치는 스프레이 분사를 생성하고 세정 조성물을 스로틀 플레이트의 흡입구 다발관 업스트림으로 투여하는데 사용될 수 있는 압력 용기, 조절장치, 유량 조절 밸브, 및 노즐로 이루어진다. 상기 장치는 본 명세서에서 예시되고 특히 PFI 및 기화기식 가솔린 엔진에 적합하다.
다른 기술은 세정 용액을 진공 장치를 거쳐 흡입구 다발관으로 주입한다. 일반적으로, 1999년 1월 12일에 등록된 미국 특허 제 5,858,942호에 기재된 바와 같이, 상기 세정 용액은 비에어로졸 형태로 제공되고, 제품은 엔진에 주입하는 엔진 진공을 사용하여 액체 형태로 운전중인 엔진으로 주입된다. 일반적으로 상기 신규의 제품 및 제제가 엔진을 세정하는데 있어서 종래의 용매에 기초한(톨루엔, 벤젠 등) 에어로졸 세정제보다 효과적이라고 할지라도, 대개 본 발명의 두 용액 세정 조성물에 비해서 세정 정도가 낮다. 또한 상기 접근법에서는 세정제를 다중 흡입 러너, 흡입 포트, 흡입 밸브, 연소실 등으로 운반하는데 있어 분산의 문제가 발생한다. 일반적으로, 다발관 상의 기존 진공 라인을 단절하고 진공 포인트로부터 나온 세정액을 함유하고 있는 용기로 플렉스 라인(flex line)을 연결시키고 세정 용액을 상기 단일 포트에 운반하는 엔진 진공을 사용함으로써, 세정 제품은 단일 포인트를 통해 흡입구 다발관으로 주입된다. 세정 용액이 흡입구 다발관에 첨가되는 속도를 제한하기 위하여 계량 장치를 사용할 수 있다고 할지라도, 세정 용액의 첨가를 위한 위치는 흡입구 다발관 상의 진공 장치의 엔진 디자인에 의해 고정된다. 종종 상기 배열은 세정 용액을 일부의 실런더로 주입하게 하지만 나머지는 소량의 세정 용액을 주입 받거나 전혀 받지 못한다. 일부 엔진 디자인은 엔진의 연소실보다 낮은 부분을 갖는, 흡입구 다발관 플로어, 플레넘 플로어(plenum floor) 또는 공명실을 포함하는 것이 더 문제이다. 상기 유형의 디자인은 세정 용액이 상기 구역내에서 고이는 것을 허용할 것이다. 상기 측면 및 상당히 큰 비율로 세정 용액을 주입하는 것은 엔진이 운전중인 경우에도 다발관 내에 세정 용액을 축적시키고 고이게 할 수 있다. 일반적으로, 다발관 내에 생성되는 진공은 연소실로 주입하기 위해 상기 고인 액체를 즉시 이동시키거나 액체를 분무하기에는 충분하지 않다. 그러나, 연속적인 엔진 작동으로 또는 높은 엔진 속도에서, 상기 액체의 슬러그(slug)는 연소실로 주입될 수 있다. 충분한 액체가 연소실로 주입되는 경우, 유압 제동(hydraulic locking) 및/또는 심각한 엔진 고장이 발생할 수 있다. 운전중인 엔진의 피스톤이 엔진 헤드 방향으로 최대 연장 지점으로 접근하고 실질적으로 압축불가능한 액체에 의해 방해받는 경우 유압 제동 및 엔진 손상이 발생할 수 있다. 엔진 작동 멈춤 및 엔진 내부 손상이 종종 발생한다.
상기 접근법의 변형은 처리될 엔진 및 바람직하게는 (존재하는 경우) 스로틀 플레이트로부터의 하류부 내에 삽입되는 튜브(tube)를 추가로 사용한다. 상기 장치는 하기에서 설명된다. 세정 조성물의 첨가 성분을 운반하기 위한 인가 장치는 저장기(reservoir)(일반 또는 눈금이 있는 병/용기일 수 있고, 대기압 또는 가압 조건), 첨가 조성물의 유속을 조절하는 계측 밸브 또는 오리피스, 및 흡입 시스템 및 포트 내에서 제품의 일정한 분산을 위한 튜브를 포함한다. 인가장치(applicator)의 필수적인 부품은 튜브인데, 이는 엔진 구조에 기초하여 경질 또는 연질 물질로 제작할 수 있다. 또한 상기 튜브를 통한 첨가 조성물 성분의 운반도 차이가 날 수 있다. 예컨대, 튜브는 상이한 흡입 포트 간에 트래버스(traverse)를 허용하는 것이 특징일 수 있거나 그것은 트래버스의 필요를 제거하기 위해 그의 길이를 따라 기계화된 단일 또는 복합의 홀 또는 오리피스를 구비할 수 있다.
DISI 엔진의 경우에, 튜브는 PCV(positive crankcase ventilation; 크랭크실 강제 환기) 레일 내부에 삽입된다. 이후 첨가 조성물 성분은 엔진 흡입 진공 하에서 가압 공급 또는 운반될 수 있다. PCV 레일 내에 삽입된 튜브는 증착물의 세정 효율을 최대화하기 위해 각 흡입 포트의 상류부에 첨가 조성물을 정확하고 일정하 게 운반되도록 할 수 있다.
세정 과정은 완전히 예열된 엔진에서 엔진이 제조업자가 권장하는 공회전 속도 내지 약 3,000 RPM의 속도 범위에서 운전되고 있는 동안에 수행된다. 첨가 조성물의 유속은 광범위의 운반 시간을 허용하도록 조절될 수 있다. 10㎖/min 이하의 느린 속도가 역시 사용될 수 있다고 할지라도, 일반적으로 약 10 내지 140㎖/min 범위의 유속이 사용된다.
종래의 PFI SI 엔진에서, 튜브는 진공 라인을 통해 흡입구 다발관 또는 흡입 시스템 내에 삽입된다. 첨가 조성물 시스템은 첨가 조성물의 최적의 분산을 달성하기 위한 단일 또는 다중 홀 노즐 디자인을 사용하여 가압 하에서 운반되는 것이 가장 바람직하다. 나머지 과정은 DISI 인가에 대해 상기에서 설명한 것들과 유사하다.
자동차 엔진이 예시되고 본 명세서에서 사용된다고 할지라도, 이들의 사용 방법 및 장치는 이에 한정되지 않고, 트럭, 밴, 모터보트, 설치형 엔진, 기관차 등을 포함하는 내연기관에서 사용될 수 있다. 한 실시예는 엔진이 공회전 속도 또는 이보다 약간 높은 속도에서 운전되고 있는 동안 흡입구 다발관 진공을 생성시킬 수 있는 엔진에 관한 것이다. 엔진이 유체 운반을 향상시키기 위해 다발관 진공을 생성시키지 않는 경우에는, 장치는 제품을 운반하도록 가압될 수 있고, 따라서 엔진 진공에 좌우되지 않는다. 세정 장치는 세정 유체를 수용하기 위한 저장 용기를 포함한다.
상기 유체는 세정 조성물, 또는 연속적으로 인가되는 복수의 세정 조성물들 일 수 있다. 저장기는 정방형, 실린더형 또는 모든 적절한 형태일 수 있고, 화학제품에 내성이 있는 모든 물질으로 제조될 수 있다. 조작자가 용이하게 분산되는 유체의 양 및 유속을 확인할 수 있게 하기 위해 투명 또는 반투명한 물질이 바람직하다. 또한, 눈금이 있거나 다르게 표시된 저장기가 유체 첨가 조절을 보조하기 위해 사용될 수 있다.
저장 용기는 경부(neck) 및 선택적으로 제거 후에 개구부의 재충진을 제공하기 위해서 제거될 수 있는 이음 캡, 코르크, 플러그, 밸브 등과 같은 봉합 시스템을 포함한다. 상기 봉합 시스템은 작동 동안에 제거되는 유체를 대체하기 위한 필수적인 배출구를 또한 포함할 수 있다. 엔진 흡입을 통해 형성된 진공에 의해 액체가 제거되는 경우, 배기구는 공기 배기구일 수 있고 경질 용기가 파괴되는 것을 방지한다. 또한, 배기구는 압력 공급원에 부착될 수 있다.
작동 중에, 유체는 엔진을 사용하여 용기로부터 원하는 처리 위치로 이동될 수 있다. 장치가 작동 중이고 엔진의 진공 포트에 연결된 경우 엔진 흡입(즉, 운전중인 엔진에 의해 생성되는 진공)은 저장 용기 내의 유체를 분산시키는데 사용된다. 저장 용기는 용기의 바닥까지 아랫방향으로 뻗어 있는 경질 또는 연질 사이폰 튜브를 포함한다. 사이폰 튜브는 용기 내에 함유된 유체와 접촉하여 유체내에 존재한다. 사이폰 튜브는 저장 용기의 벽에 고정되거나, 봉합 시스템에 고정되거나, 용기의 경부로부터 자유롭게 제거될 수 있다. 저장 용기 상에 존재하는 사이폰 튜브는 유동비 조정에 사용되는 조정가능한 밸브에 선택적으로 연결되고; 존재하는 경우 사이폰 관이나 밸브에 부착되는 근위부(proximal portion)를 갖는 연질 콘딧 이나 호스와 연결된다. 연질 콘딧의 원위부(distal portion)는 진공 포트를 경유하여 흡입구 시스템을 통해 또는 작동 중에 엔진 내에 삽입되는 처리 다발관에 연결된다. 처리 유체가 엔진으로 유입되도록 하는 동안 그를 통한 유체 개구부를 포함하는 봉인(seal)은 엔진에 진공 봉인을 제공하도록 처리 다발관 및 연질 콘딧 간에 위치한다.
처리 다발관은 흡입 시스템, 러너 및 포트 내에서 세정 조성물이 일정하게 분산되도록 한다. 처리 다발관은 엔진 유형, 형태 및 진공 포트를 포함하는 이용가능한 흡입구 접근(access)에 따라 디자인된다. 따라서, 처리 다발관은 경질 또는 연질일 수 있고, 세정 유체 및 엔진 작동 조건과 양립가능한 적합한 물질로 제조될 수 있다. 그러나, 처리 다발관은 그의 부분이 엔진 공동(cavity)으로 들어가는 제약에 따라 크기가 결정된다. 제한되지 않는 위치는 흡입 개구부, PCV 포트와 같은 진공 포트 개구부, 브레이크 부스터 포트, 에어콘 진공 포트 등을 포함한다. 상기 처리 다발관을 통한 세정 조성물의 운반은 또한 다양할 수 있다. 예컨대 다발관은 흡입 포트 위치를 나타내는 선택적인 표시를 갖는 단일 개구부를 포함할 수 있고, 다중밸브 엔진 상의 A 및 B 포트 또는 단일 연소실의 일반적인 A/B 포트와 같은 상이한 흡입 포트 간에 트래버스를 허용할 수 있거나, 상이한 연소실들의 흡입 포트를 트래버스할 수 있다. 또한, 처리 다발관은 그의 길이를 따라 기계화된 다중 홀 또는 오리피스를 포함할 수 있다. 상기 다중 오리피스는 하나 이상의 위치에서 분산을 개선하기 위해 다양한 크기일 수 있다. 또한 다중 오리피스는 상기 트래버스의 필요성을 감소시키거나 제거시키도록 작동할 수 있다. 오리피스의 위치는 흡입 러너와 상호관련될 수 있고, 따라서 세정 조성물의 최적의 분산을 달성할 수 있다.
또한 처리 다발관은 튜브가 엔진 흡입구 다발관에서 동일 또는 상이한 진공 포인트를 통해 의존적 또는 독립적으로 원하는 처리 위치로 연결될 수 있는 연질 콘딧에 부착되는 다중 튜브로 이루어질 수 있다. 상기 다중 튜브는 유체를 단일 또는 다중 흡입 포트로 분산시키는 그의 길이를 따라 기계화된 홀 또는 오리피스를 포함할 수 있다. 상기 튜브는 다양한 진공 원동력 및 다양한 오리피스에서의 유동 수준을 보충하기 위해 다양한 내부 직경으로 제작될 수 있다. 개방된 튜브 오리피스로부터의 유체의 분산을 보조하기 위해서, 튜브의 원위부는 안개를 생성하거나 다르게는 스프레이 분산을 개선하기 위해서 노즐을 선택적으로 설치할 수 있다.
다중-포트 장치는 세정 조성물을 처리될 엔진의 내부 공동으로 주입하는데 또한 사용될 수 있다. 일반적으로, 다중-포트 엔진은 흡입구로부 연소실로 보내는 복수의 흡입 러너를 포함할 수 있는 흡입구 다발관을 포함할 수 있다. 또한 흡입구 다발관은 처리 다발관으로 예시되는 운반 수단들이 엔진 공동 내에 삽입될 수 있는 적절한 크기인 스로틀 바디, 진공 포트, PCV 포트 및 다른 연결장치와 같은 다양한 접근 포인트를 포함할 수 있다. 한 상기 포트는 일반적으로 PCV 레일으로부터 흡입 러너로의 개방된 오리피스를 통해 하나 이상의 흡입 러너와 연결된 PCV 레일 또는 PCV 포트이다. 이후 선택적으로 처리 다발관 상의 오리피스가 PCV 레일 상의 오리피스와 상호관련되는 복수의 오리피스를 포함하는 처리 다발관은 PCV 레일로 삽입될 수 있다. 필요한 경우, 상기 처리 다발관은 PCV 레일을 트래버스할 수 있다. 선택적으로 엔진 진공이 저장 용기로부터 세정 조성물을 빼내도록 하기 위하여 처리 다발관은 PCV 레일 내의 플러그로 봉인된다.
작동 중에, 본 발명의 장치는 처리될 엔진 부근의 모든 적절한 위치에 장착될 수 있다. 흡입구 다발관 내에 처리 조성물의 주입을 위한 적절한 통로 위치는 특정의 엔진에 대해서 및 특정의 처리 다발관에 따라 선택된다. 예컨대, 1.8L DISI 엔진이 장착된 1998 미쯔비시 카리스마(1998 Mitsubishi Carisma)의 경우 상기 DISI 엔진은 흡입 밸브의 B 포트에 접근가능한 PCV 레일을 구비한다. 그러나, 흡입구 다발관 상에 설치된 PCV에 대한 엔진의 내부 크랭크실과 연결된 PCV 밸브가 구비된 다른 엔진들은 상기 목적을 수행할 수 있다. 바람직하지 않지만 상기 특정 엔진에서 확인된 다른 위치들은 공기 흡입부 및 브레이크 진공 라인이었다. 그러나, 그것들은 다른 엔진들에서는 바람직할 수 있다. 장치를 설치하기 위하여, PCV 시스템을 연결하는 엔진 호스는 단절되고 처리 다발관은 밀봉 수단에 의해 밀봉된 레일 개구부의 나머지와 함께 상기 PCV 레일 내에 삽입된다. 바람직하게 세정 과정은 완전히 예열된 엔진에서 및 엔진이 제조업자가 권장하는 공회전 속도 내지 약 3,000RPM 범위의 엔진속도에서 운전되는 동안에 수행된다. 이후 세정 조성물은 처리 다발관을 통해 처리를 필요로 하는 분리된 엔진 위치에 주입된다. 일부 인가는 다발관의 트래버스를 필요로 할 수 있다. 순차적으로 세정 조성물이 사용되는 경우, 그것들은 유사한 방식으로 주입된다. 작동 중에 조정된 원하는 유속 또는 필드를 달성하기 위하여 상기 장치들은 미리 조정될 수 있다. 또한, 상기 조정 및 트래버스는 자동화될 수 있다. DISI 엔진에서, PCV 밸브에서 연소실로의 흡입구 부위는 연료와 접촉하지 않고 흡입 밸브 상에 증가된 엔진 증착물을 갖는 경향이 있다. 본 명세서에서 예시하는 바와 같이, 본 발명의 방법 및 장치는 상기 문제점에 대한 용액을 제공하는 것에 관한 것이다.
대구경 디젤 및 대구경 천연가스 엔진을 포함하는 특정의 대형 엔진에서 세정되어야 할 부품에 대한 접근을 제공하기 위하여 흡입구 다발관을 변형시키는 것이 바람직하다. 세정 조성물의 주입을 위한 적절한 경로를 제공하기 위해서 흡입구에 구멍을 뚫거나 다르게 변형시킬 수 있다.
상기 장치는 유체 원동력으로서 흡입구 다발관 내에서 생성되는 엔진 진공을 사용하는 것이 특징이다. 그러나, 바람직한 면에서, 세정 조성물은 세정 용액을 엔진 내로 운반시키는 외부 압력 공급원을 구비한 변형된 장치를 사용하여 주입될 수 있다. 상기 외부 압력 공급원은 압력 에어로졸 용기, 압력 가스(압축 공기, 질소 등)일 수 있거나, 또한, 펌프는 사이폰 관 및 연질 콘딧 간에 연결될 수 있다. 유체 유동을 운반하고 계측하기 위한 적절한 펌프는 본 분야에서 공지이다. 또한 적절한 압력 시스템은 본 분야에서 이용가능하고, 예컨대, 전체가 본 명세서에 참고문헌으로 인용되는 미국 특허 제 4,807,578호 및 제 5,097,806호에 개시되어 있다. 일반적으로, 압력 시스템은 엔진 내에 배치가 필요한 얇은 콘딧을 포함하는 작은 부피를 갖는 부품(즉, 처리 다발관 또는 다른 운반 콘딧)의 제조를 유발할 수 있다. 또한, 압력 시스템은 다발관 오리피스에서의 증가된 유체 조절을 위한 기회를 제공할 수 있다. 예컨대, 상기 오리피스들은 세정 화합물의 분산을 개선하기 위해서 압력 보상 밸브, 유량 제한기, 및 다양한 노즐을 장착할 수 있다. 에어로졸 압력 시스템은 처리 다발관과 연결되어 유체로 삽입될 수 있는 세정 조성물을 함유하는 에어로졸 용기를 포함하는 것이 특징이다. 압력 가스 시스템은 세정 조성물을 함유하는 압력 용기와 접촉하는 조절된 가스를 사용하고, 상기 압력 가스는 유체를 처리 다발관과 연결된 유체 내의 유출 말단으로 대체한다. 선택적으로 상기 모든 시스템은 상기 장치에서 정의된 바와 같이, 세정 조성물을 원하는 엔진 처리 구역으로 운반하기 위해 형태가 결정될 수 있는 압력 조절장치, 유동 밸브, 필터 및 폐쇄 밸브를 포함할 수 있다.
상기에서 설명한 방법 외에도, 본 발명에서 사용되는 세정 조성물은 직접적으로 가솔린 또는 디젤 연료와 혼합되는 경우 엔진 증착물을 세정하는데 또한 효과적이다. 결과적으로, 세정 조성물은 상업적으로 구입가능한 다양한 유형을 사용하여 이행정 및 사행정 스파크 점화 및 압축 점화 엔진 모두를 세정하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 다음에 기재된 비한정적인 실시예에 의해 보다 더 잘 이해될 수 있다. 반면, 본 명세서에서 언급하지 않은 한, 모든 온도 및 온도 범위는 섭씨를 말하며, "주위(ambient)" 또는 "실온"이라는 용어는 약 20℃∼25℃를 말한다. "퍼센트" 또는 "%"는 중량 퍼센트를 의미하며, "몰(mole)" 또는 "몰(moles)"은 g 몰(g mole)을 말한다. "등가물(equivalent)"라는 용어는 한정된 몰 또는 한정된 질량 또는 부피에 있어서 실시예에서 언급된 선행하는 또는 그 다음의 반응물과 몰수가 동일한 것을 의미한다. 양성자-마그네틱 공명 스펙트럼(proton-magnetic resonance spectrum, p. m. r. 또는 n. m. r.)은 300 mHz에서 측정하였으며, 신호는 단일선(singlet) (s), 넓은 단일선(broad singlets) (bs), 이중선(doublets) (d), 이중 이중선(double doublets) (dd), 삼중선(triplets) (t), 이중 삼중선(double triplets) (dt), 4중선 (quartets) (q) 및 다중선(multiplets) (m)을 의미하며, cps는 초당 회전수(cycle per second)를 말한다.
실시예 1
폴리이소부틸 페놀(Polyisobutyl phenol)의 제조
마그네틱 교반기, 환류 응축기, 온도계, 첨가 깔때기 및 질소 흡입구가 구비된 플라스크에 페놀 203.2g을 첨가하였다. 상기 페놀을 40℃로 가온 한 다음 열원을 제거하였다. 그 다음으로 보론 트리플루오르 에테레이트(boron trifluoride etherate) 73.5ml를 적하법(dropwise)으로 첨가하였다. 헥산 1,863ml에 울트라비스 10 폴리이소부텐(Ultravis 10 Polyisobutene, 분자량 950, 76% 메틸비닐리덴, 영국 석유회사로부터 구입함) 1040g을 용해시켰다. 상기 폴리이소부텐을 22℃∼27℃의 온도를 유지하는 비율로 상기 반응물에 첨가하였다. 상기 반응 혼합물을 실온에서 16시간 동안 교반하였다. 그 다음으로, 농축된 수산화 암모늄(ammonium hydroxide) 400mL를 첨가하고, 헥산 2,000mL를 첨가하였다. 상기 반응 혼합물을 물(3×2,000mL)로 세척한 다음 황산 마그네슘(magnesium sulfate)으로 건조시키고 여과한 후 용매를 진공 하에서 제거하여 1,056.5g의 반응 산물을 수득하였다. 상 기 반응 산물을 양성자 NMR와 헥산으로 용출한 다음 헥산: 에틸아세테이트: 에탄올(93:5:2)을 용출하는 실리카겔 크로마토그래피로 분석함으로써 상기 반응 산물에 목적으로 하는 산물 80%가 함유되어 있음을 확인하였다.
실시예 2
포타슘 하이드라이드(potassium hydride) 35중량%가 분산되어 있는 광유(mineral oil) 1.1g과 4-폴리이소부틸 페놀(99.7g, 실시예 1에서 제조된)을 마그네틱 교반기, 환류 응축기, 질소 흡입구 및 온도계가 구비된 플라스크에 첨가하였다. 상기 반응물을 130℃에서 1시간 동안 가열한 다음 100℃로 냉각하였다. 여기에 에틸렌 카보네이트(Ethylene carbonate, 8.6g)를 첨가한 다음 상기 혼합물을 160℃에서 16시간 동안 가열하였다. 상기 반응물을 실온으로 냉각하고 이소프로판올(isopropanol) 1mL를 첨가하였다. 상기 반응물을 헥산 1L로 희석하고 물로 3회 세척한 후 염수로 1회 세척하였다. 유기층(organic layer)을 무수 황산 마그네슘으로 건조시키고 여과한 다음 용매를 진공 하에서 제거하여 노란색 오일 형태의 목적으로 하는 산물 98.0g을 수득하였다.
실시예 3
포타슘 하이드라이드(potassium hydride) 35중량%가 분산되어 있는 광유(mineral oil) 15.1g과 4-폴리이소부틸 페놀(1378.5g, 실시예 1에서 제조된)을 마그네틱 교반기, 환류 응축기, 질소 흡입구 및 온도계가 구비된 플라스크에 첨가하였다. 상기 반응물을 130℃에서 1시간 동안 가열하고 100℃로 냉각하였다. 여기에 프로필렌 카보네이트(115.7mL)를 첨가하고 상기 혼합물을 160℃에서 16시간 동안 가열하였다. 상기 반응물을 실온으로 냉각하고 이소프로판올 10mL를 첨가하였다. 상기 반응물을 헥산 10L로 희석하고 물로 3회 세척한 후 염수로 1회 세척하였다. 유기층을 무수 황산 마그네슘으로 건조시키고 여과한 다음 진공 하에서 용매를 제거하여 노란색 오일 형태의 목적으로 하는 산물 1301.7g을 수득하였다.
실시예 4
마그네틱 교반기, 온도계, 딘-스탁 트랩(Dean-Stark trap), 환류 응축기 및 질소 흡입구가 구비된 플라스크에 실시예 2에서 제조한 알코올 15.0g, 4-니트로벤존산(4-nitrobenzoic acid) 2.6g 및 ρ-톨루엔술폰산(ρ-toluenesulfonic acid) 0.24g을 첨가하였다. 상기 혼합물을 130℃에서 16시간 동안 교반한 다음 실온으로 냉각하고 헥산 200mL로 희석하였다. 상기 유기층을 포화된 수용성 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate)으로 2회 세척한 다음 포화된 수용성 염화나트륨(sodium chloride)으로 1회 세척하였다. 상기 유기층을 무수 황산 마그네슘으로 건조시키고 여과한 다음 진공 하에서 용매를 제거하여 갈색 오일 형태의 목적으로 하는 산물 15.0g을 수득하였다. 상기 오일을 실리카겔 상에서 헥산/에틸 아세테이트(9:1)로 용출시켜 황색 오일 형태의 목적으로 하는 에스테르 14.0g을 수득하였다. 1H NMR(CDCl3) d 8.3(AB quartet,4H), 7.25(d,2H), 6.85(d,2H), 4.7(t,2H), 4.3(t,2H), 0.7-1.6(m, 137H).
실시예 5
마그네틱 교반기, 온도계, 딘-스탁 트랩(Dean-Stark trap), 환류 응축기 및 질소 흡입구가 구비된 플라스크에 실시예 3의 알코올 15.0g, 4-니트로벤존산(4-nitrobenzoic acid) 2.7g 및 ρ-톨루엔술폰산(ρ-toluensulfonic acid) 0.23g을 첨가하였다. 상기 혼합물을 130℃에서 16시간 동안 교반한 다음 실온으로 냉각하고 헥산 200mL로 희석하였다. 상기 유기층을 포화된 수용성 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate)으로 2회 세척한 다음 포화된 수용성 염화나트륨(sodium chloride)으로 1회 세척하였다. 상기 유기층을 무수 황산 마그네슘으로 건조한 다음 여과하고 진공 하에서 용매를 제거하여 갈색 오일 형태의 목적으로 하는 산물 16.0g을 수득하였다. 상기 오일을 실리카겔 상에서 헥산/에틸 아세테이트(8:2)로 용출시켜 갈색 오일 형태의 목적으로 하는 에스테르 15.2g을 수득하였다. 1H NMR(CDCl3) d 8.2(AB quartet, 4H), 7.25(d,2H), 6.85(d,2H), 5.55(hx,1H), 4.1(t,2H), 0.6-1.8(m,140H).
실시예 6
실시예 4에서 수득한 산물 용액 9.4g을 활성탄에 지지된 10% 팔라듐(palladium) 1.0g을 함유한 에틸 아세테이트 100mL에서 파 저압 수소화기(Parr low-pressure hydrogenator)를 이용하여 35-40psi로 16시간 동안 수소화하였다. 촉매 여과한 다음 진공 하에서 용매를 제거하여 황색 오일 형태의 목적으로 하는 산물 7.7g을 수득하였다. 1H NMR(CDCl3) d 7.85(d,2H), 7.3(d,2H), 6.85(d,2H), 6.6 (d,2H), 4.6(t,2H), 4.25(t,2H), 4.05(bs,2H), 0.7-1.6(m,137H).
실시예 7
실시예 5에서 수득한 산물 용액 15.2g을 활성탄에 지지된 10% 팔라듐 1.0g이 포함된 에틸 아세테이트 200mL에서 파 저압 수소화기(Parr low-pressure hydroge nator)를 이용하여 35-40psi로 16시간 동안 수소화하였다. 촉매 여과한 다음 진공 하에서 용매를 제거하여 갈색 오일 형태의 목적으로 하는 산물 15.0g을 수득하였다. 1H NMR(CDCl3/D2O) d 7.85(d,2H), 7.25(d,2H), 6.85(d,2H), 6.6(d,2H), 5.4(hx,1H), 3.8-4.2(m,4H), 0.6-1.8(m,140H).
실시예 8
도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌)폴리(옥시프로필렌)아민의 제조(Dodecylphe noxy Poly(oxybutylene)poly(oxypropylene) Amine)
평균 분자량이 약 1598인 폴리(옥시알킬렌)알코올(poly(oxyalklene) alco hol), 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌)폴리(옥시프로필렌) 알코올(dodecyl phenoxy poly(oxybutylene)poly(oxypropylene) alcohol)의 무작위 공중합체를 암모니아와 함께 환원 아민화(reductive amination)함으로써 도데실페녹시폴리(옥시부틸렌)폴리(옥시프로필렌) 아민을 제조하였다. 상기 폴리(옥시알킬렌) 알코올은 미합중국 특허 제4,191,537호, 제2,782,240호, 제2,841,479호 및 문헌(Krik-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th edition, 19:722, 1996)에 기재된 방법 에 따라, 부틸렌 옥사이드(butylene oxide)와 프로필렌 옥사이드(propylene oxide)를 75/25 중량/중량 비율로 사용하여 도데실페놀(dodecylphenol)로부터 제조하였다. 상기 폴리(옥시알킬렌) 알코올의 환원 아민화는 미합중국 특허 제5,112,364호, 제4,609,377호 및 제3,440,029호에 기재된 통상적인 방법을 사용하여 수행하였다.
실시예 9
도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 아민(Dodecylphenoxy Poly(oxybutylene) Amine)의 제조
평균 분자량이 약 1600인 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 알코올을 암모니아와 함께 환원 아민화함으로써 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 아민을 제조하였다. 상기 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 알코올은 미합중국 특허 제4,191,537호, 제2,782,240호, 제2,841,479호 및 문헌(Krik-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th edition, 19:722, 1996)에 기재된 방법에 따라 도데실페놀(dodecylphenol)과 부틸렌 옥사이드(butylene oxide)를 사용하여 제조하였다. 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 알코올의 환원 아민화는 미합중국 특허 제5,112,364호, 제4,609,377호 및 제3,440,029호에 기재된 통상적인 방법을 사용하여 수행하였다.
실시예 10
세정 조성물의 제조
세정 조성물을 다음과 같은 방법으로 제조하였다. 두 가지 용액으로 구성된 세정 조성물의 제조에 있어서, 일차 세정 용액은 표 1에 나타낸 중량 %로 혼합된 2-페녹시에탄올(2-phenoxyethanol), 2-에틸 헥사놀(2-ehtyl hexanol), C9 방향족 용매 및 세제 첨가물로 제조하였다.
표 1
일차 세정 용액
성분 | 중량% |
도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 아민 | 35.5 |
4-폴리이소부틸페녹시에틸 파라-아미노벤조에이트 | 2.6 |
C9 방향족 용매 | 13.7 |
2-페녹시에탄올 | 42.2 |
2-에틸 헥사놀 | 6.0 |
상기 도데실페녹시 폴리(옥시부틸렌) 아민(dodecylphenoxy poly(oxybutylene ) amine)은 상기 실시예 9에 기재된 바와 같이 제조하였으며, 4-폴리이소부틸페녹시에틸 파라-아미노벤조에이트(4-polyisobutylphenoxyethyl para-aminobenzoate)는 실시예 6에 기재된 바와 같이 제조하였다. 상기 2-페녹시에탄올(EPH Dowanol)은 다우 화학 회사(Dow Chemical Company)로부터 구입하였다.
이차 세정 조성물은 표 2에 나타낸 중량 %로 2-페녹시에탄올과 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)가 포함된 수용액을 이용하여 제조하였다.
표 2
이차 세정 용액
성분 | 중량% |
2-페녹시에탄올 | 47.5 |
프로필렌 카보네이트 | 47.5 |
물 | 5 |
실시예 11
사용예-가솔린 엔진
가솔린 엔진(gasoline engines) 즉, 포트 연료 분사 스파크 점화 장치(port fuel injection spark ignition) 및 직접 분사 스파크 점화 기관(direct injection spark ignition engines)의 증착물을 실시예 10의 세정 조성물을 사용하여 하기의 방법으로 제거하였다.
PFI 엔진의 예:
상기 세정 용액을 이용하여 포트 연료 주입(Port Fuel Injected; PFI) 내연기관의 증착물을 제거하기 위해 하기에 기재된 방법을 사용되었다. 상기 방법은 1996 GM LD9, 2.3L 기관 동력계 테스트 스탠드에서 수행되었다.
증착물 형성과 제거 실험은 다음의 방법을 이용하여 수행하였다.
청결한 부품을 사용하여 LD9 엔진을 조립하였다.
증착물이 충분히 축적되도록 하기 위해 상기 엔진을 100시간 동안 작동시켰다.
증착물 형성 단계가 완료된 후, 상기 엔진을 분해하고 흡입구 시스템과 연소 챔버 증착물의 두께와 무게를 측정하고 기록하였다. 세정 단계를 위해 상기에서 측정을 완료한 엔진을 조립하였다.
증착물의 제거는 엔진을 완전히 예열한 후 빠르게 공회전(1500 RPM)하는 동안 수행하였다. 실시예 10의 두 종류의 세정 용액 총 650mL(각 용액 350mL씩, 별도로 또는 혼합하여 첨가한다)를 스로틀 플레이트 장치(throttle plate assembly)의 상류에 존재하는 증착물을 분해하는 시판되는 장치를 이용하여 흡입 다발관(intake manifold)을 통해 주입하였다. 총 주입 시간은 약 25-35분 이였다. 상기 시판되는 장치는 가압 용기(pressurized container), 조절기(regulator), 유량 조절 밸브(flow control valve) 및 스프레이 분사를 위한 노즐로 구성되어 있다. 이때, 본 발명의 일차 용액과 이차 용액은 혼합되어 주입되며, 주입 압력은 30-60psig 범위이다. 다른 실험에 있어서, 본 발명의 일차 용액과 이차 용액은 별도로 공급되며, 두 조성물의 점도가 다르기 때문에 각 조성물의 적당한 유속을 조절하기 위해 공급되는 압력을 변경시키는데 압력 조절기를 사용되었다. 이때, 일차 세정 용액은 40-60 psig에서 사용될 수 있으며, 이차 세정 용액은 15-30 psig에 서 사용될 수 있다.
상기 실험을 완료하기 위하여, 상기 엔진을 정지시키기 전에 3-5분간 공회전 시켰다. 세정 정도를 측정하기 위하여, 상기 엔진을 다시 분해하고 흡입구 시스템과 연소 챔버 증착물의 두께와 무게를 측정하였다. 또한, 시판되고 있는 엔진 증착물 클리너 650ml를 이용하여 상기에 기재된 바와 같은 PFI 엔진의 장치와 방법을 이용하여 표 3에 나타낸 바와 같이 비교 실험(Run C)을 수행하였다.
DISI 엔진 예:
실시예 10의 세정 조성물을 이용하여 다음의 방법으로 직접 분사 스파크 점화 장치(Direct Injection Spark Ignition; DISI) 내연 기관에서 증착물을 제거하였다. 상기 방법은 1.8L DISI 엔진이 장착된 1998 미쯔비씨 카리스마(Mitsubishi Carisma) 자동차를 이용하여 수행하였다.
증착물의 형성 및 제거 실험은 다음의 방법으로 수행되었다.
청결한 부품을 사용하여 DISI 엔진을 조립하였다.
상기 자동차는 충분한 증착물을 축적하기 위해 8000km 주행거리 축적자 차선(mileage accumulator lane)에서 운전되었다.
증착물 형성 과정 후, 상기 엔진을 분해하고 흡입 시스템과 연소 챔버 증착 물의 두께 및 무게를 측정하고 기록하였다. 세정 단계를 위하여 상기 측정이 완료된 엔진을 조립하였다.
증착물의 제거는 엔진이 완전히 예열된 후 빠르게 공회전(2000 RPM)되는 동안 수행하였다. 한편, 이 방법은 제조자의 지시에 따라 약 3500 RPM의 공회전 속도에서 수행할 수 있다. 상기 DISI 엔진의 경우, 세정 조성물을 분리하여 주입하기 위한 용이한 액세스 포인트는 흡입구 다발관, 특히 PCV(positive crankcase ventilation) 레일이다. 상기 레일은 입구 밸브(inlet valve)와 연결되어 있으며 근접하게 위치해 있다. 이는 작용 받는 각 흡입 포트(intake port)의 상류에 더욱 농축된 형태의 세정 조성물이 주입되도록 하며 증착물의 제거정도가 증가되도록 한다. 수송 수단은 원하는 위치에 PCV 포트를 통하여 PCV 레일의 내부에 삽입하여 각각의 흡입 포트에 세정 조성물이 운송될 수 있도록 하였다. 이러한 관점에서 기관의 내부에 삽입되며 유체를 특정 위치에 운송하기 위한 출구(outlet)가 구비된 유연성 처리 다발관(flexible treatment manifold)을 사용하였다. 나머지 PCV 포트를 밀봉(sealing)하기 위해 연결된 처리 다발관을 밀봉하였다. 원하는 삽입 깊이를 표시하기 위해 상기 처리 다발관을 표지하였다. 상기 처리 다발관을 PCV 레일 내에 통과시켜 상기 처리 다발관의 출구가 각각의 흡입 레일에 대응되도록 함으로써 처리 조성물이 실린더 사이에 고르게 분배되도록 하였다. 수송 수단과 연결된 유량 조절 밸브를 설치하고 세정 유체가 분당 약 10-140ml의 넓은 범위로 주입되도록 하였다.
본 발명의 실시예에서, 유량 조절 밸브는 흡입 진공 하에서 유속이 약 30ml/min이 되도록 조절하였다. 유속을 조절한 후 세정 조성물을 유속에 비례하는 양으로 흡입 포트에 순차적으로 주입하였다. 세정 조성물이 연속적으로 주입되는 경우에, 상기와 유사한 조작이 사용되었다. 실시예 10의 두 가지 세정 조성물 총 1150ml(각각 575ml씩 순차적으로 첨가함)를 엔진에 주입하였으며 총 사용 시간은 약 40분 이였다.
상기 실험을 완료하기 위하여, 상기 엔진을 정지시키기 전에 3-5분간 공회전시켰다. 세정 정도를 측정하기 위하여, 상기 엔진을 다시 분해하고 흡입 시스템과 연소 챔버 증착물의 두께 및 무게를 측정하였다. 또한, 시판되고 있는 엔진 증착물 클리너 650ml를 사용하여 상기 DISI 엔진의 장치와 방법을 이용하여 표 3에 나타낸 바와 같이 유속 약 30ml/min으로 비교 실험(Run E)을 수행하였다.
표 3
PFI 및 DISI 실험 데이터
시험 형태 | 시험 조건 | 흡입구 밸브 증착물의 평균 양(mg) | 피스톤 탑의 평균 두께(μm) | 실린더 헤드의 평균 두께(μm) |
Run A PFI1 | 세정 전(dirty) | 231 | 118 | 170 |
세정 후 | 171 | 101 | 137 | |
Run B PFI2 | 세정 전(dirty) | 239 | 104 | 159 |
세정 후 | 190 | 84 | 134 | |
비교 실험 Run C PFI | 세정 전(dirty) | 202 | 105 | 134 |
세정 후 | 263 | 103 | 101 | |
Run D DISI3 | 세정 전(dirty) | 269 | 218 | 293 |
세정 후 | 131 | 50 | 108 | |
비교 실험 Run E DISI | 세정 전(dirty) | 215 | 198 | 237 |
세정 후 | 135 | 248 | 218 |
1. 일차 세정 용액과 이차 세정 용액을 개별적으로 사용함.
2. 일차 세정 용액과 이차 세정 용액을 함께 사용함.
3. 일차 세정 용액과 이차 세정 용액을 개별적으로 사용함.
표 4
PFI 및 DISI 결과
시험 | 흡입 밸브 세정정도 % | 피스톤 탑 세정정도 % | 실린더 헤드 세정정도 % |
Run A(PFI) | 25.8 | 14.4 | 19.4 |
Run B(PFI) | 20.7 | 19.2 | 15.7 |
비교실험 Run C(PFI) | -29.84 | 2.1 | 24.7 |
Run C(DISI) | 51.1 | 77.1 | 63.1 |
비교 실험 Run D(DISI) | 37 | 8 | 8 |
4. 세정되지 않음; 증착물 수준이 증가함.
표 4의 실험 데이터는 본 실시예에 의해 예시된 세정 전과 후의 결과를 기초로 하여 세정 정도를 퍼센트(percent)로 계산하여 엔진의 청결 정도를 나타낸 것이다. 상기 퍼센트 세정 정도 값은 (오염된 부품-청결한 부품)/오염된 부품×100의 식을 이용하여 계산하였다. 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 사용된 세정 조성물은 PFI 및 DISI 엔진에서 흡입 시스템과 연소 챔버의 증착물을 유의적으로 감소시킴을 알 수 있었다. 비교 실험 Run C(PFI 엔진)에서, 시판되는 세정 조성물이 연소 챔버를 어느 정도 세정할 수 있는 것으로 나타났으나, 흡입 밸브는 세정할 수 없었다(세정 후 흡입 밸브의 증착물은 증가하였다). 다른 가설이 없는 한, 이러한 결과의 주된 이유로는 상기 시판되는 세정 조성물이 흡입 밸브의 상류에 위치하는 다른 흡입 시스템의 증착물은 제거할 수 있으나, 증착물을 완전하게 용해하기에 충분하지 않으며 엔진으로부터 상기 증착물을 제거하기에 충분히 효과적이지 않다는 것이다. 결과적으로, 용액 내에 현탁된 증착물 입자들은 공기 주입 스트로크(stroke) 동안 흡입 밸브의 뒷면에 남아 있게 된다.
실시예 12
사용예-디젤 엔진
또한, 실시예 10의 세정 조성물을 2001, 포드 HSDI 2.0 디젤 엔진의 증착물을 제거하는데 사용하였다. 상기 엔진을 동력측정 엔진 스탠드에 설치하였다. 세정 테스트를 수행하기 전에, 상기 엔진 실린더 헤드를 제거하고 흡입 밸브, 피스톤 탑 및 실린더 헤드의 증착물을 측정하고 기록하였다. 세정은 일차 용액과 이차 용액을 순차적으로 사용하여 수행하였다. 실험을 수행하기 전에, 상기 엔진을 2500 RPM으로 구동시켜 충분히 예열하였다. 이 실험에서, 엔진 속도를 850 RPM과 2400 RPM으로 각기 달리하여 수행하였다. 한편, 2400 RPM이 850 RPM에 비해 보다 안정하였다. 상기 본 발명의 두 가지 조성물을 8개의 노즐이 구비된 레일을 이용하여 흡입 다발관 시스템 내에 주입하고 가열 펌프를 사용하여 조성물이 보다 잘 분배되도록 하였다. 실험이 완료된 후, 엔진을 정지시키기 전에 약 10분간 구동시켰다. 증착물 제거 효율은 엔진의 실린더 헤드를 분해한 다음 증착물 무게와 두께를 측정함으로써 결정하였다. 상기 엔진의 세정 정도는 표 4에 나타낸 바와 같이 측정하고 계산하였다. 결과는 다음과 같다: 흡입 밸브 증착물의 세정 정도는 24.7%로 향상되었으며(평균 흡입 밸브 증착물 무게 240mg : 세정 후 무게 178mg), 피스톤 탑 세정 정도는 41.5%로 향상되었고(평균 피스톤 탑 증착물 두께 8.2μm : 세정 후 두께 4.8μm) 실린더 헤드 세정 정도는 70.6%로 향상되었다(평균 실린더 헤드 증착물 두께 108μm : 세정 후 증착물 두께 10.2μm). 따라서, 상기 세정 조성물이 디젤 엔진에서 흡입 시스템과 연소 챔버의 증착물을 제거하는데 효과적임을 알 수 있었다.
실시예 13
사용예-천연가스 엔진
실시예 10의 세정 조성물을 대구경 천연가스 엔진(large bore natural gas engine)을 세정하는데 사용하였다. 증착물 제거 실험은 총 배기량이 115L이며 12실린더가 구비된 와우케샤(Waukesha) 엔진을 이용하여 엔진이 정지된 상태에서 수행하였다. 본 발명의 조성물이 흡입 포트 내에 주입되도록 하며 밸브 튤립(valve tulips)에 근접하도록 하기 위해 상기 조성물을 수용하고 있는 용기에 연결된 경질 튜브를 이용하여 엔진 다발관을 약간 변형하였다. 엔진 작동이 적합하도록 하기 위해 상기 조성물의 유량을 조절하는데 니들 밸브(needle valve)를 사용하였다. 세정 실험을 수행하기 전에, 엔진이 천연 가스 산출 지역에서 작동될 때 흡입 시스템과 연소 챔버 내에 유의적 수준으로 축적된 증착물이 존재하는지를 비디오 스코프를 이용한 시각적 검사를 통해 확인하였다. 상기 엔진을 공회전하여 예열시켰다. 상기 엔진이 공회전하는 동안 세정 조성물을 흡입 시스템 내에 순차적으로 주입하였다. 테스트를 완료하기 위해, 엔진을 분해하지 않고 비디오 스코프를 이용하여 증착물의 제거 정도를 평가하였다. 훈련된 기술자에 의한 시각적 검사 결과 흡입 시스템과 연소 챔버 표면으로부터 증착물이 유의적으로 제거되었음(100 %까지)을 확인할 수 있었다.
본 발명은 탄소질 증착물을 제거하기 위한 세정 조성물 및 왕복 내연기관의 엔진 증착물을 제거하는 방법에 관한 것으로서, 엔진을 완전히 분해하지 않아도 되며, 다른 형태의 엔진에도 적합한 방법이다. 이와 같은 방법은 일차 및 이차 용액 을 함유한 신규한 세정 조성물을 예열 및 공회전중인 내연기관의 흡입구 다발관으로 주입시켜 탄소질 증착물을 제거함으로써, 공기 흡입 다발관 가솔린, 디젤 및 천연가스 내연기관 등에서 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (27)
- (a) 하기의 구조식을 갖는 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올:상기 식에서, R 및 R1은 각각 수소 또는 메틸이고 각각의 R은 각각의 -CH2-CHR-O- 유닛에서 독립적으로 선택되고; x는 0 내지 4의 정수; 또는 이의 혼합물;(b) 지방족 유기용매 및 방향족 유기용매로부터 선택된 적어도 하나의 용매; 및(c) 적어도 하나의 질소-함유 세정제 첨가물의 혼합물을 함유하는 일차 용액; 및(d) 하기의 구조식을 갖는 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올:상기 식에서, R 및 R1은 각각 수소 또는 메틸이고 각각의 R은 각각의 -CH2-CHR-O- 유닛에서 독립적으로 선택되고; x는 0 내지 4의 정수; 또는 이의 혼합물;(e) 고리형 탄산염(cyclic carbonate); 및(f) 물의 혼합물을 함유하는 이차 용액을 포함하는 세정 조성물을 사용하여, 상기 세정 조성물을 예열 및 공회전중인 왕복 내연기관(reciprocating internal combustion engine)의 흡입구 다발관(air-intake manifold, AIM)으로 주입시키는 단계 및 상기 세정 조성물을 주입하면서 엔진을 작동시키는 단계를 포함하는 왕복 내연기관의 엔진 증착물의 제거방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 일차 용액 및 이차 용액이 순차적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 세정 조성물을 주입시키는 단계 이전에 상기 일차 용액과 상기 이차 용액을 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올의 R 및 R1이 수소이고, x가 0 내지 2의 정수인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올이 2-페녹시에탄올인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 지방족 유기용매가 C6 내지 C20 알코올인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 알코올이 2-에틸 헥사놀인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 용매가 2-에틸 헥사놀 및 C9 방향족 용매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 용매가 지방족 유기용매 및 방향족 유기용매의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 세정제 첨가물이 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌) 아민인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 세정제 첨가물이 폴리아킬페녹시알카놀(polyakylphenoxyalkanol)의 니트로 또는 아미노 방향족 에스테르인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 세정제 첨가물이 하이드로카빌-치환된 폴리(옥시알킬렌) 아민 및 폴리아킬페녹시알카놀의 니트로 또는 아미노 방향족 에스테르의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 세정제 첨가물이 도데실페녹시폴리(옥스부틸렌) 아민 및 4-폴리이소부틸페녹시에틸 파라-아미노벤조에이트의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 일차 용액은 (a) 10 내지 70 중량%의 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올, (b) 5 내지 50 중량%의 용매 또는 용매 혼합물, 및 (c) 1 내지 60 중량%의 세정제 첨가물 또는 세정제 첨가물의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 왕복 내연기관이 가솔린 엔진, 디젤 엔진 및 천연가스 엔진으로 이루어진 그룹중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 엔진이 포트연료(port fuel) 분사 스파크점화(spark ignition) 가솔린 엔진인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 엔진이 직접분사(direct injection) 스파크점화 가솔린 엔진인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 엔진이 디젤 엔진인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 엔진이 천연가스 엔진인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 15항에 있어서, 상기 왕복 내연기관이 적어도 하나의 터보과급기(turbocharger), 회전 펌프(rotary pump), 왕복 펌프(reciprocating pump) 또는 터빈(turbine)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 분당 10 내지 140 밀리미터의 유속으로 상기 세정 조성물이 흡입구 다발관(AIM)으로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 세정 조성물이 엔진의 내부에 삽입 및 위치된 수송수단을 통하여 예열 및 공회전중인 왕복 내연기관의 흡입구 다발관(ATM)으로 주입되어 상기 세정 조성물을 엔진의 각 실린더로 전달하고, 상기 수송수단이 엔진의 연료전달시스템과 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 22항에 있어서, 상기 수송수단이 하나의 개구부(opening) 또는 복수의 오리피스(orifice)를 갖는 경질 또는 연질 튜브인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 23항에 있어서, 상기 세정 조성물이 엔진 진공(engine vacuum) 또는 외부압력 소스(external pressure source)하에서 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
- (a) 하기의 구조식을 갖는 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올:상기 식에서, R 및 R1은 각각 수소 또는 메틸이고 각각의 R은 각각의 -CH2-CHR-O- 유닛에서 독립적으로 선택되고; x는 0 내지 4의 정수; 또는 이의 혼합물;(b) 지방족 유기용매 및 방향족 유기용매로부터 선택된 적어도 하나의 용매; 및(c) 적어도 하나의 질소-함유 세정제 첨가물의 혼합물을 함유하는 용액을 보유하는 일차 용기(container); 및(d) 하기의 구조식을 갖는 페녹시 모노- 또는 폴리(옥시알킬렌) 알코올:상기 식에서, R 및 R1은 각각 수소 또는 메틸이고 각각의 R은 각각의 -CH2-CHR-O- 유닛에서 독립적으로 선택되고; x는 0 내지 4의 정수; 또는 이의 혼합물;(e) 고리형 탄산염(cyclic carbonate); 및(f) 물의 혼합물을 함유하는 용액을 보유하는 이차 용기(container)를 포함하는 왕복 내연기관의 흡입 다발관으로 투여될 수 있는 탄소질(carbonaceous) 세정 조성물에 대한 구성요소부 키트.
- 제 25항에 있어서, 세정 조성물을 전달하도록 순응되고, 세정 조성물과 증착물의 제거가 필요한 왕복 내연기관의 흡입구 다발관 사이의 소통이 가능한 도관(conduit)을 갖는 가압 가능한 용기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
- 제 26항에 있어서, 엔진의 내부에 삽입되도록 순응되어 세정 조성물을 엔진의 각 실린더로 전달하고, 상기 도관에 결합되는 수송 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 키트.
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