TWI814720B - 燃料添加劑及減少引擎中磨損及/或提高引擎的燃料經濟指數之方法 - Google Patents
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- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L2270/00—Specifically adapted fuels
- C10L2270/02—Specifically adapted fuels for internal combustion engines
- C10L2270/023—Specifically adapted fuels for internal combustion engines for gasoline engines
Abstract
本發明揭示一種添加劑組成物，其包含(a)羥基羧酸；及(b)衍生自經烴基取代琥珀酸或酐之化合物，其中該添加劑組成物中(a)對(b)的比例為1：9至9：1之範圍。該添加劑組成物可被加入燃料。亦揭示減少引擎中磨損之方法，其包含使用其中具有該添加劑組成物之燃料組成物操作引擎。亦揭示添加劑組成物在燃料組成物中降低燃料組成物之摩擦係數或減少引擎中磨損之用途。
Description
本發明之技術領域大致關於包含羥基羧酸、及衍生自經烴基取代琥珀酸或酐之化合物的燃料添加劑。
高達25%之汽車燃料消耗為引擎中移動金屬零件之間摩擦的結果。大部分摩擦發生在引擎活塞表面與汽缸之間。摩擦調節劑被加入燃料以減少此摩擦。當燃料經由燃料進氣閥被吸入燃燒室中時摩擦調節劑會包覆汽缸表面，而建立潤滑且保護其免於在活塞上下移動時過度磨損之犧牲層。少量摩擦調節劑亦可通過汽缸底部移動到曲軸箱中且亦潤滑曲軸箱。藉由潤滑引擎組件及減少摩擦，摩擦調節劑可進而改良燃料經濟性，其進而可甚至減少車輛排放。
摩擦調節劑經常混合其他所欲的燃料添加劑而被銷售給燃料製造者。此燃料添加劑混合物可稱為添加劑套組或包裝。雖然摩擦調節劑通常溶於燃料，其在濃縮添加劑包裝中仍有溶解度問題，尤其是當長時間儲存或在低溫儲存時。為了改良摩擦調節劑於添加劑包裝中的溶解度，其添加大量溶劑，如2-乙基己醇。溶劑不僅增加添加劑包裝本身的成本，亦增加運輸成本。
現已意外地發現一種新穎組成物，其包含羥基羧酸、及衍生自經烴基取代琥珀酸或酐之化合物(「HSSA化合物」)，具有改良的添加劑套組安定性、摩擦與磨損性能。因而在此揭示一種添加劑組成物。該組成物包含(a)羥基羧酸；及(b)衍生自經烴基取代琥珀酸或酐之化合物(「HSSA化合物」)，其中(a)對(b)的比例為1：9至9：1、1：8至8：1、1：7至7：1、1：6至6：1、1：5至5：1、1：4至4：1、或1：3至3：1之範圍。該添加劑組成物可被用於燃料作為摩擦調節劑。該添加劑組成物在被加入燃料時亦有腐蝕抑制劑的功能。
在另一具體實施例中，該添加劑組成物可進一步包含(c)有機溶劑。該有機溶劑可包含2-乙基己醇、輕油、二甲基苯、或其混合物至少之一。
HSSA化合物之至少一部分可具有式(I)：
其中R1為氫或C1至C50線形或分支烴基；及R2與R3至少之一存在且為烴基胺基或C1至C5烴基，及R2與R3另一(若存在)為氫或C1至C5烴基。在一具體實施 例中，R2與R3至少之一包含至少一種雜原子。在其他具體實施例中，該雜原子為氮。在又其他具體實施例中，該雜原子為氧。
在另一具體實施例中，HSSA化合物之至少一部分可具有式(II)：
其中R1為氫或C1至C50線形或分支烴基；R4為C1至C5線形或分支烴基；及R5與R6獨立為氫或C1至C4線形或分支烴基。在一具體實施例中，R1為C16烴基；R4為C2烴基；及R5與R6均為甲基。
在又另一具體實施例中，HSSA化合物之至少一部分可具有式(III)：
其中R1為氫或C1至C50線形或分支烴基；及R7為C1至C5烴基。在又另一具體實施例中，R7具有至少一個羥基。在另一具體實施例中，R7為一個羥基在β位置之C3烴基。
在又其他具體實施例中，HSSA化合物可具有上式，其中R1可為線形或分支C8至C25烴基。例示性烴基包括但不限於C8至C18、C10至C16、或C13至C17線形或分支烴基。在一具體實施例中，R1可為線形或分支C12至C16烴基。在一具體實施例中，R1可為十二基或十六基。在又另一具體實施例中，R1可為分支十二基或線形或分支十六基。
該羥基羧酸之至少一部分可具有式(IV)：
其中R8為氫或C1至C20烴基；R9為C1至C20烴基；及n為1至8之數目。因而該羥基羧酸可為單羥基羧酸或多羥基羧酸。在一具體實施例中，R8與R9可獨立為飽和或不飽和烴基。在一具體實施例中，R8與R9之烴基均為不飽和。在又另一具體實施例中，R8與R9至少之一具有至少一個飽和烴基。在其他具體實施例中，該羥基羧酸可包含12-羥基硬脂酸、蓖麻油酸、或其混合物至少之一。
本發明亦揭示包含上述添加劑組成物之燃料組成物。在一具體實施例中，該燃料組成物可為包含(i)燃料及(ii)上述添加劑組成物之燃料組成物。該添加劑組成物可以按燃料組成物總重量計為至少0.1ppm至1000ppm之量存在。該燃料組成物可包含汽油、充氧劑(如乙 醇)、或其混合物。在一具體實施例中，該燃料組成物可包含按燃料組成物總體積計為0.1體積百分比至100體積百分比之充氧劑。在另一具體實施例中，該燃料組成物可包含按燃料組成物總體積計為0.1體積百分比至100體積百分比之汽油。在又另一具體實施例中，該燃料組成物可包含(i)汽油，(ii)乙醇，及(iii)上述添加劑組成物。
本發明亦揭示減少引擎中磨損及/或提高燃料經濟指數(“FEI”)之方法。該方法包含使用上述燃料組成物操作引擎。FEI可被提高至少0.8%或甚至1%。
本發明亦揭示上述添加劑組成物在燃料組成物中降低燃料組成物之摩擦係數及/或減少引擎中磨損及/或提高引擎的FEI之用途。該添加劑組成物可以按燃料組成物總重量計為10ppm至1000ppm之量，存在於燃料組成物。該添加劑組成物可被用於汽油、充氧劑、或其混合物。在一替代性具體實施例中，該添加劑組成物可被用於包含按燃料組成物總體積計為0.1體積百分比至100體積百分比之充氧劑之燃料。適合以上方法或用途的引擎包括汽油直接噴射(“GDI”)引擎、進氣口燃料噴射(port fuel injection,“PFI”)引擎、或其組合。
第1圖顯示例示性FM包裝實施例7的FEI結果。
以下藉非限制例證說明各種特點及具體實施例。在此揭示一種添加劑組成物。該組成物可包含(a)羥 基羧酸；及(b)衍生自經烴基取代琥珀酸或酐之化合物(「HSSA化合物」)，其中(a)對(b)的比例為1：9至9：1、1：8至8：1、1：7至7：1、1：6至6：1、1：5至5：1、1：4至4：1、或1：3至3：1之範圍。該添加劑組成物可被用於燃料作為摩擦調節劑。現已意外地發現，該添加劑組成物具有改良添加劑套組安定性、及被加入燃料時的摩擦與磨損性能的增效效果。
在一些具體實施例中，該添加劑組成物中(a)羥基羧酸對(b)HSSA化合物的比例可為1：3至3：1之範圍的任何比例。在一些具體實施例中，(a)對(b)的比例，即(a)：(b)，可為1：1、1：2、1：3、3：1、或2：1。在其他具體實施例中，(a)對(b)的比例可為2：1至3：1之範圍。在又另一具體實施例中，(a)：(b)可為約1：2.3。
HSSA化合物之至少一部分可具有式(I)：
其中R1為氫或C1至C50線形或分支烴基；及R2與R3至少之一存在且為烴基胺基或C1至C5烴基，及R2與R3另一(若存在)為氫或C1至C5烴基。在一具體實施例中，R2與R3至少之一包含至少一種雜原子。在其他具體實施例中，該雜原子為氮。在又其他具體實施例中， 該雜原子為氧。
該羥基胺可為一級、二級、或三級胺。一般而言，該羥基胺可為一級、二級、或三級烷醇胺。該烷醇胺可由下式表示：
其中在上式中，各R18獨立為2至約18個碳原子之伸烴基(即二價烴基)，及各R19獨立為1至約8個碳原子之烴基、或2至約8個碳原子之經羥基取代烴基。此式中的-R18-OH表示經羥基取代伸烴基。R18可為非環族、脂環族、或芳香族基。在一具體實施例中，R18為非環族直鏈或分支伸烷基，如伸乙基、1,2-伸丙基、1,2-伸丁基、1,2-伸十八基等。當2個R19基存在於同一分子中時，其可藉直接碳對碳鍵，或經由雜原子(例如氧或氮)結合形成5-、6-、7-、或8-員環結構。此雜環族胺之實例包括N-(羥基低碳烷基)-嗎啉、-哌啶、-
唑啶等。然而一般而言，各R19獨立為至多7個碳原子之低碳烷基。
以上羥基胺之合適實例包括單、二、及三乙醇胺、二甲基乙醇胺、二乙基乙醇胺、二(3-羥基丙基)胺、N-(3-羥基丁基)胺、N-(4-羥基丁基)胺、與N,N-二(2-羥基丙基)胺。
在此使用的術語「烴基取代基」或「烴基」係以其普通意義使用，其對所屬技術領域者為已知的。 尤其是其指具有直接附接分子其餘部分之碳原子，且主要為烴特徵之基。烴基之實例包括： 烴取代基，即脂肪族(例如烷基或烯基)、脂環族(例如環烷基、環烯基)取代基、及經芳香族、脂肪族、與脂環族取代的芳香族取代基，以及環族取代基，其中該環係經由分子之另一部分而完成(例如2個取代基一起形成環)；經取代的烴取代基，即含有在所揭示的內文中不改變原取代基的主要烴本質之非烴基(例如羥基、烷氧基、硝基、與亞硝基)之取代基；雜取代基，即雖然在所揭示的內文中具有主要烴特徵，但在由碳原子組成之環或鏈中含有碳以外者之取代基，且包含如吡啶基、呋喃基、咪唑基之取代基。雜原子包括氧與氮。通常在該烴基中每10個碳原子有不超過2個、或不超過1個非烴取代基；或者其在該烴基中可無非烴取代基。
在另一具體實施例中，HSSA化合物之至少一部分可具有式(II)：
其中R1為氫或C1至C50線形或分支烴基；R4為C1至C5線形或分支烴基；及R5與R6獨立為氫或C1至C4 線形或分支烴基。在一具體實施例中，R1為C16烴基；R4為C2烴基；及R5與R6均為甲基。
在另一具體實施例中，HSSA化合物之至少一部分可具有式(V)：
其中R1為氫或C1至C50線形或分支烴基。在一具體實施例中，R1為C12至C20線形或分支烴基。在又另一具體實施例中，R1為C16線形烴基。在又其他具體實施例中，HSSA化合物可包含N,N-二甲基乙醇胺的十六烯基琥珀酐產物。
在又另一具體實施例中，HSSA化合物之至少一部分可具有式(III)：
其中R1為氫或C1至C50線形或分支烴基；及R7為線形或分支C1至C5烴基。在又另一具體實施例中，R7具有至少一個羥基。在另一具體實施例中，R7為一個羥基在β位置之C3烴基。
在又另一具體實施例中，HSSA化合物之至少一部分可具有式(VI)：
其中R1為氫或C1至C50線形或分支烴基；及R10為氫或線形或分支C1至C5烴基；及R11為氫或線形或分支C1至C5烴基。在一具體實施例中，R1為C12至C20線形或分支烴基。在又另一具體實施例中，R1為C12線形烴基，及R10與R11至少之一為甲基。
在又其他具體實施例中，HSSA化合物可具有上式，其中R1可為線形或分支C8至C25烴基。例示性烴基包括但不限於C8至C18、C10至C16、或C13至C17線形或分支烴基。在一具體實施例中，R1可為線形或分支C12至C16烴基。在一具體實施例中，R1可為十二基或十六基。在又另一具體實施例中，R1可為線形十二基或線形十六基。
在又另一具體實施例中，R1可為數量平均分子量(“Mn”)為250至650、或350至550之聚異丁烯(“PIB”)基。在此使用的術語「數量平均分子量(Mn)」係使用凝膠滲透層析術(“GPC”)(Waters GPC 2000)，按標準品聚苯乙烯換算而測量。該儀器裝有折射率偵測器及Waters EmpowerTM資料採集及分析軟體。管柱為聚苯乙烯(PLgel，5微米，得自Agilent/Polymer Laboratories,Inc.)。對於移動相，個別樣品係溶於四氫呋喃，且在注射到GPC口之前以PTFE過濾器過濾。
Waters GPC 2000操作條件：注射器、管柱、及泵/溶劑室溫度：40℃
自動取樣機控制：運行時間：40分鐘
注射體積：300微升
泵：系統壓力：~90巴
(最大壓力限制：270巴，最小壓力限制：0psi)
流速：1.0毫升/分鐘
差式折射計(RI)：敏感度：-16；比例因子：6
該羥基羧酸之至少一部分可具有式(IV)：
其中R8為氫或C1至C20烴基；R9為C1至C20烴基；及n為1至8之數目。因而該羥基羧酸可為單羥基羧酸或多羥基羧酸。在一具體實施例中，R8與R9可獨立具有飽和或不飽和烴基。在一具體實施例中，R8與R9之烴基均為不飽和。在又另一具體實施例中，R8與R9至少之一具有至少一個飽和烴基。在其他具體實施例中，該羥基羧酸可包含12-羥基硬脂酸、蓖麻油酸、或其混合物至少之一。
在另一具體實施例中，該添加劑組成物可進一步包含(c)有機溶劑。該有機溶劑可提供用在利於處理之均勻及液態的燃料添加劑組成物。該有機溶劑亦提供用在包含汽油及添加劑組成物之均勻燃料組成物。
在一些具體實施例中，該有機溶劑可為脂肪族或芳香族烴。這些型式的有機溶劑通常在約65℃至235℃之範圍沸騰。脂肪族烴包括各種大部分為脂肪族成分之輕油及煤油沸點餾份。芳香族烴包括苯、甲苯、二甲苯、及各種大部分為芳香族成分之輕油及煤油沸點餾份。額外的有機溶劑包括芳香族烴、及芳香族含量足以使添加劑組成物在約0℃至-18℃的溫度為流體之醇與芳香族烴或煤油的混合物。該脂肪族或芳香族烴可以按添加劑組成物總重量計為約0至70重量百分比、0至50重量百分比、0至40重量百分比、0至35重量百分比、或0至30重量百分比存在。
在一些具體實施例中，該有機溶劑可為醇。醇可為具有約2至16或2至10個碳原子之脂肪族醇。在一具體實施例中，該醇可為乙醇、1-丙醇、異丙醇、1-丁醇、異丁醇、戊醇、異戊醇、2-甲基-1-丁醇、與2-乙基己醇。該醇可以按添加劑組成物總重量計為約0至40重量百分比、0至30重量百分比、或0至20重量百分比，存在於添加劑組成物中。
在又另一具體實施例中，該有機溶劑可包含2-乙基己醇、輕油、二甲基苯(「二甲苯」)、或其混合物 至少之一。輕油可包括重芳香族輕油(“HAN”)。在又另一具體實施例中，該有機溶劑可包含2-乙基己醇、輕油、或其混合物至少之一。
本發明亦揭示包含上述添加劑組成物之燃料組成物。該燃料組成物可包含上述燃料添加劑濃縮物、及在室溫為液體且可作為引擎燃料之燃料。該燃料在周溫，例如室溫(20至30℃)，通常為液體。該燃料可為烴燃料、非烴燃料、或其混合物。該烴燃料可為藉氣液法製備之烴，故包括例如藉如費雪-闕布希(Fischer-Tropsch)法之方法製備之烴。烴燃料可為石油餾出物，故包括如ASTM規格D4814定義的汽油。在一具體實施例中，該燃料為汽油，及在其他具體實施例中，該燃料為有鉛汽油或無鉛汽油。非烴燃料可為含氧組成物，經常稱為充氧劑，故包括醇、醚、酮、羧酸之酯、硝基烷屬烴、或其混合物。非烴燃料可包括例如甲醇、乙醇、丁醇、甲基第三丁基醚、甲基乙基酮。在許多具體實施例中，該燃料之充氧劑含量按體積計可為1體積百分比、或10體積百分比、或50體積百分比、或至多85體積百分比。在又其他具體實施例中，該燃料之充氧劑含量可為本質上100體積百分比(扣除任何雜質或污染物，如水)。烴與非烴燃料的混合物可包括例如汽油及甲醇及/或乙醇。乙醇可為ASTM D4806之燃料級乙醇。在各種具體實施例中，該液體燃料可為水於烴燃料、非烴燃料、或其混合物中之乳液。
包含羥基羧酸與HSSA化合物之添加劑組成物的處理速率按燃料總重量計在5至300ppm、或5至200ppm、或10至150ppm、或10至75ppm之燃料範圍。
在一具體實施例中，該燃料組成物可為包含(i)燃料及(ii)上述添加劑組成物之燃料組成物。該添加劑組成物可以按燃料組成物總重量計為至少0.1ppm至1000ppm之量存在。該燃料組成物可包含汽油、充氧劑、或其混合物。在一具體實施例中，該燃料組成物可包含按燃料組成物總體積計為0.1體積百分比至100體積百分比之充氧劑。在另一具體實施例中，該燃料組成物可包含按燃料組成物總體積計為0.1體積百分比至100體積百分比之汽油。在一些具體實施例中，該充氧劑可為乙醇。在又另一具體實施例中，該燃料組成物可包含(i)汽油，(ii)乙醇，及(iii)上述添加劑組成物。
本發明亦揭示減少引擎中磨損及/或提高引擎的燃料經濟指數(“FEI”)之方法。該方法可包含使用上述燃料組成物操作引擎。在一些具體實施例中，FEI可被減少至少0.8%，及在又其他具體實施例中為至少1%。本發明亦揭示上述添加劑組成物在燃料組成物中降低燃料組成物之摩擦係數及/或減少引擎中磨損及/或提高引擎的FEI之用途。該添加劑組成物可以按燃料組成物總重量計為10ppm至1000ppm之量，存在於燃料組成物中。該添加劑組成物可用於汽油、充氧劑、或其混合物。在一替代性具體實施例中，該添加劑組成物可用於包含 按燃料組成物總體積計為0.1體積百分比至100體積百分比之充氧劑之燃料。適合以上方法或用途的引擎包括汽油直接噴射(“GDI”)引擎、進氣口燃料噴射(“PFI”)引擎、或其組合。
所述各化學成分之量係排除任何習慣上存在於市售材料之溶劑或稀釋劑油，即按活性化學物計，除非另有指示。然而除非另有指示，否則在此所指的各化學物或組成物應解讀為商業級材料，其可含有異構物、副產物、衍生物、及其他通常理解為商業級可存在之材料。
上述的添加劑組成物及燃料組成物可進一步包含一種或以上的額外的性能添加劑，以形成添加劑包裝。額外的性能添加劑可依許多因素加入燃料組成物，包括內燃引擎型式及用於該引擎之燃料型式、燃料品質、及操作引擎之使用條件。該額外的性能添加劑可包括抗氧化劑，如位阻酚或其衍生物及/或二芳基胺或其衍生物，腐蝕抑制劑，如烯基琥珀酸，包括PIB琥珀酸，及/或清潔劑/分散劑添加劑，如聚醚胺或含氮清潔劑，其包括但不限於PIB胺分散劑、曼尼希(Mannich)分散劑、四級鹽分散劑、及琥珀醯亞胺分散劑。
其他的添加劑可包括染料、制菌劑與殺生物劑、膠抑制劑、標示劑、及去乳化劑(如聚烷氧化醇)。其他的添加劑包括潤滑劑，如脂肪族羧酸，金屬去活化劑，如芳香族三唑或其衍生物，及閥座凹陷添加劑，如 鹼金屬磺琥珀酸鹽。額外的添加劑可包括抗靜電劑、除冰劑、及燃燒改良劑(如辛烷或十六烷改良劑)。
在一具體實施例中，該額外的添加劑可包含流化劑，如礦物油及/或聚(α-烯烴)及/或聚醚。在另一具體實施例中，該流化劑可為聚醚胺。在另一具體實施例中，該聚醚胺可為清潔劑。該聚醚胺可由式R[OCH2CH(R1)]nA表示，其中R為烴基，R1選自由氫、1至16個碳原子之烴基、及其混合物所組成的群組，n為2至約50之數目，及A選自由-OCH2CH2CH2NR2R2與-NR3R3所組成的群組，其中各R2獨立為氫或烴基，及各R3獨立為氫、烴基、或-[R4N(R5)]pR6，其中R4為C2-C10伸烷基，R5與R6獨立為氫或烴基，及p為1-7之數目。這些聚醚胺可藉由最初將醇或烷基酚以環氧烷、環氧烷混合物、或循序以數種環氧烷按1：2-50之含氫化合物對環氧烷的莫耳比例縮合，形成聚醚中間物而製備。美國專利第5,094,667號提供製備聚醚中間物的反應條件，其揭示納入此處作為參考。在一具體實施例中，該醇可為線形或分支1至30個碳原子，在另一具體實施例中為6至20個碳原子，在又另一具體實施例中為10至16個碳原子。該烷基酚之烷基可為1至30個碳原子，在另一具體實施例中為10至20個碳原子。該環氧烷之實例包括環氧乙烷、環氧丙烷、或環氧丁烷。聚醚中間物中的環氧烷單元數量可為10-35或18-27個。聚醚中間物可藉胺化以氨、胺、或多胺轉化成聚醚胺，而形成 其中A為-NR3R3之型的聚醚胺。公開專利申請案EP310875號提供胺化反應的反應條件，其揭示納入此處作為參考。或者聚醚中間物亦可藉由以丙烯腈反應繼而氫化而轉化成其中A為-OCH2CH2CH2NR2R2之型的聚醚胺。美國專利第5,094,667號提供氰乙基化繼而氫化的反應條件，其揭示納入此處作為參考。其中A為-OCH2CH2CH2NH2之聚醚胺一般較佳。聚醚胺之商業實例為得自Chevron之TechronTM系列、及得自Huntsman之JeffamineTM。
在另一具體實施例中，該流化劑可為聚醚，其可由式R7O[CH2CH(R8)O]qH表示，其中R7為烴基。R8選自由氫、1至16個碳原子之烴基、及其混合物所組成的群組，及q為2至約50之數目。聚醚之製備反應條件及各種具體實施例在以上聚醚中間物之聚醚胺說明中提出。聚醚之商業實例為得自Lyondell NDTM系列。其他合適的聚醚亦得自Dow Chemicals、Huntsman、及Akzo。
在又另一具體實施例中，該流化劑可為美國專利第5,503,644號所揭述的烴基終止聚(氧伸烷基)胺基胺甲酸酯。
在又另一具體實施例中，該流化劑可為烷氧化物，其中該烷氧化物可包含：(i)含有二個或以上的酯終端基之聚醚；(ii)含有一個或以上的酯基及一個或以上的終端醚基之聚醚；或(iii)含有一個或以上的酯基及一個或以上的終端胺基之聚醚，其中終端基係定義為位於聚合物末端起5個連接碳或氧原子內之基。連接係定義 為連接聚合物或端基中的碳與氧原子之和。
烷氧化物可由下式表示：
其中R21為TC(O)-，其中T為衍生自牛脂脂肪酸之烴基；R20為OH、A、WC(O)-、或其混合物，其中A為-OCH2CH2CH2NR23R23或-NR24R24，其中各R23獨立為氫或烴基，及各R24獨立為氫、烴基、或-[R25N(R26)]pR26，其中R25為C2-10-伸烷基，各R26獨立為氫或烴基，及p為1-7之數目，W為C1-36烴基；R22為H、-CH3、-CH2CH3、或其混合物；及X為1至36之整數。
烷氧化物之實例可包括：C12-15醇起頭的聚環氧丙烷(22-24)醚胺，Bayer ACTACLEAR ND21-ATM(C12-15醇起頭聚環氧丙烷(22-24)醚-醇)、松油脂肪酸起頭聚環氧丙烷(22-24)酯-醇、丁醇起頭聚環氧丙烷(23-25)醚-牛脂脂肪酸酯、二油酸甘油酯起頭聚環氧丙烷(23-25)醚-醇、丙二醇起頭聚環氧丙烷(33-34)醚-牛脂脂肪酸酯、牛脂脂肪酸起頭聚環氧丙烷(22-24)酯-醇、及C12-15醇起頭聚環氧丙烷(22-24)醚-牛脂脂肪酸酯。
這些烷氧化物可由脂肪酸(如松油脂肪酸(TOFA)，即主要為油酸與亞麻油酸之脂肪酸的混合物，且含有殘餘松脂酸或牛脂酸，即脂肪酸的混合物主要為 硬脂酸、棕櫚酸、與油酸)與醇終端聚醚(如聚丙二醇)在酸性觸媒(通常為甲磺酸)存在下的反應製造。這些烷氧化物亦可由二油酸甘油酯與環氧丙烷在觸媒存在下的反應製造。
在一具體實施例中，該清潔劑可為曼尼希清潔劑，有時稱為曼尼希鹼清潔劑。曼尼希清潔劑為經烴基取代的酚、醛、與胺或氨的反應產物。經烴基取代的酚之烴基取代基可具有10至400個碳原子，在另一情況為30至180個碳原子，及在又一情況為10或40至110個碳原子。此烴基取代基可衍生自烯烴或聚烯烴。可使用的烯烴包括α-烯烴，如1-癸烯，其為市售可得。
可形成該烴基取代基之聚烯烴可藉由以已知聚合方法聚合烯烴單體而製備，亦為市售可得。該烯烴單體包括單烯烴，其包括具有2至10個碳原子之單烯烴，如乙烯、丙烯、1-丁烯、異丁烯、與1-癸烯。特別有用的單烯烴來源為丁烯含量為35至75重量百分比、及異丁烯含量為30至60重量百分比之C4精製流。可用的烯烴單體亦包括二烯烴，如異戊二烯與1,3-丁二烯。烯烴單體亦可包括二種或以上的單烯烴、或二種或以上的二烯烴、或一種或以上的單烯烴與一種或以上的二烯烴的混合物。可用的聚烯烴包括數量平均分子量為140至5000，在另一情況為400至2500，及在又一情況為140或500至1500之聚異丁烯。聚異丁烯之亞乙烯基雙鍵含量亦可為5至69%，在第二情況為50至69%，及在 第三情況為50至95%，或其混合物。該聚烯烴可為由單一烯烴單體製備的同元聚合物、或由二種或以上的烯烴單體混合物所製備的共聚物。該烴基取代基亦可為二種或以上的同元聚合物、二種或以上的共聚物、或一種或以上的同元聚合物與一種或以上的共聚物的混合物。
烴基取代的酚可藉由將酚以上述烯烴或聚烯烴，如聚異丁烯或聚丙烯，使用已知的烷化方法烷化而製備。
用以形成曼尼希清潔劑之醛可具有1至10個碳原子，且通常為甲醛或其反應酮等物，如福馬林或三聚甲醛。
用以形成曼尼希清潔劑之胺可為單胺或多胺，包括具有一個或以上的羥基之烷醇胺，如以上所詳述。可用的胺包括上述者，如乙醇胺、二乙醇胺、甲胺、二甲胺、乙二胺、二甲胺基丙胺、二伸乙三胺、與2-(2-胺基乙胺基)乙醇。曼尼希清潔劑可如美國專利第5,697,988號所述反應經烴基取代的酚、醛、與胺而製備。在一具體實施例中，曼尼希反應產物係由衍生自聚異丁烯、甲醛、與胺(其為一級單胺、二級單胺、或伸烷二胺，尤其是伸乙二胺或二甲胺)之烷基酚製備。
曼尼希反應產物可藉已知方法製備，其通常涉及在50至200℃之間的溫度，在溶劑或稀釋劑存在下，將經烴基取代的羥基芳香族化合物、醛、與胺反應，同時移除反應水，如美國專利第5,876,468號所揭述。
在又另一具體實施例中，該清潔劑可為聚異 丁烯胺。用以製造聚異丁烯胺之胺可為多胺，如伸乙二胺、2-(2-胺基乙胺基)乙醇、或二伸乙三胺。聚異丁烯胺可藉多種已知方法製備，其通常涉及將聚烯烴衍生物胺化而包括氯化聚烯烴、醛化聚烯烴(hydroformylated polyolefin)、與環氧化聚烯烴。在一具體實施例中，該聚異丁烯胺係藉由將聚烯烴(如聚異丁烯)氯化，然後在通常為100至150℃的高溫將氯化聚烯烴以胺(如多胺)反應而製備，如美國專利第5,407,453號所揭述。為了改良處理而可使用溶劑，其可使用過量胺將交聯最小化，及可使用無機鹼(如碳酸鈉)幫助移除反應產生的氯化氫。
又另一型合適的清潔劑為乙醛酸酯。乙醛酸酯清潔劑為燃料可溶性無灰清潔劑，其在第一具體實施例中為具有至少一個鹼性氮(即一個>N-H)之胺與經烴基取代醯化劑的反應產物，該醯化劑由含烯烴鍵長鏈烴與至少一種選自由式(VII)之化合物：(R1C(O)(R2)nC(O))R3 (VII)
及式(VIII)之化合物所組成的群組之羧基反應物的反應所生成：
其中各R1、R3、與R4獨立為氫或烴基，R2為具有1至3個碳原子之二價烴基，及n為0或1。
羧基反應物之實例為乙醛酸、乙酸酸甲酯甲 基半縮醛、及其他的Ω-側氧烷酸、酮基烷酸，如丙酮酸、4-戊酮酸、酮基戊酸、酮基丁酸等。所屬技術領域者已可認定適合作為產生特定中間物之反應物的式(VII)之化合物。
該經烴基取代醯化劑可為含烯烴的長鏈烴與上述式(VII)及(VIII)之羧基反應物的反應產物，其進一步在至少一種醛或酮存在下進行。一般而言，該醛或酮含有1至約12個碳原子。合適的醛包括甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、異丁醛、戊醛、己醛、庚醛、辛醛、苯甲醛、與更高碳醛。其可使用其他醛類，如二醛，尤其是乙二醛，雖然單醛通常較佳。合適的酮包括丙酮、丁酮、甲基乙基酮、及其他酮類。一般而言，酮之烴基之一為甲基。亦可使用二種或以上的醛及/或酮的混合物。該化合物及製造這些化合物之方法揭示於美國專利第5,696,060、5,696,067、5,739,356、5,777,142、5,856,524、5,786,490、6,020,500、6,114,547、5,840,920號，其納入此處作為參考。
在另一具體實施例中，該乙醛酸清潔劑為具有至少一個鹼性氮(即一個>N-H)之胺與經烴基取代醯化劑的反應產物，該醯化劑由羥基芳香族化合物與至少一種選自由上述式(VII)之化合物及式(VIII)之化合物所組成的群組之羧基反應物的縮合產物所生成。羧基反應物之實例為乙醛酸、乙醛酸甲酯甲基半縮醛、及上列的其他材料。
羥基芳香族化合物一般直接含有至少一個烴 基R鍵結至少一個芳香族基。烴基R可含有至多約750個碳原子、或4至750個碳原子、或4至400個碳原子、或4至100個碳原子。在一具體實施例中，至少一個R衍生自聚丁烯。在另一具體實施例中，R衍生自聚丙烯。
在另一具體實施例中，該羥基芳香族化合物與上述式(VII)或(VIII)之羧基反應物的反應可在至少一種醛或酮存在下進行。用於此具體實施例之醛或酮反應物為經羧基取代的羰基化合物以外的羰基化合物。合適的醛包括單醛，如甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、異丁醛、戊醛、己醛、庚醛、辛醛、苯甲醛、與更高碳醛。其可使用其他醛類，如二醛，尤其是乙二醛。合適的酮包括丙酮、丁酮、甲基乙基酮、及其他酮類。一般而言，酮之烴基之一為甲基。亦可使用二種或以上的醛及/或酮的混合物。該化合物及製造這些化合物之方法揭示於美國專利第3,954,808、5,336,278、5,620,949、及5,458,793號，其納入此處作為參考。
清潔劑添加劑可存在於上述各種清潔劑的混合物中。在一具體實施例中，該清潔劑添加劑可以約3至約60重量百分比、或約3至約50重量百分比、或約3至約20重量百分比、或約10至約20重量百分比，存在於添加劑組成物。
清潔劑添加劑可在一具體實施例中按重量計以1至10,000ppm(百萬份點)存在於燃料組成物，及在其他具體實施例中可為10至5,000ppm、10至3000ppm、10至1000、或10至600、或10至300ppm。
額外的性能添加劑可各被直接加入在此所述的添加劑組成物及/或燃料組成物，但是其通常在添加劑濃縮物中一起加入至具有上述添加劑組成物(摩擦調節劑(“FM”)包裝)之燃料。例示性FM包裝包括以下表1之組成物。表中所列的重量百分比(wt%)係按添加劑組成物(包裝)總重量計，且個別添加劑可包括溶劑。
或者額外的性能添加劑可為包含對指定燃料型式調配的FM包裝之添加劑濃縮物。這些型式的添加劑濃縮物可包括但不限於汽油添加劑及摩擦調節劑(“GA FM”)包裝。例示性GA FM包裝示於以下表2。表中所列的重量百分比(wt%)係按添加劑組成物(包裝)總重量計，且個別添加劑可包括溶劑。
在一具體實施例中，上述燃料組成物可用於液體燃料引擎及/或火星塞點火引擎，且可包括混合動力車輛及固定引擎。引擎型式完全未過度限制且包括但不限於V型、線式、對置式、及迴轉式引擎。引擎可為自然吸氣式、增強式、E-增強式、增壓式、或渦輪增壓式引擎。引擎可為汽化式或燃料噴射汽油引擎。因此，引擎可具有化油器或噴射器(包括壓電噴射器)。
在一具體實施例中，該引擎可為汽油直接噴射(“GDI”)引擎(噴灑式或壁導式、或其組合)、進氣口燃料噴射(“PFI”)引擎、均質充氣壓縮點火(“HCCI”)引擎、化學計量燃燒或貧燃燒引擎(lean burn engines)、火花控制壓縮點火(“SPCCI”)引擎、可變壓縮、米勒(Miller)循環或阿京生(Atkinson)循環引擎、或其組合，如在同一引擎中含有GDI與PFI噴射器之引擎。合適的GDI/PFI引 擎包括以汽油、混合汽油/醇、或任何以上部分所述的燃料組成物為燃料之2行程及4行程引擎。該添加劑組成物可減少引擎(如GDI/PFI引擎)中磨損及/或改良引擎的燃料經濟性。在又其他具體實施例中，該燃料組成物可使用GDI引擎、PFI引擎、或其組合之版上配量系統(on-board dosing system)製備。
在又其他具體實施例中，任何以上引擎均可裝有用以處理廢氣排放之觸媒或裝置，如減少NOx。在其他具體實施例中，該引擎可為可操作超過一種燃料類型(一般為汽油及乙醇或汽油與甲醇)之彈性燃料引擎。在又其他具體實施例中，任何以上的引擎型式可為亦包括電動馬達之混合動力車輛。
在其他具體實施例中，該添加劑組成物可改良包含充氧劑之燃料的溶解度，因而提供改良的低溫儲存安定性，故改良摩擦調節劑本身、及含有摩擦調節劑之添加劑組成物及/或濃縮物的處理性質。在其他具體實施例中，GA FM包裝之有機溶劑含量比其他FM包裝少。
已知一些上述材料會在最終調配物中交互作用，使得最終調配物之成分會異於最初添加者。所形成的產物，包括使用在此揭示的組成物時形成的產物，可能不易說明。儘管如此，所有此種修改及反應產物均包括在本發明技術之範圍內，包括混合上述成分所製備的組成物。
本發明技術可藉以下實施例進一步例證。
製備如表3所列的多種GA FM包裝。將GA FM包裝混合及加熱到80℃，然後在此溫度保持30分鐘。然後將製備的樣品冷卻到室溫。
安定性測試為將各樣品加入5支不同的測試管而在不同的溫度儲存。首先對測試管之一在冷卻到室溫時進行「最初」的相容性目視評定及記錄評定。將其餘4個樣品分別維持在43℃、0℃、及-18℃。在7日及14日時目視評定全部5個樣品之安定性。
GA FM包裝的安定性結果示於表4。
對於磨損測試，依照ASTM標準D6079使用高頻往復裝置(HFRR)測試樣品。最終燃料係使用表3之GA FM包裝以各種處理速率製備。然後將15毫升之具有GA FM包裝的汽油樣品置於該裝置之測試貯器中且調整到25℃。將持有非轉動鋼球且裝載200克質量之振動器臂降低，直到其接觸完全浸入燃料中的測試碟。當溫 度穩定時，使該球在50Hz的頻率以1毫米衝程摩擦該碟經過75分鐘。將該球從振動器臂移除及清潔。在放大100X下測量磨痕長短軸的尺寸且記錄。亦由裝置電腦軟體得到膜厚百分比及平均摩擦係數資料且記錄。本發明技術的HFRR結果示於以下表5。
在底盤動力計上使用聯邦測試步驟(“FTP-75”)及高速公路燃料經濟性測試法(“HwFET”)測試例示性FM包裝之燃料經濟性。對該測試製備2種汽油燃料樣品。第一種樣品Co 5為無添加基本汽油燃料Haltermann EEE。第二種樣品Ex 7將240ppm之FM包裝，其包含15：35：50之12-羥基硬脂酸：HSSA式II：HAN，加入基本燃料。
用於該測試之引擎為2012 Chevrolet Malibu之3.6升之六汽缸進氣口燃料噴射引擎。哩程累積係在SwRI Light Duty Vehicle Technology(LDVT)測試實驗室及Mileage Accumulation Dynamometer(MAD)設施，使用電子式直驅車輛控制或DEVConTM系統(測試參考資 料：Blanks,M.及Forster,N.之“Technical Approach to Increasing Fuel Economy Test Precision with Light Duty Vehicles on a Chassis Dynamometer”,SAE Technical Paper 2016-01-0907,2016,doi：10.4271/2016-01-0907)。
在各測試前，將引擎裝滿新油且運轉60哩。然後將汽油從引擎排出及將該程序重複又2次。
在燃料經濟性測量前，添加新油且調節300哩。調節在汽油達到汽油被完全剪切到穩定狀態時完成。
FTP-75由冷起動瞬時相(相1)、立即繼而為穩定相(相2)組成。在穩定相之後，在進行熱起動瞬時相(相3)完成測試前，將引擎熄火使車輛適應(soak)10分鐘。HwFET(相4)為在FTP-75結束後立即開始之熱運轉循環。
然後使用40 CFR Parts 86 and 600指定的官方稱重因子及公式計算組合的燃料經濟性。將各燃料測試3次及將燃料經濟性結果平均。然後使用下式計算燃料經濟性指數(“FEI”)：
例示性FM包裝實施例7的FEI結果示於第1圖。結果顯示包含羥基羧酸及衍生自經烴基取代的琥珀酸或酐之化合物(「HSSA化合物」)的組成物可改良引擎的燃料經濟性。
以上參考的各文件均納入此處作為參考，其包括任何請求優先權益之先申請案，不論以上是否特別列出。提及任何文件絕非同意此文件合格作為先前技術，或是在任何法律管轄中構成所屬技術領域者之通常知識。應了解，除了在實施例中或另有明確指示之處之外，本說明中所有指定材料量、反應條件、分子量、碳原子數量等之數值均以文字「約」修飾。應了解，在此所揭述的上下限、範圍、及比例限制均可獨立組合。類似地，在此揭示的各要件之範圍及量可連同任何其他要件之範圍或量一起使用。
在此使用的連接術語「包含(comprising)」，其與「包括(including)」、「含有(containing)」、或「特徵為(characterized by)」同義，為包容性或開放式，且不排除額外的未陳述要件或方法步驟。然而，在此每次詳述「包含(comprising)」則意圖為該術語亦包含片語「本質上組成(consisting essentially of)」及「組成(consisting of)」作為替代性具體實施例，其中「組成」排除任何未指定的要件或步驟，及「本質上組成」可包括實際上不影響所考量的組成物或方法之基本及新穎特徵之額外的未陳述要件或步驟。
雖然為了例證本發明技術之目的而顯示特定的代表性具體實施例及細節，但所屬技術領域者可明瞭其中可進行各種變化及修改而不背離在此揭示的範圍。關於此點，以下申請專利範圍之範圍應通常解讀為涵蓋所有此種明顯的變化及修改。
Claims (17)
- 一種燃料組成物，其包含汽油、充氧劑(oxygenate)、或其混合物、及添加劑組成物，該添加劑組成物包含：(a)羥基羧酸，其至少一部分具有式(IV)：
- 如請求項1之燃料組成物，其中該添加劑組成物進一步包含(c)有機溶劑。
- 如請求項2之燃料組成物，其中該有機溶劑包含2-乙基己醇、輕油(naphtha)、二甲基苯、或其混合物至少之一。
- 如請求項1之燃料組成物，其中該HSSA化合物之至少一部分具有式(I)：
- 如請求項1之燃料組成物，其中該HSSA化合物之至少一部分具有式(II)：
- 如請求項1之燃料組成物，其中該HSSA化合物之至少一部分具有式(III)：
- 如請求項4至6中任一項之燃料組成物，其中R1為C8至C25烴基。
- 如請求項1至6中任一項之燃料組成物，其中該羥基羧酸包含至少一種多羥基羧酸。
- 如請求項1至6中任一項之燃料組成物，其中該羥基羧酸包含12-羥基硬脂酸、蓖麻油酸、或其混合物至少之一。
- 如請求項1之燃料組成物，其中該燃料組成物包含按該燃料組成物總體積計為0.1體積百分比至100體積百分比之充氧劑。
- 如請求項1之燃料組成物，其中該燃料組成物包含按該燃料組成物總體積計為0.1體積百分比至100體積百分比之汽油。
- 如請求項1之燃料組成物，其中該充氧劑為乙醇。
- 一種減少引擎中磨損及/或提高引擎的燃料經濟指數(“FEI”)之方法，該方法包含使用如請求項1之燃料組成物操作該引擎。
- 如請求項13之方法，其中該FEI被提高至少0.8%。
- 如請求項13或14之方法，其中該引擎為汽油直接噴射(“GDI”)引擎、進氣口燃料噴射(port fuel injection,“PFI”)引擎、或其組合。
- 一種添加劑組成物之用途，其係用於在燃料組成物中降低燃料組成物之摩擦係數及/或減少引擎中的磨損及/或提高引擎的燃料經濟指數(“FEI”)，其中該燃料組成物包含汽油、充氧劑、或其混合物；其中該添加劑組成物包含：(a)羥基羧酸，其至少一部分具有式(IV)：
- 如請求項16之用途，其中該引擎為汽油直接噴射(“GDI”)引擎、進氣口燃料噴射(“PFI”)引擎、或其組合。
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