燃料添加剂组合物的制作方法

文档序号:9620309阅读:608来源:国知局
燃料添加剂组合物的制作方法
【专利说明】燃料添加剂组合物 发明领域
[0001 ] 本公开内容一般性地涉及用于改进发动机的燃料经济性并降低这些发动机中的 沉积物的燃料添加剂组合物。燃料添加剂组合物包含聚烯基琥珀酰亚胺、聚异丁烯胺和载 体油。
[0002] 相关技术描述
[0003] 现代车辆包括精巧的内燃发动机,所述内燃发动机使燃烧、排放、性能、耐久性和 燃料经济性最佳化。可将包含燃料经济性和其它的燃料添加剂如清净剂的燃料添加剂组合 物(例如汽油性能包)加入燃料中以使这类发动机的燃烧、排放、性能、耐久性和燃料经济 性最佳化。
[0004] 这些发动机通常包含位于气缸内的一个或多个活塞。将燃料和空气引入气缸中并 点火以使活塞移动并向发动机供以动力。燃料经济性添加剂降低活塞与气缸之间的摩擦, 因此降低燃料消耗量并改进发动机的燃料经济性。
[0005] 燃料添加剂组合物可包含燃料添加剂,例如碳酸或其衍生物和多元醇和/或链烷 醇胺的反应产物以及脂肪酸酰胺和丙氧基化脂肪酸酰胺。燃料添加剂组合物还可包含各种 燃料添加剂,例如聚亚烷基胺和聚烯基琥珀酰亚胺。燃料添加剂组合物可进一步包含本领 域中已知的各种载体油,包括矿物油和合成油。
[0006] 然而,包含燃料添加剂,例如上述那些如聚烯基琥珀酰亚胺的燃料添加剂组合物 通常相互不溶混。因而,包含这类燃料添加剂的燃料添加剂组合物通常可能经各种时间和 各种温度而为不均匀且不可栗送的或者甚至可能形成沉淀物,分离成两个相和/或固化。
[0007] 由于技术和经济上理想的是这类燃料添加剂组合物在宽温度范围上,甚至在 与-20°C-样低的温度下为均匀且可栗送的,已使用加溶剂改进添加剂的溶混性和由其形 成的燃料添加剂组合物的均匀性。然而,这些加溶剂为昂贵的且通常不贡献于发动机的性 能改进。在一些情况下,这些加溶剂甚至可能导致负面的副作用,例如差密封相容性、油稀 释和较高燃烧室沉积物水平。这类沉积物可导致发动机中燃料:空气比的富集,这产生提 高的烃和一氧化碳排放,驱动问题,例如不稳定怠速和频繁熄火,降低的燃料经济性和降低 的发动机寿命。
[0008] 因而,仍存在开发可与其它燃料添加剂溶混的改进燃料添加剂的机会,以及开发 由改进的燃料添加剂形成的燃料添加剂组合物的机会,所述组合物经宽温度范围和条件为 稳定的并改进内燃发动机的燃料经济性。
[0009] 公开内容和优点概沐
[0010] 在一些方面中,燃料添加剂组合物包含聚烯基琥珀酰亚胺、单或多官能聚异丁烯 胺以及选自矿物油、聚醚、聚醚胺、酯及其组合的载体油。聚烯基琥珀酰亚胺本身包含产生 烃基二羧酸的反应中间体和亲核反应物的反应产物。产生烃基二羧酸的反应中间体包含含 有C 2-C18烯烃单元且具有约500-5, 000g/m〇l的数均分子量(Mn)的聚烯烃和C4-C1。单不饱 和酸反应物的反应产物。产生烃基二羧酸的反应中间体包含0. 5-10个产生二羧酸的结构 部分,基于每分子聚烯烃。亲核反应物选自胺、醇、氨基醇及其组合。
[0011] 聚烯基琥珀酰亚胺在加入燃料中又与包含在燃料添加剂组合物中的聚异丁烯胺 和载体油溶混时改进内燃发动机的燃料经济性。因而,燃料添加剂组合物具有优异的储存 稳定性并经宽范围的时间和温度保持均匀且不需要包含加溶剂。另外,可将燃料添加剂组 合物以最小的量加入燃料中以改进燃料经济性并降低发动机沉积物和排放。
[0012] 公开内容详沐
[0013] 在一些方面中,本公开内容提供燃料添加剂组合物("组合物")。该组合物包含: (A)聚烯基琥珀酰亚胺、(B)单或多官能聚异丁烯胺和(C)载体油。该组合物可用于燃料如 柴油燃料、汽油、煤油或中间馏分和取暖用油中,还可作为添加剂用于润滑剂中。组合物可 作为完全配制燃料添加剂组合物使用,可将其加入燃料中以降低燃料消耗,因此改进内燃 发动机的燃料经济性。作为燃料添加剂,组合物还降低汽化器、燃料输入系统和发动机中的 沉积物,降低排放和改进发动机性能。
[0014] 聚燔基琥珀酰亚胺(A)
[0015] 在一些实施方案中,聚烯基琥珀酰亚胺(A)包括(1)产生烃基二羧酸的反应中间 体和(2)亲核反应物的反应产物。
[0016] 产牛烃基二羧酸的反应中间体(A. 1)
[0017] 在一些实施方案中,反应中间体(A. 1)包括以下组分的反应产物:(A. La)包含 C2-C18烯烃单元且具有约500-5, 000g/m〇l的数均分子量(Mn)的聚烯烃,和(A. 1. ^(^-(^单 不饱和酸反应物。聚烯烃(A. La)和C4-C1。单不饱和酸反应物(A. Lb)可在各种条件下通 过各种反应机制反应以形成反应中间体(A. 1)。
[0018] 例如,反应中间体(A. 1)可借助"烯"反应通过将聚烯烃(A. I. a)和C4-C1。单不饱 和酸反应物(A. Lb)的混合物加热而形成。在该"烯"反应中,聚烯烃(A. La)可在双键处 经历C4-C1。单不饱和酸反应物(A. Lb)的加成。作为另一实例,可首先将聚烯烃(A. La)卤 化,例如用基于聚烯烃(A. I. a)的重量为1-8,或者3-7重量%的氯或溴氯化或溴化。通过 使氯或溴在60-160,或者110-130°C的温度下通过聚烯烃(A. La) 0.5-10,或者1-7小时以 形成卤化聚烯烃。然后使卤化聚烯烃与C4-C1。单不饱和酸反应物(A. Lb)在100-250,或者 180-235°C的温度下反应0. 5-10,或者38小时的时间以形成反应中间体(A. 1)。
[0019] 产生烃基二羧酸的反应中间体(A. 1)可包括被产生二羧酸的结构部分取代的聚 烯烃。具体而言,反应中间体(A. 1)例如为包含被平均0. 5-10. 0,或者0. 5-5,或者0. 7-2. 0, 或者0. 7-1. 7,或者0. 9-1. 7摩尔C4-C1。单不饱和酸反应物(A. I. b),即产生二羧酸的结构 部分每摩尔聚烯烃(A. I. a)取代的长链烃(聚烯烃(A. I. a))的酸、酐或酯。在一个实施方 案中,反应中间体(A. 1)为聚烯基琥珀酸酐,例如聚异丁烯基琥珀酸酐。产生二羧酸的结构 部分与聚烯烃的这些官能度比,例如1. 2-2. 0等基于存在于在上述反应中形成的所得产物 中的聚烯烃(A. I. a)的总量。
[0020] 聚燔烃(A. I. a)
[0021] 本公开内容的聚烯烃(A. I. a)包含C2-C18,或者C2-C1。,或者C 2-C8,或者C2-C6烯烃 单元。稀经单元的非限制性实例包括乙稀、丙稀、丁稀、异丁稀、戊稀、1-辛稀和苯乙稀。在 一些实施方案中,聚烯烃(A. La)为聚烯。聚烯烃(A. La)可以为均聚物,例如聚异丁烯, 或者两种或更多不同烯烃单元的共聚物。可用于形成聚烯烃(A. La)的共聚物的非限制性 实例包括乙烯和丙烯、丁烯和异丁烯、丙烯和异丁烯。共聚物的其它非限制性实例包括包含 次要摩尔量的烯烃单元,例如1-10摩尔%,为C4-C18非共辄二烯烃单元的共聚物,例如异丁 烯和丁二烯的共聚物或者乙烯、丙烯和1,4-己二烯的共聚物。
[0022] 聚烯烃(A. I. a)可以为线性或支化的。在一些实施方案中,聚烯烃(A. I. a)具 有 500-5, 000,或者 750-4, 000,或者 1,000-3, 000,或者 1,000-2, 000g/mol 的数均分子量 (Mn)〇
[0023] 聚烯烃(A. I. a)可以为饱和或不饱和的。饱和聚烯烃(A. I. a)的一个非限制性实 例为通过Ziegler-Natta合成使用氢气作为调控剂控制分子量而制备的乙稀-丙稀共聚 物。在一些实施方案中,聚烯烃(A. La)为不饱和的。在一些实施方案中,聚烯烃(A. La) 包含末端双键。
[0024] 为此,在一个实施方案中,聚烯烃(A. I. a)为第一反应性聚异丁烯。第一反应性聚 异丁烯为具有高末端乙烯双键含量的高反应性聚异丁烯。末端双键为α-烯键式双键,例 如亚乙烯基双键。第一反应性聚异丁烯可具有大于50,或者大于70,或者大于75,或者大于 80,或者大于85摩尔%的末端双键含量。第一反应性聚异丁烯可具有包含大于85,或者大 于90,或者大于95重量%异丁烯单元的均匀聚合物骨架。
[0025] 第一反应性聚异丁烯可具有500-5, 000,或者800-4, 000,或者800-3, 000,或者 800-2, 000g/m〇l的数均分子量(Mn)。第一反应性聚异丁烯的分散性D(MW/M n),即重均分子 量MJ余以M n,为小于7,或者小于3,或者1. 05-7。在一些实施方案中,第一反应性聚异丁烯 的分散性D (Mw/Mn)为小于3。在一些实施方案中,第一反应性聚异丁烯对小于或等于2, 000 的Mn而言具有小于2. 0的分散性,对小于或等于1,000的M n而言具有小于1. 5的分散性。 在一些实施方案中,第一反应性聚异丁烯不含有机和无机碱、水、醇、醚、酸和过氧化物。
[0026] 第一反应性聚异丁烯的合适非限制性实例为可由BASF SE以商 标市购的聚异丁烯。
[0027] C1-C1^单不饱和酸反应物(A. Lb)
[0028] C4-C1。单不饱和酸反应物(A. Lb)与聚烯烃(A. La)反应以形成反应中间体 (A. 1)。C4-C1。单不饱和酸反应物(A. Lb)可以为α或β不饱和C4-C1。二羧酸、其酐或酯。 C4-C1。单不饱和酸反应物(A. Lb)的非限制性实例包括富马酸、衣康酸、马来酸、马来酸酐、 氯代马来酸、富马酸二甲酯、氯代马来酸酐及其组合。
[0029] 在一个实施方案中,C4-C1。单不饱和酸反应物(A. I. b)选自马来酸、马来酸酐、其 官能衍生物及其组合。如以上文句中所用,术语官能衍生物描述的是马来酸或马来酸酐的 衍生物,其与聚烯烃(A. La)反应形成相同或者相当的结果或产物,即反应中间体(A. 1)。 在马来酸的情况下,官能衍生物包括例如马来酸单烷基酯、马来酸二烷基酯、马来酰二氯、 马来酰二溴、马来酸单烷基酯一氯化物或马来酸单烷基酯一溴化物。在马来酸酯的情况下, 醇组分为例如具有例如1-6,特别是1-4个碳原子的较低级烷基,例如甲基或乙基。在一些 实施方案中,C 4-C1。单不饱和酸反应物(A. Lb)为马来酸酐。在一个实施方案中,马来酸酐 与第一反应性聚异丁烯反应形成包含聚异丁烯基琥珀酸酐的反应中间体(A. 1)。
[0030] 亲核反应物(A. 2)
[0031] 如上文所述,聚烯基琥珀酰亚胺(A)包括产生烃基二羧酸的反应中间体(A. 1)和 亲核反应物(A. 2)的反应产物。在一些实施方案中,聚烯基琥珀酰亚胺(A)借助亲核反应 物(A. 2)与产生烃基二羧酸的反应中间体(A. 1)的中和反应而形成。亲核反应物(A. 2)可 选自胺、醇、氨基醇及其组合。
[0032] 亲核反应物(A. 2)可以为单胺、寡胺或多胺。由于叔胺通常对酐不具有反应性,理 想的是胺上具有至少一个伯或仲胺基团。
[0033] 亲核反应物(A. 2)可包括具有下面式Ia或Ib的胺:
[0035] 其中R、R'和R〃独立地选自氢、C「C25直链或支链烷基、C「C12烷氧基C 2-(:6亚烷 基、C2-C12羟基氨基亚烷基和C「C 12烷基氨基C 2-(:6亚烷基;各个X可以为2-6,或者2-4的 相同或不同的数;且Y为0-10,或者2-7,或者3-7的数。
[0036] 在一些实施方案中,亲核反应物(A. 2)包括具有式II的胺:
[0037] H2N (CH2) X-NH- [ (CH2) y-NH] z- (CH2) XNH2 (I I)
[0038] 其中x和y各自独立地为1-5,或者2-4的整数,且z为0-8的整数,或其混合物。
[0039] 亲核反应物(A. 2)可包括亚烷基多胺,例如亚甲基多胺、亚乙基多胺、亚丁基多 胺、亚丙基多胺和亚戊基多胺。在各种实施方案中,亚烷基多胺每分子具有总计2-40,或者 2-20,或者2-12,或者2-6个碳原子和1-12,或者2-12,或者2-9,或者3-9个氮原子。为 形成这类实施方案的聚烯基琥珀酰亚胺(A),对于每当量亲核反应物(A. 2)如胺,可反应 0. 1-3. 0,或者0. 1-2. 0,或者0. 2-1. 0,或者0. 2-0. 6摩尔琥珀酸结构部分,形成聚烯基琥珀 酰亚胺(A)。
[0040] 亲核反应物(A. 2)还可包括具有200至约4000,或者400-2000g/mol的数均分子 量(Mn)的聚氧化烯多胺,例如聚氧化烯胺、聚氧化烯二胺和聚氧化烯三胺。聚氧化烯多胺 的非限制性实例包括具有200-2000g/mol的数均分子量(M n)的聚氧化乙烯、聚氧化丙烯二 胺和聚氧化丙烯三胺。
[0041] 亲核反应物(A. 2)还可包括烃基胺或者包含其它官能团,例如羟基、烷氧基、酰胺 基团、腈、咪唑啉基团等的烃基胺。例如,在一个实施方案中,亲核反应物(A. 2)包括具有 1-6,或者1-3个羟基的烃基胺。这类胺能够与反应中间体(A. 1)的酸或酐基团借助它们的 胺官能团或(恰在上文中描述的)其它官能团反应。亲核反应物(A. 2)的具体非限制性实 例包括羟基胺,例如2-氨基-1- 丁醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、ρ-(β -羟乙基)-苯胺、 2_氨基-1-丙醇、3-氨基-1-丙醇、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇、2-氨基-2-乙基-1,3-丙 二醇、Ν-(β-羟基-丙基)-Ν'-(β-氨基-乙基)-哌嗪、三(羟基-甲基)氨基甲烷(也 称为三羟甲基一氨基甲烷)、2-氨基-1- 丁醇、乙醇胺、β - ( β -羟基乙氧基)-乙胺等。
[0042] 亲核反应物(Α. 2)还可包括不饱和醇,例如烯丙醇、肉桂醇、炔丙醇、1-环己 烷-3-醇和油醇。能够得到本公开内容的聚烯基琥珀酰亚胺(A)的又一类醇包括醚醇和氨 基醇,例如具有一个或多个氧化烯、氨基亚烷基或氨基亚芳基、氧基-亚芳基的氧化烯、氧 基-亚芳基-、氨基-亚烷基-和氨基-亚芳基取代醇,例如N,N,Ν',Ν' -四羟基-三亚甲基 二胺,和具有至多约150个氧化烯基团的醚醇,其中亚烷基包含1至约8个碳原子。
[0043] 亲核反应物(Α. 2)的其它非限制性实例包括脂环族二胺,例如1,4-二(氨基甲 基)环己烷,和杂环氮化合物,例如咪唑啉和N-氨基烷基哌嗪。这类胺的具体非限制性实 例包括2-十五烷基咪唑啉、Ν-(2-氨基乙基)哌嗪、其组合。
[0044] 在一个实施方案中,亲核反应物(Α.2)包括选自乙二胺、三亚乙基四胺、丙二胺、 三亚甲基二胺、三亚丙基四胺、四亚乙基五胺、六亚乙基七胺、五亚乙基六胺及其组合的多 胺。在该实施方案中,亲核反应物(Α. 2)可以为二氯乙烷和氨的反应产物或者乙烯亚胺与 开孔剂如水或氨的反应产物。
[0045] 在另一实施方案中,亲核反应物(Α. 2)包括亚乙基多胺,例如二亚乙基三胺、三亚 乙基四胺、四亚
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