烴基可溶季銨羧酸鹽和含有它們的燃料組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及燃料添加劑組合物并涉及包括可用于改進(jìn)燃料噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、降 低發(fā)動(dòng)機(jī)磨損、改進(jìn)燃料抗乳化性的添加劑組合物的燃料。本公開特別涉及包括烴基可溶 季銨羧酸鹽的燃料添加劑組合物和在燃料組合物中使用該羧酸鹽的方法。
[0002] 背景和概述 不斷改進(jìn)車輛的燃料組合物以增強(qiáng)燃料的各種性質(zhì)，從而適應(yīng)它們?cè)诟赂冗M(jìn)發(fā)動(dòng) 機(jī)中的應(yīng)用。因此，燃料組合物含有針對(duì)需要改進(jìn)的某些性質(zhì)的添加劑。例如，將摩擦改進(jìn) 劑，如脂肪酸酰胺添加到燃料中以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)中的摩擦和磨損。在燃料組 合物中包括其他添加劑以降低燃料組合物的腐蝕潛力和/或改進(jìn)燃料組合物的導(dǎo)電性質(zhì)。 另一些添加劑為改進(jìn)用該燃料運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性而添加到燃料中。上述各添加劑 可有效改進(jìn)燃料組合物的單一性質(zhì)并在一些情況中可能不利地影響燃料組合物的其它性 質(zhì)。相應(yīng)地，燃料組合物通常包括被選為相互配合以改進(jìn)燃料組合物的添加劑的復(fù)雜混合 物。一些添加劑可能有益于燃料的一種特性但對(duì)另一特性有害。因此，需要有效改進(jìn)燃料 的多種特性的燃料添加劑。
[0003] 發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料供給系統(tǒng)沉積物是現(xiàn)代燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)特別重要的問題并使用 沉積物控制添加劑減輕這一問題。例如，柴油機(jī)受燃料供給系統(tǒng)中的沉積物困擾。公知的 琥珀酰亞胺型清凈劑提供如通過工業(yè)DW10和XUD9試驗(yàn)測(cè)得的有限清凈度。
[0004] 汽油機(jī)也受沉積物問題困擾。公知類型的清凈劑，如曼尼希清凈劑，沒有提供充足 的清潔力。
[0005] 最近已開發(fā)出季銨化合物，如烷氧基化鹽作為與傳統(tǒng)琥珀酰亞胺和曼尼希堿清凈 劑相比非常有效的清凈劑。季銨化合物是已知的，如公開在美國專利No. 8, 147, 569中。但 是，需要非常危險(xiǎn)的環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷制造此類清凈劑。
[0006] 在美國專利No. 8, 147, 569中公開了通過用碳酸二烷基酯烷基化而得的季銨化 合物。但是，該分子的碳酸根陰離子部分在燃料或添加劑包中容易沉淀和沉出。此外，季銨 碳酸鹽的清凈力仍需改進(jìn)。
[0007] 根據(jù)本公開，示例性實(shí)施方案提供燃料添加劑組合物、燃料組合物、改進(jìn)燃料噴射 發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射器性能的方法、降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)中的磨損的方法和改進(jìn)燃料組合物的抗 乳化性的方法。該燃料組合物包括占燃料組合物總重量的大約5至大約300重量ppm的衍 生自季銨碳酸鹽和有機(jī)酸的烴基可溶季銨羧酸鹽。
[0008] 本公開的一個(gè)實(shí)施方案提供一種改進(jìn)燃料噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射器性能的方法。該方 法包括在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒包含主要量的燃料和占燃料組合物總重量的大約5至大約300重量 ppm的衍生自季銨碳酸鹽和有機(jī)酸的烴基可溶季銨羧酸鹽的燃料組合物。
[0009] 本公開的另一實(shí)施方案提供一種降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)中的磨損的方法。該方法包 括用包含主要量的燃料和占燃料組合物總重量的大約5至大約300重量ppm的衍生自季銨 碳酸鹽和有機(jī)酸的烴基可溶季銨羧酸鹽的燃料組合物運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0010] 本發(fā)明的另一實(shí)施方案提供一種改進(jìn)燃料組合物的抗乳化性的方法。該方法包括 提供主要量的燃料和占燃料組合物總重量的大約5至大約300重量ppm的衍生自季銨碳酸 鹽和有機(jī)酸的烴基可溶季銨羧酸鹽作為燃料組合物。
[0011] 本公開的另一實(shí)施方案提供一種制備烴基取代的酰胺基-三烷基季銨碳酸鹽的 方法。該方法包括在基本不含質(zhì)子溶劑的反應(yīng)介質(zhì)中在大約120°C至大約160°C的溫度下 使酰胺基二烷基胺與碳酸二烷基酯以大約1:1至大約1:1. 5的胺/碳酸酯摩爾比反應(yīng)。
[0012] 本公開的添加劑可以通過提供改進(jìn)的清凈力和降低的對(duì)燃料抗乳化性的負(fù)面影 響來克服目前已知的燃料清凈劑的缺陷。此外，該添加劑也能夠降低使用含石油和乙醇的 汽油燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)磨損。
[0013] 本文所述的組合物和方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于該添加劑組合物和燃料組合物不僅可 以改進(jìn)燃料的摩擦和磨損性質(zhì)，該添加劑組合物還可有效地改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性和/或在相對(duì) 較低的處理率下凈化或預(yù)防發(fā)動(dòng)機(jī)部件上和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)中的沉積物。
[0014] 本文所述的燃料添加劑的另一優(yōu)點(diǎn)在于該添加劑組合物可以以相對(duì)較低的濃度 與傳統(tǒng)燃料添加劑結(jié)合使用以提供提高的發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
[0015] 本發(fā)明涉及如下方案（1)至（20): 方案（1).用于燃料噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料添加劑組合物，其包含燃料添加劑組分和衍生 自季銨碳酸鹽和有機(jī)酸的烴基可溶季銨羧酸鹽。
[0016] 方案（2).方案（1)的燃料添加劑組合物，其中所述季銨碳酸鹽選自四烷基碳 酸銨、琥珀酰亞胺基烷基三烷基碳酸銨、琥珀酰胺基/琥珀酰酯碳酸銨（succinamido/ succinyl ester ammonium carbonates)、酰胺基烷基三烷基碳酸銨、經(jīng)基醚三烷基碳酸銨 以及三烷基碳酸銨與四烷基碳酸銨的混合物。
[0017] 方案（3).方案⑴的燃料添加劑組合物，其中所述有機(jī)酸選自C「C22烷基羧酸、 C「C2#基羧酸、烯基琥珀酸單甲酯單酸、烯基琥珀酸2-乙基己酯單酸、烯基琥珀酸單4-甲 基哌嗪基酰胺單酸、烯基琥珀酸單二甲基氨基乙酯單酸和烯基琥珀二酸。
[0018] 方案（4).方案（1)的燃料添加劑組合物，其中每當(dāng)量季銨碳酸鹽與大約0. 5至大 約2. 0當(dāng)量酸反應(yīng)。
[0019] 方案（5).方案（1)的燃料添加劑組合物，其中所述燃料添加劑組分選自載液、 十六烷值改進(jìn)劑、辛烷值改進(jìn)劑、燃料清凈劑、破乳劑、抗氧化劑和上述兩種或更多種的組 合。
[0020] 方案（6).包含方案（1)的燃料添加劑的燃料組合物，其中烴基可溶季銨羧酸鹽 的量為燃料組合物總重量的大約5至大約300 ppm。
[0021] 方案（7).包含方案（1)的燃料添加劑的柴油燃料組合物，其中烴基可溶季銨羧 酸鹽的量為燃料組合物總重量的大約10至大約200 ppm，且其中所述燃料組合物表現(xiàn)出噴 射器凈化屬性以及在根據(jù)ASTM D-1094的抗乳化性試驗(yàn)中的完全水回收和lb的界面評(píng)級(jí)。
[0022] 方案（8). -種改進(jìn)燃料噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射器性能的方法，其包括用包含主要量 的燃料和占燃料組合物總重量的大約5至大約300重量ppm的衍生自季銨碳酸鹽和有機(jī)酸 的烴基可溶季銨羧酸鹽的燃料組合物運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0023] 方案（9).方案（8)的方法，其中所述發(fā)動(dòng)機(jī)選自直接燃料噴射柴油機(jī)和直接燃 料噴射汽油機(jī)。
[0024] 方案（10).方案⑶的方法，其中所述季銨碳酸鹽選自四烷基碳酸銨、琥珀酰亞 胺基烷基三烷基碳酸銨、琥珀酰胺基/琥珀酰酯碳酸銨、酰胺基烷基三烷基碳酸銨、烴基醚 三烷基碳酸銨以及三烷基碳酸銨與四烷基碳酸銨的混合物。
[0025] 方案（11).方案⑶的方法，其中所述有機(jī)酸選自C「C22烷基羧酸、C「C 22烯基羧 酸、烯基琥珀酸單甲酯單酸、烯基琥珀酸2-乙基己酯單酸、烯基琥珀酸單4-甲基哌嗪基酰 胺單酸、烯基琥珀酸單二甲基氨基乙酯單酸和烯基琥珀二酸。
[0026] 方案（12).方案（8)的方法，其中所述燃料組合物含有占燃料組合物總重量的大 約10至大約100 ppm的季銨羧酸鹽。
[0027] 方案（13). -種降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)中的磨損的方法，其包括在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒包 含主要量的燃料和占燃料組合物總重量的大約5至大約300重量ppm的衍生自季銨碳酸鹽 和有機(jī)酸的烴基可溶季銨羧酸鹽的燃料組合物。
[0028] 方案（14).方案（13)的方法，其中所述燃料組合物進(jìn)一步包含選自載液、十六烷 值改進(jìn)劑、辛烷值改進(jìn)劑、燃料清凈劑、破乳劑、抗氧化劑和上述兩種或更多種的組合的燃 料添加劑組分。
[0029] 方案（15).方案（13)的方法，其中所述季銨碳酸鹽選自四烷基碳酸銨、琥珀酰亞 胺基烷基三烷基碳酸銨、琥珀酰胺基/琥珀酰酯碳酸銨、酰胺基烷基三烷基碳酸銨、烴基醚 三烷基碳酸銨以及三烷基碳酸銨與四烷基碳酸銨的混合物。
[0030] 方案（16).方案（13)的方法，其中所述有機(jī)酸選自C「C22烷基羧酸、C「C 22烯基 羧酸、烯基琥珀酸單甲酯單酸、烯基琥珀酸2-乙基己酯單酸、烯基琥珀酸單4-甲基哌嗪基 酰胺單酸、烯基琥珀酸單二甲基氨基乙酯單酸和烯基琥珀二酸。
[0031] 方案（17). -種改進(jìn)燃料組合物的抗乳化性的方法，其包括提供主要量的燃料和 占燃料組合物總重量的大約5至大約300重量ppm的衍生自季銨碳酸鹽和有機(jī)酸的烴基可 溶季銨羧酸鹽作為燃料組合物。
[0032] 方案（18).方案（17)的方法，其中所述季銨碳酸鹽選自四烷基碳酸銨、琥珀酰亞 胺基烷基三烷基碳酸銨、琥珀酰胺基/琥珀酰酯碳酸銨、酰胺基烷基三烷基碳酸銨、烴基醚 三烷基碳酸銨以及三烷基碳酸銨與四烷基碳酸銨的混合物。
[0033] 方案（19).方案（17)的方法，其中所述有機(jī)酸選自C「C22烷基羧酸、C「C 22烯基 羧酸、烯基琥珀酸單甲酯單酸、烯基琥珀酸2-乙基己酯單酸、烯基琥珀酸單4-甲基哌嗪基 酰胺單酸、烯基琥珀酸單二甲基氨基乙酯單酸和烯基琥珀二酸。
[0034] 方案（20). -種制備烴基取代的酰胺基-三烷基季銨碳酸鹽的方法，其包括在基 本不含質(zhì)子溶劑的反應(yīng)介質(zhì)中在大約120 °C至大約160°C的溫度下使酰胺基二烷基胺與碳 酸二烷基酯以大約1:1至大約1:1. 5的胺/碳酸酯摩爾比反應(yīng)。
[0035] 示例性實(shí)施方案的詳述 本申請(qǐng)的燃料添加劑組分可以以次要量用在主要量的燃料中并可直接添加到燃料中 或作為添加劑濃縮物的組分添加到燃料中。用于改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行的特別合適的燃料添加劑 組分可如下制備：使下式的叔胺與碳酸二烷基酯反應(yīng)
其中R1、R2和R3各自選自含有1至200個(gè)碳原子的烴基，所得季銨碳酸鹽隨后與酸或 酚反應(yīng)以分別提供烴基可溶的季銨羧酸鹽或酚鹽。該季銨碳酸鹽也可衍生自叔酰胺基胺和 碳酸二烷基酯。無論該烴基季銨碳酸鹽如何制備，本公開的一個(gè)關(guān)鍵特征在于使所得季銨 碳酸鹽與有機(jī)酸或酚類化合物反應(yīng)以提供烴基可溶季銨羧酸鹽