JP2007533767A - 金属酸化物含有分散体およびその調製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属酸化物含有分散体およびその生成方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る分散体は、一定量の界面活性剤、金属酸化物、および担体を含有する。本発明に係る方法は、界面活性剤を助剤として担体内に分散するのに適した所望のサイズを有する金属酸化物粒子を準備することを含む。必要に応じて、金属酸化物粒子を担体と混合した後、粉砕工程を施して平均粒子サイズを所望のレベルに低減してもよく、あるいは、担体を添加する前に金属酸化物を粉砕してもよい。本発明によって生成された分散体は、一般に、良好な安定性を示し、金属酸化物粒子はおよそ１ヶ月間以上分散体中に懸濁残留する。
【選択図】なし

Description

本発明は、一般に金属酸化物含有分散体とその調製方法に関する。本発明に係る金属酸化物含有分散体は、界面活性剤と、金属酸化物と、担体（好ましくは液体担体、更に好ましくは燃料添加剤）とを各一定量含有する。この分散体は、金属酸化物が１ヶ月間以上分散体中に懸濁残留するような、長期安定性を示すことが好ましい。本発明に係る方法は、一般に、一定量の金属酸化物粒子を準備する工程と、界面活性剤を助剤として粒子を担体内に分散する工程とを含む。始動用材料として用いる特定の金属酸化物粒子によっては、分散に適した所望の粒子サイズを達成するための追加の処理工程を必要とする場合がある。

燃料添加剤は、燃料に有益な特性を付与するために、ガソリン、ディーゼル、および灯油などの各種燃料に添加する材料である。例えば、長時間保管の際の燃料の保存や安定化、燃料燃焼中のエンジン部品の清浄化、エンジン沈殿物の分解、錆制御、摩擦の抑制、燃費の向上、排出物質の低減、エンジンのノッキングの低減、および保管タンク内の結露の結果燃料中に分散する水分の除去などの目的で燃料添加剤が用いられる。

金属酸化物を含有する燃料添加剤は、エンジン部品やタービン部品に損傷を与える腐食性の不純物で、低いグレードの燃料によく見られる、これらの不純物の能力を防止、または抑制する際に特に有用であることがわかっている。また、金属酸化物は排出物質における汚染低減を促進する効果を有する。主な２つの不純物は、バナジウムとナトリウムである。バナジウム含有燃料を燃焼すると、腐食性の高いバナジウム酸化物沈殿物が生成され、この沈殿物が比較的短時間の間にエンジンやタービンを汚染することがある。燃焼中はナトリウムが、燃料内に存在する硫黄分と反応し、硫酸塩を生成し、この硫酸塩がエンジンやタービンの部品に堆積することがある。ある種の金属酸化物、特にＭｇＯなどは、バナジウムやナトリウム副生成物の腐食効果を制限する効果があることが証明されている。

燃料添加剤に共通する問題点は、添加剤や、添加剤が混合された燃料の保管中の、各種成分の沈降である。以前は、特にＭｇＯなどの金属酸化物を含有する燃料添加剤は、基本的にスラリーであったため、短期間の保管の際にもスラリー中に金属酸化物が沈降することがあった。この沈降のため、添加剤を断続的に攪拌する必要があり、また、別途取扱い装置や工数が必要であった。更に、沈降金属酸化物は、添加剤や添加剤含有燃料が経由するポンプやノズルに損傷を与えることがあった。

特許文献１には、分散剤含有不揮発性処理流体において、Ｍｇ（ＯＨ）_２を反応させることによってマグネシウム含有分散体を生成する方法が開示されている。この反応は、混合物を高温（およそ２５０°Ｃ以上）に加熱してＭｇ（ＯＨ）_２を脱水することによって進行し、その結果ＭｇＯが生成される。特許文献１自体が、このプロセスを、Ｍｇ（ＯＨ）_２が分解されＭｇＯの微小な粒子になる「ほぼ爆発的な」反応として記載している。従って、高温下で炭化水素材料と反応させる際は、基本的な安全上の観点から、プロセスを注意深く監視し、制御しなければならないことは、当業者の理解の範囲である。潜在的な安全性の問題に加えて、特許文献１のプロセスは、反応混合物に、かなりの量のエネルギーを添加することを意味しており、それによりこのプロセスを実施するコストが増加することになる。

従って、この分野では、安定な金属酸化物含有分散体を生成するプロセスであって、しかも周囲条件またはそれに近似した条件で実施可能なプロセスが必要とされている。

米国特許第４，２２９，３０９号

本発明は上述の問題を解決し、安定な金属酸化物含有分散体およびその生成方法を提供することを目的とする。

一般に、本発明に係る方法は、一定量の細粒金属酸化物粒子を準備する手段を含み、金属酸化物粒子の平均結晶サイズは、好ましくはおよそ２０ｎｍ未満であり、その単位重量あたり表面積は、好ましくはおよそ少なくとも７５ｍ^２／ｇ、更に好ましくはおよそ少なくとも１５０ｍ^２／ｇである。細粒粒子は、次に、各一定量の界面活性剤及び担体と混合され、その混合は金属酸化物粒子を分散体内に懸濁させるのに十分な時間実施される。本発明に係るプロセスは、金属酸化物粒子が好ましくはおよそ１ヶ月以上、より好ましくはおよそ３ヶ月以上懸濁残留する(懸濁を維持する）分散体を生成する。本発明の方法は、周囲条件、またはそれに近似した条件での実施に適していることが好ましい。

本発明の好適な実施形態では、先ず、金属酸化物粒子を一定量の担体と混合しスラリーを生成する。スラリーは好ましくはおよそ０．１〜５０重量％、より好ましくはおよそ５〜３５重量％の金属酸化物粒子を含有する。次にスラリー中に分散された金属酸化物粒子を粉砕し、金属酸化物粒子の平均サイズを効果的に低減して所望のレベル、好ましくはおよそ５μｍ未満、より好ましくは、１μｍ未満にする。粉砕工程は、好ましくは微粉砕（ｍｉｌｌｉｎｇ）プロセスによって実施されるが、スラリー中の金属酸化物の粒子サイズを効果的に低減するのに相応しいものであれば、任意のプロセスや装置を用いることができる。粉砕工程の後、スラリーを一定量の界面活性剤と混合し、分散体を生成する。混合工程は、好ましくは金属酸化物粒子が界面活性剤に接触し、金属酸化物粒子が分散体中に懸濁するように十分な時間実施する。特に好適な実施形態では、界面活性剤添加工程の前に、追加の量の担体を添加する。追加の担体を添加することにより界面活性剤の粘度の低減を促進し、それにより、最終混合物を取扱い易くする。一般に、追加する担体の量は界面活性剤の量と同量以上である。

また、別の実施形態では、すでに、分散体を生成するための所望のサイズになされた、一定量の金属酸化物粒子が準備される。この実施形態では、粒子サイズがすでに所望のサイズになっているので、粉砕工程は必要ない。次に金属酸化物粒子を、各一定量の界面活性剤および担体と混合し、その混合は金属酸化物粒子が分散体内に、およそ１ヶ月以上懸濁残留するように十分な時間実施する。更に、本発明の別の実施形態では、一定量の金属酸化物粒子を準備し、粉砕工程を施して粒子サイズを所望のレベルに低減する。粉砕工程は、好ましくは金属酸化物粒子をミルに通すことを含む。しかしながら、上述のように、所望のサイズを生成可能であれば、任意のプロセスや装置を用いることができる。次に、粉砕された金属酸化物粒子を各一定量の界面活性剤および担体と混合し、分散体を生成し、金属酸化物粒子はおよそ１ヶ月以上この分散体中で懸濁残留する。

本発明に使用する好ましい金属酸化物粒子は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＢａＯおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれ、中でもＭｇＯが最も好ましい。

界面活性剤は、金属酸化物粒子を液体担体内に懸濁可能であれば任意のものを使用することができるが、好ましい界面活性剤は、飽和および不飽和脂肪酸、脂肪族および芳香族スルホン酸、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選ばれる。オレイン酸およびドデシルベンゼンスルホン酸は、本発明で使用するのに特に好ましい界面活性剤である。界面活性剤としてオレイン酸を選ぶ場合は、オレイン酸対金属酸化物の重量比は、好ましくはおよそ５０対１以上である。界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸を選ぶ場合は、デシルベンゼンスルホン酸対金属酸化物の重量比は、好ましくはおよそ１４対１以上である。

本発明で使用する担体材料は、複数の構成要素の混合物であってよい。好ましくは、担体は何らかのタイプの液体燃料添加剤を含有する。基本的に、市販用または非市販用の任意の燃料添加剤を本発明の範囲内で使用することができる。好ましい燃料添加剤は、脂肪族および芳香族Ｃ４〜Ｃ２０炭化水素化合物、グリコールエーテル、およびエステルを含有するものものである。

本発明に係る好ましい金属酸化物含有分散体は、およそ１０〜５０重量％（より好ましくは、およそ２０〜４０重量％）の界面活性剤、およそ０．１〜５０重量％（より好ましくは、およそ５〜３５重量％）の金属酸化物およびおよそ５０〜９０重量％（より好ましくは６０〜８０重量％）の担体を含有する。

また、本発明に従って生成した一定量の金属酸化物含有分散体を含有する炭化水素燃料も本発明の範囲に含まれる。本発明の分散体は、好ましくは、燃料添加剤の形で、燃料汚染物質を処理するのに十分なレベルで、炭化水素燃料に添加される。好ましい炭化水素燃料としては、ガソリン、ディーゼル、およびケロシンがあるが、これに限らない。

以下の実施例では、一定量のＭｇＯを懸濁して含有する改良分散体を生成する好適な方法を記載する。なお、これらの実施例は説明のために提供されているものであり、本発明の全体の範囲を限定するものではない。

平均粒子サイズが１μｍ未満、平均結晶サイズがおよそ８ｎｍ、および単位重量当たり表面積がおよそ２３０ｍ^２／ｇであるＭｇＯ粒子を５．６重量％含み、残部が燃料添加剤であるスラリーを、温度を７２°Ｆ（２２°Ｃ）に一定に保ちながら、８０％充填された０．４ｍｍビーズを用いて、回転速度５０００ｒｐｍで、２０分間、微粉砕した。微粉砕後のスラリーは、肉厚、灰色のペースト状で、基本的に燃料添加剤の中では溶解しない特徴を有した。界面活性剤のオレイン酸を、ＭｇＯを１として重量比で５０添加した。追加の量の燃料促進剤を添加し、界面活性剤の粘度を低減し、それによって、最終スラリー混合物を取扱い易くした。微粉砕されたＭｇＯスラリーおよび界面活性剤を高速ミキサを用いて混合した。混合はおよそ１５分間、ＭｇＯスラリー全部が懸濁するまで継続した。最終生成物として、５６．７重量％の燃料添加剤、４２．２重量％のオレイン酸、および０．９重量％のＭｇＯを含有する、透明で明るい黄茶色の液体を得た。

上述の実施例のオレイン酸の代わりに、ＭｇＯを１として重量比で１４のドデシルベンゼンスルホン酸を用いて、７２．５重量％の燃料添加剤、２５．７重量％のドデシルベンゼンスルホン酸、および１．８重量％のＭｇＯを含有する化合物を生成してもよい。

Claims (23)

1. およそ１０〜５０重量％の界面活性剤と、およそ５〜３５重量％の金属酸化物と、およそ５０〜９０重量％の担体とを含有する金属酸化物含有分散体であって、
   前記金属酸化物粒子は前記分散体中に、およそ１ヶ月間以上懸濁残留する金属酸化物含有分散体。
2. 前記界面活性剤は、飽和および不飽和脂肪酸、脂肪族および芳香族スルホン酸、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項１の分散体。
3. 前記界面活性剤は、オレイン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、およびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項２の分散体。
4. 前記金属酸化物は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＢａＯおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項１の分散体。
5. 前記金属酸化物がＭｇＯである請求項４の分散体。
6. 安定な金属酸化物分散体を調製する方法であって、
   およそ０．１〜５０重量％の金属酸化物粒子と、一定量の担体とを含有するスラリーを準備する工程と、
   前記金属酸化物を粉砕し、前記スラリーに分散する工程と、
   前記スラリーを一定量の界面活性剤と混合して前記分散体を生成する工程とを有し、
   前記混合工程は、前記金属酸化物粒子が前記界面活性剤に接触し、前記金属酸化物粒子が前記分散体中に懸濁するように十分な時間をかけて実施される調製方法。
7. 前記プロセスが、前記界面活性剤添加工程の前に、追加量の担体を前記スラリーに添加する工程を更に有する、請求項６の調製方法。
8. 前記金属酸化物粒子は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＢａＯおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項６の調製方法。
9. 前記金属酸化物粒子がＭｇＯ粒子である請求項８の調製方法。
10. 前記界面活性剤は、飽和および不飽和脂肪酸、脂肪族および芳香族スルホン酸ならびにこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項６の調製方法。
11. 前記界面活性剤は、オレイン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、およびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる、請求項１０の調製方法。
12. 前記粉砕工程が、前記スラリーをミルに通すことを含む請求項６の調製方法。
13. 前記分散体が、およそ５０〜９０重量％の前記担体と、およそ５〜３５重量％の前記金属酸化物と、およそ１０〜５０重量％の前記界面活性剤とを含有する請求項６の調製方法。
14. 前記金属酸化物粒子が、およそ１ヶ月間以上、前記分散体中に懸濁残留する請求項６の調製方法。
15. 安定な液体金属酸化物分散体を調製する方法であって、
    平均結晶サイズがおよそ２０ｎｍ未満、単位重量あたりの表面積がおよそ７５ｍ^２／ｇ以上である一定量の金属酸化物粒子を準備する工程と、
    前記粒子と、一定量の界面活性剤および一定量の担体とを混合し、金属酸化物粒子が前記分散体中におよそ１ヶ月以上懸濁残留するように十分な時間混合を実施する工程とを含む、調製方法。
16. 前記混合工程の前に、前記金属酸化物粒子を粉砕する工程を更に有する請求項１５の調製方法。
17. 前記粉砕工程が、前記金属酸化物粒子をミルに通すことを含む請求項１６の調製方法。
18. 前記金属酸化物粒子は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｒＯ、ＢａＯおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項１５の調製方法。
19. 前記金属酸化物粒子がＭｇＯ粒子である請求項１８の調製方法。
20. 前記界面活性剤は、飽和および不飽和脂肪酸、脂肪族および芳香族スルホン酸ならびにこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項１５の調製方法。
21. 前記界面活性剤は、オレイン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、およびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求項２０の調製方法。
22. 請求項１の分散体を一定量含有する炭化水素燃料。
23. 前記燃料は、ガソリン燃料、ディーゼル燃料、およびケロシン燃料からなる群から選ばれる請求項２２の燃料。