[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Erdölmitteldestillate, die geringe Mengen eines
herkömmlichen Fließverbesserers auf Ethylenbasis und Copolymere aus ethylenisch ungesättigten
Carbonsäureestern langkettiger n-Alkanole mit langkettigen Alkylvinylethern und ethylenisch
ungesättigten Dicarbonsäurederivaten enthalten, die sich durch verbesserte Fließeigenschaften
in der Kälte auszeichnen.
[0002] Mitteldestillate wie Gasöle, Dieselöle oder Heizöle, die durch Destillation aus Erdölen
gewonnen werden, haben je nach Herkunft des Rohöls und in Abhängigkeit von der Verarbeitungsweise
in der Raffinerie unterschiedliche Gehalte an Paraffinen. Insbesondere der Anteil
an langkettigen n-Paraffinen bestimmt das Kältefließverhalten derartiger Destillate.
Beim Abkühlen scheiden sich die n-Paraffine als plättchenförmige miteinander verzahnte
Kristalle aus, die ein dreidimensionales Netzwerk aufbauen (Kartenhausstruktur), worin
große Mengen noch flüssigen Destillats eingeschlossen und immobilisiert werden. Der
Kristallisation der n-Paraffine geht eine Abnahme der Fließfähigkeit und Zunahme der
Viskosität parallel. Dadurch wird die Zufuhr von Mitteldestillaten zu den Verbrennungsaggregaten
erschwert, die ausgefallenen Paraffine verstopfen vorgeschaltete Filter, so daß es
im Extremfall zum völligen Erliegen der Zufuhr kommen kann.
[0003] Es ist seit langem bekannt, daß durch Zusatz sogenannter Fließverbesserer dem Verstopfen
der Filter bei tiefen Temperaturen begegnet werden kann. Die Additive sorgen durch
Keimbildung für die Ausbildung vieler kleiner anstelle weniger großer Paraffinkristalle.
Gleichzeitig ändern sie deren Kristallmodifikation, so daß es nicht zur Ausbildung
der oben beschriebenen Plättchen kommt. Die bei Anwesenheit von Fließverbesserern
gebildeten Paraffinkristalle sind so klein, daß sie die Filter passieren können oder
sie bauen einen Filterkuchen auf, der für den noch flüssigen Anteil des Mitteldestillats
durchlässig ist, so daß auch bei tiefen Temperaturen ein störungsfreier Betrieb sichergestellt
wird.
[0004] In zunehmendem Maße treten in den Raffinerien Mitteldestillat-Schnitte auf, bei denen
die Standard-Fließverbesserer ungenügend wirken oder sogar ganz versagen. Dies trifft
besonders bei sogenannten hochgeschnittenen Ölen also Fraktionen mit hohem Siedeende
(S.E. > 370°C) zu. Das Siedeverhalten ist jedoch nicht das einzige Kriterium. So kommt
es vor, daß bei zwei Fraktionen mit ähnlicher Siedekurve aber unterschiedlicher Provinienz
des Basis-Rohöls der Standard-Fließverbesserer in einem Öl gut anspricht, im anderen
Öl jedoch nicht. Die Wirksamkeit der Fließverbesserer wird nach DIN 51 428 indirekt
durch Messung des "Cold Filter Plugging Points" (CFPP) ausgedrückt.
[0005] Als Standard-Kältefließverbesserer werden an sich bekannte Ethylencopolymere, vor
allem Copolymere aus Ethylen und ungesättigten Estern, wie sie z.B. in der DE-A-21
02 469 oder der EP-A-84 148 beschrieben werden, verwendet.
[0006] In der Technik werden jedoch neue Fliesverbesserer oder Kombinationen benötigt, die
auch bei den oben beschriebenen kritischen Ölen gute Wirksamkeit zeigen.
[0007] Aus der DE-A-16 45 785 ist die Verwendung von Polymeren mit unverzweigten, gesättigten
Seitenketten mit mindestens 18 Kohlenstoffatomen zum Herabsetzen des Fließpunktes
von wachshaltigem Heizöl bekannt. Dies sind z.B. Homo- oder Copolymere von Alkylestern
ungesättigter Mono- oder Dicarbonsäuren sowie Homo- oder Copolymere verschiedener
Alkylvinylether. Genannt werden ebenfalls: "Reaktionsprodukte von Copolymeren von
Säureanhydriden ungesättigter Dicarbonsäuren und Monoolefinen oder anderen olefinisch
ungesättigten Verbindungen mit einem aliphatischen, eine lange Kohlenwasserstoffkette
enthaltenden Amin". Bevorzugt sind dabei Copolymere mit Monoolefinen.
[0008] In der DE-A-25 31 234 wird der Zusatz von alternierenden Copolymeren, die Maleinsäurediamid-
bzw. Maleinimidstrukturen enthalten als Stabilitsatoren in Mineralölen empfohlen,
d.h. die Carboxylgruppen sind vollständig mit Aminen zu den Diamiden oder Imiden umgesetzt.
[0009] Gemäß US-A-3 506 625 sind ebenfalls Umsetzungsprodukte von Monoaminen mit Maleinsäureanhydridpolymeren
zu den entsprechenden Imiden beschrieben, wobei bei Anwendung von weniger als einem
Mol Amin pro Mol Maleinsäureanhydrideinheit noch verbliebende Carboxylgruppen durch
Neutralisation in Metallsalze überführt werden. Zur Copolymerisation mit Maleinsäureanhydrid
werden bevorzugt Alkylvinylether und Monovinylkohlenwasserstoffe eingesetzt.
[0010] Die FR-A-2 592 658 beschreibt Mischungen aus einem Ethylenpolymeren und einem Umsetzungsprodukt
eines primären Amins mit einem Copolymeren aus z.B. Acrylsäurealkylestern und/oder
Alkylvinylethern, Diisobuten und Maleinsäureanhydrid und deren Verwendung als Zusatz
zu Mitteldestillaten.
[0011] In der EP-A-360 419 werden Mitteldestillate beschrieben, die Polymere aus Vinylethern
mit Kohlenwasserstoffresten von 1 bis 17 Kohlenstoffatomen enthalten. Als Comonomere
sind u.a. Alkylacrylate bzw. -methacrylate genannt. In den Beispielen werden jedoch
nur Polymere aus Alkylvinylethern mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen in der Seitenkette
beschrieben. Diese C₁-bis C₄-Vinylether sind mit Malein- bzw. Fumarsäurederivaten
copolymerisiert. Beispiele für Copolymere mit Acrylsäurederivaten werden nicht angegeben.
Die beanspruchten Additive können zusammen mit anderen Fließverbesserern eingesetzt
werden.
[0012] Aus der EP-A-283 293 ist die Verwendung von Polymeren mit mindestens einer Amidgruppe
aus einem sekundären Amin und einer Carboxylgruppe als Zusatz zu Mitteldestillaten
bekannt. Die Polymeren können u.a. durch Copolymerisation ungesättigter Ester mit
Maleinsäureanhydrid und nachfolgender Umsetzung mit dem sekundären Amin erhalten werden.
Als ungesättigte Estermonomere werden u.a. Dialkylfumarate und Vinylacetat beschrieben.
[0013] Bezüglich ihrer Wirksamkeit als Kältefließverbesserer in Mitteldestillaten ließen
diese Polymeren jedoch noch zu wünschen übrig.
[0014] Es bestand deshalb die Aufgabe, Zusätze zu Mitteldestillaten zu finden, die eine
bessere Wirksamkeit als Kältefließverbesserer besitzen.
[0015] Überraschend wurde nun gefunden, daß Erdölmitteldestillate, enthaltend geringe Mengen
von A) bekannten Fließverbesserern auf Ethylenbasis und B) Copolymeren, die
a) zu 10 bis 90 mol-% aus einem oder mehreren Alkylacrylaten oder Alkylmethacrylaten
mit C₁- bis C₃₀-Alkylketten und
b) zu 5 bis 60 mol-% aus einer oder mehreren ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäuren
oder deren Anhydride und
c) zu 5 bis 60 mol-% aus einem oder mehreren Alkylvinylethern mit C₁₈- bis C₂₈-Alkylseitenketten
bestehen,
diese Forderung erfüllen.
[0016] Die Copolymeren B bestehen zu 10 bis 90 mol-% bevorzugt zu 40 bis 90 mol-% und besonders
bevorzugt zu 60 bis 90 mol-% aus Alkyl(meth)acrylaten, zu 5 bis 60 mol-%, bevorzugt
zu 5 bis 40 mol-% und besonders bevorzugt zu 10 bis 30 mol-% aus olefinisch ungesättigten
Dicarbonsäuren oder deren Anhydriden, zu 5 bis 60 mol-%, bevorzugt zu 5 bis 40 mol-%
und besonders bevorzugt zu 10 bis 30 mol-% aus Alkylvinylethern.
[0017] Das Gewichtsverhältnis von Fließverbesserer A zu Copolymer B liegt zwischen 40:60
und 95:5, bevorzugt zwischen 60:40 und 95:5 und besonders bevorzugt zwischen 70:30
und 90:10.
[0018] Die Alkylgruppen der Alkyl(meth)acrylate bestehen aus 1 bis 30, bevorzugt aus 4 bis
22 und besonders bevorzugt aus 8 bis 18 Kohlenstoffatomen. Sie sind bevorzugt geradkettig
und unverzweigt. Es können jedoch auch bis 20 Gew.-% cyclische und/oder verzweigte
Anteile enthalten sein.
[0019] Beispiele für besonders bevorzugte Alkyl(meth)acrylate sind n-Octyl(meth)acrylat,
n-Decyl(meth)acrylat, n-Dodecyl(meth)acrylat, n-Tetradecyl(meth)acrylat, n-Hexadecyl(meth)acrylat
und n-Octadecyl(meth)acrylat sowie Mischungen davon.
[0020] Beispiele ethylenisch ungesättigter Dicarbonsäuren sind Maleinsäure, Tetrahydrophthalsäure,
Citraconsäure oder Itaconsäure bzw. deren Anhydride, Fumarsäure sowie Mischungen davon.
Bevorzugt ist Maleinsäureanhydrid.
[0021] Beispiele für Alkylvinylether sind Octadecylvinylether, Eicosylvinylether, Docosylvinylether,
Tetracosylvinylether, Hexacosylvinylether und Octacosylvinylether sowie Mischungen
davon.
[0022] Die Copolymeren B zeigen zusammen mit Fließverbesserern synergistische Wirkungen.
Obwohl die Copolymeren B alleine keine oder nur geringe fließverbessernde Wirkung
zeigen, übertrifft die Kombination von A und B die Einzelwirksamkeiten bei weitem.
[0023] Die Carbonsäure(anhydrid)gruppierungen am Copolymer B können ganz oder teilweise
mit amino- oder hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen umgesetzt sein. Dies ist nicht
erforderlich um die gewünschte Wirksamkeit zu erhalten. Es kann jedoch durch die Umsetzung
in manchen Fällen die Wirksamkeit noch gesteigert werden sowie die Löslichkeit im
Mitteldestillat bzw. die Verträglichkeit mit anderen Komponenten günstig beeinflußt
werden.
[0024] Als aminogruppenhaltige Verbindung sind Alkylamine

bevorzugt, in der R¹ einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 30,
bevorzugt, 8 bis 26 und besonders bevorzugt 12 bis 24 Kohlenstoffatomen und R² Wasserstoff,
Methyl oder R¹ bedeuten. Im einzelnen seien Ethylhexylamin, Octadecylamin, Oleylamin,
Talgfettamin, N-Methyloctadecylamin und vorzugsweise Behenylamin, Dibehenylamin und
hydriertes Ditalgfettamin genannt. Es können jedoch jedoch auch Alkylaryl- oder Arylamine
sowie cyclische Amine, die gegebenenfalls ein Heteroatom besitzen, eingesetzt werden.
[0025] Als hydroxylgruppenhaltige Verbindungen sind vor allem Verbindungen der Formel
R¹-(OR²)
n-OH
wobei R¹ für C₁- bis C₃₀-Alkyl, C₆- bis C₁₂-Aryl, oder C₁- bis C₃₀-Alkylaryl und R²
für C₁- bis C₄-Alkyl steht und n eine ganze Zahl von 0 bis 30 ist, bevorzugt.
[0026] Als Beispiele für hydroxylgruppenhaltige Verbindungen seien genannt: Alkohole wie
2-Ethylhexanol, n-Hexadecanol und n-Octadecanol, Alkylphenole wie iso-Octylphenol,
iso-Nonylphenol und deren Umsetzungsprodukte mit Alkylenoxiden wie Ethylenoxid, Propylenoxid
und Butylenoxid.
[0027] Beispiele für die Fließverbesserer A sind die bereits erwähnten, in DE-A-21 02 469
und EP-A-84 148 beschriebenen Polymeren, wie Copolymere aus Ethylen mit Vinylacetat,
Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinylpivalat bzw. mit Estern der (Meth)acrylsäure, die
sich von Alkanolen mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen ableiten. Ebenfalls geeignet sind
Mischungen mehrerer Copolymerer aus Ethylen und Vinylacetat (EP-A-261 951, Additiv
A), Copolymere aus Ethylen mit α-Olefinen (EP-A-261 957, Additiv D) sowie die in der
DE-A-36 24 147 angegebenen Mischungen aus Terpolymeren aus Ethylen, Vinylacetat und
Diisobuten mit oxidiertem Polyethylenwachs. Besonders bevorzugt sind Copolymere aus
Ethylen mit Vinylacetat oder Vinylpropionat oder Ethylhexylacrylat.
[0028] Die Alkyl(meth)acrylate sind leicht zugänglich. Sie können nach den bekannten Verfahren
der Veresterung erhalten werden. Beispielsweise erhitzt man eine Lösung aus (Meth)acrylsäure
und einem Alkanol oder einer Mischung verschiedener Alkanole in einem organischen
Lösungsmittel unter Zusatz der üblichen Polymerisationsinhibitoren, z.B. Hydrochinonderivaten
und Veresterungskatalysatoren wie Schwefelsäure, p-Toluolsulfonsäure oder sauren Ionenaustauschern
zum Sieden und entfernt das gebildete Reaktionswasser durch azeotrope Destillation.
Da Vinylether unter sauren Bedingungen kationisch polymerisieren können bzw. sich
bei Anwesenheit von Wasser und Säure unter Bildung von Acetaldehyd zersetzen, der
die radikalische Polymerisation stört, ist die Neutralisation der Katalysatorsäure
sowie überschüssiger (Meth)acrylsäure durch Waschen der Esterlösung mit alkalischen
Mitteln und Wasser zur Herstellung der Copolymeren B erforderlich. Besonders reine
Ester können durch Destillation der vorgereinigten Esterlösung erhalten werden.
[0029] Weitere Möglichkeiten zur Herstellung der Alkyl(meth)acrylate ist die Umsetzung von
(Meth)acrylsäurechlorid oder -anhydrid mit den entsprechenden Alkanolen sowie die
als Umesterung bekannte Umsetzung von niederen (Meth)acrylsäureestern mit den entsprechenden
C₈- bis C₁₈-Alkanolen unter Zusatz saurer oder basischer Katalysatoren und destillativer
Entfernung des niederen Alkanols. Auch bei diesen Herstellverfahren sollte der Ester
soweit aufgearbeitet werden, daß keine Säure mehr vorhanden ist.
[0030] Die Vinylether sind nach bekannten Verfahren durch Umsetzung von Alkanolen mit Acetaldehyd
und anschließender Wasserabspaltung bzw. durch katalytische Addition von Acetylen
an Alkanole erhältlich. Besonders reine Monomere können auch hier durch Destillation
erhalten werden. Bei Vinylethern mit mehr als 20 bis 22 Kohlenstoffatomen im Alkylteil
ist die unzersetzte Destillation technisch schwierig durchzuführen. In diesen Fällen
ist eine Reinigung durch Filtration, Extraktion oder Umkristallisieren zur Entfernung
der Katalysatoren empfehlenswert.
[0031] In der Regel ist es von Vorteil, die Dicarbonsäuren in Form der Anhydride, soweit
verfügbar, bei der Copolymerisation einzusetzen, z.B. Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid,
Citraconsäureanhydrid und Tetrahydrophthalsäureanhydrid, da die Anhydride in der Regel
besser mit den (Meth)acrylaten copolymerisieren. Die Anhydridgruppen der Copolymeren
können dann direkt mit amino- oder hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen umgesetzt
werden.
[0032] Die Umsetzung der Polymeren mit Aminen erfolgt bei Temperaturen von 50 bis 250°C
im Verlauf von 0,3 bis 30 Stunden. Das Amin wird dabei in Mengen von ungefähr einem
bis zwei Mol pro Mol einpolymerisiertem Dicarbonsäureanhydrid, d.i. ca. 0,9 bis 2,1
Mol/Mol, angewandt. Die Verwendung größerer oder geringerer Mengen ist möglich, bringt
aber keinen Vorteil. Die Verwendung von 2 Mol Amin pro Mol Anhydrid führt zum Amid/Ammoniumsalz.
Dieses läßt sich durch Erhitzen auf 150 bis 200°C unter Abspaltung von Wasser ins
Diamid überführen. Bei Verwendung von 1 Mol eines primären Amins pro Mol Anhydrid
kann das entstehende Monoamid durch Erhitzen auf 150 bis 250°C in das Imid überführt
werden.
[0033] Die Umsetzung der Polymeren mit Alkoholen, Alkylphenolen oder deren Alkoxilaten erfolgt
ebenfalls bei Temperaturen von 50 bis 250°C. Der Alkohol oder das Phenol werden in
Mengen von 1 bis 2 Mol pro Mol Anhydrid eingesetzt. Wird 1 Mol Alkohol eingesetzt,
bildet sich der Halbester, bei 2 Molen Alkohol muß ein Veresterungskatalysator zugesetzt
und das Reaktionswasser entfernt werden, damit die Bildung des Diesters vollständig
erfolgen kann.
[0034] Die Umsetzung der Copolymeren B kann auch sowohl mit einer aminogruppenhaltigen als
auch mit einer hydroxylgruppenhaltigen Verbindung erfolgen. Wird zuerst mit einem
Alkohol, dann mit einem Amin umgesetzt, erhält man je nach Bedingungen ein Ester/Ammoniumsalz
oder bei höherer Temperatur und Entfernung des Reaktionswassers ein Ester/Amid. Wird
zuerst mit dem Amin umgesetzt, dann mit dem Alkohol wird unter Entfernen des Reaktionswassers
bei höherer Temperatur gleich ein Ester/Amid erhalten.
[0035] Anstelle der nachträglichen Umsetzung der Carboxylgruppen bzw. des Dicarbonsäureanhydrids
mit den amino- oder hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen, kann es manchmal von Vorteil
sein, die Monoamide, Mono- oder Diester, Monoamid/Monoester usw. der Monomeren herzustellen
und dann bei der Polymerisation direkt einzupolymerisieren. Meist ist dies jedoch
technisch aufwendiger, da sich z.B. Amine auch an die Doppelbindung der Dicarbonsäuren
anlagern können und dann keine Copolymerisation mehr möglich ist.
[0036] Die Herstellung der Copolymeren B erfolgt nach bekannten diskontinuierlichen oder
kontinuierlichen Polymerisationsverfahren wie Masse-, Suspensions-, Fällungs- oder
Lösungspolymerisation und Initiierung mit üblichen Radikalspendern wie Acetylcyclohexansulfonylperoxid,
Diacetylperoxidicarbonat, Dicyclohexylperoxidicarbonat, Di-2-ethylhexylperoxidicarbonat,
tert.-Butylperneodecanoat, 2,2'-Azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitril), tert.-Butylperpivalat,
tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, tert.-Butylpermaleinat, 2,2'-Azobis(isobutyronitril),
Bis-(tert.-butylperoxid)-cyclohexan, tert.-Butylperoxiisopropylcarbonat, tert.-Butylperacetat,
Di-cumylperoxid, Di-tert.-amylperoxid, Di-tert.-butylperoxid, p-Menthanhydroperoxid,
Cumolhydroperoxid oder tert.-Butylhydroperoxid und Mischungen untereinander. Im allgemeinen
werden diese Initiatoren in Mengen von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 15
Gew.-% berechnet auf die Monomeren, eingesetzt.
[0037] Die Polymerisation erfolgt in der Regel bei Temperaturen von 40 bis 400°C, vorzugsweise
70 bis 300°C, wobei die Verwendung von Lösungsmitteln mit Siedetemperaturen unterhalb
der Polymerisationstemperatur zweckmäßig unter Druck gearbeitet wird. Die Polymerisation
wird zweckmäßig unter Luftausschluß, d.h. wenn nicht unter Siedebedingungen gearbeitet
werden kann, z.B. unter Stickstoff oder Kohlendioxid durchgeführt, da Sauerstoff die
Polymerisation verzögert. Durch Mitverwendung von Redox-Coinititiatoren wie Benzoin,
Dimethylanilin, Ascorbinsäure sowie organisch löslichen Komplexen von Schwermetallen
wie Kupfer, Kobalt, Mangan, Eisen, Nickel und Chrom kann die Reaktion beschleunigt
werden. Die üblicherweise eingesetzten Mengen liegen bei 0,1 bis 2000 Gew.-ppm, vorzugsweise
0,1 bis 1000 Gew.-ppm. Bei der Wahl des Initiators bzw. Initiatorsystems ist es zweckmäßig,
bei der gewählten Polymerisationstemperatur darauf zu achten, daß die Halbwertszeit
des Initiators oder Initiatorsystems weniger als 4 Stunden beträgt.
[0038] Zur Erzielung niedermolekularer Copolymerer ist es oftmals zweckmäßig, in Gegenwart
von Reglern zu arbeiten. Geeignete Regler sind beispielsweise Allylalkohole, wie 1-Buten-3-ol,
organische Mercaptoverbindungen wie 2-Mercaptoethanol, 2-Mercaptopropanol, Mercaptoessigsäure,
Mercaptopropionsäure, tert.-Butylmercaptan, n-Butylmercaptan, n-Octylmercaptan, n-Dodecylmercaptan
und tert.-Dodecylmercaptan, die im allgemeinen in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-% eingesetzt
werden.
[0039] Für die Polymerisation geeignete Apparaturen sind z.B. übliche Rührkessel mit beispielsweise
Anker-, Blatt-, Impeller- oder Mehrstufenimpuls-Gegenstrom-Rührer und für die kontinuierliche
Herstellung Rührkesselkaskaden, Rohrreaktoren und statische Mischer.
[0040] Die einfachste Polymerisationsmethode ist die Massepolymerisation. Dabei werden die
Monomeren in Gegenwart eines Initiators und in Abwesenheit von Lösungsmitteln polymerisiert.
Zweckmäßigerweise mischt man alle Monomeren in der gewünschten Zusammensetzung und
legt einen kleinen Teil, z.B. ca. 5 bis 10 %, im Reaktor vor, erhitzt unter Rühren
auf die gewünschte Polymerisationstemperatur und dosiert die restliche Monomerenmischung
und den Initiator und gegebenenfalls Coinitiator sowie Regler innerhalb von 1 bis
10 Stunden, vorzugsweise 2 bis 5 Stunden, gleichmäßig zu. Es ist dabei zweckmäßig,
den Initiator sowie den Coinitiator getrennt in Form von Lösungen in einer kleinen
Menge eines geeigneten Lösungsmittels zuzudosieren. Das Copolymere läßt sich dann
direkt in der Schmelze oder nach Aufnahme in einem geeigneten Lösungsmittel zum erfindungsgemäßen
Fließverbesserer umsetzen.
[0041] Geeignet zur Herstellung der gewünschten Copolymeren ist auch ein kontinuierliches
Hochdruckverfahren, das Raum-Zeit-Ausbeuten von 1 bis 10 kg Polymer pro Liter Reaktor
und Stunde zuläßt. Als Polymerisationsapparatur kann z.B. ein Druckkessel, eine Druckkesselkaskade,
ein Druckrohr oder auch ein Druckkessel mit einem nachgeschalteten Reaktionsrohr,
das mit einem statischen Mischer versehen ist, verwendet werden. Vorzugsweise polymerisiert
man die Monomeren aus (Meth)acrylsäureestern, ungesättigten Dicarbonsäuren bzw. deren
Anhydriden und Vinylethern in mindestens zwei hintereinander geschalteten Polymerisationszonen.
Dabei kann die eine Reaktionszone aus einem druckdichten Kessel, die andere aus einem
heizbaren statischen Mischer bestehen. Man erhält dabei Umsätze von mehr als 99 %.
Ein Copolymerisat aus (Meth)acrylsäureestern, Maleinsäureanhydrid und Octadecylvinylether
kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß man die Monomeren und einen geeigneten
Initiator einem Reaktor oder zwei hintereinander geschalteten Reaktionszonen, beispielsweise
einer Reaktorkaskade, kontinuierlich zuführt und das Reaktionsprodukt nach einer Verweilzeit
von 2 bis 60, vorzugsweise von 5 bis 30 Minuten, bei Tempeaturen zwischen 200 und
400°C kontinuierlich aus der Reaktionszone ausschleust. Die Polymerisation wird zweckmäßig
bei Drücken von mehr als 1 bar, vorzugsweise zwischen 1 und 200 bar durchgeführt.
Die erhaltenen Copolymeren weisen Feststoffgehalte von über 99 % auf.
[0042] Eine weitere einfache Methode zur Herstellung der Copolymeren B ist die Lösungspolymerisation.
Sie wird durchgeführt in Lösungsmitteln, in denen die Monomeren und die gebildeten
Copolymeren löslich sind. Es sind hierfür alle Lösungsmittel geeignet, die diese Vogabe
erfüllen und die mit den Monomeren keine Reaktion eingehen. Beispielsweise sind dies
Toluol, Xylol, Ethylbenzol, Cumol, hochsiedende Aromatengemische wie z.B. Solvesso®
100, 150 und 200, aliphatische und cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie z.B. n-Hexan,
Cyclohexan, Methylcyclohexan, n-Octan, iso-Octan, Paraffinöle, Shellsol® TD, T und
K sowie Tetrahydrofuran und Dioxan, wobei zur Erzielung niedermolekularer Copolymerer
Tetrahydrofuran und Dioxan besonders gut geeignet sind. Bei der Durchführung der Lösungspolymerisation
ist es zweckmäßig, Lösungsmittel und einen Teil der Monomerenmischung (z.B. ca. 5
bis 20 %) vorzulegen und den Rest der Monomerenmischung mit dem Initiator und gegebenenfalls
Coinitiator, Regler und Lösungsmittel zuzudosieren. Die Monomeren können auch einzeln,
mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, zudosiert werden. Dies empfiehlt sich bei Monomeren
mit stark unterschiedlicher Reaktivität und wenn eine besonders gleichmäßige Verteilung
des weniger reaktiven Monomeren im Polymer gewünscht wird. Dabei wird das weniger
reaktive Monomer schneller und das reaktivere Monomer langsamer zudosiert. Es ist
auch möglich die gesamte Menge eines Monomeren, vorzugsweise des weniger reaktiven
Anhydrids oder Vinylethers, Vorzulegen und nur das (Meth)acrylat zuzudosieren. Schließlich
ist es auch möglich die gesamten Monomeren und das Lösungsmittel vorzulegen und nur
den Initiator und gegebenenfalls Coinitiator und Regler zuzudosieren ("Batch"-Fahrweise).
Bei der Durchführung dieser Fahrweise in größerem Maßstab können jedoch Probleme mit
der Wärmeabführung auftreten, so daß diese Fahrweise nur bei geringen Konzentrationen
der zu polymerisierenden Monomeren angewendet werden sollte. Die Konzentrationen der
zu polymerisierenden Monomeren liegen zwischen 20 und 80 Gew.-%, bevorzugt 30 und
70 Gew.-%. Das feste Copolymer kann problemlos durch Verdampfen des Lösungsmittels
gewonnen werden. Es ist jedoch zweckmäßig, ein Lösungsmittel zur Polymerisation zu
wählen, welches mit dem Mitteldestillat verträglich ist, so daß die Polymerisatlösung
dem Mitteldestillat direkt zugesetzt werden kann. Die Lösungspolymerisation ist die
bevorzugte Herstellungsform für die Copolymeren aus (Meth)acrylaten und Dicarbonsäure(anhydride)n.
[0043] In der Technik besteht die Notwendigkeit, die erfindungsgemäßen Additive, bestehend
aus einem Fließverbesserer A und einem Copolymeren B, in leicht handhabbarer Form
bereitzustellen. Dazu sollten die Polymeren A und B zusammen in Form eines Konzentrats
vorliegen, da die Verwendung von 2 Konzentraten - je eins für Polymer A und Polymer
B - die Handhabung erschwert. Aufgrund der möglichen Unverträglichkeit der Polymeren
A und B, kann es bei der reinen Abmischung der beiden Polymeren in einem gemeinsamen
Lösungsmittel zur Phasenseparation kommen. Diese kann gegebenenfalls durch geeignete
Lösungsmittel und/oder Zusatzstoffe unterdrückt werden. Geeignet sind z.B. Alkanole
wie iso-Butanol, n-Hexanol, 2-Ethylhexanol, iso-Decanol und deren Addukte mit Ethylenoxid,
Propylenoxid und/oder Butylenoxid, Alkylphenole und deren Addukte mit Ethylenoxid,
Propylenoxid und/oder Butylenoxid sowie Halbester oder Dieester von Dicarbonsäuren
mit Alkanolen oder (Oligo)alkylenoxidhalbethern wie Motto- oder Dibutylphthalat, Mono-
oder Di-2-ethylhexylphthalat oder Di-(2-methoxyethyl)phthalat.
[0044] Eine weitere Methode, eine eventuelle Phasenseparation zu vermeiden, besteht darin,
das Copolymer B zumindest zum Teil auf den Fließverbesserer zu pfropfen. Zur Pfropfung
wird vorzugsweise die Masse- oder Lösungspolymerisation verwendet. Die Polymerisation
kann nach der "Batch"- oder Zulauffahrweise erfolgen. Bei der "Batch"-Fahrweise wird
die gesamte Menge an Fließverbesserer A, auf die gepfropft werden soll, zusammen mit
den Monomeren vorgelegt und Initiator sowie gegebenenfalls Coinitiator und Regler
zudosiert. Bei der Zulauffahrweise wird die gesamte Menge an Fließverbesserer A, auf
die gepfropft werden soll, gegebenenfalls zusammen mit einem Teil der Monomeren vorgelegt
und der Rest der Monomeren, Initiator sowie gegebenenfalls Coinitiator und Regler
zudosiert.
[0045] Wie bereits erwähnt, ist es nicht nötig das Copolymer B auf den gesamten Anteil des
Fließverbesserers A zu pfropfen. Beispielsweise wird man bei einem Verhältnis A:B
von 90:10 aus Gründen der Raum-Zeit-Ausbeute das Copolymer B nur auf einen Anteil
von 2 bis 20 Gew.-% der Gesamtmenge von A pfropfen. Bei einem Verhälntis von A:B von
40:60 jedoch auf einen Anteil von 30 bis 100 Gew.-% der Gesamtmenge von A.
[0046] Auch ist es nicht nötig, das Copolymer B vollständig auf einen Teil des Fließverbesserers
A zu pfropfen. Dies ist ohnehin schwierig, da die Pfropfausbeute im allgemeinen 100
% nicht erreicht, so daß in den beschriebenen Konzentraten neben Pfropfcopolymerisaten
und unumgesetztem oder zugemischtem Fließverbesserer A auch nicht gepfropftes Copolymer
B vorliegen kann.
[0047] Die K-Werte (nach H. Fikentscher, Cellulosechemie, Band 13, Seiten 58 bis 64 und
71 bis 74 (1932)), bestimmt in 2 %iger (Gew./Vol.) xylolischer Lösung der Copolymerisate
B liegen zwischen 10 und 50, vorzugsweise zwischen 10 und 40 und besonders bevorzugt
zwischen 13 und 30. Der besonders bevorzugte Bereich entspricht Molekulargewichten
zwischen ca. 5000 und 25.000 g/mol (Zahlenmittelwerte, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie
gegen Polystyrol-Standards).
[0048] Die erfindungsgemäßen Additive A und B werden den Erdölmitteldestillaten in Mengen
von zusammen 50 bis 5000 ppm, bevorzugt 100 bis 2000 ppm, zugesetzt.
[0049] Die erfindungsgemäßen Mitteldestillate, enthaltend geringe Mengen eines Fließverbesserers
A und eines Copolymeren B, können, je nach Verwendungszweck, noch andere Additive
oder Zusatzstoffe wie Dispergatoren, Anti-Schaum-Additive, Korrosionsschutzmittel,
Antioxidantien, Farbstoffe u.a. enthalten.
[0050] Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert:
Herstellung der erfindungsgemäßen Copolymeren B
Beispiel 1
[0051] In einem Reaktor, der versehen war mit Rührer, Heizung und Zulaufvorrichtung wurden
24,5 g Vinyloctadecylether, 8,1 g Maleinsäureanhydrid, 20 g Laurylacrylat (n-Alkylacrylat-Mischung,
hergestellt aus einer handelsüblichen Fettalkoholmischung, bestehend aus max. 1,5
Gew.-% n-Decanol, 51 bis 57 Gew.-% n-Dodecanol, 41 bis 47 Gew.-% n-Tetradecanol und
max. 1,5 Gew.-% n-Hexadecanol) und 79 g Solvesso® 150 (hochsiedendes Aromatengemisch
der Fa. Esso) im schwachen Stickstoffstrom unter Rühren auf 100°C erhitzt und 147,4
g Laurylacrylat in 76 g Solvesso® 150 gleichmäßig innerhalb von 2 Stunden zudosiert.
Gleichzeitig wurde eine Lösung von 0,6 g tert.-Butylper-2-ethylhexanoat in 30,0 g
Solvesso® 150 innerhalb von 4 Stunden gleichmäßig zudosiert. Anschließend wurde eine
Lösung von 0,2 g tert.-Butylper-2-ethylhexanoat in 15 g Solvesso® 150 zugegeben und
noch eine Stunde bei 100°C nachgeheizt. Man erhielt eine klare, gelbliche ca. 50 gew.-%ige
Lösung. Der K-Wert des Polymeren betrug 16,9; das Molverhältnis Acrylat zu Maleinsäureanhydrid
zu Vinylether ca. 80:10:10.
Beispiel 2
[0052] In einem Reaktor gemäß Beispiel 1 wurden 167,4 g Laurylacrylat, 8,1 g Maleinsäureanhydrid,
24,5 g Vinyloctadecylether und 163 g Solvesso® 150 im schwachen Stickstoffstrom unter
Rühren auf 100°C erhitzt und innerhalb von 4 Stunden eine Lösung von 0,6 g tert.-Butylper-2-ethylhexanoat
in 30 g Solvesso® 150 gleichmäßig zudosiert. Anschließend wurde eine Lösung von 0,2
g tert.-Butylper-2-ethylhexanoat in 7 g Solvesso® 150 zugegeben und eine Stunde bei
100°C nacherhitzt. Es wurde eine klare, gelbliche, ca. 50 gew.-%ige Polymerlösung
erhalten. Der K-Wert des Polymeren betrug 18,9; das Molverhältnis Acrylat zu Maleinsäureanhydrid
zu Vinylether ca. 80:10:10.
Beispiel 3
[0053] Wie Beispiel 2, jedoch wurde anstelle von Solvesso® 150 ein hochsiedendes n- und
iso-Paraffingemisch der Fa. Shell (Shellsol® K) als Lösungsmittel verwendet.
[0054] Es wurde eine klare, hellgelbe, viskose, ca. 50 gew.-%ige Polymerlösung erhalten.
Der K-Wert des Polymeren betrug 30,6; das Molverhältnis Acrylat zu Maleinsäureanhydrid
zu Vinylether ca. 80:10:10.
Beispiel 4
[0055] Wie Beispiel 2, jedoch mit 65,8 g Vinyloctadecylether, 21,7 g Maleinsäureanhydrid
und 112,5 g Laurylacrylat.
[0056] Man erhielt eine klare, gelbliche, ca. 50 gew.-%ige Lösung. Der K-Wert des Polymeren
betrug 17,3; das Molverhältnis Acrylat zu Maleinsäureanhydrid zu Vinylether ca. 50:25:25.
Beispiel 5
[0057] In einem Reaktor gemäß Beispiel 1 wurde 104,4 g eines C₁₈- bis C₂₂-Alkylvinylethers
(hergestellt aus einer handelsüblichen Fettalkoholmischung, bestehend aus max. 41
bis 43 Gew.-% n-Octadecanol, 9 bis 13 Gew.-% n-Eicosanol, 43 bis 46 Gew.-% n-Docosanol),
29,8 g Maleinsäureanhydrid und 185 g Shellsol® K im schwachen Stickstoffstrom unter
Rühren auf 100°C erhitzt und mit 50 g einer Lösung von 375 g Laurylacrylat in 202
g Shellsol® K versetzt und der Rest der Lösung gleichmäßig innerhalb von 2 Stunden
zudosiert. Gleichzeitig wurde eine Lösung von 1,5 g tert.-Butylper-2-ethylhexanoat
in 75,0 g Shellsol® K innerhalb von 4 Stunden gleichmäßig zudosiert. Anschließend
wurde eine Lösung von 0,5 g tert.-Butylper-2-ethylhexanoat in 37,5 g Solvesso® 150
zugegeben und noch eine Stunde bei 100°C nachgeheizt. Man erhielt eine klare, gelbliche
ca. 50 gew.-%ige Lösung. Der K-Wert des Polymeren betrug 20,3; das Molverhältnis Acrylat
zu Maleinsäureanhydrid zu Vinylether ca. 70:15:15.
Beispiel 6
[0058] Wie Beispiel 5, jedoch wurde anstelle von Laurylacrylat eine n-Alkylacrylatmischung,
hergestellt aus einer handelsüblichen Fettalkoholmischung folgender Zusammensetzung
verwendet:
5 bis 8 Gew.-% n-Octanol, 5 bis 7 Gew.-% n-Decanol, 44 bis 50 Gew.-% n-Dodecanol,
14 bis 20 Gew.-% n-Tetradecanol, 8 bis 10 Gew.-% n-Hexadecanol und 8 bis 12 Gew.-%
n-Octadecanol.
[0059] Es wurde eine klare, hellgelbe, viskose, ca. 50 gew.-%ige Polymerlösung erhalten.
Der K-Wert des Polymeren betrug 18,5; das Molverhältnis Acrylat zu Maleinsäureanhydrid
zu Vinylether ca. 70:15:15.
Beispiel 7
[0060] Wie Beispiel 5, jedoch wurden anstelle des C₁₈- bis C₂₂-Vinylethers 94 g n-Octadecylvinylether
eingesetzt. Es wurde eine klare, hellgelbe, viskose, ca. 50 gew.-%ige Polymerlösung
erhalten. Der K-Wert des Polymeren betrug 20,3; das Molverhältnis Acrylat zu Maleinsäureanhydrid
zu Vinylether ca. 70:15:15.
Beispiel 8
[0061] In einem Reaktor gemäß Beispiel 1 wurden 207,5 g Vinyloctadecylether und 138 g Shellsol®
K im schwachen Stickstoffstrom unter Rühren auf 100°C erhitzt und innerhalb von 4
Stunden eine Lösung von 1,45 g tert.-Butylper-2-ethylhexanoat in 95 g Shellsol® K,
innerhalb von 2 Stunden eine Lösung von 88,9 Laurylacrylat in 10 g Shellsol® K sowie
68,6 Maleinsäureanhydrid in flüssiger Form gleichmäßig zudosiert. Anschließend wurde
eine Stunde bei 100°C nacherhitzt und mit 115 g Solvesso® 150 verdünnt. Es wurde eine
klare, gelbliche, ca. 50 gew.-%ige Polymerlösung erhalten. Der K-Wert des Polymeren
betrug 21,5; das Molverhältnis Acrylat zu Maleinsäureanhydrid zu Vinylether ca. 20:40:40.
Beispiel 9
[0062] Pfropfung von Laurylacrylat, Maleinsäureanyhdrid und Octadecylvinylether auf einen
Fließverbesserer, bestehend aus 60 Gew.-% Ethylen und 40 Gew.-% Vinylpropionat mit
einem mittleren Molekulargewicht von ca. 2500 (bestimmt durch Dampfdruckosmometrie)
= FI(A).
[0063] In einem Reaktor gemäß Beispiel 1 wurden 170 g des Fließverbesserers FI(A), 28,7
g Maleinsäureanhydrid, 51 g Octadecylvinylether, 53,9 g Laurylacrylat und 76 g Solvesso®
150 im schwachen Stickstoffstrom unter Rühren auf 100°C erhitzt. Dazu wurden eine
Mischung aus 170 g Laurylacrylat, 36,2 g Octadecylvinylether und 23 g Solvesso® 150
in 2 Stunden sowie eine Lösung von 1,02 g tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, gelöst in
71,1 g Solvesso® 150 innerhalb von 4 Stunden gleichmäßig zudosiert. Anschließend wurde
eine Lösung von 0,34 g tert.-Butylper-2-ethylhexanoat in 25,5 g Solvesso® 150 zugegeben,
eine Stunde nachgeheizt und mit 314,5 g Solvesso® 150 verdünnt. Es wurde eine ca.
50 gew.-%ige schwach trübe Polymerlösung vom K-Wert 23,1 erhalten.
Beispiele 10 bis 18
[0064] Umsetzung der Copolymeren aus den Beispielen 1 bis 8 mit Aminen und Alkoholen
Die Umsetzung wurde durchgeführt, indem die obigen Polymerlösungen mit dern entsprechenden
Menge des Amins versetzt und bei 100°C so lange gerührt wurden, bis im Infrarot-Spektrum
die Anhydrid-Bande verschwunden war. Die Umsetzung mit Alkoholen und deren Alkoxilaten
erfolgte bei 150°C in 3 bis 6 Stunden und wurde mit 1 mol-% Methansulfonsäure katalysiert.
| Beispiel Nr. |
Polymer aus Beispiel Nr. |
umgesetzt mit |
Mol pro Mol MSA |
| 10 |
2 |
O |
1 |
| 11 |
1 |
A |
2 |
| 12 |
5 |
A |
1 |
| 13 |
7 |
T |
1 |
| 14 |
7 |
T |
2 |
| 15 |
7 |
AP-8 |
1 |
| 16 |
7 |
EH |
1 |
| 17 |
7 |
AT-11 |
1 |
| 18 |
8 |
A |
1 |
Beispiel 19
[0065] Von der Polymerlösung aus Beispiel 9 wurden 93,3 g mit 105 g FI(A) und 105 g Solvesso®
150 bei 60°C gemischt. Es wurde eine bei Raumtemperatur trübe Mischung erhalten, die
aus insgesamt ca. 80 Teilen Fließverbesserer FI(A) und 20 Teilen Copolymer B besteht.
Die Mischung ist mehr als 10 Wochen bei Raumtemperatur stabil.
Beispiel 20
[0066] 25 g einer 50 gew.-%igen Polymerlösung gemäß Beispiel 13 wurden mit 0,84 g 2-Ethylhexylamin
und 0,84 g Solvesso® 150 bei 40°C 30 Minuten gerührt. In diesem Beispiel wird der
Monoester in das Ester-Ammoniumsalz überführt.
- A
- handelsübliche Aminmischung eines hydrierten Ditalgfettamins mit folgender Kettenlängenverteilung:
1 % n-C₁₂, 4 % n-C₁₄, 31 % n-C₁₆, 59 % n-C₁₈, Rest ungesättigt
- O
- n-Octadecylamin
- T
- Talgfettalkohol (ca. 30 Gew.-% C₁₆ und 70 Gew.-% C₁₈)
- AP-8
- Lutensol AP 8 (Alkylphenol · 8 Mol Ethylenoxid)
- AT-11
- Lutensol AT 11 (C₁₆/C₁₈ Fettalkohol · 11 Mol Ethylenoxid)
Verwendungsbeispiele
[0067] Im folgenden bedeuten:
FI Fließverbesserer, im besonderen
- FI(A)
- Ethylen/Vinylpropionat (mit ca. 40 Gew.-% Vinylpropionat) mit einem mittleren Molekulargewicht
von ca. 2500 (bestimmt durch Dampfdruckosmometrie)
- FI(B)
- Ethylen/Vinylacetat (mit ca. 30 Gew.-% Vinylacetat) mit einem mittleren Molekulargewicht
von ca. 2500
[0068] Bei den Fließverbesserern FI(A) und FI(B) handelt es sich um handelsübliche Produkte,
z.B. die Keroflux® Marken der Fa. BASF.
[0069] Als Mitteldestillate wurden Heizöle und Dieselkraftstoffe in handelsüblicher westdeutscher
Raffineriequalität verwendet. Sie sind als Mitteldestillat I, II, III und IV bezeichnet.
| Mitteldestillat |
| |
I |
II |
III |
IV |
| Trübungspunkt (°C) |
+ 6 |
+ 2 |
+ 4 |
+ 5 |
| CFPP (°C) |
0 |
- 3 |
- 1 |
- 2 |
| Siedeanfang (°C) |
155 |
175 |
169 |
174 |
| 20 % Siedepunkt (°C) |
232 |
247 |
222 |
219 |
| 50 % Siedepunkt (°C) |
280 |
285 |
262 |
272 |
| 90 % Siedepunkt (°C) |
352 |
354 |
351 |
365 |
| Siedeende (°C) |
382 |
375 |
381 |
385 |
Testmethode:
[0070] Geprüft wurde der "Cold Filter Plugging Point" (CFPP) nach DIN 51 428. Die Ergebnisse
sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

[0071] Wie die obigen Beispiele zeigen, wirken die herkömmlichen Fließverbesserer FI(A)
und FI(B) in den Mitteldestillaten nur ungenügend. Alleiniger Zusatz der erfindungsgemäßen
Copolymere verschlechtert den CFPP der Mitteldestillate eher noch. Die synergistische
Wirkung von Fließverbesserer und erfindungsgemäßen Copolymeren wird durch die Beispiele
6 bis 28 verdeutlicht.