一种改善燃料氧化与裂解性能的功能性大分子及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种改善燃料氧化与裂解性能的功能性大分子：所述的功能性大分子的核心为聚缩水甘油，末端为长链烷基或受阻酚结构，数均分子量分布为5,000～50,000。本发明专利技术还公开了上述功能大分子在碳氢化合物中的应用。本发明专利技术提供的功能大分子应用在碳氢化合物中具有优异的抗氧化和促裂解效果。有优异的抗氧化和促裂解效果。有优异的抗氧化和促裂解效果。

【技术实现步骤摘要】
一种改善燃料氧化与裂解性能的功能性大分子及应用


[0001]本专利技术涉及燃油添加剂
，具体涉及一种改善燃料氧化与裂解性能的功能性大分子及应用。

技术介绍

[0002]超支化聚合物是一类高度支化、具有3D和拓扑结构的大分子物质，高度支化的结构赋予其优良的分散效果、低黏度以及高流变性等独特的性能，末端含有丰富的官能团为实现功能化提供良好条件，因此它成为高分子领域研究热点之一，并已在生物医药、石油化工、超分子自组装、催化剂和传感器等领域实现应用并取得良好效果。
[0003]超支化聚缩水甘油(HPG)是一类分子内部富含醚键而分子表面富含羟基的超支化聚合物，该聚合物通常使用阴离子开环聚合法得到，其起始单元一般为三羟甲基丙烷，重复单元为缩水甘油。
[0004]碳氢燃料被广泛用作飞行器发动机的动力来源，其流经飞行器机体时，会发生一系列热化学反应，按照温度从低到高可分为热氧化和热裂解。在储存或使用过程中，燃料会与溶解氧发生一系列复杂热氧化反应，使燃料颜色加深，酸值增大，从而降低燃料燃烧性能；产生的固体沉积物甚至会影响发动机正常工作，造成很大的安全隐患。热裂解反应作为碳氢燃料化学热沉的主要来源，直接影响到燃料所提供推动力的强弱，是燃料最重要的性质。目前，燃料较低的裂解深度造成较弱的吸热能力，进而限制了飞行器的进一步提速。
[0005]为降低发动机燃油输送系统在高温下的氧化结焦，降低燃料系统故障率，抗氧剂作为一种提升碳氢燃料氧化安定性的添加剂，被广泛应用于碳氢燃料中。市场上抗氧剂种类繁多，使用较为广泛的有酚类抗氧剂、胺类抗氧剂等。小分子酚类抗氧剂具有在非极性碳氢燃料中分散性差，用量较大、热稳定性不佳的缺点。苯胺类抗氧剂具有在使用过程中易变色，易生成沉积物，且本身具有毒性的缺点。
[0006]为提升碳氢燃料在高温裂解时的吸热能力，多种催化剂和引发剂已经被广泛应用。贵金属催化剂、沸石催化剂等裂解促进剂具有较高的催化活性，但实现催化剂的再生和更换是十分困难的。裂解引发剂如三乙胺、三丁胺等在提升裂解深度的基础上可有效降低起始裂解温度，但需要较大的添加量，对燃料的基础物性容易产生影响。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在提供一种改善燃料氧化与裂解性能的功能性大分子，其应用在碳氢化合物中具有优异的抗氧化和促裂解效果。
[0008]本专利技术目的通过如下技术方案实现：
[0009]一种改善燃料氧化与裂解性能的功能性大分子，所述的功能性大分子的核心为聚缩水甘油，末端为长链烷基或受阻酚结构，数均分子量分布为5000～50000。
[0010]其中，功能性大分子为受阻酚和烷基链对聚缩水甘油类超支化聚合物进行改性后的结构，聚缩水甘油类超支化聚合物的数均分子量分布为2000～13000；聚缩水甘油类超支
化聚合物的末端为羟基，骨架中含有大量醚键。
[0011]聚缩水甘油类超支化聚合物(HPG)的结构示意如下(需要说明的是，由于超支化结构多变且复杂，如下所示结构仅为示例)：
[0012][0013]作为优选，所述的聚缩水甘油类超支化聚合物通过阴离子开环聚合得到。作为优选，聚缩水甘油类超支化聚合物的制备方法，可以参考1999年Sunder A等人(Macromolecules.1999,32:4240
‑
4246.)公开的制备方法。
[0014]所述的功能性大分子通过聚缩水甘油与棕榈酸和3
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸，进行缩合反应得到，结构式如下(需要说明的是，由于超支化结构多变且复杂，如下所示结构仅为示例)：
[0015][0016]本专利技术还提供一种改善燃料氧化与裂解性能的功能性大分子在碳氢化合物中的应用。
[0017]作为优选，所述的功能性大分子在碳氢化合物中的添加量为 500～5000mg/kg。添加量小于500mg/kg，抗氧化或促裂解效果不佳。添加量大于5000mg/kg，抗氧化或促裂解效果提升不明显，节省经济成本。
[0018]作为优选，所述的碳氢化合物为模拟油。
[0019]作为优选，所述的模拟油为正十一烷。
[0020]作为优选，所述的功能性大分子的数均分子量分布为 5000～50000。上述结构的
功能性大分子应用在碳氢化合物中能有效提升氧化起始温度、氧化诱导时间、裂解转化率、产气率和热沉。
[0021]同现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：聚缩水甘油类化合物分子量较高，抗氧剂热稳定性好；将受阻酚结构接枝到聚缩水甘油类化合物上，使之具有低温抗氧化、高温促裂解的功能，即在低温时发挥抗氧剂的作用，在高温时发挥引发剂的作用，从而全温段提升碳氢燃料的性能。
附图说明
[0022]图1为HPG的结构示意图。
[0023]图2为CBHPG的结构示意图。
[0024]图3为实施例中制备的HPG和CBHPG的1HNMR谱图。
[0025]图4为实施例中制备的HPG和CBHPG的FTIR谱图。
具体实施方式
[0026]以下应用例可以使本专业人员更全面理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0027]本专利技术中HPG和CBHPG的结构示意分别如图1和图2所示。
[0028]添加剂热稳定性评价使用热重分析仪进行测定。表达为，在50mL/min的氮气吹扫下，10mg样品以10℃/min升温速率下，分解失去总重量5％时对应的温度(T
5％
，起始分解温度)。
[0029]添加剂在碳氢化合物中的抗氧化性能依照现行国际标准ASTME2009
‑
08(2014)e1方法B(氧化起始温度)和ASTME1858
‑
08(2015)e1方法B(氧化诱导期)测定。表达为在高氧气压力下，样品以恒定速率升温发生氧化反应时对应的最低温度(氧化起始温度)及样品在恒定温度下发生氧化反应对应的最短时间(氧化诱导期)。抗氧化性能测试的温度为160～175℃，对应氧气压力为1.5～3.5MPa。
[0030]添加剂在碳氢化合物中的裂解引发性能采用模拟飞行器发动机单通道换热装置评价。该装置的反应段为Φ3
×
0.5mm的1m长的高温镍铬合金管道，考虑到金属的催化作用，在实验前对管道进行高温钝化(温度在800℃以上)。在实验过程中，燃料以1g/s的质量流速经高压恒流泵注入反应管道，通过背压阀控制体系进口压力为3.5MPa。反应管道以直流电的形式进行加热，出口油温经热电偶实时监测，达到设定温度并稳定运行两分钟后，在一定时间内通过气液分离器收集液相、气相产物。在实验过程中，加热管道所需的电流、电压，压力、出口油温、壁温由装置控制系统实时记录。
[0031]聚缩水甘油类超支化聚合物(HPG)制备
[0032]三颈烧瓶经过烘箱干燥后取出，加入1.68g三羟甲基丙烷作为引发剂，加热至75℃使其溶解，溶解的同时通过抽真空
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善燃料氧化与裂解性能的功能性大分子，其特征在于，所述的功能性大分子的核心为聚缩水甘油，末端为长链烷基或受阻酚结构，数均分子量分布为5,000～50,000。2.根据权利要求1所述的改善燃料氧化与裂解性能的功能性大分子，其特征在于，所述的功能性大分子通过聚缩水甘油与棕榈酸和3
‑
(3，5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸，进行缩合反应得到。3.一种权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋朋飞，糜基，方文军，郭永胜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：