KR0156372B1 - 겔상 알코올 연료 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 겔상 알코올 연료에 대하여 장기보존성이 우수하고, 유독가스를 발생하지 아니하며, 연소지속시간이 길고, 또한 겔상의 형성이 안정하고, 제조공정상 위험이 없음과 함께 완전 연소로 높은 열량을 갖게 하는데 적합한 겔상 알콜연료의 조성과 그 제조방법에 관한 것으로, 저급알코올, 폴리옥시에틸렌 알킬아민의 제 3차 아민의 비이온 활성제(또는 여기에 2차아민과 폴리비닐알코올중 선택한 1종이상), 아크릴다가산 중합체와 중화증점제, 규산화합물, 물로 조성된 연료 조성물로 되고, 저급알코올에 아크릴다가산 중합체와 중화점중제를 가하여 40-45℃에서 용해시키는 제1 단계, 물자 저급알코올과 폴리옥시에틸렌 알킬아민의 용액(또는 여기에 제 2차 아민과 폴리비닐 알코올중 1종 이상)을 혼합한 용액을 상기한 제1 단계의 용액에 혼합하여 점성겔을 얻는 제2단계, 상기 단계에서 얻어진 점성겔에 규산화합물을 가하여 교반하는 단계로 이루어진 겔상 알코올 연료의 제조방법에 관한 기술이다.

Description

겔상 알코올 연료 조성물 및 그 제조방법

본 발명은 겔상 알코올 연료의 조성물과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장기보존성이 우수하고, 유독가스를 발생하지 아니하며, 연소지속시간이 길고, 또한 겔상의 형성이 안정하고, 제조공정상 위험이 없음과 함께 완전 연소로 높은 열량을 갖게 하는데 적합한 겔상 알콜 연료에 관한것이다.

종래의 알코올 연료는 유독가스 발생, 저장도중 안정성 결여, 짧은 연소지속시간 및 연소시 액화로 인한 취급 부주의 시의 화재의 위험등 여러가지 문제점을 가지고 있었고, 이를 대체할 수 있는 것으로는 파라핀계 고체연료가 사용되고 있기는 하나, 이것 역시 연소시 파라핀이 액화되어 연소함으로 악취가 나고 취급 부주의나 엎질러질 경우 화재의 위험성이 매우 크고 고체상이기 때문에 편리할것 같으나 그 용도가 한정되는 결점을 가지고 있었다.

종래의 알코올로 조성된 이러한 연료는 위와 같은 문제점을 내포하고 있기 때문에 적당한 유동성을 가짐과 동시에 연소시 승화됨으로 직접 연소할 수 있는 반고체상 겔화연료의 개발이 요망되어 왔다.

즉 알코올류를 겔화시킨 교질상 연료는 고체상 또는 액상연료와는 달리 용기파손이나 취급 부주의 또는 엎질러질 경우에도 점결성이 있어서 쉽사리 유출되는 일이 없어서 화재의 위험성이 없다는 점에서 널리 이용되고 있다.

이러한 겔상 알코올 연료는 유동성이 극히 적어 종래의 액상 연료 또는 고체상 연료가 가진 문제점을 어느정도 까지는 해결이 가능하였다.

예컨대 알코올의 겔화 방법으로는 고급 지방산염 또는 디벤질리덴 소르비톨, 니트로셀룰로스, 아크릴산 중합체등을 이용하는 것이 있으나, 고급 지방산염 또는 디벤질리덴 소르비톨을 사용한 연료는 거의 고체상의 것이 되고, 특히 고급 지방산염의 경우는 금속함량이 많아서 대기중의 수분의 영향을 많이 받아 소요의 열량을 얻을 수 없고 연소 후의 회분이 많아 실용적 가치가 없다.

니트로셀룰로스를 사용한 경우에는 이 물질 자체가 가열이나 충격에 민감한 폭발물이기 때문에 극히 위험하고, 여름철에 자연분해로 분해열에 의한 발화 내지는 폭발의 위험성이 항상 있기 때문에 제조시나 연료로 사용시 극히 주의를 해야한다는 문제점을 가지고 있다.

그리고 다가아크릴산 중합체와 폴리비닐카르복시레이트는 향장품 원료로 사용되어 양호한 점성겔을 형성한다는 점에서 이를 첨가성분으로 하는 겔상연료 제조에 사용되고 있기는 하나, 이 물질을 사용하여 겔상 알코올 연료를 제조할 경우 암모니아, 트리에탄올아민, 디에틸아민등의 제 3차, 제 2차 아민과 같은 저분자량의 단순 유기아민계 염기를 중화증점제로 반드시 사용해야 한다는 제약점 있고, 이들이 저분자량이 때문에 겔상 알코올 연료의 안정성이 부족하고 연소시 유독가스가 발생하고, 그 증기는 피부를 자극하여 염증을 유발하므로 겔상 알코올 연료 제조시나, 이러한 연료의 취급시에는 항상 주의 해야 한다는 결점이 있었다.

특히 열량이 낮은 메틸알코올을 주성분으로한 겔상연료에 있어서 열량을 증가시키기 위해 연소열이 큰 탄소원자수가 2개 이상인 알코올을 혼합하여 겔화시켜야할 경우에 있어서는 저분자량의 단순 알킬아민을 중화증점제로 첨가하면 겔형성 능력이 불량할뿐만 아니라 생성된 겔은 고온에서 일부가 파괴되는 결점을 가지고 있다.

한편 본 발명자는 국내 특허공보 제 93-10572호를 제안 하므로써 상기한 문제점을 어느 정도 해소 하도록 한바 있으나, 겔상 알코올 연료가 연소시 피막이 형성되어 불완전 연소가 생기며, 끝까지 연소시 그을음이 나거나, 연소된 피막이 용기에 붙어서 잘 떨어지지 않고, 겔상을 형성하는 힘이 약하고, 열량이 약간 떨어지는등의 현상이 나타난다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 상기 특허로 제안된 조성과 다른 조성물을 혼합하므로써, 고점도의 겔상 형성을 비롯하여 연소시 피막이 형성되지 않아 완전 연소가 가능하고, 높은 열량을 갖을 수 있는등의 특성을 갖는 겔상 알코올 연료 조성물과 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적 달성을 위한 본 발명의 첫번째 목적은, 탄소원자수가 1-6인 저급알코올 73-96 중량부, 알킬그룹의 탄소원자수가 12-16인 폴리옥시에틸렌 알킬아민등의 제 3차 아민의 비이온 활성제(또는 여기에 알킬탄소원자수가 3-8의 2배수 이성체인 제 2차 아민과 폴리비닐알코올중 선택한 1종이상 혼합) 0.2-2.5중량부, 중합도가 4000-5000인 아크릴다가산 중합체와 중화증점제가 혼합된 0.3-3.5중량부, 규산화합물 0.03- 0.8중량부, 물 5-25중량부로 되어있는 겔상 알코올 연료 조성물로 구성된다.

본 발명의 두번째 목적은, 탄소원자수가 1-6인 저급알코올에 중합도가 4000-5000인아크릴 다가산 중합체와 중화 점증제를 가하여 40-45℃에서 용해시키는 제1 단계, 물과 탄소원자 수가 1-6인 저급 알코올과 알킬그룹의 탄소원자수가 12-16인 제 3차 아민의 비이온 활성제(또는 여기에 알킬탄소 원자수 3-8의 2배 이성체 제 2차 아민과 폴리비닐 알코올중 선택한 1종이상 혼합)을 혼합한 용액을 상기한 제1 단계의 용액에 혼합하여 점성겔을 얻는 제2 단계, 상기 단계로 얻어진 점성겔에 규산화합물을 가하여 교반하는 단계로 이루어지는 겔상 알코올 연료의 제조 방법으로 구성된다.

상기한 두번째 목적을 위한 제조방법에서의 각 조성에 대한 조성비는 첫번째 목적을 위한 조성물의 조성비로 한다.

본 발명에서 사용된 각 첨가성분에 대하여 설명한다.

본 발명에서 첨가되는 각 첨가성분은 중량부이다.

저급 알코올은 탄소원자수가 1-6인 것으로서, 그 예로서 메틸알코올, 에틸알코올, 노르말프로필알코올, 이소프로필알코올, 제2 아밀알코올, 제2 부틸알코올, 제3 부틸알코올, 노르말아밀알코올, 이소아밀알코올, 제2 아밀알코올, 제3 아밀알코올, 노르말헥실알코올 중에서 선택한 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 이들중 바람직하게는 메틸알코올과 이소프로필알코올 또는 그들의 혼합물이다.

그 첨가량은 겔상 알코올 조성물 전체 중량에 대하여 73-96부이며, 바람직하게는 74.5-95.07 부이다.

본 발명의 알킬그룹의 탄소원자수가 12-16인 폴리옥시에틸렌알킬 제 3차 아민의 비이온활성제에 속하는 것으로는 폴리옥시에틸렌 라우릴아민, 폴리옥시에틸렌 스테아릴차민, 폴리옥시에틸렌 올레일아민, 폴리옥시에틸렌 코코아민, 폴리옥시에털렌 타로우아민 중에서 선택한 1종이상 사용한다.

그 첨가량은 조성물 전체 중량에 대하여 0.2-2.5부이고, 바람직하게는 0.4 - 2.0부이다.

이때 첨가량이 0.2부 이하가 되면 충분한 점도 효과를 얻을 수 없고, 첨가량이 2.5부이상이 되면 보관중 겔이 고화되거나 연소후 전류물이 다량 생성되는 결점이 나타난다.

또한 상기 탄소원자수가 12-16인 고급 아민류에 산화에틸렌을 부가 중합시키면 아민의 고유한 독성이 감소되고 분자중에 황, 인, 금속등을 함유하지 아니하는 폴리옥시에틸렌환을 가진 화합물은 연소시 유해가스를 발생하지 않게 된다.

알킬탄소원자수 3-8의 2배수의 제 2차 아민에 속하는 것으로는 디프로필아민, 디이소프로필아민, 디부틸아민, 디이소부틸아민, 에틸1.2디메틸프로필아민, 디(2에틸헥실)아민, 노르말메틸아민, 디노르말옥틸아민, 디벤질아민 중에서 선택한 1종이상 사용할 수 있다.

이와 같은 제 2차 아민 또는 폴리비닐 알코올은 선택하거나 이들을 혼합하여 상기의 제 3차 아민의 비이온 활성제와 같이 사용할 수 있다.

본 발명은 중합도가 4000-5000인 아크릴다가산 중합체와 중화점증제의 혼합 첨가량은 조성물 전체중량에 대하여 0.3 - 3.5부, 바람직하게는 0.5 - 3.0부이다.

이때 0.3부 이하가 되면 점도가 너무 낮아 겔화가 되지 않고, 3.5부 이상이 되면 용해분산이 어려워지고 겔의 점도가 너무 높아져서 용기에 충진시 어려움이 있게된다.

상기한 중화점증제로서는 폴리비닐카르복실레이트, 폴리부타디엔카르복실산, 카르복실메틸셀룰로스, 다가고급 지방산염 중에서 1종 이상 사용할 수 있다.

본 발명은 연소시 소리 파열음과 불꽃 튕김을 방지하기 고흡유량(1.5- 5ml/g)의 규산화합물을 미량분산 시켜준다.

규산화합물은 규산칼슘과 무수규산을 중량비로 1:1 - 1:3 바람직하게는 1:1로 혼합한 것으로, 그 첨가량은 조성물 전체중량에 대하여 0.03-0.8부, 바람직하게는 0.03-0.5부이다.

이때 0.3부 이하가 되면 연소시 불꽃 튕김 억제효과가 전혀 없거나 감소하게 되고, 0.8부 이상이 되면 불꽃 튕김 억제효과를 나타내지 않고, 오히려 열량을 감소시키는 등의 부작용이 있다.

그리고 물은 전체 조성물 중량에 대하여 5.0 - 25부 사용한다.

그 첨가량이 5.0부 이하가 되면 생성된 겔이 불안정하거나 겔형성 능력의 저하로 겔화제의 증량을 필요로 하게되고, 첨가량이 25부 이상이 되면 열량감소를 초래하게 된다.

기타 필요에 따라 착색제, 향료 등을 첨가하는데 그 첨가량은 조성물 전체 중량에 대하여 0.05-0.2부가 적당하다.

이와같은 본 발명의 연료 조성물은 무독성인 폴리옥시에틸렌 알킬 제 3차 아민의 비이온 활성제, 또는 탄소원자수 3-8의 2배수 제 2차 아민, 폴리비닐알코올을 중화점증제로 사용하여 겔화시킨 것이기 때문에 종래의 단순 알킬아민계 중화증점제를 사용한 것에 비하여 유해성 가스발생이 없고, 제조공정상 위험이 없으며, 저장 안정성이 우수하고, 연소시 불꽃이 튀는 일이 없으며, 연소지속시간이 길고, 완전연소로서 열량이 높은 등의 우수한 겔상 알코올 연료를 얻을 수 있다.

다음은 실시예에 따라 설명한다.

[실시예 1]

아크릴다가산 중합체(중합도5000) 0.7중량부에 메틸이소부틸케톤 4중량부를 가해 교반 하면서 40-45℃에서 15분 가열하여 용해시킨후 여기에다 물 20중량부, 이소프로필알코올 74.2 중량부 폴리옥시에틸렌 라우릴아민 1.0 중량부로된 균질 알코올용액을 가하여 실온에 30분 동안 혼합하여 거의 투명한 점성겔을 얻었다.

이렇게 얻은 점성겔에 규산화합물(규산칼슘 : 무수규산 = 1:1) 0.1중량부를 가하고 실온에서 10분 동안 교반, 혼합하여 본발명의 겔상 알코올 연료를 제조하였다.

[실시예 2]

폴리비닐카르복시레이트(중합도 4000-5000) 0.7중량부에 메틸에틸케톤 4중량부를 가해 교반하면서 40-45℃에서 15분간 가열하여 용해시킨 다음 계속 교반하면서 여기에다 물 10중량부, 메틸알코올 41중량부, 이소프로필알코올 43.6중량부, 디이소부틸아민 0.6중량부의 알코올 균질용액을 가한것 외에는 실시예 1의 방법과 동일하게 실시하여 겔상 알코올 연료를 제조하였다.

[실시예 3]

폴리부타디엔카르복실산 0.7중량부를 메틸이소부틸케톤 4중량부와 교반하면서 40-45℃에서 15분간 가열 용해하여 이것에 물 10중량부와 메틸알코올 84.6중량부, 폴리옥시에틸렌 스테아릴아민 0.6중량부를 가해 균일하게 교반하는것 이외는 실시예 1의 방법과 동일하게 실시하여 겔상 알코올 연료를 제조하였다.

[실시예 4]

다가지방산염 1.0중량부를 메틸레틸케톤 6.0중량부에 가하여 40-45℃에서 15분간 교반하여 용해한 다음 계속하여 교반하면서 물 10중량부, 메틸알코올 37.9중량부, 이소프로필알코올 35중량부, 폴리비닐알코올( 10% 수용액) 10중량부를 가해 실온에서 균일하게 교반하는것 이외에는 실시예 1의 방법과 동일하게 실시하여 반고상(하드겔상) 연료를 제조하였다.

상기한 실시예에서 제조한 겔상 알코올 연료를 소형용기에 충전한 후 저장 안정성과 연소성을 시험하였다.

그 결과 하기 표 1 및 표 2와 같이 나타났다.

이상의 표 1 및 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 종래 제품에 비하여 본 발명에 의한 젤리상의 알코올 연료는 장기간 보관후에도 겔의 안정성이 그대로 유지되고 위험성이 없으며 또한 열량이 좋음을 알 수 있다.

Claims (9)

1. 탄소원자수가 1-6인 저급알코올 73-96 중량부, 알킬그룹의 탄소원자수가 12-16인 폴리옥시에틸렌 알킬아민 등의 제 3차아민의 비이온 활성제(또는 여기에 알킬탄소원자수가 3-8의 2배수 이성체인 제 2 차아민과 폴리비닐알코올 중 선택한 1종 이상혼합)0.2-2.5 중량부, 중합도가 4000-5000인 아크릴다가산 중합체와 중화증점제가 혼합된 0.3-3.5 중량부, 규산화합물 0.03 - 0.8 중량부, 물 5-25 중량부로 조성된 것임을 특징으로 하는 겔상 알코올 연료 조성물.
2. 제1항에 있어서, 저급알코올이 메틸알코올, 에틸알코올, 노르말프로필알코올, 이소프로필알코올, 노르말부틸알코올, 이소부틸알코올, 제 2부틸알코올, 제 3부틸알코올, 노르말아밀알코올, 이소아밀알코올, 제 2아밀알코올, 제 3아밀알코올, 노르말헥실알코올 중에서 선택한 1종 이상이고, 폴리옥시에틸렌 알킬아민이 폴리옥시에틸렌 라우릴아민, 폴리옥시에틸렌 스테아릴아민, 폴리옥시에틸렌 올레일아민, 폴리옥시레틸렌 토토아민, 폴리옥시에틸렌 타로우아민 중에서 선택한 1종 이상이고, 알킬탄소원자수 3-8배수 이성체인 제 2차아민이 디프로필아민, 디이소프로필아민, 디부틸아민,디이소부틸아민, 에틸 1,2 디메틸프로필아민, 디(2에틸헥실)아민, 노르말메틸아민, 디노르말옥틸아민, 디벤질아민 중에서 선택한 1종이상 이고, 중화점증제가 폴리비닐타르복시레이트, 폴리부타디엔카르복실산, 카르복실메틸셀룰로스, 다가고급지방산염 중에서 선택한 1종 이상인 것임을 특징으로하는 겔상 알코올 연료 조성물.
3. 제1항에 있어서, 메틸알코올과 이소프로필알코올인 저급알코올의 혼합물이 74.5-95.07 중량부 이고, 폴리옥시에틸렌 알킬아민(여기에 제 2차아민과 폴리비닐알코올 중에서 1종 이상 혼합)이 0.4 - 2.0중량부인 것임을 특징으로 하는 겔상 알코올 연료 조성물.
4. 제1항에 있어서, 아크릴다가산 중합체와 중화점증제인 폴리비닐카르복시레이트, 폴리부타디엔카르복실산, 카르복실메틸셀룰로스,다가고급지방산염, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 중에서 선택한 1종 이상을 혼합한 혼합량이 0.5- 3.0 중량부인것임을 특징으로 하는 겔상 알코올 연료 조성물.
5. 제1항에 있어서, 규산화물은 흡유량이 1.5 - 5 ml 이고, 규산칼슘과 무수규산의 1:1 - 1:3 중량비 혼합물이며, 그첨가량이 0.03 - 0.5 중량부인 것임을 특징으로 하는 겔상 알코올 연료 조성물.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 메칠알코올과 이소프로필알코올의 혼합물이 92.0 - 92.5 중량부이고, 폴리옥시에틸렌 라우릴아민 또는 폴리옥시에틸렌 스테아릴아민과 제 2차아민인 디이소부틸아민의 혼합물이 0.9- 1.중량부이고, 중합도가 4000 -5000 인 아크릴다가산 중합체와 중화점증제 중에서 선택한 1종이상 혼합한 혼합물이 0.7 중량부 이하 이고, 규산화합물이 0.1 중량부 이고, 물이 25중량부인 것임을 특징으로 하는 겔상 알코올 연료 조성물.
7. 탄소원자수가 1-6인 저급알코올에 중합도가 4000-5000인 아크릴 다가산 중합체와 중화점증제(폴리비닐타르복시레이트, 폴리부타디엔카르복실산, 카르복실메틸셀룰로스, 다가고급지방산염, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 중에서 선택한 1종이상)를 가하여 40-45℃에서 용해시키는 제 1 단계, 물과 탄소원자수가 1-6인 저급알코올과 폴리옥시에틸렌알킬아민의 용액(또는 여기에 알킬탄소원자수 3-8의 2배 이성체인 제 2 차아민과 폴리비닐알코올중 1종이상 혼합)을 혼합한 용액을 상기한 제 1단계의 용액에 혼합하여 점성겔을 얻는 제 2단계, 상기 단계에서 얻어진 점성겔에 규산화합물을 가하여 교반하는 단계로 이루어진 것임을 특징으로 하는 겔상 알코올연료의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 폴리옥시에틸렌 알킬아민은 탄소원자수가 12-16인 알킬그룹의 폴리옥시에틸렌 라우릴아민, 폴리옥시에틸렌 스테아릴아민, 폴리옥시에틸렌 올레일아민, 폴리옥시에틸렌 토토아민, 폴리옥시에틸렌 타로우아민 중에서 선택한 1종 이상 이고, 알킬탄소원자수 3-8배수 이성체인 제 2차아민이 디프로필아민, 디이소프로필아민, 디부틸아민, 디이소부틸아민, 에틸1,2디메틸프로필아민, 디(2에틸헥실)아민, 노르말메틸아민, 디노르말옥틸아민, 디벤질아민 중에서 선택한 1종 이상인 것임을 특징으로 하는 겔상 알코올 연료의 제조방법.
9. 제7항에 있어서, 규산화합물이 규산칼슘과 무수규산의 1:1 - 1:3의 중량비 혼합물인 것임을 특징으로 하는 겔상 알코올 연료의 제조방법.