KR100345800B1 - 폐식용유를 원료로 하는 비누의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소디움 세스퀴 실리케이트를 비누화제로 하여 폐식용유를 원료로하는 비누의 제조방법에 관한 것이다.

소디움 세스퀴 실리케이트는 유독물질이 아니면서 상온, 상압하에서 가열하지 않고도 폐식용유를 용이하게 비누화 시켜주는 성질이 있어 가정에서 취급이 용이하고 수퍼마켓과 같은 가정용품 판매점에서 판매되는데 제한이 없어 가정주부도 쉽게 폐식용유로 비누를 제조할 수 있어 폐식용유를 재활용하는데 기여할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐식용유를 원료로 하는 비누의 제조방법{Soap manufacturing method from the rancid oil}

본 발명은 소디움 세스퀴 실리케이트(Sodium Sesqui Silicate : Na₆Si₂O₇·XH₂O)를 비누화제(Saponifier)로 하여 폐식용유를 원료로 하는 비누의 제조방법에 관한 것이다.

지방산(Fatty acid)의 금속염을 비누(Soap)라고 하는데 일반 가정에서 사용하는 세정용 비누는 가성소다 같은 알카리제와 지방산을 검화(Saponification)시켜 제조되는 알카리 비누이며 비누화 반응에 사용되는 약제를 검화제 또는 비누화제(Saponifier)라 한다.

현재 알카리비누의 비누화제로서는 가성소다(NaOH), 가성카리(KOH), 탄산소다(Na₂CO₃), 탄산카리(K₂CO₃) 등이 있으며 그중 대표적인 것이 가성소다이다.

한편 각 가정 및 업소에서 소량씩 배출되는 폐식용유는 소량인 관계로 하수로 방류하는 경우가 많으며 이는 하천의 오염원이 되어 환경파괴의 큰 원인이 되고 있는 실정이다. 또 다른 방법으로 폐식용유를 마른헝겊이나 종이에 흡수시켜 폐기물로 처리하는 경우도 있으나 이는 자원의 재활용차원에서 좋은 방안이라 볼 수 없다. 최근에는 환경오염을 방지하고 자원을 재활용하고저 하는 취지에서 환경단체 및 사회단체가 주관이 되어 가정에서 소량씩 배출되는 폐식용유로 비누를 제조하여 사용하자는 운동이 활발하게 진행되고 있다.

가정이나 업소에서는 대두유(大豆油), 미강유, 면실유(綿實油), 옥수수기름(Corn oil : 이하 콘유라 한다), 올리브유, 야자유, 팜유 등의 식물성 기름(植物性油)을 식용유로 사용하고 있는데 그중 대표적인 것이 대두유와 콘유이다.

상기 식물성유들은 미리스트산(Myristic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아린산(Stearic acid), 아라키드산(Arachidic acid)과 같은 탄소수 14~20의 탄화수소 포화지방산과 오레인산(Oleic acid), 리놀산(Linolic acid), 리노레이산(Linolenic acid)과 같은 탄소수 16~18의 탄화수소 불포화 지방산의 혼합물로 구성되어 있다.

이들 식물유를 가정에서 튀김 등에 사용하거나 장기 보관하게 되면 공기중의 효소, 습기, 열, 일광(日光), 세균 등의 작용에 의하여 불쾌한 냄세가 나면서 색상이 변화하게 되며 이러한 현상을 산패(Rancidity)라고 하는데 지방산이 산패되면 식물성유의 불포화 결합이 산화분해되어 휘발성의 알데히드와 케톤으로 변화되면서 카보닐 화합물을 함유하게 되고 이 카보닐 화합물이 불쾌한 냄세의 주원인이 되고 있는 것으로 알려져 있다.

본 발명에서 폐식용유란 산패된 식물성 식용유(Rancid oil)를 말하는 것이다.

종래 식용유를 원료로하여 비누를 제조하는 방법으로 가장 잘 알려져 있는 방법은 가성소다로 비누화시켜 주는 방법이 있으나 5중량% 이상의 가성소다를 함유하는 물질은 유해화학 물질관리법에 의거 유독물질로 분류되어 생산, 유통, 판매에 제한을 받고 있으며 가정용 세제와 같이 주부를 상대로 하는 슈퍼마켓이나 일반 시장에서는 판매될 수 없어 주부들이 용이하게 구입할 수 없을 뿐만 아니라 취급부주의로 눈, 피부에 접촉시 열화상에 의한 피부의 손상을 일으키며, 눈에 접촉시 실명의 우려까지 있다. 물과 반응시에는 순간적으로 심하게 발열하므로, 취급의 위험성이 있다. 또한 상온에서는 비누화 반응이 느리게 진행되므로 가열하여야 하는 불편이 있으며 이러한 방법으로 제조한 비누는 반응후에도 굳어지는 시간이 오래 걸리기 때문에 비누제조에 많은 시간이 소비되므로 가정에서 주부들이 비누제조를 기피하는 한 요인이 되고 있다.

이에 대응하기 위하여 가성소다를 사용하지 않거나 5중량% 이하의 가성소다를 함유하는 폐식용유용 비누화제 조성물이 알려진 바 있다. 예를들면 폐식용유에 가성소다 수용액과 저급알콜의 혼합용액을 가하여 비누화 시킨후 진공건조시켜 비누를 제조하는 방법이 제안된바 있으나(대한민국 특허공고 96-4493호) 이는 유독물질인 가성소다와 고가의 알콜을 사용한다는 단점과 비누를 단단하게 성형시켜 주기 위해서 필수적으로 진공건조시켜 주어야 한다는 문제가 있다.

그밖에 폐식용유에 올소규산나트륨 또는 메타규산나트륨과 알콜을 가한 후 가열하여 비누를 제조하는 방법이 알려져 있다.(일본 특개평 6-207200호)

이 방법에서 올토규산나트륨과 메타규산나트륨의 비누화 반응온도가 90℃이상이므로 상온에서는 반응이 진행되지 않아 가열해 주어야 하며 또한 반응시간의 단축을 위해서 알콜을 사용하여야 한다.

그밖에도 다양한 알카리금속염, 탄산소다, 인산염, 계면활성제 등으로 구성된 폐식용유용 비누화제들이 제안된바 있으나 이들은 가성소다의 함량이 낮거나 비누화 반응조건이 까다로워 사용이 불편하고 만족할 만한 비누화제의 역할을 못하기 때문에 이를 사용하여 제조된 비누의 세탁력, 보존성이 떨어지는 단점이 있어 폐식용유를 비누로 재활용하는 운동이 주부들에게 호응받지 못하고 있는 실정이다.

이에 본 발명자들은 화학적 지식이 없는 일반인등이 언제 어디서나 안전하게 사용할 수 있고, 짧은 시간에 비누를 제조할 수 있는 비누화제를 얻기 위하여 다방면으로 연구하던 중 상온, 상압에서 누구나 쉽게 비누를 만들 수 있는 비누화제를 알아낼 수 있었다.

본 발명자들은 가정에서 소량씩 배출되는 폐식용유를 비누제조용 원료로 재활용 함에 있어서, 전문가가 아닌 사람도 쉽게 취급할 수 있을 정도로 안전하면서도 가정주부도 쉽게 비누를 제조할 수 있는 비누화제를 개발하고저 연구하던 중 소디움 세스퀴 실리케이트가 상온, 상압 하에서도 폐식용유를 쉽게 비누화 시키는 특성이 있음을 알아 내어 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 폐식용유를 비누화 함에 있어서, 가성소다와 같은 유독물이 아니면서 상온·상압하에서 별도의 가열공정없이 용이하게 비누화 반응을 일으키는 소디움 세스퀴 실리케이트 비누화제로 하는 비누의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 비누화제를 사용하여 제조된 비누는 세척력도 매우 우수한 특성이 있다.

본 발명에서 비누화제로 사용되는 소디움 세스퀴 실리케이트(Sodium Sesqui Silicate)는 다음 구조식(Ⅰ)로 표시되는 화합물이다.

Na₆Si₂O₇·XH₂O ……(Ⅰ)

상기식에서 X는 4~6이다.

세스퀴(Sesqui)란 원소의 화합비율(몰비)이 3대 2란 의미의 화학용어이다.

소디움 세스퀴 실리케이트(이하 3S-스리에스라 한다)는 백색, 수용성 분말형태의 기존 화학물질로서 일부 금속세정에 사용되고 있는 물질이다.

그러나 이 물질이 비누화제로 이용되거나 사용된 바는 없다.

3S는 다음의 방법으로 제조된다.

Na₂O와 SiO₂의 몰비가 1.5:1이 되도록 가성소다와 규산소다(Na₂SiO₃)를 반응기에 넣고 120~150℃에서 30~60분간 교반하면서 반응시킨 후 반응액을 농축조에서 300~400℃에서 2시간 정도 농축시키면 괴상의 3S가 얻어지며 이를 분쇄하여 분말로 만들어 주면 본 발명에서 사용되는 3S가 얻어진다.

규산염은 일반적으로 Ca²⁺, Mg²⁺이온등이 함유되어 있는 경수를 연화하여 세척성을 높이는 작용과 비누로 세탁시 세탁에 알맞는 pH를 조절하여 세탁이 잘 되게하는 완충작용을 하는 첨가제로 널리 쓰인다. 이러한 용도의 규산염으로서 비교적 구입이 용이한 메타규산소다, 올소규산소다, 이규산소다, 사규산소다 등이 사용되고 있으나 규산염 중 특정한 구성을 하고 있는 소디움 세스퀴 실리케이트는 일반 공업용으로 잘 사용되지 않는 물질이므로 이러한 첨가제로 사용되고 있지 않다.

경수연화작용과 완충작용을 위한 세제의 첨가제로 탄산나트륨이나 인산염 등도 쓰이나 탄산나트륨은 경수연화능력은 뛰어나나, 비누제조시 비누표면에 탄산나트륨의 백색 분말이 석출하는 단점이 있고, 세척력 향상에는 별 도움을 주지못한다. 인산염은 경수연화, 완충작용에 모두 뛰어난 효과를 발휘하나 수질의 부영양화에 의한 오염의 원인이 되고 있어 현재는 사용량이 감소하는 추세이다.

3S를 원료로 재활용 비누를 제조하면 3S 자체가 일반 규산염의 역할도 하므로 별도의 첨가제 없이도 경수의 연화작용과 완충작용을 갖기 때문에 세척성이 우수하며, 상온에서도 비누화 반응이 잘 일어나므로 비누화시간이 짧고, 또한 환경오염을 줄일 수 있는 잇점을 갖고 있다.

3S로 제조한 비누는 pH가 10.0~10.5를 유지하여, 가성소다로 제조하는 경우보다 pH가 낮아 우수한 세척력을 갖는 pH 범위를 안정적으로 나타낸다.

본 발명의 3S가 폐식용유와 상온에서도 비누화 반응을 잘 일으키는 이유는 가성소다 보다는 알카리도가 낮으나 여타의 규산소다 보다는 알카리도가 높은데 그 이유가 있는 것으로 추정된다.

3S로 재활용비누를 제조할 때 물사용량은 조성물의 약 1.2~1.4배가 바람직하다. 1.2배 미만일 경우는 조성물을 용해하는데 어려움이 있고, 1.4배를 초과할 경우는 비누화 시간이 길어지며 제조된 비누의 경도가 낮아 사용하기에 적합하지 않은 상태로 된다.

또한, 3S로 제조한 고체비누를 일정량의 물에 넣고 끓여주면 세탁용으로 사용이 손쉬운 물비누로도 제조가 가능하다. 가루비누 형태로 제조하고 싶을때는 비누제조시 3S 외에 탄산나트륨(Na₂CO₃)을 전체중량% 20~40%를 첨가하여 비누화 시킨 다음 분쇄기에서 분쇄하면 좋은 가루비누를 제조할 수 있다.

실시예

<3S의 제조>

1ℓ비이커에 50% 수산화나트륨(NaOH) 780g과 규산소다(규산소다 3호) 860g을 넣고 120~150℃로 가열하여 30~60분 동안 반응을 완료시킨 후, 반응액을 농축조에 옮겨, 300~400℃를 유지하면서 2시간 동안 가열하여 괴상의 3S를 얻고 이를 분쇄하여 분말상의 3S 1000g을 얻었다.실시예 1

불순물을 여과 제거한 후 140~150℃로 끓여서 수분을 제거한 폐식용유 1ℓ에 소디움 세스퀴 실리케이트 282g을 물 300, 350, 400, 450, 500ml에 녹인 소디움 세스퀴 실리케이트 수용액을 가하여 비누를 제조하였다. 결과를 표 1에 나타내었다. 소디움 세스퀴 실리케이트 282g을 물 300ml에 녹이면 48%의 수용액이 되며 500ml에 녹이면 36%의 수용액이 된다.

시료구분	①	②	③	④	⑤
물사용량(ml)	300	350	400	450	500
3S(g)	282	282	282	282	282
폐식용유(ml)	1000	1000	1000	1000	1000
비누화시간(min)	60	60	60	120	120
외관(3일경과후)	단단함	부드러움	부드러움	무름	무름

비교예 1

불순물을 여과제거한 후 140~150℃로 끓여서 수분을 제거한 폐식용유 1ℓ에 3S 282g과 물 350ml를 사용하였고, 다른 하나는 가성소다(98%) 167g과 물 280ml를 사용하여 비누를 제조하였다. 140RPM의 교반속도로 교반하여 비누를 제조한 결과를 표 2에 표시하였다.

	3S	가성소다
비누화시간(min)	60	120
외관(3일경과후)	부드러움	단단함
pH	10.3	11.0
냄새	***	**
색상	갈색	황백색
세척력	+2	0
표시예)* 냄새 실험은 5명이 각각의 제품냄새를 맡아 이취정도를 평가하였다.냄새평가 *** : 거의안남, ** : 약간남, * : 많이남* 세척력 실험 및 평가는 KS M 2752에 따름표준시료는 가성소다로 제조한 비누를 사용하였음.세척력평가 -2 : 뚜렷이 나쁜 경우, -1 : 조금 나쁜 경우,0 : 거의 차이가 없는 경우+1 : 약간 좋은 경우, +2 : 뚜렷이 좋은 경우

규산소다는 방향족 화합물을 고정시켜주는 성질이 있는 것으로 알려져 있으며 이 규산소다가 폐식용유중의 방향족 화합물이 내는 나쁜 냄새를 덜나게 하는 것으로 추정된다.

소디움 세스퀴 실리케이트를 폐식용유를 원료로하는 비누화제로 사용하면 가정주부도 가정에서 폐식용유로 비누를 쉽게 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한 소디움 세스퀴 실리케이트는 유독물질이 아니어서 취급이 용이하고 수퍼마켓과 같은 가정용품 판매점에서 판매되는데 제한이 없어 가정주부들이 쉽게 폐식용유를 비누로 재활용하는데 크게 기여할 수 있다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 폐식용유를 원료로 하는 비누의 제조방법에 있어서, 수분을 제거한 폐식용유 1ℓ에 40~45%의 소디움 세스퀴 실리케이트 수용액 0.4~0.5ℓ를 가하여 상온 상압하에서 비누화 반응시키는 폐식용유를 원료로 하는 비누의 제조방법.