KR100721602B1

KR100721602B1 - 바이오디젤 생산시 생성되는 증류 잔유물을 이용한 수용성절삭유 조성물

Info

Publication number: KR100721602B1
Application number: KR1020060082712A
Authority: KR
Inventors: 김광순; 차재민
Original assignee: 주식회사 한국하우톤
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2007-05-23

Abstract

본 발명은 바이오디젤 생산시 생성되는 증류잔유물을 윤활기유로써 5 ∼ 80 중량％ 및 이온교환수 0 ∼ 55 중량％에 첨가제 10 ∼ 60 중량％를 첨가하여 제조되는 수용성 절삭유 조성물에 관한 것이다.

바이오디젤, 증류잔유물, 수용성 절삭유, 조성물

Description

바이오디젤 생산시 생성되는 증류 잔유물을 이용한 수용성 절삭유 조성물{Composition of water soluble cutting Fluids Used From Distilled Dregs Come From Bio Diesel Production}

본 발명은 금속의 절삭 가공 및 연삭 가공에 관한 수용성 절삭유에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바이오디젤 생산시 생성되는 증류잔유물을 윤활기유로써 5 ∼ 80 중량％ 및 이온교환수 0 ∼ 55 중량％에 첨가제 10 ∼ 60 중량％를 첨가하여 제조되는 수용성 절삭유 조성물에 관한 것이다.

윤활기유를 가지는 절삭유의 종류는 Emulsion type 절삭유와 Semi-synthetic type 절삭유로 구분된다. 절삭유는 금속의 절삭, 연삭 가공 과정에서 가공을 돕기 위해 사용되는 유제를 한다. 절삭유의 기능은 절삭공구와 가공 금속간의 마찰을 줄이고, 마멸과 마모를 감소시키며, 가공표면의 특성을 좋게 하고, 표면에 유착되거나 녹아 붙는 것을 줄이며, 발생되는 열을 제거하여 열에 의한 변형을 방지하고, 가공 시에 발생되는 Chip 과 잔류물 등을 씻어 내는 것이다. 이러한 절삭유의 기유로서 통상 원유 정제공정 중 가장 마지막 공정에서 생산된 석유계 탄화수소 윤활기유를 주로 사용하여 왔다. 그러나, 상기와 같은 절삭유는 환경손상을 가져올 수 있 으며, 상기와 같은 절삭유를 사용하는 사람의 건강을 위협할 수 있다.

최근 전 세계적으로 환경보호의 중요성 및 작업자들에 대한 건강과 안전에 대한 관심이 늘어감에 따라 절삭유 중에서 탄화수소계 윤활기유를 대체할 환경수용성 윤활기유에 대한 연구가 북미나 서유럽 등에서는 이미 국가적인 차원에서 진행되고 있다.

종래 수용성 절삭유의 조성성분 및 조성 비율은 아래와 같다.

본 발명은 이러한 추세에 맞춰 절삭유 조성물의 유효성분으로 환경친화형 윤활기유로 바이오디젤 생산시 생성되는 증류 잔유물을 이용한 수용성 절삭유 조성물을 개발하는 것이다.

바이오디젤이란 식물이나 동물에 있는 지방성분을 경유와 비슷한 물성을 갖도록 가공하여 경유를 대체하거나 경유에 혼합하여 디젤엔진에 사용할 수 있도록 만든 대체에너지이다. 바이오디젤은 일반적으로 식물성유지(쌀겨, 폐식용유, 대두유, 유채유 등)와 알코올(보통 메탄올)을 반응시켜 만든 지방산 메틸 에스테르를 말하며 순도가 95％이상인 것을 지칭한다.(산자부 고시 제2000-57호)

위에서 식물성 유지는 물에 녹지 않는 소수성기를 포함한 화합물로서 일반적으로 다음과 같은 화학적 구조식으로 표시되는 Triglycerides로 구성되어 있다.

식물성 유지는 일반적으로 지방산의 함량에 따라 특징지어지는데, 유지를 구성하는 지방산의 길이, 함유량 및 포화정도가 오일의 물리적, 화학적 성질을 결정하는 중요한 요인으로 작용한다. 동물성 오일은 식물성에 비해 사용성이 낮으며 육지동물 중 돼지, 소, 양의 오일과 바다동물 중 청어와 청어의 일종인 Menhaden 만이 오늘날 상업적으로 중요시되고 있다. 동물성 오일은 식물성 오일과 마찬가지로 포화 및 불포화 Triglycerides 로 구성되어 있으나 식물성 오일과는 달리 지방산 분포가 넓으며 약간의 홀수 직쇄형 지방산을 포함하고 있다.

식물유 메틸 에스테르, 바이오디젤은 독성이 적고 생분해성이 높아 토양에 유출되었을 경우 토양의 오염이 탄화수소계 윤활기유에 비해 적다. 또한 기후 변화 협약 대응(Life Cycle CO₂: 경유의 1/4 수준)의 방편으로 식물유 메틸 에스테르 1 톤 사용 시에 CO₂를 2.2 톤 감면받으므로써 국가경쟁력에도 이바지한다. 식물유 메틸 에스테르는 메틸올레이트(Methyl Oleate)와 메틸리올레이트(Methyl Linoleate) 가 주성분으로 저점도이며(40℃, 1.9∼6.0cSt), 윤활성이 뛰어나 석유계 탄화수소 윤활기유 대신 사용할 경우 가공성이나 세정성 등에서 우수한 성능을 나타낸다.

식물유 메틸 에스테르는 식물성유지로부터 합성된 메틸 에스테르로서 제조공정은 다음과 같다.

여기서, R, R', R"은 알킬기로 포화 또는 불포화 탄화수소를 뜻한다.

식물유 메틸 에스테르의 조성성분과 조성비율은 식물유의 지방산 성분 및 조성비율에 따라 다르다. 하기 표에 나와있는 지방산의 메틸 에스테르가 식물유 메틸에스테르의 조성성분이다.

＜수용성 절삭유에 사용될 수 있고 식물유 메틸에스테르 제조에 사용될 수 있는 지방산의 화학적 구조＞

본 발명에 사용할 수 있는 식물유 메틸에스테르를 합성 할 수 있는 식물성오일은 하기 표에 나와 있다.

＜바이오디젤을 제조할 수 있는 식물성오일의 지방산 조성＞

바이오디젤은 경유에 섞어서 사용할 수도 있고 100％ 바이오디젤 만으로 사용할 수 있는데, 경유 95％에 5％의 바이오디젤을 섞은 것을 BD5 라고 부르며 바이오디젤이 20％ 포함된 것은 BD20 이라고 말한다. 바이오디젤은 폐자원의 재활용이나 온실가스인 CO₂를 저감 시키는 효과가 있으며, 대기오염 물질의 배출이 적은 편이어서 국내외에서 미래의 에너지원으로 관심받고 있습니다. 현재 세계에서는 바이오디젤을 시범으로 사용하거나 시범사업을 통하여 보급을 늘려가고 있는 단계이다. 먼저 유럽은 대체에너지 사용에 적극성을 갖고 있어 바이오디젤에 대한 제도가 정착단계에 이르고 있다. 일반 경유의 규격을 만족하는 범위 내에서 사용을 공식적으로 인정하고 있는데, 2004년 1월 발효된 유럽 경유 규격(EN590)에 따르면 바이오디젤 5％까지를 일반 경유로 인정하고 있다. (단, EN14214 규격 만족 필요) 미국에서는 1992년에 국립 바이오디젤 보드를 설립한 이후로 1998년부터 국회 및 EPA에서 BD20을 디젤차량 연료로 승인하였고 2001년에는 부시 대통령이 바이오디젤을 포함한 신 재생에너지의 보급확대를 천명한바 있다. 정부차원에서 적극적으로 도입을 발표함에 따라 바이오디젤의 보급실적이 매년 증가하고 있으며 육군, 공군, 에너지성, NASA를 비롯하여 주정부의 관용차량 및 버스 등에 사용되고 있다. 우리나라에서는 2002년 5월 산업자원부의 바이오디젤 시범보급사업 추진에 관한 고시에 근거하여 2년간의 시범운행을 하였으며 올해 다시 1년을 연장하는 등 바이오디젤에 대한 시장반응 및 문제점에 대한 검토를 하고 있는 상황이다. 바이오디젤의 가장 큰 장점은 자동차에서 뿜어져 나오는 매연을 저감 시킬 수 있다는 점이다. 바이오디젤이 온실가스인 CO₂를 배출하지 않는 것은 아니지만, 공정의 전 주기(생산부터 소비까지 전체적인 관점에서 보는 것)에서 볼 때 CO₂의 산출량이 아주 낮으며 황산화물(SOx)과 입자상물질(PM)도 다소 적게 배출한다. 식물자원에서 생산되므로 국내에서 자체 생산할 수 있어 에너지 안보차원에서도 장점이 있으며, 폐식용유 등 폐자원의 활용으로 환경오염 저감의 효과가 있다. 또한 인프라 측면에서도 대젤 엔진이나 주유소 유통망을 사용할 수 있어서 추가적인 소요 비용이 없다는 점도 장점으로 꼽히고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 기존의 경유나 휘발유를 대체하기에는 여러가지 문제점을 가지고 있다. 자동차 배출가스의 유해물질 저감을 위해서는 바이오디젤의 배합비율이 높아져야 하는데 바이오디젤은 엔진을 부식 시키는 특성이 있어서 엔진의 고장을 유발할 수 있으며, 오래 저장하는 경우 변질되는 문제가 있다.

이런 이유로 식물유 메틸에스테르를 자동차 연료유로 사용하기 위해서는 좀더 높은 순도의 제품이 필요로 하기 때문에 메틸에스테르 반응 후 별도의 감압증류 공정을 거친다. 감압 증류조건은 2∼3torr, max 240℃ 정도로 수행을 한다. 감압증류 후 증류물은 바이오디젤 연료유로 사용되어지고, 10％ 정도의 증류 잔유물은 폐기처분된다. 이런한 바이오디젤 생산시 생성되는 증류잔유물도 식물유의 반응물로 에스테르 구조를 가지고 있으며 친환경 윤활기유로 사용이 가능하다.

본 발명은 윤활기유로서 바이오디젤 생산시 생성되는 증류잔유물을 윤활기유로 사용하고, 기타 첨가제와 배합하여 형성되는 수용성 절삭유 조성물을 제공하는 것이다. 첨가제로는 계면활성제, 윤활첨가제, 금속부식 방지제, 방청첨가제, pH 향상제, 소포제, 방부제, 색소 등을 사용하며 환경에 영향이 적은 첨가제 만을 사용하였고, 향후 사용이 규제될 수 있는 첨가제 성분인 Nitrite, Formaldehyde, Boron 및 그 유도체 등은 사용하지 않았고, 극압 첨가제, 석유계 탄화수소 등은 제외한 것이다.

본 발명은 금속의 절삭 가공 및 연삭 가공에 관한 수용성 절삭유에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바이오디젤 생산시 생성되는 증류잔유물을 윤활기유로써 5 ∼ 80 중량％ 및 이온교환수 0 ∼ 55 중량％에 첨가제 10 ∼ 60 중량％를 첨가하여 제조하는 수용성 절삭유 조성물에 관한 것이다. 본 발명에서 바이오디젤의 증류잔유물은 채종유, 대두유, 팜유, 자트로파유에서 생성되는 바이오디젤의 증류잔유 물이다.

본 발명에서 사용하는 첨가제는 계면활성제, 윤활첨가제, 금속부식 방지제, 방청첨가제, pH 향상제, 소포제, 방부제 등을 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제는 계면활성제, 윤활첨가제, 금속부식 방지제, 방청첨가제, pH 향상제, 소포제, 방부제로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상인 것이다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 계면활성제는 라우릴알콜, 올레일알콜 등의 에톡시화물, 피마자유의 에톡시화물, 라우릴아민, 올레일아민의 에톡시화물, 올레인산의 아민염, 톨오일의 아민염 및 에루크산의 아민염, 술폰산염, Hypermer A 70, Targat V 20, Veg Ester GY-112, Addconate H, Addconate M, 숙신산 유도체, 숙신산의 아민염, PEG-지방산 Ester를 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 윤활향상제는 대두유, 채종유, 자트로파유, 팜유, 네오펜틸글리콜 디올레이트, 트리메틸올프로판 트리올레이트, 펜타에리스리톨 테트라올레이트, 프로필렌글리콜 디올레이트, 리시놀레인산 축합물, 대두유, 채종유, 자트로파유 및 팜유의 메틸에스테르이다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 pH 향상제는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 아미노메틸프로판올 및 디글리콜아민을 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 금속부식방지제는 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 머캅토벤조티아졸 및 이들의 유도체를 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 방청첨가제는 세바식산, , 코프리 M1(Corfree M1), 이르가코 190 플러스(Irgacor 190 Plus) 및 이들의 유도체를 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 소포제는 폴리디메틸실록산, 변성 폴리디 메틸실록산, 유기 실리콘 유도체, 실리카의 실리콘계 소포제를 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 방부제는 티아졸린, 피리딘, 모폴린, 페놀, 니트로계, IPBC계 방부제를 포함한다.

실시예 1

바이오디젤 생산시 생성되는 채종유의 증류잔유물, 이온교환수, 윤활첨가제 1(채종유) 계면활성제로서 라우릴알콜, 금속부식 방지제로서 벤조트리아졸, 방청첨가제로서 세바식산, pH 향상제로서 모노에탈올아민, 소포제로서 폴리디메틸실록산 및 방부제로서 티아졸린을 아래와 같이 첨가하여 수용성 절삭유를 제조하였다.

표 1. 수용성 절삭유 조성

실시예 2

바이오디젤 생산시 생성되는 대두유의 증류잔유물, 이온교환수, 윤활첨가제 2(대두유), 계면활성제로서 라우릴알콜, 금속부식 방지제로서 벤조트리아졸, 방청첨가제로서 세바식산, pH 향상제로서 모노에탈올아민, 소포제로서 폴리디메틸실록산 및 방부제로서 티아졸린을 아래와 같이 첨가하여 수용성 절삭유를 제조하였다.

표 2. 수용성 절삭유 조성

실시예 3

바이오디젤 생산시 생성되는 팜유의 증류잔유물, 이온교환수, 윤활첨가제 3(대두유), 계면활성제로서 라우릴알콜, 금속부식 방지제로서 벤조트리아졸, 방청첨가제로서 세바식산, pH 향상제로서 모노에탈올아민, 소포제로서 폴리디메틸실록산 및 방부제로서 티아졸린을 아래와 같이 첨가하여 수용성 절삭유를 제조하였다.

표 3. 수용성 절삭유 조성

실험예 1

표 4. 수용성 절삭유 성상

실험예 2

표 5. 수용성 절삭유 성상

실험예 3

표 6. 수용성 절삭유 성상

본 발명은 절삭유 조성물의 유효성분으로서 환경수용성 윤활기유로 사용할 수 있는 생분해성이 우수하고 유독성이나 생태학적 독성이 적은 윤활성이 뛰어난 바이오디젤 증류잔유물을 이용한 수용성 절삭유 조성물에 관한 것으로서 상업상 매우 유용하고 자원재활용의 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Claims

바이오디젤 생산시 생성되는 증류잔유물을 윤활기유로써 5 ∼ 80 중량％ 및 이온교환수 0～55 중량％에 첨가제 10～60 중량％를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.
제 1항에 있어서, 상기 바이오디젤의 증류잔유물은 채종유, 대두유, 팜유, 자트로파유중 어느 하나에서 선택되어 생성되는 바이오디젤의 증류잔유물인 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 첨가제는 대두유, 채종유, 자트로파유, 팜유, 네오펜틸글리콜 디올레이트, 트리메틸올프로판 트리올레이트, 펜타에리스리톨 테트라올레이트, 프로필렌글리콜 디올레이트, 리시놀레인산 축합물, 대두유, 채종유, 자트로파유 및 팜유의 메틸에스테르 중에서 선택되는 윤활첨가제, 라우릴알콜, 올레일알콜 등의 에톡시화물, 피마자유의 에톡시화물, 라우릴아민, 올레일아민의 에톡시화물, 올레인산의 아민염, 톨오일의 아민염, 에루크산의 아민염, 술폰산염, Hypermer A 70, Targat V 20, Veg Ester GY-112, Addconate H, Addconate M, 숙신산 유도체, 숙신산의 아민염, PEG-지방산 Ester 중에서 선택되는 계면활성제; 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 아미노에틸프로판올 또는 디글리콜아민 중에서 선 택되는 pH 향상제; 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 머캅토벤조티아졸 또는 이들의 유도체 중에서 선택되는 금속부식방지제; 세바식산, 코프리 M1(Corfree M1) ,이르가코 190 플러스(Irgacor 190 Plus) 또는 이들의 유도체 중에서 선택되는 방청첨가제; 폴리디메틸실록산, 변성 폴리디메틸실록산, 유기 실리콘 유도체 또는 실리카의 실리콘계 소포제 중에서 선택되는 소포제; 티아졸린, 피리딘, 모폴린, 페놀, 니트로계, IPBC 계 방부제 중에서 선택되는 방부제인 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.