KR100853987B1 - 저융점 솔비탄 모노스테아레이트의 제조방법 - Google Patents

저융점 솔비탄 모노스테아레이트의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저융점 솔비탄 모노스테아레이트의 제조방법에 관한 것으로, 1,4-솔비탄과 지방산을 혼합하고, NaOH 촉매를 0.1 ～ 0.2중량% 부가하여, 질소 주입(Purge)하에 반응온도 220-240℃에서 2.5 ～ 3.5시간 반응시키고 40 ～ 80torr 까지 진공을 걸어서 반응 종결한 후 반응액을 95℃ ～ 100℃까지 냉각 시킨 다음, 과산화수소를 0.3 ～ 0.7중량% 부가하여 1 ～ 2시간 제품을 탈색시키고, 0.5 ～ 1.5시간 타르(Tar)를 분리시킨 다음 여과 및 냉각하는 것을 특징으로 한다.
1,4-솔비탄, Span 60

Description

저융점 솔비탄 모노스테아레이트의 제조방법{The Preparation Method of Span 60 With Law Melting Point}
도 1은 본 발명의 솔비탄 모노스테아레이트(실시예 3)의 제품과 시판 일본과 한국제품의 사진.
본 발명은 솔비탄 모노스테아레이트(Sorbitan monostearate : Span 60)의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Span 60을 저융점으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
PE, EVA, PVC필름으로 식품을 포장하거나 온상 피복하는 경우 필름 내면에 물방울이 맺혀서 식품의 보관 시나 작물 생육 시 나쁜 영향을 미치고 있다. 이를 개선하기 위해 플라스틱 필름의 표면장력을 증가시켜 물과의 친화력을 향상시키기 위해 비이온계 계면활성제의 일종인 AF(Antifogging)제를 첨가하고 있다. 특히 온상필름용 첨가제로의 사용이 두드러지고 있는데 AF제가 필름표면으로 접촉하면서 발생되는 물방울을 퍼져 흐르게 하는 동안에 같이 소모되기 때문이다. AF제의 소모량은 필름재질과의 상호친화성, 온상주변의 온도와 온상내부의 수증기 증발량 등과 깊은 관계가 있으므로 무적지속성(無敵持續性)을 일정하게 유지시키기는 매우 어렵다.
이 AF제 중에서 가장 많이 사용되고 있는 물질은 Span(Sorbitan monofatty acid ester)계열이다. 당 분자의 수산기가 지방산의 카르복실기와 아실화 하여 에스테르 결합을 이룬 당 지방산 에스테르(Sugar Fatty acid ester)는 식품 및 의약품 등을 비롯한 다양한 용도의 계면활성제와 첨가제로 이용할 수 있고, 기능성 관능기를 당 분자의 다양한 입체적 결합 방식으로 배당화 하면 고기능성 복합소재를 필요로 하는 외용공학 분야의 광학재료와 생체분야도 이용이 가능하다. 당 알콜인 솔비톨을 이용한 솔비탄 지방산 에스테르를 합성할 경우 부산물을 만들게 되어 모노-, 디-, 트리 지방산 에스테르의 혼합물을 생성하게 된다. 이렇게 되면 필름내에서의 무적초기성, 무적지속성, 무적저온성 등의 데이타가 일정치 못하기 때문에 농민들로부터 빈번한 클레임을 불러 일으키게 된다.
일반적인 span의 제조과정은 솔비톨과 지방산을 혼합하여 230℃ 정도의 고온에서 에스테르화시켜 솔비탄을 제조하는데, 이때 솔비탄으로의 전환율은 50% 넘기기가 매우 어렵고 일반적으로 약 40%가 된다. 여기에 촉매를 투입하여 span을 제조한다.
따라서, 본 발명의 목적은 고순도, 저융점 Span 60을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 합성, 농업용 필름뿐만 아니라 커피 프리머와 아이스크림, 마요네즈 등에 사용할 수 있는 품질 향상된 Span 60을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 1,4-솔비탄과 지방산을 혼합하고, NaOH 촉매를 0.1 ～ 0.2중량% 부가하여, 질소 주입(Purge)하에 반응온도 220-240℃에서 2.5 ～ 3.5시간 반응시키고 40 ～ 80torr 까지 진공을 걸어서 반응 종결한 후 반응액을 95℃ ～ 100℃까지 냉각 시킨 다음, 과산화수소를 0.3 ～ 0.7중량% 부가하여 1 ～ 2시간 제품을 탈색시키고, 0.5 ～ 1.5시간 타르(Tar)를 분리시킨 다음 여과 및 냉각하는 것을 특징으로 하는 저융점 솔비탄 모노스테아레이트의 제조방법에 의해 달성된다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
1,4-솔비탄(1,4-Sorbitan)과 지방산을 혼합하고, NaOH촉매를 0.1-0.2중량% 부가하여, 질소 주입(Purge)하에 반응온도 220-240℃에서 2.5 ～ 3.5 시간 반응시킨 후 남은 생성수를 완전히 제거하기 위해 진공을 건다. 진공은 아주 천천히 진행시켜야하며 갑작스런 조작은 반응액을 Over flow하게 만든다. 진공 종료는 생성수 증기 온도를 Check하여 증기온도가 70℃에서 90℃ 온도 범위 내의 온도에 도달할 때 진공을 종결한다. 이때 진공도는 55～75torr 정도가 적합하다.
진공 해제 후 N2를 바로 투입하고 냉각을 한다. 1차 냉각은 190℃까지 하고 이 온도에서 투입한 NaOH에 해당하는 당량의 H3PO4(인산)를 투입하여 중화를 30분간 한다. 중화가 끝나면 100℃까지 냉각을 하는데 N2는 140℃까지 퍼지(Purge)를 한다.
100℃까지 냉각이 되면 반응액 전체량의 0.5～0.7%정도에 해당하는 양의 H2O2를 넣어서 탈색반응을 실시하는데 이때 탈색 반응의 온도는 95～100℃에서 진행하여야 한다. 탈색반응은 1시간 ～ 1시간 30분정도가 적합하다.
탈색반응이 끝나면 교반을 멈추고 타르(Tar)를 분리시키기 위하여 정치를 약 1시간 정도 하게 되는데 이때 온도는 98℃± 1℃에서 진행하여야 타르를 반응액 위로 떠 올릴 수 있다.
이렇게 분리된 반응액은 미세 여과기(Filter)를 거쳐서 융점 이하로 냉각시켜 플래이크(Flake), 비드(Bead) 및 패스틸(Pastil)형상으로 제품화 한다.
이하 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
실시예 1
4구 플라스크에 스테아르산(Stearic acid) 490g, 솔비탄 210g, NaOH 1g을 넣고 80℃까지 승온시켜 지방산을 완전히 용융시키고 교반을 시작하였다. 반응시작은 200 ～ 210℃에서 일어나고 230℃까지 승온시키고 이후 이온도서 생성수 증기온도 는 80℃이하가 될 때까지 반응을 유지시켰다.(약 2시간 소요)
증기온도가 80℃이하가 되면 N2 퍼지(Purge)를 멈추고 진공을 거는데 최대한 서서히 진행하였다. 진공은 55～75torr 까지 걸어주며 증기온도가 70℃이하가 되면 진공을 해제하였다. 진공 해제 후 신속히 N2 퍼지를 실시하고 190℃에서 NaOH의 당량에 해당하는 H3PO4 를 0.8g(순도 85%)투입하여 30분간 액을 중화시켰다.
이후 100℃까지 냉각을 한 다음 H2O2를 투입하여 1시간동안 95 ～ 100℃를 유지 하에 탈색반응을 거쳤다. N2 퍼지는 140℃까지 행하였다.
교반을 멈추고 98℃전후에서 약 1시간 동안 정치시켰더니 타르가 분리되어 반응액 위로 떠올랐다. 이액을 평판(금속판, 유리판)에 여과를 거쳐 부어서 냉각시켜 제품을 얻었다.
실시예 2
스테아르산 27.8kg과 솔비탄 14.2kg을 NaOH 50g과 함께 SUS 304재질로 제작된 파일롯 반응기에 넣고 N2 퍼지 하에 승온시켰다. 반응액을 95℃로 승온하여 지방산을 용융하여 교반을 시작하였다.
반응액의 온도가 210℃전후에서 반응이 일어나고 계속 승온하여 230℃까지 승온시켰다. 230℃에서 2시간 30분 반응시켰더니 증기온도가 100℃이하로 떨어졌다.
증기 온도가 100℃이하가 되면 N2 퍼지를 멈추고 진공을 걸었다. 진공은 160torr까지 1차로 서서히 걸어주고 160torr가 되면 냉각을 실시하였다. 냉각은 190℃까지 한 후 냉각을 멈추고 진공을 최대한 걸어주었다. 진공은 60torr 전후까지 최대한 걸어주며 증기온도가 70℃이하가 되면 진공을 해제하고 N2 퍼지를 실시하였다.
이 온도에서 H3PO4를 48.5g 투입하고 30분간 중화를 하였다. 이후 100℃까지 냉각을 실시하였다. N2 퍼지는 140℃까지 행하였다. 반응액 온도가 100℃가 되면 H2O2를 250g 가하고 1시간에서 1시간 30분간 탈색반응을 하였다. 탈색이 끝나면 1시간 동안 교반을 멈추고 정치를 하였다. 이때 온도는 98℃전후를 유지하여 타르를 분리시켰다.
이렇게 완료된 반응액을 플래이크 장치(Flake machine)에 여과기를 거쳐 냉각시켜 제품을 얻었다.
실시예 3
스테아르산 850kg과 솔비탄 360kg을 NaOH 1.5kg과 함께 SUS 316재질로 제작된 1600ℓ Plant 반응기에 넣고 N2 퍼지 하에 승온시킨다. 반응액을 90℃로 승온시켜 지방산 용융을 확인하고 교반을 시작하였다. 반응액의 온도가 170℃ ～ 175℃전후에서 반응이 일어나며 계속 승온하여 230℃까지 승온시켰다. 230℃에서 3시간 반 응시켰더니 증기온도가 100℃이하로 떨어졌다.
증기 온도가 100℃이하가 되면 N2 퍼지를 멈추고 진공을 걸었다. 진공은 160torr까지 1차로 서서히 걸어주고 160torr가 되면 냉각을 실시하였다. 냉각은 190℃까지 한 후 냉각을 멈추고 진공을 최대한 걸어주었다. 진공은 60torr 전후까지 최대한 걸어주며 증기온도가 90℃이하가 되면 진공을 해제하고 N2 퍼지를 실시하였다.
이 온도에서 H3PO4 를 1.4kg 투입하고 30분간 중화를 하였다. 이후 100℃까지 냉각을 실시하였다. N2 퍼지는 140℃까지 행하였다. 반응액 온도가 100℃가 되면 H2O2를 7kg 가하고 1시간에서 1시간 30분간 탈색반응을 하였다. 탈색이 끝나면 1시간 동안 교반을 멈추고 정치를 하였다. 이때 온도는 98℃전후를 유지해서 타르를 분리시켰다. 이렇게 완료된 반응액을 플래이크 장치(Flake machine)에 미세 여과기를 거쳐 냉각시켜 제품을 얻었다.
총생산량은 1,100kg이었고 수율은 90.1%이었다. 이 실시예 3의 제품과 일본 이연비타민의 시판제품과의 품질을 비교한 결과를 하기 표 1에 게시하였다. 각 제품의 사진을 도 1에 게시하였다.
표1
평가항목 (주요성능 Spec1)) 단위 일본 이연비타민 제품 국산 타제품 실시예 3 평가방법3)
1.외관 황색 분말 미황색 패스틸 백색 플래이크 육안검사
2.pH 6～7 6～7 6～7 pH meter
3.산가 mgKOH/g 8.0 7.08 6.9 0.1N KOH (Et-OH)
4. Ester Value mgKOH/g 130.1 131.0 135 0.1N KOH (Et-OH)
5. 융점 ℃ 53.7 55.4～56.0 45.7～47.2 Melting Point Apparatus
상기 본 발명의 제조 방법에 따라 현재까지 시판되는 제품보다 고순도이고 저융점이며 외관도 우수한 백색 Span 60을 제조하게 되었다. 따라서, 고순도의 저융점 Span 60은 농업용 필름에서 더욱 향상된 무적효과를 나타내기 때문에 고품질의 농업용 필름을 제공할 수 있다. 그리고 이를 식품에 적용하게 되면, 예를 들어 55℃에서 분산되던 커피 프리마를 45℃에서 분산시킬 수 있게 되었다. 이 10℃의 온도차를 칼로리로 계산하여 에너지로 환산하였을 때 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 엄청난 에너지 절감효과를 가져올 수 있다.

Claims (4)

1,4-솔비탄과 지방산을 혼합하고, NaOH 촉매를 0.1 ～ 0.2중량% 부가하여, 질소 주입(Purge)하에 반응온도 220-240℃에서 2.5 ～ 3.5시간 반응시키고 40 ～ 80torr 까지 진공을 걸어서 증기온도가 70℃에서 90℃ 온도 범위 내의 온도에 도달할 때 반응 종결한 후 반응액을 95℃ ～ 100℃까지 냉각 시킨 다음, 과산화수소를 0.3 ～ 0.7중량% 부가하여 1 ～ 2시간 제품을 탈색시키고, 0.5 ～ 1.5시간 타르(Tar)를 분리시킨 다음 여과 및 냉각하는 것을 특징으로 하는 저융점 솔비탄 모노스테아레이트의 제조방법.
제 1 항에 있어서
1,4-솔비탄은 순도 80%이상의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 솔비탄 모노스테아레이트 제조방법
제 2 항에 있어서,
NaOH 촉매를 0.1 ～ 0.2중량% 부가하여, 질소 주입(Purge)하에 반응온도 220-240℃에서 2.5 ～ 3.5시간 반응시키고 55 ～ 65torr 까지 진공을 걸어서 증기온도가 70℃에서 90℃ 온도 범위 내의 온도에 도달할 때 반응 종결하는 것을 특징으로 하는 솔비탄 모노스테아레이트 제조방법
제 1 항에 있어서,
반응 종결한 후 반응액을 95℃ ～ 100℃까지 냉각하여 탈색 시 98 ± 1℃온도 에서 과산화수소로 0.5 ～ 0.7중량% 사용하는 것을 특징으로 하는 솔비탄 모노스테아레이트의 제조방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030093012A (ko) * 2002-06-01 2003-12-06 (주)한교 솔비탄 지방산에스테르의 제조방법

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