KR101214339B1 - 사이클로파라핀이 고 함유된 탄화수소계 용제 조성물 - Google Patents

사이클로파라핀이 고 함유된 탄화수소계 용제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사이클로파라핀이 고 함유된 탄화수소계 용제 조성물에 관한 것으로서, 탄소수 C5～C7인 사이클로파라핀(Cycloparaffin)을 주성분으로 포함하고 방향족 성분이 실질적으로 제거된 친환경적인 탄화수소계 용제에 관한 것이다.
본 발명에 따른 탄화수소계 용제는 증류범위가 초류점 60℃ 이상, 건점 105℃ 이하이고 아닐린점이 40℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
탄화수소계 용제, 사이클로파라핀, 파라핀, 탈방향족, 친환경

Description

사이클로파라핀이 고 함유된 탄화수소계 용제 조성물 {Cycloparaffin Rich Hydrocarbon Solvent Composition}
본 발명은 산업용 신너(Thinner) 용제, 세정 용제, 천연 및 합성수지 용매, 접착제 및 테이프 용매 그리고 의약반응 용매 등으로 사용되는 산업용 용제에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는 본 발명은 방향족 성분을 실질적으로 제거하고 사이클로파라핀 함량을 높임으로써 발암성 물질인 벤젠과 유해물질인 톨루엔 등을 제거하여 인체 유해성을 감소시키고, 높은 사이클로파라핀 함량으로 수지에 대한 용해력을 향상시킨 산업용 용제 조성물에 관한 것이다.
종래의 페인트, 잉크 산업에서는 신너의 구성물질로 벤젠과 톨루엔 등과 같은 방향족 물질이 많이 사용되고 있다. 이것은 수지에 대한 탁월한 용해 성능에 기인한 것이다. 그러나, 적용 후 건조 과정에서 발암성이고 유해물질인 방향족 화합물이 대기 중에 증발하여 작업자 또는 사용자에 노출되어 인체 유해성 문제가 제기되어 대체재 개발이 필요한 실정이다.
이와 관련하여, 탄화수소계 및 산소계 용제 대체재가 다양하게 시도되었지만 방향족 성분의 탁월한 용해 성능을 대신하기에는 어렵다. 따라서, 대체재 개발 방향은 수지 개선 및 조성물 성분 조정을 통한 용해력 향상에 초점을 맞추고 있다.
사이클로파라핀은 방향족 화합물과 유사한 분자구조를 가지고 있어 수지에 대한 용해 성능이 어느 정도 발휘되어 방향족 대체 물질로 많이 연구되고 있다. 예로 고순도 사이클로헥산(Cyclohexane), 메틸사이클로헥산(Methylcyclohexane), 메틸사이클로펜탄(Methylcyclopentane) 등이 방향족 대체 물질로 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 물질은 반응과정을 한 단계 더 거쳐 생산되는 고순도 물질로 고가격의 단점으로 대체재 개발 진행에 어려움이 있다.
종래의 접착제와 테이프 산업분야에서 수지 진용제 용도로 일반용제 1호가 일부 사용된다. 그러나, 일반용제도 방향족 성분이 5% 이상 함유되어 있어 대체재 개발이 필요한 실정이고, 일부 수요처에서는 용해력이 높은 용제가 필요해 고가격의 고순도 사이클로 파라핀을 사용하고 있다.
따라서, 동 산업 분야의 요구를 충족할 수 있는 대체재 개발의 필요성이 대두됨에 따라 방향족 물질을 대체할 수 있는 용해 성능과 경제성을 갖춘 용제 조성물을 개발하기에 이른 것이다.
따라서, 본 발명은 종래 용제가 가지는 인체 유해성을 저감한 탈방향족 그리고 용해력을 향상시킨, 사이클로파라핀이 고 함유된 경제성 있는 산업용 용제를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 탄화수소계 용제 조성물은 C5～C7의 탄화수소 혼합물을 포함하되, 탄화수소계 용제 조성물 100중량부를 기준으로 사이클로파라핀 80～97중량부, 파라핀 3～20중량부 및 방향족 화합물 0.1중량부 이하를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 구체예에 따르면, 상기 탄화수소계 용제 조성물 100중량부를 기준으로 사이클로파라핀 60～80중량부, 파라핀 3～20중량부 및 방향족 화합물 10～20중량부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 탄화수소계 용제 조성물 100중량부를 기준으로 C5의 탄화수소 2～22중량부, C6의 탄화수소 55～75중량부 및 C7의 탄화수소 13～33중량부를 포함한다.
상기 탄화수소계 용제 조성물은 또한 증류범위가 초류점 60℃ 이상, 건점 105℃ 이하이며, 아닐린점이 40℃ 이하이다.
상기 탄화수소계 용제 조성물은 바람직한 일 구체예에 따라 석탄정제공정으로부터의 탄화수소 유분을 이용하여 수첨분해공정을 통해서 얻어질 수 있다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 조성물은 바람직한 일 구체예에 따라 석탄정제공정에서 부산물로 나오는 탄화수소 유분을 수첨공정(Hydrogenation)을 통하여 방향족 성분을 제거하고 사이클로파라핀으로 전환함으로써 얻을 수 있다.
특히, 상기 탄화수소 유분의 구체적인 일례로는 코크 오븐 가스(Coke Oven Gas) 정제 공정에서 회수/생산되는 경질 유분에서 부산물로 나오는 탄화수소 유분(조경유)을 들 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 고순도 사이클로파라핀 물질은 벤젠과 톨루엔을 출발 물질로 모두 반응에 의해 사이클로파라핀으로 전환되기 때문에 고비용이 소요되는 단점이 있다. 따라서, 이러한 단점을 극복하기 위하여 경제성 있는 유분을 개발할 필요성이 있다.
일반적으로 석탄의 정제공정에서 부산물로 탄화수소계 유분이 생산되는데 이러한 유분은 부산물로 파생되기 때문에 경제성 있는 가격으로 확보가 가능하다. 그러나, 동유분은 사이클릭 화합물 함량이 80중량%를 넘지 못하고 벤젠이 10중량% 이상 함유되어 그대로 사용하기에는 어려운 실정이다. 따라서, 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따라, 동유분을 사용 가능하도록 수첨공정을 거치면 방향족 성분이 제거된 사이클로파라핀이 고 함유된 조성물을 얻을 수 있다.
이러한 수첨공정을 통해서 석탄정제공정으로부터의 탄화수소 공급원료, 예를 들어, 코크 오븐 가스(Coke Oven Gas) 정제 공정에서 회수/생산되는 경질 유분에서 부산물로 나오는 탄화수소 유분(조경유)를 이용하여 방향족 성분을 제거하는 동시에 사이클로파라핀으로 전환시켜 사이클로파라핀이 고 함유된 탄화수소계 용제를 얻는 방법을 일례를 들어 설명하면 다음과 같으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아 님이 주지되어야 한다.
수첨공정의 실험예는 다음과 같다. 파이로트 규모의 연속식 반응기 장치를 사용하고 촉매는 HTC 계열을 적용하여 연속 반응시켜 방향족 성분이 제거된 유분을 얻을 수 있다. 반응된 유분은 GC로 확인하여 방향족 성분이 없음을 확인한다. 실험조건은 촉매 충진량 180CC, 입구(inlet) 온도 40℃, 반응 온도 100～110℃, 압력 25Kg/㎠g, 공급물 흐름 속도(Feed Flow rate) 50cc/hr, H2 흐름 속도 80NL/hr이다.
상기에서 나타낸 바람직한 구체예들에 따라, 본 발명의 탄화수소계 용제 조성물은 방향족 성분이 저감 또는 실질적으로 제거되며, 주성분으로서 사이클로파라핀이 고 함유된 C5～C7의 탄화수소 혼합물을 포함한다.
특히, 상기 탄화수소계 용제 조성물 100중량부를 기준으로 사이클로파라핀 80～97중량부, 파라핀 3～20중량부 및 방향족 화합물 0.1중량부 이하를 포함한다.
일 구체예에 따르면, 상기 탄화수소계 용제 조성물 100중량부를 기준으로 사이클로파라핀 60～80중량부, 파라핀 3～20중량부 및 방향족 화합물 10～20중량부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 탄화수소계 용제 조성물 100중량부를 기준으로 C5의 탄화수소 2～22중량부, C6의 탄화수소 55～75중량부 및 C7의 탄화수소 13～33중량부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 탄화수소계 용제 조성물은 증류범위가 초류점 60℃ 이상이고, 건점은 105℃ 이하이며 아닐린점이 40℃ 이하이다. 좀 더 바람직하게는, 상 기 탄화수소계 용제 조성물은 증류범위가 초류점 64～70℃이고, 건점은 94～100℃이며, 아닐린점이 32～38℃이다.
이러한 유분은 신너(Thinner) 용제, 세정 용제, 천연 및 합성수지 용매, 접착제 및 테이프 용매 등의 용도에 적합한 증류범위를 가지며, 아닐린점이 낮아 고순도 사이클로헥산에 근접한 용해력을 가질 수 있다. 고순도 사이클로헥산은 어느점이 0℃ 이상으로 동절기 때 결빙 문제가 발생할 수 있어 보관 및 사용상 문제가 있으나 동 유분은 어느점이 -20℃ 이하로 결빙 문제가 없어 사용상 편리한 점이 있다.
이상과 같이 제조된 조성물의 성상 및 성분 분석 결과를 하기와 같은 실시 예로 얻을 수 있다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화 될 것이며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기재될 뿐이며 본 발명의 보호 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
하기 표 1에 나타낸 석탄정제공정으로부터의 탄화수소 유분을 원료물질로 파이로트 규모의 연속식 반응기 장치에서 촉매는 HTC 계열을 적용하여 촉매 충진량 180CC, 입구 온도 40℃, 반응 온도 100～110℃, 압력 25Kg/㎠g, 공급물 흐름 속도 50cc/hr, H2 흐름 속도 80NL/hr 실험조건으로 연속 반응시켜 방향족 성분이 제거된 유분을 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성의 용제 조성물로서 얻었다. 이로부터 얻어진 용제 조성물의 물성적 특성을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
석탄정제공정으로부터 얻은 부산물 유분 조성 예시
분 류 성 분 함 량(중량%) 분 류 성 분 함 량(중량%)
파라핀 n-펜탄 1.1 사이클로파라핀 사이클로펜탄 14.4
파라핀 이소-헥산류 1.8 파라핀 n-헥산 2.6
사이클로파라핀 사이클로헥산류 43.2 파라핀 벤젠 16.9
파라핀 이소-헵탄류 2.0 파라핀 n-헵탄 1.3
사이클로파라핀 사이클로헵탄류 12.8 방향족 화합물 톨루엔 2.8
C8 성분 0.9 미지물질 0.2
위 유분 수첨 처리한 조성성분 예시
분 류 성 분 함 량(중량%) 분 류 성 분 함 량(중량%)
파라핀 n-펜탄 0.7 사이클로파라핀 사이클로펜탄 10.9
파라핀 이소-헥산류 1.7 파라핀 n-헥산 2.5
사이클로파라핀 사이클로헥산류 62.1 파라핀 이소-헵탄류 1.2
파라핀 n-헵탄 1.5 사이클로파라핀 사이클로헵탄류 18.0
C8 성분 1.0 미지물질 0.4
수첨 후 유분 성상 결과 예시
항 목 결과값
비중(20/4℃) 0.758
증류범위(℃), 초류점
건 점		 67.3
98.8
아닐린점(℃) 35
실시예 2
이상과 같이 제조된 용제 조성물을 통상 도료 용제로서 사용되는 톨루엔을 대체하여 다음과 같이 적용하였다.
아크릴 수지를 주제로 한 프라스틱용 도료 배합으로서 기존의 도료 및 신너 배합 중 톨루엔을 상기 실시예 1에서 얻은 용제 조성물 및 PM/에스테르로 대체한 배합표는 아래와 같다.
톨루엔 배합(중량%) 대체 배합(중량%)
수지 25.8 25.8
카본 블랙 및 첨가제 6 6
에틸 아세테이트 10 10
MIBK1) 4.3 4.3
i-BuOH2) 16.36 16.36
톨루엔 30.94 -
실시예 1의 조성물 - 20.0
n-부틸아세테이트 - 6.94
PM3) - 4.0
BC4) 3.6 3.6
MEK5) 3.0 3.0
총합계 100 100
1) MIBK: Methyl isobutyl ketone
2) i-BuOH: iso-Butyl alcohol
3) PM: Propylene Glycol MonoMethylether
4) BC: Butyl cellosolve
5) MEK: Methylethyl ketone
이상과 같은 톨루엔을 사이클로파라핀 및 PM/에스테르의 배합용제로 바꾼 대체 배합으로 페인트 성능 비교 결과, 기존 배합의 성능과 매우 가까운 물성을 아래와 같은 예로 나타내어 방향족 사용규제에 따른 사이클로파라핀계 용제로 대체가 가능함을 알 수 있었다.
사용된 용제 입도(㎛) 비중(g/㎤) 광택 크로스-컷 연필경도
톨루엔 50 1.15 20 10 >HB
대체 배합
(실시예 1)		 50 1.14 16 10 >HB
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 사이클로파라핀이 고 함유된 탄화수소계 용제 조성물은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
이상과 같은 본 발명은 방향족 성분이 제거된 사이클로파라핀이 고 함유된 조성물을 제공함으로써 페인트, 잉크, 접착제 등의 산업 분야에서 벤젠, 톨루엔 등의 방향족 용제를 대체할 수 있는 친환경적 용제로서 광범위하게 사용할 수 있다. 또한, 석탄정제공정으로부터 수득되는 부산물을 재활용함으로써 자원 재활용에 기 여할 수 있고 고순도 사이클로파라핀 대비 원가 절감을 이룰 수 있는 여러 가지 유용한 효과가 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (5)

  1. C5～C7의 탄화수소 혼합물을 포함하되, 탄화수소계 용제 조성물 100중량부를 기준으로 사이클로파라핀 80～97중량부, 파라핀 3～20중량부 및 방향족 화합물 0.1중량부 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 용제 조성물.
  2. C5～C7의 탄화수소 혼합물을 포함하되, 탄화수소계 용제 조성물 100중량부를 기준으로 사이클로파라핀 60～80중량부, 파라핀 3～20중량부 및 방향족 화합물 10～20중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 용제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소계 용제 조성물 100중량부를 기준으로 C5의 탄화수소 2～22중량부, C6의 탄화수소 55～75중량부 및 C7의 탄화수소 13～33중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 용제 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소계 용제 조성물은 증류범위가 초류점 60℃ 이상, 건점 105℃ 이하이며, 아닐린점이 40℃ 이하인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 용제 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소계 용제 조성물은 석탄정제공정으로부터의 탄 화수소 유분을 이용하여 수첨분해공정을 통해서 얻어진 것임을 특징으로 하는 탄화수소계 용제 조성물.
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