KR101592882B1 - Manufacturing method for spherical particle of furan resin - Google Patents
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Abstract
본 발명은 요소를 소량 사용하는 것으로 알데히드 종류의 사용량을 현저하게 감소시킬 수 있으며, 사용하는 산의 pKa를 한정짓지 않으며, 무기산이나 벤젠 고리가 포함되어 있는 유기산이 아닌 다루기 편한 저분자량의 유기산을 사용하여 제조되는 구형 푸란 수지 입자 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention uses a small amount of urea to reduce the amount of aldehyde to be used, and does not limit the pKa of the acid used. It uses a low molecular weight organic acid which is not an organic acid containing an inorganic acid or a benzene ring and is easy to handle. And a method for producing the spherical furan resin particle.
Description
본 발명은 구형 푸란 수지 입자 제조방법에 관한 것으로, 푸르푸릴 알코올, 알데히드 종류, 요소를 이용한 3자 혼합에 의한 구형 푸란 수지 입자 제조 방법과 그에 따라 얻어진 구형 푸란 수지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing spherical furan resin particles, and relates to a method for producing spherical furan resin particles by trinary mixing using furfuryl alcohol, aldehyde types, urea, and spherical furan resins obtained thereby.
푸란 수지(furan resin)는 푸르푸랄(furfural) 또는 푸르푸릴 알코올(furfuryl alcohol)에서 얻을 수 있는 페놀푸르푸랄수지, 푸르푸랄아세톤수지, 푸르푸릴 알코올 수지 등을 말한다. 푸르푸랄(furfural)은 최근 정밀화학 중간체 물질, 용매, 그리고 특수한 용도의 수지 원료물질 등으로 광범위하게 사용되는 매우 유용한 범용성 화학 물질이다. 푸르푸랄은 고리구조인 푸란고리에 알데히드기 -CHO가 붙은 방향족 알데히드로서 화학식은 C5H4O2로 푸란-2-카발데하이드(furan-2-carbaldehyde) 또는 α-푸란알데히드푸르푸롤이라고도 한다. Furan resin refers to phenol furfural resin, furfural acetone resin, furfuryl alcohol resin and the like which can be obtained from furfural or furfuryl alcohol. Furfural is a very useful common chemical substance widely used for fine chemical intermediate materials, solvents, and resin raw materials for special use. Furfural is an aromatic aldehyde having an aldehyde group -CHO attached to a furan ring which is a ring structure, and is also referred to as furan-2-carbaldehyde or -furanaldehyde furfurol as C 5 H 4 O 2 .
푸란 수지(furan resin : 푸르푸랄수지, 푸르푸릴 알코올 수지)는 푸란고리를 함유한 열경화성 플라스틱으로 외관상 액체이지만, 열에 의해 경화되어 내수성 접착제로 사용된다. 예컨대 니트릴고무와 조합하면 유연한 푸란 수지를 얻을 수 있고 기름, 산, 알칼리, 용제에 대해서 내구력이 뛰어난 성질을 나타내고 에폭시 수지와 함께 점착용 도장을 하면 양자의 결점을 서로 보완하고, 푸란 수지의 내식성, 내열성과 에폭시수지의 접착성, 변형에 뛰어난 특성을 갖는 소재를 얻을 수 있다. Furan resin (furan resin: Furfural resin, furfuryl alcohol resin) is a thermosetting plastic containing a furan ring, which is apparently liquid but is cured by heat and used as a water-resistant adhesive. For example, when combined with a nitrile rubber, a flexible furan resin can be obtained and exhibits excellent durability against oils, acids, alkalis, and solvents. When the coating is painted with an epoxy resin, both defects can be compensated for, It is possible to obtain a material having heat resistance and excellent properties of adhesion and deformation of an epoxy resin.
또한, 흑연제품에 푸르푸릴 알코올을 함침시킨 다음 1,000℃ 이상에서 탄화시키면 투과성이 낮은 제품이 되는데, 이것은 푸란 수지의 특수 용례이다. 공업적으로 제조되고 있는 것은 페놀-푸르푸랄 수지와 푸르푸릴 알코올 수지의 2종이며, 전자는 알칼리 촉매의 존재 하에서 페놀(phenol)과 푸르푸랄(furfural)을 가열해서 만들고, 생성수지에 목분, 헥사메틸렌테트라민을 가해서 성형재료로서 사용한다. 후자는 산 촉매의 존재 하에 푸르푸릴 알코올 용액을 가열해서 액상의 초기 축합물을 합성하고, 사용할 때 다시 산 촉매를 가해서 경화시킨다.In addition, when graphite products are impregnated with furfuryl alcohol and then carbonized at a temperature of 1,000 ° C or higher, the product becomes a low permeability product, which is a special application of furan resin. Two types of resins are industrially produced, phenol-furfural resin and furfuryl alcohol resin. The former is prepared by heating phenol and furfural in the presence of an alkali catalyst, Methylenetetramine is added and used as a molding material. The latter is prepared by heating a furfuryl alcohol solution in the presence of an acid catalyst to synthesize an initial condensate in a liquid state, and then curing the mixture by adding an acid catalyst again.
푸란 수지의 각종 배합물은 산 촉매를 사용하며, 비교적 저온에서 가열시켜 중간체를 만들고, 최종적으로는 고온에서 가열경화시킨다. 내산내알칼리성이 뛰어나므로, 수지 시멘트로서 유리섬유를 보강하여 산알칼리를 사용하는 반응용기나 저장탱크의 안쪽에 바르는 라이닝에 쓰인다. 푸르푸릴 알코올(furfuryl alcohol)의 초기 축합물인 점도가 낮은 푸란 수지는 알코올에는 녹고, 점도가 높은 것은 알코올에 일부가 녹으며, 초산에틸, 아세톤, 방향족 탄화수소, 푸르푸랄, 푸르푸릴 알코올에 녹으며, 중성으로 만들어두면 장기간 보존하여도 안정하다. 여기에 산을 첨가하면 불용성의 경화수지가 얻어지며 산의 종류나 첨가량에 의해서는 상온경화도 가능하다. 경화수지는 산, 알칼리, 유기용제 등에도 잘 견디는데 굳으면서 약하기 때문에 성형품으로 만들 경우에는 적당한 충진재 또는 보강재를 병용해서 사용해야 한다. 경화제로 강산을 사용하는 경우에는 충진재의 선택이 필요하며 카본블랙, 석면, 규조토, 유리섬유 등은 산에 침식되지 않기 때문에 문제가 없지만 목분(톱밥), 직포, 지물 등은 사용할 수가 없다. 푸르푸릴 알코올의 초기 축합물은 여러 종류의 가소제, 열가소성 및 열경화성수지, 천연수지, 합성고무, 아스팔트 등과의 상용성이 풍부하기 때문에 변성시켜 사용하기도 한다. Furan resin Various formulations use an acid catalyst, which is heated at a relatively low temperature to form an intermediate, and finally to a heat curing at a high temperature. Because of its excellent acidity in acidity, it is used as a resin cement to reinforce glass fibers and to lining the inside of a reaction vessel or storage tank using acid alkali. Furfuryl alcohol, which is an early condensation product, has a low viscosity. It dissolves in alcohol. When it has a high viscosity, it partially melts in alcohol and dissolves in ethyl acetate, acetone, aromatic hydrocarbon, furfural, furfuryl alcohol, If it is made neutral, it is stable even after long-term preservation. Insoluble curing resins can be obtained by adding an acid thereto, and room temperature curing is also possible depending on the type and amount of acid added. Cured resins are resistant to acids, alkalis, and organic solvents. They are hardened while being hardened. Therefore, when they are made into molded products, appropriate fillers or reinforcing materials should be used in combination. When using strong acid as a hardener, it is necessary to select a filler. Carbon black, asbestos, diatomaceous earth, glass fiber and the like are not problematic because they are not eroded by acid, but wood flour (sawdust), woven fabric, The initial condensation products of furfuryl alcohol are used because they are compatible with various kinds of plasticizers, thermoplastic and thermosetting resins, natural resins, synthetic rubbers, asphalt and so on.
푸란 수지는 푸르푸랄의 수소첨가에 의해서 얻어진 푸르푸릴 알코올에 산 촉매 존재 하에서 가열하면 내약품성이 뛰어난 열경화성 푸란 수지가 만들어진다. 종래의 일본공개특허공보 제2011-157463호에는 푸르푸릴 알코올 단독으로 사용하여, 보호아교질 존재 하에, pKa가 1,5 미만인 알킬벤젠설폰산 등의 산촉매를 이용하여 자기축합반응시켜 구상의 푸르프릴 알코올 수지 입자의 제조방법에 개시되어 있으며, 알데히드 종류의 사용이 배제되었으나, 사용하는 산촉매의 pKa룰 한정해야 하는 문제점이 있다.When the furan resin is heated in the presence of an acid catalyst to furfuryl alcohol obtained by hydrogenation of furfural, a thermosetting furan resin having excellent chemical resistance is produced. Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2011-157463 discloses that furfuryl alcohol alone is subjected to a self-condensation reaction using an acid catalyst such as alkylbenzenesulfonic acid having a pKa of less than 1,5 in the presence of protective colloid to obtain spherical furfuryl alcohol And the use of the aldehyde type is excluded, but the pKa rule of the acid catalyst to be used should be limited There is a problem.
또한, 일본공개특허공보 제2011-157464호에는 푸르푸릴 알코올 및 알데히드 종류를 보호아교질 존재 하에 알킬벤젠설폰산 등의 산촉매를 이용하여 구상의 푸란-알데히드 수지입자를 제조하는 방법이 개시되어 있으며, 일본공개특허공보 제2013-035781호에는 푸르푸릴 알코올 및 알데히드 종류를 촉매 및 보호콜로이드 존재하에 반응시켜 얻을 수 있는 구상 푸란 수지 입자를 탄소화하여 형성된 구상 활성탄 입자에 관하여 개시되어 있으나, 눈과 호흡기, 피부에 자극을 주는 등 인체에 유해한 알데히드 종류를 과량으로 사용하고 있는 단점이 있다. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2011-157464 discloses a method for producing spherical furan-aldehyde resin particles by using an acid catalyst such as alkylbenzenesulfonic acid in the presence of furfuryl alcohol and aldehyde in the presence of protective colloid. Laid-Open Patent Publication No. 2013-035781 discloses spherical activated carbon particles formed by carbonizing spherical furan resin particles obtained by reacting furfuryl alcohol and aldehyde species in the presence of a catalyst and protective colloid. However, Which is harmful to the human body, is used in excess.
또한, 푸르푸릴 알코올을 단독 또는 혼합 사용하여 수지를 제조할 시 무기산 또는 벤젠 고리가 포함된 알킬벤젠설폰산 같은 분자량이 큰 유기산의 사용을 강조하고 있으며, 주로 액상이므로 보관 및 사용 시 주의가 요구되어진다.In addition, when a resin is produced by using furfuryl alcohol alone or in combination, emphasis is placed on the use of an organic acid having a large molecular weight such as an alkylbenzenesulfonic acid containing an inorganic acid or a benzene ring. Loses.
주형 산업 분야에서도 푸르푸릴 알코올과 알데히드 종류, 요소를 사용하여 점결제 조성물로 사용하는 기술이 제시되었으나, 분자량이 큰 수지 형태의 산이나, 상기한 무기산 또는 분자량이 큰 유기산을 경화제로 과량 사용하는 문제가 있으며, 또한, 경화 촉진제를 첨가한 후, 실란 커플링제를 추가로 혼합하고, 최종적으로 규사와 같은 내화성 입상 재료에 혼합하여 사용하는 점에서 구형 수지 입자의 제조 및 사용하는 본 발명과 상이하다.In the mold industry, a technique of using furfuryl alcohol, an aldehyde type, and urea as a binder has been proposed. However, in the case of an acid in the form of a resin having a large molecular weight, a problem of using an excessive amount of the inorganic acid or an organic acid having a large molecular weight And the present invention is different from the present invention in that a spherical resin particle is produced and used in that a hardening accelerator is added and then a silane coupling agent is further mixed and finally mixed with refractory granular materials such as silica sand.
이에, 본 발명자는 종래의 푸르푸릴 알코올로부터 푸란 수지 제조방법에서 보여주는 기술적 및 안전성 문제점을 해결하기 위하여 연구하던 중, 보다 안전한 푸란 수지 제조방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventor of the present invention developed a safer furan resin manufacturing method while solving the technical and safety problems of conventional furfuryl alcohol from the furan resin manufacturing method, thereby completing the present invention.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 독성이 강한 알데히드의 사용량을 현저히 저하시킬 뿐만 아니라, 산 촉매의 pKa를 한정 짓지 않으며, 인체에 유해한 영향을 주는 벤젠고리가 포함되지 않아서 다루기 편한 단순한 구조를 갖는 저분자량의 산 촉매를 사용하는 것으로 작업성을 향상 시킬 수 있고, 추가로 높은 강도를 얻을 수 있는 구형 푸란 수지 입자방법을 제공하는 데에 있다. It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a benzene ring, which not only significantly reduces the amount of aldehyde which is highly toxic but also limits the pKa of the acid catalyst, And which can improve workability by using a low-molecular-weight acid catalyst having a simple structure which is not easy to handle and which can obtain a further high strength.
상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 요소, 알데히드류, 물의 혼합용액을 반응기에서 혼합단계; (b) 상기 혼합용액을 pH 7.5 내지 pH 9.5로 조정하는 pH 조정단계; (c) 푸르푸릴 알코올, 산촉매, 검(Gum)을 상기 반응기로 투입하는 투입단계; 및 (d) 푸란 수지를 경화하는 경화단계를 포함하는 푸란수지 입자 제조방법이다.In order to achieve the above and other objects, the present invention provides a method for producing a mixture comprising mixing a mixed solution of urea, aldehyde and water in a reactor; (b) a pH adjusting step of adjusting the mixed solution to a pH of from 7.5 to 9.5; (c) introducing furfuryl alcohol, acid catalyst, and gum into the reactor; And (d) a curing step of curing the furan resin.
상기 혼합단계에서 알데히드 종류는 푸르푸릴 알코올에 대해 몰비 1 기준으로, 0.01 ~ 0.25 몰, 요소는 푸르푸릴 알코올에 대해 몰비 1 기준으로, 0.02 ~ 0.26 몰, 물은 푸르푸릴 알코올에 대해서 0.5 중량배 ~ 15 중량배로 혼합될 수 있다. In the mixing step, the kind of aldehyde is 0.01 to 0.25 mol based on the molar ratio with respect to furfuryl alcohol, the urea is 0.02 to 0.26 mol based on the molar ratio with respect to furfuryl alcohol, 15 parts by weight.
또한, 상기 산촉매는 벤젠고리를 포함하지 않는 탄소수 3 ~ 4를 가질 수 있으며, 상기 산촉매는 푸르푸릴 알코올에 대해서 0.1 중량부 ~ 10 중량부이다.The acid catalyst may have 3 to 4 carbon atoms which does not include a benzene ring, and the acid catalyst is 0.1 to 10 parts by weight based on the furfuryl alcohol.
상기한 제조 방법에 의해서 구형 푸란 수지 입자를 얻을 수 있다.The spherical furan resin particles can be obtained by the above-mentioned production method.
본 발명의 다른 일례는, 제조된 상기 구형 푸란 수지 입자에 대한 탄화 및 수증기활성화공정을 통해서 구형 활성탄소 입자를 얻을 수 있다.In another embodiment of the present invention, spherical activated carbon particles can be obtained through the carbonization and steam activation processes of the spherical furan resin particles produced.
본 발명에 의하면, 구형 푸란 수지 입자를 제조 시에, 요소를 소량 혼합하는 것에 의해서, 알데히드 종류의 사용을 현저하게 감소시킬 수 있으며, 종래의 무기산이나 알킬벤젠설폰산 종류를 사용하지 않고, 산 촉매의 pKa 값에 제한되지 않으며, 이로부터 제조된 푸란 수지 입자 및 이로부터 얻어지는 구형 활성 탄소의 압축강도도 높아진다.According to the present invention, it is possible to remarkably reduce the use of the aldehyde class by mixing a small amount of the urea in the preparation of the spherical furan resin particles, and it is possible to reduce the use of the aldehyde class without using the conventional inorganic acid or alkylbenzenesulfonic acid class, , And the compressive strength of the prepared furan resin particles and the spherical activated carbon obtained therefrom is also increased.
[도 1] 실시예 1에서 합성한 구형 푸란 수지를 100배율로 확대하여 촬영한 사진
[도 2] 실시예 2에서 합성한 구형 푸란 수지를 100배율로 확대하여 촬영한 사진
[도 3] 실시예 3에서 합성한 구형 푸란 수지를 100배율로 확대하여 촬영한 사진
[도 4] 비교예 1에서 합성한 구형 푸란 수지를 40배율로 확대하여 촬영한 사진 [Figure 1] Photographs of a spherical furan resin synthesized in Example 1 at a magnification of 100 magnification
Fig. 2 Photographs of the spherical furan resin synthesized in Example 2 at a magnification of 100 magnifications
3] A photograph of the spherical furan resin synthesized in Example 3 at a magnification of 100 magnifications
4 is a photograph of the spherical furan resin synthesized in Comparative Example 1 taken at a magnification of 40 magnifications
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본 발명은 기존의 페놀 대체 물질로 푸르푸릴 알코올을 선정하고, 요소를 첨가하여 반응시킴으로써 독성이 강한 알데히드류의 사용을 현저하게 줄이고, 황산, 염산과 같은 강산이 아닌, 알킬벤젠술폰산과 같은 벤젠 고리가 포함된 산 종류가 아닌 단순 구조의 유기산(예를 들면 말레산, 말론산)을 이용하여 용이하게 푸란 수지 입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. In the present invention, furfuryl alcohol is selected as a conventional phenol substitute and reacted by adding urea to thereby significantly reduce the use of highly toxic aldehydes. The use of aldehydes such as benzene rings such as alkylbenzenesulfonic acids rather than strong acids such as sulfuric acid and hydrochloric acid (For example, maleic acid, malonic acid), which is not an acid type, and which has a simple structure.
수지 입자의 구형을 유지하면서 알데히드 종류의 사용량을 줄이기 위해 요소를 소량 첨가하는 것으로 기존에 제시된 기술에 비해 알데히드류의 사용량을 현저히 줄일 수 있다는 것을 알게 되었다.It has been found that the addition of a small amount of element to reduce the amount of aldehyde species while maintaining the spherical shape of the resin particles can significantly reduce the amount of aldehyde used compared to the existing techniques.
또한, 이렇게 알데히드류의 사용량을 현저하게 줄인 제조 방법에 의해 pKa의 범위를 한정짓지 않아도 되며, 통상 강산으로 알려진 무기산이나 벤젠 고리가 포함된 알킬벤젠설폰산 종류와 같은 고분자량의 유기산이 아닌, 탄소 수 3 ~ 4 수준의 유기산 예를 들면, 말레산(maleic acid, pKa=1.9), 말론산(malonic acid, pKa=2.8) 같은 저분자량의 유기 산촉매 종류를 사용하여 반응이 가능하다는 것을 발견하게 되었고, 이런 종류의 유기산은 액상이 아닌 고체 상태로 보관 및 사용하기가 용이하다는 장점도 있다. In addition, the range of pKa is not limited by the production method in which the amount of the aldehydes is remarkably reduced, and it is not limited to a high molecular weight organic acid such as an alkylbenzenesulfonic acid type containing an inorganic acid or a benzene ring, It has been found that the reaction can be carried out using a low molecular weight organic acid catalyst species such as 3 to 4 levels of organic acids such as maleic acid (pKa = 1.9) and malonic acid (pKa = 2.8) , And this type of organic acid is not liquid but solid and is easy to store and use.
본 발명에 사용되는 알데히드류는 포름알데히드가 적절하게 사용된다. 또한, 이 포름알데히드는 반응성이나 원료 가격 등을 고려할 때, 포르말린, 파라포름알데히드, 트리옥산, 테트라옥산, 아세탈 등의 포름알데히드 공급 물질이 적절하게 사용될 수 있다.As the aldehydes used in the present invention, formaldehyde is suitably used. In view of reactivity and raw material cost, formaldehyde supplying materials such as formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane, tetraoxane, and acetal can be suitably used as the formaldehyde.
본 발명에 사용되는 요소는 고체 알갱이 상태로, 반응을 위해 특별히 녹이거나 가루로 만들거나 할 필요 없이 반응에 첨가되기 때문에, 작업성이 좋으며, 가격적이 면에서도 유리하다.The elements used in the present invention are solid granules and are added to the reaction without any special melting or pulverization for the reaction, so that they are good in workability and advantageous in cost.
알데히드류와 요소의 배합비는, 알데히드류는 몰 기준으로 푸르푸릴 알코올 1몰에 대해 0.01 몰 ~ 0.25 몰 (푸르푸릴 알코올에 대해서 35% 포름알데히드 1 ~ 22 중량부), 바람직하게는 0.07 몰 ~ 0.18 몰 (푸르푸릴 알코올에 대해서 35wt% 포름알데히드 6 ~ 16 중량부)이다. The aldehydes and urea are mixed in an amount of 0.01 to 0.25 mol (1 to 22 parts by weight of 35% formaldehyde with respect to furfuryl alcohol) based on 1 mol of furfuryl alcohol, preferably 0.07 to 0.18 (6 to 16 parts by weight of 35% by weight formaldehyde for furfuryl alcohol).
요소는 몰 기준으로 푸르푸릴 알코올 1몰에 대해 0.01 몰 ~ 0.26 몰 (푸르푸릴 알코올에 대해서 0.6 ~ 16 중량부), 바람직하게는 0.08 몰 ~ 0.19 몰 (푸르푸릴 알코올에 대해서 5 ~ 11.6 중량부)이다. 푸르푸릴 알코올 1몰에 대해 알데히드 종류와 요소의 사용량이 많아지면 입자 생성이 진행되지 않거나, 원하는 입자가 얻어지지 않거나, 반응이 느리게 진행되는 문제가 있다.(From 0.6 to 16 parts by weight, preferably from 0.08 to 0.19 moles (relative to furfuryl alcohol, from 5 to 11.6 parts by weight, based on the furfuryl alcohol, based on the furfuryl alcohol) to be. If the amount of the aldehyde and the amount of the urea to be used is increased with respect to 1 mole of furfuryl alcohol, there is a problem that particle generation does not proceed, desired particles are not obtained, or the reaction proceeds slowly.
본 발명에 사용되는 물의 양은 푸르푸릴 알코올에 대해서 0.5 중량배 ~ 15 중량배 정도의 비율이 사용될 수 있다. 물의 양이 0.5 중량배 미만이면 반응물이 난형으로 덩어리 질 우려가 있고, 또, 15 중량배 보다 사용량이 많아지면 반응 시간이 길어져 제조에 사용되기 어려운 문제가 생긴다.The amount of water to be used in the present invention may be about 0.5 to 15 times by weight with respect to furfuryl alcohol. If the amount of water is less than 0.5 times by weight, the reaction product may be agglomerated into an oval shape. Further, when the amount of water is more than 15 times by weight, the reaction time becomes long,
본 발명에서 분산안정제는 입자의 분산 과정에서 표면에 작용하여, 응집에 대한 지연을 위해 사용하며, 수용성 고분자 타입인 검류, 메틸셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스 등 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 아라비아 검이 적절하게 사용될 수 있다.In the present invention, the dispersion stabilizer acts on the surface in the course of dispersing the particles and is used for retarding aggregation. One or more kinds of water-soluble polymer type such as gum, methyl cellulose, and hydroxyethyl cellulose can be selected and used , And an Arabian gum can be used appropriately.
본 발명에 사용되는 산촉매는 일반적으로 푸르푸릴 알코올에 대해서, 0.1 중량부 ~ 10 중량부를 사용하고, 바람직하게는 0.5 중량부 ~ 4 중량부의 비율로 사용된다. 본 발명에서 언급한 산 촉매는 고체 상태로, 별도로 물에 녹여 용액 상태로 만들 필요는 없으며, 제조 시 교반하는 과정에서 혼합을 해주면 된다. 산촉매의 사용량이 적게 되면, 반응 시간이 길어지거나 생성된 입자의 경화가 어려워 질수 있으며, 사용량이 많아지면 덩어리가 생성되거나 원하는 미소 입자를 얻는 것이 어려워지는 문제가 생긴다.The acid catalyst used in the present invention is generally used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight, preferably 0.5 to 4 parts by weight, based on the furfuryl alcohol. The acid catalyst referred to in the present invention is in a solid state, and it is not necessary to dissolve the acid catalyst in a solution state separately. The catalyst may be mixed in a process of stirring at the time of production. When the amount of the acid catalyst used is small, the reaction time may become long or the hardening of the generated particles may become difficult. When the amount of the acid used is too large, it becomes difficult to produce lumps or obtain desired microparticles.
본 발명에 사용되는 염기는 초기 반응물의 분위기를 염기성 분위기로 만들기 위함이며, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화바륨 등의 염기가 사용될 수 있으며, 적절하게는 수산화나트륨이 이용될 수 있다. The base used in the present invention is to make the atmosphere of the initial reactant into a basic atmosphere, and bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, barium hydroxide and the like may be used, and sodium hydroxide may be suitably used.
본 발명에서 사용되는 염기성 분위기는 pH 7.5 ~ 9.5 이며, 바람직하게는 pH 8 ~ 9가 적절하게 사용된다. pH가 염기성이 아니면 초기 반응이 진행되지 않으며, pH가 너무 높으면 알데히드류가 반응에 이롭지 않은 부반응이 일어날 수 있다.The basic atmosphere used in the present invention is pH 7.5 to 9.5, preferably pH 8 to 9, as appropriate. If the pH is not basic, the initial reaction does not proceed. If the pH is too high, aldehydes may cause side reactions that are not favorable to the reaction.
본 발명의 반응온도는 50도 이상의 온도가 사용되지만, 바람직하게는 70도 이상이다. 반응 시간은 반응 온도, 중간 생성물의 상태, 입자 경화의 상태 등을 고려할 때 적절하게 적용되는 것이지만, 일반적으로 2 ~ 30 시간 정도를 적용하게 된다. The reaction temperature of the present invention is a temperature of 50 DEG C or higher, but is preferably 70 DEG C or higher. The reaction time is suitably applied in consideration of the reaction temperature, the state of the intermediate product, the state of particle hardening, etc., but usually about 2 to 30 hours are applied.
상기 방법에 의해 생성된 반응물을 여과, 세척한 후 건조를 실시하는 것으로 구형의 푸란 수지 입자를 얻게 된다.The reaction product produced by the above method is filtered, washed and then dried to obtain spherical furan resin particles.
본 발명에 의하여 제조된 구형 푸란 수지 입자를 탄화 및 수증기활성화 하면 강도가 증가된 다공성 구형 활성탄소가 얻어진다. 강도가 증가된 다공성 활성탄소라 함은, 구형 푸란 수지를 탄화 및 수증기활성화 (500℃의 온도로 1시간 가열하여 탄화하고, 로터리식 외열로를 사용하여 수증기 하에서 900℃의 온도로 140분 가열)하였을 때 최소한 10N/sphere 이상의 압축강도를 갖는 다공성 활성탄소를 의미한다. 이 다공성 활성탄소의 강도는 피치를 원료로 하여 제조한 활성탄소의 강도와 대비하여 최소 2배~최대 10배 이상의 강도를 지닌다. Carbonization and steam activation of the spherical furan resin particles produced by the present invention yields porous spherical activated carbon having increased strength. The porous activated carbon with increased strength means that the spherical furan resin is activated by carbonization and steam activation (carbonization by heating at a temperature of 500 ° C for 1 hour and heating at 900 ° C for 140 minutes under water vapor using a rotary external heat furnace) Quot; means a porous activated carbon having a compressive strength of at least 10 N / sphere. The strength of the porous activated carbon has a strength of at least 2 times to at least 10 times as much as that of the activated carbon produced using the pitch as a raw material.
특히, 종래의 피치를 원료로 하는 다공성 활성탄소의 경우, 압축강도가 현저히 낮기 때문에, 의약품으로써 고형의 단위 제형으로 제제화하려는 경우, 예를 들면, 캡슐에 충전시키는 경우에는, 충전과정에서 활성탄소가 부서지는 문제점이 있었다. 그런데, 경구 흡착제는 1회 복용량이 수 g에 육박하므로, 이를 산제로 복용하는 경우, 구토 등의 투약 불편이 유발되는 경우가 많고, 이 때문에, 실제의 투약현장에서는 오브라이트 등의 보조수단을 이용한 투여가 이루어지는 실정이다. 따라서, 투약 편의성을 크게 증진시킬 수 있는 단위 고형제제에 대한 필요성 때문에 본 발명에서는 압축강도가 큰 구형 푸란 수지를 제조하고, 탄화 및 수증기활성화 후에 결과물로써 다공성 구형 활성탄소를 얻고자 한다. Particularly, in the case of a porous activated carbon having a conventional pitch as a raw material, since the compressive strength is remarkably low, when it is desired to formulate a solid unit dosage form as a medicine, for example, when filling the capsule, . However, when the oral adsorbent is dosed in a dose of about several grams per dose, it often causes discomfort such as vomiting. For this reason, in an actual dosing site, And the like. Therefore, in order to obtain a unit solid preparation capable of greatly improving dosage convenience, the present invention aims to prepare spherical furan resin having a high compressive strength and to obtain a porous spherical activated carbon as a result of carbonization and activation of water vapor.
종래의 피치를 원료로 하는 다공성 활성탄소의 경우, 압축강도가 현저히 낮기 때문에, 화학방호복의 내피에 접착하더라도 파손의 위험이 있다. 따라서 압축강도가 큰 구형 푸란 수지 제조의 필요성이 크다 하겠다.
In the case of a porous activated carbon having a conventional pitch as a raw material, since the compressive strength is remarkably low, there is a risk of breakage even if it adheres to the inner skin of the chemical protective clothing. Therefore, there is a great need to manufacture spherical furan resins having high compressive strength.
본 발명에 의한 구형 활성 탄소의 평균 입자경, 압축강도는 하기와 같은 방법에 의해 측정한다.
The average particle diameter and compressive strength of the spherical activated carbon according to the present invention are measured by the following methods.
(1) 평균 입자경 (1) Average particle size
레이저 회절식 입도분포 입도 측정장치(Sympatec사제 HELOS Particle Size Analysis)를 사용하여 체적 기준의 입도누적선도를 작성하고, Volume Mean Diameter(VMD)에 해당하는 입자경을 평균 입자경으로 하였다.
A particle size based cumulative diagram was created using a laser diffraction particle size distribution analyzer (HELOS Particle Size Analysis, manufactured by Sympatec), and the particle size corresponding to the volume mean diameter (VMD) was taken as the average particle size.
(2) 강도 측정(2) Strength measurement
구형 활성 탄소의 강도는 압축강도기(Digitech사제 AFK-500TE)를 이용하여 하기와 같이 측정하였다.The strength of the spherical activated carbon was measured as follows using a compressive strength machine (AFK-500TE manufactured by Digitech).
측정하고자 하는 구형 활성 탄소 시료 1알을 압축강도기 Tip의 중간에 오도록 위치시킨 후, 압축강도기를 20mm/min의 속도로 하강시켜 최초 구형 활성 탄소가 파괴되는 강도를 압축강도 값으로 하였다. 상기와 같은 방법으로 구형 활성 탄소 시료 22알을 각각 측정한 후, 최대값과 최소값을 제외한 20알의 값을 평균으로 하여 압축강도 값을 구하였다.
After placing one sample of the spherical activated carbon to be measured in the middle of the compressive strength type tip, the strength at which the original spherical activated carbon was broken by setting the compressive strength at a rate of 20 mm / min was regarded as the compressive strength value. 22 aliquots of the spherical activated carbon samples were measured in the same manner as above, and the compressive strength values were obtained by taking the values of 20 eggs excluding the maximum value and the minimum value as an average.
이하, 본 발명은 하기의 실시예 및 비교예에 의거하여 설명된다. 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 하기의 실시예 및 비교예로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described based on the following examples and comparative examples. The following examples and comparative examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the present invention to the following examples and comparative examples.
실시예 1. Example 1.
푸르푸릴알코올 100중량부를 기준으로, 35wt% 포름알데히드 14 중량부, 요소 10.5 중량부, 물 130 중량부를 혼합하여 교반하고, 5wt% 수산화나트륨 수용액을 소량 넣어 , pH 8.5 를 맞춘 후, 70℃ 에서 2 시간 교반한다. 2 시간 후 푸르푸릴 알코올 100 중량부, 아라비아 검 0.2 중량부, 말레산 1.5 중량부를 혼합하여 70℃로 가열하여 첨가한 후, 2 시간을 더 교반한다. 2 시간 교반 후 98℃로 승온하고 8시간 후 반응을 종료한다. 종료 후 반응물을 실온까지 냉각하고, 여과, 세정하는 것으로 구형 푸란 수지 입자를 얻는다. 얻어진 구형 푸란 수지를 이미지 분석 프로그램인 i-Solution (IMT i-Solution Inc.제)을 이용하여 100배율로 측정하고, 도 1에 나타내었다.
14.5 parts by weight of 35% by weight formaldehyde, 10.5 parts by weight of urea and 130 parts by weight of water were mixed and stirred, and a small amount of a 5 wt% aqueous solution of sodium hydroxide was added to adjust the pH to 8.5, Stir time. After 2 hours, 100 parts by weight of furfuryl alcohol, 0.2 part by weight of gum arabic and 1.5 parts by weight of maleic acid were mixed and heated to 70 DEG C and the mixture was further stirred for 2 hours. After stirring for 2 hours, the temperature was raised to 98 占 폚 and the reaction was terminated after 8 hours. After completion of the reaction, the reaction product is cooled to room temperature, filtered, and washed to obtain spherical furan resin particles. The obtained spherical furan resin was measured at 100 magnification using an image analysis program i-Solution (manufactured by IMT i-Solution Inc.) and is shown in Fig.
실시예 2. Example 2.
푸르푸릴알코올 100중량부를 기준으로, 35wt% 포름알데히드 6.5 중량부, 요소 5 중량부, 물 130 중량부를 혼합하여 교반하고, 5wt% 수산화나트륨 수용액을 소량 넣어 , pH 8.5 를 맞춘 후, 70℃ 에서 2 시간 교반한다. 2 시간 후 푸르푸릴 알코올 100 중량부, 아라비아 검 0.2 중량부, 말레산 1.5 중량부를 혼합하여 70℃로 가열하여 첨가한 후, 2 시간을 더 교반한다. 2 시간 교반 후 98℃로 승온하고 8시간 후 반응을 종료한다. 종료 후 반응물을 실온까지 냉각하고, 여과, 세정하는 것으로 구형 푸란 수지 입자를 얻는다. 얻어진 구형 푸란 수지를 이미지 분석 프로그램인 i-Solution (IMT i-Solution Inc.제)을 이용하여 100배율로 측정하고, 도 2에 나타내었다.
6.5 parts by weight of 35% by weight formaldehyde, 5 parts by weight of urea and 130 parts by weight of water were mixed and stirred, and a small amount of a 5 wt% aqueous solution of sodium hydroxide was added to adjust the pH to 8.5, Stir time. After 2 hours, 100 parts by weight of furfuryl alcohol, 0.2 part by weight of gum arabic and 1.5 parts by weight of maleic acid were mixed and heated to 70 DEG C and the mixture was further stirred for 2 hours. After stirring for 2 hours, the temperature was raised to 98 占 폚 and the reaction was terminated after 8 hours. After completion of the reaction, the reaction product is cooled to room temperature, filtered, and washed to obtain spherical furan resin particles. The obtained spherical furan resin was measured at 100 magnification using an image analysis program i-Solution (manufactured by IMT i-Solution Inc.) and is shown in Fig.
실시예 3. Example 3.
푸르푸릴알코올 100중량부를 기준으로, 35wt% 포름알데히드 14 중량부, 요소 10.5 중량부, 물 130 중량부를 혼합하여 교반하고, 5wt% 수산화나트륨 수용액을 소량 넣어 , pH 8.5 를 맞춘 후, 70℃ 에서 2 시간 교반한다. 2 시간 후 푸르푸릴 알코올 100 중량부, 아라비아 검 0.2 중량부, 말론산 1.5 중량부를 혼합하여 70℃로 가열하여 첨가한 후, 3 시간을 더 교반한다. 3 시간 교반 후 98℃로 승온하고 10시간 후 반응을 종료한다. 종료 후 반응물을 실온까지 냉각하고, 여과, 세정하는 것으로 구형 푸란 수지 입자를 얻는다. 얻어진 구형 푸란 수지를 이미지 분석 프로그램인 i-Solution ( IMT i-Solution Inc.제)을 이용하여 100배율로 측정하고, 도 3에 나타내었다.
14.5 parts by weight of 35% by weight formaldehyde, 10.5 parts by weight of urea and 130 parts by weight of water were mixed and stirred, and a small amount of a 5 wt% aqueous solution of sodium hydroxide was added to adjust the pH to 8.5, Stir time. After 2 hours, 100 parts by weight of furfuryl alcohol, 0.2 part by weight of gum arabic and 1.5 parts by weight of malonic acid were mixed and heated to 70 DEG C, followed by further stirring for 3 hours. After stirring for 3 hours, the temperature was raised to 98 占 폚 and the reaction was terminated after 10 hours. After completion of the reaction, the reaction product is cooled to room temperature, filtered, and washed to obtain spherical furan resin particles. The obtained spherical furan resin was measured at 100 magnification using an image analysis program i-Solution (manufactured by IMT i-Solution Inc.) and is shown in Fig.
비교예 1. Comparative Example 1
푸르푸릴알코올 100중량부를 기준으로, 35wt% 포름알데히드 30 중량부, 요소 22 중량부, 물 130 중량부를 혼합하여 교반하고, 5wt% 수산화나트륨 수용액을 소량 넣어 , pH 8.5 를 맞춘 후, 70℃ 에서 3 시간 교반한다. 4 시간 후 푸르푸릴 알코올 100 중량부, 아라비아 검 0.2 중량부, 말레산 1.5 중량부를 혼합하여 70℃로 가열하여 첨가한 후, 3 시간을 더 교반한다. 3 시간 교반 후 98℃로 승온하고 15시간 후 반응을 종료한다. 종료 후 반응물을 실온까지 냉각하고, 여과, 세정하는 것으로 푸란 수지를 얻는다. 얻어진 구형 푸란 수지를 이미지 분석 프로그램인 i-Solution (IMT i-Solution Inc.제)을 이용하여 40배율로 측정하고, 도 4에 나타내었다.
30 parts by weight of 35% by weight formaldehyde, 22 parts by weight of urea and 130 parts by weight of water were mixed and stirred, and a small amount of a 5 wt% aqueous solution of sodium hydroxide was added to adjust the pH to 8.5, Stir time. After 4 hours, 100 parts by weight of furfuryl alcohol, 0.2 parts by weight of gum arabic and 1.5 parts by weight of maleic acid were mixed and heated to 70 DEG C and the mixture was further stirred for 3 hours. After stirring for 3 hours, the temperature was raised to 98 占 폚 and the reaction was terminated after 15 hours. After completion of the reaction, the reaction product is cooled to room temperature, filtered, and washed to obtain a furan resin. The obtained spherical furan resin was measured at 40 magnification using an image analysis program i-Solution (manufactured by IMT i-Solution Inc.) and is shown in Fig.
비교예 2. Comparative Example 2
푸르푸릴알코올 100중량부를 기준으로, 35wt% 포름알데히드 55 중량부, 요소 40 중량부, 물 130 중량부를 혼합하여 교반하고, 5wt% 수산화나트륨 수용액을 소량 넣어 , pH 8.5 를 맞춘 후, 70℃ 에서 4 시간 교반한다. 4 시간 후 푸르푸릴 알코올 100 중량부, 아라비아 검 0.2 중량부, 말레산 1.5 중량부를 혼합하여 70℃로 가열하여 첨가한 후, 5 시간을 더 교반한다. 5 시간 교반 후 98℃로 승온하고 24시간 후 반응을 종료했으나, 생성된 물질은 없었다.
55 parts by weight of 35% by weight formaldehyde, 40 parts by weight of urea and 130 parts by weight of water were mixed and stirred, and a small amount of a 5 wt% sodium hydroxide aqueous solution was added to adjust the pH to 8.5, Stir time. After 4 hours, 100 parts by weight of furfuryl alcohol, 0.2 part by weight of gum arabic, and 1.5 parts by weight of maleic acid were mixed and heated to 70 DEG C and the mixture was further stirred for 5 hours. After stirring for 5 hours, the temperature was raised to 98 ° C, and the reaction was terminated after 24 hours, but no substance was produced.
상기 실시예 1, 2, 3 에서 얻어진 구형 푸란 수지 입자를 외열식 로터리 킬른을 이용하여 질소 분위기에서 500도 온도로 1시간 가열하여 탄화하고, 여기서 얻어진 구형 탄소 입자를 외열식 로터리 킬른을 이용하여 질소 분위기 하에서 수증기를 주입하여 900도 온도로 140분 가열하는 것으로 구형 활성 탄소를 얻었으며, 이를 활성화 공정이라 한다. 실시예 각각에 대한 평균 입자경 및 압축강도 결과는 아래 표에 나타내었다.The spherical furan resin particles obtained in Examples 1, 2 and 3 were carbonized by heating using a thermal rotary kiln in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 1 hour, and the spherical carbon particles thus obtained were subjected to heat treatment in nitrogen The activated carbon was obtained by injecting water vapor under the atmosphere and heating it at 900 ° C for 140 minutes. The average particle size and compressive strength results for each of the examples are shown in the table below.
위 표에서 알 수 있는 바와 같이 요소를 소량 혼합하는 것으로 알데히드 종류를 현저하게 소량 사용할 수 있으며, 기존에 제시된 무기산이나 알킬벤젠설폰산 종류를 사용하지 않고, 산 촉매의 pKa가 높더라도 압축 강도가 높은 구형 푸란 수지 입자를 얻을 수 있었다. 또한, 본 발명에 의해서 제조된 구형 푸란 수지입자로부터 얻어지는 구형 활성 탄소의 압축강도도 높아 다루기 용이하다.As can be seen from the above table, a small amount of aldehyde can be used in a small amount by mixing a small amount of the element, and even when the pKa of the acid catalyst is high and the compression strength is high without using any of the inorganic or alkylbenzenesulfonic acid types Spherical furan resin particles were obtained. Further, the spherical activated carbon obtained from the spherical furan resin particles produced by the present invention has high compressive strength and is easy to handle.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 도면에 예시된 것에 한정되는 것은 아니며, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments, It will be apparent that the scope is not limited. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (7)
(a) 요소, 알데히드류, 물의 혼합용액을 반응기에서 혼합단계;
(b) 상기 혼합용액을 pH 7.5 내지 pH 9.5로 조정하는 pH 조정단계;
(c) 푸르푸릴 알코올, 산촉매, 검(Gum)을 상기 반응기로 투입하는 투입단계; 및
(d) 푸란 수지를 경화하는 경화단계.A method for producing a furan resin comprising the steps of:
(a) mixing a mixed solution of urea, aldehydes and water in a reactor;
(b) a pH adjusting step of adjusting the mixed solution to a pH of from 7.5 to 9.5;
(c) introducing furfuryl alcohol, acid catalyst, and gum into the reactor; And
(d) a curing step for curing the furan resin.
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