KR101605053B1 - 낮은 폴리아로마틱 탄화수소 함량을 갖는 프로세스 오일의 제조방법 - Google Patents

낮은 폴리아로마틱 탄화수소 함량을 갖는 프로세스 오일의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 약 3중량% 미만의 낮은 폴리아로마틱 탄화수소(PAH) 또는 폴리사이클릭 방향족 화합물(PCA) 함량을 갖는 프로세스 오일을 생산, 제조 또는 추출하는 방법 또는 공정을 제공한다. 상기 공정은 피드 오일, 용매 및 반용매(예를 들어, 물)를 역류 추출 칼럼에 제공하는 것을 포함한다. 상기 추출 칼럼은 추출 온도로 가열된다. 질소 기체는 상기 피드 오일로부터 PCA의 제거를 용이하게 하기 위해 도입됨으로써, 약 3중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일을 용이하게 제조하도록 한다.

Description

낮은 폴리아로마틱 탄화수소 함량을 갖는 프로세스 오일의 제조방법{METHODS AND PROCESSES FOR PRODUCING PROCESS OILS WITH A LOW POLYAROMATIC HYDROCARBON CONTENT}
본 발명은 일반적으로 프로세스 오일에 관한 것이며, 그러한 프로세스 오일을 제조, 생산 및/또는 추출하는 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 약 3중량% 미만의 폴리아로마틱 탄화수소(polyaromatic hydrocarbons) 또는 폴리사이클릭 방향족 화합물(polycyclic aromatics)을 포함하는 프로세스 오일 및 그러한 프로세스 오일을 제조, 생산 및/또는 추출하는 방법에 관한 것이다.
프로세스 오일, 예를 들어 고무 프로세스 오일 또는 고무 익스텐더(extender) 오일 조성물은 고무 화합물(예를 들어, 스티렌 부타디엔 고무(SBR)와 같은 합성 고무 또는 천연 고무)을 가공하기 위해 보통 사용되는 석유 유도체이다. 프로세스 오일을 사용하면 고무 화합물의 특성이나 특징을 용이하게 개질 또는 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 고무 화합물에 프로세스 오일을 첨가하면, 연삭 과정 동안 고무 화합물의 스코칭(scorching)을 방지하기 위해 고무 화합물을 가공하는 동안 요구되는 온도를 감소시키거나, 고무 화합물의 점도를 감소시키거나, 또는 고무 화합물의 전반적 작업성을 개선할수 있다. 프로세스 오일, 예를 들어 고무 익스텐더 오일 조성물 또는 고무 프로세스 오일은 자동차 고무 타이어의 제조와 같은 다양한 산업 응용에서 고무 화합물의 가공을 위해 사용될 수 있다.
서로 다른 유형의 프로세스 오일은 보통 특정의 물리화학적 특성을 갖는다. 예를 들어, 프로세스 오일은 대개 특정의 혼화성, 동점도(kinematic viscosity), 용해력(solvency), 밀도, 아닐린점(aniline point), 인화점(flash point), 및/또는 폴리아로마틱 탄화수소(PAH) 또는 폴리사이클릭 방향족 화합물(PCA) 함량을 갖는다. 보통 특정의 프로세스 오일의 특성들이 특정 유형의 고무 화합물의 가공시 사용하는 것에 대한 적합성(compatibility)을 결정한다. 또한, 특정 프로세스 오일의 특성들은 일반적으로, 가공된 고무 화합물(또한 고무 생성물로서 알려짐)의 의도하거나 원하는 용도에 따라 맞춰지고/맞춰지거나 선택된다.
고도 방향성(highly aromatic) 프로세스 오일(예를 들어, 고무 익스텐더 오일 조성물)은 보통, 상당량 또는 상당 농도의 방향성 기를 갖는 고무 화합물, 예를 들면 SBR과 사용하기에 더 적합하다. 그러한 고도 방향성 고무 익스텐더 오일 조성물은 또한 증류액 방향족 추출물(distillate aromatic extracts; DAE)로도 알려져 있다. DAE는 적어도 70 중량%의 방향족 탄화수소 함량을 갖는 경향이 있다. "방향족 탄화수소"라는 용어는 보통, 탄소와 수소 원자로 주로 구성되고 공액(conjugated) 불포화 탄소 결합으로 구성되는 적어도 하나의 고리 구성(예를 들면 벤젠 부분)을 포함하는 분자 또는 화합물을 의미한다. 또한, "방향족 탄화수소"라는 용어는 PCA 또는 PAH 도 포함한다. PCA 또는 PAH는 함께 결합된 2개 이상의 고리 구성(즉, 방향족 고리)을 갖는 화합물이다.
PCA의 독성은 건강 및 환경상의 우려를 증가시킨다. 예를 들어 자동차 타이어 제조시, 고무 화합물의 가공을 위해 높은 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일을 사용하는 것은, 상기 자동차 타이어를 사용하는 동안 생성되는 타이어 분진의 형태로 환경 오염 및 건강 문제에 기여하는 것으로 말해져 왔다.
고무 익스텐더 오일 조성물 또는 고무 프로세스 오일은 전형적으로 높은 폴리아로마틱 탄화수소(PAH) 또는 폴리사이클릭 방향족 화합물(PAH) 함량을 갖는다. PCA 또는 PAH는 잠재적 발암성 화합물로서 밝혀졌다. 따라서, 3 중량% 보다 큰 PCA 또는 PAH를 갖는 고무 익스텐더 오일 조성물은 유럽 법제(EU Substance Directive 67/548/EEC)에 따라 "발암성"으로 분류되어 있으며, 유럽에서는 위험 문구 "R45"(암 유발할 수 있음)와 라벨 "T"(독성, 두개골 및 크로스본(crossbones; 대퇴골 2개를 교차시킨 도형))로 라벨링되어야 한다.
3 중량% 미만의 PCA 또는 PAH를 갖는 프로세스 오일(예를 들어 고무 익스텐더 오일 조성물)이 건강, 안전 및 환경 보호를 위해 점점 더 요망된다. 3 중량% 보다 큰 PCA 또는 PAH를 갖는 고무 익스텐더 오일 조성물은 유럽 법제(EU Substance Directive 67/548/EEC)에 따라 "발암성"으로 분류되어 있으며, 유럽에서는 위험 문구 "R45"(암 유발할 수 있음)와 라벨 "T"(독성, 두개골 및 크로스본)로 라벨링되어야 한다. 따라서 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 고무 익스텐더 오일 조성물이 증가하는 상업적 가치를 갖는다.
처리된 증류액 방향족 추출물(TDAE)이 3 중량% 보다 큰 PCA 또는 PAH를 갖는 고무 익스텐더 오일 조성물에 대한 대체 조성물로서 제안되었다. TDAE는 더 가혹한 처리에 의해 DAE로부터 제조될 수 있는데, 예를 들면 PCA 또는 PAH의 농도를 3 중량%의 임계치 아래로 낮추는, 용매 추출 공정을 이용하는 것이다.
3 중량% 미만의 PCA 또는 PAH 함량을 갖는 고무 익스텐더 오일 조성물(예를 들면, TDAE)의 제조 또는 추출은 특별한 처리 장비 또는 시스템을 사용할 뿐만 아니라 다중 처리 단계를 실행할 것을 보통 요한다. 일반적으로, 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 고무 익스텐더 오일 조성물과 같은 프로세스 오일의 제조 또는 추출을 위해서는 큰 자본 투자가 요구된다. 자동차 및 산업 적용을 위해 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일(예를 들어, TDAE와 같은 고무 익스텐더 오일 조성물)에 대한 윤활유 마켓에서의 증가하는 요구는, TDAE의 제조시 공급 원료 또는 피드 오일(feed oil)로서 흔히 사용되는 DAE의 미래 이용 가능성에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 3 중량% 미만의 PCA 또는 PAH 함량을 갖는 프로세스 오일(예를 들어, TDAE와 같은 고무 익스텐더 오일 조성물)을 제조하기 위한 향상된 방법을 개발하는 것이 일반적으로 바람직하다.
본 발명의 제 1 측면에 의하면, 프로세스 오일을 제조하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 피드 오일을 추출 칼럼으로 도입하고, 용매를 상기 추출 칼럼으로 도입하는 것을 포함하며, 피드 오일에 대한 용매의 부피%는 약 80% 내지 약 1000%이다. 상기 방법은 또한 불활성 기체(inert gas) 및 실질적으로 불활성인 기체 중 하나를 상기 추출 칼럼을 통과시켜 버블링(bubbling)하고, 상기 피드 오일로부터 폴리사이클릭 방향족 화합물을 추출하여, 약 3 중량% 미만의 폴리사이클릭 방향족 화합물 함량을 갖는 프로세스 오일을 얻는 것을 더 포함한다.
본 발명의 제 2 측면에 의하면, 약 3중량% 미만의 폴리사이클릭 방향족 화합물 함량을 갖는 프로세스 오일이 개시된다. 상기 프로세스 오일은 100℃에서 약 20㎟/초 내지 약 32㎟/초의 동점도, 적어도 약 1.010kg/ℓ의 밀도, 적어도 약 220℃의 인화점, 적어도 약 40.0℃의 아닐린점, 및 최대 약 -49℃의 유리전이온도를 갖는다.
본 발명의 제 3 측면에 의하면, 약 3중량% 미만의 폴리사이클릭 방향족 화합물 함량을 갖는 고무 조성물이 개시되며, 상기 고무 조성물은 본 발명의 특정 측면에 따른 방법을 이용하여 생산된 프로세스 오일로 고무 화합물을 처리함으로써 제조된다.
본 발명의 제 4 측면에 의하면, 폴리사이클릭 방향족 화합물을 추출하기 위한 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 역류 추출 칼럼, 피드 오일의 도입을 위해 상기 추출 칼럼에 의해 수반되는(carried) 제 1 입구, 및 용매 및 반용매(anti-solvent) 중 적어도 하나의 도입을 위해 상기 추출 칼럼에 의해 수반되는 제 2 입구를 포함한다. 또한, 상기 시스템은 상기 추출 칼럼 내에 배치된 복수의 회전가능한 플레이트(상기 복수의 회전가능한 플레이트 각각은 복수의 개구를 포함하여, 그것을 통해 상기 피드 오일, 용매 및 반용매 각각이 소통될 수 있음) 및 실질적으로 불활성인 기체를 상기 추출 칼럼으로 도입하기 위해 상기 추출 칼럼에 결합된 기체 버블링 모듈(gas bubbling module)을 포함한다.
본 발명의 실시예 및 측면들은 도면을 참고하여 여기에 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 프로세스 오일을 생산, 제조 또는 추출하기 위한 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 프로세스 오일을 생산, 제조 또는 추출하기 위한 시스템의 부분 도식도이다.
도 3 내지 도 16은 다양한 프로세스 오일을 이용하여 제조된 8개의 고무 조성물(즉, 고무 조성물 A 내지 H)의 다수의 서로 다른 특성 또는 특징과 관련된 대표적 실험 데이터를 도시함.
본 발명의 많은 실시예들은 3중량% 미만의 폴리사이클릭 방향족 화합물(PCA) 또는 폴리아로마틱 탄화수소(PAH) (PCA 및 PAH는 이제부터 집합적으로 PCA라 칭함) 함량을 갖는 프로세스 오일에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 많은 실시예들은 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일을 제조, 생산 및/또는 추출하는 방법 및 공정에 관한 것이다.
본 발명의 목적상, 프로세스 오일에 대한 언급은 천연 고무 및 합성 고무(예를 들어, 스티렌 부타디엔 고무(SBR))를 포함하여, 고무 화합물을 처리하는데 이용되는 프로세스 오일에 관한 것이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 프로세스 오일은 고무 익스텐더 오일 조성물 또는 고무 프로세스 오일로서 알려져 있다. 그러나, 본 발명의 실시예가 다른 유형의 프로세스 오일, 예를 들어 자동차 및/또는 산업 적용을 위해 다른 물질들(예를 들어 다양한 폴리머)의 가공시 사용되는 프로세스 오일에 관한 것일 수도 있음은 당업자에 의해 이해될 것이다.
선택된 프로세스 오일 특성 및 특징
앞서 언급된 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 고무 화합물의 가공과 관련하여 사용될 수 있는 프로세스 오일에 관한 것이다. 대부분의 실시예에서, 프로세스 오일은 선택된 고무 화합물의 가공을 위해 프로세스 오일의 적합성(compatibility)을 촉진 또는 향상시키는 하나 이상의 특징 및/또는 특성(예를 들어 물리적 및/또는 화학적 특성)을 나타낸다. 예를 들어, 프로세스 오일의 하나 이상의 특징 또는 특성은 선택된 고무 화합물의 가공성 및/또는 출혈 저항을 고려하여 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세스 오일의 특징 및/또는 특성은 하나 이상의 원하는 특징 또는 특성이 가공처리된 고무 화합물(즉, 고무 화합물을 프로세스 오일로 처리함으로써 얻어지는 고무 생성물)에 존재하는 것을 촉진 또는 보장하기 위해 구체적으로 선택된다. 본 발명에 따라 추출 또는 생산되는 프로세스 오일의 특정한 특징 및/또는 특성은 아래에 기재된다:
(a) PCA 함량
본 발명의 많은 실시예에서, 프로세스 오일은 약 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는다.
유럽 법제(EU Substance Directive 67/548/EEC)에 따르면, 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일은 "발암성"으로 분류될 필요가 없으며, 유럽에서 위험 문구 "R45"(암 유발할 수 있음)와 라벨 "T"(독성, 두개골 및 크로스본)로 라벨링할 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 많은 실시예에 따른 프로세스 오일은 "발암성"으로 분류될 필요가 없으며, 유럽에서 위험 문구 "R45"(암 유발할 수 있음)와 라벨 "T"(독성, 두개골 및 크로스본)로 라벨링할 필요가 없다.
(b) 극성 화합물 함량
많은 실시예에서, 프로세스 오일은 약 25 중량% 미만의 극성 화합물을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 프로세스 오일은 약 15 중량% 내지 약 20 중량%의 극성 화합물을 포함한다. 일부 실시예에서, 프로세스 오일은 약 16 중량% 내지 약 19 중량%의 극성 화합물을 포함한다. 선택된 실시예에서, 프로세스 오일은 약 17 중량% 내지 약 18 중량%의 극성 화합물을 포함한다.
많은 실시예에서, 프로세스 오일 내 극성 화합물의 함량은, 예를 들어 선택된 고무 화합물과 프로세스 오일의 사용 적합성을 증가시키기 위해, 특정의 특성을 갖는 프로세스 오일을 생산하기 위해 달라질 수 있다. 예를 들어, 프로세스 오일 내 극성 화합물의 함량은, 선택된 고무 화합물과 프로세스 오일의 블렌딩(blending) 적합성을 개선하기 위해 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세스 오일 내 극성 화합물의 함량은 가공처리된 고무 화합물(즉, 고무 화합물을 프로세스 오일로 처리함으로써 얻어지는 고무 생성물)에서 블리딩(bleeding)의 발생을 감소 또는 최소화하도록 선택된다. 일부 실시예에서, 상기 고무 화합물은 가황 고무 화합물이다. 상기 극성 화합물의 함량은 ASTM D 2007에 따라 측정될 수 있다.
(c) 동점도( Kinematic Viscosity )
많은 실시예에서, 프로세스 오일은 100℃에서 약 10㎟/초 내지 약 40㎟/초의 동점도를 갖는다. 다수의 실시예에서, 프로세스 오일은 100℃에서 약 20㎟/초 내지 약 35㎟/초의 동점도를 갖는다. 일부 실시예에서, 프로세스 오일은 100℃에서 약 20㎟/초 내지 약 32㎟/초의 동점도를 갖는다. 선택된 실시예에서, 프로세스 오일은 100℃에서 약 25㎟/초 내지 약 31㎟/초의 동점도를 갖는다.
많은 실시예에서, 프로세스 오일의 동점도는 고무 화합물과 블렌딩함에 있어 가공성 및 작동 가능성을 향상시키기 위해 선택된다. 특히, 방향족 가황 고무 화합물과 함께 사용될 경우, 본 발명에 의해 제공되는 프로세스 오일의 동점도는 상기 방향족 가황 고무 화합물에서 블리딩의 발생을 감소 또는 최소화하도록 선택된다. 동점도는 ASTM D 445에 따라 측정될 수 있다.
(d) 방향족 탄화수소 함량
본 발명의 많은 실시예에서, 프로세스 오일은 적어도 약 15 중량%의 방향족 탄화수소 함량을 갖는다. 일부 실시예에서, 프로세스 오일은 적어도 약 20 중량%의 방향족 탄화수소 함량을 갖는다. 선택된 실시예에서, 프로세스 오일은 적어도 약 25 중량%의 방향족 탄화수소 함량을 갖는다.
프로세스 오일의 방향족 탄화수소 함량은 보통 고무 화합물에 대한 친화도(affinity) 및 고무 화합물과의 적합성에 영향을 준다. 프로세스 오일이 고무 화합물과 블렌딩되면, 상기 프로세스 오일에 존재하는 방향족 탄화수소는 가공성을 향상시키고 고무 화합물의 신장 특성(extending property)을 제공하기에 효과적이다. 본 발명의 많은 실시예에서, 프로세스 오일의 방향족 탄화수소 함량은 가공성을 향상시키고 고무 화합물의 신장 특성을 제공하는 것 중 적어도 하나를 위해 선택된다. 방향족 탄화수소의 함량은 ASTM D 2007에 따라 측정된다.
(e) 인화점 ( flash point )
본 발명의 많은 실시예에서, 프로세스 오일의 인화점은 적어도 약 200℃이다. 일부 실시예에서, 프로세스 오일의 인화점은 적어도 약 210℃이다. 선택된 실시예에서, 프로세스 오일의 인화점은 적어도 약 220℃이다.
본 발명의 많은 실시예에서, 프로세스 오일의 인화점은 프로세스 오일의 인화성(flammability)을 감소시켜 프로세스 오일의 취급 용이성을 향상시키도록 선택된다. 프로세스 오일의 인화점은 ASTM D 92(COC℃)에 따라 측정될 수 있다.
프로세스 오일을 생산, 제조 또는 추출하기 위한 방법 및 공정
앞서 언급된 바와 같이, 본 발명은 약 3 중량% 미만의 PCA 함량을 포함하여, 특정의 특성을 갖는 프로세스 오일을 생산, 제조 및/또는 추출하기 위한 방법 및/또는 공정을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 프로세스 오일 추출 또는 생산은 적어도 하나의 피드 오일(공급 원료 또는 베이스 오일로서도 알려짐)을 사용하는 것과 관련된다. 일부 실시예에서, 프로세스 오일은 2개 이상의 서로 다른 피드 오일을 사용하여 추출 또는 생산될 수 있다. 많은 실시예에서, 상기 피드 오일은 석유 유도체이다. 일부 실시예에서, 상기 피드오일은 상압 잔사유(atmospheric residue), 진공 잔유 및/또는 탄화수소를 갖는 탈아스팔트유(deasphalting oils)로부터 얻어지는 탈아스팔트된 오일(deasphalted oil)을 포함할 수 있다.
(a) 선택된 피드 오일 특성
많은 실시예에서, 피드 오일은 적어도 약 20 중량%의 PCA 함량, 적어도 약 0.950kg/ℓ의 밀도, 100℃에서 약 20㎟/초 내지 약 80㎟/초의 동점도, 적어도 약 200℃의 인화점, 적어도 약 40℃의 아닐린점, 약 -66℃ 내지 -32℃의 유리 전이 온도(Tg), 적어도 약 70 중량%의 방향족 탄화수소 함량, 및 적어도 약 99%의 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone) 순도를 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 피드 오일은 상기 나열된 것과 적어도 하나의 다른 특성을 가질 수 있으며, 예를 들어 상기 피드 오일은 적어도 약 22 중량%의 PCA 함량, 적어도 약 1.010kg/ℓ의 밀도, 100℃에서 약 20㎟/초 내지 80㎟/초의 동점도, 적어도 약 220℃의 인화점, 적어도 약 40℃의 아닐린점, 적어도 약 -37℃의 유리 전이 온도(Tg), 적어도 약 85 중량%의 방향족 탄화수소 함량, 및 적어도 약 99.5%의 N-메틸피롤리돈 순도를 가질 수 있다.
선택된 실시예에서, 피드 오일(예를 들어 피드 오일 A 및 피드 오일 B)은 아래 표 1에 나열된 하나 이상의 특징 또는 특성을 가질 수 있다.
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피드 오일의 제조 또는 추출은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 방법, 공정 및/또는 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 특정 프로세스 오일의 준비, 제조 및/또는 추출시 사용되는 피드 오일의 특성 및/또는 특징은 제조 수율 또는 특정의 특성 또는 특성 범위를 갖는 프로세스 오일의 생산 가능성을 개선하는 방식으로 달라질 수 있다. 본 발명의 이해를 향상시키기 위한 비제한적 예로서, 특정 피드 오일의 특정한 특성을 결정 및/또는 입증하기 위한 방법, 공정 또는 기술은 아래에 제공된다:
(b) 피드 오일 특성 측정, 특성화 또는 입증
(i) PCA 함량의 결정
피드 오일 내 PCA(또는 PAH) 함량 또는 농도는 디메틸술폭시드-굴절률 방법(IP 346/80) (Institute of Petroleum, 1985) 및/또는 HRGC/MS에 의한 그리머 법(Grimmer et al., 1981a; Grimmer et al., 1981b)을 이용하여 수행될 수 있다. 피드 오일 내 PCA 함량은 그것의 중량%(즉, w/w%)로서 표현될 수 있다.
많은 실시예에서, 피드 오일의 PCA 함량은 적어도 약 20 중량%이다. 일부 실시예에서, 피드 오일의 PCA 함량은 적어도 약 25 중량%이다. 선택된 실시예에서, 피드 오일의 PCA 함량은 적어도 약 30 중량%, 또는 그 이상이다.
(ii) 유리 전이 온도의 결정
헬륨 기체하에서 시차 주사 열량계(TA, Q2000 DSC)를 이용하여 열분석이 실행될 수 있다. 피드 오일의 샘플(들)은 피드 오일의 유리 전이 온도(Tg)를 분석 또는 결정하기 위해 입수 및 사용될 수 있다. 피드 오일의 샘플(들)은 냉장된 냉각 시스템에 부착된 Q-시리즈 DSC에서 작동된다. 상기 샘플(들)은 알루미늄 Tzero 밀폐 팬에서 약 20℃/분의 온도 증가 평균 속도로 -90℃에서 50℃까지 작동된다.
변조 DSC(MDSC)는 보통 Tg의 정확한 측정을 위해 사용된다. 사용된 변조 파라미터는 다음과 같을 수 있다: 기간 = 60s; 진폭 = 1℃; 램프(ramp) 속도 = 2℃/분. MDSC는 총 열류(heat flow) 신호를 취하여 상기 총 열류 신호를 두 개의 추가 신호로 분할하는 기술이며, 상기 두 개의 추가 신호는 역전 열류 및 비-역전 열류로서 알려져 있다. 이들 추가 신호를 얻기 위하여 온도 변조가 특정 주파수 및 진폭에서 샘플(들)에 적용된다. 상기 역전 열류는 Tg 및 열 용량에 대한 정보를 제공한다. 비-역전 열류는 운동역학적 동작(kinetic events)에 대한 정보를 제공한다. 총 열류는 표준 DSC 실험으로부터 얻어질 수 있는 신호와 동일하다.
많은 실시예에서, 상기 피드 오일의 Tg 온도는 최대 약 -37℃이다. 또는, 상기 피드 오일의 Tg 온도는 변경될 수 있으며, 상기 피드 오일의 Tg 온도의 변경은 예를 들어 상기 프로세스 오일의 생산 과정 중의 하나 이상의 조건에 따라 다르다.
(iii) 아닐린점의 결정
피드 오일의 아닐린점을 결정하기 위하여, 일정 부피의 아닐린(페닐아민 또는 아미노벤젠으로서도 알려짐) 샘플과 일정 부피의 피드 오일 샘플을 튜브에 넣고 기계적으로 혼합한다. 그 다음 상기 혼합물을 상기 아닐린 샘플(아닐린 상(phase))과 상기 피드 오일 샘플(피드 오일 상)이 혼화될 때까지 제어된 속도로 가열한다. 그 다음 상기 아닐린 및 피드 오일 샘플들의 혼화성 혼합물을 제어된 속도로 냉각시킨다. 상기 혼화성 혼합물 내의 두 개의 상이 분리되는 온도가 아닐린점(또는 혼합 아닐린점)이라고 알려져 있다.
아닐린점은 샘플(예를 들어 혼합물 또는 화합물)의 방향족 탄화수소 함량을 추산하기 위해 가장 흔히 사용된다. 아닐린점(또는 혼합 아닐린점)은 순수 탄화수소를 특성화하고 탄화수소 혼합물을 분석함에 있어 유용한 보조 도구이다. 방향족 탄화수소는 보통 가장 낮은 아닐린점을 나타내며 파라핀은 보통 가장 높은 아닐린점을 나타낸다. 동족 계열에서 아닐린점은 보통 분자량 증가에 따라 증가한다.
많은 실시예에서, 피드 오일의 아닐린점은 적어도 약 35℃이다. 일부 실시예에서, 피드 오일의 아닐린점은 적어도 약 40℃, 약 50℃, 약 60℃ 또는 약 70℃이다. 대부분의 실시예에서, 피드 오일의 아닐린점은, 예를 들어 프로세스 오일이 생산되는 동안 하나 이상의 조건에 따라 달라질 수 있다.
(iv) 밀도의 결정
피드 오일의 밀도를 결정하기 위하여, 일정 부피(예를 들어, 약 0.7㎖)의 피드 오일 샘플을 진동 튜브 내로 도입하고, 상기 피드 오일 샘플이 도입될 때 상기 진동 튜브의 질량 변화에 의해 유발되는 진동 주파수의 변화를 교정 데이터(calibration data)와 결합 사용하여 샘플의 밀도를 결정한다. 또는, 피드 오일의 밀도는 ASTM D 4052에 따라 측정될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 많은 실시예에서, 피드 오일의 밀도는 적어도 약 0.950kg/ℓ이다. 일부 실시예에서, 피드 오일의 밀도는 약 0.900g/㎤ 내지 약 1.00g/㎤이다. 다른 실시예에서, 피드 오일의 밀도는 약 1.00g/㎤ 내지 약 1.30g/㎤이다. 많은 실시예에서, 피드 오일의 밀도는 달라질 수 있다. 예를 들어, 피드 오일의 밀도는 프로세스 오일이 생산되는 동안 하나 이상의 조건에 따라 달라질 수 있다.
상기에서는 비록 PCA 함량, 유리 전이 온도, 아닐린점 및 피드 오일의 밀도를 결정하기 위한 예시적 방법, 공정 및/또는 기술을 기재하고 있지만, 당업계의 통상의 지식을 가진 자라면 PCA 함량, 유리 전이 온도, 아닐린점 및 피드 오일의 밀도를 결정하기 위한 또 다른 방법, 공정 및/또는 기술이 또한 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 당업자라면 피드 오일의 다른 특성들(예를 들어, 물리적 및/또는 화학적 특성)도 원하는 대로 선택, 결정 및/또는 변화될 수 있음을 이해할 것이다.
(c) 대표적 프로세스 오일 추출 또는 제조 공정
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 프로세스 오일을 생산, 제조 또는 추출하기 위한 공정(100)의 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 프로세스 오일을 생산, 제조 또는 추출하기 위한 시스템(10)이다. 일반적으로, 본 발명에 따라 프로세스 오일을 생산, 제조 또는 추출하기 위한 공정(100)은 도 2의 시스템(10)을 거쳐 실행될 수 있는 공정 부분들을 포함하여, 다수의 공정부를 포함한다.
상기 공정(100)의 제 1 공정부(110)에서는, 적어도 하나의 피드 오일을 도 2에 도시된 시스템(10)에서와 같은 역류 추출 칼럼(20) 내로 도입한다. 대부분 실시예에서, 피드 오일은 상기 추출 칼럼(20)에 의해 수반되고 상기 추출 칼럼(20)의 바닥부에 위치하는 제 1 입구(25)에서 상기 역류 추출 칼럼(20) 내로 도입된다.
다양한 유형의 역류 추출 칼럼의 부분들은 본 발명에 따른 공정(100)과 관련하여 이용될 수 있다. 역류 추출 칼럼 및 장치는 당업계에 공지되어 있으며, 액체-액체 추출(용매 추출 및 분할로서도 알려짐)을 위해 이용될 수 있다. 2개의 역류 추출 장치가 전체로서 여기에 참고로 포함된 미국 특허 4101408호 및 4151089호에 개시되어 있다.
많은 실시예에서, 상기 추출 칼럼(20)은 그 내부에 배치된 다수의 플레이트(50)를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 플레이트(50)는 상기 추출 칼럼(20)의 길이를 따라 배치된다. 대부분 실시예에서, 상기 플레이트(50)는 내부에 다수의 구멍 또는 개구(55)가 형성되어 그들을 통해 물질(예를 들어, 유체)이 소통되도록 한다. 일부 실시예에서, 서로 다른 플레이트(50)는 다른 크기의 구멍(55)을 갖는다. 예를 들어, 구멍(55)의 크기는 하나의 플레이트(50)와 다른 플레이트가 다를 수 있고/있거나 임의의 주어진 플레이트(50)의 구멍(55) 크기는, 예를 들어 그것을 통해 소통되는 물질의 유형, 밀도 또는 크기에 따라 달라질 수 있다.
제 2 공정부(120)에서는, 용매가 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입된다. 많은 실시예에서, 상기 용매는 상기 추출 칼럼(20)의 상단부에 배치된 제 2 입구(30)에서 도입된다. 본 발명의 다수 실시예에서, 상기 용매는 극성 용매이다. 일부 실시예에서, 상기 용매는 N-메틸피롤리돈이다. 다른 실시예에서, 상기 용매는 푸르푸랄(furfural), 페놀 또는 다른 유형의 화합물일 수 있다.
다양한 실시예에서, 상기 시스템(10)은 상기 추출 칼럼(20)에 결합된 제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 상기 제어기는 피드 오일에 대한 용매의 부피%(즉, 피드 오일에 대한 용매의 부피비)를 설정, 제어 및/또는 조절하도록 구성될 수 있다. 많은 실시예에서, 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 피드 오일에 대한 용매의 부피%는 약 80% 내지 약 1000%이다. 일부 실시예에서, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일에 대한 용매의 부피%는 약 100% 내지 약 500%이다. 특정 실시예에서, 상기 추출 칼럼(20) 내 피드 오일에 대한 용매의 부피%는 약 150% 내지 약 300%이다.
일부 실시예에서, 상기 추출 칼럼(20) 내 피드 오일에 대한 용매의 부피%는 본 발명에 따라 특정한 특징을 갖는 프로세스 오일을 생산하기 위해 선택, 제어 및 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일에 대한 용매의 부피%는 상기 공정(100) 동안 하나 이상의 조건(예를 들어 온도와 같은 물리적 조건)에 따라 제어 및 조절될 수 있다.
제 3 공정부(130)에서, 상기 추출 칼럼(20)은 추출 온도로 가열된다. 대부분 실시예에서, 상기 추출 온도는 약 80℃ 내지 약 120℃이다. 일부 실시예에서, 상기 추출 온도는 약 90℃ 내지 약 110℃이다. 다양한 실시예에서, 상기 시스템(10)은 상기 추출 온도를 설정, 제어 및/또는 조절하기 위해 온도 제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 온도 제어기는 추출 온도를 설정 또는 제어하여 본 발명에 따라 특정의 특징을 갖는 프로세스 오일의 생산을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 추출 온도는 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일의 생산을 촉진하도록 설정, 제어 및 조절될 수 있다.
제 4 공정부(140)에서는, 탈염수(demineralized water)(이하에서는 물이라 함)와 같은 반용매(anti-solvent)를 상기 추출 칼럼(20) 내로 첨가한다. 반용매로서의 활성과 관련하여, 이는 물이 용매에 의하여 실행되는 적어도 하나의 작용 또는 기능을 경감시킴을 의미한다. 많은 실시예에서, 물은 상기 제 2 입구(30)를 거쳐 상기 추출 칼럼(20)으로 첨가 또는 도입된다. 다른 실시예에서, 물은 상기 추출 칼럼(20)의 상단부에 배치된 다른 입구(도시되지 않음)를 거쳐 상기 추출 칼럼(20)내로 첨가된다.
몇몇 실시예에서, 물은 피드 오일로부터 PCA를 추출 또는 제거하는 용매의 능력을 감소시킨다. 따라서, 상기 추출 칼럼(20)으로 도입되는 물의 농도 또는 양을 증가시키면 피드 오일로부터 PCA가 추출 또는 제거되는 속도 및/또는 양이 감소되고, 따라서 프로세스 오일 내 증가된 PCA 함량이 얻어진다. 일부 실시예에서, 상기 추출 칼럼(20)으로 도입되는 물의 농도 또는 양을 증가시키면 생산되는 프로세스 오일의 수율이 증가된다.
다수의 실시예에서, 물은 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되기 전에 용매와 혼합된다. 대부분 실시예에서, 용매에 대한 물의 부피비(또는 용매의 단위 부피 당 물의 부피%)는 본 발명의 의하여 제공되는 특정의 특징을 갖는 프로세스 오일의 생산을 용이하게 하기 위해 달라질 수 있다. 예를 들어, 용매에 대한 물의 부피비(또는 용매의 단위 부피 당 물의 부피%)는 생산되는 프로세스 오일의 수율을 증가시키는 것과 피드 오일로부터 PCA의 제거를 향상(즉, 생산된 프로세스 오일의 PCA 함량을 감소)시키는 것 중 적어도 하나를 위해 달라질 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 시스템(10)은 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 용매에 대한 물의 부피%(즉, 용매에 대한 물의 부피비)를 결정, 제어 및/또는 조절하기 위해 상기 추출 칼럼(20)에 결합가능한 추가의 제어기(도시되지 않음)를 포함한다.
제 5 공정부(150)에서는, 건조 질소 기체와 같은 적어도 하나의 불활성 또는 실질적으로 불활성인 기체를 상기 추출 칼럼(20)내로 버블링 또는 도입한다. 실시예의 세부 사항에 따라, 질소 기체는 다른 기체, 예를 들어 아르곤 또는 헬륨; 또는 부분적으로 불활성 또는 실질적으로 비반응성인(non-reactive) 기체, 예를 들어 이산화탄소로 치환될 수 있다.
대부분 실시예에서, 상기 불활성 기체는 상기 추출 칼럼(20)의 바닥부 또는 바닥 영역에서 도입된다. 상기 불활성 기체는 기체 버블러(gas bubbler), 기체 버블링 모듈 또는 기체 도입 기계, 장치, 장비, 시스템 또는 수단(집합적으로 도면 부호 35로 식별됨)을 이용하여 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입될 수 있다. 많은 실시예에서, 상기 기체 도입 장치(45)는 상기 추출 칼럼(20)의 바닥에 결합되거나 배치된다. 보통, 상기 불활성 기체는 제어된 속도로 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입 또는 버블링된다. 상기 불활성 기체는 소정의 및/또는 제어된 압력으로 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 질소 기체는 약 0.1 Psi와 약 25 Psi 사이의 압력(예를 들면, 0.1 Psi, 1 Psi, 10 Psi, 15 Psi, 20 Psi 및 25 Psi)으로 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 시스템(10)은 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 불활성 기체의 압력을 설정, 제어 및/또는 조절하기 위해 상기 추출 칼럼(20)에 결합가능한 기체 제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 선택된 실시예에서, 상기 기체 제어기는 또한 상기 추출 칼럼(20) 내로 들어가거나 도입되는 불활성 기체 버블의 크기를 제어 및/또는 조절한다. 많은 실시예에서, 상기 불활성 기체 버블의 크기는 약 0.01cm 내지 약 0.5cm이다. 일부 실시예에서, 상기 불활성 기체 버블의 크기는 약 0.05cm 내지 약 0.1cm이다.
불활성 기체의 사용, 좀 더 구체적으로 질소 기체와 같은 불활성 기체의 상기 추출 칼럼(20) 내로의 도입은 피드 오일로부터 제거되는 PCA의 양 및/또는 속도를 증가시키는 것을 돕는다. 이는 상기 추출 칼럼(20) 내로 불활성 기체를 도입하면 피드 오일과 용매 분자 사이에 상호 작용 및 반응을 향상시키기 때문일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 이는 상기 추출 칼럼(20) 내로 불활성 기체를 도입하면 피드 오일과 용매 분자 사이에 접촉 면적(즉, 접촉 표면적)을 증가시키기 때문일 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 질소 기체 버블의 크기는 선택, 제어 또는 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 질소 기체 버블의 크기는, 상기 질소 기체 버블과 상기 용매 분자 사이 뿐만 아니라, 상기 질소 기체 버블과 상기 피드 오일 분자 사이에 접촉 면적을 증가시키도록 선택, 제어 또는 조절될 수 있다. 일부 실시예에서, 질소 기체 버블의 크기를 감소시키면 상기 질소 기체 버블과 상기 피드 오일 및 용매 분자 각각 사이의 전체 접촉 표면적을 증가시킴으로써, 피드 오일로부터 제거되는 PCA의 양 및/또는 속도가 증가된다. 예를 들어, 선택된 실시예에서, 질소 공기 버블의 크기를 약 1cm 직경으로부터 약 0.1mm 직경으로 감소시키면 상기 피드 오일의 PCA 함량이 약 37% 감소(예를 들어, 상기 피드 오일의 PCA 함량이 약 3.8%에서 2.4%로 감소)되도록 할 수 있다.
또한, 많은 실시예에서, 상기 질소 기체 버블에 존재하는 천연 부력(buoyancy)은 피드 오일과 용매 사이의 상 분리를 촉진함으로써, 피드 오일로부터 PCA의 추출 또는 제거를 용이하게 하거나 실행하도록 한다.
공정부들(110 내지 150)은 피드 오일(들)로부터 PCA의 추출 또는 제거를 용이하게 하거나 실행시키는데, 그러한 추출 또는 제거는 제 6 공정부(160)에서 일어난다. 피드 오일로부터 추출된 PCA는 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 방법 또는 기술을 이용하여 상기 추출 칼럼(20)으로부터 제거된다. 많은 실시예에서, PCA는 상기 추출 칼럼(20)의 바닥부에 배치 또는 위치하는 제 1 출구(35)에서 상기 추출 칼럼(20)으로부터 제거된다. 일부 실시예에서, 다른 불순물들(예를 들면, 아스팔텐)은 PCA와 함께 상기 추출 칼럼(20)으로부터 제거된다.
피드 오일로부터 PCA의 추출 또는 제거는 본 발명에 따라 특정의 특성 또는 특징을 나타내는 프로세스 오일의 생산을 가능하게 한다. 예를 들어, 피드 오일로부터 PCA의 추출은 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일의 생산을 용이하게 하거나 가능케 한다.
실시예의 세부 사항에 따라, 공정부들(110 내지 150)의 하나 이상의 순서는 변경되거나 상호교환될 수 있다. 또한, 각 공정부(110 내지 150)의 지속 시간은 특정의 특성 또는 특징을 갖는 프로세스 오일을 생산하기 위하여 결정되고 변경될 수 있다. 예를 들어, 공정부(110 내지 150)의 하나 이상의 순서 및/또는 지속 시간은 생산된 프로세스 오일의 수율을 증가시키고/시키거나 피드 오일로부터 PCA의 제거를 용이하게 하기 위해(즉, 생산된 프로세스 오일의 PCA 함량을 감소시키기 위해) 결정되고 변경될 수 있다.
제 7 공정부(170)에서는, 생산된 프로세스 오일(즉, 프로세스 오일 생성물)을 상기 추출 칼럼(20)으로부터 수거한다. 많은 실시예에서, 상기 프로세스 오일은 상기 추출 칼럼(20)의 상단부에 배치 또는 위치하는 제 2 출구(40)를 거쳐 수거된다. 프로세스 오일의 수거는 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 방법, 공정 또는 기술을 이용하여 실행될 수 있다. 생산된 프로세스 오일은 상기 공정(100)의 라피네이트(raffinate)라 할 수 있다.
선택적인 제 8 공정부(180)에서는, 프로세스 오일의 2차 가공 처리를 실행할 수 있다. 많은 실시예에서, 상기 2차 가공 처리는 프로세스 오일의 성능을 향상(예를 들면 하나 이상의 특성 또는 특징을 개선)시킨다. 상기 2차 가공 처리는 예를 들어 증류 처리 또는 탈랍(de-waxing) 처리를 포함할 수 있다.
본 발명의 많은 실시예에서, 각 공정부(110 내지 180)와 관련한 파라미터, 예를 들어 시약의 양, 시약의 상대적 양, 지속 시간, 온도 및 속도는 특정의 특징 또는 특성을 갖는 프로세스 오일을 생산하기 위해 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 공정부(110 내지 180)에 대응하는 파라미터는 피드 오일로부터 PCA의 추출 속도를 증가시키고, 피드 오일로부터 PCA 추출의 총량을 증가(따라서 생산된 프로세스 오일의 PCA 함량을 감소)시키고, 및/또는 생산된 프로세스 오일의 수율을 증가시키기 위해 달라질 수 있다.
일부 실시예에서, 피드 오일로부터 추출되는 PCA의 총량이 증가(따라서 생산된 프로세스 오일에서 PCA 함량 감소)하는 것은 생산된 프로세스 오일의 수율이 감소하는 것에 대응하거나, 또는 감소하는 것과 동시에 발생한다. 따라서, 생산된 프로세스 오일의 PCA 함량을 규정(예를 들면, 상기 EU directive에 의한 규정)에 부합하도록 3 중량% 미만으로 유지하는 동시에, 생산된 프로세스 오일의 수율을 향상 또는 최대화하기 위해, 하나 이상의 공정부(110 내지 150)의 파라미터는 제어 및 그에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따라, 선택된 공정부(110 내지 180)와 관련된 한 셋트의 파라미터를 변경하는 특정 효과(들)는 아래의 실시예 1 내지 4에 기재되고 예시된다.
실시예 1
앞서 기재된 바와 같이, 용매는 공정부(120)에서 추출 칼럼(20) 내로 첨가된다. 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 용매의 양을 달리하는 효과를 연구하기 위하여 본 발명과 관련하여 실험들을 행하였다. 좀 더 구체적으로, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 부피에 대한 용매의 서로 다른 부피%의 효과를 연구하기 위하여 실험을 수행하였다.
실시예 1의 실험에서, 용매와 피드 오일을 변화하는 부피%로 상기 추출 칼럼(20) 내로 첨가하였다. 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 서로 다른 부피%는 상기 추출 칼럼(20) 내에서 시뮬레이션되었다. 상기 실험에서 시뮬레이션된 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%는 약 200%, 약 150%, 약 140%, 약 120%, 약 100%, 약 95%, 및 약 90% 이었다.
실시예 1과 관련하여 수행된 실험에 대하여, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 용매의 단위 부피 당 물의 부피% 및 온도 각각은 일정한 값으로 유지되었다. 좀 더 구체적으로, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 용매의 단위 부피 당 물의 부피%는 약 7.6% 내지 약 7.8%에서 유지되었고, 상기 추출 칼럼(20) 내 온도는 약 95℃ 내지 약 115℃에서 유지되었다.
결과
상기 실험은, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%가 증가(즉, 피드 오일에 대한 용매의 부피비가 증가)되면 상기 피드 오일로부터 제거 또는 추출되는 PCA의 양도 증가함을 보여주었다. 다시 말하면, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%가 증가되면 더 낮은 함량(중량)의 PCA를 갖는 프로세스 오일이 생산되었다.
좀 더 구체적으로, 아래 표 2에 표시된 결과는, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%를 약 90%에서 약 200%로 증가시키면 생산된 프로세스 오일의 PCA 함량(중량)이 약 3.3%로부터 약 1.8%까지 감소됨을 가리킨다.
실시예 1의 실험들의 결과는 또한, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%가 증가(즉, 피드 오일에 대한 용매의 부피비가 증가)되면 더 낮은 수율의 프로세스 오일이 생산됨을 보여주었다. 좀 더 구체적으로, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%를 약 90%에서 약 200%로 증가시키면 생산된 프로세스 오일의 수율이 약 70%로부터 약 35%로 감소된다.
실시예 1의 실험들로부터 얻어진 결과는 또한, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%가 증가되면 더 높은 유리 전이(Tg) 온도, 더 높은 아닐린점, 및 더 낮은 동점도를 갖는 프로세스 오일이 생산됨을 보여주었다.
결론
실시예 1의 실험들로부터 얻어진 결과는, 상기 추출 칼럼(20) 내에 도입된 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%가 증가(즉, 피드 오일에 대한 용매의 부피비가 증가)되면 더 낮은 함량(중량)의 PCA를 갖는 프로세스 오일의 생산을 촉진하거나 가능하게 한다는 것을 보여준다. 그러나, 상기 추출 칼럼(20) 내에 도입된 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%가 증가되면 동시에, 생산된 프로세스 오일의 수율은 더 낮아진다. (예를 들어, 국내 또는 국제 규정에 부합되도록) PCA 함량을 3 중량% 미만으로 유지함과 동시에, 생산된 프로세스 오일의 수율을 균형잡히게 하거나 향상 또는 최대화하기 위해서, 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 피드 오일의 양에 대한 용매의 % 양은 선택 및 조절될 수 있다.
결과가 가리키는 바로는, 약 90% 보다 크고 약 95%에 접근하거나 초과하는, 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%(예를 들어, 약 0.90 보다 크거나(예를 들어 적어도 약 0.92 또는 0.93), 또는 약 0.95에 접근하거나 초과하는, 피드 오일에 대한 용매의 부피비)는 3% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일의 생산을 촉진하거나 가능하게 한다. 결과는 또한, 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%를 약 90%에서 약 200%로 증가시키면, 결과 얻어지는 프로세스 오일의 PCA 함량은 약 3.3%로부터 약 1.8%로 감소됨을 가리킨다. 따라서, 본 발명에 따라 추출 또는 생산된 프로세스 오일의 PCA 함량은 피드 오일의 단위 부피 당 적당히 증가된 부피%의 용매를 사용함으로써 선택적으로 감소될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따라 추출 또는 생산된 프로세스 오일의 PCA 함량은 피드 오일에 대한 용매의 부피%를 약 200% 보다 높게, 예를 들면 약 300%, 400%, 500%, 600%, 700%, 800%, 900% 및 1000%로 증가시킴으로써 선택적으로 더 감소될 수 있다. 그러나, 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%가 증가되면 수율%가 감소된다. 따라서, 프로세스 오일의 수율%를 증가시키기 위해, 피드 오일에 대한 용매의 부피%는 약 90% 아래, 예를 들어 약 85%, 80% 또는 75%로 감소될 수 있다.
좀 더 구체적으로, 결과는 프로세스 오일의 PCA 함량을 약 3% 미만이 되도록 함과 동시에, 프로세스 오일의 수율%를 향상 또는 최대화하기 위해서, 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%는 적어도 약 90% 보다 높아야 함(예를 들어, 피드 오일에 대한 용매의 부피비는 적어도 약 0.91 또는 0.92 에서 0.95 사이에 있어야 함)을 나타낸다.
Figure 112012044815177-pct00002
실시예 2
본 발명의 몇몇 실시예에 따라 상기 제 4 공정부(140)에서는 탈염수(또는 물)를 추출 칼럼(20) 내로 도입한다. 물은 상기 추출 칼럼(20)으로 도입된 용매와 혼합된다. 실험은 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 물의 양(부피)을 변화시키는 효과를 연구하기 위하여 본 발명과 관련하여 수행되었다.
실시예 2의 실험에서, 용매(예를 들어, N-메틸피롤리돈(NMP)) 내 물의 함량은 변화된다. 좀 더 구체적으로, 실시예 2의 실험에서는 용매의 단위 부피 당 서로 다른 부피%의 물, 즉 약 2%, 4%, 6%, 8%, 10% 및 12%를 용매와 혼합하였다.
실시예 2의 실험에 대하여, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피% 및 온도 각각은 일정한 값으로 유지되었다. 좀 더 구체적으로, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 단위 부피 당 용매의 부피%는 약 95%로 유지되었고, 상기 추출 칼럼(20) 내 온도는 약 95℃ 내지 약 115℃에서 유지되었다.
결과
상기 실험으로부터 얻어진 결과는, 용매(예를 들어 NMP)의 단위 부피 당 물의 부피%가 증가하면 상기 피드 오일로부터 제거 또는 추출되는 PCA의 양이 감소함을 보여주었다. 즉, 용매에 대한 물의 부피%가 증가되면 더 높은 함량(중량)의 PCA를 갖는 프로세스 오일이 생산되었다. 좀 더 구체적으로, 용매에 대한 물의 부피%가 약 2%에서 약 12%로 증가되면 생산된 프로세스 오일 내 PCA 함량은 약 1.8%에서 약 2.9%로 증가되었다.
또한, 실시예 2의 실험들은 또한, 용매에 대한 물의 부피%가 증가되면 프로세스 오일의 수율이 증가됨을 보여주었다. 좀 더 구체적으로, 용매에 대한 물의 부피%가 약 2%에서 약 12%로 증가되면 프로세스 오일의 수율이 약 25%로부터 약 75%로 증가된다.
실시예 2의 실험들은 또한, 용매에 대한 물의 부피%가 증가되면 더 높은 유리 전이(Tg) 온도 및 더 낮은 아닐린점을 갖는 프로세스 오일이 생산됨을 가리킨다.
결론
실시예 2의 실험들로부터 얻어진 결과는, 용매에 대한 물의 부피%가 증가되면 더 높은 수율의 프로세스 오일이 생산되도록 촉진하거나 가능하게 함을 가리킨다. 그러나, 용매에 대한 물의 부피%를 증가시킴으로써, 생산된 프로세스 오일의 PCA 함량(중량)은 증가된다. 상기 결과는 물이, 용매에 의하여 실행되는 피드 오일로부터의 PCA의 제거 또는 추출에 대항하여 경감시킴을 가리킨다. 따라서, 물은 그것이 용매의 적어도 하나의 기능 또는 작용(예를 들면, PCA 제거 또는 추출 기능)을 경감시키는 만큼 반용매로서 간주될 수 있다.
따라서 상기 결과는, (예를 들어, 국내 또는 국제 규정에 부합되도록) 프로세스 오일의 PCA 함량을 3 중량% 미만이 되도록 함과 동시에, 생산되는 프로세스 오일의 수율을 최대화하기 위해서, 용매에 대한 물의 부피%, 및 공정부(140)에서 상기 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 물의 양은 목표 또는 허용가능한 수율을 갖는 공정을 거쳐 목표 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일을 생산하기 위해 선택 또는 조절될 수 있음을 나타낸다.
결과는 또한, 프로세스 오일의 PCA 함량을 3 중량% 미만이 되도록 함과 동시에, 프로세스 오일의 수율을 최대화하기 위해서, 용매에 대한 물의 부피%가 약 12% 이어야 함을 나타낸다. 또한 결과는, 용매 내 물의 퍼센트가 약 8%에서 약 6%로 감소되었을 때 프로세스 오일의 PCA 함량이 놀라울 정도로 상당량 만큼 감소되었음(예를 들어, PCA 함량 약 22% 감소)을 나타낸다. 또한, 결과는 이렇게 용매 내 물의 퍼센트가 약 8%에서 약 6%로 감소한 것이 수율%의 이례적 수준의 감소를 야기하지는 않음을 나타낸다.
Figure 112012044815177-pct00003
실시예 3
상기 표시된 바와 같이, 상기 제 3 공정부(130)에서는, 추출 칼럼(20)을 추출 온도로 가열한다. 실험은 프로세스 오일의 생산에 있어 서로 다른 추출 온도의 효과를 연구하기 위하여 본 발명과 관련하여 수행되었다.
실시예 3의 실험에서, 추출 온도는 변화된다. 좀 더 구체적으로, 프로세스 오일의 생산은 약 40℃, 약 50℃, 약 60℃, 약 70℃, 약 80℃, 약 90℃ 및 약 100℃의 추출 온도에서 수행되었다.
실시예 3의 실험에 대하여, 피드 오일의 양에 대한 용매의 % 양 및 용매 내 물의 % 각각은 일정한 값으로 유지되었다. 좀 더 구체적으로, 상기 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 양에 대한 용매의 % 양은 약 150%로 유지되었고, 용매에 대한 물의 % 양은 약 6.5% 내지 약 7.5% 사이로 유지되었다.
결과
실시예 3의 실험 결과는, 온도의 증가가 상기 피드 오일로부터 제거 또는 추출되는 PCA의 양의 대응하는 증가를 일으킴을 보여준다. 따라서, 더 높은 추출 온도를 사용하면 더 낮은 함량(중량)의 PCA를 갖는 프로세스 오일이 생산된다. 좀 더 구체적으로, 결과는 추출 온도를 약 40℃에서 약 100℃로 증가시키면 생산된 프로세스 오일 내 PCA 함량은 약 3.21%에서 약 2.46%로 감소됨을 보여준다. 또한, 결과는 약 80℃ 이상의 추출 온도가 약 2.53 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일이 얻어지도록 함을 보여준다. 즉, 약 80℃ 이상의 추출 온도에서, 본 발명에 따라 생산되는 프로세스 오일의 PCA 함량은 3%의 목표 최대 또는 상부 임계 PCA 함량 보다 적어도 약 15% 적을 수 있다.
결론
결과는, 추출 온도의 증가가 더 낮은 PCA 함량(중량)을 갖는 프로세스 오일의 생산을 용이하게 하거나 가능케 함을 나타낸다. 따라서, 추출 온도는 약 3 중량% 미만 또는 이보다 상당히 낮은 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일을 생산하기 위하여 상기 공정(100) 동안 선택 및/또는 제어될 수 있다. 이러한 실험 결과는 약 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일을 생산하기 위하여, 추출 온도는 약 40℃ 보다 높아야 하고, 적어도 약 50℃에 접근하거나 동일하거나 초과하여야 함을 나타낸다.
결과는 또한, 약 80℃와 100℃ 사이의 추출 온도를 갖는 것이 프로세스 오일의 PCA 함량을 가장 크게 감소시킬 수 있음을 나타낸다. 일부 실시예에서, 추출 온도가 약 100℃이면, 상기 칼럼은 용매 내의 물을 액체상에서 유지하기 위해 가압되어야만 한다. 또한 결과는, 추출 온도가 약 70℃에서 80℃로 증가되면 PCA 함량은 약 2.8%에서 2.53%로 상당히 감소(즉, PCA 함량의 약 10% 감소)함을 나타낸다. 본 발명의 일부 실시예에 의해 제공되는 바와 같이 추출 온도가 약 70℃에서 80℃로 증가될 경우 PCA 함량의 이러한 상당한 감소는 예상되지 못한 것이다.
Figure 112012044815177-pct00004
실시예 4
본 발명의 몇몇 실시예에 따라 상기 제 5 공정부(130)에서는, 불활성 기체가 추출 칼럼(20) 내로 도입 또는 버블링된다. 실험은 질소 기체를 서로 다른 압력에서 도입함으로써 야기되는 효과를 연구하기 위하여 본 발명과 관련하여 실행되었다.
질소 기체를 서로 다른 압력에서, 좀 더 구체적으로 약 5 psi, 약 10 psi, 약 15 psi 및 약 20 psi에서 추출 칼럼(20) 내로 도입하였다. 피드 오일의 양에 대한 용매의 % 양, 용매 내 물의 % 및 추출 온도는 일정한 값으로 유지되었다. 좀 더 구체적으로, 추출 칼럼(20) 내에서 피드 오일의 양에 대한 용매의 % 양은 약 150%로 유지되었고, 용매에 대한 물의 % 양은 약 6.5%와 약 7.5% 사이에서 유지되었으며, 추출 온도는 약 95℃에서 약 115℃ 사이에서 유지되었다.
결과
실험은, 추출 칼럼(20) 내로 버블링되거나 도입되는 질소 기체의 압력을 증가시키면 피드 오일로부터 제거 또는 추출되는 PCA가 증가됨을 보여준다. 달리 말하면, 추출 칼럼 내로 버블링되거나 도입되는 질소 기체의 압력을 증가시키면 감소된 함량(중량)의 PCA를 갖는 프로세스 오일이 얻어진다. 좀 더 구체적으로, 질소 기체의 압력을 약 5 psi에서 약 20 psi까지 증가시키면 프로세스 오일 내 PCA의 함량(중량)은 약 3.3%에서 약 1.8%로 감소된다.
결론
결과는, 추출 칼럼 내로 도입되는 질소 기체의 압력 증가가 더 낮은 PCA 함량(중량)을 갖는 프로세스 오일의 생산을 용이하게 하거나 가능케 함을 나타낸다. 따라서, 추출 칼럼 내로 도입되는 질소 기체의 압력은 약 3 중량% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일을 얻기 위하여 본 발명에 따라 프로세스 오일을 생산하기 전 또는 그동안 선택될 수 있다.
결과는 또한, 약 3% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일의 생산을 촉진 또는 실행하기 위하여, 추출 칼럼(20) 내로 도입되는 질소 기체의 압력이 약 5 psi를 초과하여야 하고, 또한 적어도 약 7 psi 내지 10 psi 사이(예를 들면, 적어도 약 7-8 psi)로 접근하여야 함을 나타낸다. 약 10 psi 보다 큰, 예를 들어 15 psi, 20 psi 및 25 psi의 질소 기체 압력은 3% 보다 상당히 낮은(예를 들어, 약 2.6% 미만) PCA 함량을 갖는 프로세스 오일이 생산되도록 할 수 있다. 그러나, 실시예의 세부 내용에 따라, 다른 공정부들(예를 들면, 상기 공정부 110 내지 180)과 관련된 다른 파라미터 또는 조건은, 질소 기체 압력이 약 5 psi 미만, 예를 들어 약 4psi, 3psi, 2psi 또는 1psi일 때 3% 미만의 PCA 함량을 갖는 프로세스 오일을 생산하도록 선택될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 질소 기체의 압력은 추출 칼럼의 지름 및/또는 질소를 추출 칼럼 내로 도입하도록 구성된 장치, 예를 들면 기체 분배 코일 시스템의 작동에 따라 달라질 수 있다. 질소 기체가 추출 칼럼 내로 도입시 통과하는 작은 구멍(코일 개구 또는 구멍)을 갖는 기체 분배 코일 시스템은 더 높은 질소 기체 압력에서 더 작은 질소 기체 버블의 도입을 용이하게 한다.
Figure 112012044815177-pct00005
고무 화합물 가공을 위한 특정 프로세스 오일의 적합성( Compatibility )
새로운 향상 및/또는 개질된 프로세스 오일은 물질(예를 들어, 고무 화합물)을 가공하기 위하여 적어도 기존의 프로세스 오일만큼 적합(compatible)하여야 한다는 것이 대표적 요구 사항이다. 대부분 실시예에서, 본 발명의 프로세스 오일은 고무 화합물(예를 들어, 가황 SBR)의 가공시 사용하기에 적합하거나 매우 적합하다. 많은 실시예에서, 본 발명의 프로세스 오일은 고무 화합물의 가공시 사용하기에, 적어도 다른 기존의 또는 보통의 프로세스 오일만큼 적합하다. 일부 실시예에서, 프로세스 오일은 열가소성 수지의 가소제, 인쇄 잉크의 성분 또는 재생 아스팔트의 유연제(softening agent)로서 사용될 수 있다.
고무 화합물을 가공하여 가공된 고무 조성물(프로세스 오일로 고무 화합물을 처리함으로써 얻어지는 고무 생성물)을 얻기 위해, 본 발명에 의해 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용 적합성 또는 적당성을 입증 및/또는 평가하기 위하여, 본 발명의 특정 프로세스 오일과 관련하여 얻어진 가공된 고무 조성물의 다양한 특성들을 기존 또는 보통의 프로세스 오일과 관련하여 얻어진 기존의 고무 조성물과 함께 평가하였다.
고무 조성물의 준비 또는 제조
본 발명의 실시예와 관련하여 고무 조성물을 준비 또는 제조하는데 사용되는 고무 화합물은 ASTM D 3185-99에 따른 스티렌-부타디엔 고무(SBR)에 기초한다.
대부분 실시예에서, 고무 조성물을 제조하는데 사용되는 원료 물질들의 혼합은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 2-단계 혼합 기술로 약 50℃의 설정 온도에서 2-롤 밀(Lab Tech model KRM 150)을 이용하여 실행하였다. 또한, 마스터배치(이후 화합물 A라 함)를 혼합 및 준비하는데 소요된 시간은 약 10분이었고, 화합물 A를 황 및 경화 가속제(cure accelerator)와 혼합하는데 소요된 시간은 약 5분이었다. 얻어진 혼합물(이후 화합물 B라 함)은 혼합물(또는 배치)을 냉각시키기 위해 시트화하여(sheeted) 조기 가황 현상(보통 스코칭으로 알려짐)을 회피하도록 하였다.
가황된 견본을 제조하기 위해, 미경화된(uncured) 화합물을 145℃에서 15톤의 압력하에 유압 핫-프레스를 이용하여 압축 성형하였다. 견본을 가황하기 위해 사용되는 경화 시간은, ASTM D 5289에 따라 145℃에서 이동하는 다이 리오미터(die rheometer) (MDR; Tech Pro, USA)로부터 측정된 90% 완전 경화(complete cure)를 갖는 최적 경화 시간(tc90)으로부터 결정되었다.
고무 조성물의 리올로지 특성은 100℃에서 무니(Mooney) 점도계(ASTM D 1646에 따라), 모세관 리오미터, 및 고무 가공 분석기(RPA)를 이용하여 측정되었다. 가황물(예를 들어, 가황된 고무 화합물 또는 고무 조성물)의 경우, 경도(hardness), 인장, 열 축적 및 마모 저항 테스트를 각각 ASTM D 2240, ASTM D 412, ASTM D 623 및 DIN 53516에 따라 실행하였다.
아래 실시예는 서로 다른 프로세스 오일을 이용하여 각각 생산된 다수의 고무 조성물의 몇가지 특성을 예시한다. 아래 실시예들 각각에 제공된 결과, 논의 및 특징(들)은 고무 화합물 가공을 위해 본 발명에 의해 제공되는 특정 프로세스 오일의 적합성을 예시한다. 좀 더 구체적으로, 아래 실시예는 본 발명의 특정한 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해, 적어도 기존의 또는 보통의 프로세스 오일만큼 적합하다는 것을 예시한다.
실시예 5 내지 18은 다수의 고무 조성물(즉, 아래 나열되는 고무 조성물 A 내지 H)과 관련하여, 대표적 실험들 및 상기 실험들로 얻어진 결과를 기재하고 제공한다.
실시예 5 내지 18 각각에서 테스트된 고무 조성물 목록
A: 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 프로세스 오일을 이용하여 생산된 고무 조성물(A)
B: A의 프로세스 오일을 이용하여 생산되지만 다른 가공 단계에서 얻어진 고무 조성물(B)
C: 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 프로세스 오일을 이용하여 생산된 고무 조성물(C)
D: 3 중량% 보다 많은 PCA 함량을 갖는 기존 또는 보통의 프로세스 오일을 이용하여 생산된 고무 조성물(D)
E: 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 프로세스 오일을 이용하여 생산된 고무 조성물(E)
F: 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 프로세스 오일을 이용하여 생산된 고무 조성물(F)
G: 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 프로세스 오일을 이용하여 생산된 고무 조성물(G)
H: 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 프로세스 오일을 이용하여 생산된 고무 조성물(H)
실시예 5
무니 점도
무니 점도는 원통형 공동 내에서 고무에 내장된(embedded) 원통형 금속 디스크(또는 로터)의 전단 토크 저항 회전으로서 보통 정의된다.
실시예 5의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 무니 점도가 결정되었다. 또한, 서로 다른 오일 로딩(loading)(즉, 대응하는 프로세스 오일의 서로 다른 농도를 갖는)에서 고무 조성물 A 내지 H의 무니 점도가 결정되었다. 프로세스 오일의 오일 로딩 또는 변화하는 농도는 약 5 phr(즉, 고무 조성물 100 중량부를 기준으로), 약 10 phr 및 약 20 phr이었다.
결과 및 논의
도 3에 도시된 바와 같이, 기존 프로세스 오일로 생산된 고무 조성물(즉, 고무 조성물 C 내지 H)과 비교할 때, 본 발명의 특정 프로세스 오일로 생산된 고무 조성물(즉, 고무 조성물 A 및 B)의 무니 점도는 의미 있는 차이가 없다.
결과는, 고무 조성물 내 프로세스 오일의 농도가 증가할수록(즉, 고무 조성물 내 프로세스 오일의 농도가 약 5 phr에서 약 20 phr로 증가될 경우) 무니 점도는 감소됨을 나타낸다. 고무 조성물 내 프로세스 오일의 농도 증가에 따라 관찰된 이러한 무니 점도의 감소는 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 단순히 반복된다.
따라서, 실시예 5의 실험으로부터 얻어진 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인(compatible) 것으로 간주될 수 있음을 나타낸다.
실시예 6
점도-전단 속도 상관관계
점도는 전단 응력 또는 신장 응력에 의해 변형되는, 유체(즉, 프로세스 오일 또는 액체 고무 조성물)의 유동 저항의 측정치이다.
실시예 6의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 점도-전단 속도 상관 관계가 측정되었다. 좀 더 구체적으로, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 15 phr의 프로세스 오일 로딩(또는 프로세스 오일 농도) 각각에 대하여 고무 조성물 A 내지 H 각각의 점도-전단 속도 상관 관계가 측정되었다.
결과 및 논의
도 4a는 약 5 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 점도-전단 속도 상관 관계를 보여준다. 도 4b는 약 10 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 점도-전단 속도 상관 관계를 보여준다. 도 4c는 약 15 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 점도-전단 속도 상관 관계를 보여준다.
도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같이, 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 점도-전단 속도 상관 관계에 의미 있는 통계적 차이는 없다. 좀 더 구체적으로, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 15 phr의 프로세스 오일 로딩 각각에서, 고무 조성물 A 내지 H 사이에 점도-전단 속도 상관 관계에 있어 의미 있는 차이는 없다. 또한 결과는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 15 phr으로 증가된 경우에도, 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 점도-전단 속도 상관 관계에 의미 있는 차이가 없음을 나타낸다.
결과는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 점도는 전단 속도가 약 5 s-1에서 약 1000 s- 1으로 증가됨에 따라 감소함을 나타낸다. 결과는 전단 속도의 증가에 따라 관찰되는 점도의 이러한 감소가, 고무 조성물 A 내지 H 각각에서, 그리고 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 15 phr의 프로세스 오일 로딩 각각에서 비슷하게 발견됨을 보여준다.
따라서, 실시예 6의 실험으로부터 얻어진 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 나타낸다.
실시예 7
복합 점도-진동수 상관관계
복합 점도는 전단 응력의 강제 조화 진동 중에 결정되는 진동수 의존성 점도 함수이다. 물질(예를 들어 고무 조성물)의 복합 점도는 복합 전단 탄성률(complex shear modulus)과 관련되고 점성 응력과 전단 응력 사이의 각도를 나타낸다. 복합 점도의 기능은 또한 동적 점도(dynamic viscosity)와 역위상 점도(out-of-phase viscosity)간의 차이로 정의된다.
실시예 7의 실험에서, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 복합 점도는 서로 다른 진동수(rad s-1)에서 측정되었다. 좀 더 구체적으로, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 복합 점도는 약 1.0rad s-1 내지 약 100rad s-1의 진동수에서 측정되었다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(또는 프로세스 오일 농도) 각각에서, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 복합 점도-진동수의 상관 관계가 측정되었다.
결과 및 논의
도 5a는 약 5 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 복합 점도-진동수 상관 관계를 보여준다. 도 5b는 약 10 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 복합 점도-진동수 상관 관계를 보여준다. 도 5c는 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 복합 점도-진동수 상관 관계를 보여준다.
결과는, 약 5 phr, 10 phr 및 20 phr의 프로세스 오일 로딩 각각에서, 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 복합 점도-진동수 상관 관계에 있어 의미 있는 통계적 차이는 없음을 나타낸다. 또한, 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가된 경우에도, 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 복합 점도-진동수 상관 관계에는 의미 있는 통계적 차이가 없다.
결과는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 복합 점도는 진동수(즉, 진동 흐름)가 약 1.0rad s- 1 에서 약 100rad s- 1으로 증가됨에 따라 감소함을 나타낸다. 결과는 진동수(즉, 진동 흐름)의 증가에 따라 관찰되는 복합 점도의 이러한 감소가, 고무 조성물 A 내지 H 각각에서 유사하게 발견됨을 보여준다.
따라서, 실시예 7의 실험으로부터 얻어진 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 적어도 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 나타낸다.
실시예 8
저장 탄성률( Storage modulus )
점탄성(viscoelastic) 고체(예를 들어, 고무 조성물)의 저장 탄성률은 점탄성 고체의 탄성 부분을 나타내는 저장된 에너지를 측정한다.
실시예 8의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 저장 탄성률이 측정되었다. 또한, 다양한 진동수에서, 그리고 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(또는 프로세스 오일 농도) 각각에서, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 저장 탄성률이 측정되었다.
결과 및 논의
도 6a는 약 5 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 저장 탄성률-진동수 상관 관계를 보여준다. 도 6b는 약 10 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 저장 탄성률-진동수 상관 관계를 보여준다. 도 6c는 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대한 저장 탄성률-진동수 상관 관계를 보여준다.
결과는, 약 0.5rad/s 에서 약 500rad/s 사이의 변화하는 진동수에서, 약 5 phr, 10 phr 및 20 phr의 프로세스 오일 로딩에서, 고무 조성물 A 내지 H의 저장 탄성률이 통계적으로 유사함을 보여준다. 결과는 또한, 고무 조성물 A 내지 H의 저장 탄성률은 진동수가 약 0.5rad/s에서 약 500rad/s로 증가됨에 따라 증가함을 나타낸다. 이러한 증가는 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 유사하다.
실시예 8의 실험 결과는 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일이 기존의 프로세스 오일과 비교할 때 유사한 저장 탄성률-진동수 상관 관계를 제공함을 보여준다. 실시예 8의 실험 결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정 프로세스 오일의 사용이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성임을 나타낸다.
실시예 9
최종 토크
토크(torque)는 축 둘레로 뒤틀림 및 회전을 생성하려는 힘의 경향의 측정치 또는 힘의 모멘트를 말한다.
실시예 9의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 토크가 측정되었다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(또는 프로세스 오일 농도) 각각에서, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 토크가 측정되었다.
결과 및 논의
도 7a 내지 7c는 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩에서 고무 조성물 A 내지 H 각각의 시간에 대한 토크의 변화를 보여준다.
결과는, 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 시간에 따른 토크의 변화가 통계적으로 유사함을 나타낸다. 실시예 9의 실험 결과는 프로세스 오일 로딩이 생산된 고무 조성물의 토크에 영향을 줄 수 있음을 나타낸다. 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가하면 고무 조성물 A 내지 H 각각의 토크는 감소할 수 있다. 토크의 이러한 감소는 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 유사하다.
따라서, 실시예 9의 실험 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 여전히 적합할 수 있음을 제안한다.
실시예 10
스코치 시간( Scorch time )
고무 가공 또는 고무 제조 분야에서, 스코치 시간은 고무 조성물 또는 고무 화합물이 경화가 시작되기 전에 주어진 온도에서 작업될 수 있는 시간을 말한다.
실시예 10의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 스코치 시간이 측정되었다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(즉, 프로세스 오일 농도) 각각에서, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 스코치 시간이 측정되었다.
결과 및 논의
결과는 고무 조성물 A 내지 H 각각의 스코치 시간에 대하여 통계적 유사성을 보여준다. 또한 결과는, 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가함에 따라 고무 조성물 A 내지 H 각각의 스코치 시간이 증가함을 나타낸다. 결과는, 고무 조성물의 프로세스 오일 로딩의 증가에 따라 관찰되는 스코치 시간의 이러한 증가가 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사함을 보여준다.
따라서, 실시예 10의 실험 결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용이 고무 조성물의 스코치 시간에 의미 있는 영향을 주지 않음을 나타낸다. 따라서 실시예 10의 실험으로부터 얻어지는 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 보여준다.
실시예 11
경화 시간( Cure time )
가황(vulcanizing)이라고도 알려진, 경화는 고무, 고무 조성물 또는 관련 폴리머를 경화제의 첨가를 통해 더 내구성인 물질로 전환시키는 화학 공정이다. 경화 공정은 개별 폴리머 사슬들 사이에 크로스링크(crosslink) 또는 가교를 형성하는 것과 관련된다.
실시예 11의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각을 경화하는데 소요되는 시간이 측정되었다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(즉, 프로세스 오일 농도) 각각을 갖는, 고무 조성물 A 내지 H 각각을 경화하는데 소요되는 시간이 측정되었다.
결과 및 논의
결과는 고무 조성물 A 내지 H 각각의 경화 시간이 서로 통계적으로 유사함을 보여준다. 또한 결과는, 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가함에 따라 고무 조성물 A 내지 H 각각의 경화 시간이 증가함을 나타낸다. 결과는, 고무 조성물의 프로세스 오일 로딩의 증가에 따라 관찰되는 경화 시간의 이러한 증가가 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사함을 보여준다.
따라서, 실시예 11의 실험 결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용이 고무 조성물의 경화 시간에 의미 있는 영향을 주지 않음을 나타낸다. 따라서 실시예 11의 실험으로부터 얻어지는 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 보여준다.
실시예 12
쇼어 경도( Shore hardness )
쇼어 경도는 3 스프링-로딩된 누름자에 의한 압입(indentation)에 대한 물질(예를 들어, 고무 조성물)의 저항을 측정한 값이다. 쇼어 경도 값의 증가는 물질의 저항의 증가를 반영한다. 쇼어 경도는 쇼어 (경도계) 테스트에 의해 측정된다. 쇼어 경도는 쇼어 A 또는 쇼어 D 스케일을 이용하여 측정될 수 있다. 쇼어 A 스케일은 보통 "더 연성인(softer)" 물질에 대하여 사용된다.
실시예 12의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 경도가 측정되었다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(즉, 프로세스 오일 농도) 각각을 갖는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 경도가 측정되었다.
결과 및 논의
결과는 고무 조성물 A 내지 H 각각의 경도가 서로 통계적으로 유사함을 보여준다. 또한 결과는, 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가함에 따라 고무 조성물 A 내지 H 각각의 경도는 감소함을 나타낸다. 결과는, 고무 조성물의 프로세스 오일 로딩의 증가에 따라 관찰되는 경도의 이러한 감소가 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사함을 보여준다.
따라서, 실시예 12의 실험 결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용이 고무 조성물의 경도에 의미 있는 영향을 주지 않음을 나타낸다. 따라서 실시예 12의 실험으로부터 얻어지는 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 보여준다.
실시예 13
100% 모듈러스( Modulus )
100% 모듈러스는 100% 신장률에서 물질(예를 들어, 고무 조성물)에 의해 지탱되는 인장 응력의 양을 말한다. 달리 말하면, 100% 모듈러스는 물질의 100% 신장율을 얻기 위해 요구되는 힘의 양을 말한다.
실시예 13의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 100% 모듈러스가 측정되었다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(즉, 프로세스 오일 농도) 각각에서, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 100% 모듈러스가 측정되었다.
결과 및 논의
결과는 고무 조성물 A 내지 H 각각의 100% 모듈러스가 통계적으로 유사함을 보여준다. 또한 결과는, 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가함에 따라 고무 조성물 A 내지 H 각각의 100% 모듈러스는 감소함을 나타낸다. 결과는, 고무 조성물의 프로세스 오일 로딩의 증가에 따라 관찰되는 100% 모듈러스의 이러한 감소가 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사함을 보여준다.
따라서, 실시예 13의 실험 결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용이 고무 조성물의 100% 모듈러스에 의미 있는 영향을 주지 않음을 나타낸다. 따라서 실시예 13의 실험으로부터 얻어지는 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 보여준다.
실시예 14
300% 모듈러스( Modulus )
300% 모듈러스는 300% 신장률에서 물질(예를 들어, 고무 조성물)에 의해 지탱되는 인장 응력의 양을 말한다. 달리 말하면, 300% 모듈러스는 물질의 300% 신장율을 얻기 위해 요구되는 힘의 양을 말한다.
실시예 14의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 300% 모듈러스가 측정된다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(또는 프로세스 오일 농도) 각각을 갖는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 300% 모듈러스가 측정된다.
결과 및 논의
결과는 고무 조성물 A 내지 H 각각의 300% 모듈러스가 통계적으로 유사함을 보여준다. 또한 결과는, 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가함에 따라 고무 조성물 A 내지 H 각각의 300% 모듈러스는 감소함을 나타낸다. 결과는, 고무 조성물의 프로세스 오일 로딩의 증가에 따라 관찰되는 300% 모듈러스의 이러한 감소가 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사함을 보여준다.
따라서, 실시예 14의 실험 결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용이 고무 조성물의 300% 모듈러스에 의미 있는 영향을 주지 않음을 나타낸다. 따라서 실시예 14의 실험으로부터 얻어지는 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 보여준다.
실시예 15
인장 강도
인장 강도는 응력-변형 곡선의 최고치에 의해 보통 나타내진다. 일반적으로, 물질(예를 들어, 고무 조성물)의 인장 강도는 그것을 찢어지게 하는 경향의 힘에 대한 물질의 저항, 또는 물질이 파쇄되지 않고 감당할 수 있는 최대 로드(load)를 나타낸다.
실시예 15의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 인장 강도가 측정된다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 서로 다른 프로세스 오일 로딩(또는 프로세스 오일 농도)에서, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 인장 강도가 측정된다.
결과 및 논의
결과는 고무 조성물 A 내지 H 각각의 인장 강도가 통계적으로 유사함을 보여준다. 또한 결과는, 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가함에 따라 고무 조성물 A 내지 H 각각의 인장 강도는 감소함을 나타낸다. 결과는, 프로세스 오일 로딩의 증가에 따른 인장 강도의 감소가 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사함을 보여준다.
결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용이 고무 조성물의 인장 강도에 의미 있는 영향을 주지 않음을 시사한다. 따라서 실시예 15의 실험으로부터 얻어지는 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 나타낸다.
실시예 16
파단 신장률( Elongation at break )
파단 신장률(즉, 파괴 신장률)은 샘플이 파괴될 때 샘플(예를 들어, 고무 조성물)에 대한 변형률이다. 파단 신장률은 샘플의 파괴 로드 또는 최대 로드에 대응하며, 흔히 샘플의 원래 길이의 퍼센트로서 표현된다.
실시예 16의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 파단 신장률(고무 조성물의 원래 길이의 퍼센트로서 표현됨)이 측정된다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(또는 프로세스 오일 농도) 각각에서, 고무 조성물 A 내지 H 각각의 파단 신장률이 측정된다.
결과 및 논의
결과는, 파단 신장률(고무 조성물의 원래 길이의 퍼센트로서 표현됨)이 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사함을 보여준다. 또한 결과는, 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가함에 따라 파단 신장률이 증가됨을 보여준다. 오일 로딩의 증가에 따른 파단 신장률의 증가는 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사하다.
결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용이 고무 조성물의 파단 신장률에 의미 있는 영향을 주지 않음을 보여준다. 따라서, 실시예 16의 실험으로부터 얻어지는 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 나타낸다.
실시예 17
열 축적(온도 증가) ( Heat build - up ( Temperature increment ))
온도 증가의 면에서 측정되는, 열 축적의 정도 또는 양은 고무 조성물의 휘발성을 반영할 수 있다.
실시예 17의 실험에서는 고무 조성물 A 내지 H 각각에서의 열 축적을 측정하였다. 또한, 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩(또는 프로세스 오일 농도) 각각을 갖는, 고무 조성물 A 내지 H 각각에서의 열 축적을 측정하였다.
결과 및 논의
결과는, 온도 증가의 면에서 측정되는 열 축적이 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사하였음을 보여준다. 또한 결과는, 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr의 프로세스 오일 로딩 각각에서 열 축적이 통계적으로 유사하였음을 보여준다.
결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용이 상기 프로세스 오일을 사용하여 생산된 고무 조성물(예를 들어 고무 조성물 A 내지 H)의 열 축적에 의미 있는 영향을 주지 않음을 보여준다. 따라서, 실시예 17의 실험으로부터 얻어지는 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 나타낸다.
실시예 18
표준 마모 테스트 하에서의 부피 손실
고무 조성물의 연마 마모(abrasive wear)의 정도는 마모 입자 크기, 형상, 경도, 마모 입자에 의하여 부과되는 응력(stress)의 크기, 및 마모 입자의 접촉 진동수에 의존한다. 이러한 조건들은 표준 마모 테스트에서 표준화되어 연마 마모에 대한 서로 다른 고무 조성물의 상대 감수율(relative susceptibility)을 평가하도록 할 수 있다.
실시예 18의 실험에서는, 고무 조성물 A 내지 H 각각이 입게 되는(sustained) 연마 마모의 정도가 표준 마모 테스트를 이용하여 결정 또는 측정되었다. 표준 마모 테스트를 이용하여 측정되는 부피 감소는 고무 조성물이 입게 되는 연마 마모의 정도를 나타낸다. 또한, 실시예 18의 실험에서는, 서로 다른 프로세스 오일 로딩(즉, 서로 다른 프로세스 오일 농도)에서 고무 조성물 A 내지 H 각각이 입게 되는 연마 마모의 정도가 측정된다. 상기 서로 다른 프로세스 오일 로딩은 약 5 phr, 약 10 phr 및 약 20 phr이다.
결과 및 논의
결과는, 표준 마모 테스트를 이용하여 측정된 부피 손실이 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 통계적으로 유사함을 보여준다. 또한 결과는, 고무 조성물 내에서, 프로세스 오일 로딩이 약 5 phr에서 약 20 phr으로 증가(즉, 프로세스 오일의 농도가 증가)함에 따라 표준 마모 테스트를 이용하여 측정된 부피 손실이 증가됨을 보여준다. 결과는, 프로세스 오일 로딩의 증가로 인한 부피 손실의 증가가 고무 조성물 A 내지 H 각각에 대하여 유사하게 밝혀짐을 나타낸다.
결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 특정의 프로세스 오일의 사용이 상기 프로세스 오일을 사용하여 생산된 고무 조성물들의 연마 마모 정도에 의미 있는 영향을 미치지 않음을 보여준다. 따라서, 실시예 18의 실험으로부터 얻어지는 결과는, 본 발명의 특정 프로세스 오일이 고무 화합물의 가공에 대해 기존 프로세스 오일만큼 적합성인 것으로 간주될 수 있음을 나타낸다.
실시예 5 내지 18에 관한 논의의 결론
상기 실시예 5 내지 18에서 기재된 바와 같이, 서로 다른 프로세스 오일(당업계에 알려진 기존 또는 보통의 프로세스 오일 뿐 아니라 본 발명에 의해 제공되는 프로세스 오일을 포함)을 이용하여 생산된 다수의 고무 조성물의 가공성 및 특성(예를 들면, 기계적 및/또는 물리적 특성)이 평가 또는 결정되었다.
실시예 5 내지 18의 실험에 의해 얻어진 결과는, 본 발명에 의해 제공되는 특정의 프로세스 오일을 이용하여 생산된 고무 조성물의 가공성 및 특성이 당업계에 알려진 기존의 프로세스 오일을 이용하여 생산된 고무 조성물의 가공성 및 특성과 적어도 유사하거나, 일반적으로 균등하거나, 또는 균등함을 시사한다. 결과는 또한, 본 발명의 특정 프로세스 오일에 의한 고무 화합물(예를 들면, 출발 물질로서 사용된 고무 화합물)의 가공에 의해 유발되는 고무 조성물의 가공성 및/또는 특성에 대한 어떠한 역효과 또는 충격이 없음을 나타낸다.
요컨대, 본 발명에 의하여 제공되는 프로세스 오일은 고무 화합물의 가공시 사용함에 있어 적어도 당업계에 알려진 기존 프로세스 오일만큼 적합성이다.
본 발명의 특정 프로세스 오일은 고무 가공, 고무 제조, 자동차 및/또는 산업 적용을 위해 현재 사용되는 기존의 또는 통상의 프로세스 오일을 대체할 수 있다. 본 발명에 따라 생산된 프로세스 오일은 3 중량% 보다 적거나 훨씬 적은 PCA 함량을 가질 수 있다. 따라서 그러한 프로세스 오일은 유럽 법제(EU Substance Directive 67/548/EEC)하에 유럽에서 위험 문구 "R45"(암 유발할 수 있음)와 라벨 "T"(독성, 두개골 및 크로스본)로 라벨링될 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 의하여 제공되는 프로세스 오일에 대한 잠재 시장은 유럽을 포함한다.
또한, 많은 실시예에서, 본 발명에 따른 프로세스 오일의 제조 방법은 프로세스 오일을 생산하는 기존 또는 종래의 공정 또는 방법에 비해 더 효율적이고, 더 비용 효과적이며 더 안전한 것 중 적어도 하나이다. 많은 실시예에서, 본 발명에 의하여 제공되는 공정과 관련하여 증가된 효율, 증가된 비용 효과성 및 향상된 안전성 중 적어도 하나는 질소 기체를 추출 칼럼 내로 도입한 것에 기인한다. 또한, 다수의 실시예에서, 상기 공정과 관련하여 증가된 효율, 증가된 비용 효과성 및 향상된 안전성 중 적어도 하나는 본 발명에 의하여 제공되는 피드 오일에 대한 용매의 부피 %에 기인한다. 또한, 일부 실시예에서, 상기 공정과 관련하여 증가된 효율, 증가된 비용 효과성 및 향상된 안전성 중 적어도 하나는 본 발명에 의하여 제공되는 용매에 대한 반용매(예를 들면, 물)의 부피 %에 기인한다.
본 발명의 실시예 및 특정의 예가 앞서 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 범위 및 정신을 벗어남이 없이, 프로세스 오일을 생산, 제조 및/또는 추출하는 공정 또는 방법 뿐만 아니라 상술된 프로세스 오일에 대하여도 다양한 변경, 변형 및 변화가 가능함을 이해할 것이다. 또한, 특정의 프로세스 오일 및 그것의 제조 공정과 관련한 잇점이 상세한 설명에 기재되었지만, 다른 실시예들도 그러한 잇점을 나타낼 수 있으며, 모든 실시예가 본 발명의 범위 내에 속하도록 그러한 잇점을 반드시 나타내어야 하는 것은 아니다.
100: 프로세스 오일을 생산, 제조 또는 추출하기 위한 공정
110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180: 각각 제1 공정부 내지 제8 공정부
10: 프로세스 오일을 생산, 제조 또는 추출하기 위한 시스템
20: 추출 칼럼
25: 제 1 입구
30: 제 2 입구
35: 제 1 출구
40: 제 2 출구
45: 기체 도입 장치
50: 플레이트
55: 구멍

Claims (30)

  1. 20 내지 30중량%의 폴리사이클릭 방향족 화합물 함량을 가진 피드 오일과, 용매를 역류 추출 칼럼 내로 도입하는 단계로서, 상기 역류 추출 칼럼의 바닥부로부터의 불활성 기체의 버블링(bubbling)의 존재하에, 상기 피드 오일에 대한 상기 용매의 부피%를 80% 내지 1000%로 하여 도입하는 단계;
    상기 피드 오일로부터 폴리사이클릭 방향족 화합물을 용매에 추출하여, 3중량% 미만의 폴리사이클릭 방향족 화합물 함량을 갖는 프로세스 오일을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 피드 오일과 상기 용매는 각각 상기 역류 추출 칼럼의 바닥부에 위치하는 제1 입구 및 상기 역류 추출 칼럼의 상단부에 위치하는 제2 입구를 통해 역류 방식으로 상기 역류 추출 칼럼에 도입되며,
    상기 용매는 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하는, 프로세스 오일의 제조방법.
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  8. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 질소 기체인, 프로세스 오일의 제조방법.
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  10. 제8항에 있어서,
    상기 질소 기체는 1.0psi 이상의 압력으로 상기 역류 추출 칼럼을 통과하여 버블링되는, 프로세스 오일의 제조방법.
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  12. 제8항에 있어서,
    상기 질소 기체는 0.01cm 내지 0.5cm의 기체 버블 직경을 갖는, 프로세스 오일의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    반용매(anti-solvent)를 상기 피드 오일에 대해 역류 방식으로 상기 역류 추출 칼럼 내로 도입하는 단계를 더 포함하는, 프로세스 오일의 제조방법.
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  15. 제13항에 있어서,
    상기 역류 추출 칼럼 내에서 용매에 대한 반용매의 부피%는 2% 내지 12%인, 프로세스 오일의 제조방법.
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  19. 제13항에 있어서,
    상기 반용매는 탈염수인, 프로세스 오일의 제조방법.
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  21. 제1항에 있어서,
    상기 역류 추출 칼럼은 80℃ 내지 120℃의 온도로 가열되는, 프로세스 오일의 제조방법.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 프로세스 오일은 100℃에서 20㎟/초 내지 32㎟/초의 동점도를 갖는, 프로세스 오일의 제조방법.
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  27. 폴리사이클릭 방향족 화합물을 추출하기 위한 역류 추출 칼럼을 포함하는 장치로서, 상기 역류 추출 칼럼이,
    피드 오일의 도입을 위해 상기 역류 추출 칼럼의 바닥부에 인접하여 위치하는 제 1 입구;
    용매 및 반용매 중 하나 이상의 도입을 위해 상기 역류 추출 칼럼의 상단부에 인접하여 위치하는 제 2 입구;
    상기 역류 추출 칼럼 내에 배치된 복수의 회전가능한 플레이트로서, 상기 복수의 회전가능한 플레이트 각각은 복수의 개구를 포함하여, 그것을 통해 상기 피드 오일, 용매 및 반용매가 접촉하게 되는, 회전가능한 플레이트; 및
    불활성 기체를 상기 역류 추출 칼럼의 바닥부를 통해 상기 역류 추출 칼럼으로 도입하기 위해 상기 역류 추출 칼럼에 결합되는 기체 버블링 모듈을 포함하는, 폴리사이클릭 방향족 화합물을 추출하기 위한 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 기체 버블링 모듈은 상기 역류 추출 칼럼 내로 도입되는 상기 불활성 기체의 압력 및 기체 버블 크기 중 적어도 하나를 제어하기 위한 제어기로 구성되는, 폴리사이클릭 방향족 화합물을 추출하기 위한 장치.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 역류 추출 칼럼 내로 도입되는 피드 오일에 대한 용매의 부피%를 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는, 폴리사이클릭 방향족 화합물을 추출하기 위한 장치.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 역류 추출 칼럼 내로 도입되는 용매에 대한 반용매의 부피%를 제어하기 위하여 상기 제 2 입구에 결합가능한 제어기를 더 포함하는, 폴리사이클릭 방향족 화합물을 추출하기 위한 장치.
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