KR102197682B1 - Preparation method of fatty acid isoalkyl ester based vegetable insulating oil - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지방산 이소알킬 에스테르계 식물성 전기절연유의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 식물성 전기절연유에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방법으로 식물성 유지 및 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응 및 동결방지처리시켜 제조된 지방산 이소알킬 에스테르계 식물성 전기절연유는 점도 및 유동점이 낮아 저온유동성이 개선되고, 일부 성분의 침전 문제가 개선되고, 절연파괴전압이 높으며, 기존의 미네랄 오일 유래 전기절연유와 유사한 수준의 절연 특성을 나타낼 수 있어 친환경적인 바이오 절연유로 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for producing a fatty acid isoalkyl ester-based vegetable electrical insulating oil and to a vegetable electrical insulating oil prepared by the above method, wherein vegetable oils and branched alkyl alcohols are reacted under enzyme catalyst and anti-freeze treatment by the method according to the present invention. The prepared fatty acid isoalkyl ester vegetable electrical insulating oil has low viscosity and low pour point, improves low-temperature fluidity, improves the problem of sedimentation of some components, has a high dielectric breakdown voltage, and has similar insulating properties as conventional mineral oil-derived electrical insulating oils. As it can represent, it can be usefully used as an eco-friendly bio-insulating oil.

Description

지방산 이소알킬 에스테르계 식물성 전기절연유의 제조방법{Preparation method of fatty acid isoalkyl ester based vegetable insulating oil}Preparation method of fatty acid isoalkyl ester based vegetable insulating oil

본 발명은 식물성 유지 및 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응시켜 지방산 이소알킬 에스테르계 식물성 전기절연유를 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 식물성 전기 절연유에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a fatty acid isoalkyl ester-based vegetable electrical insulating oil by reacting vegetable oils and branched alkyl alcohols under an enzyme catalyst, and to a vegetable electrical insulating oil prepared by the method.

전기절연유(transformer-insulating oil)는 전기 장비, 특히 변압기를 절연하는 데 사용되는 유체이다. 변압기를 작동시 전기 에너지를 높은 전압에서 낮은 전압으로 변환할 때 전력 손실을 줄이기 위해서는 전기절연유가 필수적이며, 전기절연유는 다량의 열에 의해 유발될 수 있는 손상을 방지할 수 있다. 따라서 전기절연유는 전력 효율뿐만 아니라 변압기의 수명과 안전성을 위한 목적으로도 사용된다. 산업 개발이 증가함에 따라 이러한 전기절연유에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다.Transformer-insulating oil is a fluid used to insulate electrical equipment, especially transformers. Electrical insulating oil is essential to reduce power loss when converting electrical energy from high voltage to low voltage when operating a transformer, and electrical insulating oil can prevent damage that may be caused by a large amount of heat. Therefore, electric insulating oil is used not only for power efficiency but also for the life and safety of the transformer. As industrial development increases, the demand for these electric insulating oils continues to increase.

현재까지 가장 많이 사용 되어 온 절연 유는 석유 자원 유래의 미네랄 오일(mineral oil)이다. 그러나 미네랄 오일은 화석 연료의 고갈로 인해 공급이 제한적이며 인화점이 낮아 폭발 위험성을 내포하고 있고, 생분해되지 않고 독성이 있어 인체 유해성 및 환경 오염 문제가 심각하다. 현재 전 세계적으로 수천 개의 변압기에 사용되고 있는 수십 리터의 변압기 오일이 누출될 경우, 심한 수질 오염과 토양 오염을 일으킬 수 있다.The insulating oil that has been used the most up to now is mineral oil derived from petroleum resources. However, mineral oil is limited in supply due to the depletion of fossil fuels, has a low flash point, and poses a risk of explosion, and is not biodegradable and toxic, causing serious human hazard and environmental pollution. Leaks of tens of liters of transformer oil, currently used in thousands of transformers worldwide, can cause severe water and soil pollution.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 기존의 미네랄 오일 기반 절연유를 재생 및 생분해가 가능한 식물유 기반 오일로 대체하려는 많은 연구가 이루어지고 있다. 식물성 오일은 높은 생분해성, 낮은 독성 및 높은 인화점을 갖는 재생 가능한 자원 면서도 절연유로 사용될 수 있는 전기적 특성을 갖는다. 이러한 이유로 Envirotemp FR3® 절연유 및 BIOTEMP® 절연유와 같은 식물성 전기절연유가 개발되어 약 20년 동안 상업적으로 사용되었다. 그러나 식물성 전기절연유는 포화 또는 불포화 지방산의 트리글리세라이드 에스테르로 구성되어 있기 때문에 식물유 기반 절연유는 점도가 높고 유동점이 미네랄 오일보다 높다는 문제점이 있어, 식물성 전기절연유의 저온 특성 및 유동성 개선이 필요한 실정이다.In order to solve this problem, many studies have been conducted to replace the existing mineral oil-based insulating oil with a renewable and biodegradable vegetable oil-based oil. Vegetable oil is a renewable resource with high biodegradability, low toxicity and high flash point, but has electrical properties that can be used as insulating oil. For this reason, vegetable electrical insulating oils such as Envirotemp FR3® insulating oil and BIOTEMP® insulating oil have been developed and used commercially for about 20 years. However, since vegetable electrical insulating oil is composed of triglyceride esters of saturated or unsaturated fatty acids, vegetable oil-based insulating oil has a problem that its viscosity is high and its pour point is higher than that of mineral oil.Therefore, it is necessary to improve the low-temperature characteristics and fluidity of vegetable electrical insulating oil.

이에, 본 발명자들은 효소 촉매의 존재 하에서 분지형 알코올 및 면실유를 시작 물질로 하여 에스테르 교환 반응을 일으켜 분지형 모노알킬 에스테르를 합성하였고, 제조된 면실유 기반의 분지형 모노알킬 에스테르가 점도 및 저온 유동성 특성이 우수함을 확인하여, 미네랄 오일을 대체할 수 있는 식물성 전기절연유로 사용 가능함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors synthesized a branched monoalkyl ester by causing a transesterification reaction using a branched alcohol and cottonseed oil as starting materials in the presence of an enzyme catalyst, and the prepared cottonseed oil-based branched monoalkyl ester has viscosity and low temperature fluidity properties. The present invention was completed by confirming this excellence and confirming that it can be used as a vegetable electrical insulating oil that can replace mineral oil.

대한민국등록특허 제10-1806750호Korean Patent Registration No. 10-1806750

본 발명의 목적은 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응시켜, 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 얻는 단계(단계 1);를 포함하는 식물성 전기절연유의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for producing a vegetable electrical insulating oil comprising the step of reacting vegetable oils and branched alkyl alcohols of C 3-5 under an enzyme catalyst to obtain a fatty acid isoalkyl ester-based electrical insulating oil (Step 1). Is to do.

본 발명의 다른 목적은 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응시켜, 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 얻는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 얻은 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 동결방지처리(winterization)하는 단계(단계 2);를 포함하는 식물성 전기절연유의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to obtain a fatty acid isoalkyl ester-based electric insulating oil by reacting vegetable oils and C 3-5 branched alkyl alcohols under an enzyme catalyst (step 1); And freezing the fatty acid isoalkyl ester-based electrical insulating oil obtained in step 1 (step 2) (step 2); to provide a method for producing vegetable electrical insulating oil comprising.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 식물성 전기절연유를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a vegetable electrical insulating oil prepared by the above method.

본 발명은 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응시켜, 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 얻는 단계(단계 1);를 포함하는 식물성 전기절연유의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for preparing vegetable electrical insulating oil comprising a step of reacting vegetable oils and fats and branched alkyl alcohols of C 3-5 under an enzyme catalyst to obtain a fatty acid isoalkyl ester-based electrical insulating oil (step 1).

또한, 본 발명은 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응시켜, 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 얻는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 얻은 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 동결방지처리(winterization)하는 단계(단계 2);를 포함하는 식물성 전기절연유의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is a step of obtaining a fatty acid isoalkyl ester-based electric insulating oil by reacting a vegetable oil and a branched alkyl alcohol of C 3-5 under an enzyme catalyst (step 1); And freezing the fatty acid isoalkyl ester-based electrical insulating oil obtained in step 1 (winterization) (step 2). It provides a method for producing vegetable electrical insulating oil comprising a.

더 나아가, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 식물성 전기절연유를 제공한다.Furthermore, the present invention provides a vegetable electrical insulating oil prepared by the above method.

본 발명에 따른 방법으로 식물성 유지 및 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응 및 동결방지처리시켜 제조된 지방산 이소알킬 에스테르계 식물성 전기절연유는 점도 및 유동점이 낮아 저온유동성이 개선되고, 일부 성분의 침전 문제가 개선되고, 절연파괴전압이 높으며, 기존의 미네랄 오일 유래 전기절연유와 유사한 수준의 절연 특성을 나타낼 수 있어 친환경적인 바이오 절연유로 유용하게 사용될 수 있다.Fatty acid isoalkyl ester-based vegetable electrical insulating oil prepared by reacting and preventing freezing of vegetable oils and branched alkyl alcohols under enzyme catalyst by the method according to the present invention has low viscosity and pour point, improving low-temperature fluidity, and sedimentation of some components. Is improved, the dielectric breakdown voltage is high, and it can exhibit insulation properties similar to those of the existing mineral oil-derived electric insulation oil, so it can be usefully used as an eco-friendly bio insulation oil.

도 1은 아실 수용체 종류에 따른 모노알킬 에스테르의 유동점(pour point, ℃)을 비교한 그래프이다; 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 메탄올(methyl alcohol, MeOH), 에탄올(ethyl alcohol, EtOH), 이소프로필알코올(2-propanol, isopropyl alcohol, IPA), 이소부틸알코올(isobutyl alcohol, IBA) 및 이소아밀알코올(isoamyl alcohol, IAA).
도 2는 이소프로필알코올 및 면실유의 몰 비율(isopropanol/cotton seed oil ratio, mol/mol)에 따른 지방산 이소프로필 에스테르(fatty acid iso-propyl esters, FAPEs)의 상대적 수율(relative FAPEs yields, %)을 나타낸 그래프이다.
도 3은 이소프로필알코올 대비 수분 함량(water content, %, v/v IPA)에 따른 지방산 이소프로필 에스테르(FAPEs)의 상대적 수율(%)을 나타낸 그래프이다.
도 4는 3시간(흑색) 또는 12시간(회색) 동안 반응시켜 생성된, 면실유 중량 대비 효소 촉매 첨가량(enzyme ratio, %, w/w oil)에 따른 지방산 이소프로필 에스테르(FAPEs)의 상대적 수율(%)을 나타낸 그래프이다.
도 5는 면실유 및 이소프로필알코올의 반응 시간 및 온도에 따른 지방산 이소프로필 에스테르(FAPEs)의 수율(g/g cotton seed oil) 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph comparing the pour point (°C) of monoalkyl esters according to types of acyl acceptors; Dimethyl carbonate (DMC), methanol (methyl alcohol, MeOH), ethanol (ethyl alcohol, EtOH), isopropyl alcohol (2-propanol, isopropyl alcohol, IPA), isobutyl alcohol (IBA) and iso Isoamyl alcohol (IAA).
2 shows the relative yields (%) of fatty acid iso-propyl esters (FAPEs) according to the molar ratio of isopropyl alcohol and cottonseed oil (isopropanol/cotton seed oil ratio, mol/mol). This is the graph shown.
3 is a graph showing the relative yield (%) of fatty acid isopropyl esters (FAPEs) according to the water content (water content, %, v/v IPA) compared to isopropyl alcohol.
Figure 4 is a relative yield of fatty acid isopropyl esters (FAPEs) according to the amount of enzyme catalyst added (enzyme ratio, %, w/w oil) compared to the weight of cottonseed oil produced by reacting for 3 hours (black) or 12 hours (gray) ( %).
5 is a graph showing the change in the yield (g/g cotton seed oil) of fatty acid isopropyl esters (FAPEs) according to the reaction time and temperature of cottonseed oil and isopropyl alcohol.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응시켜, 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 얻는 단계(단계 1);를 포함하는 식물성 전기절연유의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a vegetable electrical insulating oil comprising a step of reacting vegetable oils and fats and branched alkyl alcohols of C 3-5 under an enzyme catalyst to obtain a fatty acid isoalkyl ester-based electrical insulating oil (Step 1).

또한, 본 발명은 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응시켜, 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 얻는 단계(단계 1); 및In addition, the present invention is a step of obtaining a fatty acid isoalkyl ester-based electric insulating oil by reacting a vegetable oil and a branched alkyl alcohol of C 3-5 under an enzyme catalyst (step 1); And

상기 단계 1에서 얻은 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 동결방지처리(winterization)하는 단계(단계 2);를 포함하는 식물성 전기절연유의 제조방법에 관한 것이다.It relates to a method for producing a vegetable electrical insulating oil comprising a step (winterization) the fatty acid isoalkyl ester-based electrical insulating oil obtained in step 1 (step 2);

구체적으로, 상기 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올을 효소 촉매하에 반응시키는 단계는 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올을 시작물질로 하여 지방산 이소알킬 에스테르가 생성될 수 있도록 효소 촉매와 혼합하는 단계를 의미한다. 상기 반응은 에스테르 교환반응일 수 있고, 이때 C3-5의 분지형 알킬알코올은 상기 반응이 일어나는 용매의 역할 및 아실 수용체(acyl aceptor)로서 참여하는 기질의 역할을 동시에 할 수 있다.Specifically, the step of reacting the vegetable fats and oils and C 3-5 branched alkyl alcohols under an enzyme catalyst is to produce fatty acid isoalkyl esters using vegetable fats and oils and C 3-5 branched alkyl alcohols as starting materials. It means the step of mixing with the enzyme catalyst. The reaction may be a transesterification reaction, and in this case, the branched alkyl alcohol of C 3-5 may simultaneously serve as a solvent in which the reaction occurs and a substrate participating as an acyl acceptor.

본 발명에 있어서, 용어 "절연유"는 변압기·차단기·축전기·케이블 등의 전기 절연을 위해 사용되는 기름으로 전기절연유라고도 한다. 대부분이 석유계의 것이나, 일부는 불연성(不燃性) 합성절연유로서 염화디페닐 등도 사용되며, 용도에 따라 성상(性狀)은 여러 가지이나, 일반적으로 부피전기저항이 크고 점도가 낮으며, 산화에 대하여 안정성이 있는 것이 선택된다. 또한, "변압기"는 전자기유도현상을 이용하여 교류의 전압이나 전류의 값을 변화시키는 장치를 의미한다.In the present invention, the term "insulating oil" is an oil used for electrical insulation of transformers, circuit breakers, capacitors, cables, and the like, and is also referred to as electrical insulating oil. Most of them are petroleum-based, but some are non-flammable synthetic insulating oils, such as diphenyl chloride, etc. are also used. Depending on the purpose, diphenyl chloride is also used, but in general, the bulk electrical resistance is large and the viscosity is low. The ones that are stable against are selected. In addition, "transformer" refers to a device that changes the value of an alternating voltage or current using an electromagnetic induction phenomenon.

본 발명에 따른 식물성 전기절연유의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 식물성 유지는 면실유(cottonseed oil)인 것일 수 있다. In the method for producing vegetable electrical insulating oil according to the present invention, the vegetable oil in step 1 may be cottonseed oil.

본 발명에 있어서, 상기 면실유는 목화씨를 원료로 추출된 기름을 의미하는 것으로, 주로 마아가린, 유기 통조림용, 사라다유, 마요네즈용, 그 밖의 식용유, 의약품, 양초, 경화유, 비누 등의 원료로 널리 사용되고 있다. 면실유는 불포화 지방산으로서 이중결합이 한 개인 올레익산(Oleic acid)과 이중결합이 두 개인 리놀레익산(Linoleic acid)으로 이루어져 있으며, 비타민 E가 풍부하고 콜레스테롤 저하, 심장병 개선, 다형성 교모세포종의 성장 및 전이 억제 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. In the present invention, the cottonseed oil refers to oil extracted from cottonseed as a raw material, and is mainly used as a raw material for margarine, organic canning, salad oil, mayonnaise, other edible oils, medicines, candles, hydrogenated oil, soap, etc. have. Cottonseed oil is an unsaturated fatty acid, consisting of oleic acid with one double bond and linoleic acid with two double bonds. It is rich in vitamin E, lowers cholesterol, improves heart disease, and increases polymorphic glioblastoma. It is known to have an effect such as inhibiting metastasis.

본 발명에 따른 식물성 전기절연유의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 C3-5의 분지형 알킬알코올은 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 이소부틸알코올(isobutyl alcohol) 및 이소아밀알코올(isoamyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다. C2 이하의 단쇄형 알킬알코올을 사용하는 경우 유동점이 높아 저온유동성이 매우 저하되는 문제점이 있고, C6 이상의 분지형 알킬알코올을 사용하는 경우에는 유동점이 다시 높아져서 저온유동성이 저하될 뿐만 아니라, 가격이 비싸진다는 문제점이 있다. 저온 특성 및 경제적 효율적인 면에서 상기 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 이소부틸알코올(isobutyl alcohol) 및 이소아밀알코올(isoamyl alcohol) 가운데 이소프로필알코올을 사용하는 것이 바람직한 것일 수 있다. 상기 이소프로필알코올은 2-프로판올(2-propanol)이라고도 부르며, 이소프로판올(isopropanol)이란 용어로 사용되는 경우도 있다.In the method for producing vegetable electrical insulating oil according to the present invention, the branched alkyl alcohol of C 3-5 in step 1 is isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, and isoamyl alcohol. It may be one or more selected from the group consisting of. When using short-chain alkyl alcohols of C 2 or less, there is a problem that low-temperature fluidity is very low due to a high pour point. In case of using a branched alkyl alcohol of C 6 or more, the pour point is increased again and low-temperature fluidity is lowered. There is a problem that this becomes expensive. It may be preferable to use isopropyl alcohol among the isopropyl alcohol, isobutyl alcohol and isoamyl alcohol in terms of low temperature characteristics and economic efficiency. The isopropyl alcohol is also called 2-propanol, and is sometimes used as the term isopropanol.

본 발명에 따른 식물성 전기절연유의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 효소 촉매는 리파아제(lipase)인 것일 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 리파아제 효소 촉매로서 Lypozyme 435 제품을 구입하여 사용하였다.In the method for producing vegetable electrical insulating oil according to the present invention, the enzyme catalyst in step 1 may be a lipase. In one embodiment of the present invention, Lypozyme 435 was purchased and used as a lipase enzyme catalyst.

본 발명에 따른 식물성 전기절연유의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올의 몰비는 1:3.5 내지 1:7인 것일 수 있다. 식물성 유지 대비 C3-5의 분지형 알킬알코올의 몰비가 3.5 보다 낮은 경우에서는 전체 반응 부피가 충분하지 않아 효소 및 기질이 완전히 블렌딩되지 않아 반응 효율이 떨어지게되며, 반대로, 몰비가 1:7보다 높은 경우에서는 구성 요소가 과도하게 희석되고 효과적인 충돌이 감소되어 전환율이 낮아지게 된다. 상기 몰비는 바람직하게는 1:4 내지 1:5인 것일 수 있고, 더 바람직하게는 1:4.3 내지 1:4.7인 것일 수 있다. In the method for producing a vegetable electric insulating oil according to the present invention, the molar ratio of the vegetable oil and the branched alkyl alcohol of C 3-5 in Step 1 may be 1:3.5 to 1:7. If the molar ratio of the branched alkyl alcohol of C 3-5 to vegetable oil is lower than 3.5, the total reaction volume is not sufficient and the enzyme and substrate are not completely blended, resulting in a decrease in reaction efficiency. Conversely, the molar ratio is higher than 1:7. In some cases, the component is over-diluted and effective collisions are reduced, resulting in a lower conversion. The molar ratio may be preferably 1:4 to 1:5, more preferably 1:4.3 to 1:4.7.

본 발명에 따른 식물성 전기절연유의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올은 40 내지 60℃의 온도에서 60 내지 180분 동안 반응하는 것일 수 있다. 에스테르 교환 공정을 통해 오일을 생산하는 반응은 고온에서 가장 잘 이루어지며, 높은 반응 온도는 식물성 오일의 점도를 낮추고 반응 속도를 증가시킨다. 그러나 60℃ 이상의 고온에서는 효소 촉매가 비활성화되고 활성이 상실되므로 온도가 너무 높으면 오일 수율이 떨어지게 되는 문제점이 발생하며, 40℃ 이하의 온도에서는 지방산 이소알킬 에스테르의 수율이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 상기 단계 1의 식물성 유지 및 C3-5의 분지형 알킬알코올은 50 내지 60℃의 온도에서 90 내지 180분 동안 반응하는 것일 수 있다.In the method for producing a vegetable electrical insulating oil according to the present invention, the vegetable oil of step 1 and the branched alkyl alcohol of C 3-5 may be reacted at a temperature of 40 to 60° C. for 60 to 180 minutes. The reaction to produce oil through the transesterification process is best done at high temperatures, and the high reaction temperature lowers the viscosity of the vegetable oil and increases the reaction rate. However, at a high temperature of 60°C or higher, the enzyme catalyst is deactivated and activity is lost, so if the temperature is too high, the oil yield may decrease, and at a temperature of 40°C or less, the yield of the fatty acid isoalkyl ester may decrease. Preferably, the vegetable oil of step 1 and the branched alkyl alcohol of C 3-5 may be reacted for 90 to 180 minutes at a temperature of 50 to 60°C.

본 발명에 따른 식물성 전기절연유의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 수분함량은 C3-5의 분지형 알킬알코올의 부피 대비 0 내지 0.3%(v/v)인 것일 수 있다. 바람직하게는, 0 내지 0.25%(v/v)인 것일 수 있고, 더 바람직하게는 0 내지 0.2%(v/v)인 것일 수 있다. 에스테르 교환 반응이 비수성 매질에서 고정화된 리파아제를 사용하여 진행될 때, 반응액에 첨가된 물은 리파아제의 활성을 유지하며, 수성 매질에서 리파아제는 지방산 알킬 에스테르에서 가수 분해 반응이 일어나는데 촉매제 역할을 한다. 따라서 과량의 물은 에스테르 교환 반응에서 식물성 오일의 지방산 에스테르로의 전환을 감소시킨다. 이에 본 발명의 일 실시예에서는 수분함량에 따른 지방산 이소프로필 에스테르의 전환율을 확인한 결과, 수분 함량을 이소프로필알코올 부피 대비 0.3%(v/v) 이하로 설정하는 것이 바람직함을 확인하였다.In the method for producing vegetable electrical insulating oil according to the present invention, the water content in step 1 may be 0 to 0.3% (v/v) relative to the volume of the branched alkyl alcohol of C 3-5 . Preferably, it may be 0 to 0.25% (v/v), more preferably 0 to 0.2% (v/v). When the transesterification reaction proceeds using a lipase immobilized in a non-aqueous medium, the water added to the reaction solution maintains the activity of the lipase, and in the aqueous medium, the lipase serves as a catalyst for the hydrolysis reaction to occur in the fatty acid alkyl ester. Thus, excess water reduces the conversion of vegetable oils to fatty acid esters in the transesterification reaction. Accordingly, in an embodiment of the present invention, as a result of confirming the conversion rate of fatty acid isopropyl ester according to the moisture content, It was confirmed that it is preferable to set the moisture content to 0.3% (v/v) or less relative to the volume of isopropyl alcohol.

본 발명에 따른 식물성 전기절연유의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1의 효소 촉매는 상기 식물성 유지 총 중량 대비 2 내지 6%(w/w) 첨가하는 것일 수 있고, 바람직하게는 2.5 내지 5.5%(w/w) 첨가하는 것일 수 있고, 더 바람직하게는 3 내지 5%(w/w)첨가하는 것일 수 있다. 상기 범위 이하로 첨가하는 경우, 지방산 이소알킬 에스테르의 수율이 떨어지며, 상기 범위 이상으로 첨가하는 경우, 반응 효율 대비 효소 사용에 따른 비용이 많이 발생하게 된다.In the method for preparing vegetable electrical insulating oil according to the present invention, the enzyme catalyst in step 1 may be added 2 to 6% (w/w) based on the total weight of the vegetable fat, preferably 2.5 to 5.5% (w /w) may be added, more preferably 3 to 5% (w/w) may be added. When added below the above range, the yield of the fatty acid isoalkyl ester decreases, and when added above the above range, the cost of using the enzyme is high compared to the reaction efficiency.

본 발명에 따른 식물성 전기절연유의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2의 동결방지처리는 단계 1에서 얻은 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 -15 내지 15℃의 온도에서 20 내지 30시간 냉각시킨후 침전물을 제거하는 것일 수 있다. 바람직하게는 -2 내지 5℃의 온도에서 22 내지 26시간 냉각시키는 것일 수 있다. 인화점과 유동점은 유사 반비례 관계로서, 상기 범위를 벗어나는 경우 인화점 또는 유동점의 물성을 크게 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 범위보다 높은 온도에서 동결방지처리하는 경우, 유동점은 낮아지지만 인화점은 약화될 수 있다.In the method for producing vegetable electrical insulating oil according to the present invention, in the antifreeze treatment in step 2, the fatty acid isoalkyl ester-based electrical insulating oil obtained in step 1 is cooled for 20 to 30 hours at a temperature of -15 to 15°C, and then the precipitate is It may be to remove. Preferably, it may be cooled for 22 to 26 hours at a temperature of -2 to 5°C. The flash point and the pour point are similarly inversely proportional to each other, and when outside the above range, a problem of greatly deteriorating the physical properties of the flash point or the pour point may occur. For example, in the case of antifreezing treatment at a temperature higher than the above range, the pour point may be lowered but the flash point may be weakened.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 식물성 전기절연유를 제공한다.In addition, the present invention provides a vegetable electrical insulating oil prepared by the above method.

본 발명에 따른 상기 식물성 전기절연유는 면실유 및 IPA와 리파아제를 사용하여 환경친화적인 방법으로 제조가 가능하며, 점도 및 유동점이 낮고, 절연파괴전압이 높으며, 기타 절연 특성이 미네랄 오일과 동등 수준의 특성을 유지할 수 있어, 변압기의 전기절연유로서 유용하게 사용될 수 있다.The vegetable electrical insulating oil according to the present invention can be manufactured in an environmentally friendly manner using cottonseed oil, IPA and lipase, and has low viscosity and pour point, high dielectric breakdown voltage, and other insulating properties at the same level as mineral oil. Can be maintained, it can be usefully used as an electrical insulating oil of a transformer.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by the following examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

<< 실시예Example 1> 용매 종류에 따른 1> According to the type of solvent 모노알킬Monoalkyl 에스테르 오일 제조 Ester oil manufacturers

모노알킬 에스테르를 제조하기 위하여, 500ml 3구 반응기(three-necked reactor)에서 에스터 교환 반응을 실시하였다.In order to prepare the monoalkyl ester, an transesterification reaction was carried out in a 500 ml three-necked reactor.

구체적으로, 3구 반응기(3구 비이커형 반응조, Labmarket)에 100g의 면실유(Cotton seed oil; 대정화금(주)) 및 아실 수용체(acyl acceptor) 후보 물질로서 메탄올(methyl alcohol, MeOH; 대정화금(주)), 에탄올(ethyl alcohol, EtOH; 대정화금(주)), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC; Acros organics), 이소프로필알코올(isopropyl alcohol, IPA; 대정화금(주)), 이소부틸알코올(isobutyl alcohol, IBA; 대정화금(주)) 및 이소아밀알코올(isoamyl alcohol, IAA; 대정화금(주))을 각각 넣었다. 이때, 상기 면실유 및 아실 수용체는 기질로 사용한 것이며, 아실 수용체는 또한 반응 용매로서도 사용되었다. 상기 면실유 및 아실 수용체를 1:4.5의 몰비로 혼합한 혼합물을 기계적 교반기를 사용하여 250rpm으로 교반하였고, 반응을 개시하기 위하여 효소촉매인 리파아제(Lipozyme 435, Novozymes)를 면실유 중량 기준 5%(w/w)의 첨가량으로 교반 중에 주입하여 에스터 교환 반응을 유도하였다. 반응이 완료된 혼합물을 여과하여 효소를 분리하고, 여액을 회전 증발기로 증발시켰다. 최종적으로, 에스터 및 저상 글리세롤을 함유하는 상등액을 분별 깔때기를 사용하여 분리하여 실시예 1-1 내지 1-6의 모노알킬 에스테르(지방산 메틸 에스테르)를 수득하였다.Specifically, 100g of cottonseed oil (Daejeonghwa Geum Co., Ltd.) and acyl acceptor candidates for methanol (methyl alcohol, MeOH; Daejeonghwa) in a 3-neck reactor (3-neck beaker type reactor, Labmarket) Gold Co., Ltd.), ethanol (ethyl alcohol, EtOH; Daejung Hwa-Kum Co., Ltd.), dimethyl carbonate (DMC; Acros organics), isopropyl alcohol (IPA; Daejung Hwa-Gum Co., Ltd.), Isobutyl alcohol (IBA; Daejunghwakeum Co., Ltd.) and isoamyl alcohol (IAA; Daejunghwakeum Co., Ltd.) were added respectively. At this time, the cottonseed oil and the acyl receptor were used as substrates, and the acyl receptor was also used as a reaction solvent. The mixture of the cottonseed oil and the acyl receptor in a molar ratio of 1:4.5 was stirred at 250 rpm using a mechanical stirrer, and in order to initiate the reaction, an enzyme catalyst, Lipase (Lipozyme 435, Novozymes) was added 5% (w/ The addition amount of w) was injected during stirring to induce an ester exchange reaction. The reaction mixture was filtered to separate the enzyme, and the filtrate was evaporated using a rotary evaporator. Finally, the supernatant containing the ester and the low glycerol was separated using a separatory funnel to obtain the monoalkyl esters (fatty acid methyl esters) of Examples 1-1 to 1-6.

실시예Example 1-11-1 1-21-2 1-31-3 1-41-4 1-51-5 1-61-6 아실 수용체 종류Types of acyl receptors DMCDMC MeOHMeOH EtOHEtOH IPAIPA IBAIBA IAAIAA 면실유:아실수용체 몰비율Cottonseed oil: acyl receptor molar ratio 1:4.51:4.5 1:4.51:4.5 1:4.51:4.5 1:4.51:4.5 1:4.51:4.5 1:4.51:4.5 수분함량(아실수용체 부피 기준 %(v/v))Moisture content (% (v/v) based on the volume of the acyl receptor) 0.2%0.2% 0.2%0.2% 0.2%0.2% 0.2%0.2% 0.2%0.2% 0.2%0.2% 효소첨가량(면실유 중량 기준 %(w/w))Enzyme added amount (% by weight of cottonseed oil (w/w)) 5 %5% 5 %5% 5 %5% 5 %5% 5 %5% 5 %5% 반응 온도, 시간Reaction temperature, time 50℃, 12h50℃, 12h 50℃, 12h50℃, 12h 50℃, 12h50℃, 12h 50℃, 12h50℃, 12h 50℃, 12h50℃, 12h 50℃, 12h50℃, 12h

<< 실험예Experimental example 1> 알코올 종류에 따른 1> According to the type of alcohol 모노알킬Monoalkyl 에스테르의 유동점 분석 Pour point analysis of ester

면실유의 저온 유동성을 개선하기 위하여, 아실 수용체(acyl acceptors)로서 여러 유형의 알코올을 사용하여 효소적 에스터 교환 반응으로 제조된 상기 실시예 1-1 내지 1-6의 모노 알킬 에스테르의 유동점(pour point)을 비교했다. 유동점은 KS M ISO 3016 (2014)의 방법에 따라 측정하였다.In order to improve the low-temperature fluidity of cottonseed oil, the pour point of the monoalkyl esters of Examples 1-1 to 1-6 prepared by an enzymatic transesterification reaction using various types of alcohols as acyl acceptors ) Compared. The pour point was measured according to the method of KS M ISO 3016 (2014).

메탄올 및 에탄올은 단쇄 알코올로서 사용되었으며, 상기 메탄올 및 에탄올은 화석 유래 디젤 대체물로 사용되는 식물성 오일 기반 알킬 에스테르를 합성하는 데 사용되는 용매이다. DMC는 트리글리세 라이드로부터 메틸 에스테르로 전환시킴과 동시에, 이때 생성된 글리세롤 부산물로부터 글리세롤 카보네이트로 전환시킬 수 있는 환경 친화적인 용매이다. 이소프로필알코올(IPA), 이소부틸알코올(IBA) 및 이소아밀알코올(IAA)은 분지형 알코올로 사용되었다.Methanol and ethanol were used as short-chain alcohols, and methanol and ethanol were solvents used to synthesize vegetable oil-based alkyl esters used as fossil-derived diesel substitutes. DMC is an environmentally friendly solvent capable of converting from triglycerides to methyl esters and at the same time converting the resulting glycerol by-products to glycerol carbonate. Isopropyl alcohol (IPA), isobutyl alcohol (IBA) and isoamyl alcohol (IAA) were used as branched alcohols.

도 1은 아실 수용체 종류에 따른 모노알킬 에스테르의 유동점(pour point, ℃)을 비교한 그래프이다; 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 메탄올(methyl alcohol, MeOH), 에탄올(ethyl alcohol, EtOH), 이소프로필알코올(2-propanol, isopropyl alcohol, IPA), 이소부틸알코올(isobutyl alcohol, IBA) 및 이소아밀알코올(isoamyl alcohol, IAA).1 is a graph comparing the pour point (°C) of monoalkyl esters according to types of acyl acceptors; Dimethyl carbonate (DMC), methanol (methyl alcohol, MeOH), ethanol (ethyl alcohol, EtOH), isopropyl alcohol (2-propanol, isopropyl alcohol, IPA), isobutyl alcohol (IBA) and iso Isoamyl alcohol (IAA).

그 결과, MeOH 및 DMC를 이용하여 생산된 모노알킬 에스테르의 유동점은 면실유 기반 바이오 디젤의 유동점 -4 내지 0℃와 유사한 것으로 나타났다. 대조적으로 IPA와 IAA가 아실 수용체로 사용된 모노알킬 에스테르의 유동점은 -9℃ 내지 -12℃로 감소하였다. 결과적으로, 분지형 알코올을 사용한 모노알킬 에스테르의 유동점이 선형 알코올을 사용한 모노알킬 에스테르보다 낮은 것으로 나타났으며, 이는 분지형 알코올이 저온에서 면실유 기반의 모노 에스테르 오일의 결정 구조를 분해하여, 오일의 응고를 지연시키고 저온에서의 유동성을 유지하기 때문인 것으로 예상할 수 있다.As a result, the pour point of the monoalkyl ester produced using MeOH and DMC was found to be similar to that of the cottonseed oil-based biodiesel -4 to 0°C. In contrast, the pour point of monoalkyl esters in which IPA and IAA were used as acyl acceptors decreased from -9°C to -12°C. As a result, it was found that the pour point of the monoalkyl ester using the branched alcohol is lower than that of the monoalkyl ester using the linear alcohol, which is why the branched alcohol decomposes the crystal structure of the cottonseed oil-based monoester oil at low temperature. It can be expected because it delays solidification and maintains fluidity at low temperatures.

탄소수가 커질수록 소수성이 커지고, 효소의 활성을 저해하여 전환율이 떨어질 수 있고, 전환율이 떨어지게되면 반응하지 않고 남아있는 성분들이 절연특성과 저온유동성을 떨어뜨릴 수 있으며, 탄소수가 커지며 전체 사슬 길이가 길어지면 linear 구조로 전환하면서 얻을 수 있는 저점도 특성을 잃게 된다. 또한, IPA는 화학용매, 세정제 등 상대적으로 낮은 가격에서 구매할 수 있고, IBA와 IAA의 경우 대체 연료, 화학용제, 식품 첨가물 합성의 원료 등으로 사용되어 상대적으로 가격이 높게 형성되어 있다.As the number of carbons increases, the hydrophobicity increases, and the conversion rate may decrease by inhibiting the activity of enzymes.If the conversion rate decreases, the components remaining without reaction may decrease the insulation properties and low-temperature fluidity, and the number of carbons increases and the overall chain length becomes longer. It loses the low viscosity characteristics that can be obtained by converting to the ground linear structure. In addition, IPA can be purchased at relatively low prices such as chemical solvents and detergents, and IBA and IAA are used as alternative fuels, chemical solvents, and raw materials for the synthesis of food additives, so the price is relatively high.

따라서, 유동점이 낮게 나타난 분지형 알코올 IPA, IBA 및 IAA중 경제적, 실험적 효율성을 고려한 결과, 분지형 알코올 중 탄소수가 3으로 가장 적은 IPA가 절연유를 제조하는데 가장 적합함을 확인하였으며, 이후 모든 실험에 IPA를 사용하였다.Therefore, as a result of considering economic and experimental efficiency among branched alcohols IPA, IBA and IAA, which showed a low pour point, it was confirmed that IPA with the lowest carbon number of 3 among branched alcohols was most suitable for preparing insulating oil. IPA was used.

<< 실시예Example 2> 지방산 이소프로필 에스테르의 제조 2> Preparation of fatty acid isopropyl ester

상기 실험예 1에서 최적 용매로 확인된 IPA와 면실유를 이용하여 에스테르 교환 반응을 통해 전기절연유로 사용할 수 있는 지방산 이소프로필 에스테르(fatty acid iso-propyl esters, FAPEs)을 합성하였다.Fatty acid iso-propyl esters (FAPEs), which can be used as electrical insulating oil, were synthesized through transesterification using IPA and cottonseed oil identified as the optimal solvents in Experimental Example 1.

이때, 에스테르 교환 반응은 실시예 1과 동일한 과정으로 수행하되, 1 mmol(0.860 g)의 면실유, 다양한 양의 IPA(면실유 대비 몰비율), 리파아제 효소(면실유 중량을 기준으로 한 w/w) 및 물(%, IPA 부피량 기준으로 한 v/v)을 함유하는 스크류-캡 유리 바이알(vial)에서 수행되었다. 반응이 진행되는 동안 오일조(oil bath)를 사용하여 온도를 유지하였다. 반응이 완료된 후, 45 μm의 공극 크기를 갖는 시린지 필터를 사용하여 각 반응 매질을 여과하여, 여액으로부터 지방산 이소프로필 에스테르를 수득하였다.At this time, the transesterification reaction was performed in the same manner as in Example 1, but 1 mmol (0.860 g) of cottonseed oil, various amounts of IPA (molar ratio to cottonseed oil), lipase enzyme (w/w based on the weight of cottonseed oil), and It was performed in a screw-cap glass vial containing water (%, v/v based on IPA volume). During the reaction, the temperature was maintained using an oil bath. After the reaction was completed, each reaction medium was filtered using a syringe filter having a pore size of 45 μm to obtain fatty acid isopropyl ester from the filtrate.

<< 실험예Experimental example 2> 지방산 이소프로필 에스테르 합성을 위한 에스테르 교환반응 조건의 최적화 2> Optimization of transesterification conditions for synthesis of fatty acid isopropyl ester

상기 실시예 2의 IPA 및 면실유를 이용한 지방산 이소프로필 에스테르를 합성함에 있어서, IPA 및 면실유의 몰비, 수분 함량, 효소 첨가비, 반응 온도 및 반응 시간 조건을 최적화하였다.In synthesizing the fatty acid isopropyl ester using IPA and cottonseed oil of Example 2, the molar ratio of IPA and cottonseed oil, water content, enzyme addition ratio, reaction temperature and reaction time conditions were optimized.

반응 조건 최적화를 위하여, 실시예 2의 방법으로 수득된 여액, 즉 지방산 이소프로필 에스테르(FAPEs)를 기체크로마토그래피(GC)로 분석하여 식물성 오일로부터 전기절연유로의 오일 전환율 및 조성을 측정하였다.In order to optimize the reaction conditions, the filtrate obtained by the method of Example 2, that is, fatty acid isopropyl esters (FAPEs), was analyzed by gas chromatography (GC) to measure the oil conversion rate and composition from vegetable oil to electric insulating oil.

GC 분석은 HP-INNOWAX 컬럼(폴리에틸렌 글리콜 모세관, 길이 30m×직경 0.53mm, 막 두께 0.5㎛)과 불꽃 이온화 검출기가 장착된 GC 시스템(M600D, Young Lin Instrument, Korea)을 사용하여 시료를 분석하였다. 모세관 컬럼의 온도는 처음에 150℃에서 8분간 유지하고, 분당 10℃의 속도로 240℃까지 증가시키고, 10분간 유지하였다. 모든 절차는 3회 반복하여 수행하였다.GC analysis was performed using an HP-INNOWAX column (polyethylene glycol capillary tube, length 30m×diameter 0.53mm, film thickness 0.5µm) and a GC system (M600D, Young Lin Instrument, Korea) equipped with a flame ionization detector. The temperature of the capillary column was initially maintained at 150° C. for 8 minutes, increased to 240° C. at a rate of 10° C. per minute, and maintained for 10 minutes. All procedures were repeated 3 times.

2-1. 면실유 및 IPA의 2-1. Cottonseed Oil and IPA 몰비에Molar ratio 따른 지방산 이소프로필 에스테르의 수율 분석 Yield analysis of fatty acid isopropyl ester according to

용매를 사용하지 않는 무용매 시스템에서 이소프로필알코올(IPA)은 반응이 일어나는 용매의 역할 및 아실 수용체로서 참여하는 기질의 역할을 동시에 하므로 IPA와 면실유의 몰비가 반응 효율을 결정하는데 중요한 역할을 할 수 있다.In a solvent-free system without using a solvent, isopropyl alcohol (IPA) plays an important role in determining the reaction efficiency because isopropyl alcohol (IPA) plays a role as a solvent in which the reaction occurs and a substrate that participates as an acyl receptor. have.

이에, 1 mmol의 면실유, IPA 전체 부피 기준 수분 함량을 0.2%, 면실유 전체 중량 기준 리파아제(lypozyme 435) 첨가량을 10%, 반응 온도 50℃ 및 반응 시간 3시간으로 반응 조건을 고정한 후, 면실유 및 IPA의 몰 비율을 달리하여 실시예 2의 에스테르 교환 반응을 진행하였다. 면실유로부터 합성된 지방산 이소프로필 에스테르(FABEs)의 상대적 수율(%)을 측정하야 도 2에 나타내었다.Accordingly, after fixing the reaction conditions at 1 mmol of cottonseed oil, the moisture content based on the total volume of IPA was 0.2%, the amount of lipase (lypozyme 435) added based on the total weight of the cottonseed oil was 10%, the reaction temperature was 50°C, and the reaction time was 3 hours, cottonseed oil and IPA The transesterification reaction of Example 2 was performed by varying the molar ratio of. The relative yield (%) of fatty acid isopropyl esters (FABEs) synthesized from cottonseed oil was measured and shown in FIG. 2.

도 2는 이소프로필알코올 및 면실유의 몰 비율(isopropanol/cotton seed oil ratio, mol/mol)에 따른 지방산 이소프로필 에스테르(fatty acid iso-propyl esters, FAPEs)의 상대적 수율(relative FAPEs yields, %)을 나타낸 그래프이다.Figure 2 shows the relative yields (%) of fatty acid iso-propyl esters (FAPEs) according to the molar ratio of isopropyl alcohol and cottonseed oil (isopropanol/cotton seed oil ratio, mol/mol). This is the graph shown.

도 2에 나타난 바와 같이, IPA 및 면실유의 몰비가 1:1에서 4.5:1로 증가함에 따라, FAPEs의 상대적인 전환율이 증가하였고, 몰비가 4.5:1 이상으로 증가함에 따라 전환율은 다시 감소하여, FAPEs 수율은 4.5:1 몰비에서 가장 높은 것으로 나타났다. 따라서, IPA 및 면실유의 최적 몰비는 4.5:1인 것으로 확인되었다.As shown in FIG. 2, as the molar ratio of IPA and cottonseed oil increased from 1:1 to 4.5:1, the relative conversion rate of FAPEs increased, and as the molar ratio increased to 4.5:1 or more, the conversion rate decreased again, and FAPEs The yield was found to be the highest at a 4.5:1 molar ratio. Therefore, it was confirmed that the optimum molar ratio of IPA and cottonseed oil was 4.5:1.

2-2. IPA 부피 대비 수분함량에 따른 지방산 이소프로필 에스테르의 수율 분석2-2. Yield analysis of fatty acid isopropyl ester according to water content relative to IPA volume

수분 함량 증가에 따른 FAPEs 전환율 변화를 비교하기 위해 1 mmol의 면실유, IPA 및 면실유의 몰비를 4.5:1, 면실유 전체 중량 기준 리파아제(lypozyme 435) 첨가량을 10%, 반응 온도 50℃ 및 반응 시간 3시간으로 반응 조건을 고정한 후, 기질 겸 반응 용매역할을 하는 IPA 부피 대비 0 내지 0.4%의 물을 반응 용액에 첨가함으로써 수분 함량(%) 달리하여 실시예 2의 에스테르 교환 반응을 진행하였다. 면실유로부터 합성된 지방산 이소프로필 에스테르(FABEs)의 상대적 수율(%)을 측정하여 도 3에 나타내었다.In order to compare the change in FAPEs conversion with increasing moisture content, the molar ratio of 1 mmol of cottonseed oil, IPA and cottonseed oil was 4.5:1, the amount of lipase (lypozyme 435) added based on the total weight of cottonseed oil was 10%, the reaction temperature was 50°C, and the reaction time was 3 hours. After fixing the reaction conditions with, the transesterification reaction of Example 2 was performed by varying the moisture content (%) by adding 0 to 0.4% of water relative to the volume of IPA serving as a substrate and a reaction solvent to the reaction solution. The relative yield (%) of fatty acid isopropyl esters (FABEs) synthesized from cottonseed oil was measured and shown in FIG. 3.

도 3은 이소프로필알코올 대비 수분 함량(water content, %, v/v IPA)에 따른 지방산 이소프로필 에스테르(FAPEs)의 상대적 수율(%)을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the relative yield (%) of fatty acid isopropyl esters (FAPEs) according to the water content (water content, %, v/v IPA) compared to isopropyl alcohol.

그 결과, 첨가된 물의 양이 IPA 전체 부피 대비 0 에서 0.2%로 증가할 때, 지방산 이소프로필 에스테르의 상대 수율은 90% 이상으로 유지되었지만, 수분 함량 0.4% 이상에서는 지방 에스테르의 가수 분해가 일어나 지방산 이소프로필 에스테르의 전환율이 63.8%로 감소되었다. 이에 따라, 수분 함량을 이소프로필알코올 부피 대비 0.3%(v/v) 이하로 설정하는 것이 바람직함을 확인하였다.As a result, when the amount of water added increases from 0 to 0.2% relative to the total volume of IPA, the relative yield of fatty acid isopropyl ester is maintained at 90% or more, but hydrolysis of fatty ester occurs when the moisture content is 0.4% or more. The conversion of the isopropyl ester was reduced to 63.8%. Accordingly, it was confirmed that it is preferable to set the moisture content to 0.3% (v/v) or less relative to the volume of isopropyl alcohol.

2-3. 면실유 중량 대비 효소촉매 첨가량에 따른 지방산 이소프로필 에스테르의 수율 분석2-3. Yield analysis of fatty acid isopropyl ester according to the amount of enzyme catalyst added to the weight of cottonseed oil

효소 첨가량 증가에 따른 FAPEs 전환율 변화를 비교하기 위해 1 mmol의 면실유, IPA 및 면실유의 몰비를 4.5:1, IPA 전체 부피 기준 수분 함량을 0%, 반응 온도 50℃ 및 반응 시간을 3시간 또는 12시간으로 반응 조건을 고정한 후, 면실유 전체 중량 기준 리파아제(lypozyme 435) 첨가량을 0.5 내지 10%(w/w)로 달리하여 실시예 2의 에스테르 교환 반응을 진행하였다. 면실유로부터 합성된 지방산 이소프로필 에스테르(FABEs)의 상대적 수율(%)을 측정하여 도 4에 나타내었다.In order to compare the change in the conversion rate of FAPEs according to the increase in the amount of enzyme added, the molar ratio of 1 mmol of cottonseed oil, IPA and cottonseed oil is 4.5:1, the moisture content based on the total volume of IPA is 0%, the reaction temperature is 50°C, and the reaction time is 3 hours or 12 hours. After fixing the reaction conditions as, the transesterification reaction of Example 2 was performed by varying the amount of lipase (lypozyme 435) added to 0.5 to 10% (w/w) based on the total weight of cottonseed oil. The relative yield (%) of fatty acid isopropyl esters (FABEs) synthesized from cottonseed oil was measured and shown in FIG. 4.

도 4는 3시간(흑색) 또는 12시간(회색) 동안 반응시켜 생성된, 면실유 중량 대비 효소 촉매 첨가량(enzyme ratio, %, w/w oil)에 따른 지방산 이소프로필 에스테르(FAPEs)의 상대적 수율(%)을 나타낸 그래프이다.4 is a relative yield of fatty acid isopropyl esters (FAPEs) according to the amount of enzyme catalyst added (enzyme ratio, %, w/w oil) compared to the weight of cottonseed oil produced by reacting for 3 hours (black) or 12 hours (gray) %).

그 결과, 반응 시간을 3시간(흑색)으로 고정 시켰을 때, FAPEs 수율은 촉매가 면실유 중량 대비 0.5 %(w/w)에서 10 %(w/w)로 변화시 90%의 최대 전환율로 증가되었고, 5 %(w/w)의 효소가 사용되었을 때 가장 높은 효율이 관찰되었다. 0.5 내지 3 %(w/w)의 범위에서 전환율이 극적으로 증가되는 것으로 나타나, 단시간에 전환율을 극대화하기 위한 반응의 경우, 면실유 중량 대비 2 %(w/w) 이상의 효소가 첨가되어야 함을 확인하였으며, 2 내지 6 %(w/w) 첨가하는 것이 바람직하고, 특히, 리파아제 효소를 5 %(w/w) 첨가하는 것이 가장 최적의 효소 첨가량임을 확인하였다.As a result, when the reaction time was fixed at 3 hours (black), the yield of FAPEs increased to a maximum conversion rate of 90% when the catalyst changed from 0.5% (w/w) to 10% (w/w) relative to the weight of cottonseed oil. , The highest efficiency was observed when 5% (w/w) of the enzyme was used. It was found that the conversion rate increased dramatically in the range of 0.5 to 3% (w/w), and in the case of a reaction to maximize the conversion rate in a short time, it was confirmed that at least 2% (w/w) of the enzyme should be added relative to the weight of cottonseed oil. It was confirmed that it is preferable to add 2 to 6% (w/w), and in particular, adding 5% (w/w) of the lipase enzyme is the most optimal enzyme addition amount.

한편, 반응 시간을 12시간(회색)으로 고정 시켰을 때, FAPEs 전환 효율을 비교한 결과, 효소 첨가량에 따른 절연유의 수율 변화는 반응 시간을 3시간으로 고정시켰을 때의 경향과 유사하게 나타났으나, 소량의 효소를 사용할 경우 반응 시간이 길어질수록 FAPEs 생성량이 크게 증가한 반면, 충분한 양의 촉매가 사용되었을 때 시간 증가에 따른 수율의 유의한 차이는 없었고, 10 %(w/w)로 촉매의 첨가량이 더 증가된 경우에는 분해 반응으로 인한 수율의 감소를 가져왔다. 이러한 결과는 리파아제를 사용하여 면실유 및 IPA를 이용하여 에스테르 교환 반응을 수행할 경우, 단시간에 높은 전환율을 나타냄을 보여준다.On the other hand, when the reaction time was fixed at 12 hours (gray), as a result of comparing the conversion efficiency of FAPEs, the change in the yield of insulating oil according to the amount of enzyme added was similar to the trend when the reaction time was fixed at 3 hours. When a small amount of enzyme was used, the amount of FAPEs produced increased significantly as the reaction time increased, but when a sufficient amount of catalyst was used, there was no significant difference in the yield according to the time increase, and the amount of catalyst added was 10% (w/w). The further increase resulted in a decrease in the yield due to the decomposition reaction. These results show that when performing the transesterification reaction using cottonseed oil and IPA using lipase, a high conversion rate is displayed in a short time.

2-4. 반응 온도 및 시간에 따른 지방산 이소프로필 에스테르의 생산량 분석2-4. Analysis of production of fatty acid isopropyl ester according to reaction temperature and time

반응 온도 및 시간 변화에 따른 FAPEs 전환율 변화를 비교하기 위해 1 mmol의 면실유, IPA 및 면실유의 몰비를 4.5:1, IPA 전체 부피 기준 수분 함량을 0%, 면실유 전체 중량 기준 리파아제(lypozyme 435) 첨가량을 5%(w/w)로 반응 조건을 고정한 후, 40, 50 및 60℃의 다양한 온도에서 실시예 2의 에스테르 교환 반응을 진행하였으며, 0 내지 180분의 반응 시간 증가에 따른 면실유로부터 지방산 이소프로필 에스테르(FABEs)의 생성율(g/g)을 측정하여 도 5에 나타내었다.In order to compare the change in the conversion rate of FAPEs according to the reaction temperature and time, the molar ratio of 1 mmol of cottonseed oil, IPA and cottonseed oil was 4.5:1, the moisture content based on the total volume of IPA was 0%, and the amount of lipase (lypozyme 435) added based on the total weight of the cottonseed oil. After fixing the reaction conditions to 5% (w/w), the transesterification reaction of Example 2 was carried out at various temperatures of 40, 50 and 60° C., and fatty acid isopropyl from cottonseed oil according to an increase in reaction time of 0 to 180 minutes. The production rate (g/g) of ester (FABEs) was measured and shown in FIG. 5.

도 5는 면실유 및 이소프로필알코올의 반응 시간 및 온도에 따른 지방산 이소프로필 에스테르(FAPEs)의 수율(g/g cotton seed oil) 변화를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the change in the yield (g/g cotton seed oil) of fatty acid isopropyl esters (FAPEs) according to the reaction time and temperature of cottonseed oil and isopropyl alcohol.

그 결과, 초기 반응 속도는 반응 온도가 40℃에서 60℃로 상승함에 따라 더 빠른것으로 나타났다. 면실유 1g 대비 FAPEs 합성량은 반응 온도가 50℃ 일 때 반응 시간 90분 또는 반응 온도 60℃ 일때 반응 시간 60분에서 최대 92.7%(w/w)로 포화되었다. 반응 온도를 40℃로 고정한 경우의 FAPEs 전환율은 180분 동안 반응한 후에도 70%보다 낮게 나타났다. 이러한 결과로부터, 전환율과 열효율을 고려하여 50 내지 60℃의 온도에서 90 내지 180분 동안 반응시키는 것이 바람직한 반응 조건임을 확인하였으며, 특히, 최적의 합성 온도는 50℃인 것을 확인하였다.As a result, the initial reaction rate was found to be faster as the reaction temperature increased from 40°C to 60°C. The amount of FAPEs synthesized relative to 1 g of cottonseed oil was saturated to a maximum of 92.7% (w/w) at a reaction time of 90 minutes at a reaction temperature of 50°C or a reaction time of 60 minutes at a reaction temperature of 60°C. When the reaction temperature was fixed at 40° C., the conversion rate of FAPEs was lower than 70% even after reaction for 180 minutes. From these results, it was confirmed that it was preferable to react for 90 to 180 minutes at a temperature of 50 to 60°C in consideration of the conversion rate and thermal efficiency, and in particular, it was confirmed that the optimum synthesis temperature was 50°C.

최적 조건에서 전기절연유의 생산성은 567.8g/L/h였다.The productivity of the electric insulating oil was 567.8 g/L/h under optimal conditions.

<< 실시예Example 3> 동결방지처리된 지방산 이소프로필 에스테르의 제조 3> Preparation of freeze-protected fatty acid isopropyl ester

IPA 및 면실유를 기질로 이용하여 에스테르 교환 반응을 통해 식물성 기름으로부터 FAPEs를 합성하는 과정에 있어서, 상기 반응은 트리글리세라이드로부터 지방산 모노알킬 에스테르 3 분자와 글리세롤 부산물 1 분자를 생성하게 된다. IPA와 글리세롤 부산물이 합성된 모노알킬 에스테르로부터 완전히 분리되면, 면실유에 함유된 스테릴 글리세라이드(steryl glyceride)의 침전이 일어날 수 있다. 이러한 침전은 포화 알킬에스테르가 실온보다 높은 융점에서 결정화될 때 일어나며, 전기절연유의 저온 유동성 및 전기적 특성을 방해 할 수 있다.In the process of synthesizing FAPEs from vegetable oil through transesterification using IPA and cottonseed oil as substrates, the reaction produces 3 molecules of fatty acid monoalkyl esters and 1 molecule of glycerol by-product from triglycerides. When IPA and glycerol by-products are completely separated from the synthesized monoalkyl ester, the precipitation of steryl glyceride contained in cottonseed oil may occur. This precipitation occurs when the saturated alkyl ester crystallizes at a melting point higher than room temperature, and may interfere with the low-temperature fluidity and electrical properties of the electric insulating oil.

침전물 형성 문제를 예방하기 위하여, 냉각(cooling)과 석출(precipitation)을 통해 스테릴 글리세라이드와 일부 포화 알킬에스테르를 제거하는 동결방지처리(winterization)를 수행하였다. 포화 알킬에스테르의 과량 제거는 인화점을 감소시킬 수 있으므로, 결정화는 실온 부근의 좁은 온도 범위에서 수행하였다.In order to prevent the problem of formation of a precipitate, winterization was performed to remove steryl glycerides and some saturated alkyl esters through cooling and precipitation. Since excessive removal of the saturated alkylester can reduce the flash point, crystallization was carried out in a narrow temperature range around room temperature.

구체적으로, 면실유 및 IPA를 이용하여 실시예 2 및 실험예 2에서 확인된 최적조건인 IPA 및 면실유의 몰비 4.5:1, IPA 전체 부피 기준 수분 함량을 0%, 면실유 전체 중량 기준 리파아제(lypozyme 435) 첨가량을 5%(w/w), 반응 온도 50℃ 및 반응 시간 6시간 이상으로 하는 조건으로 에스테르 교환 반응을 실시한 후에 리파아제 효소를 여과하여 제거하였다.Specifically, using cottonseed oil and IPA, the molar ratio of IPA and cottonseed oil, which are the optimal conditions identified in Example 2 and Experimental Example 2, was 4.5:1, the moisture content based on the total volume of IPA was 0%, and lipase based on the total weight of the cottonseed oil (lypozyme 435). The lipase enzyme was filtered off after transesterification reaction was carried out under the conditions of an addition amount of 5% (w/w), a reaction temperature of 50°C, and a reaction time of 6 hours or longer.

리파아제를 여과한 반응 용액에 헥산(hexane)으로 오일을 추출한 뒤, 농축하여 용매를 증발(evaporation)시킨 오일을 하기 표 2에 나타나 바와 같이 15℃ 또는 -15℃에서 24시간 냉각 후, 동일한 온도에서 centrifuge하여 고체화된 유분을 제거하였다. 이후 감압 필터에서 0.45μm pore size 필터를 이용해 여과하여 동결방지처리된 실시예 3-1 및 3-2의 지방산 이소프로필 에스테르(전기절연유)를 수득하였다.After extracting the oil with hexane to the reaction solution filtered lipase, the oil was concentrated to evaporate the solvent, and cooled at 15°C or -15°C for 24 hours as shown in Table 2 below, and then at the same temperature. The solidified oil was removed by centrifuge. Thereafter, the fatty acid isopropyl ester (electrical insulating oil) of Examples 3-1 and 3-2 was obtained by filtration using a 0.45 μm pore size filter in a reduced pressure filter.

한편, 상기 리파아제를 여과한 반응 용액을 헥산 추출 과정을 거치지 않고, 하기 표 2에 나타난 바와 같이 2℃에서 24시간 냉각한 다음, 동일한 온도에서 centrifuge하여 고체화된 유분을 제거하였다. 이후 농축 과정 없이 감압 필터에서 0.45μm pore size 필터를 이용해 여과하여 동결방지처리된 실시예 3-3의 지방산 이소프로필 에스테르(전기절연유)를 수득하였다.Meanwhile, the reaction solution obtained by filtering the lipase was not subjected to a hexane extraction process, and cooled at 2° C. for 24 hours as shown in Table 2 below, and then centrifuged at the same temperature to remove the solidified oil. Thereafter, the fatty acid isopropyl ester (electrical insulating oil) of Example 3-3 was obtained by filtration using a 0.45 μm pore size filter in a reduced pressure filter without a concentration process.

실시예 3-1Example 3-1 실시예 3-2Example 3-2 실시예 3-3Example 3-3 석출Precipitation 헥산(hexane)으로 오일 추출 후 농축Concentrate after oil extraction with hexane 헥산(hexane)으로 오일 추출 후 농축Concentrate after oil extraction with hexane 추출 과정 없이 단순 분리Simple separation without extraction 냉각Cooling 15℃, 24h 15℃, 24h -15℃, 24h -15℃, 24h 2℃, 24h 2℃, 24h

<< 실험예Experimental example 3> 동결방지처리된 지방산 이소프로필 에스테르의 특성 분석 3> Characterization of freeze-protected fatty acid isopropyl ester

최적 동결방지처리 조건을 확인하기 위하여, 상기 실시예 3-1 내지 3-3의 동결방지처리된 지방산 이소프로필 에스테르 각각에 대하여, 상온에서 2일 이상 고체화 여부를 관찰하였고, 인화점 및 유동점을 측정하였다.In order to confirm the optimal anti-freeze treatment conditions, for each of the anti-freeze-treated fatty acid isopropyl esters of Examples 3-1 to 3-3, solidification was observed at room temperature for 2 days or more, and the flash point and pour point were measured. .

인화점및 유동점은 한국석유관리원(FSCEs)에 분석을 의뢰하여 확인하였으며, 인화점은 KS M 2010, 유동점은 KS M 2014 시험분석법을 기준으로 측정하였다.The flash point and pour point were confirmed by requesting analysis from the Korea Petroleum Institute (FSCEs), and the flash point was measured based on KS M 2010 and the pour point based on the KS M 2014 test analysis method.

또한, 실시예 3의 방법으로 동결방지처리하기 전에, 동결방지처리되지 않은 지방산 이소프로필 에스테르(FAPEs)에서 발생된 침전물 대하여, 상온에서 2일 이상 고체화 여부 및 GC/MS 분석을 통해 조성을 확인하였다. GC/MS 분석은 HP-5ms 컬럼(5% 페닐-메틸 폴리실록산 모세관, 길이 30m×직경 0.25mm, 두께 0.1㎛)을 사용하여 GC-MS 시스템(Agilent 5977B MS 검출기와 결합 된 Agilent 7890B GC)으로 확인하였으며, 헬륨은 운반 기체로서 사용되었다. 오븐의 온도는 140℃에서 1분간 유지하고, 분당 15℃의 속도로 190℃로 증가시키고, 분당 7℃의 속도로 260℃로 증가시키고, 300℃까지 분당 20℃로 10 분간 유지하였다.In addition, before the cryoprotection treatment was performed by the method of Example 3, the precipitates generated from fatty acid isopropyl esters (FAPEs) that were not cryoprotected were confirmed to be solidified at room temperature for 2 days or more and the composition through GC/MS analysis. GC/MS analysis was confirmed with a GC-MS system (Agilent 7890B GC combined with Agilent 5977B MS detector) using HP-5ms column (5% phenyl-methyl polysiloxane capillary, 30 m long × 0.25 mm diameter, 0.1 μm thick). And helium was used as the carrier gas. The temperature of the oven was maintained at 140° C. for 1 minute, increased to 190° C. at a rate of 15° C. per minute, increased to 260° C. at a rate of 7° C. per minute, and maintained at 20° C. per minute up to 300° C. for 10 minutes.

실시예 3-1Example 3-1 실시예 3-2Example 3-2 실시예 3-3Example 3-3 인화점(Flash point, ℃)Flash point (℃) N/AN/A 58.058.0 128.5128.5 유동점(Pour point, ℃)Pour point (℃) ** -9-9 -9-9 * 실온에서 침전물 발생* Sediment occurs at room temperature

그 결과, 냉각처리를 하지 않은 경우에는 12시간 내외로 응고된 침전물이 발생하였다. 침전물을 분리하여 GC/MS 분석하였을 때 wax, mono/di-glyceride 성분 외에 기타 성분이 검출되지 않았고, 이에 침전물을 응고된 유지로 판단하였다. 동결방지처리를 하지 않은 지방산 이소프로필 에스테르는 침전물이 많아 전기적 특성 및 유동점 등의 분석이 불가능한 것으로 확인되었다.As a result, when the cooling treatment was not performed, solidified precipitates occurred within 12 hours. When the precipitate was separated and analyzed by GC/MS, other components other than wax and mono/di-glyceride were not detected, and the precipitate was judged as solidified fat. Fatty acid isopropyl ester without antifreeze treatment was found to be unable to analyze electrical properties and pour point due to a large amount of precipitates.

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 3-1의 방법으로 동결방지처리된 지방산 이소프로필 에스테르는 2회 이상 반복 후에도 침전물이 발생하는 것으로 나타났다. 실시예 3-2의 헥산 추출 과정이 포함된 방법으로 동결방지처리된 지방산 이소프로필 에스테르는 인화점이 절연유관리기준에 따른 기준값(130℃)보다 낮은 것으로 나타났다. 반면, 실시예 3-3의 방법으로 동결방지처리된 지방산 이소프로필 에스테르는 실시예 3-2의 방법으로 동결방지처리시 크게 떨어졌던 인화점을 최저 기준치 근처까지 회복되었으며, 낮은 유동점이 유지되는 것으로 나타났다.As shown in Table 3, it was found that the fatty acid isopropyl ester treated for freezing by the method of Example 3-1 generated a precipitate even after repeated two or more times. The fatty acid isopropyl ester treated with antifreeze by the method including the hexane extraction process of Example 3-2 was found to have a flash point lower than the reference value (130°C) according to the insulating oil management standard. On the other hand, the fatty acid isopropyl ester treated for freezing by the method of Example 3-3 recovered the flash point, which had fallen significantly during the freezing prevention treatment by the method of Example 3-2, to near the lowest reference value, and it was found that the low pour point was maintained. .

이에 따라, 2℃에서 24시간 냉각 및 헥산 추출 과정 없이 단순 분리하는 것이 지방산 이소프로필 에스테르의 동결방지처리를 위한 최적 조건임을 확인하였다.Accordingly, it was confirmed that simple separation without cooling at 2° C. for 24 hours and extraction of hexane is an optimal condition for the antifreeze treatment of fatty acid isopropyl ester.

<< 실험예Experimental example 4> 최적 조건으로 생산된 면실유 유래 전기절연유의 절연 특성 4> Insulation characteristics of electric insulating oil derived from cottonseed oil produced under optimal conditions

상기 실험예 2 및 실험예 3에서 확인된 최적 조건으로 생산된 지방산 이소프로필 에스테르의 전기절연유로서의 특성은 KS(한국 산업 표준) 및 ASTM(미국 재료 시험 학회)에 근거한 한국석유관리연구원(FSCEs)의 방법에 따라 평가되었다. 구체적으로, 점도(viscocity)는 KS M ISO 3104 (2008)에 기초하여 측정하였으며, 유동점(pour point)은 KS M ISO 3016 (2014)에 따라 측정하였다. 절연파괴전압(dielectric breakdown voltage)은 KS C IEC 60156 (2013)에 따라 측정되었고, 수분 함량(water content)은 KS M ISO 12937 (2003)에 따라 측정되었고, 산화 안정성(oxidation stability)은 KS C 2101 (2006)에 따라 결정되었다. 밀도(density)는 ASTM D4052-15에 따라 측정하였다.The characteristics of the fatty acid isopropyl ester produced under the optimum conditions identified in Experimental Example 2 and Experimental Example 3 as an electrical insulating oil were obtained by the Korea Petroleum Institute (FSCEs) based on KS (Korean Industrial Standard) and ASTM (American Society for Testing and Materials). It was evaluated according to the method. Specifically, viscosity (viscocity) was measured based on KS M ISO 3104 (2008), and the pour point was measured according to KS M ISO 3016 (2014). The dielectric breakdown voltage was measured according to KS C IEC 60156 (2013), the water content was measured according to KS M ISO 12937 (2003), and the oxidation stability was measured according to KS C 2101. (2006). Density was measured according to ASTM D4052-15.

최적 조건에서 생산된 변압기에 적용가능한 전기절연유(지방산 이소프로필 에스테르)에 대하여 상기 방법으로 측정된 물리적 특성과 전기적 특성은 미네랄 오일(mineral oil)과 비교하여 하기 표 4에 나타내었다.The physical properties and electrical properties measured by the above method for the electric insulating oil (fatty acid isopropyl ester) applicable to the transformer produced under optimal conditions are shown in Table 4 below in comparison with mineral oil.

특성characteristic 단위unit 미네랄 오일Mineral oil 면실유 기반 전기절연유
(지방산 이소프로필 에스테르)
Cottonseed oil-based electrical insulating oil
(Fatty acid isopropyl ester)
밀도density g/cm3 g/cm 3 < 0.91<0.91 0.8790.879 점도Viscosity 40℃40℃ mm2/smm 2 /s < 13.0<13.0 6.0636.063 100℃100℃ < 4.0<4.0 2.1612.161 유동점Pour point < -27.5<-27.5 - 9-9 절연파괴전압Insulation breakdown voltage kVkV > 40> 40 75.975.9 수분함량Moisture content (m/m)%(m/m)% < 0.003<0.003 0.040.04 산화안정성Oxidation stability SludgeSludge %% -- 0.030.03 Acid valueAcid value mg KOH/gmg KOH/g < 0.40<0.40 0.030.03

면실유 기반 절연유의 밀도는 0.879 g/cm3으로, 에스테르 교환 전과 유사한 값으로 나타났으나, 미네랄오일 표준값인 0.91 g/cm3보다 낮았다. 면실유 기반 절연유의 점도는 40℃에서 6.06 mm2/s, 100℃에서 2.161 mm2/s로 각 온도에서의 미네랄 오일의 점도 범위보다 낮게 나타났다. 저밀도 및 저점도는 합성 오일의 유동성을 증가시키고 냉각 효율을 향상시킬 수 있으므로, 이러한 결과는 본 발명에 따른 면실유 기반 절연유이 미네랄 오일보다 절연특성이 향상됨을 나타낸다. 면실유 기반 절연유의 절연파괴전압은 75.9 kV로 미네랄 오일의 최저 기준점인 40 kV보다 높게 나타나, 본 발명에 따른 면실유 기반 절연유의 전기 특성이 변압기에 사용되기에 충분함을 확인하였다. 저온 유동성을 유동점으로 측정한 결과, 본 발명에 따른 에스테르 교환 반응을 통해 생성된 면실유 기반 절연유의 유동점은 -9℃로 미네랄 오일 기준에서는 -13℃보다 높았지만 기존의 면실유 메틸 에스테르(예상 0℃)보다 낮으므로, 유동점이 0°인 메틸 에스테르로 구성된 대두유 기반 절연유보다 낮은 온도의 유동성을 가짐을 확인하였다. 다른 절연 특성 및 물리적 및 화학적 특성은 미네랄 오일과 유사했다. The density of cottonseed oil-based insulating oil was 0.879 g/cm 3, which was similar to that before transesterification, but was lower than the mineral oil standard value of 0.91 g/cm 3 . The viscosity of cottonseed oil-based insulating oil was 6.06 mm 2 /s at 40°C and 2.161 mm 2 /s at 100°C, which was lower than that of mineral oil at each temperature. Since the low density and low viscosity can increase the fluidity of the synthetic oil and improve the cooling efficiency, these results indicate that the insulating oil based on cottonseed oil according to the present invention has improved insulating properties than mineral oil. The dielectric breakdown voltage of the cottonseed oil-based insulating oil was 75.9 kV, which was higher than 40 kV, the lowest reference point of the mineral oil, and it was confirmed that the electrical characteristics of the cottonseed oil-based insulating oil according to the present invention are sufficient to be used in a transformer. As a result of measuring low-temperature fluidity as a pour point, the pour point of the cottonseed oil-based insulating oil produced through the transesterification according to the present invention was -9℃, which was higher than -13℃ in terms of mineral oil, but the conventional cottonseed oil methyl ester (estimated 0℃) Since it was lower, it was confirmed that it has a lower temperature fluidity than the soybean oil-based insulating oil composed of methyl ester with a pour point of 0°. Other insulating properties and physical and chemical properties were similar to those of mineral oil.

이러한 결과를 토대로, 본 발명에 의한 면실유 기반 지방산 이소프로필 에스테르는 면실유 및 IPA와 리파아제를 사용하여 환경친화적인 방법으로 제조가 가능하며, 점도 및 유동점이 낮고, 절연파괴전압이 높으며, 그외 절연 특성이 미네랄 오일과 동등 수준의 특성을 유지할 수 있어, 변압기의 전기절연유로서 사용가능함을 확인하였다. Based on these results, cottonseed oil-based fatty acid isopropyl ester according to the present invention can be prepared in an environment-friendly manner using cottonseed oil, IPA and lipase, and has low viscosity and pour point, high dielectric breakdown voltage, and other insulating properties. It has been confirmed that it can be used as an electrical insulating oil for a transformer because it can maintain the same level of characteristics as mineral oil.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특히 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around its preferred embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is not shown in the foregoing description, but in the claims, and all differences within the scope should be construed as being included in the present invention.

Claims (13)

면실유 및 이소부틸알콜(isobutyl alcohol, IBA) 1:4 내지 1:5 몰비의 혼합물을, 상기 면실유 전체 중량 기준으로 리파아제 10 중량%와 함께 40 내지 60℃의 온도에서 60 내지 180분 동안 반응시켜, 지방산 이소알킬 에스테르계 전기절연유를 얻는 단계(단계 1); 및
-2 내지 5℃의 온도에서 22 내지 26시간 냉각시킨 후 원심분리하여 침전물을 제거하는 동결방지처리(winterization) 단계(단계 2);를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 식물성 전기절연유.
A mixture of cottonseed oil and isobutyl alcohol (IBA) 1:4 to 1:5 molar ratio was reacted with 10% by weight of lipase based on the total weight of the cottonseed oil at a temperature of 40 to 60°C for 60 to 180 minutes, Obtaining a fatty acid isoalkyl ester-based electrical insulating oil (step 1); And
It characterized in that it is produced, comprising a freeze protection (winterization) step (step 2) of removing the precipitate by centrifugation after cooling for 22 to 26 hours at a temperature of -2 to 5 ℃, vegetable electric insulating oil.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 면실유 및 이소부틸알콜(isobutyl alcohol, IBA)의 몰비는 1:4.3 내지 1:4.7인 것을 특징으로 하는, 식물성 전기절연유.
The method of claim 1,
The molar ratio of the cottonseed oil and isobutyl alcohol (IBA) is 1:4.3 to 1:4.7, characterized in that, vegetable electrical insulating oil.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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