KR102469854B1 - 무용제 저온 유화형 양이온 계면활성제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 섬유유연제 - Google Patents

무용제 저온 유화형 양이온 계면활성제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 섬유유연제 Download PDF

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KR102469854B1
KR102469854B1 KR1020220075109A KR20220075109A KR102469854B1 KR 102469854 B1 KR102469854 B1 KR 102469854B1 KR 1020220075109 A KR1020220075109 A KR 1020220075109A KR 20220075109 A KR20220075109 A KR 20220075109A KR 102469854 B1 KR102469854 B1 KR 102469854B1
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KR1020220075109A
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이영희
이선도
이철호
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제우스유화공업(주)
이영희
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    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D1/00—Detergent compositions based essentially on surface-active compounds; Use of these compounds as a detergent
    • C11D1/38—Cationic compounds
    • C11D1/46—Esters of carboxylic acids with amino alcohols; Esters of amino carboxylic acids with alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
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    • C11D3/00—Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/0005—Other compounding ingredients characterised by their effect
    • C11D3/001—Softening compositions

Abstract

본 발명은 무용제 저온 유화형 양이온 계면활성제, 이의 제조방법과 이를 이용한 섬유유연제에 관한 것으로서, 상세하게는 알코올과 같은 용제(용매)를 포함하지 않으면서도 상온에서 유화되는 양이온 계면활성제를 제조하고 이를 이용하여 섬유유연제를 제조함으로서 친환경적인 섬유유연제에 관한 것이다.
본 발명의 무용제 양이온 계면활성제는 지방산 조성을 조정함으로써 용제없이 계면활성제를 제조한다. 이 계면활성제로 섬유유연제를 만들 경우 종래의 양이온 계면활성제로는 제조할 수 없던 중량대비 5 내지 100% 농축타입의 섬유유연제가 유화제 첨가 없이 만들어진다. 또한, 점증제 없이도 20 내지 80,000cps 이상의 점도를 가진 섬유유연제가 만들어지므로 사용감 개선 및 장기안정성에도 도움이 되며, 외부 에너지의 공급 없이도 상온에서도 쉽게 섬유유연제가 만들어진다.
본 발명의 계면활성제는 용매가 사용되지 않으므로 친환경적이고 인체에 무해하며 인화점이 종래의 계면활성제보다 높아 쉽게 불이 붙지 않아 보관이 용이하고 단위 면적당 많은 양을 보관할 수 있어 경제적이며, 수출검사 비용을 절감하여 수출에도 유리하다. 또한, 종래의 계면활성제로는 만들 수 없는 고농축 섬유유연제로 만들 수 있어 물류비용이 절감될 수 있으므로 경제성도 뛰어나다.

Description

무용제 저온 유화형 양이온 계면활성제, 이의 제조방법 및 이를 이용한 섬유유연제{Solvent-free low-temperature emulsifying cationic surfactant, manufacturing method thereof, and fabric softener using same}
본 발명은 무용제 저온 유화형 양이온 계면활성제, 이의 제조방법과 이를 이용한 섬유유연제에 관한 것으로서, 상세하게는 알코올과 같은 용제(용매)를 포함하지 않으면서도 상온에서 유화되는 양이온 계면활성제를 제조하고 이를 이용하여 제조한 친환경적인 섬유유연제에 관한 것이다.
섬유유연제는 산업적으로 섬유처리 마지막 가공에서 섬유에 부드러움을 부여하기 위해 사용하거나, 가정에서는 소비자가 세척 과정의 마지막 단계에 투입하여 의류에 부드러움을 주는 일종의 윤활제 역할을 하는 제품으로, 섬유의 한가닥 한가닥 올을 살려 옷감을 부드럽게 할 뿐 아니라, 양이온의 흡착으로 정전기를 방지하는 기능과 세탁세제의 찌거기를 제거하는 기능 등을 한다.
이러한 섬유유연제는 다양한 종류의 양이온성 계면활성제 및 비이온성과 실리콘 등을 사용하여 제조되고 있으며, 그중에서도 양이온 계면활성제가 가장 광범위하게 사용되고 있다.
최근 섬유유연제의 제조에 사용되는 양이온 계면활성제 제조방법은 오일을 가수분해, 분리, 분별증류, 정제 등의 공정에 따라 생산된 지방산와 하이드록시알킬아민과의 에스테르반응(esterfication)에 의해 제조되는 에스터쿼츠형(esterquat type) 양이온 계면활성제와 지방산이 아닌 천연 오일 물질을 직접 하이드록시알킬아민과 에스터 교환반응(trasesterfication)을 통해 에스터쿼츠형 양이온 계면활성제를 얻는 방법을 사용한다.
상기 에스테르 교환반응으로 만들어진 계면활성제는 공통적으로 제조공정중에 알콜 등의 용매를 10~40% 정도를 넝어주지 않으면, 제품이 경화되어 교반기를 고장내고, 이송 라인을 막는 등의 문제가 발생하여 공업적으로 제조가 불가능하게 된다. 또한 이렇게 사용된 용매로 인하여, 제품의 순도는 떨어지고, 인화점이 낮아서 제조, 보관, 운반 등에서 항상 발화될 수 있다는 문제가 있으며, 용매사용으로 인하여 인체에 해로울 수 있으며, 최종 섬유유연제로 소비되었을 때는 강물과 바다를 오염시키는 문제점이 발생한다.
대한민국 공개특허 제 10-2009-0010857 호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 용매를 사용하지 않는 무용제 양이온 계면활성제 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 무용제 양이온 계면활성제로 제조되는 섬유유연제 및 이의 제조방법를 제공하는 것을 목적으로 한다
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 촉매하에서, 불포화도가 80 내지 160인 지방산 또는 지방산기를 포함하는 오일 및 알칸올아민을 1.0 내지 2.4 : 1의 몰비율로 에스터 반응 또는 에스터 교환반응시켜 지방산 하이드록시알킬아민 에스터를 제조하는 제 1 단계; 및
상기 1 단계에서 제조된 지방산 하이드록시알킬아민 에스터를 용제없이 4급화제와 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 에스테르쿼트를 포함하는 계면활성제를 제조하는 제 2 단계;를 포함하는 무용제 양이온 계면활성제의 제조방법을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112022064314130-pat00001
상기 화학식 1에서,
R1은
Figure 112022064314130-pat00002
이고,
R2 및 R3은 서로 독립적으로 각각
Figure 112022064314130-pat00003
이고,
R4는
Figure 112022064314130-pat00004
이고,
a, c, e, g는 0 내지 20의 정수이고, b, d, f는 0 내지 3의 정수이며,
h는 0 내지 3의 정수이고,
X는 Cl-, Br-, I-, SO4 -, CH3SO4 -, CH3CH2SO4 -,CH3CH2CH2SO4 - 중에서 선택되는 1종 ㅇ이상이다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 무용제 양이온 계면활성제에 물, 산화방지제 및 첨가제를 첨가하는 제 3 단계;를 더 포함하는 섬유유연제의 제조방법을 제공한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 본 발명의 제조방법으로 제조된 계면활성제 또는 섬유유연제를 제공한다.
본 발명의 무용제 양이온 계면활성제는 지방산 조성을 조정함으로써 용제없이 계면활성제를 제조한다. 이 계면활성제로 섬유유연제를 만들 경우 종래의 양이온 계면활성제로는 활용할 수 없던 중량 대비 5 내지 100% 농축타입의 섬유유연제가 유화제나 첨가제 없이 만들어진다. 또한, 점증제 없이도 20 내지 80,000cps 이상의 점도를 가진 섬유유연제가 만들어지므로 사용감 개선 및 장기안정성에도 도움이 되며 별도의 외부 에너지의 공급없이 상온에서도 쉽게 섬유유연제가 만들어진다.
본 발명의 섬유유연제는 용매가 사용되지 않으므로 친환경적이고 인체에 무해하며 인화점이 종래 섬유유연제보다 높아 쉽게 불이 붙지 않아 보관 운반이 용이하다. 또한, 고농축 섬유유연제로 만들어질 경우 물류비용이 절감될 수 있으므로 경제성도 뛰어나다.
이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 촉매하에서, 불포화도가 80 내지 160인 지방산 또는 지방산기를 포함하는 오일 및 알칸올아민을 1.0 내지 2.4 : 1의 몰비율로 에스터 반응 또는 에스터 교환반응시켜 지방산 하이드록시알킬아민 에스터를 제조하는 제 1 단계; 및 1 단계에서 제조된 지방산 하이드록시알킬아민 에스터를 용제없이 4급화제와 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 에스테르쿼트를 포함하는 계면활성제를 제조하는 제 2 단계;를 포함하는 무용제 양이온 계면활성제의 제조방법을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112022064314130-pat00005
상기 화학식 1에서, R1은
Figure 112022064314130-pat00006
이고, R2 및 R3은 서로 독립적으로 각각
Figure 112022064314130-pat00007
이고, R4는
Figure 112022064314130-pat00008
이고, a, c, e, g는 0 내지 20의 정수이고, b, d, f는 0 내지 3의 정수이며, h는 0 내지 3의 정수이고, X는 Cl-, Br-, I-, SO4 -, CH3SO4 -, CH3CH2SO4 -,CH3CH2CH2SO4 - 중에서 선택되는 1종 이상이다.
또한, 제 2 단계의 무용제 계면활성제의 제조방법에 물, 산화방지제, 첨가제를 첨가하는 제 3 단계;를 더 추가하여 섬유유연제의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 제 1 단계는 촉매하에서 지방산 또는 지방산기를 포함하는 천연오일 및 하이드록시알킬아민을 에스터반응 또는 에스터교환반응 시켜 지방산 에스터를 얻는 단계이다.
본 발명에 있어서, 사용되는 촉매는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 알칼리 촉매, 차인산나트륨, 티타늄계 촉매 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 촉매로서 알칼리 촉매를 사용할 수 있다. 이때, 상기 알칼리 촉매는 수산화나트륨(sodium hydroxide), 수산화칼륨(potassium hydroxide), 수산화칼슘(calcium hydroxide), 무수탄산나트륨(sodium carbonate anhydrous) 등을 사용할 수 있다.
상기 알칼리 촉매의 첨가량은 바람직하게는 지방산과 식물성 오일과 아민 중량의 합의 0.01~0.1%, 더욱 바람직하게는 0.02~0.04%를 첨가할 수 있다. 알칼리 촉매의 첨가량이 0.01% 미만일 경우 반응이 진행되지 않거나, 반응시간이 너무 길게 되며, 0.1% 이상인 경우 합성된 계면활성제의 색상이 좋지 않게 되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서의 오일은 식물성 또는 동물성 오일을 의미한다. 또한, 본 발명에 사용되는 지방산기 또는 지방산을 포함하는 오일은 카놀라유(canola oil),포도씨오일(grapeseed oil), 대두유 (soybean oil), 해바라기유(sunflower oil), 호두유(walnut oil), 호호바유(jojoba oil), 팜유(palm oil), 유채씨유(rapeseed oil)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
식물성 또는 동물성 오일은 지방산기 또는 지방산을 포함하고, 지방산기 또는 지방산을 포함하는 식물성오일 또는 지방산기 또는 지방산을 포함하는 동물성 오일의 불포화도는 80내지 160인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100 내지 150 불포화도를 가질 수 있다. 식물성 또는 동물성 오일의 불포화도가 상기 범위 미만일 경우에는 불포화도가 충분하지 않아 용제가 없는 계면활성제가 제조되지 않으며, 불포화도가 상기범위를 초과할 경우 불포화도가 과하게 높아져 안정성이 떨어지게 된다. 이때 불포화도는 지방산 100g 당 아이오딘 양의 g으로 표시되며 아이오딘가(iondine value)라고도 한다. 따라서, 본 발명의 아이오딘 값은 80이상, 더욱 바람직하게는 100이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 지방산 또는 지방산기를 가진 오일은 하나 이상의 탄소-탄소 이중결합을 60 중량% 이상을 포함한다. 더욱 바람직하게는 하나 이상의 탄소-탄소 이중결합이 70 중량% 이상일 수 있다. 상세하게는, 하나의 탄소-탄소 이중결합이 15 중량% 이상, 두 개 이상의 탄소-탄소 이중결합이 45 중량%이상 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 지방산 또는 지방산기의 탄소수는 5 내지 30개의 포화 또는 불포화 지방산인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 8 내지 25개의 탄소수를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서의 지방산은 라울릭산(lauric acid), 미리스틱산(myristic acid), 팔미틱산(palmitic acid), 스테아린산(stearic acid), 올레인산(oleic acid), 리놀레인산(linoleic acid), 린올렉산(linoleric acid)으로 이루어진 군에서부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 상기 지방산중에 올레인산, 리놀레인산, 린올렉산 등의 함량이 계면활성제의 액상화와 용매없이 제조하는 것에 중요한 요소이다. 지방산 조성중에 60~95%가 바람직하다. 60%보다 낮은 경우엔 용매없는 계면활성제가 만들어지지 않으며, 95%가 넘어설 경우 상안정성이 떨어진다.
또한, 본 발명의 제 1 단계에서 사용되는 지방산 또는 지방산기를 포함하는 오일과 하이드록시알킬아민의 반응몰비는 1.0 내지 2.4 : 1인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.4~2.4 : 1인 것이 바람직하다. 지방산기와 하이드록시알킬아민의 반응몰비가 1.0 : 1 이하이면 에스터쿼트내의 지방산 양이 적어져 그 결과 유연효과가 떨어진다. 2.4: 1을 초과하면 유화시 유화가 어렵게 된다.
상기 알칸올아민은 트리메탄올아민(TEA) 메틸 디에탄올아민(MDEA) 및 에틸 디에탄올 아민으로 이루어진 군으로 부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
에스터 반응 및 에스터교환반응의 색상 및 반응성을 높이기 위하여 부촉매로 차인산나트륨을 사용할 수 있다. 상기 부촉매의 양은 지방산과 오일, 아민의 중량의 합의 0.01~0.1%인 것이 바람직하다. 0.01% 미만이면 조촉매로서의 역할을 하지 못하고, 0.1%이상인 경우, 최종 계면활성제에 잔존하는 문제와, 이취 문제도 발생할 수 있다.
에스터반응, 에스터교환반응은 160 ~ 230℃, 보다 바람직하게는 170 ~ 210℃에서 수행될 수 있으며, 반응시간은 2 ~ 14시간 더욱 바람직하게는 4 ~ 9시간이 바람직하다. 위 범위를 벗어날 경우, 계면활성제의 색상과 반응율 등에 문제가 될 수 있다. 따라서 제 2 단계 이후 제조된 양이온 계면활성제의 색상을 개선하기 위해 아염소산나트륨(sodium chlorit) 및 과수를 첨가하여 교반하는 과정을 추가할 수 있다. 이 때 첨가량은 0.01~1.0% 인 것이 바람직하다. 0.01% 이하이면 색상개선 효과가 거의없으며, 1.0% 이상 첨가되면 색상이 오히려 나빠지거나 계면활성제의 수분량이 많아져 제품에 문제를 일으킬 수 있다.
다음으로 제 2 단계에 대하여 설명한다.
지방산 하이드록실알킬아민 에스터와 4급화제의 반응몰비는 1:0.5 ~ 1.2인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1:0.8 ~ 1.0일 수 있다. 반응몰비가 1:0.8이하면 미반응 지방산 하이드록시아릴아민 에스터가 증가하여 유화하는데 문제가 있고, 1:1.0을 초과하면 미반응 4급화제가 잔류하기에 제품 유화 안정성에 문제를 일으키거나 계면활성제 최종제품의 색상이 서서히 검게 변하는 문제가 발생할 수 있다.
4급화제는 4급화제 (알킬화제)는 할라이드(halide), 알킬설페이트(alkylsulfate), 알킬 포스페이트(alkylphosphate) 및 알킬카보네이트(alkylcarbonate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 메틸클로라이드를 포함하는 알킬할라이드, 다이메틸설페이트를 포함하는 다이알킬설페이트, 및 다이메틸카보네이트를 포함하는 다이알킬카보네이트로 이루어진 군으로 부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
4급화 반응은 40 ~ 80℃ 보다 바람직하게는 50 ~ 70도℃에서 수행될 수 있으며, 50℃ 이하에서 진행하면 공정시간이 길어져 제조시간이 길어지는 문제가 있고 70℃가 넘어가는 경우엔 계면활성제의 색상의 변색의 위험성이 있다.
본 발명의 제조방법에 용매를 포함하는 제조방법도 포함될 수 있으며, 용매가 포함될 경우에는 계면활성제는 에탄올과 이소프로필을 용매로 0 내지 40 중량%을 더 포함하는 단계를 포함할 수있다.
다음으로 제 3 단계에 대하여 설명한다.
제 1, 2단계를 통하여 제조된 계면활성제에 물과 유화제, 향, 색소 및 산화방지제를 첨가하여 섬유유연제를 만들 수 있다. 이때 산화방지제는 불포화도가 높아서 생길 수 있는 변색, 냄새의 변화 및 산패 등의 문제를 방지하기 위한 것이며 이를 개선하기 위해 첨가한다. 또한 용매가 필요하지 않으므로 초고농축 섬유유연제가 제조가능하며, 물과 계면활성제의 비율이 0 : 100 내지 99 : 1일 수 있다. 제조된 양이온 계면활성제는 상온에서 액상으로 존재하므로 물과의 혼합만으로 바로 섬유유연제가 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 일측면에 따르면, 본 발명의 제조방법으로 제조된 섬유유연제를 제공한다. 본 발명의 양이온 계면활성제는 인화점이 130 ℃이상이며, 더욱 바람직하게는 인화점이 150 ℃이상이다. 제조시 상온 또는 저온(0~25℃)에서 유화된다. 본 발명의 양이온 계면활성제를 포함하는 섬유유연제 역시 인화점이 150℃이상인데 인화점이 150 ℃이상이라 함은 종래 양이온계면활성제의 인화점인 43 ℃보다 월등히 높으므로 쉽게 불이 붙지 않아 제조, 보관, 유통 및 수출 등에 유리할 수 있다.
또한, 본 발명의 양이온계면활성제는 마찰대전압이 200 이상으로 종래 양이온계면활성제보다 높아 정전기 방지 효과가 더욱 우수하다. 본 발명의 양이온 계면활성제로 제조된 섬유유연제는 용매를 사용하지 않고서도 더욱 섬유에서 더 나은 유연성을 보여준다. 또한, 유동점에서도 차이가 나타나는데 종래 양이온 계면활성제의 유동점은 약 48 ℃로, 60 내지 70℃의 온도 상승이 필요하며 온도상승에 따른 에너지 비용과 변색등의 부작용이 발생하고 별도의 유화제가 필요하지만, 본 발명의 양이온 계면활성제를 포함하는 섬유유연제는 외부의 에너지 없이 상온 또는 저온(0 내지 25℃)에서 제조가 가능하므로 유동점 15℃ 이하로 상온에서 유화제없이 섬유유연제가 제조 가능하다. 더욱 바람직하게 유동점은 4℃일 수 있다.
본 발명의 무용매 상온 유화형 양이온 계면활성제로 인하여 본 발명의 섬유유연제는 2배 이상의 고농축 섬유유연제가 제조될 수 있으며 다른 계면활성제로는 제조 불가능한 20배의 초고농축 또는 그 이상의 초고농축 섬유유연제까지도 제조가능하다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
<실시예>
<실시예 1>
단계1: 지방산 조성비를 조정한 지방산 또는 오일을 사용한 하이드록시알킬아민의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치, 질소 공급장치, 물 및 저분자산 제거용 냉각기 및 반응계의 온도를 자동 제어할 수 있는 가열장치가 구비되어 있는 2L 4구 유리 반응기에 지방산 조성비를 조정한 지방산 또는 오일(801.06g 3.36mole)과 트라이에탄올아민(220.53g, 1.49mole) 수산화나트륨(0.60g, 전체의 0.05%) 및 조촉매인 차인산나트륨(0.60g, 전체의 0.05%)을 투입하고, 반응기 하부에 질소 미세기포를 100ml/min 속도로 주입하였다. 이후, 반응 교반기의 속도를 200rpm으로 고정하고 반응 혼합물의 온도를 1시간 동안 120℃까지 승온하여 반응 혼합물에 포함된 물을 제거하였다. 210℃로 승온하여 8시간동안 교반하면서 반응시킨 후, 55℃로 냉각시켜 하이드록시알킬아민 에스터를 얻었다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
단계 2: 용매가 없는 양이온 계면활성제의 제조
상기 단계1에서 얻은 지방산 하이드록시알칼아민 에스터에 4급화제인 다이메틸설페이트(하이드록시알킬아민 에스터 1 mole 대비 0.95 mole)를 드롭핑 펀넬(dropping funnel)을 이용하여 서서히 한방울씩 적가시키면서 55℃에서 4시간동안 4급화 반응을 수행하여 양이온 계면활성제를 만들었다.
<실시예 2>
용매가 없는 양이온 계면활성제 4 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(478.95g)을 투입하고 실시예 1에서 얻어진 양이온계면활성제를 20g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 이후 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<실시예 3> 2배농축 섬유유연제 제조
용매가 없는 양이온 계면활성제 8 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(458.95g)을 투입하고 실시예 1에서 얻어진 양이온계면활성제를 40g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 이후 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<실시예 4> 3배농축 섬유유연제 제조
용매가 없는 양이온 계면활성제 12 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(438.95g)을 투입하고 실시예 1에서 얻어진 양이온계면활성제를 60g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 이후 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<실시예 5> 5배농축 섬유유연제 제조
용매가 없는 양이온 계면활성제 20 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(398.95g)을 투입하고 실시예 1에서 얻어진 양이온계면활성제를 100g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 이후 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<실시예 6> 10배농축 섬유유연제 제조
용매가 없는 양이온 계면활성제 40 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(298.95g)을 투입하고 실시예 1에서 얻어진 양이온계면활성제를 200g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 이후 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<실시예 7> 15배농축 섬유유연제 제조
용매가 없는 양이온 계면활성제 60 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(198.95g)을 투입하고 실시예 1에서 얻어진 양이온계면활성제를 300g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 이후 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<실시예 8> 20배농축 섬유유연제 제조
용매가 없는 양이온 계면활성제 80 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(98.95g)을 투입하고 실시예 1에서 얻어진 양이온계면활성제를 400g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 이후 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<비교예 1> - 용매 양이온 계면활성제 제조
단계1: 지방산 조성비를 조정하지않은 지방산 또는 오일을 사용한 하이드록시알킬아민의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치, 질소 공급장치, 물 및 저분자산 제거용 냉각기 및 반응계의 온도를 자동 제어할 수 있는 가열장치가 구비되어 있는 2L 4구 유리 반응기에 지방산 또는 오일(801.06g 3.36mole)과 트라이에탄올아민(220.53g, 1.49mole) 수산화나트륨(0.60g, 전체의 0.05%) 및 조촉매인 차인산나트륨(0.60g, 전체의 0.05%)을 투입하고, 반응기 하부에 질소 미세기포를 100ml/min 속도로 주입하였다. 이후, 반응 교반기의 속도를 200rpm으로 고정하고 반응 혼합물의 온도를 1시간 동안 120℃까지 승온하여 반응 혼합물에 포함된 물을 제거하였다. 210℃로 승온하여 8시간동안 교반하면서 반응시킨 후, 55℃로 냉각시켜 하이드록시알킬아민 에스터를 얻었다.
단계 2: 용매없이 양이온 계면활성제의 제조
상기 단계1에서 얻은 지방산 하이드록시알칼아민 에스터에 4급화제인 다이메틸설페이트(하이드록시알킬아민 에스터 1 mole 대비 0.95 mole)를 드롭핑 펀넬(dropping funnel)을 이용하여 서서히 한방울씩 적가시키면서 55℃에서 4시간동안 4급화 반응을 수행하여 양이온 계면활성제를 만들었다.
<비교예 2>
단계1: 지방산 또는 오일을 사용한 하이드록시알킬아민의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치, 질소 공급장치, 물 및 저분자산 제거용 냉각기 및 반응계의 온도를 자동 제어할 수 있는 가열장치가 구비되어 있는 2L 4구 유리 반응기에 지방산 또는 오일(801.06g 3.36mole)과 트라이에탄올아민(220.53g, 1.49mole) 수산화나트륨(0.60g, 전체의 0.05%) 및 조촉매인 차인산나트륨(0.60g, 전체의 0.05%)을 투입하고, 반응기 하부에 질소 미세기포를 100ml/min 속도로 주입하였다. 이후, 반응 교반기의 속도를 200rpm으로 고정하고 반응 혼합물의 온도를 1시간 동안 120℃까지 승온하여 반응 혼합물에 포함된 물을 제거하였다. 210℃로 승온하여 8시간동안 교반하면서 반응시킨 후, 55℃로 냉각시켜 하이드록시알킬아민 에스터를 얻었다.
단계 2: 용매 5 중량%를 넣어 양이온 계면활성제의 제조
상기 단계1에서 얻은 지방산 하이드록시알칼아민 에스터에 에탄올을 5 중량%의 에탄올을 넣고, 4급화제인 다이메틸설페이트(하이드록시알킬아민 에스터 1 mole 대비 0.95 mole)를 드롭핑 펀넬(dropping funnel)을 이용하여 서서히 한방울씩 적가시키면서 55℃에서 4시간동안 4급화 반응을 수행하여 양이온 계면활성제를 만들었다.
<비교예 3>
단계1: 지방산 또는 오일을 사용한 하이드록시알킬아민의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치, 질소 공급장치, 물 및 저분자산 제거용 냉각기 및 반응계의 온도를 자동 제어할 수 있는 가열장치가 구비되어 있는 2L 4구 유리 반응기에 지방산 또는 단독 오일(801.06g 3.36mole)과 트라이에탄올아민(220.53g, 1.49mole) 수산화나트륨(0.60g, 전체의 0.05%) 및 조촉매인 차인산나트륨(0.60g, 전체의 0.05%)을 투입하고, 반응기 하부에 질소 미세기포를 100ml/min 속도로 주입하였다. 이후, 반응 교반기의 속도를 200rpm으로 고정하고 반응 혼합물의 온도를 1시간 동안 120℃까지 승온하여 반응 혼합물에 포함된 물을 제거하였다. 210℃로 승온하여 8시간동안 교반하면서 반응시킨 후, 55℃로 냉각시켜 하이드록시알킬아민 에스터를 얻었다.
단계 2: 용매 10 중량%를 넣어 양이온 계면활성제의 제조
상기 단계1에서 얻은 지방산 하이드록시알칼아민 에스터에 에탄올을 10 중량%의 에탄올을 넣고, 4급화제인 다이메틸설페이트(하이드록시알킬아민 에스터 1 mole 대비 0.95 mole)를 드롭핑 펀넬(dropping funnel)을 이용하여 서서히 한방울씩 적가시키면서 55℃에서 4시간동안 4급화 반응을 수행하여 양이온 계면활성제를 만들었다.
<비교예 4>
양이온 계면활성제 4 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(476.45g)을 투입하고 비교예 3에서 얻어진 양이온계면활성제를 20g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 70℃까지 가온한 후에 1시간 동안 교반시켰다. 이후 다시 50℃로 냉각하여 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g, 유화제 2.5g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<비교예 5> - 2배농축 섬유유연제 제조
양이온 계면활성제 8 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(456.45g)을 투입하고 비교예 3에서 얻어진 양이온계면활성제를 40g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 70℃까지 가온한 후에 1시간 동안 교반시켰다. 이후 다시 50℃로 냉각하여 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g, 유화제 2.5g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<비교예 6> - 3배농축 섬유유연제 제조
양이온 계면활성제 12 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(436.45g)을 투입하고 비교예 3에서 얻어진 양이온계면활성제를 60g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 70℃까지 가온한 후에 1시간 동안 교반시켰다. 이후 다시 50℃로 냉각하여 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g, 유화제 2.5g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<비교예 7> - 5배농축 섬유유연제 제조
양이온 계면활성제 20 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(396.45g)을 투입하고 비교예 3에서 얻어진 양이온계면활성제를 100g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 70℃까지 가온한 후에 1시간 동안 교반시켰다. 이후 다시 50℃로 냉각하여 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g, 유화제 2.5g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<비교예 8> - 10배농축 섬유유연제 제조
양이온 계면활성제 40 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(296.45g)을 투입하고 비교예 3에서 얻어진 양이온계면활성제를 200g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 70℃까지 가온한 후에 1시간 동안 교반시켰다. 이후 다시 50℃로 냉각하여 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g, 유화제 2.5g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<비교예 9> - 15배농축 섬유유연제 제조
양이온 계면활성제 60 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(196.45g)을 투입하고 비교예 3에서 얻어진 양이온계면활성제를 300g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 70℃까지 가온한 후에 1시간 동안 교반시켰다. 이후 다시 50℃로 냉각하여 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g, 유화제 2.5g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<비교예 10> - 20배농축 섬유유연제 제조
양이온 계면활성제 80 중량%를 이용한 섬유유연제의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치에 1L 4구 유리 플라스크에 물(196.45g)을 투입하고 비교예 3에서 얻어진 양이온계면활성제를 300g을 투입하고, 300rpm까지 교반속도를 서서히 증가시켜 70℃까지 가온한 후에 1시간 동안 교반시켰다. 이후 다시 50℃로 냉각하여 첨가제로 향(Scentsation 17, Givaudan) 1g 및 염료(0.1% Acid Red 52,BASF) 0.05g, 유화제 2.5g을 첨가하고 30분 동안 추가로 교반하여 섬유유연제를 제조하였다.
<비교예 11> - 하나 이상의 이중결합이 60% 미만의 양이온계면활성제의 제조
단계1: 하나 이상의 이중결합이 60% 미만이 되도록 지방산 조성비를 조정한 지방산 또는 오일을 사용한 하이드록시알킬아민의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치, 질소 공급장치, 물 및 저분자산 제거용 냉각기 및 반응계의 온도를 자동 제어할 수 있는 가열장치가 구비되어 있는 2L 4구 유리 반응기에 하나 이상의 이중결합이 60% 미만이 되게 조정한 지방산 또는 오일 800.56g 과 트라이에탄올아민 220.53g, 수산화나트륨 0.60g 및 조촉매인 차인산나트륨 0.60g을 투입하고, 반응기 하부에 질소 미세기포를 100ml/min 속도로 주입하였다. 이후, 반응 교반기의 속도를 200rpm으로 고정하고 반응 혼합물의 온도를 1시간 동안 120℃까지 승온하여 반응 혼합물에 포함된 물을 제거하였다. 210℃로 승온하여 8시간동안 교반하면서 반응시킨 후, 55℃로 냉각시켜 하이드록시알킬아민 에스터를 얻었다.
단계 2: 용매없이 양이온 계면활성제의 제조
상기 단계1에서 얻은 지방산 하이드록시알칼아민 에스터에 4급화제인 다이메틸설페이트(하이드록시알킬아민 에스터 1 mole 대비 0.95 mole)를 드롭핑 펀넬(dropping funnel)을 이용하여 서서히 한방울씩 적가시키면서 55℃에서 4시간동안 4급화 반응을 수행하여 양이온 계면활성제를 만들었다.
<비교예 12> - 불포화도 80 미만의 양이온계면활성제의 제조
단계1: 불포화도 80 미만으로 지방산 조성비를 조정한 지방산 또는 오일을 사용한 하이드록시알킬아민의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치, 질소 공급장치, 물 및 저분자산 제거용 냉각기 및 반응계의 온도를 자동 제어할 수 있는 가열장치가 구비되어 있는 2L 4구 유리 반응기에 불포화도가 80 미만이 되게 조정한 지방산 또는 오일 800.56g 과 트라이에탄올아민 220.53g, 수산화나트륨 0.60g 및 조촉매인 차인산나트륨 0.60g을 투입하고, 반응기 하부에 질소 미세기포를 100ml/min 속도로 주입하였다. 이후, 반응 교반기의 속도를 200rpm으로 고정하고 반응 혼합물의 온도를 1시간 동안 120℃까지 승온하여 반응 혼합물에 포함된 물을 제거하였다. 210℃로 승온하여 8시간동안 교반하면서 반응시킨 후, 55℃로 냉각시켜 하이드록시알킬아민 에스터를 얻었다.
단계 2: 용매없이 양이온 계면활성제의 제조
상기 단계1에서 얻은 지방산 하이드록시알칼아민 에스터에 4급화제인 다이메틸설페이트(하이드록시알킬아민 에스터 1 mole 대비 0.95 mole)를 드롭핑 펀넬(dropping funnel)을 이용하여 서서히 한방울씩 적가시키면서 55℃에서 4시간동안 4급화 반응을 수행하여 양이온 계면활성제를 만들었다.
<비교예 13> - 불포화도 160 이상의 양이온계면활성제의 제조
단계1: 불포화도 160 이상의 지방산 조성비를 조정한 지방산 또는 오일을 사용한 하이드록시알킬아민의 제조
회전속도를 제어할 수 있는 패들형 교반장치, 질소 공급장치, 물 및 저분자산 제거용 냉각기 및 반응계의 온도를 자동 제어할 수 있는 가열장치가 구비되어 있는 2L 4구 유리 반응기에 불포화도가 160 이상이 되게 조정한 지방산 또는 오일 800.56g 과 트라이에탄올아민 220.53g, 수산화나트륨 0.60g 및 조촉매인 차인산나트륨 0.60g을 투입하고, 반응기 하부에 질소 미세기포를 100ml/min 속도로 주입하였다. 이후, 반응 교반기의 속도를 200rpm으로 고정하고 반응 혼합물의 온도를 1시간 동안 120℃까지 승온하여 반응 혼합물에 포함된 물을 제거하였다. 210℃로 승온하여 8시간동안 교반하면서 반응시킨 후, 55℃로 냉각시켜 하이드록시알킬아민 에스터를 얻었다.
단계 2: 용매없이 양이온 계면활성제의 제조
상기 단계1에서 얻은 지방산 하이드록시알칼아민 에스터에 4급화제인 다이메틸설페이트(하이드록시알킬아민 에스터 1 mole 대비 0.95 mole)를 드롭핑 펀넬(dropping funnel)을 이용하여 서서히 한방울씩 적가시키면서 55℃에서 4시간동안 4급화 반응을 수행하여 양이온 계면활성제를 만들었다.
<실험예 1> 본 발명에 따른 용매(용제)량에 따른 양이온 계면활성제 제조가능성 여부
구분 제조가능여부 특징
실시예1 제조가능 용매 없음
비교예1 제조불가능 용매 없음
비교예2 제조불가능 용매 5%
비교예3 제조가능 용매 10%
상기 표 1을 참고하여 설명하면, 본 발명에 의해 지방산 조성을 조정한 원료를 사용한 계면활성제는 용매가 없는 상태에서도 제품이 만들어지지만, 비교예 1,2,3에서와 같이 현재의 방법을 사용해 계면활성제를 만드는 경우는 최소 5 중량% 이상의 용매를 사용하지 않으면 점도가 너무 높아져 계면활성제 자체가 만들 수 없음을 알 수 있었다.
<실험예 2> 양이온계면활성제의 인화점 비교
구분 실시예1 비교예3
인화점 185℃ 42℃
인화점 비교에는 클리브랜드 개방식 인화점 시험기를 사용하였다. 상기 표 2를 참고하여 설명하면, 본 발명의 경우 용매를 사용하지 않음으로 인하여, 인화점이 185℃로 기존 제품의 43℃보다 높아 종래 양이온 계면활성제보다 불이 쉽게 붙지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서 위험물에 적용을 받는 범위가 적어 제품의 적재 및 수출 등에서 비용을 절감할 수가 있다.
<실험예 3> 양이온계면활성제의 마찰대전압 비교
구분 실시예1 비교예3
마찰대전압 253.0 1625.8
마찰대전압은 시험용액:0.67ml, 5.9% 희석용액, 시험포:KS K0905, 측정조건 20±2 ℃으로 실험하였다. 상기 표 3을 참고하여 설명하면, 종래 양이온보다 마찰대전압이 낮아 정전기가 잘 발생하지 않음을 알 수 있었다. 이는 섬유유연제의 기본적인 물성인 정전기 방지효과가 기존의 양이온계면활성제보다 본 발명이 더 우수함을 알 수 있다.
<실험예 4> 양이온계면활성제의 유연성
상기 제조된 양이온 계면활성제의 유연성을 측정하기 위해서 다음과 같은 실험을 수행했다.
일반 면 100% 타올을 가정용 세탁기에서 세탁한 후, 헹굼 및 탈수 과정에서 가정용 섬유유연제 표준사용량(60L 물에 섬유유연제 40ml 희석하여 사용)에 따라 실시예 1과 비교예 3에서 제조한 양이온 섬유유연제를 넣고 30분 동안 유연처리를 한 후 상기 타올을 건조시켜 타올의 유연성을 10명의 패널이 1~5점(5점 만점)으로 측정하여 유연성을 판단하였다. 하기 표 4는 본 발명의 양이온 계면활성제(실시예 1)와 종래 양이온 계면활성제(비교예 3)의 유연성을 나타낸 것이다:
구분 실시예1 비교예3
유연성 4.6 4.1
표 4를 참고하여 설명하면, 종래 양이온 계면활성제(비교예 3)보다 유의차를 얻을 수 있고 더 나은 유연성을 보여준다.
<실험예 5> 양이온계면활성제의 유동점 비교
상기 제조된 양이온 계면활성제의 유동점은 Instrumentation Scientifique de Laboratoire 사의 CPP 5Gs를 이용해 측정하여 표 5에 나타내었다:
구분 실시예1 비교예3
유동점 4℃ 48℃
상기 표 5를 참고하여 설명하면, 종래 양이온계면활성제(비교예 3)는 상온에서 고체이기에, 보관중에도 고온에서 히팅하는 설비 및 저장고가 필요하며, 섬유유연제 제조시 유화시키기 위해, 60~70℃의 온도 상승이 필요하며, 가온에 따른 에너지 비용과 가온에 따른 변색 등의 부작용이 발생하고 별도의 유화제가 필요하다. 본 발명의 양이온계면활성제는 상온에서 액상이라 바로 사용이 가능하며 상온에서의 유화제 없이 섬유유연제 제조가 가능하므로 제조 보관에 따른 에너지 비용이 별도로 필요하지 않고, 변색이 위험이 적고, 별도의 유화제 없이도 쉽게 유화되는 특성이 있다. 이는 기존의 계면활성제와는 구별되는 특징임을 알 수 있었다.
<실험예 6> 농축타입의 섬유유연제의 제조 가능성 비교
구분 특징 점도(cst) 제조 가능성
실시예 2 4 중량% 25 가능
비교예 4 4 중량% 18 가능
실시예 3 8 중량% 458 가능
비교예 5 8 중량% 87000 불가능
실시예 4 12 중량% 2200 가능
비교예 6 12 중량% 측정불가능 불가능
실시예 5 20 중량% 7500 가능
비교예 7 20 중량% 측정불가능 불가능
실시예 6 40 중량% 18200 가능
비교예 8 40 중량% 측정불가능 불가능
실시예 7 60 중량% 36100 가능
비교예 9 60 중량% 측정불가능 불가능
실시예 8 80 중량% 42000 가능
비교예 10 80 중량% 측정불가능 불가능
양이온 계면활성제 4 중량%를 이용한 섬유유연제가 일반적으로 제조되는 섬유유연제에서의 양이온 계면활성제의 함량이고, 8 중량%, 12 중량%, 20 중량%, 40 중량%, 60 중량% 및 80 중량%는 각각 양이온 계면활성제의 2배 농축, 3배 농축, 5배 농축, 10배 농축, 15배 농축, 20배 농축된 섬유유연제를 의미한다. 상기 제조된 섬유유연제의 점도를 점도를 점도계(Brookfield LVDV)를 이용하여 25℃에서 측정하였다.
표 6를 참고하여 설명하면, 측정 불가능의 경우는 점도가 너무 높아 점도계의 스핀들 자체가 샘플에 들어가지도 않을 정도의 높은 점도를 가져서 점도 측정 자체가 불가능하였다. 또한 점도가 60000 sct 이상인 경우는 완전히 겔화되어서 섬유유연제 자체가 만들어지지 않았다. 일반적인 양이온계면활성제는 8% 이상의 농도에서는 섬유유연제가 만들어지지 않음에도, 본 발명의 양이온계면활성제는 거의 모든 범위에서 섬유유연제가 만들어짐을 알 수 있었다. 그러므로, 유화제없이 2 ~ 20배 농축 등 모든 종류의 농축형태의 섬유유연제가 상온에서 쉽게 만들어짐을 알 수 있다. 이는 일반적인 양이온계면활성제로는 불가능한 물성이며, 본 발명의 특징중의 하나라고 할 수 있다.
<실험예 7> 이중결합 함량과 불포화도에 따른 무용제 양이온 계면활성제 제조 가능성 비교
구분 특징 무용제 제조 가능성
비교예 11 하나이상의 이중결합 60%미만 불가능
비교예 12 불포화도 80미만 불가능
비교예 13 불포화도 160 초과 불가능
표 7은 무용제 계면활성제의 제조방법에 있어서, 하나 이상의 이중결합이 60%미만일 때, 불포화도가 80 미만이거나 160 초과일 때의 제조를 실험한 것이다. 표 7을 참고하여 설명하면, 하나 이상의 이중결합이 60% 이하의 경우엔 무용제로 양이온 계면활성제를 만드는 것이 불가능함을 알 수가 있다. 또한 불포화도 80 미만과 불포화도 160을 초과하는 경우도 마찬가지였다. 따라서, 이중결합과 불포화도의 조정이 본 발명에서 중요한 점임을 알 수가 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 알칼리 촉매, 차인산나트륨, 티타늄계 촉매군으로부터 선택되는 하나 이상의 촉매하에서, 불포화도가 80 내지 160인 지방산 또는 지방산기를 포함하는 오일 및 알칸올아민을 1.0 내지 2.4 : 1의 몰비율로 에스터 반응 또는 에스터 교환반응시켜 지방산 하이드록시알킬아민 에스터를 제조하는 제 1 단계; 및
    상기 1 단계에서 제조된 지방산 하이드록시알킬아민 에스터를 용제없이 4급화제와 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 에스테르쿼트를 포함하는 계면활성제를 제조하는 제 2 단계;를 포함하고,
    상기 지방산 또는 지방산기를 포함하는 오일은 하나 이상의 탄소-탄소 이중결합을 60 중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 무용제 양이온 계면활성제의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112022109724832-pat00009

    상기 화학식 1에서,
    R1은
    Figure 112022109724832-pat00010
    이고,
    R2 및 R3은 각각 서로 독립적으로 각각
    Figure 112022109724832-pat00011
    이고,
    R4는
    Figure 112022109724832-pat00012
    이고,
    a, c, e, g는 0 내지 20의 정수이고, b, d, f는 0 내지 3의 정수이며,
    h는 0 내지 3의 정수이고,
    X는 Cl-, Br-, I-, SO4 -, CH3SO4 -, CH3CH2SO4 -,CH3CH2CH2SO4 - 중에서 선택되는 1종 이상이다.
  2. 알칼리 촉매, 차인산나트륨, 티타늄계 촉매군으로부터 선택되는 하나 이상의 촉매하에서, 불포화도가 80 내지 160인 지방산 또는 지방산기를 포함 하는 오일 및 알칸올아민을 1.0 내지 2.4 : 1의 몰비율로 에스터 반응 또는 에스터 교환반응시켜 지방산 하이드록시알킬아민 에스터를 제조하는 제 1 단계; 및
    상기 1 단계에서 제조된 지방산 하이드록시알킬아민 에스터를 용제없이 4급 화제와 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 에스테르쿼트를 포함하는 계면활성제를 제조하는 제 2 단계; 및
    상기 양이온 계면활성제에 물, 산화방지제 및 첨가제를 첨가하는 제 3 단계; 를 포함하고,
    상기 지방산 또는 지방산기를 포함하는 오일은 하나 이상의 탄소-탄소 이중결합을 60 중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유유연제의 제조방법:
    [화학식 1]
    Figure 112022109724832-pat00013

    상기 화학식 1에서,
    R1은
    Figure 112022109724832-pat00014
    이고,
    R2 및 R3은 각각 서로 독립적으로 각각
    Figure 112022109724832-pat00015
    이고,
    R4는
    Figure 112022109724832-pat00016
    이고,
    a, c, e, g는 0 내지 20의 정수이고, b, d, f는 0 내지 3의 정수이며,
    h는 0 내지 3의 정수이고,
    X는 Cl-, Br-, I-, SO4 -, CH3SO4 -, CH3CH2SO4 -,CH3CH2CH2SO4 - 중에서 선택되는 1종 이상이다.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지방산 또는 지방산기의 탄소 수는 5 내지 30개의 포화 또는 불포화 지방산인 것을 특징으로 무용제 양이온 계면활성제의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칸올아민은 트리메탄올아민(TEA), 메틸 디에탄올아민(MDEA) 및 에틸디에탄올 아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 무용제 양이온 계면활성제의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일은 카놀라유(canola oil), 포도씨유(grapeseed oil), 대두유(soybean oil), 해바라기유(sunflower oil), 호두유(walnut oil), 호호바유(jojoba oil), 팜유(palm oil), 유채씨유(rapeseed oil)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 무용제 양이온 계면활성제의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 4급화제는 4급화제(알킬화제)는 할라이드(halide), 알킬설페이트(alkylsulfate), 알킬포스페이트(alkylphosphate) 및 알킬카보네이트(alkylcarbonate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 양이온 계면활성제 제조방법.
  9. 제 1 항 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 무용제 양이온 계면활성제.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 계면활성제의 인화점은 130℃ 이상인 것을 특징으로 하는 무용제 양이온 계면활성제.
  11. 제 2 항에 따른 제조방법으로 제조된 무용제 양이온 계면활성제를 포함하는 섬유유연제.
  12. 제 11 항에 있어서,
    물 및 계면활성제의 중량비는 99 : 1에서 0 : 100인 것을 특징으로 하는 섬유유연제.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20000010945A (ko) * 1996-05-03 2000-02-25 샬크비즈크 피이터 코르넬리스; 페트 귄터 트리에탄올 아민으로부터의 고급 디(알킬 지방산 에스테르)4차 암모늄 화합물
KR20090010857A (ko) 2007-07-23 2009-01-30 오성화학공업주식회사 섬유의 유연성을 향상시키는 섬유유연제 및 이의 제조방법
KR20220074325A (ko) * 2020-11-27 2022-06-03 에이케이켐텍 주식회사 인화점이 개선된 4급 암모늄계 양이온 계면활성제의 제조방법

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