KR19990073347A

KR19990073347A - 인산계난연소제의분리방법

Info

Publication number: KR19990073347A
Application number: KR1019990026827A
Authority: KR
Inventors: 강원만
Original assignee: 이종형; 주식회사 알엠화학
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 1999-10-05
Also published as: KR100334999B1

Abstract

본 발명은 인산계 난연소제의 분리방법에 관한 것으로, 그 목적은 TCP, CDP, TPP 같은 인산계 에스테르화합물을 제조하는 과정에서 합성반응과 증류공정사이에 알칼리에 의한 중화공정을 도입하여 합성반응후의 불순물들의 분리이동현상을 촉진시킬 수 있도록 하므로써 순도에 가시적인 영향을 미치는 물질과 유독성 HCl가스잔량을 보다 간편하게 제거하여 투명한 고품질의 제품을 생산할 수 있도록 하고, 수율을 향상시킬 수 있도록 하며, 감가상각비를 현저하게 낮출 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 합성반응에 의하여 얻어진 생성물에 대하여 알칼리를 이용하여 1차 추출하는 단계(ST1)와; 1차 추출단계가 종료된 후 1차 진공증류하는 단계(ST2)와; 1차 진공증류단계가 종료된 후 다시 알칼리를 이용하여 2차 추출하는 단계(ST3)와; 2차 추출단계가 종료된 후 2차 진공증류하는 단계(ST4)를 포함하며, 상기 1차 추출단게와 2차 추출단계에서는 2∼6% 농도의 NaOH 수용액을 제품양에 따라 15∼40vol.%로 첨가하고, 25∼70℃의 온도에서 15∼30rpm의 교반속도로 1∼4시간동안 중화반응시키는 특징을 갖는다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 진공증류에 의존하던 종래의 분리공정에 비하여 수율이 5%이상 향상되고, 감가상각비가 약 50%이상 감소된다.

Description

인산계 난연소제의 분리방법{PROCESS FOR SEPARATING PHOSPHORIC ESTER COMPOUND}

본 발명은 인산계 난연소제의 분리방법에 관한 것으로, 특히 TCP(Tri-Cresyl Phosphate), CDP(Cresyl Diphenyl Phosphate), TPP(Tri-Phenyl Phosphate)같은 인산계 에스테르화합물(이하, 인산계 난연소제라 함)을 제조하는 과정에서 합성반응과 증류공정사이에 알칼리에 의한 중화공정을 도입하여 합성반응후의 불순물들의 분리이동현상을 촉진시킬 수 있도록 하므로써 투명한 고품질의 제품을 생산할 수 있도록 하고, 수율을 향상시킬 수 있도록 하며, 감가상각비를 현저하게 낮출 수 있도록 한 인산계 난연소제의 분리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고무제품의 난연성 연화제, 점화온도 조절용 가솔린 첨가제 및 유압작동유 등에도 사용되는 TCP는 알킬 포스페이트(Alkyl Phosphate)계 보다 산소함유량이 적고 프탈레이트계 등 다른 물질들 보다 상대적으로 인(P)의 원자함량이 크기 때문에 난연성 및 절연성이 더 우수하므로 매우 광범위하게 적용되고 있다.

PVC 및 합성수지와 합성고무의 여러 가지 물리적 성질을 개선시키기 위해서는 아릴 포스페이트(Aryl Phosphate)가 첨가제로 사용되는 데, PVC에 상기 아릴 포스페이트가 첨가되면 PVC의 내열성과 내연성, 절연성, 유연성과 내수성이 향상된다.

최근 PVC에 널리 사용되고 있는 디옥틸프탈레이트(Dioctyl Phthalate : DOP)가소제의 가소화율보다는 못하지만(DOP의 90%정도) DOP보다 내연성, 내추출성, 내구성, 유연성 등을 더욱 크게 향상시키므로 TCP사용량이 점점 증가하고 있다.

상기한 TCP를 첨가하는 경우에 PVC의 전기절연성이 크게 향상되므로 전선피복용 PVC에 사용되는 것은 물론, 샤워실의 커튼용 필름뿐만 아니라 내연성이 강조되는 각종 자동차 실내용 내장재, 벽지 및 장식품, 바닥재, 벽재, 커튼용 섬유 등에도 소방법에 근거하여 필수적으로 사용이 요구되고 있으며, 누전방지 및 윤활유 첨가제로서 각종 모터에도 사용되고 있다.

이와 같이 사용되는 TCP의 합성은 금속 또는 할로겐화 촉매하에서 옥시염화인(POCl₃)과 m-크레졸을 반응시킴에 따라 얻어지는 데, 그 반응메카니즘은 다음과 같다.

할로겐화 촉매와 POCl₃이 반응하면 반응중간체인 옥시염화인 양이온이 생성되며, 이 옥시염화인 양이온과 m-크레졸이 반응하여 모노-크레실 포스페이트 양이온이 형성된다.

상기 모노-크레실 포스페이트 양이온상의 수소원자는 할로겐화 촉매 음이온과 반응하여 HCl가스가 발생되며, 모노-크레실 포스페이트가 된다.

이러한 과정은 빠르게 진행되며 중간체인 디-크레졸 포스페이트(Di-Cresol Phosphate)를 거쳐서 트리-크레졸 포스페이트(TCP)가 생성되며, 3분자의 HCl가스가 발생한다.

혼성 크레졸속에 남아 있는 페놀, 크실레놀 등도 같은 반응메카니즘을 거쳐 TPP,TXP가 생성된다.

그러나, TCP의 생산수율을 향상시키기 위하여 크레졸은 이론값보다 10% 과량으로 투입하므로, 반응후에는 10%정도의 미반응 혼성 크레졸과 TPP 및 TXP 등이 혼합되어 있다. 반응후의 반응기 내부에 남아 있는 물질들 중에서 TCP를 제외하면 물리적 성질이 비슷한 미반응 혼성크레졸, HCl가스, 페놀,크실레놀, TPP, TXP 등이 혼합되어 있으므로 한 성분 한 성분씩 분리제거가 어렵기 때문에 잔여 HCl가스와 기타 불순물을 제거하기 위하여 종합적인 하나의 공정으로 처리하는 분리기술이 필요하다.

한편, TCP의 주 원료가 되는 m-크레졸(m-Cresol)은 콜타르(Coal tar)를 증류하는 방법에 의하여 생산되지만, 콜타르 공업의 퇴조로 인하여 m-크레졸의 생산량이 감소되는 반면에, o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸 분리공정의 복잡성으로 인하여 순수 m-크레졸의 생산원가는 지속적으로 상승되면서 TCP생산원가를 상승시키는 주요 원인이 되고 있다.

이에 따라 TCP의 생산원가를 낮추기 위한 하나의 방법으로서 순수 m-크레졸보다 저가인 m-크레졸과 p-크레졸이 혼합된 혼성 크레졸(Mixed Cresol)을 주원료로 사용하게 되었다.

그러나, 혼성 크레졸을 주원료로 사용하는 경우에는 혼성 크레졸내에 들어 있던 미분리된 페놀, 크실레놀 및 합성반응시 발생된 HCl가스가 생성물에 혼합될 수 있으므로, 이를 원료로 사용한 경우의 상품에는 트리페닐포스페이트(Tri-Phenyl Phophate : TPP)와 트리크실레닐포스페이트(Tri-Xylenyl Phosphate : TXP)등이 혼합되지만 발생된 HCl가스 이외의 이들 모두는 아릴포스페이트계이며 인산 에스테르계로서의 특색을 갖추고 있으므로, TCP의 색상을 제외한 제반 특성에는 영향을 미치지 못한다.

그러나, 합성부산물들과 미반응물질 및 크레졸 상호간의 변화에 의하여 TCP의 황갈색 색상이 증가하며, TCP에 잔존하는 HCl가스는 화합물제조시에 분출되어 작업성을 나쁘게 하고, 근로자의 건강을 해치게 되며 환경오염 및 부식성을 증가시키게 된다는 커다란 문제점을 내재하고 있을 뿐만 아니라 1∼2%정도의 불순물을 포함하는 경우에도 순도에 미치는 가시적인 영향이 매우 크다.

이와 같이 난연제로 사용되는 인산계 에스테르화합물은 합성반응시 HCl가스가 발생함에 따라 합성반응장치의 소재가 중요한 변수로 작용하게 되는 데, 공업용일 경우에는 막대한 시설비가 요구되어 제품의 원가가 상승되고 경쟁력이 낮아져 이 제품들에 대한 공업화가 제대로 이루어지지 않고 있는 실정이다.

또한, 인산계 난연소제는 대기압하에서의 비점이 375∼420℃의 분포를 이루고 있고, 증류공정은 5mmHg로 감압된 상태로 280∼300℃의 온도범위에서 이루어지기 때문에 합성반응장치 소재로서 플라스틱 또는 테프론, 고무 등은 사용하지 못하고, HCl가스 및 불순물을 제거하기 위해서 니켈판을 사용한 장치로 제조설비를 할 수 밖에 없다는 문제가 있다.

또한, 이와 같은 니켈판을 소재로 하는 장치는 가공이 힘들고, 용접 또한 고도의 기능을 필요로 하기 때문에 제작이 쉽지 않고, 인산계 난연소제는 할로겐족 난연소제에 비하여 고가이기 때문에 사용용도가 제한되어 공업화 타당성을 찾기 힘들었다.

최근에는 다이옥신과 같은 환경호르몬의 검출로 인하여 할로겐족 난연소제는 전세계적으로 규제대상에 오르게 되어 이에 대체품인 인산계 난연소제가 각광을 받게 되었으나, 관련제품의 원가상승요인을 가져오기 때문에 공업적인 발전을 기대할 수 없다는 문제가 있다.

이에 따라 최근에는 TCP를 분리정제하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 합성반응 직후에 1차와 2차에 걸쳐 진공증류를 실시하고 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 분리방법에서는 2차 진공증류후에도 약 2%정도의 불순물이 잔류하게 되는 데, 이 불순물들 중에는 혼성 크레졸과 발생된 HCl가스 및 그 속에 포함되었던 일부의 페놀, 크실레놀 및 반응기내와 증류기내에서 고온에 의하여 탄화된 일부 물질이 존재할 뿐만 아니라, 과잉 투입된 혼성 크레졸 때문에 크레졸, 페놀 떠는 크실레놀 등이 AlCl₃촉매에 의하여 고분자 물질로 화학결합을 일으킬 가능성이 높다는 문제가 있다.

또한, 새로운 화학반응에 의하여 생성되는 물질은 TCP 및 크레졸, 페놀, 크실레놀 보다 더 비점이 높으므로 증류만으로는 분리정제하기가 어려우며, 고점성이므로 성분분석도 매우 어렵다는 심각한 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 TCP, CDP, TPP 같은 인산계 에스테르화합물을 제조하는 과정에서 합성반응과 증류공정사이에 알칼리에 의한 중화공정을 도입하여 합성반응후의 불순물들의 분리이동현상을 촉진시킬 수 있도록 하므로써 순도에 가시적인 영향을 미치는 물질과 유독성 HCl가스잔량을 보다 간편하게 제거하여 투명한 고품질의 제품을 생산할 수 있도록 하고, 수율을 향상시킬 수 있도록 하며, 감가상각비를 현저하게 낮출 수 있도록 한 새로운 인산계 난연소제의 분리방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 인산계 난연소제의 분리방법을 나타내는 플로우 챠트,

도 2는 본 발명에 따른 인산계 난연소제의 분리방법을 나타내는 플로우 챠트,

도 3은 1차 진공증류물에 대하여 알칼리 처리한 후의 불순물의 농도변화를 나타내는 그래프,

도 4는 반응 생성물과 1차 진공증류물에 대하여 알칼리 처리할 때 혼합부피비율에 따른 불순물의 농도변화를 나타내는 그래프,

도 5는 반응 생성물과 1차 진공증류물에 대하여 알칼리 처리할 때 접촉시간의 따른 불순물의 농도변화를 나타내는 그래프,

도 6은 반응 생성물과 1차 진공증류물에 대하여 알칼리 처리할 때 교반속도에 따른 불순물의 농도변화를 나타내는 그래프이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

ST1 : 1차 추출단계 ST2 : 1차 진공증류단계

ST3 : 2차 추출단계 ST4 : 2차 진공증류단계

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 인산계 난연소제의 분리방법은 합성반응에 의하여 얻어진 생성물에 대하여 알칼리를 이용하여 1차 추출하는 단계와; 1차 추출단계가 종료된 후 1차 진공증류하는 단계와; 1차 진공증류단계가 종료된 후 다시 알칼리를 이용하여 2차 추출하는 단계와; 2차 추출단계가 종료된 후 2차 진공증류하는 단계로 이루어진 특징을 갖는다.

이와 같은 본 발명의 실시예에서 상기 1차 추출단계와 2차 추출단계에서는 2∼6% 농도의 NaOH 수용액을 제품양에 따라 15∼40vol.%로 첨가하고, 25∼70℃의 온도에서 15∼30rpm의 교반속도로 1∼4시간동안 중화반응시키는 특징을 갖는다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 인산계 난연소제의 분리방법을 나타내는 플로우 챠트이다.

이를 참조하면, 인산계 난연소제의 분리방법은 합성반응에 의하여 얻어진 생성물에 대하여 알칼리를 이용하여 1차 추출하고, 상기한 1차 추출공정이 종료되면 1차 진공증류하며, 상기한 1차 진공증류공정이 종료된 후에는 다시 알칼리를 이용하여 2차 추출하고, 2차 추출공정이 완료된 후 2차 로 진공증류하는 공정이 순차적으로 이루어진다.

이와 같은 본 발명에서, 상기 1차 추출공정과 2차 추출공정은 각각 알칼리에 의한 중화공정이며, 이 때 사용되는 알칼리는 2∼6% 농도의 NaOH 수용액이다.

상기한 알칼리 수용액은 제품의 양에 따라 15∼40wt%의 양으로 혼합되며, 25∼70℃온도에서 15∼30rpm 으로 1∼4시간동안 반응이 이루어진다.

또한, 상기한 1차 및 2차 진공증류공정은 통상의 경우와 마찬가지로 5mmHg로 감압된 상태로 280∼300℃온도에서 이루어진다.

이와 같은 방법에 따라 인산계 난연소제를 분리정제하면 기존의 방법에 비하여 수율이 5%이상 향상되며, 감가상각비를 약 50%이상 낮출 수 있게되며, 투명한 고품질의 제품을 얻을 수 있게 된다.

실시예

혼성 크레졸을 이용하여 TCP합성반응을 실시하고, 합성반응이 종료된 직후 반응기를 나가는 생성물과 혼성 크레졸 일정량을 취하여 HPLC와 GC로 성분을 분석한 값을 측정하였으며, 이하 모든 시료들을 동일한 방법으로 분석하였다.

HPLC와 GC의 분석결과를 비교한 평균값을 각각 표1과 표2에 나타내었다.

혼성 크레졸의 조성

성분	농도(%)
m-크레졸	65∼68
p-크레졸	28∼31
페놀	0∼2
크실레놀	0∼1
기타	0∼1

생성물의 조성

성분	농도(%)
TCP	>90
혼성 크레졸	6∼8
TPP, TXP, 페놀,크실레놀	1∼3
기타	<2

표2에서 알 수 있는 바와 같이 불순물(미반응 물질들과 반응 부산물)이약 10%정도나 존재하였다. TCP는 원래 무색투명한 물질이지만 이들 불순물과 혼합된 상태에서는 황갈색 색상을 나타내므로 TCP의 순도에 가시적인 영향을 크게 미치며, 기타 물질에는 성분이 분명치 않은 탄화된 물질들과 HCl가스도 있으며, 이 물질들은 유독하다.

TCP는 대기압(760mmHg)에서 비점이 420℃이고, 5mmHg정도로 감압할 때의 비점은 240℃정도인 고비점의 투명한 액체로서 점도는 100cps정도이므로 교반만으로는 반응후의 불순물들의 분리이동현상을 촉시키기가 어려웠다.

즉, 반응부산물인 HCl가스가 TCP의 고점성에 의해 대기중으로의 이동이 어렵기 때문에 TCP속에 일부가 남아 있었으며, 이로 인하여 반응종료후의 생성물의 산성이 증가하였다.

그러나, HCl가스의 존재는 역반응을 초래할 수 있으며, 이로 인한 수율의 감소를 초래할 수도 있고, 작업장의 안전성을 저하시키며, 분리공정비용을 증가시킬 수도 있으므로 반응종결후에는 반응물과 생성물을 즉시 반응기로부터 유출시키는 것이 분리공정비의 절감과 진공증류 분리공정의 효율성증대를 기할 수 있다는 것을 알았다.

그러나, 고온의 반응생성물을 증류기로 즉시 이송하는 문제는 고온, 고비점, 유독성 등으로 인하여 많은 어려움이 있었고, 진공증류시 TCP와 함께 불순물이 혼합된 상태로 증류되었다.

TPP와 TXP는 역시 고비점, 고점도의 물에 불용성을 나타내며, TCP와 유사한 용도와 물리적 성질을 나타내므로 분리공정에서 크게 신경을 쓰지 않아도 되는 물질이며 TCP의 색상에도 큰 영향을 미치지 않았다.

표3은 NaOH로 처리하지 않은 종래 방법에 따른 1차 및 2차 진공증류물만을 분석한 결과를 나타낸 것이다.

증류물의 조성

	성분
1차 증류물	TCP>96%, 기타 <4%
2차 증류물	TCP>98%(98∼99%), 기타 <2%

표3에서 알 수 있는 바와 같이, 2차 진공증류후에도 약 2%정도의 불순물이 남아 있었다. 이 불순물들 중에는 혼성 크레졸과 발생된 HCl가스 및 그 속에 포함되었던 일부의 페놀, 크실레놀 및 반응기내와 증류기내에서 고온에 의하여 탄화된 일부 물질이 존재할 뿐만 아니라, 과잉 투입된 혼성 크레졸 때문에 크레졸, 페놀 또는 크실레놀 등이 AlCl₃촉매에 의하여 고분자 물질로 화학결합을 일으킬 가능성도 있다.

새로운 화학반응에 의하여 생성된 물질은 TCP 및 크레졸, 페놀, 크실레놀 보다 더 고비점이므로 증류만으로는 분리정제하기가 어려우며, 고점성이므로 성분분석도 매우 어렵다. 그러므로 1차 및 2차 증류후의 성분분석에서 TCP성분 이외의 다른 물질들의 정확한 성분을 분석하기가 어려웠다.

즉, 혼성 크레졸을 사용하여 TCP를 합성하고, 진공증류하는 과정에서 황갈색의 물질들이 생성되었다고 볼 수 있다.

반응물의 조성이 m-크레졸과 p-크레졸, 그리고 페놀 및 크실레놀이므로 이들 물질들은 각각 -OH기를 갖고 있다. 또한 이들 물질들은 TCP합성시에 발생되는 HCl가스에 의해 새로운 치환반응을 일으킬 수도 있고, 이로 인하여 -Cl기가 부착된 새로운 물질이 생성될 수도 있으므로 -OH기와 -Cl기에 모두 작용할 수 있으며, 잔여 HCl가스와도 반응을 일으키는 저가인 NaOH나 KOH를 이용하여 알칼리 처리방법을 시도하였다.

이는 잔여 HCl가스에 의한 TCP의 산성도를 NaCl생성으로 유도하여 개선할 수도 있으며, 벤젠고리에 연결된 -OH기의 H⁺대신 Na⁺가 치환되므로 수용성 -late로 변환되는 잇점이 있기 때문이다.

따라서, -late로 변화시킨 다음 이를 물로 처리하면 생성물내에 존재하는 수용성 물질들이 수용액상(Water Phase)으로 이동되어 상분리를 일으킬 수 있으므로 2차 진공증류전에 1% NaOH수용액(이하 wt%)과 1% KOH수용액으로 처리하였고, 2차 진공증류후에 NaOH와 KOH의 분리성능을 살펴보았으나 별차이가 없었다. 그러나 NaOH가 KOH보다 처렴하므로 NaOH를 사용하였다.

한편, 반응생성물의 NaOH 처리비용을 절약하기 위해 1차는 진공증류만 하였고, 2차 진공증류전에 1차 증류물을 1%∼5% NaOH수용액을 혼합부피비율(Mixing Volume Ratio) 35vol.%로 고정한 상태에서 1시간동안 20rpm으로 처리하여 2차 진공증류한 결과를 도 3에 그래프로 나타내었다.

상기한 혼합부피비율(vol.%)은 다음의 식에 의하여 계산되었다.

{2% NaOH 수용액/(증류물+2% NaOH 수용액)} ×100(vol./vol.)

도 1의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 1∼5%의 NaOH 수용액으로 1차 진공증류한 결과 증류물중의 불순물농도 저감효과는 컸으나, NaOH농도 2% 이상에서는 불순물 제거효과의 차이가 크지 않았으므로 NaOH의 최적 농도를 2%로 택하였다.

그러나, 2% NaOH 수용액으로 1차 진공증류물만을 처리한 결과 불순물의 농도는 여전히 높았으므로 합성반응후의 생성물도 2% NaOH 수용액으로 전과 같은 조건으로 처리한 뒤에 1차 그리고 2차 진공증류하여 각각의 불순물농도를 측정하였더니 좋은 결과를 얻었으며, 그 결과를 표4에 수록하였다.

2% NaOH 수용액으로 처리한 증류물의 조성

	성분
1차 증류물	TCP 97∼98%, 기타 2∼3%
2차 증류물	TCP 98∼99%, 기타 1∼2%

표4에서 알 수 있는 바와 같이, 2% NaOH 수용액을 이용하여 반응생성물과 1차 진공증류물을 각각 처리한 다음에 진공증류한 결과 뚜렷한 효과를 볼 수 있었다.

그러나, 일정한 농도를 보여주지 못하였다. 이는 2% NaOH 수용액으로 처리하는 공정에서 다른 변수들, 즉, 접촉시간(처리시간)과 적정 교반속도, 2% NaOH 수용약과 처리룸의 혼합부피비율(vol.%) 등의 변화에 따라 달리 나타나는 결과라고 생각되므로 최적조건을 구하는 실험을 하였다.

반응생성물과 1차 진공증류물을 모두 다 처리한 2% NaOH 수용액과 처리물의 최적 혼합부피비율을 알아보기 위하여 처리시간을 1시간, 교반속도는 10rpm으로 고정하고, 혼합부피비율을 각각 25vol.%, 35vol.%, 50vol.%, 65vol.%, 75vol.%로 달리하여 실험한 2차 진공증류물의 불순물을 측정한 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 2% NaOH 수용액의 첨가량이 많으면 많을수록 불순물의 저감개선 효과가 좋았으나, 35vol.% 이상에서는 그 차이가 크지 못하였으며, NaOH 사용량의 증가는 조업의 어려움, 위험성의 증가 및 생산비의 증가를 초래할 수 있으므로, NaOH의 사용량이 최소이면서도 개선효과가 있는 2% NaOH 수용액 35vol.%를 최적의 혼합부피비율로 설정하였다.

한편, 본 발명자는 또 다른 변수인 처리시간의 변화에 따르는 불순물저감 개선효과를 연구하였다.

이를 위하여, 35vol.%의 혼합부피비율로 고정된 2% NaOH 수용액 혼합물을 교반기에서 교반처리하는 시간 즉, 접촉시간을 별도 실험하여 진공증류한 2차 진공증류물의 농도를 측정하고 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 따르면 교반기에서 1시간동안 교반처리한 2차 진공증류물의 농도는 큰 개선효과가 없었으나, 1.5시간 경과후에는 별차이가 없는 농도감소 경향을 보여주었으므로 최적 접촉시간은 1.5시간으로 하였다.

물론, NaOH 농도가 진하면 접촉시간이 짧아질 수도 있으나, 이는 -late의 충분한 분리이동효과 또는 기타 물질들의 수용액상(Water-NaOH Phase)으로의 이동시간이 충분하지 못할 수 있으므로 접촉시간단축과 NaOH 농도관계는 생산비와 생산성을 고려하여 최적조건을 계산하여야 한다.

한편, 35vol.% 비율로 혼합된 2% NaOH 수용액 혼합물질을 1.5시간으로 고정하여 교반기에서 교반속도변화에 의한 2차 진공증류물의 불순물의 농도저감 개선효과를 검토하였다.

이를 위하여 교반기의 사정상 고속으로의 교반은 약품오염 및 위험성이 있으므로 10rpm∼50rpm으로 변화시키면서 실험한 결과를 도 6에 그래프로 나타내었다.

교반속도의 증가는 2% NaOH 수용액중의 NaOH와 증류물의 접촉빈도를 증가시키게 되며, 이에 따라 HCl가스, 미반응 물질들, 탄화물질들이 물에 쉽게 용해될 수 있는 -late로 변화되며, 이로 인하여 증류물중의 분리제거 처리대상물들이 수용액상으로 쉽게 이동된다.

도 6에 따르면, 20rpm이상에서는 농도저감 개선효과의 차이를 보여주지 못하고 있으며, 40rpm이상에서는 일부의 NaOH 수용액이 TCP속으로 유화되려는 경향을 보였다. 이러한 실험결과와 교반에 따른 전력비를 감안하여 20rpm을 최적 교반속도로 설정하였다.

이와 같은 조건들을 고려하여, 2% NaOH 수용액 대 증류물을 35vol.% 비율로 혼합하여 반응생성물을 1.5시간 동안 20rpm의 속도로 교반처리하여 1차 진공증류를 시행하고, 1차 증류물을 같은 조건으로 재처리한 뒤에 2차 진공증류를 시행하면 투명한 고급의 TCP(불순물 1%이하)를 얻을 수 있었다.

또한, 처리 및 재처리에 사용된 잔여 2% NaOH 수용액은 반응부산물인 HCl가스를 반응시키는 흡수탑에 재사용되어 NaCl을 생성시키는 데에 사용할 수 있고, 2% NaOH 수용액과 HCl수용액의 방류로 인한 수질오염도 감소시킬 수 있으며, HCl수용액의 처리비용도 감소하여 생산비의 절감 및 경영개선에도 기여할 수 있었다. 또한 TCP내의 잔여 HCl가스가 없으므로 다른 화합물 제조시의 위험성과 독성들을 모두 해소시킬 수 있었다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 진공증류에만 의존하던 종래의 분리공정에 비하여 수율이 5%이상 향상되었으며, 감가상각비가 약 50%이상 감소되었다.

Claims

합성반응에 의하여 얻어진 생성물에 대하여 알칼리를 이용하여 1차 추출하는 단계(ST1)와;

1차 추출단계가 종료된 후 1차 진공증류하는 단계(ST2)와;

1차 진공증류단계가 종료된 후 다시 알칼리를 이용하여 2차 추출하는 단계(ST3)와;

2차 추출단계가 종료된 후 2차 진공증류하는 단계(ST4)를 포함하는 인산계 난연소제의 분리방법.
제 1항에 있어서,

상기 1차 추출단계(ST1)와 2차 추출단계(ST3)에서는 2∼6% 농도의 NaOH 수용액을 제품양에 따라 15∼40vol.%로 첨가하고, 25∼70℃의 온도에서 15∼30rpm의 교반속도로 1∼4시간동안 중화반응시키는 것을 특징으로 하는 인산계 난연소제의 분리방법.