KR20070086400A - 계면활성제 산 전구체의 연속 중화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계면활성제의 연속 제조방법을 제공하며, 이 방법은 하나 이상의 정적 혼합기의 사용에 의해 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분과 중화제를 적어도 1몰 당량 포함하는 제2 성분을 혼합하는 단계를 포함하고, 중화제를 1분획으로 첨가하는 것을 특징으로 한다.

연속 제조방법, 계면활성제, 중화제, 혼합기, 전구체

Description

계면활성제 산 전구체의 연속 중화방법{Continuous process for the neutralization of surfactant acid precursors}

본 발명은 계면 활성제의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분을 하나 이상의 정적 혼합기를 사용하여 중화제를 적어도 1몰 당량 포함하는 제2 성분으로 중화시킴으로써 제조하는, 계면활성제의 연속 제조방법에 관한 것이다.

계면활성제의 제조에서, 계면활성제는 흔히 이의 산의 형태를 통하여 제조되고 이의 산 형태로 공급된다. 이것에 대해서는, 소정의 음이온성 계면활성제, 예를 들면, 선형 알킬벤젠 설포네이트가 중화된 형태에 비해 산 형태에서 취급, 보관 및 수송이 훨씬 더 용이하다는 사실을 비롯하여 여러 이유가 있다. 그 후 음이온성 계면활성제 산 전구체는 수성 또는 건성 중화제를 이용한 중화에 의해 상응하는 계면활성제 염으로 전환된다.

음이온성 계면활성제 산 전구체의 중화를 수행하기 위한 플랜트 설비(plant set up)의 가장 일반적인 부분 중의 하나는 루프 반응기이다. 음이온성 계면활성 제 산 전구체, 중화제 및 기타 희석제/완충제는 일반적으로 공통 지점에서 루프 반응기 내로 주입되고, 루프 내에 존재하는 인라인(in-line) 동적 혼합기에 의해 블렌딩된다. 중화열은 전형적으로 루프 내의 파이프 다발형 열교환기(pipe bundle heat exchanger)에 의해 제거된다.

중화 반응에서 고유한 문제는 생성되는 다량의 열을 어떻게 처리하는가 하는 것이다. 과열[즉, "열점"(hot-spots)] 및 긴 체류 시간은 제품을 변색시킬 수 있다. 루프 반응기는 루프로부터 작은 분율, 예를 들면, 5 내지 10%의 제품 유동을 단지 제거함으로써 과열 문제에 대처하는 반면, 일반적으로 페이스트 형태인 재순환 혼합물은 히트 싱크(heat sink)로서 작용하여 루프의 반응 구역에서 온도가 많이 상승하는 것을 방지한다. 이러한 작동 방법은 루프 반응기에서의 중화가 매우 비효율적인 방법임을 의미한다.

다수의 완전히 중화된 음이온성 계면활성제는 매우 점성이 큰 페이스트가 되는 경향이 있으며, 이러한 페이스트는 취급이 곤란하다. 이러한 이유로, 중화는 매우 흔히는 비이온성 계면활성제와 같은 다른 액체 세제 성분의 존재 하에 수행된다. 그러나, 음이온성 계면활성제 산 전구체와 비이온성 계면활성제의 반응 결과로서 음이온성/비이온성 계면활성제 혼합물이 변색되는 문제가 있다. 따라서, 중화 이전에 음이온성 계면활성제 산 전구체가 비이온성 계면활성제와 접촉하는 시간이 짧은 것이 바람직하다. 중화용 루프 반응기의 현행 디자인 및 작동은 비이온성 계면활성제가 루프 주위를 다수회 통과할 때 임의의 비이온성 계면활성제가 음이온성 계면활성제 산 전구체에 다수 노출되게 하려는 것이다.

마지막으로, 루프 반응기에서 중화에 대한 개시(즉, "정상 상태" 재순환이 달성되는 시점까지) 및 정지(shut-down) 절차는 시간이 오래 걸리며, 이들 절차 동안 생성되는 물질은 중화되는 생성물에 대하여 요망되는 사양의 범위를 벗어나는 것이다.

대부분의 이들 단점들을 극복하기 위해, 국제 공개공보 제WO 01/79412호[유니레버(Unilever), 2001년 10월 25일자 공개]는 최근에 특히 비이온성 계면활성제의 존재하에 음이온성 계면활성제 산 전구체를 중화시키는 방법을 제안하였는데, 이는 (i) 재순환 루프를 포함하지 않으며; (ii) 상대적으로 빠르고; (iii) 열점의 생성을 억제하며; (iv) 개시 및 정지의 관점에서 더 효율적이고; (v) 개시 및 정지에서 사양의 범위를 벗어나는 물질이 생성되는 것을 회피하며, (vi) 음이온성 계면활성제 산 전구체의 완전한 중화를 보장한다.

그러한 방법에서, 음이온성 계면활성제를 포함하는 유체 세제 제품은 음이온성 계면활성제 산 전구체를 연속하는 적어도 2개의 혼합기에 통과시킴으로써 루프 반응기를 필요로 함이 없이 연속 방법으로 제조할 수 있으며, 처음 부분의 중화제는 제1 혼합기로 공급하여 100℃ 미만으로 냉각시킨 후 추가 중화제를 후속 혼합기(들)로 공급하여 중화를 완료한다. 유니레버는 이 방법이 효율적으로 작동되게 하기 위하여, 처음 부분의 중화제의 첨가 후 그리고 추가 중화제의 첨가 전에 방법의 혼합물을 냉각시키며, 이 혼합물의 온도는 혼합물이 쉽게 펌핑될 수 있게 하는 수준으로 유지하는 것이 필수적임을 인정하고 있다.

따라서, 계면활성제 산 전구체의 중화 방법의 개발이 필요하며, 그러한 방법 은 국제 공개공보 제WO 01/79412호의 방법과 비교하여 더욱 단순화된 것이다. 그러한 새로운 방법은 중화제 전량을 하나의 큰 부분으로(in one big proportion) 첨가하는 것을 가능하게 하며, 이는 중화제를 위한 불필요한 다수의 주입 지점의 제거에 의해 기술적 방법을 단순화하는 것이어야 한다. 완전히 중화된 페이스트를 일 단계로 제조하는 것의 추가의 이익은 페이스트의 가수분해 위험이 현저히 감소된다는 것이다. 실제로, 단지 부분적으로 중화된 안정되지 않은 페이스트를 제조할 때, 가수분해 위험은 이 방법의 개시 동안 그리고 정지 후에 상당하다. 온도 제어가 덜 결정적이도록 비이온성 계면활성제 희석제를 제거하거나, 대안적으로는 상기 희석제를 덜 민감한 성분으로 대체하는 것이 또한 바람직하다.

발명의 정의

본 발명은 계면활성제의 연속 제조방법을 제공하며, 이 방법은 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분을 하나 이상의 정적 혼합기를 사용하여 중화제를 적어도 1몰 당량 포함하는 제2 성분과 혼합하는 단계를 포함하고, 중화제를 1분획으로 첨가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 본 방법은 2개의 정적 혼합기를 사용하여 수행한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에서, 계면활성제 산 전구체는 음이온성 계면활성제 산 전구체이며, 본 방법은 비이온성 계면활성제 없이 수행한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 형태에서, 본 방법은 계면활성제 활성이 적어도 80%, 보다 바람직하게는 적어도 90%, 가장 바람직하게는 100%만큼 높게 증 가된 고농축 계면활성제 페이스트를 제공한다.

방법

본 발명의 방법은 하나 이상의 정적 혼합기를 사용하여 중화제를 적어도 1몰 당량 포함하는 제2 성분을 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분에 1분획으로 첨가함으로써 수행한다.

정적 혼합기

정적 혼합기는 숙련자에게 잘 알려져 있다. 숙련자라면 연속 방법으로 작업할 수 있고 유체를 혼합할 수 있어야 한다. 적합한 혼합기는 정적 인라인 혼합기, 예를 들면, 슐저형(Sulzer-type) 혼합기를 포함한다. 특히 바람직한 것은 고전단력 정적 혼합기, 예를 들면, 12개의 정적 혼합 요소를 포함하는 고점성 물질 혼합용 SMX 타입인 슐저로부터의 DN 50이다.

정적 혼합기가 보다 낮은 자본 투자를 필요로 하기 때문에 본 발명의 방법에 있어서 정적 혼합기가 동적 혼합기에 비하여 특히 바람직하다. 이는 다단 고전단력 동적 혼합기 및 용적형 펌프(positive displacement pumps)에서 특히 그러한데, 이들은 본 발명의 방법에 사용되는 정적 혼합기보다 훨씬 더 비싸다.

또한, 본 발명이 루프가 없는 연속 방법이라는 사실에 의해 비용이 감소되는데, 이는 루프 방법에 비해 파이프라인이 덜 필요하고 체류(retention) 시간과 개시 시간이 훨씬 더 짧기 때문이다.

계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분은 중화제를 적어도 1몰 당량 포함하는 제2 성분과 함께 하나 이상의 정적 혼합기들 중의 첫 번째 혼합기로 공급된다. 모든 계면활성제 산 전구체의 중화에 필요한 중화제 총량을 1분획으로 첨가한다. 제1 성분 및 제2 성분은 하나 이상의 정적 혼합기들 중의 첫 번째 혼합기 내로 개별적으로 공급되거나 아니면 하나 이상의 정적 혼합기들 중의 첫 번째 혼합기 이전에 서로 접촉될 수 있다. 후자의 경우, 이 성분들은 시간 관점에서 하나 이상의 정적 혼합기들 중의 첫 번째 혼합기에 상대적으로 근접한 위치에서 접촉시켜야만 한다. 바람직하게는, 두 성분들의 접촉과 배합된 성분들의 하나 이상의 정적 혼합기들 중의 첫 번째 혼합기로의 유입 사이의 시간은 3분 미만, 바람직하게는 1분 미만이어야 한다.

배합된 성분이 하나 이상의 정적 혼합기들 중의 첫 번째 혼합기를 떠날 때, 산 계면활성제 전구체는 적어도 부분적으로 중화된다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 산 계면활성제 전구체는 하나 이상의 정적 혼합기들 중의 첫 번째 혼합기를 떠난 후 완전히 중화된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에서, 2개의 정적 혼합기가 사용된다. 그러한 방법 설비에 있어서, 2개의 정적 혼합기가 직렬 배치되며 부가적인 액체 주입 지점이 이들 직렬 배치된 2개의 정적 혼합기들 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 그러한 부가적인 액체 주입 지점은 다른 세제 성분의 첨가 또는 희석제의 첨가에 사용될 수 있다. 그러한 희석제는 다양한 화합물들로부터 선택될 수 있으며 무기 용매, 예를 들면, 물을 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 본 방법은 비이온성 계면활성제 없이 수행된다.

극히 최소량으로, 본 방법에서는 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분 및 중화제를 포함하는 제2 성분이 출발 재료로서 필요하며, 상기 성분들은 물론 개별적인 용기에 보관된다. 그러나, 계면활성제는 다른 성분도 포함할 수 있다. 그러한 부가 성분은 바람직하게는 계면활성제 산 전구체 및 중화제에 대해 그리고 각각에 대해서도 개별적으로 보관된다. 이는 더욱 더 다양한 계면활성제가 동일한 출발 재료로부터 제조되는 것을 가능하게 한다.

바람직하게는, 계면활성제 산 전구체, 중화제 및 임의의 부가 성분은 서로 독립적으로 이의 개개의 보관 용기로부터 방법 내로 공급될 수 있다. 부가 성분은 임의의 적절한 단계에서 방법 내로, 예를 들면, 제1 또는 제2 성분, 배합된 성분 및/또는 정적 혼합기 내로 공급되거나 부가적인 액체 주입 지점 - 이는 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타냄 - 을 통하여 공급될 수 있다.

다양한 성분들이 중력에 의해 방법 내로 공급될 수도 있지만, 펌핑 가능한 성분의 경우 펌프 장치, 바람직하게는 용적형 펌프를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 목적에 적합한 펌프는 예를 들면, 기어 펌프 및 격막 펌프를 포함한다.

제1 및 제2 성분이 계면활성제 산 전구체 및 중화제 외에도 다른 성분(들)을 포함할 때, 다양한 성분이 제1 정적 혼합기 이전의 부가적인 방법 단계에서 계면활성제 산 전구체와 접촉 및 혼합되는 것이 바람직하다. 그러한 부가적인 방법 단계에 적합한 혼합기는 (상기) 정적 혼합기에 대하여 설명한 것을 포함하며, 동적 인라인 혼합기, 예를 들면, 회전자-고정자 동적 혼합기도 포함한다.

대안적으로는, 구성 성분들이 허락할 경우, 2종 이상의 성분들을 (예를 들면, 배치(batch)로서) 사전 혼합하고 이 사전 혼합물을 단일 보관 용기로부터 방법 내로 공급하는 것이 가능할 수도 있다.

하나 이상의 정적 혼합기는 전형적으로 적절한 파이프라인을 통하여 서로 연결되고 또한 어느 하나의 출발 재료용과, 생성되는 계면활성제용의 적절한 보관 용기들과 연결된다. 파이프라인을 따른 그리고 하나 이상의 정적 혼합기를 통한 제1 및 제2 성분의 통과를 돕기 위하여, 펌프가 사용될 수도 있다. 정적 혼합기는 정의에 의하면 이들이, 예를 들면, 회전자-고정자 동적 인라인 혼합기와는 대조적으로 혼합 작용 뿐만 아니라 펌핑 작용도 제공하지 않도록 이동부(moving parts)를 갖지 않는다.

따라서, 제1 및 제2 성분을 하나 이상의 정적 혼합기에 전달하는 데에 사용되는 펌프에 의해 시스템에 부여되는 펌핑 작용이 방법의 작동에 충분할 수도 있다. 대적으로는, 부가적인 펌프가 파이프라인을 따라 포함될 수 있다.

중화

계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분에 중화제를 적어도 1몰 당량 포함하는 제2 성분이 하나 이상의 정적 혼합기를 사용하여 첨가된다. 적어도 1몰 당량의 제2 성분이 계면활성제 산 전구체의 완전한 중화의 보장을 위하여 첨가하는 것이 중요하다. 요망될 경우, 화학량론적 과량의 중화제가 완전한 중화의 보장을 위하여 이용될 수도 있다. 예를 들면, 계면활성제 산 전구체와 중화제 사이의 몰 비가 1:1 내지 1:10, 바람직하게는 1:1 내지 1:5, 보다 바람직하게는 1:1 내지 1:1.5, 가장 바람직하게는 1:1 내지 1.05인 본 발명의 방법이 수행될 수도 있다. 중화를 필요로 하는 임의의 다른 산, 예를 들면, 지방산이 존재할 경우, 중화제의 양은 이에 따라 조절되어야 한다.

체류 시간

본 명세서에서 중화제가 최종 정적 혼합기에서 유출되는 계면활성제 산 전구체와 첫 번째로 접촉하는 시간은 "체류 시간"으로 불리워진다. 이는, 예를 들면, 플랜트 처리량을 플랜트 체적으로 나눔으로써 측정될 수 있다. 완전히 중화되고 품질이 우수한(즉, 낮은 수준의 분해 등) 계면활성제의 제조를 위한 체류 시간은 다른 것들 중에서도 온도 제어, 플랜트 설비 및 사용되는 장비에 따라 달라질 수 있다. 전형적으로, 체류 시간은 10분 미만이다. 바람직하게는, 이 체류 시간은 5분 미만, 보다 바람직하게는 3분 미만, 가장 바람직하게는 1분 미만이다.

온도 제어

배합된 성분과 최종 정적 혼합기에서 유출되는 중화된 계면활성제는 이 방법 동안 모든 시점에서 펌핑 가능한 온도보다 높은 온도로 유지될 수 있다. 본 명세서에서 정의되는 바와 같이 "펌핑 가능한 온도"는 유체가 50s^-1에서 30Pa.s의 점도를 나타내지 않는 온도이다. 환언하면, 유체는 펌핑 온도에서 50s^-1의 전단률에서 30Pa.s 이하의 점도를 가질 경우 쉽게 펌핑 가능한 것으로 여겨진다. 보다 높은 점도의 유체도 원칙적으로 여전히 펌핑 가능할 수 있지만, 본 명세서에서는 50s^-1의 전단률에서의 30Pa.s의 상한치를 이용하여 용이한 펌프성(pumpability)을 나타낸다. 점도는, 예를 들면, 하케(Haake) VT500 회전형 점도계를 사용하여 측정할 수 있다. 점도 측정은 하기와 같이 수행될 수도 있다: SV2P 측정 셀을 냉각 유닛이 구비된 자동 온도 조절형 수조에 연결한다. 측정 셀의 분동(bob)을 50s^-1의 전단률에서 회전시킨다. 주위 온도에서 고체 형태일 수도 있는 유체를 전자레인지 내에서 95℃로 가열하고 샘플 컵 내로 붓는다. 98℃에서 5분 동안 조절한 후, 샘플을 1분당 +/-1℃의 속도로 냉각시킨다. 30Pa.s의 점도가 관찰되는 온도를 "펌핑 가능한 온도"로 기록한다.

따라서, 각각의 두 성분과 이들 배합된 성분 모두가 펌핑 가능함을 보장하기 위하여 방법을 작동시키면서 각각의 두 성분과 이들 배합된 성분의 온도 및 이에 따른 점도를 모니터링하고, 필요할 경우, 상기 온도 및 점도를 제어하는 것이 유용할 수도 있다. 또한, 본 방법 내로 포함될 수 있는 임의의 기타 성분은 본 방법이 작동 중일 때 그 각각의 펌핑 가능한 온도보다 높은 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 물론, 이것은 고체이거나 펌핑 가능하지 않는 임의의 성분의 경우에는 적용되지 않는다. 성분들(또는 이의 전구체)이 방법에서 혼합될 때, 펌핑 가능한 온도는 극적으로 증가될 수 있다. 예를 들면, 중화된 음이온성 계면활성제는 흔히 점성 페이스트인 반면, 음이온성 계면활성제 산 전구체는 흔히 쉽게 펌핑 가능한 액체이다. 따라서, 중화제가 제1 성분에 첨가될 때, 전형적으로 펌핑 가능한 온도는 증가된다. 그러나, 중화 반응에서는 자체적으로 열이 발생되므로, 방법 스트림이 방법들 중의 이 시점에서 가열되는 것이 반드시 필요한 것은 아니다. 실제, 바람직한 실시 형태에서 중화 방법은 중화제의 첨가 후 능동적으로 냉각될 수 있다. 이는 부가적인 냉각 수단에 의해 또는 희석제의 첨가에 의해 달성될 수 있다. 그러한 희석제는 다양한 화합물들로부터 선택될 수 있으며 무기 용매, 예를 들면, 물을 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 본 방법은 비이온성 계면활성제 없이 수행된다.

전형적인 실시 형태에서, 배합되지 않은 제1 및 제2 성분의 온도는 100℃ 미만, 바람직하게는 80℃ 미만, 보다 바람직하게는 60℃ 미만으로 유지된다. 배합된 제1 및 제2 성분의 온도는 전형적으로 100℃ 초과, 바람직하게는 120℃ 초과, 보다 바람직하게는 140℃ 초과, 가장 바람직하게는 160℃ 초과, 그러나 250℃ 미만, 바람직하게는 220℃ 미만, 보다 바람직하게는 200℃ 미만, 가장 바람직하게는 175℃ 미만으로 유지된다. 분리되거나 배합된 제1 및 제2 성분의 온도는 주의깊게 모니터링하고 필요할 경우 가열 및 냉각 수단에 의해 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 피드백 제어 시스템을 본 방법 내에 포함시키는 것도 가능하다. 예를 들면, 냉각 장치의 하류의 온도 측정 장치는 판독치를 냉각 장치로 피드백시키고 냉각 수준을 변하게 하여 온도를 소정 범위 내에서 유지할 수 있다. 물론, 일단 계면활성제가 최종 정적 혼합기에서 유출되었으면(즉, 방법이 완료되었으면), 이는 펌핑 가능한 온도 미만의 온도로 냉각되게 할 수 있다. 실제, 높은 온도에서는 펌핑 가능하지만 보다 낮은 온도에서는 고체인 "구조화된 블렌드"(하기 참조)의 사용이 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 그러나, 심지어 계면활성제가 구조화된 블렌드형일 때에도, 계면활성제를 이의 펌핑 가능한 온도보다 높은 온도로 유지하여서 계면활성제가 재가열할 필요 없이 과립화 방법에서 예컨대 액체 결합제로서 직접 적용될 수 있게 되는 것이 바람직하다.

압력 제어

정적 혼합기 내부의 압력은 성분의 통과 유동(component flow-through)으로 인하여 상승될 수도 있다. 전형적으로 정적 혼합기 내부의 압력은 대기압보다 높다. 정적 혼합기 내부의 압력은 대기압보다 높은 것이 특히 바람직한데, 이에 의해 스팀 형성이 회피되기 때문이다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 정적 혼합기 내부의 압력은 200,000Pa 초과, 보다 바람직하게는 300,000Pa 초과, 보다 더 바람직하게는 450,000Pa 초과, 가장 바람직하게는 600,000Pa 초과이다. 전형적으로 정적 혼합기 내부의 압력은 1,500,000Pa 미만, 바람직하게는 1,000,000Pa 미만, 보다 바람직하게는 900,000Pa 미만, 보다 더 바람직하게는 800,000Pa 미만, 가장 바람직하게는 750,000Pa 미만이다. 압력은 간단한 압력계에 의해 측정될 수 있다.

가열 수단

가열 수단은 특정 유체 성분 또는 혼합물이 이의 펌핑 가능한 온도보다 높은 온도가 되는 것을 보장하기 위하여 방법들 중의 어디든지 위치할 수 있다. 적합한 가열 수단은 숙련자에게 자명할 것이다.

냉각 수단

적합한 냉각 수단은 숙련자에게 잘 알려져 있으며, 예를 들면, 파이프 다발형 열교환기, 판형 열교환기 및 프레임형(frame) 열교환기를 포함할 것이다.

임의의 추가 성분의 첨가 이전 및/또는 또한 임의의 추가의 정적 혼합기의 통과 이전에 배합된 제1 및 제2 성분이 통과하는 적어도 하나의 냉각 수단이 제공되는 것이 요망될 수 있다. 냉각 수단은 적절할 경우 제1 정적 혼합기 이전에, 제1 정적 혼합기 상에, 또는 그 이후에 위치할 수 있다. 바람직하게는, 냉각 수단은 제1 정적 혼합기 주위에 위치한다.

추가의 냉각 수단은 온도 제어에 적절할 경우 방법들 중의 어디든지 위치할 수 있다. 배합된 제1 및 제2 성분이, 예를 들면, 중화에 의해 생성되는 발열로 인하여 특히 고온으로 될 가능성이 있는 위치에 추가의 냉각 수단을 위치시키는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 냉각 수단은 제2 성분의 첨가 지점의 하류, 그리고 바람직하게는 임의의 추가 성분의 첨가 지점의 상류에 위치하는 것이 바람직하다. 적합하게는, 냉각 수단은 정적 혼합기(들) 이후 및 그 주위에 위치하며, 여기서 중화제는 상기 정적 혼합기 내로 공급되었거나 상기 정적 혼합기로 유입되는 배합된 제1 및 제2 성분으로 공급되었다.

전체 중화 방법은 연속 방법이다. 따라서, 숙련자에게 자명하듯이, 정적 혼합기, 냉각 수단 및 적절할 경우 가열 수단은 연속 방법에 적합하여야 한다.

본 발명의 방법에 의해 탁월한 색상의 계면활성제가 제조되는 것으로 밝혀졌다. 다시 말하면, 방법의 결과로서 변색이 거의 없거나 전혀 없다. 또한, 본 발명의 방법은 중화 반응 관점에서 매우 효율적이며, 미반응 산이 계면활성제에 거의 존재하지 않거나 전혀 존재하지 않는 것으로 밝혀졌다.

정상 상태가 형성되기를 기다릴 필요가 없기 때문에 개시 절차는 루프 재순환 시스템에 관련된 것보다 훨씬 더 간단하다. 또한, 작동 중일 때의 본 시스템에서의 물질의 양이 루프 시스템에서보다 훨신 더 적기 때문에 정지 절차가 훨씬 더 간단하다. 또한 개시 및 정지 동안 생성되는 물질은 실질적으로 필요한 사양의 것이다.

계면활성제

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "계면활성제"라는 용어 및/또는 "계면활성제 산 전구체"라는 용어는 상이한 계면활성제 분자 및/또는 계면활성제 산 전구체 분자의 블렌드를 포함한다.

본 발명은 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분을 중화제를 적어도 1몰 당량 포함하는 제2 성분과 혼합하여 계면활성제 산 전구체를 완전히 중화시키고 이럼으로써 계면활성제를 형성하는 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 계면활성제는 음이온성 계면활성제를 포함한다. 적합한 음이온성 계면활성제는 당업계의 숙련자에게 잘 알려져 있다. 제1 성분 내로 포함시키기에 적합한 예에는 알킬벤젠 설포네이트, 특히 C8-C15의 알킬 사슬 길이를 갖는 선형 알킬 벤젠 설포네이트; 일차 및 이차 알킬 설페이트, 특히 C12-C15 일차 알킬 설페이트; 알킬 에테르 설페이트; 올레핀 설포네이트; 알킬 자일렌 설포네이트; 다이알킬 설포석시네이트; 및 지방산 에스테르 설포네이트가 포함된다. 나트륨염이 일반적으로 바람직하다. 계면활성제 중의 적어도 일부, 바람직하게는 상당 부분의 음이온성 계면활성제가 음이온성 계면활성제 산 전구체의 중화를 통하여 형성되는 것이 본 발명의 방법의 필수 요소이다. 바람직하게는 적어도 50중량%, 보다 바람직하게는 적어도 75중량%, 보다 더 바람직하게는 실질적으로 모든 음이온성 계면활성제가 음이온성 계면활성제 산 전구체의 중화에 의해 얻어진다.

계면활성제 중의 음이온성 계면활성제의 함량은 가능한 한 높으며, 예를 들면, 계면활성제의 적어도 98중량%일 수도 있거나, 이는 95중량% 미만, 또는 50중량% 미만일 수도 있다. 바람직하게는, 이는 계면활성제의 적어도 10중량%, 보다 바람직하게는 적어도 25중량%, 보다 바람직하게는 적어도 50중량%, 가장 바람직하게는 적어도 75중량%이다.

전형적으로, 제1 성분은 적어도 약간의 계면활성제 산 전구체, 바람직하게는 계면활성제 산 전구체(a) 20 내지 98중량%와 액체 담체(b) 2 내지 80중량%를 포함한다. 보다 바람직하게는, 제1 성분은 계면활성제 산 전구체(a) 50 내지 95중량%와 액체 담체(b) 5 내지 50중량%를 포함한다.

바람직하게는, 중화도는 적어도 80중량%, 보다 바람직하게는 적어도 90중량%이며, 보다 바람직하게는 실질적으로 모든 계면활성제 산 전구체가 본 방법에서 중화된다.

적합한 음이온성 계면활성제 산 전구체는, 예를 들면, 선형 알킬 벤젠 설폰(linear alkyl benzene sulphonic, LAS)산, 알파올레핀 설폰산, 내부 올레핀 설폰산, 지방산 에스테르 설폰산 및 그 조합을 포함한다. 본 발명의 방법은 상응하는 알킬 벤젠 설폰산, 예를 들면, 쉘(Shell)로부터의 도바노산(Dobanoic acid)의 반응에 의해 알킬 벤젠 설포네이트를 포함하는 조성물을 생성하는 데에 특히 유용하다.

탄소수 10 내지 15의 선형 또는 분지형 일차 알킬 설페이트(primary alkyl sulphates,PaS)도 사용될 수 있다.

계면활성제에 존재하는 음이온성 계면활성제 중의 일부는 방법의 적절한 단계에서 음이온성 계면활성제의 직접적인 첨가에 의해 또한 포함될 수도 있다. 그러나, 제1 성분이 음이온성 계면활성제를 포함할 경우(즉, 중성 염), 음이온성 계면활성제는 제1 성분의 50중량% 미만, 바람직하게는 25중량% 미만, 보다 바람직하게는 10중량% 미만을 차지한다.

중화제

계면활성제는 적절한 산 전구체와 중화제의 반응에 의해 원위치에서 형성된다. 이러한 중화제는 바람직하게는 알칼리성 무기 물질, 알칼리성 토 무기 물질 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 원칙적으로, 임의의 알칼리성 무기 물질이 계면활성제 산 전구체의 중화에 사용될 수 있지만, 수용성 알칼리성 무기 물질이 바람직하다.

바람직한 실시 형태에서, 중화제는 펌핑 가능한 액체 또는 용액이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시 형태에서, 중화제는 알칼리 금속 수산화물이다. 보다 바람직한 중화제는 수산화나트륨이다. 후자는 보통 수용액으로 투입되어야 하며, 상기 수용액에는 필연적으로 약간의 물이 포함된다. 또한, 알칼리 금속 수산화물 및 산 전구체의 반응에서 약간의 물이 부산물로서 또한 생성된다. 전형적으로, 제2 성분은 중화제(a) 20 내지 98중량%와 액체 담체(b) 2 내지 80중량%를 포함한다. 바람직하게는, 제2 성분은 중화제(a) 40 내지 80중량%와 액체 담체(b) 20 내지 60중량%를 포함한다. 본 발명의 보다 더 바람직한 실시 형태에서, 제2 성분은 중화제(a) 45 내지 60중량%와 액체 담체(b) 40 내지 55중량%를 포함한다. 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태에서, 제2 성분은 수산화나트륨(a) 45 내지 60중량%와 물(b) 40 내지 55중량%를 포함한다.

다른 바람직한 중화제는 단독의 탄산나트륨 또는 하나 이상의 다른 수용성 무기 물질, 예를 들면, 중탄산나트륨 또는 실리케이트와 조합된 탄산나트륨이다.

알칼리인 제2 성분을 생성하는 것이 유리할 수도 있다. 예를 들면, pH 범위가 8.5 내지 11.5이다. 이는 변색이 일어날 수도 있는 그러한 높은 수준의 알칼리성이 되지 않게 하면서 제1 성분이 완전히 중화되는 것을 보장하는 장점을 갖는다.

물론, 중화제를 포함하는 제2 성분은 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분과 반응하는 것 외에도 존재할 수도 있는 다른 산 전구체, 예를 들면, 지방산도 중화시킬 수 있다. 따라서, 이러할 경우 모든 산 전구체의 완전한 중화의 보장을 위하여 충분한 중화제를 첨가할 필요가 있다.

유기 중화제가 또한 이용될 수도 있다.

수분/물

바람직한 실시 형태에서, 계면활성제는 실질적으로 비수성이다. 즉, 계면활성제 내의 수분의 총량은 계면활성제의 35중량% 이하, 보다 바람직하게는 22중량% 이하, 가장 바람직하게는 18중량% 이하이다. 그러나, 요망될 경우, 제어된 양의 물이 첨가되어 중화를 도울 수도 있다. 전형적으로, 물은 계면활성제의 0.5 내지 20중량%의 양으로 첨가될 수도 있다. 전형적으로, 존재하는 반응 부산물 및 나머지의 물이 알칼리 물질이 용해된 용매일 것이기 때문에 3 내지 5중량%의 액체 결합제가 물일 수도 있다. 계면활성제는 가장 바람직하게는 7중량% 이하의 물을 포함한다.

추가의 임의 방법 단계

본 발명의 매우 필수적인 중화 단계 외에도, 본 발명의 방법은 추가 방법 단계를 포함할 수도 있다. 부가적인 방법 단계의 일례로는 순간 건조(flash-drying)가 있다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 본 발명의 방법에 의해 제조되는 계면활성제는 순간 건조될 수도 있다. 순간 건조는 당업계의 숙련자에게 잘 알려진 방법 단계이다.

본 발명의 가장 바람직한 방법

본 발명의 가장 바람직한 방법은 계면활성제의 연속 제조방법이며, 이 방법은 하나 이상의 정적 혼합기의 사용에 의해 음이온성 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분과, 알칼리성 무기 물질, 알칼리성 토 무기 물질 및 이들의 혼합물로부터 선택된 중화제를 포함하는 제2 성분[여기서, 제1 성분 대 제2 성분의 몰 비는 1:1 내지 1:1.5이다]을 혼합하는 단계를 포함하는 계면활성제의 연속 제조방법으로서,

중화제를 1분획으로 첨가하며, 정적 혼합기 내부의 압력이, 적어도 80%의 중화도 및 20중량% 미만의 계면활성제의 수분 함량의 달성을 위하여 300,000Pa를 초과함을 특징으로 한다.

하기는 LAS를 포함하는 계면활성제의 단일 연속 제조방법의 실시예이다.

1. 온도가 35℃인 제1 성분으로서의 HLAS 산은 제1 질량 유량계에 의해 제어되는 제1 용적형 펌프를 사용하여 제1 보관 용기로부터 펌핑하여 수산화나트륨 수용액을 50중량% 포함하는 제2 성분으로 연속적으로 투입한다. 배합된 성분을 정적 인라인 혼합기 내로 공급한다. 중화제의 첨가량은 제1 성분의 LAS 산을 완전히 중화시키기에 충분한 것이다. 수산화나트륨 용액 50중량%는 제2 질량 유량계에 의해 제어되는 제2 용적형 펌프를 사용하여 투입한다. 배합된 성분들이 정적 혼합기로 유입되어 반응하기 시작하는 시점에서, 온도는 175℃까지 상승하며 정적 혼합기의 유입구에서의 압력은 900,000Pa이다. 정적 혼합기에서 유출될 때, 온도는 140℃이며 압력은 450,000Pa이다. 블렌드는 색상이 우수하고 완전히 중화된 것이다.

2. 온도가 55℃인 제1 성분으로서의 HLAS 산은 용적형 펌프를 사용하여 보관 용기로부터 펌핑하여 50중량%의 수산화나트륨 수용액을 포함하는 제2 성분으로 연속적으로 투입한다. 배합된 성분을 제1 정적 인라인 혼합기 내로 공급한다. 중화제의 첨가량은 제1 성분의 LAS 산을 완전히 중화시키기에 충분한 것이다. 수산화나트륨 용액 50중량%를 질량 유량계에 의해 제어되는 용적형 펌프를 사용하여 투입한다. 배합된 성분들이 제1 정적 혼합기로 유입되는 시점에서, 온도는 175℃까지 상승하며 제1 정적 혼합기의 유입구에서의 압력은 900,000Pa이다. 제1 정적 혼합기에서 유출될 때, 온도는 150℃이며 압력은 700,000Pa 50s^-1이다. 블렌드는 이제 제2 정적 혼합기로 유입되고 있고, 그 후 부가적인 액체의 주입 지점이 배치되고 이에 의해 부가적인 물이 방법에 첨가된다. 이어서, 희석된 블렌드가 제2 정적 혼합기를 통과하게 한다. 제2 정적 혼합기에서 유출될 때, 온도는 130℃이며 압력은 450,000Pa이다. 블렌드는 색상이 우수하고 완전히 중화된 것이다.

Claims (16)

1. 하나 이상의 정적 혼합기를 사용하여 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분과 중화제를 적어도 1몰 당량 포함하는 제2 성분을 혼합하는 단계를 포함하는 계면활성제의 연속 제조방법으로서,

   중화제를 1분획으로 첨가하는 것을 특징으로 하는, 계면활성제의 연속 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 2개의 정적 혼합기를 사용하는, 계면활성제의 연속 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 2개의 정적 혼합기가 직렬 배치되며, 액체 주입 지점이 직렬 배치된 2개의 정적 혼합기들 사이에 위치하는, 계면활성제의 연속 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 계면활성제 산 전구체가 음이온성 계면활성제 산 전구체이며, 비이온성 계면활성제 없이 수행하는, 계면활성제의 연속 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 중화제가 알칼리성 무기 물질, 알칼리성 토 무기 물질 및 이들의 혼합물로부터 선택되는, 계면활성제의 연속 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 80%의 중화도를 달성하는, 계면활성제의 연속 제조방법.
7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 정적 혼합기 내부의 압력이 200,000Pa 초과인, 계면활성제의 연속 제조방법.
8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 정적 혼합기 내부의 온도가 100℃ 초과 250℃ 미만인, 계면활성제의 연속 제조방법.
9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 정적 혼합기에서의 계면활성제의 체류 시간이 10분보다 짧은, 계면활성제의 연속 제조방법.
10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 순간 건조(flash-drying) 단계를 추가로 포함하는, 계면활성제의 연속 제조방법.
11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 계면활성제의 순간 건조 단계를 추가로 포함하는, 계면활성제의 연속 제조방법.
12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 제1 성분이 계면활성제 산 전구체(a) 20 내지 98중량%와 액체 담체(b) 2 내지 80중량%를 포함하는, 계면활성제의 연속 제조방법.
13. 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 제2 성분이 중화제(a) 20 내지 98중량%와 액체 담체(b) 2 내지 80중량%를 포함하는, 계면활성제의 연속 제조방법.
14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 계면활성제 산 전구체와 중화제 사이의 몰 비가 1:1 내지 1:10인, 계면활성제의 연속 제조방법.
15. 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 계면활성제의 수분 함량이 35중량% 미만인, 계면활성제의 연속 제조방법.
16. 하나 이상의 정적 혼합기를 사용하여 음이온성 계면활성제 산 전구체를 포함하는 제1 성분과, 알칼리성 무기 물질, 알칼리성 토 무기 물질 및 이들의 혼합물로부터 선택된 중화제를 포함하는 제2 성분[여기서, 제1 성분 대 제2 성분의 몰 비는 1:1 내지 1:1.5이다]을 혼합하는 단계를 포함하는 계면활성제의 연속 제조방법으로서,

    중화제를 1분획으로 첨가하고, 정적 혼합기 내부의 압력이, 적어도 80%의 중 화도 및 20중량% 미만의 계면활성제의 수분 함량을 달성하기 위해 300,000Pa 초과임을 특징으로 하는, 계면활성제의 연속 제조방법.