KR20100056370A - Manufacturing method of polyolester - Google Patents

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KR20100056370A
KR20100056370A KR1020090105140A KR20090105140A KR20100056370A KR 20100056370 A KR20100056370 A KR 20100056370A KR 1020090105140 A KR1020090105140 A KR 1020090105140A KR 20090105140 A KR20090105140 A KR 20090105140A KR 20100056370 A KR20100056370 A KR 20100056370A
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing polyol ester is provided to obtain the polyester of high purity in a short time through ester transesterification of fatty acid and polyol and esterification using an environment-friendly metal catalyst instead of strong acid and strong base. CONSTITUTION: A method for manufacturing polyol ester comprises a step creating a product which includes the polyol ester by chemically reacting a first reactant and polyol of a second reactant under the presence of a solid catalyst. The first reactant comprises pure fatty acid, fatty acid alkyl ester, or a mixture of the pure fatty acid and the fatty acid alkyl ester. The metal catalyst comprises oxides, carbon oxides, and hydroxides of a metal selected from magnesium(Mg), zinc(Zn), titanium(Ti), manganese(Mn), vanadium(V), beryllium(Be), copper(Cu), zirconium(Zr), strontium(Sr), tin(Sn), and barium(Ba).

Description

폴리올 에스테르 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD OF POLYOLESTER}Method for producing polyol ester {MANUFACTURING METHOD OF POLYOLESTER}

본 발명은 폴리올 에스테르 제조에 사용되는 촉매 및 이를 이용한 고순도의 폴리올 에스테르의 제조 방법에 관한 것으로, 순수 지방산 및 지방산 알킬 에스테르 또는 이들을 포함하는 혼합물과 2개 이상의 하이드록시기(-OH)를 갖는 폴리올을 고체 촉매 하에서 반응시키고 반응 혼합물 중 지방산 및 지방산 알킬 에스테르를 제거하여 고순도의 폴리올 에스테르를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst used to prepare a polyol ester and a method for producing a high purity polyol ester using the same, comprising a pure fatty acid and a fatty acid alkyl ester or a mixture containing the same and a polyol having two or more hydroxyl groups (-OH). It relates to a process for producing high purity polyol esters by reacting under a solid catalyst and removing fatty acids and fatty acid alkyl esters in the reaction mixture.

폴리올 에스테르를 제조하는 이론적인 방법은 여러 가지가 제안되어 왔다. 폴리올과 지방산이 에스테르반응에 의하여 합성되는 제조 방법이 제안되었으며, 폴리올과 지방산 알킬 에스테르의 에스테르 교환반응에 의한 합성되는 제조 방법도 제안되었다. 그러나, 현재까지 상용화된 폴리올 에스테르의 제조 방법은 산 촉매를 이용하여 폴리올과 지방산을 에스테르 반응하여 합성하는 방법뿐이다. Several theoretical methods of preparing polyol esters have been proposed. A production method in which polyols and fatty acids are synthesized by ester reaction has been proposed, and a production method in which polyols and fatty acid alkyl esters are synthesized by transesterification is also proposed. However, up to now, the only commercially available method for producing a polyol ester is a method of esterifying a polyol and a fatty acid using an acid catalyst to synthesize it.

산 촉매를 사용하여 폴리올 에스테르를 합성하는 방법은 세계적으로 유명한 회사인 I.F.P.,Inventa A. G., Ethyl Corp, Ruhrchemie, Esso, Bp Chemical, Sell, Geigy 등이 출원한 특허공보나 특허공개공보를 통해 알 수 있다. 이들 공보에 따르 면, 폴리올 에스테르를 제작하는 데 사용되는 폴리올은 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 디-펜타에리트리톨(dipentaerythritol), 트리-메틸올프로판(trimethylolpropane), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)이 사용 되었고, 지방산으로는 발레르산(valeric acid), 카프로산(caproic acid), 카프릴산(caprylic acid), 카프르산(capric acid)를 사용하여 150~250℃에서 p-톨루엔 황산(p-toluene sulfonic acid) 촉매하에서 반응시켜 폴리올 에스테르를 얻었다. 미국특허공보 제6,444,626호에 개시된 방법에 의하면 먼저 과량의 펜타에리트리톨(pentaerythritol)과 헵타논산(heptanoic acid), 카프릴-카프르 산(caprylic-capric acid)를 황산 촉매하에서 150~200℃로 반응시켜 펜타에리트리톨 외의 폴리올인 디-펜타에리트리톨, 트리-펜타에리트리톨, 테트라-펜타에리트리톨을 먼저 합성한 뒤 10%~25% 과량의 헵타논산, 카프릴-카프르 산(caprylic-capric acid)을 첨가하여 폴리(네오펜틸폴리올) 에스테르를 얻었다. The method for synthesizing polyol esters using acid catalysts can be found in patent publications or patent publications filed by world-renowned companies such as IFP, Inventor AG, Ethyl Corp, Ruhrchemie, Esso, Bp Chemical, Sell, Geigy, etc. . According to these publications, the polyols used to prepare the polyol esters used pentaerythritol, dipentaerythritol, trimethylolpropane, ethylene glycol As fatty acid, p-toluene sulfonic acid at 150 ~ 250 ℃ using valeric acid, caproic acid, caprylic acid, and capric acid. acid) to give a polyol ester. According to the method disclosed in U.S. Patent No. 6,444,626, an excess of pentaerythritol, heptanoic acid, and caprylic-capric acid are first reacted at 150 to 200 ° C under sulfuric acid catalyst. Poly-diols other than pentaerythritol, di-pentaerythritol, tri-pentaerythritol, and tetra-pentaerythritol were synthesized first, and then 10% to 25% excess heptanoic acid and capryl-capric acid (caprylic-capric acid). ) Was added to obtain a poly (neopentylpolyol) ester.

또한, 대한민국 공개특허공보 제1994-561호에도 산 촉매 하에서 반응시키는 에스테르반응에 의하여 폴리올 에스테르를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 탄소수 6 내지 20의 포화 또는 불포화 지방산인 올레산(oleic acid), 이소스테아릭산(isostearic acid), 카프릴산(caprylic acid)과 트리-메틸올프로판(trimethylolpropane), 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 네오펜틸글리콜(neopentylglycol)과 같은 다가알코올을 사용하여 질소 분위기하에 180~240℃의 온도로 5시간 내지 24시간 동안 p-톨루엔 황산 촉매 하에서 반응시킨다. 반응이 종료하는 시점은 산가 측정에 의해 이루어지며 산가 2.4 내지 2.8일 때 반응을 종 료시켜 95%의 수율로 얻을 수 있다고 개시되어 있다. In addition, Korean Unexamined Patent Publication No. 194-561 discloses a method for producing a polyol ester by an ester reaction which is reacted under an acid catalyst. Oleic acid, isostearic acid, caprylic acid and trimethylolpropane, pentaerythritol, neopentyl, saturated or unsaturated fatty acids having 6 to 20 carbon atoms A polyhydric alcohol such as glycol (neopentylglycol) is used under a nitrogen atmosphere at a temperature of 180 to 240 ° C. for 5 to 24 hours under a p-toluene sulfuric acid catalyst. The time point at which the reaction is completed is determined by acid value measurement, and it is disclosed that the reaction can be obtained in 95% yield when the acid value is 2.4 to 2.8.

그리고, 국제공개특허공보 제WO 94/10728호에는 산 또는 무수물과 모노-알코올 또는 폴리 하이드록실을 산 촉매인 티탄, 지르코늄, 주석계 촉매를 사용하여 에스테르반응을 통해 95%의 폴리올 에스테르를 합성하는 방법을 제시하였다. 여기서는, 전환속도를 향상시키기 위하여 분당 약 2.5부피 이상의 반응 혼합물을 내부적으로 재순환시켜 반응 용기에서 상기 반응 혼합물을 연속적으로 혼합하면서 물을 수증기로 제거하는 단계를 포함하고 있다. 그러나, 이와 같이 합성되는 폴리올 에스테르는 산 촉매를 사용하여 제조됨에 따라 반응물 내에 촉매가 잔류하게 되고 이에 따라 역반응과 변색 및 산화 등의 문제점이 야기될 뿐만 아니라, 촉매의 제거가 상당히 어려워지는 문제점이 있었다.In WO 94/10728, an acid or anhydride and a mono-alcohol or poly hydroxyl are synthesized using an acid catalyst such as titanium, zirconium, and tin-based catalysts to synthesize 95% of a polyol ester. The method is presented. It includes internally recycling at least about 2.5 volumes of reaction mixture per minute to improve the rate of conversion, thereby removing water with steam while continuously mixing the reaction mixture in the reaction vessel. However, the polyol ester synthesized as described above has a problem in that the catalyst remains in the reactant as it is prepared using an acid catalyst, thereby causing problems such as reverse reaction, discoloration and oxidation, and it is difficult to remove the catalyst. .

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 특허공보 제10-169565호에는 고온에서 촉매를 사용하지 않는 반응에 의한 폴리올 에스테르의 합성 방법을 제시하고 있다. 구체적으로는 탄소수 6 내지 20의 포화 또는 불포화 지방산인 올레산, 이소스테아릭 산, 카프릴 산과 트리-메틸올프로판(trimethylolpropane), 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 네오펜틸글리콜(neopentylglycol)과 같은 다가알코올을 사용하여 질소분위기하에 120~260℃의 온도로 5시간 내지 40시간 동안 반응시켜 95%의 수율로 얻을 수 있다. 이 때, 합성온도가 180℃ 이하에서는 반응속도가 매우 느리고 반응이 활발하게 이루어지지 않으며, 240℃ 이상에서는 반응속도는 빠르지만, 열에 의한 산화 및 폴리올과 저 분자량의 산이 증발하여 최종 반응물에 심각한 악 영향이 발생되므로, 합성온도를 180℃ 내지 240℃로 유지하는 것이 적합하다고 기재되어 있다. 여기에서도 반응의 종료 시점은 산가를 측정하여 산가가 2.0 내지 2.5일 때 반응을 종료시켜 95%의 수율로 얻을 수 있다는 기술이 개시되어 있다. In order to solve this problem, Korean Patent Publication No. 10-169565 proposes a method for synthesizing a polyol ester by a reaction without using a catalyst at a high temperature. Specifically, polyhydric alcohols such as oleic acid, isostearic acid, caprylic acid and trimethylolpropane, pentaerythritol, and neopentylglycol which are saturated or unsaturated fatty acids having 6 to 20 carbon atoms are used. The reaction can be carried out at a temperature of 120 to 260 ° C. for 5 to 40 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a yield of 95%. At this time, the reaction temperature is very slow and the reaction is not active actively at the synthesis temperature of 180 ° C. or below, but the reaction rate is fast at the temperature above 240 ° C., but the thermal oxidation and the polyol and the acid of low molecular weight evaporate, causing serious evil to the final reactant. Since an influence occurs, it is described that it is suitable to maintain the synthesis temperature at 180 ° C to 240 ° C. Here again, a technique is disclosed in which the end point of the reaction can be obtained in 95% yield by measuring the acid value to terminate the reaction when the acid value is 2.0 to 2.5.

촉매를 사용하지 않는 합성 방법으로서, 미국특허공보 제6,436,881호는 무촉매 하에서의 지방산과 폴리올의 에스테르반응에 의한 폴리올 에스테르의 제조 방법을 개시하고 있다. 공업용 디-펜타에리트리톨 (디-펜타에리트리톨 약 80wt% 내지 85wt%와, 모노-펜타에리트리톨 약 10wt%와, 트리-테트라 펜타에리트리톨 약10wt%이 함유된 물질)과 헵타논산, 카프릴-카프로산(25wt% 내지 50wt%), 이소노나노익 산(isononanoic acid, 50wt% 내지 75wt%)를 질소 하에서 185℃ 내지 190℃에서 교반한 뒤 230℃로 서서히 온도를 증가시키며 반응시킨다. 이 때, 지방산의 양은 폴리올 양의 5wt% 내지 10wt% 정도 과량이 필요하다. 과량으로 들어간 지방산은 완벽한 반응을 위하여 사용된다. 또한 디-펜타에리트리톨은 공업용으로 사용되었으며, 이러한 반응조건은 반응 혼합물 내의 수산기값(hydroxyl number)이 3.0보다 작아질때까지 지속된다. 반응 종료 후 과량으로 투입된 지방산은 진공 증류(vacuum distillation)에 의하여 제거시키고 나머지의 산은 알칼리로 제거한다. As a synthesis method without using a catalyst, US Patent No. 6,436,881 discloses a process for preparing polyol esters by esterification of fatty acids and polyols under a catalyst. Industrial di-pentaerythritol (a substance containing from about 80 wt% to 85 wt% of di-pentaerythritol, about 10 wt% of mono-pentaerythritol, and about 10 wt% of tri-tetra pentaerythritol), heptanoic acid and capryl -Caproic acid (25 wt% to 50 wt%) and isononanoic acid (isononanoic acid, 50 wt% to 75 wt%) are stirred at 185 ° C. to 190 ° C. under nitrogen and then slowly reacted with increasing temperature to 230 ° C. At this time, the amount of fatty acid is required in excess of about 5wt% to 10wt% of the polyol amount. Fatty acids in excess are used for a complete reaction. Di-pentaerythritol has also been used for industrial purposes, and the reaction conditions persist until the hydroxyl number in the reaction mixture is less than 3.0. After completion of the reaction, the excess fatty acid is removed by vacuum distillation and the remaining acid is removed by alkali.

무촉매 하에서 반응하여 폴리올 에스테르를 제조하는 방법은 산 촉매의 사용을 배제함에 따라 촉매가 잔류하여 까다로운 촉매의 제거 공정을 거치지 않고, 변색되거나 산화되는 문제점을 피할 수 있는 장점이 있지만, 반응온도가 상당히 높고 오랜 반응시간이 요구되어 상용화하기에는 부적합하다. The method for producing a polyol ester by reacting under a catalyst has the advantage of avoiding the problem of discoloration or oxidation without the use of an acid catalyst, which leads to the elimination of acid catalysts, thereby eliminating the need for catalyst removal. It is not suitable for commercialization because it requires high and long reaction time.

폴리올 에스테르를 제조하는 또 하나의 방법인 폴리올과 지방산 알킬 에스테르의 에스테르 교환반응에 의한 합성방법은 아직 상용화되지는 않았지만 폴리올과 지방산의 에스테르반응에 의한 합성방법의 어려운 점을 해결하기 위한 방법으로 연구 되어왔다. Synthesis method by transesterification of polyol and fatty acid alkyl ester, another method of preparing polyol ester, has not been commercialized, but has been studied as a method to solve the difficulty of the synthesis method by ester reaction of polyol and fatty acid. come.

유럽 특허공보 제0,646,638호에는 카르복실 에스테르(carboxylic ester)를 합성하는 방법이 개시되어 있다. 이에 따르면, 펜타에리트리톨 408g (3몰)과 CE1270 메틸 에스테르(C12 75% + C14 25%) 660g (3몰)에 테트라이소프로필 오소티탄산염(tetraisopropyl orthotitanate) 5g을 촉매로 적가하고 반응물을 질소 상태에서 220℃로 가열한다. 이 상태에서 반응은 일어나지 않는다. 반응물을 130℃로 낮춘 뒤 아세트산 250g을 첨가한다. 반응물에 p-톨루엔 황산을 소량 첨가하고 200℃에서 48시간동안 반응시킨 뒤 메탄올 60g을 제거한다. 무수 아세트산을 450g 첨가한 뒤 아세트산/물이 더 이상 방출하지 않을 때까지 150℃에서 교반 시킨다. 나머지 잔여물은 필터링한 후 최종 생성물인 펜에리트리톨 에스테르(pentaerythitol ester)를 얻을 수 있다.EP 0,646,638 discloses a process for the synthesis of carboxylic esters. According to this, 5 g of tetraisopropyl orthotitanate was added dropwise as a catalyst to 408 g (3 moles) of pentaerythritol and 660 g (3 moles) of CE1270 methyl ester (C12 75% + C14 25%), and the reaction was carried out in nitrogen. Heated to 220 ° C. In this state, no reaction occurs. Lower the reaction to 130 ° C. and add 250 g of acetic acid. A small amount of p-toluene sulfuric acid was added to the reaction and reacted at 200 ° C. for 48 hours to remove 60 g of methanol. Add 450 g of acetic anhydride and stir at 150 ° C. until acetic acid / water no longer release. The remaining residue can be filtered to give the final product penaerythitol ester.

미국 특허공보 제5,885,946호는 유채 기름, 대두유, 수지(tallow) 등의 식물성 오일을 알칼리 촉매 하에서 반응시켜 지방산 메틸 에스테르를 만든 뒤 지방산 메틸 에스테르와 네오펜틸폴리올(neopentylpolyol)을 반응시켜 폴리올 에스테르를 합성하는 방법을 개시하고 있다. 구체적으로는, 지방산 메틸 에스테르 0.65몰을 온도계, 냉각기, 교반기, 감압장치가 설치된 삼구 플라스크(three neck flask)에 적가한 뒤 50℃ 내지 110℃로 가열시킨다. 그리고 트리-메틸올프로판 0.19몰을 적가 한다. 촉매로 수산화 나트륨(NaOH, 반응물의 0.1wt% 내지 1.0wt%)을 첨가한 뒤 60 Torr로 반응 진행 동안 계속하여 감압시킨다. 반응온도는 50℃ 내지 110℃로 1시간 내지 7시간 동안 반응시킨 뒤 추가적으로 110℃ 내지 160℃에서 1시간 내지 10시간동안 반응시킨다. 반응이 진행되는 동안 박층 크로마토그래피와 적외선 스펙트럼으로 확인하여 반응 종료를 결정한다. 반응 종료 후에는 수성 산(aqueous acid)으로 세척하고 필터링한 후, 물로 세척하고 무수 황산나트륨으로 건조시켜 반응물을 정제한다. 최종 반응물을 액체 크로마토그래피와 적외선 스펙트럼으로 확인하여 90.5%의 수율을 얻을 수 있다고 개시되어 있다. U.S. Pat. A method is disclosed. Specifically, 0.65 mole of fatty acid methyl ester is added dropwise to a three neck flask equipped with a thermometer, a cooler, a stirrer, and a pressure reducing device, and then heated to 50 ° C to 110 ° C. And 0.19 mol of tri-methylol propanes are added dropwise. Sodium hydroxide (NaOH, 0.1wt% to 1.0wt% of reactant) was added as a catalyst and then reduced to 60 Torr during the progress of the reaction. The reaction temperature is reacted at 50 ° C to 110 ° C for 1 hour to 7 hours and then at 110 ° C to 160 ° C for 1 hour to 10 hours. While the reaction is in progress, it is checked by thin layer chromatography and infrared spectrum to determine the end of the reaction. After completion of the reaction, the mixture was washed with aqueous acid and filtered, washed with water and dried over anhydrous sodium sulfate to purify the reaction. It is disclosed that the final reaction can be confirmed by liquid chromatography and infrared spectrum to yield 90.5% yield.

이와 같이 폴리올과 지방산 알킬 에스테르의 에스테르 교환반응에 의한 폴리올 에스테르의 합성방법은 그 동안 많은 연구가 이루어져 왔지만, 오랜 반응시간과 복잡한 정제과정을 거쳐야 하는 문제점 뿐만 아니라 수율이 낮다는 치명적인 문제점을 극복하지 못하고 있는 실정이다. As such, the synthesis of polyol esters by transesterification of polyols and fatty acid alkyl esters has been studied for a long time, but it does not overcome the fatal problem of low yield as well as long reaction time and complicated purification process. There is a situation.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 순수 지방산, 지방산 알킬 에스테르, 순수 지방산과 지방산 알킬 에스테르의 혼합물 중 어느 하나 이상을 제1반응물질로 하고 폴리올을 제2반응물질로 하여 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나디움(V), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바륨(Ba) 중 어느 하나의 산화물, 탄산화물, 수 산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고체 촉매하에서 이들을 반응시켜 양산성이 뛰어나면서도 고순도의 폴리올 에스테르를 합성하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, and any one or more of pure fatty acids, fatty acid alkyl esters, mixtures of pure fatty acids and fatty acid alkyl esters as the first reaction material and polyol as the second reaction material magnesium ( Mg), zinc (Zn), titanium (Ti), manganese (Mn), vanadium (V), beryllium (Be), copper (Cu), zirconium (Zr), strontium (Sr), tin (Sn), barium ( It is an object of the present invention to provide a method for synthesizing a high-purity polyol ester having excellent mass productivity by reacting them under a solid catalyst consisting of at least one of oxides, carbonates, and hydroxides of any one of Ba).

또한, 본 발명의 다른 목적은 지방산과 폴리올을 에스테르 반응하여 폴리올 에스테르를 제조할 뿐만 아니라, 순수 지방산 또는 지방산 알킬 에스테르 뿐만 아니라 지방산 알킬 에스테르와 순수 지방산의 혼합물에 대해서도 동일한 촉매를 이용하여 폴리올과 에스테르 반응이나 에스테르 교환반응을 통하여 폴리올 에스테르를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is not only to prepare a polyol ester by esterifying a fatty acid and a polyol, but also to react a polyol and an ester using the same catalyst for not only pure fatty acids or fatty acid alkyl esters but also mixtures of fatty acid alkyl esters and pure fatty acids. It is to provide a method for producing a polyol ester through the transesterification reaction.

그리고, 본 발명은 대기 오염이나 수질 오염의 원인이 되는 강산 및 강염기 물질을 촉매로 사용하는 것을 배제하고, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나디움(V), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바륨(Ba) 중 어느 하나의 산화물, 탄산화물, 수산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 친환경적인 금속 촉매로 대체함으로써 순도 95%이상의 고순도 폴리올 에스테르를 제조하는 것을 또 다른 목적으로 한다. In addition, the present invention excludes the use of strong acids and strong bases that cause air pollution and water pollution as catalysts, and includes magnesium (Mg), zinc (Zn), titanium (Ti), manganese (Mn), and vanadium (V). ), An environmentally friendly metal made of at least one of oxides, carbonates, and hydroxides of any one of beryllium (Be), copper (Cu), zirconium (Zr), strontium (Sr), tin (Sn), and barium (Ba) It is another object to produce high purity polyol esters having a purity of at least 95% by replacement with a catalyst.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나디움(V), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바륨(Ba) 중 어느 하나의 산화물, 탄산화물, 수산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고체 상태의 촉매 하에서 순수 지방산 및 지방산 알킬 에스테르 또는 이들의 혼합물과 폴리올의 도2 내지 도4에 나타난 화학 반응을 통해 고순도의 폴리올 에스테르를 제조하는 공정이다. 이 때 사용되는 촉매는 금속 성분의 탄산화물, 수산화물, 산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어진 고체 상태의 촉매이므로, 대기오염이나 수질오염의 원인이 되는 강산 및 강염기 물질을 촉매로 사용하지 않음에 따라 친환경적이며 공해를 유발하지 않는 장점을 갖는다. 여기서, 고체 촉매는 분말 형태로 형성될 수도 있지만 비드(bead)나 펠렛(pellet)과 같은 덩어리 형태로 형성될 수도 있다.The present invention, in order to achieve the object as described above, the present invention, magnesium (Mg), zinc (Zn), titanium (Ti), manganese (Mn), vanadium (V), beryllium (Be), copper (Cu ), Pure fatty acids and fatty acid alkyl esters under a solid catalyst consisting of at least one of oxides, carbonates, and hydroxides of any one of zirconium (Zr), strontium (Sr), tin (Sn), and barium (Ba); Is a process for producing a high purity polyol ester through the chemical reaction shown in Figures 2 to 4 of the mixture and polyol. In this case, the catalyst used is a solid catalyst composed of any one or more of metal carbonate, hydroxide, and oxide, which is environmentally friendly because it does not use strong acids and strong bases, which cause air pollution or water pollution, as catalysts. It has the advantage of not causing pollution. Here, the solid catalyst may be formed in the form of a powder, but may also be formed in the form of agglomerates such as beads or pellets.

이를 공정별로 살펴보면 다음과 같다. The process is as follows.

(1) 제1공정 : 폴리올 에스테르의 생성을 위한 반응 공정 (1) first step: a reaction step for producing a polyol ester

순수 지방산, 지방산 알킬 에스테르, 순수 지방산과 지방산 알킬 에스테르의 혼합물 중 어느 하나 이상으로 이루어진 제1반응물질을 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나디움(V), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바륨(Ba) 중 어느 하나의 산화물, 탄산화물, 수산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고체 촉매 하에서 100℃ 내지 350℃의 온도에서 1 Torr 내지 200Torr의 압력을 유지하며 0.1 시간 내지 10시간동안 제2반응물질인 폴리올과 반응하여 도2 내지 도4에 도시된 화학 반응식에 따라 폴리올 에스테르를 포함하는 생성물을 생성한다.The first reactant consisting of at least one of pure fatty acid, fatty acid alkyl ester and mixture of pure fatty acid and fatty acid alkyl ester is magnesium (Mg), zinc (Zn), titanium (Ti), manganese (Mn), vanadium (V). , 100 under a solid catalyst consisting of at least one of oxides, carbonates, and hydroxides of any one of beryllium (Be), copper (Cu), zirconium (Zr), strontium (Sr), tin (Sn), and barium (Ba) The product containing the polyol ester was reacted with the second reactant polyol for 0.1 hour to 10 hours at a temperature of 1 torr to 200 torr at a temperature of from 1 ° C. to 350 ° C. according to the chemical reaction scheme shown in FIGS. Create

이 때, 상기 촉매는 대기오염이나 수질오염의 원인이 되는 강산 및 강염기 물질을 촉매로 사용하지 않으면서도 지방산 알킬 에스테르와 폴리올을 합성할 수 있게 됨에 따라, 친환경적이며 공해를 유발하지 않는 장점도 갖는다. 또한, 지방산과 지방산 알킬에스테르를 구분하여 반응물질로 넣을 필요가 없이, 이들 성분이 혼재된 것에 대해서도 한꺼번에 폴리올 에스테르를 제조할 수 있게 되므로, 폴리올 에스테르를 제조하는 공정이 매우 단순해지는 효과도 얻게 된다.At this time, the catalyst is capable of synthesizing fatty acid alkyl esters and polyols without the use of strong acids and strong base materials that cause air pollution or water pollution as a catalyst, it is also environmentally friendly and does not cause pollution. In addition, since it is not necessary to separately classify fatty acids and fatty acid alkyl esters as reactants, polyol esters can be prepared at the same time even when these components are mixed, so that the process for producing polyol esters is also very simple.

이 때, 반응 온도는 100~350℃ 범위로 유지된다. 반응 온도가 100℃에 이르지 못하면 폴리올 에스테르의 반응 전환율이 낮아지게 되며, 반응온도가 350℃를 초과할 경우에는 불필요한 높은 온도로 인하여 에너지 소모가 많아지므로 바람직하지 못하다. At this time, the reaction temperature is maintained in the 100 ~ 350 ℃ range. If the reaction temperature does not reach 100 ° C, the reaction conversion rate of the polyol ester is lowered, and if the reaction temperature exceeds 350 ° C, energy consumption increases due to unnecessary high temperature, which is not preferable.

그리고, 반응기의 감압상태는 반응 중 생성되는 수분이나 알코올의 빠른 제거를 통해 반응 속도를 증가시키기 위하여 1Torr 내지 200Torr를 유지하면서 반응시킨다. 반응 중에 생성되는 알코올은 지방산 알킬 에스테르의 종류에 따라 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등이 생성되며 지방산이 포함되었을 경우 물이 생성된다. 압력이 감소할수록 보다 높은 전환율을 얻을 수 있으나 너무 낮은 압력은 공정비용을 증가시키므로 압력은 높은 전환율을 얻는 한도내에서 필요한 최소한으로 정하는 것이 좋다. In addition, the reduced pressure of the reactor is reacted while maintaining 1 Torr to 200 Torr to increase the reaction rate through the rapid removal of water or alcohol generated during the reaction. The alcohol produced during the reaction produces methanol, ethanol, propanol, butanol, etc., depending on the type of fatty acid alkyl ester. As the pressure decreases, a higher conversion can be achieved, but too low pressure increases the process cost, so it is better to set the pressure to the minimum required within the limit of obtaining high conversion.

그리고, 상기 제1반응물질과 제2반응물질의 반응시간은 0.1시간 내지 10시간이 소요된다. 반응시간이 증가할수록 보다 높은 전환율을 얻을 수 있지만, 0.1시간보다 반응시간이 짧은 경우에는 충분한 반응이 이루어지지 않으며, 10시간보다 반응 시간이 길면 충분한 전환이 이루어진 상태이므로 불필요하다. 즉, 본 발명은, 종래 기술에 비하여 상대적으로 짧은 시간 동안에 상기 제1반응물질과 폴리올을 합성하여 95%이상의 높은 순도를 갖는 폴리올 에스테르를 제조할 수 있게 되므로, 상용화에 매우 적합해지는 장점을 갖는다. In addition, the reaction time of the first reactant and the second reactant takes 0.1 hours to 10 hours. As the reaction time increases, a higher conversion can be obtained, but when the reaction time is shorter than 0.1 hour, sufficient reaction does not occur, and when the reaction time is longer than 10 hours, it is unnecessary because a sufficient conversion is made. That is, the present invention, since it is possible to prepare a polyol ester having a high purity of 95% or more by synthesizing the first reactant and the polyol in a relatively short time compared to the prior art, it has the advantage of being very suitable for commercialization.

이 때, 위 반응에 사용되는 고체 상태의 촉매는 제1반응물질의 0.01wt% 내지 10 wt%의 범위로 사용된다. 이는, 고체 촉매의 양이 0.01wt%보다 적은 경우에는 폴리올 에스테르의 반응 전환율이 낮아지게 되며, 10wt%를 초과하는 경우에는 반응 이후에 촉매 제거를 위한 에너지 소모가 과도해지기 때문이다. At this time, the solid catalyst used in the above reaction is used in the range of 0.01wt% to 10wt% of the first reactant. This is because when the amount of the solid catalyst is less than 0.01wt%, the reaction conversion rate of the polyol ester is lowered, and when it exceeds 10wt%, energy consumption for the catalyst removal after the reaction is excessive.

그리고, 위 반응에서 사용되는 지방산 및 지방산 알킬 에스테르의 양은 반응성을 높이기 위한 조절 요소의 하나이다. 순수 지방산 및 지방산 알킬 에스테르 또는 이 두가지를 포함하는 혼합물과 폴리올 함량의 당량비는 1:1~10:1로 사용되는 것이 바람직하다. 사용되는 지방산 및 지방산 알킬 에스테르의 양이 1당량에 이르지 못하는 경우에는 폴리올 에스테르의 반응 전환율이 낮아지게 되며, 10당량을 넘어갈 경우에는 반응 이후에 지방산 및 지방산 알킬 에스테르의 분리를 위한 에너지 소모가 많아지므로 바람직하지 못하다. In addition, the amount of fatty acid and fatty acid alkyl ester used in the above reaction is one of the regulatory elements to increase the reactivity. The equivalent ratio of pure fatty acids and fatty acid alkyl esters or mixtures containing both and polyol content is preferably used in the range of 1: 1 to 10: 1. If the amount of the fatty acid and fatty acid alkyl ester used is less than 1 equivalent, the reaction conversion rate of the polyol ester is lowered. If it exceeds 10 equivalents, the energy consumption for the separation of the fatty acid and fatty acid alkyl ester is increased after the reaction. Not desirable

상기 폴리올은 네오펜틸폴리올(neopentylpolyol)계인 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 디-펜타에리트리톨(dipentaerythritol), 트리-메틸올프로판(trimethylolpropane)과, 네오펜틸글리콜(neopentylglycol), 폴레에틸린 글리콜(polyethylene glycol), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 글리세 린(glycerin), 폴리글리세린(polyglycerin), 소르비톨(sorbitol), 자일리톨(xylitol), 자당(sucrose) 중 어느 하나 또는 2가지 이상의 조합을 가진 폴리올을 사용한다. The polyol is neopentyl polyol (neopentylpolyol) -based pentaerythritol (pentaerythritol), di-pentaerythritol (dipentaerythritol), tri-methylol propane (trimethylolpropane), neopentyl glycol (neopentylglycol), polyethylene glycol (polyethylene glycol ), Polypropylene glycol, glycerin, polyglycerin, sorbitol, xylitol, sucrose, or any combination of two or more polyols. .

그리고, 상기 제1반응물질 중 하나인 지방산 알킬 에스테르는 지방산을 함유한 동,식물성 유지와 알코올을 에스테르 교환반응에 의해 생성된 C4 내지 C24의 포화 및 불포화 지방산 알킬 에스테르로 사용된다. 이 때, 상기 동,식물성 유지는 대두유, 유채유, 팜유, 해바라기유, 옥수수유, 면실유, 피마자유, 자트로파유, 코코넛유, 팜핵유, 어유, 우지, 돈지 및 이들의 폐식용유와 이들 중 두 가지 이상 조합된 혼합 유지로 적용된다. 그리고, 상기 알코올은 탄소수 1 내지 4인 저급 알코올인 메탄올, 에탄올, 프로판올이나 부탄올 등 중 어느 하나의 알코올이나 이들 2가지 이상의 조합인 알코올이 적용된다. 상기 제1반응물질 중 하나인 C4 내지 C24의 지방산 알킬 에스테르로서 butyric alkyl ester (C4:0), caproic alkyl ester (C6:0), caprylic alkyl ester (C8:0), capric alkyl ester (C10:0), lauric alkyl ester (C12:0), myristic alkyl ester (C14:0), myristoleic alkyl ester (C14:1), pentadecanoic alkyl ester (C15:0), palmitic alkyl ester (C16:0), palmitoleic alkyl ester (C16:1), margaric alkyl ester (C17:0), margaroleic alkyl ester (C17:1), stearic alkyl ester (C18:0), oleic alkyl ester (C18:1), linoleic alkyl ester (C18:2), linolenic alkyl ester (C18:3), ricinoleic alkyl ester (C18:1-OH), arachidic alkyl ester (C20:0), gadoleic alkyl ester (C20:1), elcosadienoic alkyl ester (C20:2), behenic alkyl ester (C22:0), erucic alkyl ester (C22:1), lignoceric alkyl ester (C24:0)가 사용될 수 있다.In addition, the fatty acid alkyl ester, which is one of the first reactants, is used as a saturated and unsaturated fatty acid alkyl ester of C4 to C24 produced by transesterification of copper, vegetable oil and alcohol containing fatty acids. At this time, the copper and vegetable oils are soybean oil, rapeseed oil, palm oil, sunflower oil, corn oil, cottonseed oil, castor oil, jatropha oil, coconut oil, palm kernel oil, fish oil, tallow, lard and waste oil and two of them. The above is applied to the combined fat and oil. The alcohol is any one of methanol, ethanol, propanol, butanol, and the like, which is a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, or an alcohol of a combination of two or more thereof. One of the first reactants, C4 to C24 fatty acid alkyl esters, butyric alkyl ester (C4: 0), caproic alkyl ester (C6: 0), caprylic alkyl ester (C8: 0), capric alkyl ester (C10: 0 ), lauric alkyl ester (C12: 0), myristic alkyl ester (C14: 0), myristoleic alkyl ester (C14: 1), pentadecanoic alkyl ester (C15: 0), palmitic alkyl ester (C16: 0), palmitoleic alkyl ester (C16: 1), margaric alkyl ester (C17: 0), margaroleic alkyl ester (C17: 1), stearic alkyl ester (C18: 0), oleic alkyl ester (C18: 1), linoleic alkyl ester (C18: 2) , linolenic alkyl ester (C18: 3), ricinoleic alkyl ester (C18: 1-OH), arachidic alkyl ester (C20: 0), gadoleic alkyl ester (C20: 1), elcosadienoic alkyl ester (C20: 2), behenic alkyl Ester (C22: 0), erucic alkyl ester (C22: 1) and lignoceric alkyl ester (C24: 0) can be used.

또한, 상기 제1반응물질이 될 수 있는 지방산은 지방산 알킬 에스테르와 유사한 C4 내지 C24의 포화 및 불포화 지방산이 사용된다.In addition, as the fatty acid which may be the first reactant, C4 to C24 saturated and unsaturated fatty acids similar to fatty acid alkyl esters are used.

(2) 제2공정 : 과량의 지방산 또는 과량의 지방산 알킬 에스테르의 제거 공정(2) Second step: removing excess fatty acid or excess fatty acid alkyl ester

상기 제1공정에서 수득한 생성물로부터 반응성을 높이기 위하여 과량으로 투입된 지방산 또는 지방산 알킬 에스테르를 제거하는 공정이다. 제거 방법은 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 당업계에서 수행되어지는 통상의 증류 방법, 예를 들어 단증류, 감압증류, 분별증류, 박막증류기를 이용한 증류 등이 사용될 수 있다.It is a step of removing excess fatty acid or fatty acid alkyl ester from the product obtained in the first step to increase the reactivity. The removal method may be in various forms, and conventional distillation methods performed in the art, for example, distillation using a single distillation, vacuum distillation, fractional distillation, thin film distillation, and the like may be used.

다만, 이 공정은 폴리올 에스테르에 지방산 또는 지방산 알킬에스테르가 일부 포함되어도 무방한 윤활유로 사용되는 경우에는 생략가능하다.However, this process can be omitted when the polyol ester is used as a lubricating oil that may contain some fatty acid or fatty acid alkyl ester.

(3) 제2공정을 거친 생성물로부터의 고체 촉매의 제거 공정(3) removing the solid catalyst from the product after the second step

제2공정에서 수득한 생성물로부터 고체 촉매를 제거하는 공정이다. 제1공정에 투입된 촉매는 고체 상태를 유지하므로, 단순필터, 감압필터, 가압필터와 같은 필터링 방법에 의해 행해질 수 있다. 여기서, 고체 촉매는 비드(bead)나 펠렛(pellet)과 같은 덩어리 형태로 형성될 수도 있지만 분말 형태로 형성될 수 있다. 분말 형태로 형성되더라도 제2공정을 거친 생성물 내에는 고체 분말 촉매가 비균질 상태로 유지되므로, 필터링 방법에 의해 쉽게 분리할 수 있다. 마찬가지로, 다만, 이 공정도 역시 폴리올 에스테르에 촉매 등이 일부 포함되어도 무방한 윤활유로 사용되는 경우에는 생략가능하다.It is a process of removing a solid catalyst from the product obtained by the 2nd process. Since the catalyst introduced into the first process maintains a solid state, it may be performed by a filtering method such as a simple filter, a pressure reducing filter, or a pressure filter. Here, the solid catalyst may be formed in the form of agglomerates such as beads or pellets, but may be formed in powder form. Even if it is formed in powder form, the solid powder catalyst remains in a heterogeneous state in the product which has passed through the second process, and can be easily separated by a filtering method. Similarly, however, this process can also be omitted if the polyol ester is used as a lubricating oil that may contain some catalyst or the like.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 순수 지방산, 지방산 알킬 에스테르, 순수 지방산과 지방산 알킬 에스테르의 혼합물 중 어느 하나 이상으로 이루어진 제1반응물질을 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나디움(V), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바륨(Ba) 중 어느 하나의 산화물, 탄산화물, 수산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고체 촉매 하에서 100℃ 내지 350℃의 온도에서 1 Torr 내지 200Torr의 압력을 유지하며 0.1 시간 내지 10시간동안 제2반응물질인 폴리올과 반응하여 폴리올 에스테르를 포함하는 생성물을 생성하는 단계와; 상기 생성물로부터 지방산 또는 지방산 알킬 에스테르를 제거하는 단계와; 상기 생성물로부터 상기 고체 촉매를 제거하는 단계를; 포함하여 구성되어, 상기 제1반응물질과 상기 제2반응물질의 에스테르 교환 반응이나 에스테르 반응을 통하여 짧은 시간의 반응만으로도 고순도의 폴리올 에스테르를 얻을 수 있어서 상용화가 용이해지는 제조 방법을 제공한다.As described above, the present invention, the first reaction material consisting of at least one of pure fatty acid, fatty acid alkyl ester, a mixture of pure fatty acid and fatty acid alkyl ester, magnesium (Mg), zinc (Zn), titanium (Ti) , Oxide of manganese (Mn), vanadium (V), beryllium (Be), copper (Cu), zirconium (Zr), strontium (Sr), tin (Sn), barium (Ba), carbonate, hydroxide Under a solid catalyst consisting of any one or more of which is maintained at a pressure of 1 Torr to 200 Torr at a temperature of 100 ℃ to 350 ℃ for 0.1 hour to 10 hours to react with the polyol which is a second reactant to produce a product comprising a polyol ester Steps; Removing fatty acids or fatty acid alkyl esters from the product; Removing the solid catalyst from the product; It is configured to include, it is possible to obtain a high-purity polyol ester through a short time reaction through the transesterification reaction or the ester reaction of the first reactant and the second reactant to provide a production method that is easy to commercialize.

다시 말하면, 본 발명은 지방산과 폴리올을 합성하여 폴리올 에스테르를 고순도로 제조할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 지방산 알킬 에스테르와 폴리올을 합성하여 폴리올 에스테르를 고순도로 제조할 수 있고, 동시에 지방산과 지방산 알킬 에스테르가 혼합된 물질과 폴리올을, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 망 간(Mn), 바나디움(V), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바륨(Ba) 중 어느 하나의 산화물, 탄산화물, 수산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고체 촉매로 단일화하여 합성할 수 있도록 하여, 폴리올 에스테르의 합성 공정이 단순해지는 장점을 갖는다. In other words, the present invention not only enables the synthesis of fatty acids and polyols to produce polyol esters with high purity, but also the synthesis of fatty acid alkyl esters and polyols to produce polyol esters with high purity. The mixed material and the polyol are magnesium (Mg), zinc (Zn), titanium (Ti), manganese (Mn), vanadium (V), beryllium (Be), copper (Cu), zirconium (Zr), strontium ( Sr), tin (Sn), barium (Ba) can be synthesized by a single solid catalyst composed of any one of oxides, carbonates, hydroxides of any one or more of the above, has the advantage of simplifying the synthesis process of polyol esters .

또한, 본 발명은 종래에 제시된 생성물에 녹아섞이는 균질 촉매가 아니라 생성물에 녹아 섞이지 않는 비균질 촉매로 활용할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 본 발명에서 사용된 고체 촉매는 종래와 달리 대기 오염이나 수질 오염의 원인이 되는 강산 및 강염기 물질을 사용하지 않음으로써 친환경적으로 폴리올 에스테르를 제조할 수 있도록 한다. In addition, the present invention not only can be utilized as a homogeneous catalyst that is not dissolved in the product but also as a homogeneous catalyst that is dissolved in a conventionally presented product, and the solid catalyst used in the present invention is unlikely to cause air pollution or water pollution. By using no strong acid and strong base material it is possible to manufacture the polyol esters environmentally friendly.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail to avoid obscuring the subject matter of the present invention.

실시예 1: 표준 반응 조건Example 1: Standard Reaction Conditions

도1에 도시된 반응기(1)를 이용하여 지방산 메틸 에스테르를 제1반응물질로 하고 폴리올인 펜타에리트리톨(pentaerythritol)을 제2반응물질로 하여 도2에 나타난 화학반응식에 따라 고순도의 폴리올 에스테르를 제조하였다. 여기서, 제1반응물질인 지방산 메틸 에스테르는 대두유와 메탄올로 합성된 것을 사용하였다. 구체적 으로는, 도1에 도시된 1L 반응기(1) 내부에 유로(31)를 통하여 금속 산화물인 고체 분말 촉매로 MgO 5.1g를 넣은 뒤, 유로(32)를 통해 펜타에리트리톨(분자량 136.15g/mol) 50g을 반응기(1)에 투입하고, 유로(33)를 통해 산가 1(지방산 0.5% 포함)의 지방산 메틸 에스테르(평균분자량 290g/mol) 511.2g을 자켓반응기(1)을 넣고 교반기(11)로 잘 섞어준 후에, 히터(22)로 내부 온도를 200℃로 세팅하여 가열하였다. 그리고, 반응기(1)에 건식 진공펌프(21)를 연결하여 10 Torr로 세팅하여 하여 감압하며 2시간 동안 반응을 지속하였다. 반응 종료 후에는 과량으로 투입된 지방산 메틸 에스테르를 감압 증류하여 제거하고, 비균질 상태인 분말 촉매를 감압 필터로 필터링하여 제거하여 폴리올 에스테르를 얻었다. 폴리올 에스테르 생성물은 액체 크로마토그래피인 IATROSCAN으로 분석하였으며 순도 및 전환율을 표시하였다. 분석 결과는 표 1과 같다. A high-purity polyol ester was prepared according to the chemical reaction shown in FIG. 2 using fatty acid methyl ester as a first reactant and polyol pentaerythritol as a second reactant using the reactor 1 shown in FIG. Prepared. Here, the fatty acid methyl ester as the first reactant was synthesized from soybean oil and methanol. Specifically, 5.1 g of MgO is introduced into the 1L reactor 1 shown in FIG. 1 through a flow path 31 as a solid powder catalyst, which is a metal oxide, and then pentaerythritol (molecular weight 136.15 g /) through the flow path 32. mol) 50 g was introduced into the reactor 1, 511.2 g of a fatty acid methyl ester (average molecular weight 290 g / mol) having an acid value 1 (including 0.5% fatty acid) was introduced through a flow passage 33 into a jacket reactor 1, followed by an agitator (11). After mixing well), the heater 22 was heated to an internal temperature of 200 ° C. Then, the dry vacuum pump 21 was connected to the reactor 1, set at 10 Torr, and the reaction was continued for 2 hours under reduced pressure. After the completion of the reaction, the excess fatty acid methyl ester was removed by distillation under reduced pressure, and the non-homogeneous powder catalyst was filtered off using a reduced pressure filter to obtain a polyol ester. The polyol ester product was analyzed by liquid chromatography IATROSCAN and indicated purity and conversion. The analysis results are shown in Table 1.



실시예


Example


반응온도
(℃)


Reaction temperature
(℃)


반응압력
(Torr)


Reaction pressure
(Torr)

지방산
메틸
에스테르
양(g)

fatty acid
methyl
ester
Volume (g)
순 도 (중량%)
Purity (% by weight)


전환율
(%)


Conversion rate
(%)
테트라-
에스테르
(폴리올
에스테르)
Tetra-
ester
(Polyol
ester)
트리-
에스테르
tree-
ester
디-
에스테르
D-
ester
모노-
에스테르
Mono
ester
1-11-1 200200 1010 511.2511.2 98.298.2 1.41.4 0.40.4 00 99.599.5

표 1에 나타난 바와 같이, 제1반응물질(지방산 알킬 에스테르 등)과 제2반응물질(폴리올)의 함량의 당량비를 1:1 내지 10:1인 상태에서 100℃ 내지 350℃의 온도 범위와 1 Torr 내지 200Torr의 감압 범위를 유지하면서 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나디움(V), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바륨(Ba) 중 어느 하나의 산화물, 탄산화물, 수산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고체 촉매 하에서 0.1 시간 내지 10시간동안 반응을 행한 경우에, 반응에 의하여 생성된 폴리올 에스테르의 순도는 98%이상이며, 전환율도 99%이상임을 확인하였다. As shown in Table 1, the equivalent ratio of the content of the first reactant (fatty acid alkyl ester) and the second reactant (polyol) is 1: 1 to 10: 1, and the temperature range is 100 ° C to 350 ° C. Magnesium (Mg), zinc (Zn), titanium (Ti), manganese (Mn), vanadium (V), beryllium (Be), copper (Cu), zirconium (Zr), strontium while maintaining a reduced pressure range of Torr to 200 Torr Polyol produced by the reaction when the reaction is carried out for 0.1 to 10 hours under a solid catalyst comprising any one of oxides, carbonates, and hydroxides of any one of (Sr), tin (Sn), and barium (Ba) It was confirmed that the purity of the ester is more than 98%, the conversion is also more than 99%.

비교실시예 1 : 낮은 온도에서 폴리올 에스테르 제조Comparative Example 1 Preparation of Polyol Ester at Low Temperature

실시예 1과 마찬가지로, 도1에 도시된 반응기(1)를 이용하여 대두유와 메탄올로 합성되어 제조된 지방산 메틸 에스테르를 제1반응물질로 하고 폴리올인 펜타에리트리톨(pentaerythritol)을 제2반응물질로 하여 도2에 나타난 화학반응식에 따라 고순도의 폴리올 에스테르를 제조하였다. 다만, 반응 온도를 200℃가 아니라 80℃로 세팅하여 반응시켰다. As in Example 1, a fatty acid methyl ester prepared by synthesizing soybean oil and methanol using the reactor 1 shown in FIG. 1 is used as a first reactant, and pentaerythritol, a polyol, is used as a second reactant. To prepare a high purity polyol ester according to the chemical reaction shown in FIG. However, the reaction temperature was set not to 200 ° C but to 80 ° C to react.

즉, 도1에 도시된 1L 반응기(1) 내부에 유로(31)를 통하여 금속 산화물인 분말 촉매로 MgO 5.1g를 넣은 뒤, 유로(32)를 통해 펜타에리트리톨(분자량 136.15g/mol) 50g을 반응기(1)에 투입하고, 유로(33)를 통해 산가 1(지방산 0.5% 포함)의 지방산 메틸 에스테르(평균분자량 290g/mol) 511.2g을 자켓반응기(1)을 넣고 교반기(11)로 잘 섞어준 후에, 히터(22)로 내부 온도를 200℃로 세팅하여 가열하였다. 그리고, 반응기(1)에 건식 진공펌프(21)를 연결하여 10 Torr로 세팅하여 하여 감압하며 2시간 동안 반응을 지속하였다. 반응 종료 후에는 과량으로 투입된 지방산 메틸 에스테르를 감압 증류하여 제거하고, 분말 촉매를 감압 필터로 필터링하여 제거하여 폴리올 에스테르를 얻었다. 폴리올 에스테르 생성물은 액체 크로마토그래피인 IATROSCAN으로 분석하였으며 순도 및 전환율을 표시하였다. 분석 결과는 표 2와 같다. That is, after putting MgO 5.1g into the powder catalyst of metal oxide through the flow path 31 inside the 1L reactor 1 shown in FIG. 1, 50 g of pentaerythritol (molecular weight 136.15 g / mol) through the flow path 32. Was introduced into the reactor (1), 511.2 g of fatty acid methyl ester (average molecular weight 290 g / mol) of acid value 1 (containing 0.5% fatty acid) was introduced into the reactor 1 through the reactor 33, and the well was stirred with the stirrer 11. After the mixing, the heater 22 was heated to set the internal temperature at 200 ° C. Then, the dry vacuum pump 21 was connected to the reactor 1, set at 10 Torr, and the reaction was continued for 2 hours under reduced pressure. After completion of the reaction, the excess fatty acid methyl ester was removed by distillation under reduced pressure, and the powder catalyst was filtered off with a reduced pressure filter to obtain a polyol ester. The polyol ester product was analyzed by liquid chromatography IATROSCAN and indicated purity and conversion. The analysis results are shown in Table 2.


비교
실시예

compare
Example


반응온도
(℃)


Reaction temperature
(℃)


반응압력
(Torr)


Reaction pressure
(Torr)

지방산
메틸
에스테르
양(g)

fatty acid
methyl
ester
Volume (g)
순 도 (중량%)
Purity (% by weight)


전환율
(%)


Conversion rate
(%)
테트라-
에스테르
(폴리올
에스테르)
Tetra-
ester
(Polyol
ester)
트리-
에스테르
tree-
ester
디-
에스테르
D-
ester
모노-
에스테르
Mono
ester
1-11-1 8080 1010 511.2511.2 42.342.3 26.226.2 15.815.8 15.715.7 73.873.8

표 2에 나타난 바와 같이, 제1반응물질과 제2반응물질의 함량의 당량비 및 감압 범위를 적절하게 유지하더라도 반응 온도를 100℃보다 낮은 80℃로 세팅하는 경우에는, 펜타에리트리톨과 지방산 메틸 에스테르의 반응에 의하여 제조되는 폴리올 에스테르의 순도는 42.3%에 불과하며 전환율도 73.8%로 반응성이 좋지 않다는 사실을 확인하였다. As shown in Table 2, the pentaerythritol and fatty acid methyl ester when the reaction temperature is set to 80 ° C. lower than 100 ° C. even if the equivalence ratio and the reduced pressure range of the contents of the first and second reactants are properly maintained. The purity of the polyol ester prepared by the reaction was only 42.3% and the conversion was 73.8%, and it was confirmed that the reactivity was not good.

비교실시예 2 : 높은 감압 상태에서의 폴리올 에스테르 제조Comparative Example 2 Preparation of Polyol Ester under High Pressure

실시예 1과 마찬가지로, 도1에 도시된 반응기(1)를 이용하여 대두유와 메탄올로 합성되어 제조된 지방산 메틸 에스테르를 제1반응물질로 하고 폴리올인 펜타에리트리톨(pentaerythritol)을 제2반응물질로 하여 도2에 나타난 화학반응식에 따라 고순도의 폴리올 에스테르를 제조하였다. 다만, 반응 압력을 10 Torr가 아니라 400 Torr로 세팅하여 반응시켰다. As in Example 1, a fatty acid methyl ester prepared by synthesizing soybean oil and methanol using the reactor 1 shown in FIG. 1 is used as a first reactant, and pentaerythritol, a polyol, is used as a second reactant. To prepare a high purity polyol ester according to the chemical reaction shown in FIG. However, the reaction pressure was set to 400 Torr instead of 10 Torr to react.

즉, 도1에 도시된 1L 반응기(1) 내부에 유로(31)를 통하여 금속 산화물인 분말 촉매로 MgO 5.1g을 넣은 뒤, 유로(32)를 통해 펜타에리트리톨(분자량 136.15g/mol) 50g을 반응기(1)에 투입하고, 유로(33)를 통해 산가 1(지방산 0.5% 포함)의 지방산 메틸 에스테르(평균분자량 290g/mol) 511.2g을 자켓반응기(1)을 넣고 교반기(11)로 잘 섞어준 후에, 히터(22)로 내부 온도를 200℃로 세팅하여 가열하였다. 그리고, 반응기(1)에 건식 진공펌프(21)를 연결하여 400 Torr로 세팅하여 하여 감압하며 2시간 동안 반응을 지속하였다. 반응 종료 후에는 과량으로 투입된 지방산 메틸 에스테르를 감압 증류하여 제거하고, 분말 촉매를 감압 필터로 필터링하여 제거하여 폴리올 에스테르를 얻었다. 폴리올 에스테르 생성물은 액체 크로마토그래피인 IATROSCAN으로 분석하였으며 순도 및 전환율을 표시하였다. 분석 결과는 표 3과 같다. That is, after putting MgO 5.1g into the powder catalyst as a metal oxide through the flow path 31 inside the 1L reactor 1 shown in FIG. 1, 50 g of pentaerythritol (molecular weight 136.15 g / mol) through the flow path 32. Was introduced into the reactor (1), 511.2 g of fatty acid methyl ester (average molecular weight 290 g / mol) of acid value 1 (containing 0.5% fatty acid) was introduced into the reactor 1 through the reactor 33, and the well was stirred with the stirrer 11. After the mixing, the heater 22 was heated to set the internal temperature at 200 ° C. Then, the dry vacuum pump 21 was connected to the reactor 1, set at 400 Torr, and the reaction was continued for 2 hours under reduced pressure. After completion of the reaction, the excess fatty acid methyl ester was removed by distillation under reduced pressure, and the powder catalyst was filtered off with a reduced pressure filter to obtain a polyol ester. The polyol ester product was analyzed by liquid chromatography IATROSCAN and indicated purity and conversion. The analysis results are shown in Table 3.


비교
실시예

compare
Example


반응온도
(℃)


Reaction temperature
(℃)


반응압력
(Torr)


Reaction pressure
(Torr)

지방산
메틸
에스테르
양(g)

fatty acid
methyl
ester
Volume (g)
순 도 (중량%)
Purity (% by weight)


전환율
(%)


Conversion rate
(%)
테트라-
에스테르
(폴리올
에스테르)
Tetra-
ester
(Polyol
ester)
트리-
에스테르
tree-
ester
디-
에스테르
D-
ester
모노-
에스테르
Mono
ester
2-12-1 200200 400400 511.2511.2 57.357.3 19.219.2 10.410.4 13.113.1 80.280.2

표 3에 나타난 바와 같이, 제1반응물질과 제2반응물질의 함량의 당량비 및 온도 범위 등을 적절하게 유지하더라도 반응 압력을 200Torr보다 낮은 400 Torr 로 세팅하여 감압하는 경우에는, 펜타에리트리톨과 지방산 메틸 에스테르의 반응에 의하여 제조되는 폴리올 에스테르의 순도는 57.3%에 불과하며 전환율도 80.2%로 반응성이 좋지 않다는 사실을 확인하였다. As shown in Table 3, pentaerythritol and fatty acid may be reduced when the reaction pressure is set to 400 Torr lower than 200 Torr even if the equivalence ratio and temperature range of the content of the first reactant and the second reactant are properly maintained. The purity of the polyol ester prepared by the reaction of the methyl ester is only 57.3% and the conversion was also confirmed that the reactivity was not good at 80.2%.

실시예 2: 다양한 종류의 촉매의 투여Example 2 Administration of Various Kinds of Catalysts

도1에 도시된 반응기(1)에서 다양한 종류의 촉매를 이용하여 지방산 메틸 에스테르를 제1반응물질로 하고 폴리올을 제2반응물질로 하여 도2에 나타난 화학반응식에 따라 고순도의 폴리올 에스테르를 제조하였다. 여기서, 제1반응물질인 지방산 메틸 에스테르는 대두유와 메탄올로 합성된 것을 사용하였다. 구체적으로는, 도1에 도시된 1L 반응기(1) 내부에 유로(31)를 통하여 다양한 종류의 촉매를 넣은 뒤, 유로(32)를 통해 펜타에리트리톨(분자량 136.15g/mol) 50g을 반응기(1)에 투입하고, 유로(33)를 통해 산가 50(지방산 25% 포함)의 지방산 메틸 에스테르(평균분자량 290g/mol) 511.2g을 자켓반응기(1)을 넣고 교반기(11)로 잘 섞어준 후에, 히터(22)로 내부 온도를 200℃로 세팅하여 가열하였다. 그리고, 반응기(1)에 건식 진공펌프(21)를 연결하여 10 Torr로 세팅하여 하여 감압하며 2시간 동안 반응을 지속하였다. 반응 종료 후에는 과량으로 투입된 지방산 메틸 에스테르를 감압 증류하여 제거하고, 분말 촉매를 감압 필터로 필터링하여 제거하여 폴리올 에스테르를 얻었다. 폴리올 에스테르 생성물은 액체 크로마토그래피인 IATROSCAN으로 분석하였으며 순도 및 전환율을 표시하였다. 분석 결과는 표 4와 같다. In the reactor (1) shown in FIG. 1, polyol esters of high purity were prepared according to the chemical reaction shown in FIG. 2 using fatty acid methyl ester as a first reactant and polyol as a second reactant using various kinds of catalysts. . Here, the fatty acid methyl ester as the first reactant was synthesized from soybean oil and methanol. Specifically, after putting various kinds of catalyst into the 1L reactor 1 shown in Figure 1 through the flow path 31, 50g of pentaerythritol (molecular weight 136.15g / mol) through the flow path 32 to the reactor ( 1), 511.2 g of fatty acid methyl ester (average molecular weight 290 g / mol) having an acid value of 50 (including 25% of fatty acids) was added to the jacket reactor (1) and mixed well with the stirrer (11) through the flow path 33. The heater 22 was used to heat the internal temperature at 200 ° C. Then, the dry vacuum pump 21 was connected to the reactor 1, set at 10 Torr, and the reaction was continued for 2 hours under reduced pressure. After completion of the reaction, the excess fatty acid methyl ester was removed by distillation under reduced pressure, and the powder catalyst was filtered off with a reduced pressure filter to obtain a polyol ester. The polyol ester product was analyzed by liquid chromatography IATROSCAN and indicated purity and conversion. The analysis results are shown in Table 4.



실시예


Example


사용 촉매


Used catalyst
순 도 (중량%)
Purity (% by weight)


전환율
(%)


Conversion rate
(%)
테트라-
에스테르
(폴리올에스
테르)
Tetra-
ester
(Polyols
Ter)
트리-
에스테르
tree-
ester
디-에스테르Di-ester 모노-
에스테르
Mono
ester
2-12-1 Mg(OH)2
5.1g
Mg (OH) 2
5.1 g
99.299.2 0.60.6 0.20.2 00 99.899.8
2-22-2 CaO 5.1gCaO 5.1g 98.998.9 1.11.1 00 00 99.799.7 2-32-3 CaCO3 4.5gCaCO3 4.5g 97.297.2 1.71.7 0.90.9 0.20.2 99.099.0 2-42-4 TiO2 5.1gTiO2 5.1g 96.396.3 2.02.0 1.41.4 0.30.3 98.698.6 2-52-5 CuO 3.7gCuO 3.7g 96.796.7 2.62.6 0.50.5 0.20.2 99.099.0 2-62-6 ZrO 3.7gZrO 3.7g 97.197.1 2.52.5 0.30.3 0.10.1 99.299.2

표 4에 나타난 바와 같이, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나디움(V), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바륨(Ba) 중 어느 하나의 산화물, 탄산화물, 수산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고체 촉매를 적용하여 반응기(1)의 온도 범위와 감압 범위 등을 적절히 유지하면서, 제1반응물질인 지방산 메틸 에스테르와 제2반응물질인 폴리올을 반응시켜 제조되는 폴리올 에스테르는 그 순도가 96% 이상의 높은 순도로 얻어지며, 전환율도 역시 98% 이상으로 높게 확인되었다. As shown in Table 4, magnesium (Mg), zinc (Zn), titanium (Ti), manganese (Mn), vanadium (V), beryllium (Be), copper (Cu), zirconium (Zr), strontium (Sr ), Tin (Sn), barium (Ba) by applying a solid catalyst consisting of at least one of any one of oxides, carbonates, hydroxides, while maintaining the temperature range and the reduced pressure range of the reactor 1, etc. The polyol ester prepared by reacting a fatty acid methyl ester as a reactant with a polyol as a second reactant has a high purity of 96% or more, and a conversion rate of 98% or more.

실시예 3: 다양한 종류의 폴리올과의 반응Example 3: Reaction with Various Kinds of Polyols

도1에 도시된 반응기(1)를 이용하여 지방산 메틸 에스테르를 제1반응물질로 하고 다양한 종류의 폴리올을 제2반응물질로 하여 도2에 나타난 화학반응식에 따라 고순도의 폴리올 에스테르를 제조하였다. 여기서, 제1반응물질인 지방산 메틸 에스테르는 팜유와 메탄올로 합성된 것을 사용하였다. Using a reactor (1) shown in FIG. 1, a high purity polyol ester was prepared according to the chemical reaction formula shown in FIG. 2 using a fatty acid methyl ester as a first reactant and various kinds of polyols as a second reactant. Here, the fatty acid methyl ester as the first reactant was synthesized from palm oil and methanol.

구체적으로는, 도1에 도시된 1L 반응기(1) 내부에 유로(31)를 통하여 금속 산화물인 분말 촉매 MgO 5.1g을 넣은 뒤, 유로(32)를 통해 다양한 종류의 폴리올을 제2반응물질로 하여 반응기(1)에 투입하고, 유로(33)를 통해 산가 100(지방산 50% 포함)의 지방산 메틸 에스테르(평균분자량 290g/mol)를 폴리올의 1.2당량에 해당하는 만큼 자켓반응기(1)을 넣고 교반기(11)로 잘 섞어준 후에, 히터(22)로 내부 온도를 180℃로 세팅하여 가열하였다. 그리고, 반응기(1)에 건식 진공펌프(21)를 연결하여 10 Torr로 세팅하여 하여 감압하며 2시간 동안 반응을 지속하였다. 반응 종료 후에는 과량으로 투입된 지방산 메틸 에스테르를 감압 증류하여 제거하고, 분말 촉매를 감압 필터로 필터링하여 제거하여 폴리올 에스테르를 얻었다. 폴리올 에스테르 생성물은 액체 크로마토그래피인 IATROSCAN으로 분석하였으며 순도 및 전환율을 표시하였다. 분석 결과는 표 5와 같다. Specifically, 5.1g of powder catalyst MgO, which is a metal oxide, is introduced into the 1L reactor 1 shown in FIG. 1 through the flow path 31, and then various kinds of polyols are converted into the second reactant through the flow path 32. Into the reactor (1), and through the flow path (33), the fatty acid methyl ester (average molecular weight 290 g / mol) having an acid value of 100 (including 50% of fatty acids) was added to the jacket reactor (1) corresponding to 1.2 equivalents of the polyol. After mixing well with the stirrer 11, the inside temperature was set to 180 degreeC with the heater 22, and it heated. Then, the dry vacuum pump 21 was connected to the reactor 1, set at 10 Torr, and the reaction was continued for 2 hours under reduced pressure. After completion of the reaction, the excess fatty acid methyl ester was removed by distillation under reduced pressure, and the powder catalyst was filtered off with a reduced pressure filter to obtain a polyol ester. The polyol ester product was analyzed by liquid chromatography IATROSCAN and indicated purity and conversion. The analysis results are shown in Table 5.


실시예

Example

폴리올

Polyol

지방산
알킬 에스테르 양

fatty acid
Alkyl ester amount

순 도 (중량%)

Purity (% by weight)

전환율

Conversion rate
폴리올 에스테르Polyol esters 3-13-1 dipentaerythritol
70g
dipentaerythritol
70 g
560.9g560.9 g 98.298.2 99.199.1
3-23-2 trimethylolpropane
60g
trimethylolpropane
60 g
455.6g455.6 g 97.397.3 98.898.8
3-33-3 neopentylglycol
100g
neopentylglycol
100 g
652.1g652.1 g 99.199.1 99.699.6
3-43-4 polyethylene glycol
400 200g
polyethylene glycol
400 200 g
339.6g339.6g 98.798.7 99.499.4
3-53-5 glycerin 50gglycerin 50g 553.2g553.2 g 98.798.7 98.198.1 3-63-6 sorbitol 50gsorbitol 50g 559.3g559.3 g 95.995.9 97.297.2

표 13에 나타난 바와 같이, 다양한 종류의 폴리올을 제2반응물질로 하여 제1반응물질인 지방산 메틸 에스테르와 도2에 나타난 화학반응식에 따라 반응하여 제조되는 폴리올 에스테르는 그 순도가 95% 이상의 높은 순도로 얻어지며, 전환율도 또한 97% 이상으로 높게 확인되었다. As shown in Table 13, a polyol ester prepared by reacting a fatty acid methyl ester as a first reactant with a polyol of various kinds as a second reactant and a chemical reaction shown in FIG. 2 has a high purity of 95% or more. It was found that the conversion rate was also high as 97% or more.

실시예 4: 순수지방산과 폴리올과의 반응Example 4: Reaction of Pure Fatty Acid with Polyol

도1에 도시된 반응기(1)를 이용하여 순수 지방산을 제1반응물질로 하여 폴리올을 제2반응물질로 하여 도4에 나타난 화학반응식에 따라 고순도의 폴리올 에스테르를 제조하였다. 여기서, 제1반응물질인 순수 지방산은 팜유와 물로 합성된 것을 사용하였다. Using a reactor (1) shown in FIG. 1, a high purity polyol ester was prepared according to the chemical reaction shown in FIG. 4 using pure fatty acid as a first reactant and polyol as a second reactant. Here, the pure fatty acid as the first reactant was synthesized from palm oil and water.

구체적으로는, 도1에 도시된 1L 반응기(1) 내부에 유로(31)를 통하여 금속 산화물인 분말 촉매 MgO 5.1g을 넣은 뒤, 유로(32)를 통해 펜타에리트리톨(분자량 136.15g/mol) 50g을 반응기(1)에 투입하고, 유로(33)를 통해 지방산(평균분자량 268g/mol) 472.4g을 자켓반응기(1)을 넣고 교반기(11)로 잘 섞어준 후에, 히터(22)로 내부 온도를 200℃로 세팅하여 가열하였다. 그리고, 반응기(1)에 건식 진공펌프(21)를 연결하여 20 Torr로 세팅하여 하여 감압하며 2시간 동안 반응을 지속하였다. 반응 종료 후에는 과량으로 투입된 지방산을 감압 증류하여 제거하고, 분말 촉매를 감압 필터로 필터링하여 제거하여 폴리올 에스테르를 얻었다. 폴리올 에스테르 생성물은 액체 크로마토그래피인 IATROSCAN으로 분석하였으며 순도 및 전환율을 표시하였다. 분석 결과는 표 6과 같다. Specifically, 5.1 g of powdered catalyst MgO, which is a metal oxide, is placed in the 1L reactor 1 shown in FIG. 1 through the flow path 31, and then pentaerythritol (molecular weight 136.15 g / mol) through the flow path 32. 50 g was introduced into the reactor 1, 472.4 g of fatty acids (average molecular weight 268 g / mol) were introduced into the reactor 1 through the flow passage 33, mixed well with the stirrer 11, and then inside the heater 22. Heated by setting the temperature to 200 ° C. Then, the dry vacuum pump 21 was connected to the reactor 1, set at 20 Torr, and the reaction was continued for 2 hours under reduced pressure. After completion of the reaction, the fatty acid added in excess was distilled off under reduced pressure, and the powder catalyst was filtered off using a reduced pressure filter to obtain a polyol ester. The polyol ester product was analyzed by liquid chromatography IATROSCAN and indicated purity and conversion. The analysis results are shown in Table 6.



실시예


Example
순 도 (중량%)
Purity (% by weight)


전환율
(%)


Conversion rate
(%)
테트라-
에스테르
(폴리올
에스테르)
Tetra-
ester
(Polyol
ester)
트리-
에스테르
tree-
ester
디-에스테르Di-ester 모노-
에스테르
Mono
ester
4-14-1 97.497.4 1.81.8 0.50.5 0.30.3 99.199.1

표 6에 나타난 바와 같이, 제1반응물질이 지방산 알킬 에스테르 뿐만 아니라 순수한 지방산인 경우에도 폴리올과 도4에 나타난 화학반응식에 따라 반응하여 제조되는 폴리올 에스테르는 그 순도가 97% 이상의 높은 순도로 얻어지며, 전환율도 99% 이상으로 높다는 사실이 확인되었다. As shown in Table 6, even when the first reactant is not only fatty acid alkyl ester but also pure fatty acid, the polyol ester prepared by reacting the polyol with the chemical reaction shown in FIG. 4 has a high purity of 97% or more. In addition, the conversion rate was found to be higher than 99%.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에서만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경가능한 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited only to these specific embodiments, and may be appropriately changed within the scope described in the claims.

도 1은 본 발명에 따라 폴리올 에스테르를 제조하는 반응기의 구성의 개략도1 is a schematic diagram of a configuration of a reactor for producing a polyol ester according to the present invention

도 2는 폴리올과 지방산 메틸 에스테르를 반응 물질로 하여 폴리올 에스테르를 제조하는 화학반응식2 is a chemical reaction formula for preparing a polyol ester using a polyol and a fatty acid methyl ester as a reactant.

도 3은 폴리올과 지방산 에틸 에스테르를 반응 물질로 하여 폴리올 에스테르를 제조하는 화학반응식Figure 3 is a chemical reaction for preparing a polyol ester using a polyol and fatty acid ethyl ester as a reaction material

도 4는 폴리올과 지방산을 반응 물질로 하여 폴리올 에스테르를 제조하는 화학반응식4 is a chemical reaction formula for preparing a polyol ester using a polyol and a fatty acid as a reactant

Claims (10)

순수 지방산, 지방산 알킬 에스테르, 순수 지방산과 지방산 알킬 에스테르의 혼합물 중 어느 하나 이상으로 이루어진 제1반응물질을 제2반응물질인 폴리올과 반응시키되, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 바나디움(V), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 스트론튬(Sr), 주석(Sn), 바륨(Ba) 중 어느 하나의 산화물, 탄산화물, 수산화물 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고체 상태의 촉매 하에서 화학반응하여 폴리올 에스테르를 포함하는 생성물을 생성하는 생성물 생성 단계를;A first reactant consisting of at least one of pure fatty acids, fatty acid alkyl esters, and mixtures of pure fatty acids and fatty acid alkyl esters is reacted with a polyol, which is the second reactant, including magnesium (Mg), zinc (Zn), and titanium (Ti). , Oxide of manganese (Mn), vanadium (V), beryllium (Be), copper (Cu), zirconium (Zr), strontium (Sr), tin (Sn), barium (Ba), carbonate, hydroxide A product generation step of chemically reacting under a solid state catalyst consisting of any one or more of the above to produce a product comprising a polyol ester; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법.Method for producing a polyol ester, characterized in that comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 생성물 생성 단계는 100℃ 내지 350℃의 온도에서 1 Torr 내지 200Torr의 압력을 유지하며 0.1 시간 내지 10시간동안 반응하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법.The product production step is a method for producing a polyol ester, characterized in that the reaction is carried out for 0.1 to 10 hours while maintaining a pressure of 1 Torr to 200 Torr at a temperature of 100 ℃ to 350 ℃. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 제1반응물질과 상기 제2반응물질의 함량의 당량비는 1:1 내지 10:1인 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법. The equivalent ratio of the content of the first reactant and the second reactant is 1: 1 to 10: 1 method for producing a polyol ester. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 고체 촉매는 상기 제1반응물질의 0.01wt% 내지 10wt%만큼 투여되는 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법.The solid catalyst is a method for producing a polyol ester, characterized in that administered by 0.01wt% to 10wt% of the first reactant. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 생성물로부터 지방산 또는 지방산 알킬 에스테르를 제거하는 단계를;Removing fatty acids or fatty acid alkyl esters from the product; 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법.Method for producing a polyol ester, characterized in that it further comprises. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 생성물로부터 상기 고체 촉매를 제거하는 단계를;Removing the solid catalyst from the product; 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법.Method for producing a polyol ester, characterized in that it further comprises. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 생성물로부터 상기 고체 촉매를 제거하는 단계를;Removing the solid catalyst from the product; 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법.Method for producing a polyol ester, characterized in that it further comprises. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방산 알킬 에스테르는, The fatty acid alkyl ester according to any one of claims 1 to 7, 동물성 오일 또는 식물성 오일인 대두유, 유채유, 팜유, 해바라기유, 옥수수유, 면실유, 피마자유, 자트로파유, 코코넛유, 팜핵유, 어유, 우지, 돈지, 이들의 폐식용유 중 어느 하나 이상이거나 두 가지 이상의 혼합 유지와, 탄소수 1 내지 4인 알코올 중 어느 하나 이상을 에스테르 교환 반응하여 얻어진 C4 내지 C24의 지방산 알킬 에스테르인 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법.Soybean oil, rapeseed oil, palm oil, sunflower oil, corn oil, cottonseed oil, castor oil, jatropha oil, coconut oil, palm kernel oil, fish oil, tallow oil, lard, or two or more of these vegetable oils, which are animal or vegetable oils. A process for producing a polyol ester, characterized in that the mixture is C4 to C24 fatty acid alkyl ester obtained by transesterifying any one or more of alcohols having 1 to 4 carbon atoms. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 순수 지방산은 C4 내지 C24의 지방산인 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법.The pure fatty acid is a method for producing a polyol ester, characterized in that the fatty acid of C4 to C24. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 폴리올은 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 디-펜타에리트리톨(dipentaerythritol), 트리-메틸올프로판(trimethylolpropane), 네오펜틸글리콜(neopentylglycol), 폴레에틸린 글리콜(polyethylene glycol), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 글리세린(glycerin), 폴리글리세린(polyglycerin), 소르비톨(sorbitol), 자일리톨(xylitol), 자당(sucrose) 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 폴리올 에스테르의 제조 방법.The polyol is pentaerythritol, di-pentaerythritol, tri-methylolpropane, trimethylolpropane, neopentyl glycol, polyethylen glycol, polypropylene glycol ), Glycerin (glycerin), polyglycerin (polyglycerin), sorbitol (sorbitol), xylitol (xylitol), sucrose (sucrose) any one or a combination thereof.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CO6650065A1 (en) * 2011-10-03 2013-04-15 Indupalma Ltda Processes for obtaining a polyol from palm oil, polyols obtained from said processes, products derived from said polyol and their method of preparation
CN112574029B (en) * 2019-09-27 2023-01-10 中国石油天然气股份有限公司 Preparation method of polyol ester

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57185235A (en) * 1981-05-07 1982-11-15 Mitsui Toatsu Chem Inc Preparation of neopentyl polyol ester from fatty acid
US5491226A (en) * 1994-04-06 1996-02-13 Procter & Gamble Company Process for preparing polyol polyesters having low levels of triglycerides
FI95367C (en) * 1994-09-07 1996-01-25 Raision Tehtaat Oy Ab Method for preparing a synthetic ester from vegetable oil
JPH0881414A (en) * 1994-09-12 1996-03-26 Lion Corp Production of polyol ester of fatty acid

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