KR20110119132A - 디젤 에멀젼유용 유화제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 디젤유에 물을 첨가하여 얻어지는 디젤에멀젼유에 사용되는 유화제의 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 사용되는 유화제로는 음이온 계면활성제와 양이온 계면활성제의 complex 형태의 물질을 주성분으로 한다. 이 complex와 잘 알려진 유화제로서 부틸셀로솔브(butyl cellosolve), nonylphenol ethoxylate, 소르비탄 모노올리에이트, 폴리옥시에틸렌 지방산에스테르 등을 일정비율로 혼합하였다. 이렇게 혼합된 다양한 조성물을 이용하여 에멀젼 입자를 측정하고 연소효율과 배기가스 시험을 실시하였다. 본 발명에서 제시된 에멀젼유용 유화제 조성물은 에멀젼유의 안정성이 매우 우수하고 연소시 배출가스 저감 효과가 탁월하였다.

Description

디젤 에멀젼유용 유화제 조성물{emulsifiers composition of diesel emulsion fuels}

본 발명은 디젤 에멀젼유용 유화제 조성물에 관한 것이다.

디젤유는 연소시 다량의 배기가스를 뿜어 낸다. 디젤에멀젼유는 디젤유에 일정량의 물을 함유케하여 연소효율을 높이고 SOx, NOx, CO 등이 배출물을 줄인다. 디젤유에 물을 일정하게 분산시키기 위해서 분산제로서 유화제 또는 계면활성제를 사용하게 된다.

디젤에멀젼유는 디젤유 속에 물을 미립자의 형태로 분산시킨 것이며 이 분산계가 안정하게 유지되어야 한다. 보통의 [1:1] 계면활성제는 지방성분이 안쪽에 위치하는 경향이 있고 [2:1]형 계면활성제는 베시클을 잘 형성한다. 디젤에멀젼유 처럼 W/O 에멀젼 형태를 잘 형성하는 계면활성제 또는 유화제의 구조는 Aerosol OT와 같은 [2:1]형 계면활성제가 아주 우수한 성능을 발휘할 것으로 판단된다. 즉, Aerosol OT는 음이온 계면활성제이지만 그 구조는 알킬기가 두 개와 유사하며 특히 bulky fatty alkyl 기를 가진 것이며 친수기는 하나인 형태를 가지고 있으며 물을 내부에 잘 함유하게 된다. (그림 1)

따라서 이와 유사한 구조를 가지고 있고 지방산알킬기가 상대적으로 큰 유화제는 음이온 계면활성제와 양이온 계면활성제를 유기용매하에서 콤플렉스화하여 얻어지는 유화제가 비슷한 구조를 가질 것으로 판단되었다.

그림 1. 계면활성제 구조에 따른 회합체의 형태

즉, 본 발명에서는 디젤유와 물을 섞어 얻어지는 W/O형의 유화연료유용 유화제 조성물에 관한 것으로 더욱 상세하게는 음이온 계면활성제와 양이온 계면활성제를 콤플렉스화 하여 얻어지는 유화제를 주성분으로 하고 기존의 계면활성제를 조합하여 얻어지는 유화제 조성물을 제조하는 것이다.

기존의 유화제로 미국특허 제6068670호에서는 모비탄모노올리에이트, 폴리옥시에틸렌 지방산에스테르, 노닐페놀에톡실레이트 등을 사용하였고 프랑스 특허 제2470153호에서는 노닐페놀에톡실레이트르 주성분으로 하였고 한국특허 제 0020006호(2003)에서는 소르비탄에스테르, 노닐페놀에톡실레이트, polyoxyethylene polypropylene branched decyl ether의 혼합물을 이용하였다.

디젤에멀젼유를 제조할 때 디젤유는 70~95중량%, 물은 30~5중량%를 사용하였고 유화제는 1~5중량%를 사용하였다.

이에 본 발명자들은 W/O 에멀젼 형태를 잘 형성하는 [2:1]형 콤플렉스 계면활성제를 합성하였고 이를 기존의 유화제 또는 계면활성제들과 혼용하여 물의 유화입자가 균일하고 에멀젼 안정성이 아주 우수한 유화제 조성물을 발견하게 되었다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 합성하였고

이를 기존의 알려진 유화제인 nonylphenol polyethoxylate(NP-nEO), 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르CO-nEO), 소르비탄 지방산 에스테르(SPAN-80), 부틸셀로솔브 등과 혼합하여 디젤 에멀젼유의 안정성과 배기가스가 감소되는 조성물을 알아내게 되었다.

화학식1

R1, R2, R3, R4 는 탄소수가 1 ~ 18의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 알케닐기 또는 이들의 1종이상의 혼합물이며

n은 1~10인 화합물이다.

본 발명에서 제조된 디젤 에멀젼유용 유화제를 사용해본 결과 장기적인 안정성이 나타났으며 입자의 크기도 10 ~ 1200nm 로 다양하게 제조할 수 있었다. 특히 실시예-6의 조성물은 평균 에멀젼 입자가 65.5nm이며 가장 좋은 상안정성을 나타내었다.

실시예 1

1-1. 콤플렉스형 계면활성제 제조(콤플렉스-1)

mechanical stirrer, 온도계, 냉각기가 부착된 반응기에 sodium dodecyl sulfate 28.8gm (0.1 몰)과 dodecyl dimethyl ammonium 5-ethoxylate methylsulfate 54.5gm(0.1몰)을 약 100ml의 아세톤에서 환류, 교반하면서 5시간 반응시킨다. 반응액을ice-water bath로 냉각시키면 침전이 생긴다. 침전물을 필터하여 제거하고 아세톤을 증류해내면 약 67.5gm (96.6%)의 콤플렉스가 얻어진다.

1-2. 다른 탄소수를 갖는 콤플렉스형 계면활성제 제조

다른 알킬기를 갖는 콤플렉스도 위와 같은 방법으로 제조된다.

실시예 2

2-1. 디젤 에멀젼유 제조

디젤유 70gm, 물 30gm 에 유화제를 0.1 ~ 5gm 을 유화기를 30분~1시간정도 교반해주면 에멀젼유가 얻어진다. 이때 얻어진 에멀젼유의 에멀젼 입자크기와 배기가스의 배출물을 측정하였다.(표 1)

에멀젼용 유화제의 중량조성비

조성물	콤플렉스-1	NP-4	CO-3EO	SPAN-80	부틸셀로솔브	안정성(일)	에멀젼 입자
실시예-3	40	20	20	10	10	70	그림 2
실시예-4	50			20	30	50	그림 3
실시예-5	50	10	10	10	20	80	그림 4
실시예-6	50	8	4	8	30	90	그림 5

그림 2. 실시예-3을 이용한 에멀젼 입자 측정 (평균: 1167nm, 2440nm)

그림 3. 실시예 4를 이용한 에멀젼 입자크기 측정 (평균: 480, 610, 1022, 1940 nm)

그림 4. 실시예 5을 이용한 에멀젼 입자 크기 측정 (평균: 9.5, 42, 1011nm)

그림 5. 실시예 6을 이용한 에멀젼 입자크기 측정 (평균 :65.5 nm)

실시예 7

실시예 6과 같은 유화제 조성물을 이용하여 디젤에멀젼유를 제조한 후 연소 배출 물질과 디젤유와 디젤에멀젼유의 연소량 및 배출가스량 차이를 측정하였다.

디젤유를 단독으로 사용한 결과 먼지는 13.9mg, 매연 1도, 황산화물 5ppm, 질소산화물 192ppm, 일산화탄소 6ppm이 검출 되었으며

디젤유 70중량%, 물 30중량%, 유화제 0.3중량%로 제조된 에멀젼유의 경우에는

먼지 4.9mg, 매연 1도, 황산화물 2ppm, 질소산화물 136ppm, 일산화탄소 0ppm이 검출되었다.

연료소모량은 디젤유는 346리터, 에멀젼유는 448리터로 약 9.4%가 절감되었다.

Claims (3)

1. W/O형 디젤 에멀젼유를 안정하하기 위하여 사용되는 유화제에 있어서 그 주요성분으로 음이온-양이온 콤플렉스계 유화제가 함유되는 것을 특징으로 하는 디젤 에멀젼용 유화안정제 조성물.
2. 제1항에 있어서 음이온-양이온 콤플렉스계 유화제가 30~50%로 함유하는 디젤 에멀젼용 유화안정제 조성물.
3. W/O형 디젤 에멀젼유를 안정하하기 위하여 사용되는 유화제에 있어서 그 구성성분으로 음이온-양이온 콤플렉스 외에 nonylphenol ethoxylate, 포리옥시에틸렌 지방산 에스테르, span-80, 부틸셀로솔브의 혼합물로 얻어지는 것을 특징으로 하는 디젤 에멀젼용 유화안정제 조성물