KR20170073310A

KR20170073310A - 연료 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20170073310A
Application number: KR1020150182061A
Authority: KR
Inventors: 김성균; 김요섭
Original assignee: 오씨아이 주식회사
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-28

Abstract

본 발명은 연료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 3차원 가지 구조 무기물에 액상 연료가 포획된 분말상 또는 겔상의 연료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

연료 조성물 및 이의 제조방법{FUEL COMPOSITION AND MANUFACTURING THE SAME}

화력 에너지원으로 사용되는 연료는 크게 목탄, 코크스, 석탄과 같은 고체 연료와 알코올, 벤졸, 가솔린 등의 액체 연료 또는 LPG와 같은 기체 연료로 구분될 수 있다. 이러한 연료는 산업용 또는 가정용 등으로 사용되고, 그 사용처에 따라 적절한 형태의 연료를 선택하여 사용하고 있다.

특히, 야외용, 어선 비상용 등의 휴대용 연료는 연소시 유독가스, 연기 등이 발생되지 않을 뿐만 아니라, 안전하게 운반 가능하고 휴대가 용이할 필요가 있어 고체 연료가 널리 이용되고 있고, 특히 알코올 연료를 고형화한 고체 알코올 연료가 시중에 납품되고 있다.

기존의 고체 알코올 연료는 파라핀 등과 알코올을 혼합하여 제조하고 있는데, 이러한 고체 연료에는 몇 가지 문제점이 있다.

파라핀과 알코올을 혼합하여 제조된 고체 연료는 파라핀이 불완전 연소하면서 그을음이나 아세톤, 벤젠 등의 유해성 물질이 발생할 수 있어 장시간 사용시 인체에 해로울 우려가 있고, 파라핀 대신 고분자 증점제를 사용할 경우에도 그을음이나 유해가스가 발생할 소지가 있다.

또한, 파라핀은 연소시 액상으로 변하므로 부주의에 의해 엎질러질 경우 화재 및 화상의 위험성이 크고, 고체상이기 문에 그 용도가 한정되는 결점이 있다.

또한, 기존의 액상 알코올 연료는 높은 휘발성 때문에 장시간 연료의 보존이 불리한 면이 있는데, 파라핀이나 증점제를 첨가한 고체 연료는 액상 알코올 연료에 비해서 연료의 보존성은 향상되었으나 전체 중량 대비 액체 연료의 양이 많지 않아 연소 지속성이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 증점제를 사용한 경우에는 원료 혼합을 위해 물이 첨가되기 때문에 연소열에서 손실이 있을 수 있다.

또한, 이러한 고체 연료들은 중합체, 증점제와 같은 첨가제를 단계별로 혼합하고 가열 용해 등의 과정을 거쳐야 하는 바 그 제조 공정이 복잡한 단점이 있다.

이외에 알코올을 함유한 고체연료를 제조하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있는데, 고급 지방산염을 사용한 연료는 금속 함량이 많아서 대기 중의 수분의 영향을 많이 받아 소요의 열량을 얻을 수 없었고, 연소 후의 회분이 많다는 등의 이유로 해서 그 실용적 가치가 없다.

또한, 니트로셀룰로오스를 사용한 연료는 이 물질 자체가 가열이나 충격에 민감한 폭발물이기 때문에 극히 위험하고, 여름철에는 자연분해와 동시에 분해열에 의한 발화 내지 폭발의 위험성이 있는 문제점이 있다.

또한, 아크릴산 중합체를 사용한 연료는 암모니아 등과 같은 비교적 저분자량의 염기를 중화 증점제로 반드시 사용해야 한다는 제약이 있고, 이들 저분자량의 중화 증점제는 유독성이고 자극성이 있어 인체에 해로운 문제점이 있다.

이에, 알코올 연료의 보존성, 저장 및 운반 안정성을 구비하고 인체에 무해한 고체 알코올 연료의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 완전 연소가 가능하여 그을음이나 유해가스를 발생시키지 않아 인체에 무해하고, 연소시 고체상을 계속 유지하기 때문에 연료 누출로 인한 화재나 화상의 위험성이 없는 연료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 액체 연료의 보존력이 우수하고 중량 대비 액체 연료의 함량이 증가되어 연소 지속성이 향상된 연료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 분말상 또는 겔상으로 제조 가능하여 그 용도에 적합한 형태로 구비될 수 있는 연료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가열, 용해 등의 복잡한 과정 없이 연료 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여,

본 발명의 일 구현예는, 흄드 실리카, 카본 블랙 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나인 3차원 가지 구조 무기물 및 액상 연료를 포함하고, 상기 액상 연료는 상기 3차원 가지 구조 무기물의 인접한 가지 사이 공간에 포획되며, 25℃, 1 atm, 100% RH(상대습도)에서, 액상 연료 보존율이 하기 식(1)을 만족하는 연료 조성물을 제공할 수 있다.

식 (1) R_c/R_i X 100 ≥ 30

여기서, R_i는 연료 조성물에 포함되는 초기 액상 연료 함량이고, R_c는 초기 액상 연료와 동일한 함량의 순수 액상 연료가 100% 증발된 시점에서, 연료 조성물의 잔여 액상 연료 함량을 나타낸다.

상기 연료 조성물은 분말상 또는 겔상인 연료 조성물을 제공할 수 있다.

분말상의 연료 조성물의 안식각(angle of repose)은 10 내지 40°인 연료 조성물을 제공할 수 있다.

상기 3차원 가지 구조 무기물 및 상기 액상 연료는 5 : 95 내지 20 : 80의 중량비로 존재하는 연료 조성물을 제공할 수 있다.

상기 액상 연료는 탄소수 1 내지 4의 알코올인 연료 조성물을 제공할 수 있다.

상기 액상 연료는 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올, n-부틸 알코올 및 이소부틸 알코올로부터 선택되는 적어도 하나인 연료 조성물을 제공할 수 있다.

이러한 3차원 가지 구조 무기물에 액상 연료를 포획시킴으로써, 액상 연료의 기화율을 낮춰 보존이 유리하고, 전체 중량 대비 액상 연료를 85% 이상 포획할 수 있어 연소 지속성이 유리한 연료 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예는, 흄드 실리카, 카본 블랙 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나인 3차원 가지 구조 무기물과 액상 연료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계 및 상기 혼합물을 교반시켜 상기 액상 연료가 상기 3차원 가지 구조 무기물의 인접한 가지 사이 공간에 포획되는 단계를 포함하고, 25℃, 1 atm, 100% RH(상대습도)에서, 액상 연료 보존율이 하기 식(1)을 만족하는 연료 조성물 제조방법을 제공할 수 있다.

식 (1) R_c/R_i X 100 ≥ 30

상기 교반의 속도는 50 rpm 내지 500 rpm인 연료 조성물 제조방법을 제공할 수 있다.

상기 고속 교반은 0.5 내지 30분 동안 수행되는 연료 조성물 제조방법을 제공할 수 있다.

상기 연료 조성물은 분말상 또는 겔상인 연료 조성물 제조방법을 제공할 수 있다.

상기 3차원 가지 구조 무기물 및 액상 연료는 5 : 95 내지 20 : 80의 중량비로 존재하는 연료 조성물 제조방법을 제공할 수 있다.

이러한 방법으로 상기 연료 조성물을 제조함으로써, 알코올 연료의 보존성, 저장 및 운반 안정성을 구비하고 인체에 무해한 고체 알코올 연료를 복잡한 단계를 거치지 않는 간소한 공정으로 제조할 수 있다.

본 발명의 연료 조성물은 연소시 완전 연소되므로 유해 가스를 발생시키지 않고, 연소 후 잔여물로 3차원 가지 구조 무기물만 남기 때문에 인체에 무해하고 친환경적이다.

또한, 본 발명의 연료 조성물은 연소시 액화되지 않아 유동성이 없어 연료 누출로 인한 화재 및 화상의 위험성이 없고, 분말상으로 제공시 필요에 따라 연료량의 세밀한 조절이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 연료 조성물은 액체 연료가 3차원 가지 구조 사이에 포획됨으로써 휘발성이 높은 액체 연료의 보존력이 우수하고 전체 중량 대비 액체 연료의 함량이 증가되어 연소 지속성이 향상된다.

또한, 본 발명은 가열, 용해 등의 복잡한 과정 없이 연료 조성물을 제조할 수 있다.

도 1은 흄드 실리카와 메탄올을 20 : 80 의 중량비로 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 조성물의 사진이다.
도 2는 흄드 실리카와 메탄올을 15 : 85 의 중량비로 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 조성물의 사진이다.
도 3은 흄드 실리카와 메탄올을 10 : 90 의 중량비로 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 조성물의 사진이다.
도 4는 흄드 실리카와 메탄올을 5 : 95 의 중량비로 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 조성물의 사진이다.
도 5는 흄드 실리카와 메탄올을 3 : 97 의 중량비로 포함하는 연료 조성물의 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료 조성물들과 100% 액상 연료, 기타 제품의 연료 보존 시간을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 조성물의 안식각을 측정한 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

식 (1) R_c/R_i X 100 ≥ 30

여기서 "3차원 가지 구조 무기물"이란, 복수의 무기물 미립자가 집합되어 가지 형태로 공간상에 불규칙적으로 뻗어 있고, 이 가지 구조들이 서로 접촉되면서 3차원 네트워크 구조((three-dimensional networking)가 형성된 형태를 말한다. 가지의 형태는 중심부를 형성하는 가지에서 다른 가지가 뻗어나가면서 각각의 가지는 세부 가지를 포함하거나, 구별되는 중심부 없이 여러 개의 가지들로 형성되어 각각의 가지들이 세부 가지를 포함할 수 있다.

기본 입자가 집합되어 가지를 이루는 3차원 가지 구조의 무기물의 가지와 가지 사이에 공간이 구비될 수 있는데, 이 공간에 액상 연료가 포획된 형태로 존재할 수 있다. 이를 통해 액상 연료 운반시 발생할 수 있는 연료 누출 등의 위험을 방지할 수 있는 장점이 있다.

특히, 휘발성이 높은 액상 연료를 무기물 내부 공간에 포획시킬 수 있는데, 공기와의 접촉을 억제하여 반밀폐 공간에 포집시킴으로써 액상 연료의 기화율을 낮출 수 있고, 결과적으로 높은 연료 보존력을 갖는다.

상기 3차원 가지 구조 무기물은 흄드 실리카, 카본 블랙 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나일 수 있다. 흄드 실리카 및 카본 블랙 모두 기본 입자를 소성하여 1차 응집체(aggregate)를 거쳐 2차 응집체(agglomerate)가 형성되는데, 1차 응집체에서 기본 입자들이 집합되어 가지 구조가 구현되고, 2차 응집체에서 1차 응집체들이 서로 접촉되어 뻗어나가면서 앞서 설명한 바와 같은 3차원 가지 구조 무기물 형태가 되고, 일종의 포도송이 형상이라 할 수 있다.

흄드 실리카 및 카본 블랙 모두 이러한 3차원 가지 구조를 갖는 무기물이기 때문에, 액상 연료를 그 내부 공간에 가둘 수 있어 고형의 안정된 연료로 구현이 가능하다.

또한, 흄드 실리카 및 카본 블랙 모두 불완전 연소 되지 않는 물질로 친환경적이고, 내부 공간에 액상 연료를 비교적 다량 함유할 수 있어 연료 보존성도 뛰어나다.

특히, 흄드 실리카의 경우 친수성 또는 소수성 모두 사용될 수 있으며, 친수성 흄드 실리카에 소수성 액상 연료를 포획시키거나, 소수성 흄드 실리카에 친수성 액상 연료를 포획시키는 경우 흄드 실리카의 가지 구조 사이의 공간에 액상 연료가 가둬진 형태의 연료 조성물을 제공할 수 있다.

또한, 친수성 흄드 실리카에 친수성 액상 연료를 포획시키거나 소수성 흄드 실리카에 소수성 액상 연료를 포획시키는 경우에는 반대 성질의 무기물과 액상 연료를 혼합시킨 경우와 물리적 기작은 차이가 있는데, 가지 구조 자체의 표면에 모세관 현상에 기초하여 액상 연료가 담지되고, 결론적으로 가지 구조 사이에서 액상 연료간의 친화력에 의해 뭉침으로써 가지 구조 사이의 공간에 가둬진 형태의 연료 조성물을 제공할 수 있다.

구체적으로, 25℃, 1 atm, 100% RH의 동일한 조건에서, 순수 액상 연료가 100% 증발하는 시간 동안, 상기 순수 액상 연료와 동일한 함량의 액상 연료를 포함하는 연료 조성물의 액상 연료 함량은 30% 이상일 수 있고, 바람직하게는 50%, 가장 바람직하게는 손실이 거의 없는 70%일 수 있다.

즉, 본 발명은 액상 연료를 3차원 가지 구조 무기물에 포획시킴으로써, 액상 연료 그 자체의 보존력 또는 일반적으로 시판되고 있는 고체 연료의 액상 연료 보존력 대비 우수한 보존력을 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 연료 조성물은 분말상 또는 겔상일 수 있는데, 이는 3차원 가지 구조 무기물과 액상 연료의 함량을 조절하여 구현할 수 있다. 액상 연료를 분말상 또는 겔상으로 구현함으로써, 연료의 운반이 용이할 뿐만 아니라 3차원 가지 구조 무기물 내부에 보관됨으로써 연료 보존성이 우수한 장점이 있다.

특히, 분말상의 연료 조성물의 안식각(angle of repose)은 10 내지 35°일 수 있다.

여기서 "안식각(angle of repose)"이란, 퇴적물이 사면 위에 퇴적될 때 흘러내리지 않고 퇴적될 수 있는 최대의 경사각을 말한다. 안식각이 작을수록 입자간 부착력이 작아 보다 분말상인 것을 나타낸다.

분말 상의 기준으로 건조형 모래(dry sand)의 안식각은 약 34°정도인 바, 본 발명의 일 구현예에 따른 분말상의 연료 조성물의 안식각은 10 내지 40°범위를 만족하여 액상 연료가 포획된 분말인 것을 확인하였다.

상기 3차원 가지 구조 무기물 및 상기 액상 연료는 5 : 95 내지 20 : 80의 중량비로 존재할 수 있다.

구체적으로, 15 : 85 내지 99 : 1의 범위로 존재하는 경우 분말 상으로 구현될 수 있고, 이보다 액상 연료의 함량이 더 많아지는 경우 5 : 95까지 겔 상으로 구현될 수 있다.

5 : 95의 비율을 초과하면 2차원 가지 구조 무기물이 액상 연료에 분산되어 고체 형상을 유지할 수 없고, 20 : 80의 범위 미만이면 고체 형상은 유지할 수 있으나, 고체 연료 내 중량 대비 연료 함량이 너무 적어 그 실용적 가치가 없다.

따라서, 상기 범위 내에서 사용처에 따라 적절한 함량으로 조절하여 분말상 또는 겔상의 연료 조성물을 제공할 수 있다.

상기 액상 연료는 탄소수 1 내지 4 의 저급 알코올일 수 있고, 구체적으로 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올, n-부틸 알코올 및 이소부틸 알코올로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.

상기 알코올은 2종 이상을 혼합해서 사용할 수 있고, 용도에 따라 그 혼합 비율을 조절할 수 있다.

본 발명에 따라 알코올을 3차원 가지 구조 무기물의 가지 공간에 포획시킨 연료 조성물은, 휘발성이 강한 알코올을 무기물 내부에 보관하여 알코올 보존성이 뛰어나고, 종래의 파라핀, 고분자 등을 통해 제조된 고체 알코올 연료와 비교하여 전체 중량당 알코올 함량을 높일 수 있어, 연소 지속성이 향상된 장점이 있다.

또한, 분말상 또는 겔상으로 운반이 가능하여 사용처에 따라 안전하게 적절한 상의 연료 조성물을 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 다른 구현예는, 흄드 실리카, 카본 블랙 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나인 3차원 가지 구조 무기물과 액상 연료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계 및 상기 혼합물을 교반시켜 상기 액상 연료가 상기 3차원 가지 구조 무기물의 인접한 가지 사이 공간에 포획되는 단계를 포함하고, 25℃, 1 atm, 100% RH(상대습도)에서, 액상 연료 보존율이 하기 식(1)을 만족하는 연료 조성물 제조방법을 제공할 수 있다.

식 (1) R_c/R_i X 100 ≥ 30

구체적으로, 3차원 가지 구조 무기물의 가지 사이의 공간에 액상 연료를 포획시키기 위한 방법인 바, 3차원 가지 구조 무기물과 액상 연료가 혼합된 혼합물을 먼저 제조한다.

아무런 처리 없이 액상 연료와 3차원 가지 구조 무기물을 혼합하게 되면, 액상연료와 3차원 가지 구조 무기물이 잘 분산되지 않아 군데 군데 뭉치는 현상이 일어나고, 가지 구조 사이의 공간에 액상 연료가 포획되지 않는다.

이 후, 상기 혼합물을 밀폐 공간에서 교반 시킴으로써 고에너지 부여되는데 이러한 에너지를 통해 액체가 미세 소적들로 분할되어 3차원 가지 구조 무기물 내부에 포함되게 된다.

이 때, 상기 고속 교반의 속도는 50 rpm 내지 500 rpm일 수 있다. 50 rpm 미만의 속도로 교반시 액상 연료 내에 3차원 가지 구조 무기물 일부가 분산되지 않고 뭉쳐있을 우려가 있고, 500 rpm 초과의 속도로 교반시 지나치게 빠른 혼합 속도로 인해 3차원 가지 구조 무기물이 비산되어 벽면에 달라붙고, 연료 조성물 일부가 벽면으로 튀면서 균일하게 혼합된 연료 조성물을 제조하기 힘들 수 있다.

따라서, 상기 범위의 회전 속도로 교반하는 경우 가장 적절한 정도의 에너지가 부여되어 3차원 가지 구조 무기물 내부 공간에 액상 연료가 잘 포획될 수 있고, 액상 연료의 양에 따라 분말상 또는 겔상의 연료 조성물이 제조될 수 있다.

또한, 상기 고속 교반은 0.5 내지 30분 동안 수행되는 것이 바람직하며, 이는 전체 액상 연료와 3차원 가지 구조 무기물의 절대량에 따라 조절될 수 있다.

특히, 30분을 초과하는 경우 밀폐형 용기 내에서 혼합하지만 휘발성이 강한 액상 연료가 휘발하여 용기 개방시 쉽게 증발할 수 있고, 교반기 가동 시간이 길어질수록 열이 발생하여 더 쉽게 증발할 수 있다.

앞서 연료 조성물에서 기재한 바와 같이, 상기 3차원 가지 구조 무기물은 흄드 실리카, 카본 블랙 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나일 수 있다.

흄드 실리카 및 카본 블랙 모두 기본 입자가 소성되어 집합됨으로써 가지 구조를 형성하고, 이 가지 구조들이 접촉되며 뻗어나가 3차원 가지 구조를 구현하게 된다. 이 때, 상기 혼합물을 고속 교반시킴으로써 가지와 가지 사이에 구비되는 공간에 액상 연료가 포획되어, 액상 연료를 그 내부 공간에 가둘 수 있어 고형의 안정된 연료로 구현이 가능하다.

3차원 가지 구조 무기물과 액상 연료의 함량비에 따라 연료 조성물의 상이 결정될 수 있는 바, 상기 범위 내에서 사용처에 따라 적절한 함량으로 조절하여 분말상 또는 겔상의 연료 조성물을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

1. 3차원 가지 구조 무기물과 액상 연료의 혼합 비율에 따른 연료 조성물의 형태 평가

3차원 가지 구조를 갖는 흄드 실리카와 메탄올이 하기 표 1에 기재된 비율로 첨가된 혼합물을 밀폐 용기에서 350rpm으로 고속 회전시켜 연료 조성물을 제조하였고, 그 외관 및 상태를 나타내었다.

	흄드 실리카 : 메탄올 중량비
	20 : 80	15 : 85	10: 90	5 : 95	3 : 97
흡습 후 외관	도 1	도 2	도 3	도 4	도 5
연료 조성물의 상태	분말상	분말상	겔상	겔상	액상

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 흄드 실라카와 메탄올이 20: 90, 15: 85의 중량비로 혼합된 경우에는 분말상으로, 10 : 90, 5 : 95의 중량비로 혼합된 경우에는 겔상으로 나타났다. 이는 흄드 실리카의 가지 구조 사이의 공간에 메탄올이 구비된 것으로, 외관상으로 액체의 메탄올이 누출되지 않는다.

이에 반해, 3 : 97의 비율로 흄드 실리카와 메탄올을 포함한 경우에는 흄드 실리카 내부의 공간에 메탄올이 포획되고 남는 메탄올이 액체로 누출되어 액상으로 나타나는 것을 확인하였다.

2. 연료 조성물의 연료 보존성 평가

하기 표 2 및 3에 실시예 및 비교예를 나타내었다. 각각에 포함된 액상 연료의 절대량 10g으로 동일하게 조절하였고, 실시예들은 밀폐 용기에서 350rpm으로 고속 회전시켜 연료 조성물을 제조하였다.

흄드 실리카 : 메탄올 중량비				흄드 실리카 : 에탄올 중량비		흄드 실리카 : 이소프로필알코올 중량비		흄드 실리카 : 부탄올 중량비
실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	실시예8	실시예9	실시예10
20:80	15:85	10:90	5:95	20:80	5:95	20:80	5:95	20:80	5:95

비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예7
메탄올 100%	메탄올 + 파라핀 왁스	메탄올+아크릴산중합체+폴리에틸렌 알킬아민 + 물	메탄올+ 아크릴산중합체+ 폴리에틸렌 알킬아민	에탄올 100%	이소프로필알코올100%	부탄올 100%

상기 표 2 및 표 3에 기재된 조성을 갖는 실시예 및 비교예에 대하여, 15℃, 1 atm, 30% RH 조건에서 방치하고 연료 보존성을 평가하여, 그 결과는 표 4 및 표 5에 나타내었다.

	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
100% 증발되는 시간 [hr]	4.5	10.0	9.5	9.5	12.0	12.0	11.5	11.5
증발량(%) (메탄올 100% 증발 시간 기준)	100	78	75	73	65	67	67	68
증발 속도	1.00	0.78	0.75	0.73	0.65	0.67	0.67	0.68
연료 보존율(%) (메탄올 100% 증발 시간 기준(Rc/Ri))	-	22	25	27	35	33	33	32

* 증발 속도는 순수한 메탄올이 모두 증발했을 때를 기준으로 각 연료 조성물의 증발량으로 나타내었다. (증발 속도= 증발량/100, 메탄올: 1.00 기준)

	비교예5	실시예5	실시예6	비교예6	실시예7	실시예8	비교예7	실시예9	실시예10
100% 증발되는 시간 [hr]	10.0	17.5	17.0	15.0	24.0	23.0	28.0	41.0	40.0
증발 함량	100%	64%	66%	100	65%	67%	100	64%	68%
증발 속도 (동일 액상 연료 100% 증발 시간 기준)	1.00	0.64	0.66	1.00	0.65	0.67	1.00	0.64	0.68
연료 보존율(%) (동일 액상 연료 비교예 100% 증발 시간 기준(Rc/Ri))	-	0.36	0.34	-	0.35	0.33	-	0.36	0.32

표 4에 나타난 바와 같이, 액상 메탄올100%는 4.5시간이면 모두 휘발되지만, 본 발명에 따라 제조된 연료 조성물에 포함된 메탄올은 거의 12시간 동안 보존되는 것을 알 수 있다. 이는 시중 제품인 비교예 2 내지 4의 경우의 연료 보존 효과에 준하거나 다소 우월한 수준이다.

특히, 비교예 1의 액상 메탄올 100%가 모두 증발한 시점에서, 실시예 1 내지 4의 액상 연료는, 동일한 액상 메탄올임에도 불구하고 30% 넘는 량이 보존된 것을 알 수 있다.

이는 흄드 실리카의 3차원 가지 구조 사이의 공간에 메탄올이 포획됨으로써 휘발성이 높은 메탄올의 기화를 방지한 효과로 보인다.

표 5에는 액상 연료로서 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올에 대하여 평가하였는데, 순수 액상 연료 100%인 비교예 5 내지 7이 모두 증발한 시점에서, 각각 동일한 액상 연료를 동일한 함량으로 포획하고 있는 실시예 5 내지 10 모두 30% 넘는 액상 연료 보존율을 나타내는 것을 확인하였다.

3. 연료 조성물의 연소 지속성 평가 및 그을음 평가

본 발명의 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 연료 조성물 및 시중에 판매되고 있는 비교예 2 내지 4에 대하여, 액상 연료가 모두 증발된 건조 중량, 연소 후 중량, 연소 유지시간 및 그을음 발생을 측정하였으며 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

연소 지속성을 평가하기 위해 동일한 양 (15g) 의 연료 조성물에 불을 붙힌 후 연소를 다하여 불꽃이 꺼질 때까지 소요된 시간을 확인하였다.

	비교예2	비교예3	비교예4	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예4
건조 중량	11.8%	0.7%	4.6%	20%	15%	10%	5%
연소 후 중량	8.7%	0.6%	4.0%	20%	15%	10%	5%
무게 감소	26%	14%	13%	0%	0%	0%	0%
그을음 발생	O	O	O	X	X	X	X
연소유지 시간	1０분	1０분	11분	12분	11분	7분	8분

본 발명의 연료 조성물은 메탄올과 불연성 무기물인 흄드실리카로 구성되어 있어서 완전 연소가 가능하기 문에, 액상 연료인 메탄올은 모두 연소되어 날아가고, 불연성인 흄드실리카만 온전히 남게 된다. 반면, 제품 A, B, C 는 불에 탈 수 있는 파라핀 왁스 또는 고분자 증점제로 구성되어 있어서 고체 성분도 일부 연소되고, 그을음이 발생할 수 있다.

따라서, 상기 표 6에 나타난 바와 같이, 비교예 2 내지 4는 그을음이 발생하며, 건조 중량대비 연소 후 중량이 감소되는 것을 알 수 있다.

또한, 비교예 2 내지 4는　시중에서　판매하는　고체　연료　조성물로, 본　발명의　연료　조성물의　연소　유지　시간은　비교예 2 및 3에　준하거나　그　이상이었다. 특히 본　발명의　연료　조성물은　완전　연소하여　연소시　그을음이　발생하지　않았으나　비교예 2 내지 4는 불완전 연소하여 그을음이 발생한 것을 확인하였다.

4. 분말상 연료 조성물의 안식각 평가

3차원 가지 구조를 갖는 흄드 실리카와 메탄올이 20 : 80의 비율로 첨가된 혼합물을 밀폐 용기에서 350rpm으로 고속 회전시켜 연료 조성물을 제조한 후, 상기 연료 조성물의 안식각을 측정하여 도 7에 나타내었다.

안식각의 측정은 다음과 같이 진행되었다. 출구 지름이 8mm 이고, 경사각이 60° 인 Funnel 에 본 발명의 연료 조성물을 투입하여, 출구를 따라 흘러나온 연료 조성물은 도 9와 같은 형태로 바닥에 쌓였다. 경사면을 따라 흘러내리기 직전까지 연료 조성물을 투입하고, 이 때의 안식각을 측정하였다.

도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 연료 조성물의 안식각은 37°로 확인된 바, 분말 상의 기준으로 건조형 모래(dry sand)의 안식각은 약 34°정도로 상기 연료 조성물은 액상 연료가 흄드 실리카 내부에 포획된 분말인 것을 알 수 있다.

Claims

흄드 실리카, 카본 블랙 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나인 3차원 가지 구조 무기물; 및
액상 연료;를 포함하고,
상기 액상 연료는 상기 3차원 가지 구조 무기물의 인접한 가지 사이 공간에 포획되며,
25℃, 1 atm, 100% RH(상대습도)에서, 액상 연료 보존율이 하기 식(1)을 만족하는 연료 조성물:
식 (1) R_c/R_i X 100 ≥ 30
여기서, R_i는 연료 조성물에 포함되는 초기 액상 연료 함량이고, R_c는 초기 액상 연료와 동일한 함량의 순수 액상 연료가 100% 증발된 시점에서, 연료 조성물의 잔여 액상 연료 함량을 나타낸다.
제1항에 있어서,
상기 연료 조성물은 분말상 또는 겔상인,
연료 조성물.
제2항에 있어서,
분말상의 연료 조성물의 안식각(angle of repose)은 10 내지 40°인,
연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 3차원 가지 구조 무기물 및 상기 액상 연료는 5 : 95 내지 20 : 80의 중량비로 존재하는,
연료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 액상 연료는 탄소수 1 내지 4의 알코올인,
연료 조성물.
제5항에 있어서,
상기 액상 연료는 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, 이소프로필 알코올, n-부틸 알코올 및 이소부틸 알코올로부터 선택되는 적어도 하나인,
연료 조성물. .
흄드 실리카, 카본 블랙 및 이들의 조합으로부터 선택되는 하나인 3차원 가지 구조 무기물과 액상 연료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및
상기 혼합물을 교반시켜 상기 액상 연료가 상기 3차원 가지 구조 무기물의 인접한 가지 사이 공간에 포획되는 단계;를 포함하고,
25℃, 1 atm, 100% RH(상대습도)에서, 액상 연료 보존율이 하기 식(1)을 만족하는 연료 조성물 제조방법:
식 (1) R_c/R_i X 100 ≥ 30
여기서, R_i는 연료 조성물에 포함되는 초기 액상 연료 함량이고, R_c는 초기 액상 연료와 동일한 함량의 순수 액상 연료가 100% 증발된 시점에서, 연료 조성물의 잔여 액상 연료 함량을 나타낸다.
제7항에 있어서,
상기 교반의 속도는 50 내지 500 rpm인,
연료 조성물 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 교반은 0.5 내지 30분 동안 수행되는,
연료 조성물 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 연료 조성물은 분말상 또는 겔상인,
연료 조성물 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 3차원 가지 구조 무기물 및 액상 연료는 5 : 95 내지 20 : 80의 중량비로 존재하는,
연료 조성물 제조방법.