KR20190140638A - 겔 형상 알코올 연료 조성물 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 겔 형상 알코올 연료 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 탄소 원자 수가 1 내지 6인 저급 알코올 80 내지 90 중량부, 증점제 3.0 내지 7.0 중량부 물 6.0 내지 10.0 중량부, 백탄 파우더 1.0 내지 2.0 중량부 및 세라믹 파우더 0.3 내지 0.7 중량부로 이루어지는 겔 형상 알코올 연료 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 겔 형상 알코올 연료 조성물은 메탄올 등의 저급 알코올을 80 내지 90 중량부로 다량 함유함으로써 연소성 및 발열량이 탁월하며, 장기 보존성, 현장 안전성, 이동과 보관 편의성 및 겔화성이 우수하다. 또한, 공정 중 온도를 올려야 하는 공정이 필요하지 않아 제조 비용 등을 감소시킬 수 있으며, 겔화 조성물이므로 다양한 용도로의 사용이 가능하다는 장점이 있다.

Description

겔 형상 알코올 연료 조성물 및 이의 제조 방법{GEL TYPE ALCOHOL FUEL COMPOSITION AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 겔 형상 알코올 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소성, 발열량, 장기 보존성, 현장 안전성, 이동과 보관 편의성 및 겔화 등의 물성이 우수한 겔 형상 알코올 연료 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 알코올 연료는 유해 가스 발생 등에 의한 위험성, 저장 도중 안전성 결여에 의한 불안정성, 짧은 연소 지속 시간에 의한 낮은 응용성 및 연소시 액화로 인한 취급 부주의시의 화재의 위험성 등 여러가지 문제점을 안고 있었다. 따라서, 이를 대체할 수 있는 것의 개발을 위한 여러 연구들이 진행되고 있으며, 현재 파라핀계 고체 연료가 사용되고 있다. 그러나, 이러한 파라핀계 고체 연료는 연소시 그 성분의 일부가 액화되므로, 취급 부주의나 엎질러질 경우 화재의 위험성이 매우 크고, 고체상이므로 이의 용도가 한정된다는 결점이 있다.

종래의 알코올류의 이러한 문제점들로 인해서 적당한 유동성을 가짐과 동시에 연소시 승화에 의해 직접 연소될 수 있는 반고체상 겔화 연료의 개발이 요망되고 있다. 즉, 알코올류를 겔화시킨 겔 형상 연료는 고체상 또는 액체상 연료와는 달리 용기 파손시나 취급 부주의 또는 엎질러질 경우에도 쉽사리 유출되는 일이 없고, 따라서 화재의 위험성이 거의 없다. 이러한 겔 형상 알코올 연료는 유동성이 극히 적어 종래의 액상 연료 또는 고체상 연료가 가진 문제점을 어느 정도까지는 해결이 가능하였다.

한편, 대규모의 주택 신축건설 현장 등에서 동절기에 시멘트 양생에 사용하거나 비닐하우스 등에서 사용되던 갈탄과 같은 고체연료나 열풍기 등의 대체연료로서 유용하게 쓰일 수 있는 겔 형상 연료의 개발이 크게 요망되어 왔다.

종래의 알코올 겔화 방법으로서 고급 지방산염 또는 디벤질리덴 소르비톨을 사용한 연료는 거의 고체상의 것이 되므로, 특히 고급 지방산염의 경우에는 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 방법의 경우에 있어서는, 이 물질 자체가 가열이나 충격에 민감한 폭발물이기 때문에 극히 위험하고, 여름철에는 자연분해와 동시에 분해열에 의한 발화 내지 폭발의 위험성이 항상 있기 때문에 제조시나 연료로 사용시 극히 주의를 해야한다는 문제점이 있다.

또한, 아크릴산 중합체는 화장품 연료로서 사용되고 양호한 점성 겔을 형성한다는 점에서 이를 첨가성분으로 하는 겔상 연료 제조에 있어서 사용되고 있기는 하나, 이 물질을 사용하여 겔상 알코올 연료를 제조할 경우, 암모니아 등과 같은 비교적 저분자량의 염기를 중화 증점제로 반드시 사용해야 한다는 제약점이 있다. 또한 이들 저분자량의 중화 증점제는 유독성이고 자극성이 있으며, 그 증기는 피부를 자극하여 염증을 유발하므로 겔상 알코올 연료 제조시나 이러한 연료의 취급시에는 항상 주의를 해야 한다는 결점이 있었다.

더욱이 이러한 겔상 알코올 연료는 겔의 안정성이 부족하고 연소시 유독가스를 발생하며, 열량이 부족한 메탄올이 주성분인 겔상 연료의 경우 열량을 증가시키기 위해 연소열이 크고 탄소 원자수가 2개 이상인 알코올을 혼합하여 겔화시켜야 하고, 이 경우 저분자량의 중화 증점제를 첨가하면 겔 형성능력이 불량할 뿐만 아니라 생성된 겔은 고온에서 일부가 파괴되는 결점이 있다.

한편, 알코올 타입의 겔상 연료 조성물을 형성함에 있어서 고점성의 겔을 유지하기 위해서는 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 셀룰로오스나 셀룰로오스 검, 아크릴다가산 중합체, 그 밖에 스테아릴산 나트륨염 등을 사용하며, 그 사용량이 1 내지 3 중량%의 겔 조성 고분자 화합물을 사용하고 있다.

겔상의 연료 조성물을 형성하기 위해 고분자 화합물의 분산을 최대로 유지해야 하며, 이를 위해 중화제로 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨 등의 무기알칼리나 암모니아수 등의 유기알칼리를 사용하여 중화시키는 경우가 제시되고 있다. 알코올의 농도는 90% 이상으로 높게 유지시키는 경우에는 폴리옥시에틸렌알킬아민과 같은 고분자체인을 가지는 유기 알칼리를 사용하여 분산상의 안정성을 높이고 있다.

실 예로 아크릴다가산 중합체에 폴리옥시에틸렌알킬아민을 중화안정제로 사용하는 대한민국 등록특허 제0156372호(1998.07.21. 등록일)와 같은 경우 고농도의 알코올 연료 조성물로 안정한 점도유지와 저장안정성을 확보하는 특징을 보여주고 있다. 그러나 알코올 농도가 95% 이상 심지어 97% 이상에서도 겔상 고점도 알코올 연료물의 저장 안정성을 높이고, 특히 겔 조성물인 고분자 첨가 물질의 농도를 1% 심지어 0.5% 범위 내에서 겔의 유지와 고점성의 연료 조성물을 안정화시키기 위해서는 보다 안정한 고분자 분산제를 사용하여야 할 것이다.

또한, GB 2,401,374에서와 같이 겔상 고점도 연료 조성물의 연소 안정성을 높이고 화재나 화상 등의 위험성을 낮추기 위해 첨가하는 여러 가지 첨가 물질의 경우에도 저장 안정성을 높이는 방법으로 선명한 불꽃의 형성과 흐름성을 낮추는 것은 쉽지 않은 방법인데 다양한 첨가물을 첨가하는 것으로 예시되고는 있으나 이 경우에도 연소의 안정성이 떨어지고 자칫 고점성의 투명한 연료 조성물이 불안정해져서 고분자 조성물이 석출되는 단점이 있다.

대한민국 특허 제 0156372호 GB 2,401,374

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 연소성, 발열량, 장기 보존성, 현장 안전성, 이동과 보관 편의성 및 겔화 등의 물성이 우수한 겔 형상 알코올 조성물 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 탄소 원자 수가 1 내지 6인 저급 알코올 80 내지 90 중량부, 증점제 3.0 내지 7.0 중량부, 물 6.0 내지 10.0 중량부, 백탄 파우더 1.0 내지 2.0 중량부 및 세라믹 파우더 0.3 내지 0.7 중량부로 이루어지는 겔 형상 알코올 연료 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 중화 증점제를 물과 혼합하여 반응 교반기로 상온에서 6 내지 8시간 교반하는 제1 단계, 탄소 원자 수가 1 내지 6인 알코올과 상기 혼합물을 콘덴서가 장착된 밀폐형 일반 교반기로 상온에서 1 내지 2시간 교반하는 제2 단계, 상기 제2 단계에서 얻어진 투명 겔에 백탄 파우더 및 세라믹 파우더를 가하고 반응 교반기로 상온에서 1시간 이내로 교반하여 검정색 불투명 겔을 얻는 제3 단계 및 완성된 겔 연료를 용기에 넣고 밀폐하는 제4 단계로 이루어지는 겔 형상 알코올 연료 조성물의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 겔 형상 알코올 연료 조성물은 메탄올 등의 저급 알코올을 80 내지 90 중량부로 다량 함유함으로써 연소성 및 발열량이 탁월하며, 장기 보존성, 현장 안전성, 이동과 보관 편의성 및 겔화성이 우수하다. 또한, 공정 중 온도를 올려야 하는 공정이 필요하지 않아 제조 비용 등을 감소시킬 수 있으며, 대규모 신축 건설 현장에 적합한 난방연료로서 사용이 가능하다는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 겔 형상 알코올 연료 조성물은 탄소 원자 수가 1 내지 6인 저급 알코올 80 내지 90 중량부, 증점제 3.0 내지 7.0 중량부, 물 6.0 내지 10.0 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 저급 알코올은 메틸 알코올, 에틸 알코올, 노르말프로필 알코올, 이소프로필 알코올, 노르말부틸 알코올, 이소부틸 알코올, 제2 부틸 알코올, 제3부틸 알코올, 노르말아밀 알코올, 이소아밀 알코올, 제2 아밀 알코올, 제3 아밀 알코올 및 노르말헥실 알코올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 증점제는 아크릴산다가산인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 백탄 파우더 1.0 내지 2.0 중량부 및 세라믹 파우더 0.3 내지 0.7 중량부를 추가로 첨가할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 겔 형상 알코올 연료 조성물의 제조 방법은 중화 증점제를 물과 혼합하여 반응 교반기로 상온에서 6 내지 8시간 교반하는 제1 단계, 탄소 원자 수가 1 내지 6인 알코올과 상기 혼합물을 콘덴서가 장착된 밀폐형 일반 교반기로 상온에서 1 내지 2시간 교반하는 제2 단계, 상기 제2 단계로 얻어진 투명 겔에 백탄 파우더 및 세라믹 파우더를 가하고 반응 교반기로 상온에서 1시간 이내로 교반하여 검정색 불투명 겔을 얻는 제3 단계 및 완성된 겔 연료를 용기에 넣고 밀폐하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 중화 증점제와 물을 혼합하는 단계는 반응 교반기를 상온에서 1000 내지 1500 rpm으로 6 내지 8시간 동안 교반하면서 실행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 탄소 원자 수가 1 내지 6인 알코올과 상기 혼합물을 혼합하는 단계는 콘덴서가 장착된 밀폐형 일반 교반기를 상온에서 1000 내지 1500 rpm으로 1 내지 2시간 교반하면서 실행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 단계에서 얻어진 투명 겔에 백탄 파우더 및 세라믹 파우더를 혼합하는 단계는 반응 교반기로 상온에서 1000 내지 1500 rpm으로 1시간 이내로 교반하면서 실행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 완성된 겔 연료를 용기에 넣고 밀폐하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 겔 형상 알코올 연료 조성물에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 사용되는 알코올은 메틸 알코올, 에틸 알코올, 노르말프로필 알코올, 이소프로필 알코올, 노르말부틸 알코올, 이소부틸 알코올, 제2 부틸 알코올, 제3 부틸 알코올, 노르말아밀 알코올, 이소아밀 알코올, 제2 아밀 알코올, 제3 아밀 알코올 및 노르말헥실 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있고, 이들 중 바람직하게는 메틸 알코올과 에틸 알코올 또는 그들의 혼합물이다. 그 첨가량은 겔 형상 알코올 조성물 전체 중량에 대하여 80 내지 90 중량부이며, 바람직하게는 83 내지 87 중량부이다.

또한, 본 발명은 에칠렌옥사이드가 17 내지 30인 폴리옥시에틸렌 알킬 아민을 사용하여 겔화 안정성의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서 사용되는 중화 증점제와 물의 혼합물은 조성물 전체 중량에 대하여 증점제 3.0 내지 7.0 중량부와 물 6.0 내지 10.0 중량부, 바람직하게는 증점제 4.5 내지 5.5 중량부 및 물 7.0 내지 9.0 중량부이다. 상기한 중화 증점제로는 폴리비닐카르복실레이트, 폴리부타디엔카르복실산, 카르복실메틸셀룰로스, 다가 고급 지방산염 중에서 1종 이상을 사용할 수 있다. 이때, 증점제가 3.0 중량부 이하가 되면 겔화가 어렵게 되고, 7.0 중량부 이상이 되면 겔의 점도가 너무 높아져서 용기에 충진시 어려움이 있게 된다. 또한, 물의 첨가량이 6.0 중량부 이하가 되면 생성된 겔이 불안정하거나 겔 형성 능력의 저하로 겔화제의 증량을 필요로 하게 되고, 첨가량이 10.0 중량부 이상이 되면 열량 감소를 초래하게 된다.

본 발명에서 사용되는 백탄 파우더는 조성물 전체 중량에 대하여 1.0 내지 2.0 중량부, 바람직하게는 1.3 내지 1.7 중량부이다.

본 발명에서 사용되는 세라믹 파우더는 조성물 전체 중량에 대하여 0.3 내지 0.7 중량부, 바람직하게는 0.4 내지 0.6 중량부이다. 이 세라믹 파우더는 특히 동절기의 대형 건설 공사에서 시멘트 양생시 복사열과 관련되어 열전달 효과를 증대시키는 기능을 하게 된다.

기타 필요에 따라 착색제, 향료 등을 첨가하는데 그 첨가량은 조성물 전체 중량에 대해 0.001 내지 0.1 중량부가 적당하다.

이와 같은 본 발명에 따른 연료 조성물은 무독성인 다가아트릴산 증점제와 폴리옥시에틸렌 알킬 아민을 중화제로 사용하여 겔화시킨 것이기 때문에 종래의 단순 알킬 아민계 중화제를 사용한 것에 비해 유해성 가스 발생이 없고, 제조 공정상 위험이 없으며 장기 보존성과 현장 안정성이 우수하고 연소시 불꽃이 튀는 일이 없으며 연소 지속 시간이 길고, 연소시 액상으로 되는 일이 없어 부주의한 취급시에도 화재의 위험성이 없는 우수한 연료이다.

또한, 본 발명에 따른 겔 형상 알코올 연료 조성물 제조 방법은, 중화 증점제를 물과 혼합하여 반응 교반기로 상온에서 6 내지 8시간 교반하는 제1 단계, 탄소 원자 수가 1 내지 6인 알코올과 상기 혼합물을 콘덴서가 장착된 밀폐형 일반 교반기로 상온에서 1 내지 2시간 교반하는 제2 단계, 상기 제2 단계로 얻어진 투명 겔에 백탄 파우더 및 세라믹 파우더를 가하고 반응 교반기로 상온에서 1시간 이내로 교반하여 검정색 불투명 겔을 얻는 제3 단계 및 완성된 겔 연료를 용기에 넣고 밀폐하는 제4 단계로 이루어진다.

상기 반응 교반기에서 중화 증점제와 물을 혼합하는 단계는 1000 내지 1500 rpm으로 6 내지 8시간 실행하는 것이 바람직하다.

또한, 일반 교반기에서 저급 알코올과 상기 증점제 혼합물을 첨가 및 혼합하는 단계는 1000 내지 1500 rpm으로 1 내지 2시간 동안 실행하는 것이 바람직하다.

또한, 반응 교반기에서 상기 단계에서 얻어진 투명 겔에 백탄 파우더 및 세라믹 파우더를 가하여 혼합하는 단계는 1000 내지 1500 rpm으로 1시간 이내로 실행하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 겔 형상 알코올 연료 조성물 제조 방법은 온도를 올려야 하는 단계를 필요로 하지 않으며, 완성된 겔 연료를 용기에 넣고 밀폐시키는 것으로서, 공정이 용이하며, 제조 비용 또한 감소시킬 수 있는 장점을 갖는다.

이하, 본 발명의 내용을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에 의하여 한정되어 지는 것은 아니다.

[실시예 1]

반응 교반기에 중화 증점제와 물을 첨가하고, 1000 내지 1500 rpm 으로 6 내지 8시간 교반하여 혼합물을 제조하였다.

콘덴서가 장착된 밀폐형 일반 교반기에 저급 알코올인 메탄올을 넣고, 상기 혼합물을 첨가하여 1000 내지 1500 rpm으로 1 내지 2시간 동안 교반하여 투명 겔을 제조하였다.

반응 교반기에 상기 혼합물과 백탄 파우더 및 세라믹 파우더를 넣고 1000 내지 1500 rpm으로 1시간 동안 교반하면서 검정색 불투명 겔 연료를 얻었다.

완성된 겔 연료를 용기에 넣고 밀폐하였다.

[실시예 2]

실시예 1에서 제조한 젤리상 알코올 연료를 소형용기에 충전한 후 겔의 경시 점도 변화(안정성) 및 용기 저장성을 시험하였다.

그 결과는 표1 및 2에 나타내었다.

표 1은 겔의 경시 점도 변화(안정성)를 나타내었다.

품명	제조직후의 점도	30℃/6개월후의 점도	실온/6개월 후의 점도
종래 제품 1	21,000	21,500	21,000
종래 제품 2	21,500	21,500	22,000
본 발명의 제품	23,000	23,500	23,000

표 2는 겔의 용기 저장성을 나타내었다.

시간	무게변화
	종래제품 1	종래제품 2	본 발명의 제품
초기무게	12kg	12kg	8kg
1주	12kg	12kg	8kg
2주	11.98kg	12kg	7.98kg
3주	11.98kg	11.95kg	7.98kg
4주	11.97kg	11.95kg	7.97kg
5주	11.95kg	11.94kg	7.97kg
5주간감량(%)	0.42	0.5	0.38

위의 표 1 및 2에서 알 수 있는 바와 같이 종래 제품에 비해 본 발명에 의한 젤리상 알코올 연료는 장기간 보관후에도 겔의 안정성이 그대로 유지되고 위험성이 없음을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 탄소 원자 수가 1 내지 6인 저급 알코올 80 내지 90 중량부, 증점제 3.0 내지 7.0 중량부, 물 6.0 내지 10.0 중량부, 백탄 파우더 1.0 내지 2.0 중량부 및 세라믹 파우더 0.3 내지 0.7 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는
   겔 형상 알코올 연료 조성물
2. 제1항에 있어서,
   상기 알코올은 메틸 알코올, 에틸 알코올 또는 그들의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
   겔 형상 알코올 연료 조성물
3. 중화 증점제를 물과 혼합하여 반응 교반기로 상온에서 6 내지 8시간 교반하는 제1 단계;
   탄소 원자 수가 1 내지 6인 알코올과 상기 혼합물을 콘덴서가 장착된 밀폐형 일반 교반기로 상온에서 1 내지 2시간 교반하여 투명 겔을 얻는 제2 단계;
   상기 제2 단계에서 얻어진 투명 겔에 백탄 파우더 및 세라믹 파우더를 가하고 반응 교반기로 상온에서 1시간 이내로 교반하여 검정색 불투명 겔을 얻는 제3 단계; 및
   완성된 겔 연료를 용기에 넣고 밀폐하는 제4 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는
   겔 형상 알코올 연료 조성물의 제조 방법
4. 제3항에 있어서,
   상기 저급 알코올은 80 내지 90 중량부, 상기 증점제는 3.0 내지 7.0 중량부, 상기 물은 6.0 내지 10.0 중량부, 상기 백탄 파우더는 1.0 내지 2.0 중량부, 상기 세라믹 파우더는 0.3 내지 0.7 중량부인 것을 특징으로 하는
   겔 형상 알코올 연료 조성물의 제조 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 알코올은 메틸 알코올, 에틸 알코올 또는 그들의 혼합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
   겔 형상 알코올 연료 조성물의 제조 방법.