KR20200044316A - 방향성 겔타입 연료 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메탄올 100 중량부; 물 10 내지 30 중량부; 증점제로서 카보머(carbomer) 수지 5 내지 10 중량부; 트리에탄올아민 2 내지 7 중량부; 및 페닐에틸알코올을 포함하는 향료 0.1 내지 1 중량부를 포함하는 겔타입 연료 조성물을 제공한다. 상기 겔타입 연료조성물은 작업성 및 운반 특성이 우수하고, 겔의 형상 안정성 및 연료 효율이 우수하다. 나아가 방향 특성을 가지므로 연소시 작업자의 피로도를 감소시킬 수 있다.

Description

방향성 겔타입 연료 조성물 및 이의 제조방법{GEL-TYPED FUEL COMPOSITION HAVING CHARACTERISTIC OF FRESHENER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 연료 분야의 기술로서, 상세하게는 추운 공사현장 등에서 간편하게 난방을 위한 연소 연료로서 사용되거나 건설 현장에서 양생 또는 보양 시간을 단축하기 위한 가열 기능을 수행할 수 있는 겔 타입 연료의 제조 기술에 관한 것이다.
통상 건설현장 등에서 추위를 견디기 위한 난로 연료나 양생 또는 보양 용도로 사용하기 위한 연료로서 목재, 갈탄, 난방 연료 등이 많이 사용되어 왔으나 가격이 저렴한 반면 그으름과 이산화탄소 등의 문제로 점차 사용이 줄어들고 있는 추세이다.
연료형 겔알콜은 갈탄 등의 단점을 보완하여 열량은 동일한 수준이며, 난방 연료 등의 안전성 문제까지 해결할 수 있고 나아가 별도의 착화제를 사용하지 않아도 되므로 최근 대형 건설사 등의 수요가 점차 증가하고 있다.
이러한 연료형 겔알콜을 제조를 위하여 일반적으로 알코올 연료를 고점성의 겔 타입 성상으로 변화시키기 위하여 다양한 고분자 화합물이 사용되고 있다. 또한 겔화는 통상 아민계 화합물과 고분자 내 카르복실기의 중화반응을 통하여 이루어지는데, 겔화 단계에서 사용되는 고분자와 아민계 화합물의 종류에 따라 겔화의 효율 및 형성되는 겔의 안정성이 좌우될 수 있다.
대한민국 특허 제10-0156372호에는 중화안정제로서 폴리옥시에틸렌알킬아민의 사용이 개시되어 있는데, 이러한 고분자량의 중화안정제는, 고농도의 알코올이 사용될 경우 분자량이 커서 중화반응의 장애를 일으킬 수 있고 분산 안정성이나 겔성상의 유지 측면에서 취약한 면이 있는 것으로 보고되고 있다.
한편, 공사 현장에서 기존의 연소 재료나 겔연료의 경우 연소시 발생하는 냄새 등으로 인하여 협소한 공사 현장이나 밀폐된 공사 현장에서 사용될 경우 작업자의 피로도를 증가시킬 수 있다. 따라서 이러한 연소에 의하여 발생되는 냄새 또는 연기의 향을 보완하거나 개선할 수 있는 방안이 모색되어야 한다.
본 발명은 종래 겔연료의 문제점을 보완하고 연료의 연소시 발생하는 냄새의 기호적인 측면을 개선하기 위하여 도출된 것으로서, 겔연료 자체의 연료 효율 및 겔연료의 제조 효율이 우수할 뿐만 아니라 연소시 발생하는 냄새가 순화 또는 개선된 겔타입 연료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 겔타입 연료 조성물을 효율적으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 겔타입 연료 조성물은 메탄올 100 중량부; 물 10 내지 30 중량부; 증점제로서 카보머(carbomer) 수지 0.5 내지 1.0 중량부; 트리에탄올아민 0.2 내지 0.7 중량부; 및 페닐에틸알코올을 포함하는 향료 0.05 내지 0.2 중량부를 포함한다.
상기 카보머 수지는 아크릴산의 가교결합에 의하여 형성된 폴리머일 수 있다.
상기 향료는 페닐에틸 알코올; 및 쿠마린, 릴리알데히드, O-터셔리부틸사이클로헥실아세테이트(Ortho Tertiary Butyl Cyclo Hexyl Acetate), 리날로올(linalool), 헥실실리케이트 등의 적어도 하나의 방향족 화합물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 겔타입 연료 조성물의 제조방법은 메탄올 100 중량부, 물 10 내지 30 중량부, 및카보머(carbomer) 수지 0.5 내지 1.0 중량부를 혼합 및 교반하여 연료 혼합물을 준비하는 연료 혼합단계; 상기 연료 혼합물에 트리에탄올아민을 적가하면서 상기 혼합물이 중성 또는 약산성이 될 때까지 적가하여 중화하는 겔화단계; 및 페닐에틸알코올을 포함하는 향료를 첨가하는 향료 첨가단계를 포함한다.
상기 향료는 겔화단계 이후에 첨가될 수도 있으나, 이와 다르게 연료 혼합물과 함께 첨가되어 혼합될 수도 있으며, 트리에탄올아민의 적가 단계에서 첨가될 수도 있다. 그러나 향료의 균일한 향 발산 효율을 고려하면, 겔화 단계 이후에 겔화된 분산액 내에 첨가되어 혼합되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 카보머 수지는 메탄올 및 물의 혼합 이후에 순차적으로 첨가되어 용해되는 것이 겔화 특성 면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 겔타입 연료 조성물은 폴리아민에 비하여 상대적으로 저분자량인 트리에탄올아민을 단일하게 사용함에도 불구하고 알코올 연료의 겔화가 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 겔타입 연료 조성물은 다가알코올이 아닌 탄소수 1의 메탄올을 사용함에도 불구하고 우수한 열량을 갖고 나아가 안정된 겔상을 유지할 수 있다. 이와 같이 저분자량의 알콜을 사용함에도 안정된 겔화가 가능한 것은 중화증점제인 트리에탄올아민의 사용에 기인한다고 판단된다.
이처럼 본 발명에 따른 겔타입 연료 조성물은 기존의 겔 연료 대비 상대적으로 저분자량의 화합물로 이루어져 있어 겔 타입 연료의 저장성 및 작업성이 매우 우수하다.
한편, 상기 겔타입 연료 조성물은 연료의 열량 및 연소 효율에 전혀 지장을 주지 않는 향료를 포함함으로써, 유통 및 연소 과정에서 기존 연료 대비 순화된 향을 발산하고, 연소 과정에서도 연소 산물에 의한 냄새를 저감하여 작업자의 피로도를 저하시킬 수 있다.
본 발명에 따른 겔타입 연료 조성물의 제조방법에 따르면, 연료 혼합물을 선 배합 후, 트리에탄올아민의 적가를 통하여 중화반응을 유도함으로써 겔타입 연료 조성물의 겔화 정도를 정밀하게 조절할 수 있고, 안정된 겔화가 이루어질 수 있도록 용이하게 반응을 유도할 수있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 겔타입 연료의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 겔타입 연료의 제조방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 겔타입 연료 조성물 및 이를 제조하는 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명은 본 발명을 이해하기 위한 예시적인 기재들이며, 하기 설명들에 의하여 본 발명의 기술사상이 제한되지 않는다. 본 발명의 기술사상은 오직 후술하는 청구범위에 의하여 해석되고 제한될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 조성물은 별도의 착화제 없이 공사현장 등에서 난로 연료, 양생 과정 등에 사용될 수 있는 겔 타입의 연료이다. 상기 연료 조성물은 메탄올, 물, 카보머 수지, 트리에탄올아민 및 향료를 포함한다.
상기 연료 조성물은 연료로서 단일한 메탄올 1종만을 사용한다. 즉, 에탄올 등 다른 알코올류를 배제하고 가장 저분자량인 메탄올만을 단독으로 포함한다. 메탄올은 다른 고 탄소수 알콜올이나 다가알코올에 비하여 상대적으로 열량, 및 겔화 효율 면에서 불리할 수 있다고 판단되었으나 실제로 카보머 수지와 혼합후 트리에탄올아민에 의하여 겔화되는 과정에서 오히려 카보머 수지와의 결합 특성이 우수하여 카보머 수지에 잘 흡수되는 것으로 확인되었으며 열효율 및 겔화 성능면에서의 어떠한 단점도 발견되지 않았다. 오히려 메탄올의 사용은 겔연료의 무게를 감소시키는 요인으로 작용하여 겔타입 연료의 작업성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 연료 조성물은 상기 메탄올 100 중량부 대비 10 내지 30 중량부의 물(수분 포함)을 포함한다. 상기 물의 함량은 겔 연료의 사용 목적, 사용 장소 등을 고려하여 제품 설계 설계 당시 발열 효율과 겔화 효율 측면에서 다각도로 검토되어야 한다.
상기 물의 함량이 10 중량부 미만인 경우에는 겔화가 원활하게 이루어지지 않아 겔타입 연료의 형태 안정성이 현저히 저하될 수 있고, 반면에 상기 물의 함량이 30 중량부를 초과하면 겔타입 연료 내의 알코올 함량이 상대적으로 줄어들므로 발열량이 현저히 저하될 수 있다. 따라서 상기 물의 함량은 상기 메탄올 100 중량부 대비 10 내지 30 중량부인 것이 바람직하다.
상기 겔타입 연료 조성물은 겔을 이루는 기본 물질로서 카보머 수지를 포함한다. 본 발명의 카보머 수지는 폴리아크릴산의 가교결합에 의하여 형성된 폴리머를 포함한다. 상기 카보머 수지는 후술할 트리에탄올아민의 적가에 의하여 카보머 수지의 카르복실기와 트리에탄올아민의 아민기가 반응하여 중화반응을 형성하고, 이 과정에서 알코올 연료와 물을 흡수하여 팽창함으로써 겔을 형성한다.
상기 카보머 수지의 함량은 겔화 및 발열 효율을 고려하여 결정될 수 있으며, 최종 겔타입 연료의 사용 장소, 사용 목적 등을 고려하여 변화될 수 있다. 한편, 카보머 수지의 합성에 사용되는 폴리아크릴산의 분자량 및 가교 정도도 최종 제품의 용도를 고려하여 적절히 변화될 수 있다.
상기 카보머 수지의 함량이 0.5 중량부 미만이면, 조성물의 점도가 너무 낮아 겔화 형성이 어렵고, 반면에 상기 카보머 수지의 함량이 1.0 중량부를 초과하면, 과도한 점도로 인하여 연료의 연소 효율이 저하될 수 있다. 따라서 상기 카보머 수지의 함량은 상기 메탄올 100 중량부 대비 0.5 내지 1.0 중량부인 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 겔타입 연료의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 겔타입 연료 조성물을 제조(S100) 하기 위해서는 후술할 트리에탄올아민의 적가 전에 연료 혼합물을 준비해야 한다(S110). 즉, 전술한 메탄올, 물 및 카보머 수지를 함량에 따라 혼합하고 충분히 교반하여 카보머 수지 분산체를 준비하여야 한다. 교반 정도는 연료의 연소 균일성 및 안정성 확보를 위하여 충분하게 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 카보머 수지는 메탄올 및 물과 함께 혼합되어 교반될 수도 있으나, 충분한 용해를 위하여 우선 메탄올 및 물을 배합한 후 교반한 후, 순차으로 상기 배합물에 첨가되어 교반되는 것이 바람직하다. 상기 카보머 수지는 첨가 후 대략 30~40분 간의 용해 과정을 거친다.
연료 혼합이 완료되면, 연료 혼합물 내의 카보머 수지와 트리에탄올아민의 중화반응을 통한 겔화 단계(S120)가 진행된다. 염기성인 트리에탄올아민과 카르복실기를 포함하는 카보머 수지의 중화반응의 설계는 겔화 효율과 밀접한 관련을 갖는다. 상기 트리에탄올아민은 하기 화학식(1)에서 보는 바와 같이 3가의 아민기를 갖는 대칭구조의 저분자량 아민화합물이다. 트리에탄올아민을 일정량으로 적가하면서 중화반응을 통한 연료 혼합물의 겔화를 유도한다. 본 실시예에서, 상기 트리에탄올아민은 다른 아민 화합물의 사용 없이 단독으로 사용된다.
Figure pat00001
아민 화합물의 분자량이 클 경우에는 겔화된 알코올 표면에 막이 생성되어 연소 효율이 저해할 수 있으나, 본 발명의 트리에탄올아민은 저분자량으로서 연소효율을 저해하지 않음은 물로, 겔화를 효율적으로 이루어지도록 한다. 또한, 이러한 트리에탄올아민의 화합물에 의한 중화반응은 중화반응 후의 pH가 중성 또는 약산성을 유지하도록 종결되어야 만이 균일한 겔 분산체를 수득할 수 있다.
전술한 바와 같이 카보머 수지를 주제로 하고 트리에탄올아민에 의하여 이루어지는 겔화는 안정적일 뿐만 아니라, 저분자량의 트리에탄올아민의 사용은 연료인 메탄올의 균일한 수소결합을 유도하여 연료 효율 면에서도 매우 유리한 것으로 확인되었다. 나아가, 연료인 메탄올 및 트리에탄올아민의 배합은 전체적인 겔타입 연료 조성물의 무게를 감소시킴으로써, 겔타입 연료의 작업성을 향상 시킬 수 있게하는 원인이 된다.
상기 중화반응 후의 pH가 중성 또는 약산성을 유지하기 위해서는 상기 중화반응 결과 트리에탄올아민의 함량이 메탄올 100중량부 대비 0.2 내지 0.7 중량부인 것이 바람직하다. 트리에탄올아민의 양은 최종 제품의 겔화 성능, 겔화 양태 등의 또 다른 변수로 작용할 수 있다.
겔화 단계(S120)가 완료되면, 겔화된 분산체에 향료를 첨가하는 향료 첨가단계(S130)가 진행된다. 상기 향료는 겔화 연료의 보관 중에도 향을 발산할 뿐만 아니라 연소 중에도 지속적으로 향을 발산하여 연소 산물에 의한 냄새를 중화시키고 작업자의 피로도를 저감할 수 있다.
상기 향료는 조성물 형태로서, 페닐에틸알코올을 포함한다. 상기 향료는 페닐에틸알코올을 포함하므로써, 메탄올과의 친화성이 우수하여 연소 효율의 장애가 되지 않으며 방향족 알코올로서 실질적인 방향 성분인 방향족 화합물과의 상용성이 우수하다.
상기 향료는 페닐에틸알코올 외에, 쿠마린, 릴리알데히드, O-터셔리부틸사이클로헥실아세테이트(Ortho Tertiary Butyl Cyclo Hexyl Acetate), 리날로올(linalool), 헥실실리케이트 등의 방향족 화합물을 포함한다. 상기 방향족 화합물은 단독으로 사용될 수도 있으나 적어도 2종 이상의 방향족 화합물을 혼합하여 사용하는 것이 균일한 방향 효과를 구현하는 데 유리하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 겔타입 연료의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 겔타입 연료 조성물의 제조(S200) 시 향료의 첨가 시기는 도 1의 첨가 시기와 다르게 변동될 수 있다. 즉, 상기 향료는 전술한 바와 같이 겔화 단계(S220) 이후에 겔화 분산체에 첨가될 수 도 있으나, 본 실시예에서 보는 바와 같이 연료 혼합 단계(S210)에서 메탄올을 포함하는 연료 혼합물의 일 첨가제로서 미리 혼합 분산되어 준비될 수도 있다.
향료가 겔화 단계(S220) 이후에 첨가될 경우에는 방향 효율이 우수한 반면, 방향 성능의 균일성 및 항상성이 저해될 수 있고, 향료가 연료 혼합 단계(S210)에서 첨가될 경우에는 방향 성능의 향상성 및 균일한 방향이 가능한 반면 전자에 비하여 다소 방향 효율이 저하되는 측면이 있다. 따라서, 향료의 첨가 시점은 제품 설계 시점에서 제품의 사용 목적 및 사용 장소 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 향료로서 아래와 같이 두 가지 향료 조성물을 예시한다. 아래 표 1 및 표 2에 향료 조성물의 주요 구성 성분 및 상대적인 함량을 기재하였으며, 기재된 성분 외의 다른 다양한 첨가제가 포함될 수 있다.
제 1 향료 조성물
성분명 CAS 번호 함량범위
페닐에틸알코올 60-12-8 25~50
벤질알코올 100-51-6 10~25
테트라하이드로 리날로올 78-69-3 1~10
릴리알데히드 80-54-6 0.01~2.5
O-터셔리부틸사이클로헥실아세테이트 88-41-5 0.01~2.5
제 2 향료 조성물
성분명 CAS 번호 함량범위
알파헥실계피알데히드 101-86-0 1~10
페닐에틸알코올 60-12-8 1~10
쿠마린 91-64-5 1~10
리날로올 78-70-6 1~10
헥실실리케이트 6259-76-3 5~20
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 들어 겔타입 연료 조성물을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체화된 모습을 보여주기 위한 예시적인 설명이며, 아래 실시예와 다른 변형 실시예가 충분히 가능함은 당연하다. 하기 실시예에는 본 발명의 일 실시예에 따른 겔타입 연료 조성물의 조성 및 제조방법이 기재되어 있다.
[실시예] 겔타입 연료 조성물
실시예 1
성분 함량(중량비) 공정
메탄올 80000
배합 후 교반
물 19000
HK-940 (카보머) 560 교반 투입 후 30~40분 용해
트리에탄올아민 280 교반하면서 20~30분간 서서히 적가
향료 조성물 1
(ORCHID RI10344)		 50 첨가 후 충분히 분산되도록 교반
실시예 2
성분 함량(중량비) 공정
메탄올 80000

배합 후 교반
물 19000
향료 조성물 2
(ORCHID RI10342)		 50
HK-940 (카보머) 560 교반 투입 후 30~40분 용해
트리에탄올아민 280 교반하면서 20~30분간 서서히 적가
방향 성능 평가
실시예 1에서는 향료를 겔화 단계 이후에 첨가하였으며, 실시예 2에서는 향료를 메탄올 및 물의 배합 과정에서 같이 첨가하고 혼합 하였다. 실시예 2에 의해서 제조된 겔타입 연료조성물의 방향 강도가 다소 우수한 것으로 판단되었으나 균일한 방향 성능 및 방향의 유지시간은 실시예 1의 겔타입 연료 조성물이 다수 우수한 것으로 평가되었다.
본 발명의 겔타입 연료 조성물은 종래 제품 대비 상대적으로 가벼워 작업성 및 운반 특성이 우수하고, 겔 성상의 안정성 및 연료 효율도 매우 우수한 것으로 확인되었다. 또한 상기 겔타입 연료 조성물은 방향 특성을 겸비하여 연소시 작업자의 피로도를 저감할 수 있다.

Claims (6)

  1. 메탄올 100 중량부;
    물 10 내지 30 중량부;
    증점제로서 카보머(carbomer) 수지 0.5 내지 1.0 중량부;
    트리에탄올아민 0.2 내지 0.7 중량부; 및
    페닐에틸알코올을 포함하는 향료 0.05 내지 0.2 중량부를 포함하는 겔타입 연료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카보머 수지는 아크릴산의 가교결합에 의하여 형성된 폴리머인 것을 특징으로 하는 겔타입 연료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 향료는 페닐에틸 알코올; 및
    쿠마린, 릴리알데히드, O-터셔리부틸사이클로헥실아세테이트(Ortho Tertiary Butyl Cyclo Hexyl Acetate), 리날로올(linalool) 및 헥실실리케이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 방향족 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 겔타입 연료 조성물.
  4. 메탄올 100 중량부, 물 10 내지 30 중량부, 및 카보머(carbomer) 수지 0.5 내지 1.0 중량부를 혼합 및 교반하여 연료 혼합물을 준비하는 연료 혼합단계;
    상기 연료 혼합물에 트리에탄올아민을 적가하면서 상기 혼합물이 중성 또는 약산성이 될 때까지 적가하여 중화하는 겔화단계; 및
    페닐에틸알코올을 포함하는 향료를 첨가하는 향료 첨가단계를 포함하는 겔타입 연료 조성물의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 향료 첨가단계는 상기 향료가 연료 혼합물의 준비단계에서 연료 혼합물과 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 겔타입 연료 조성물의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 카보머 수지는 메탄올 및 물의 혼합 이후에 순차적으로 첨가되어 용해되는 것을 특징으로 하는 겔타입 연료 조성물의 제조방법.
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