KR20200048478A - 저온안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물 - Google Patents

저온안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물에 관한 것이다. 본 발명에서는, (a) 에탄올 90~99.5중량%와 알코올 혼합물 A 또는 알코올 혼합물 B 0.5 내지 10중량%를 포함하는 알코올 조성물 70~99중량부; (b) 물 0~30중량부; (c) 카르복시비닐 폴리머 0.5~3중량부; (d) 알칸올 아민 0.5~6중량부; 및 (e) 탄소수 1~3의 알코올류 및 탄소수 2~3의 글리콜류 중에서 1종 이상 선택된 저온 안정성 향상을 위한 첨가제 1~10중량부를 포함하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물을 제공한다. 본 발명의 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물은 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 알코올 연료 조성물에 탄소수 1~3의 알코올류 또는 탄소수 2~3의 글리콜류를 첨가함으로써 수소결합력을 높여 저온에서의 점도가 안정적으로 유지될 수 있다.

Description

저온안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물{Gel-type alcohol fuel composition with increased stability at low temperature}
본 발명은 저온안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 에탄올을 주원료로 사용하는 젤형 알코올 연료 조성물에 탄소수 1~3의 알코올류 또는 탄소수 2~3의 글리콜류를 첨가하여 저온에서의 점도를 안정적으로 유지할 수 있도록 한 젤형 알코올 연료 조성물에 대한 것이다.
종래 알코올 연료는 강한 휘발성으로 인하여 유독가스가 발생하고 저장안정성이 낮으며 연소 지속시간이 짧고 액상이라 연소시 취급 부주의로 인한 화재의 위험성이 높은 점 등 여러 가지 문제점이 있었다.
이러한 액상 알코올 연료를 대체하기 위하여 파라핀계 고체연료가 사용되고 있으나, 파라핀계 고체연료도 연소시 성분 중 일부가 액화되어 취급 부주의나 엎지르는 경우 액상 알코올과 같이 화재의 위험성이 높고, 유동성이 없는 고체상이기 때문에 그 용도가 제한되는 문제점이 있다.
알코올을 젤화시킨 젤형 알코올 연료는 고형 연료에 비하여 유동성이 있으면서도 액상 연료에 비해서는 유동성이 낮으므로, 용기가 파손되거나 취급부주의로 엎질러진 경우에도 연료가 쉽게 유출되지 않아 화재의 위험성이 낮은 장점이 있다. 따라서 젤형 알코올 연료는 종래의 액상 연료 또는 고형 연료가 가진 문제점을 어느 정도 개선할 수 있으므로 널리 사용되고 있다.
그러나 종래 젤형 알코올 연료에는 비용이 저렴한 메탄올이 주로 사용되는데, 메탄올 자체가 유독물이고, 연소시 메탄산(포름산)과 같은 유해물질이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 메탄올은 분자량이 작아 열량이 낮고 연소시간이 상대적으로 짧은 단점이 있다.
메탄올이 주성분인 젤형 연료에서 열량을 증가시키기 위하여 연소열이 큰 탄소수 2 이상의 알코올을 혼합하는 방법이 제시되었다. 그란, 탄소수 2 이상의 알코올을 메탄올에 혼합하는 경우, 저분자량의 단순 알킬아민을 중화증점제로 사용하면 젤 형성능력이 불량하고 생성된 젤의 일부가 고온에서 파괴되는 문제점이 있다. 또한 이러한 젤 형성능이 불량해지면 증점제의 사용량이 증가하고 다른 첨가제의 사용을 초래하여 결과적으로 비용이 높아지는 문제점이 있다.
이러한 문제점으로 인하여, 젤형 알코올 연료의 주성분으로 메탄올 대신 에탄올을 사용하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 그러나, 메탄올은 온도에 따른 점도변화가 적어 동절기에도 안정적으로 연료로 사용할 수 있는 반면, 에탄올은 어는점은 -114.1℃지만 -10℃ 이하에서는 물과 에탄올의 수소결합력이 약화되어 점성이 낮아져 젤이 풀리고 물성에 변화가 생기는 문제점이 있다.
예를 들어, 메탄올을 원료로 사용한 젤형 알코올 연료의 경우, 상온에서 점도는 51,200이고 -10℃ 이하에서 점도는 57,000으로 점도 차이가 5,800이고 온도가 내려가면서 점도가 높아졌다. 반면, 에탄올을 원료로 사용한 젤형 알코올 연료의 경우, 상온에서 점도는 57,640이고 -10℃ 이하에서 점도는 9,500으로 온도가 내려가면서 점도가 급격하게 낮아져 점도 차이가 48,140이었다.
또한 에탄올을 원료로 사용한 젤형 알코올 연료의 경우, 상온에서는 고점도의 투명한 젤 형태를 유지하지만(도 1), -10℃ 이하에서는 젤이 불투명해지고 부분적으로 첨가되어 있는 폴리머 덩어리를 육안으로 확인할 수 있다(도 2).
(특허문헌　1)　대한민국 특허공고　제1993-0010572호 2)　대한민국　특허등록　제10-0156372호 (특허문헌　3)　대한민국 특허등록　제10-0738811호 (특허문헌　4)　대한민국　특허등록　제10-0789586호 (특허문헌　5)　대한민국　특허등록　제10-1111442호 (특허문헌　6)　대한민국　특허등록　제10-1315993호 (특허문헌　7)　대한민국　특허등록　제10-1535603호
본 발명은 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 알코올 연료 조성물에 탄소수 1~3의 알코올류나 탄소수 2~3의 글리콜류를 첨가하여 저온에서도 안정적으로 물성을 유지할 수 있는 저온안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는,
(a) 에탄올 90~99.5중량%와, 알코올 혼합물 A 또는 알코올 혼합물 B 0.5 내지 10중량%를 포함하는 알코올 조성물 70~99중량부;
(b) 물 0~30중량부;
(c) 카르복시비닐 폴리머 0.5~3중량부;
(d) 알칸올 아민 0.5~6중량부; 및
(e) 탄소수 1~3의 알코올류 및 탄소수 2~3의 글리콜류 중에서 1종 이상 선택된 저온 안정성 향상을 위한 첨가제 1~10중량부;
를 포함하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물을 제공한다.
상기 알코올 혼합물 A는 탄소수 3 이상의 혼합 알코올과 물 및 메탄올의 혼합물로, 상기 탄소수 3 이상의 혼합 알코올은 프로필 알코올류(5~25중량%), 부틸 알코올류(15~25중량%) 및 아밀 알코올류(60~70중량%)를 포함하는 알코올 혼합물이다.
상기 알코올 혼합물 B는 물, 메탄올 및 퓨젤유를 포함하는 알코올 혼합물이다.
상기 조성물에서, 상기 탄소수 1~3의 알코올류는 메탄올이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 탄소수 2~3의 글리콜류는 에틸렌글리콜과 글리세린 중 선택된 것임이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 알칸올 아민은 탄소수 2~14의 알킬기에 하이드록시기가 포함된 아민 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 카르복시비닐 폴리머는 분자량 900,000~4,500,000의 범위를 갖는 고분자로서 폴리아크릴산의 공중합체 또는 교차 중합체인 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 알칸올 아민은 카르복시비닐 폴리머 100중량부에 대하여 70~200중량부 포함되는 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 알코올 조성물은 크루드 에탄올을 90중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다.
상기 조성물에서, 상기 크루드 에탄올은 전분질계, 목질계 및 해조류계 바이오매스 중 하나 이상의 원료를 발효시켜 에탄올을 생산하는 과정에서 얻어지는 것임이 바람직하다.
상기 조성물은 첨가제로 착색제, 방향제, 소취제 및 탈취제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 조성물은 메탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 헥산 및 메틸에틸케톤 중에서 선택된 1종 이상의 유기용제를 5~30중량부 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 젤형 알코올 연료 조성물 50~95중량%와;
숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상이고 분말상, 과립상 및 괴상 중 어느 하나 이상의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량%를 포함하는 알코올 혼합연료를 제공한다.
본 발명의 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물은 에탄올을 주성분으로 하는 젤형 알코올 연료 조성물에 탄소수 1~3의 알코올류 또는 탄소수 2~3의 글리콜류를 첨가함으로써 수소결합력을 높여 저온에서의 점도가 안정적으로 유지되므로 안전한 에탄올 연료를 저온에서도 안정적으로 사용할 수 있다.
도 1은 에탄올을 원료로 사용한 젤형 알코올 연료의 상온에서의 상태를 보여주는 사진이다.
도 2는 에탄올을 원료로 사용한 젤형 알코올 연료의 -10℃ 이하에서의 상태를 보여주는 사진이다.
본 발명의 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물은,
(a) 에탄올 90~99.5중량%와, 알코올 혼합물 A 또는 알코올 혼합물 B 0.5 내지 10중량%를 포함하는 알코올 조성물 70~99중량부;
(b) 물 0~30중량부;
(c) 카르복시비닐 폴리머 0.5~3중량부;
(d) 알칸올 아민 0.5~6중량부; 및
(e) 탄소수 1~3의 알코올류 및 탄소수 2~3의 글리콜류 중에서 1종 이상 선택된 저온 안정성 향상을 위한 첨가제 1~10중량부를 포함한다.
이하 본 발명을 구체적으로 설명한다.
1. 알코올 조성물
알코올 조성물은 에탄올 90~99.5중량%와, 알코올 혼합물 A 또는 알코올 혼합물 B 0.5 내지 10중량%를 포함한다.
에탄올은 일반적으로 에틸렌을 직접 또는 간접 수화하여 생산하거나 곡물류, 목재류, 해조류 등의 바이오매스를 발효시켜 생산한다.
사탕수수, 옥수수, 감자, 고구마 등 곡물류의 당질계나 전분계(Starchy), 또는 볏짚, 나무 등 목재류의 목질계(Lignocellulosic) 바이오매스(Biomass)를 원료로 사용하여 전처리-당화-발효과정을 거쳐 바이오 에탄올을 제조하는 경우, 발효조 내 물의 함량이 많아 발효 후 처음 얻어지는 브로스(Broth) 내 에탄올의 함량이 5~10중량% 수준으로 매우 낮다.
최종제품으로서의 에탄올은 목적에 따라 95~99.5중량% 이상의 고순도가 요구되므로 이후 상품화를 위해 여러 단계의 정제과정을 거치게 된다.
발효과정을 통해 생산되는 에탄올은 발효 후 1차 분리(정제)과정을 통하여 에탄올 함량 95% 정도인 크루드(Crude) 에탄올이 얻어지는데, 이 크루드 에탄올은 에탄올 및 각종 부산물을 포함하고 있다.
본 발명에서 "크루드 에탄올"은 바이오매스 발효에 의해 에탄올을 생산하는 과정에서 중간에 얻어지는, 에탄올 함량 95% 정도이고 각종 부산물을 포함하는 형태의 크루드 에탄올로 정의된다. 이러한 크루드 에탄올은 별도의 복잡한 정제과정을 거치지 않으므로 정제과정을 거친 상품화된 에탄올에 비하여 가격이 매우 저렴하지만 포함된 부산물로 인해 잘 이용되지 못하고 있다.
크루드 에탄올에는 부산물로 탄소수 3 이상의 알코올과 미량의 메탄올 등이 함유되어 있으므로 이를 이용하여 본 발명의 알코올 조성물을 제조하면 에탄올을 주성분으로 하면서도 원가가 저렴하여 경제적이다.
크루드 에탄올은 상태에 따라 본 발명의 알코올 조성물에 90~100중량%로 사용할 수 있으며, 부족한 성분은 필요에 따라 추가할 수 있다.
상기 크루드 에탄올은 전분질계, 목질계 및 해조류계 바이오매스 중 하나 이상의 원료를 발효시켜 에탄올을 생산하는 과정에서 얻어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 알코올 혼합물 A는 탄소수 3 이상의 혼합 알코올, 물 및 메탄올의 혼합물이며, 상기 알코올 혼합물 B는 물, 메탄올 및 퓨젤유를 포함하는 알코올 혼합물이다. 상기 알코올 혼합물 A은 탄소수 3 이상의 혼합 알코올 0.5~90중량% 물 0.5~90중량%, 메탄올 50~99중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 알코올 혼합물 B는물 0.5~90중량%, 메탄올 50~99중량%, 퓨젤유 0.5~90중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 탄소수 3 이상의 혼합 알코올은 프로필 알코올류 5~25중량%, 부틸 알코올류 15~25중량% 및 아밀 알코올류 60~70중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 프로필 알코올류는 노말 프로판올, 이소프로판올 등 탄소수 3의 알코올을 모두 포함하고, 부틸 알코올류는 노말 부탄올, 이소부탄올 등 탄소수 4의 알코올을 모두 포함하며, 아밀 알코올류는 노말 펜탄올, 이소펜탄올 등 탄소수 5의 알코올을 모두 포함하는 의미이다.
2. 물
물은 젤의 형태를 형성하고 유지하며, 점도와 연소속도를 조절하기 위하여 사용한다.
물은 알코올 조성물 70~99중량부에 대하여 0~30중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 10~30중량부를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
물의 양이 너무 많으면 알코올의 함량이 상대적으로 감소하여 발열량이 감소될 수 있다. 또한 물의 양이 너무 적으면 젤화에 영향을 주어 젤의 형태를 유지하기 어려운 문제점이 있으나, 본 발명에서는 알칸올 아민 화합물을 중화증점제로 사용함으로써 물을 5중량부 이하로 포함하여도 적당한 점도 및 젤 형태 유지가 가능하며 물을 전혀 포함하지 않는 경우에도 젤 형태를 유지할 수 있다.
3. 카르복시비닐 폴리머
카르복시비닐 폴리머(carboxylvinyl polymer)는 젤형 연료에서 아민과 반응하여 최종적으로 젤을 형성하는 기본 물질이다.
카르복시비닐 폴리머는 알코올, 물 또는 알코올과 물의 혼합물에 분산되어 점도를 높여 젤을 형성하는 젤화제로 작용하며, 함량에 따라 고점도의 젤을 형성할 수 있어 알코올 연료의 흐름성, 비누설성 및 안정성에 중요한 역할을 한다.
상기 카르복시비닐 폴리머로는 분자량 900,000~4,500,000의 범위를 갖는 고분자로서 폴리아크릴산의 공중합체 또는 교차 중합체를 사용하는 것이 바람직하다.
카르복시비닐 폴리머는 알코올 조성물 70~99중량부에 대하여 0.5~3중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 카르복시비닐 폴리머의 함량이 너무 낮은 경우에는 젤형 연료의 흐름성이 높아 젤형성이 어려워질 수 있고, 함량이 너무 높은 경우에는 너무 고점도의 젤을 형성하거나 연소시 불순물이 발생할 수 있기 때문이다.
4. 알칸올 아민
알칸올 아민은 알코올 연료 조성물에서 카르복시비닐 폴리머의 카르복시기와 중화반응을 하여 젤을 형성하는 중화증점제이다.
알칸올 아민으로는 탄소수 2~14의 알킬기에 하이드록시기가 포함된 알칸올 아민 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 아민의 예로는 모노에탄올 아민, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 트리이소프로판올 아민 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
알칸올 아민으로는 탄소수 8~14의 분지형 알킬기에 하이드록시기가 포함된 3차 아민을 사용하는 것이 보다 바람직한데, 탄소수 8~14의 분지형 알킬기에 하이드록시기가 포함된 3차 아민은 분자크기가 작아서 카르복시비닐 폴리머의 카르복시기와 중화반응을 할 때 입체장애가 없어 효율적으로 중화반응을 할 수 있으므로 분자크기가 큰 화합물에 비하여 사용량이 적어지게 된다. 또한, 중화반응 후 생성된 젤 형성물이 분지형 알킬기로 인하여 효율적으로 분산되며 하이드록시기가 알코올과 상호작용을 하게 되어 알코올의 휘발성을 낮추어주고 장기적 안정성을 유지하는 역할을 한다.
상기 알칸올 아민 화합물은 하기 화학식 1 내지 5의 화합물 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것이 보다 바람직하다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
알칸올 아민은 알코올 조성물 70~99중량부에 대하여 0.5~6중량부 사용하는 것이 바람직하며, 카르복시비닐 폴리머 100중량부에 대하여 80~180중량부를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 조성물 중 알칸올 아민의 양이 너무 적으면 젤 형성이 어려울 뿐만 아니라, 젤형 알코올 연료가 산성을 띄게 되어 장기 보존성이 떨어지고 금속 용기를 부식시키게 되며, 반대로 너무 많으면 젤 형성이 파괴되어 흐름성이 높아지고 과다한 알칸올 아민 사용으로 인해 연소시 잔류물이 증가하는 단점이 있다.
5. 알코올류 및 글리콜류
본 발명의 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물은 젤형 알코올 연료 조성물의 저온에서의 안정성을 높이기 위하여 탄소수 1~3의 알코올류 또는 탄소수 2~3의 글리콜류를 포함한다.
일반적으로 알킬기는 분자를 안정화시키기 위해 상대적으로 양전하의 성질을 띄는 탄소에 전자를 나눠주려는 유발효과(Inductive effect)가 있다. 메탄올과 에탄올 모두 산소원자와 결합한 탄소는 부분적으로 양전하를 띄게 되지만 에탄올은 산소원자와 결합한 탄소원자가 또 다른 탄소원자와 결합해 있고, 유발효과로 인해 분극화가 덜 일어나기 때문에 저온에서의 수소 결합력이 저하된다.
즉, 기존에 사용하는 주성분인 메탄올의 경우, 메틸기(CH3-)에 -OH가 연결되어 있어 수소결합시 알킬기로 인한 입체장애(Steric hindrance)가 낮아 물과의 수소결합력이 높고 저온에서도 안정성을 갖게 되지만, 에탄올은 에틸기(CH3CH2-)에 -OH 하나가 연결되어 있어 수소결합시 알킬기로 인한 입체장애를 받게 되므로 수소결합력이 낮아져 저온안정성이 낮아진다.
따라서 본 발명에서는 탄소수가 적고 하이드록시기가 많은 탄소수 1~3의 알코올류 및 탄소수 2~3의 글리콜류 중 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용하여 수소결합력을 높여 저온에서 물성이 안정적으로 유지시키고자 한다. 상기 탄소수 1~3의 알코올류는 바람직하게는 메탄올이다. 상기 탄소수 2~3의 글리콜류는 바람직하게는 에틸렌글리콜과 글리세린 중 선택된 것이며, 특히 바람직하게는 에틸렌글리콜을 사용할 수 있다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물은 pH 값이 6~9인 것이 바람직하다.
본 발명의 젤형 알코올 연료 조성물은 착색제, 방향제, 소취제, 탈취제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
착색제로는 통상적으로 상압 하에서 비등점이 220℃ 이하인 방향족 화합물이 사용되며, 착색제의 예로는 톨루엔, 크실렌, 트리메틸벤젠 등의 알킬벤젠류; 메톡시 벤젠, 에톡시 벤젠 등의 페닐 에테르류; 안식향산 메틸, 초산 페닐 등의 에스테르류 등이 있다. 착색제는 젤형 알코올 연료의 연소시 불꽃이 색을 가지게 하여 연소의 진행여부를 용이하게 확인할 수 있게 한다. 착색제는 젤형 알코올 연료 조성물 중에 0.0001~0.005중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 착색제의 함량이 너무 적을 경우 착색효과가 미미하고, 너무 많을 경우 연소효율이 저하될 수 있다.
방향제, 소취제, 탈취제 등의 첨가제는 당해 분야에서 공지된 성분을 공지된 사용량에 따라 사용할 수 있다. 방향제, 소취제, 탈취제는 각각 젤형 알코올 연료 조성물 중에 0.0001~0.005중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물은 알코올 조성물 70~99중량부, 물 0~26중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.5~3중량부를 혼합 및 교반하여 분산액을 제조하고, 상기 분산액에 물 0~4중량부, 알칸올아민 0.5~6중량부 및 탄소수 1~3의 알코올류 및 탄소수 2~3의 글리콜류 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 혼합 및 교반하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하고, 제조된 젤형 알코올 연료 조성물을 충진기를 이용하여 용기에 주입하고 밀봉하는 방법으로 젤형 연료로 제조되는 것이 바람직하다.
추가성분으로 착색제를 사용하는 경우에는, 알코올 조성물 70~99중량부, 물 0~26중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.5~3중량부를 혼합 및 교반하여 분산액을 제조하고, 상기 분산액에 0.0001~0.005중량부의 착색제를 혼합 및 교반하여 분산액을 얻고, 상기 분산액에 물 0~4중량부, 알칸올아민 0.5~6중량부 및 탄소수 1~3의 알코올류 및 탄소수 2~3의 글리콜류 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 혼합 및 교반하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하고, 제조된 젤형 알코올 연료 조성물을 충진기를 이용하여 용기에 주입하고 밀봉하는 방법에 의하여 젤형 연료로 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기와 같이 조성된 젤형 알코올 연료 조성물과 고체연료를 포함하는 알코올 혼합연료를 제공한다. 알코올 혼합연료는 바람직하게는 젤형 알코올 연료 조성물 50~95중량%와; 숯 등의 고체연료 5~50중량%를 포함한다. 상기 고체연료는 숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하며, 분말상, 과립상 및 괴상 중 어느 하나 이상의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 혼합된 고체연료는 발열시간 및 발열양을 증가시키는 작용을 할 수 있다.
[ 실시예 ]
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
에탄올 96.5중량부와, 프로필 알코올류(5~25중량%), 부틸 알코올류(15~25중량%) 및 아밀 알코올류(60~70중량%)를 포함하는 탄소수 3 이상의 혼합 알코올, 물 및 메탄올 3.5중량부를 포함하는 알코올 조성물을 준비하였다.
이 알코올 조성물 75.70중량부에, 물 21.64중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.77중량부, 알칸올 아민 0.89중량부 및 메탄올 1중량부를 혼합하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하였다.
카르복시비닐 폴리머로는 카보머 940(Carbomer 940)을 사용하고, 아민 화합물로는 상기 화학식 1의 화합물[(2-hydroxyethyl)-bis-(2-hydroxypropyl)amine]을 사용하였다. 저온안정성을 높이기 위한 첨가제로는 메탄올을 사용하였다.
<실시예 2>
알코올 조성물, 카르복시비닐 폴리머 및 아민 화합물은 상기 실시예 1에서와 동일한 물질을 사용하였으며, 저온안정성을 높이기 위한 첨가제로는 메탄올을 사용하였다.
알코올 조성물 74.17중량부, 물 21.20중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.76중량부, 알칸올 아민 0.87중량부 및 메탄올 3중량부를 혼합하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하였다.
< 실시예 3>
알코올 조성물, 카르복시비닐 폴리머 및 아민 화합물은 상기 실시예 1에서와 동일한 물질을 사용하였으며, 저온안정성을 높이기 위한 첨가제로는 메탄올을 사용하였다.
알코올 조성물 72.64중량부, 물 20.77중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.74중량부, 알칸올 아민 0.86중량부 및 메탄올 5중량부를 혼합하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
알코올 조성물, 카르복시비닐 폴리머 및 아민 화합물은 상기 실시예 1에서와 동일한 물질을 사용하였으며, 저온안정성을 높이기 위한 첨가제로는 메탄올을 사용하였다.
알코올 조성물 71.17중량부, 물 17.49중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.62중량부, 알칸올 아민 0.72중량부 및 메탄올 10중량부를 혼합하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
알코올 조성물, 카르복시비닐 폴리머 및 아민 화합물은 상기 실시예 1에서와 동일한 물질을 사용하였으며, 저온안정성을 높이기 위한 첨가제로는 에틸렌글리콜(EG)을 사용하였다.
알코올 조성물 75.70중량부, 물 21.64중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.77중량부, 알칸올 아민 0.89중량부 및 에틸렌글리콜 1중량부를 혼합하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하였다.
<실시예 6>
알코올 조성물, 카르복시비닐 폴리머 및 아민 화합물은 상기 실시예 1에서와 동일한 물질을 사용하였으며, 저온안정성을 높이기 위한 첨가제로는 에틸렌글리콜을 사용하였다.
알코올 조성물 74.17중량부, 물 21.20중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.76중량부, 알칸올 아민 0.87중량부 및 에틸렌글리콜 3중량부를 혼합하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하였다.
<실시예 7>
알코올 조성물, 카르복시비닐 폴리머 및 아민 화합물은 상기 실시예 1에서와 동일한 물질을 사용하였으며, 저온안정성을 높이기 위한 첨가제로는 에틸렌글리콜을 사용하였다.
알코올 조성물 72.64중량부, 물 20.77중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.74중량부, 알칸올 아민 0.86중량부 및 에틸렌글리콜 5중량부를 혼합하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하였다.
<실시예 8>
알코올 조성물, 카르복시비닐 폴리머 및 아민 화합물은 상기 실시예 1에서와 동일한 물질을 사용하였으며, 저온안정성을 높이기 위한 첨가제로는 에틸렌글리콜을 사용하였다.
알코올 조성물 71.17중량부, 물 17.49중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.62중량부, 알칸올 아민 0.72중량부 및 에틸렌글리콜 10중량부를 혼합하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
알코올 조성물, 카르복시비닐 폴리머 및 아민 화합물은 상기 실시예 1에서와 동일한 물질을 사용하였다.
알코올 조성물 76.46중량부, 물 21.86중량부, 카르복시비닐 폴리머 0.78중량부 및 알칸올 아민 0.9중량부를 혼합하여 젤형 알코올 연료 조성물을 제조하였다.
<실험예 1>
메탄올의 함량에 따른 저온에서의 물성 변화
비교예 1과 실시예 1 내지 4의 조성물의 상온과 -10℃ 이하에서의 점도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 점도측정은 BROOKFIELD의 DV2TLVTJ0 모델의 점도측정기를 사용하였다. 먼저, 기기의 전원을 켜고, 영점을 잡아준 후 측정하고자 하는 셋팅값(Spindle64, rpm5)을 입력한다. 입력이 완료되면 측정하고자하는 샘플을 Spindle의 경계까지 담고 측정을 시작한다.
조성 메탄올 함량 점도
에탄올
조성물		 물 카르복시비닐 폴리머 알칸올
아민		 상온
(a)		 -10℃이하
(b) 		차이
(a-b)
비교예1 76.46 21.86 0.78 0.9 - 57,640 4,160 53,480
실시예1 75.70 21.64 0.77 0.89 1 62,500 43,320 19,180
실시예2 74.17 21.20 0.76 0.87 3 75,280 78,040 -2,760
실시예3 72.64 20.77 0.74 0.86 5 76,360 76,500 -140
실시예4 71.17 17.49 0.62 0.72 10 56,920 54,500 2,420
상기 표 1의 결과에서, 메탄올을 첨가하지 않은 비교예 1과 메탄올을 소량 첨가한 실시예 1의 경우에는 점도가 풀리는 현상이 나타나지만, 실시예 2 내지 4에서는 저온에서도 점도가 풀리지 않고 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.
< 실험예 2>
에틸렌글리콜의 함량에 따른 저온에서의 물성 변화
비교예 1과 실시예 5 내지 8의 조성물의 상온과 -10℃ 이하에서의 점도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 점도측정 방법은 실험예 1과 동일하다.
조성 EG
함량		 점도
에탄올
조성물		 물 카르복시비닐 폴리머 알칸올
아민		 상온
(a)		 -10℃이하
(b) 		차이
(a-b)
비교예1 76.46 21.86 0.78 0.9 - 57,640 4,160 53,480
실시예1 75.70 21.64 0.77 0.89 1 55,880 69,760 -13,880
실시예2 74.17 21.20 0.76 0.87 3 74,200 78,200 -4,000
실시예3 72.64 20.77 0.74 0.86 5 55,840 61,000 -5,160
실시예4 71.17 17.49 0.62 0.72 10 60,640 72,400 -11,760
상기 표 2의 결과에서, 첨가제로 에틸렌글리콜을 사용하는 경우에는 소량만 첨가하여도 저온에서 점도가 안정적으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. (a) 에탄올 90~99.5중량%와, 하기 알코올 혼합물 A 또는 알코올 혼합물 B 0.5 내지 10중량%를 포함하는 알코올 조성물 70~99중량부;
    (b) 물 0~30중량부;
    (c) 카르복시비닐 폴리머 0.5~3중량부;
    (d) 알칸올 아민 0.5~6중량부; 및
    (e) 탄소수 1~3의 알코올류 및 탄소수 2~3의 글리콜류 중에서 1종 이상 선택된, 저온 안정성 향상을 위한 첨가제 1~10중량부;
    를 포함하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
    A: 탄소수 3 이상의 혼합 알코올, 물 및 메탄올의 혼합물로, 상기 탄소수 3 이상의 혼합 알코올은 프로필 알코올류(5~25중량%), 부틸 알코올류(15~25중량%) 및 아밀 알코올류(60~70중량%)를 포함하는 알코올 혼합물
    B: 물, 메탄올 및 퓨젤유를 포함하는 알코올 혼합물
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소수 1~3의 알코올류는 메탄올인 것을 특징으로 하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소수 2~3의 글리콜류는 에틸렌글리콜과 글리세린 중 선택된 것임을 특징으로 하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알칸올 아민은 탄소수 2~14의 알킬기에 하이드록시기가 포함된 아민 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카르복시비닐 폴리머는 분자량 900,000~4,500,000의 범위를 갖는 고분자로서 폴리아크릴산의 공중합체 또는 교차 중합체인 것을 특징으로 하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 알칸올 아민은 카르복시비닐 폴리머 100중량부에 대하여 70~200중량부 포함되는 것을 특징으로 하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 알코올 조성물은 크루드 에탄올을 90중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 크루드 에탄올은 전분질계, 목질계 및 해조류계 바이오매스 중 하나 이상의 원료를 발효시켜 에탄올을 생산하는 과정에서 얻어지는 것을 특징으로 하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 첨가제로 착색제, 방향제, 소취제 및 탈취제 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    메탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 헥산 및 메틸에틸케톤 중에서 선택된 1종 이상의 유기용제를 5~30중량부 더 포함하는, 저온 안정성이 향상된 젤형 알코올 연료 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 젤형 알코올 연료 조성물 50~95중량%와;
    숯, 왕겨, 목재, 페트로 코크스, 석탄, 흑연 및 갈탄 중에서 선택된 1종 이상이고 분말상, 과립상 및 괴상 중 어느 하나 이상의 형상을 갖는 고체연료 5~50중량%를 포함하는 알코올 혼합연료.
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