KR870000084B1 - 중질알킬벤젠술폰산을 이용한 고염기성 청정분산제 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

중질알킬벤젠술폰산을 이용한 고염기성 청정분산제 제조방법

도면은 본 발명의 방법에 사용되는 장치의 개략도.

본 발명은 합성세제 제조원료인 연성 및 경성 알킬벤젠 제조시 부산물로 생성되는 연성 및 경성 중질 알킬벤젠을 술폰화하여 알칼리금속, 알칼리금속산화물, 알칼리금속 알코올 레이트등과의 반응에 의해 윤활유 첨가제인 고염기성 청정분산제를 제조하는 방법에 관한 것이다. 청정분산제에 있어서 청정성 또는 청정제라는 용어는 비누의 세척작용에서 연상되어 사용되고 있는데 초기에는 디젤엔진유의 품질향상을 목적으로 연구되어 왔으며 이것을 첨가한 엔진유를 디터젼트 오일이라 불렀다.

윤활유가 사용중 산화를 받게되면 다량의 슬러지가 윤활유 중에 축적된다. 특히 내연기관용 윤활유는 고온에 의해서 슬러지 발생이 매우 심하고 또한 저질 연료를 사용할 경우 연료의 불완전 연소에 의한 카아본 물질의 혼입이나 마찰면의 금속마찰분과 외부로부터 침입되는 먼지 등은 윤활유를 오염시킴은 물론 엔진 내부에 누적되어 윤활작용을 저하시키고 나아가서 윤활고장을 일으키게 된다.

이때 윤활유에 청정분산 기능이 있게되면 이런 슬러지 상의 유해성분을 기름 속에 현탁, 분산시켜 피스톤링에 부착이나 누적을 방지하여 항상 윤활계를 깨끗하게 해주는 기능을 갖게된다. 그러나 청정분산제가 마치 비누의 성질과 같이 이미 더러워진 윤활유 그 자체를 깨끗하게 하는 것은 아니며 윤활계에 오염물이 누적하지 못하도록 하는 것이다.

그 작용기구에는 두가지설이 있다. 첫째로 분자중에 극성기를 가지고 있어서 이 극성기가 슬러지의 입자에 흡착하고 또 무 극성기는 기름중에 용해한다. 따라서 청정 분산제의 효과는 첨가제 중의 극성기와 기름중의 슬러지와의 친화력에 좌우된다. 또 하나의 설은 청정분산제가 기름중에 미셀을 형성하고 이 미셀이 슬러지상 산화 생성물에 대해 가용화 작용을 하는 것이라고 생각된다. 즉, 청정분산제는 알카리성이고 윤활유의 산화에 의해서 생성된 옥시산 등은 산성물질이므로 중화와 함께 불용성 슬러지의 생성을 방지하는 작용을 한다.

따라서 청정분산제는 분산작용과 중화작용을 한다. 청정 분산제로서 현재 가장많이 사용되고 있는 것은 석유 술폰산, 알킬페놀 등의 칼슘, 바륨, 알루미늄, 마그네슘, 아연등의 금속계와 무기계로 대별되며 구체적인 화합물은 다음과 같다.

1) 금속제 청정 분산제

이것은 기름에 불용성 물질을 분해 분산시켜 기관내부를 깨끗하게 하며 산을 중화한다.

알루미늄-디 나프텐 네이트 칼슘-디클로로-스테아레이트

칼슘-페닐-스테아레이트 칼슘-페트로륨-술포네이트

2) 무회계 청정 분산제

청정분산제의 대부분은 저온운전시에 발생되는 술러지를 분산하는 능력이 결핍되어 있다. 이 저온 술러지를 분산시키기 위해 개발된 것이 폴리 폴리-폴리머형(예 : 폴리메타 아크릴레이트)과 폴리 이소 부틸렌 숙신산(숙시닉산) 유도체이고 이런 형의 청정분산제는 무회형이다.

숙신산 아마이드 숙신산 에스테르

벤질 아민 공중합 폴리머

청정 분산제는 금속표면이 항상 노출되어 있으므로 금속과의 접촉 산화작용이 강하고 또한 청정분산제 자신도 거의 산화 촉진적 경향이 있으므로 이를 사용할 때는 반드시 산화 방지제를 같이 첨가해야 한다.

본 발명의 반응 메카니즘은 다음과 같다.

일반적으로 윤활유에 첨가되는 첨가제로는 산화방지제, 부식방지제, 점도지수향상제, 유동점강하제, 청정분산제 등 여러 가지가 있으나 아직도 외국에서 전량수입하여 조합에 의해 상품화되고 있는 실정이다. 따라서 본 발명은 윤활유첨가제 중 첨가량이 약 50% 정도의 많은 양을 차지하는 청정분산제를 제조하여 수입대체함으로써 윤활유의 제조 원가를 낮출 수 있게 되었다.

청정분산제 제조에 사용되는 기초물질로서는 여러종류가 있으나 본 발명의 방법에 있어서는 주로 연성 및 경성 알킬벤젠 제조시 부생되는 중질알킬 벤젠을 술폰화하여 사용하였으며, 이때 술폰화되지 않는 중질알킬벤젠은 저급알코올 및 물 등에 의해 분리하여 고순도의 중질알킬벤젠 술폰산을 얻을 수 있으며, 분리된 중질알킬벤젠은 열안정성이 양호하여 여러 특수용도에 다시 사용할 수 있다.

중질알킬벤젠술폰산을 이용한 청정분산제 제조는 알코올레이트 제조단계, 이산화탄소부가단계, 술폰산염제조단계 등으로 크게 나눌 수 있으며 이들 단계중 알코올레이트 제조 단계가 가장 반응이 격렬하다. 종래의 중질알킬벤젠술폰산을 이용한 청정분산제 제조과정 중 알코올레이트 제조단계에서 맥 더블유 헌트(미국)등은 알킬리금속화합물과 알코올류를 직접 혼합하여 반응시켰으나 이는 급격한 반응열과 폭발적인 가스발생으로 냉각 및 가스제거등의 안전문제가 야기되어 왔다. 또한 중질알킬벤젠의 술폰화물로는 술폰화도(활성분)가 85-90%로 너무 높아 반드시 희석유를 첨가해야만하는 번거로움이 있었으며, 또한 사용되는 알킬페놀은 신-루이스 리 코일드 리 하브(미국)등에 의한 탄소수 9-15인 것을 사용해왔다.

그러나 본 발명의 방법에서는 알코올레이트 제조시 알칼리성금속인 마그네슘, 알루미늄, 칼슘, 바륨 등과 크실렌과 같은 반응성이 있는 용제를 혼합 사용하여 반응온도까지 온도를 높인 후 반응물인 알코올류, 예를들면 메틸알콜, 에틸알콜, 푸로필알콜, 부틸알콜, 메톡시에틸알콜, 글리콜류를 반응속도에 맞추어 천천히 첨가하면서 반응시켜 반응열과 가스발생을 조절하고 또한 어느 시점에서도 알코올류의 첨가를 중단하면 반응할 멈출 수 있는 장점이 있으며 이때 반응은 환류온도에서 실시하여 이산화탄소는 20-30℃에서 과량 부가시킨다.

그리고 본 발명의 방법에서 사용되는 중질알킬벤젠술폰산은 술폰화도가 30-35%로 낮은 것을 사용하므로 회석유의 첨가가 불필요하며 탄소수 1-4인 저급알코올류와 적당량의 물을 이용하여, 오히려 술폰화되지 않는 중질알킬벤젠을 분리하므로써 분리된 기름은 열안정성이 좋아서 여러 가지 특수용도로 사용될 수 있다. 알칼리 금속화합물을 이용한 알킬 벤젠술폰산의 중성염 제조에 있어서는 염가의 공업용 알카리화합물인 산화칼슘, 수산화칼슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 암모니아수 또는 가스 등을 사용하고 충분한 양의 물을 첨가하여 반응물의 이온화도를 높혀주므로써 완전한 중성염을 제조할 수 있으며 100℃이상의 고온탈수공정을 끝내야한다. 또한 본 발명의 방법에 있어서 사용되는 알킬페놀은 C₈이하의 액상의 것을 사용하고, 여러 단계의 복잡한 과정을 거치지 않고 과량의 산화 칼슘과 알킬렌글리콜을 사용하였으며 산성반응촉진제로 이산화탄소를 부가하므로서 반응을 종결시킨다.

최종 반응혼합물은 헥산, 헵탄, 옥탄, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 기타 방향족 탄화수소를 사용하여 희석하고 물은 용액을 여과한 후 반응물에 혼합된 용제 및 기타 휘발성물질을 제거한다. 최종 제품인 중질 알킬벤젠술폰산을 이용한 고염기성 청정분산제는 가솔린 및 디젤엔진윤활유 등의 첨가제로서 고속운전 시에 발생되어 석출되는 침적물을 기름중에 분산시켜 피스톤등 기타 금속표면에 퇴적하는 것을 막고 엔진 내부를 청정하게 보호하는 역할을 하며 2-10%정도 첨가된다.

본 발명의 방법은 첨부도면에 의해 설명하면 다음과 같다. 저장소 5에 저장된 용제를 반응기 2에 넣고 분말투입구 7을 통하여 알칼리금속이나 알칼리 금속화합물 또는 기타 알칼리물질을 주입한다.

반응기 2에 부착된 교반기를 천천히 돌리면서 가열하여 반응온도를 맞추고 저장조 4에서 알코올류를 천천히 부으면서 반응을 진행시켜 알코올레이트 제조를 완료한다. 완료된 반응물은 여과장치 8을 거쳐 저장조 6에 저장된다. 다음에는 저장조 1에 저장된 중질알킬벤젠술폰산을 반응기 2에 넣고 저장조 6에 저장된 알코올레이트를 가하여 염기성 알칼리금속술폰산염을 제조한다. 이때 알코올레이트를 그대로 반응기 2에 두고 중질알킬벤젠술폰산을 가하여 염기성 알칼리금속술폰산염을 제조할 수도 있다.

중화반응이 완료되면 저장조 5에서 용제와 저장조 4에서 알코올을 첨가한다. 반응물을 환류 온도에서 충분히 반응시켜 반응이 끝나면 약 3시간동안 이산화탄소 부가반응을 시킨다. 최종반응물은 여과장치 8을 거쳐 증류탑 9로 보내어 용제 및 물을 회수한다. 탑정의 회수물은 냉각기를 거쳐 저장조 10, 11에 일단 저장한 후 저장조 5, 6으로 보내서 재사용한다. 한편 탑저에서 나오는 최종제품은 제품저장조 12로 보내어 보관한다.

그리고 알킬페놀첨가에 의한 반응을 실시할 때에는 미리 제조된 중질알킬벤젠술폰산염이 제조된 반응기 2로 알킬페놀을 보내고 투입구 7로 산화칼슘과 유황분말을 투입한다. 반응온도를 140℃이상 높이고 대기압 또는 감압하에서 저장조 4에 저장된 알킬렌글리콜을 첨가하고 같은 온도에서 1시간정도 유지한 후 전 반응을 종결시킨다. 이 반응물은 저장조 7에 저장된 용제를 가해 희석한 후 여과장치 8을 통해 여과하고, 여과된 반응물은 증류탑 9로 보내져서 탑정으로는 용제를 회수하여 저장조 10, 11에 저장 되었다가 다시 저장조 5, 6으로 보내져 재사용되며, 탑저로부터 얻어지는 최종제품은 제품저장조 12에 보관된다.

[실시예 1]

마그네슘 메톡시 에톡사이드 카보네이트 제조. 2ℓ-4구 플라스크에 교반, 증류 및 이산화탄소 부가장치를 한 후 온도계를 부착한다. 여기에 크실렌 565ml와 마그네슘분말 75g을 넣은 다음 가열하여 139℃까지 올리고 이 온도를 유지하면서 서서히 메톡시 에탄올 1300g을 80분 동안 전부 가하여 반응시킨다. 그리고 이 반응물을 127℃에서 60분 동안 더 반응시킨다. 다시 반응물을 25℃로 냉각시켜서 250-450ℓ의 이산화탄소를 부가시킨다. 반응종료 후 필요하면 여과하고 다음 과정을 준비한다.

[실시예 2]

고염기성 마그네슘 청정분산제 제조. 실시예 1의 반응물은 60℃로 유지하고 여기에 30-60℃의 중질알킬벤젠술폰산 260g, 물 30-37g, 크실렌 693g의 혼합물을 5분 동안 첨가한다. 반응물을 잘 교반하면서 60-85℃로 유지하고 30분 동안 반응시킨다. 반응물은 여과하여 침전물이 0.02%이하가 되도록 한다. 여과된 반응물은 증류하여 용제와 물을 제거한다. 최고 온도 150-170℃에서 10-20분간 건조된 공기를 주입하면서 남아 있는 용제를 완전히 제거하여 고염기성 마그네슘 청정분산제를 제조한다. 이때 전알칼리도는 300정도이다.

Claims (2)

1. 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 바륨 및 이들 화합물과 크실렌을 혼합 가열하여 알코올류를 서서히 첨가하면서 반응시킨 후, 20-30℃로 냉각시킨 다음, 이산화탄소를 과량부가 반응시켜 얻은 반응 생성물과 비점이 300˚-400℃인 여성 및 경성 중질알킬벤젠을 술폰화하여 얻은 알킬벤젠술폰산을 반응시켜 전염기도 300이상인 고염기성의 청정분산제를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 알킬벤젠술폰산은 술폰화도가 30-35%인 것을 사용함을 특징으로 하는 고염기성의 청정분산제를 제조하는 방법.

Images