KR102656455B1 - 친환경 전기 절연유 및 윤활유로 사용이 가능한 테트라에스테르 합성물 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 테트라에스테르 합성물 및 그 제조방법에 대한 것으로서 더욱 상세하게는 친환경적인 전기 절연유 및 윤활유로 사용이 가능한 테트라에스테르 합성물 및 그 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 테트라에스테르 합성물은 다가알콜(Polyhydric Alcohol)과 혼합 지방산을 1 : 4의 몰(mol) 비로 된 테트라에스테르(Tetraester) 조성물과, 상기 조성물 중 상기 다가알콜의 0.001 내지 0.02 중량%의 촉매(Catalyst)를 포함한다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 다가알콜은 펜타에리트리톨(Pentaerythritol) 또는 디펜타에리트리톨(Dipentaerythritol)인 것이 바람직하다. 그리고 상기 혼합 지방산은 C6,C8,2EHA,C10를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 촉매는 산촉매(Acid catalyst)나 중성 촉매(Neutral catalyst) 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 산촉매는 염산, 인산, 황산, PTSA(Para-Toluene Sulfonic Acid) 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. 그리고 상기 중성촉매는 디에세트산디부틸(Dibutyltin diacetate) 또는 티탄산 테트라-n-부틸(Tetra-n-butyl titanate) 중 적어도 어느 하나 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 혼합 지방산은 C6,C8, 2EHA의 각각 몰(mol) 비가 10 ~ 60%이며, C10을 몰(mol) 비로 0 ~ 40% 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 테트라에스테르 합성물은 다가알콜(Polyhydric Alcohol)과 혼합 지방산을 1 : 4의 몰(mol) 비로 된 테트라에스테르(Tetraester) 조성물과, 상기 조성물 중 상기 다가알콜의 0.001 내지 0.02 중량%의 촉매(Catalyst)를 포함한다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 다가알콜은 펜타에리트리톨(Pentaerythritol) 또는 디펜타에리트리톨(Dipentaerythritol)인 것이 바람직하다. 그리고 상기 혼합 지방산은 C6,C8,2EHA,C10를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 촉매는 산촉매(Acid catalyst)나 중성 촉매(Neutral catalyst) 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 산촉매는 염산, 인산, 황산, PTSA(Para-Toluene Sulfonic Acid) 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. 그리고 상기 중성촉매는 디에세트산디부틸(Dibutyltin diacetate) 또는 티탄산 테트라-n-부틸(Tetra-n-butyl titanate) 중 적어도 어느 하나 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 혼합 지방산은 C6,C8, 2EHA의 각각 몰(mol) 비가 10 ~ 60%이며, C10을 몰(mol) 비로 0 ~ 40% 더 포함하는 것이 바람직하다.
Description
본 발명은 테트라에스테르 합성물 및 그 제조방법에 대한 것으로서 더욱 상세하게는 친환경적인 전기 절연유 및 윤활유로 사용이 가능한 테트라에스테르 합성물 및 그 제조방법에 대한 것이다.
전기 절연유는 열전달 유체에 의한 온도 상승을 냉각시켜주는 냉각작용과 전기적 절연 기능을 수행하며, 주로 절연유가 유입된 변압기 콘덴서, 케이블, 차단기 등에 사용된다.
전 세계적으로 널리 사용되는 전기 절연유는 광유계 전기 절연유(Mineral oil), 식물성 오일(Vegetable oil) 및 합성 에스테르(Synthetic ester) 등 3가지가 있다.
광유는 1910년부터 변압기의 절연매체로 사용되고 있으며, 원류로부터 증류하여 생산된 방향족, 나프펜 혼합물로 구성된다.
식물성 오일은 자연의 씨앗 등에서 추출한 오일로 포화지방산과 불포화 지방산의 혼합물로 트리글리셀라이드 형태이다. 그리고 합성 에스테르는 발암물질을 유발하고, 환경적으로 유해한 PCBs(Polychlorodinated biphenyls) 절연유를 대체하기 위해 일정 탄소수 갖는 포화지방산과 알코올과의 합성으로 제조된 에스테르계 화합물이다.
광유계 전기 절연유는 냉각성능과 변압기 효율측면에서 우수하나, 석유계 성분으로 구성되어 생분해성이 취약하기 때문에 사용 중 누설이나 사용 후 폐기 시 제기되는 근본적인 환경문제를 안고 있다. 또한, 인화점이 낮아 변전소에서 화재발생 시 큰 피해를 입히는 요인으로 작용하고 있다.
이에 따라 생분해성과 난연 성능이 우수한 바이오 기반의 식물성 오일과 합성 에스테르의 친환경 전기 절연유 사용과 연구가 증가하고 있는 추세이다.
한편 전세계적으로 사용되고 있는 식물성 오일 전기 절연유는 품질 요구치를 고려하여 탄소수 C8 ~ C18 분포를 갖는 트리글리세라이드 형태로 사용되고 있다. 이러한 식물성 오일 전기 절연유는 높은 생분해성, 낮은 독성, 높은 인화점 등으로 친환경성이 높은 장점을 갖고 있으나, 구성 성분 중 불포화 지방산의 함량이 높아 산화안정성이 나쁜 단점을 가지고 있다.
본 발명은 식물성 오일 전기 절연유의 단점을 극복하고 수율이 높인 합성 에스테르 전기 절연유로 사용될 수 있는 테트라에스테르 합성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 테트라에스테르 합성물은 다가알콜(Polyhydric Alcohol)과 혼합 지방산을 1 : 4의 몰(mol) 비로 된 테트라에스테르(Tetraester) 조성물과, 상기 조성물 중 상기 다가알콜의 0.001 내지 0.02 중량%의 촉매(Catalyst)를 포함한다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 다가알콜은 펜타에리트리톨(Pentaerythritol) 또는 디펜타에리트리톨(Dipentaerythritol)인 것이 바람직하다. 그리고 상기 혼합 지방산은 탄소 수가 C6,C8, 2EHA(2-Ethylhexanoic Acid
, C8),C10를 구비하는 것이 바람직하다.
, C8),C10를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 촉매는 산촉매(Acid catalyst)나 중성 촉매(Neutral catalyst) 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 산촉매는 염산, 인산, 황산, PTSA(Para-Toluene Sulfonic Acid) 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다. 그리고 상기 중성촉매는 디아세트산디부틸(Dibutyltin diacetate) 또는 티탄산 테트라-n-부틸(Tetra-n-butyl titanate) 중 적어도 어느 하나 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 테트라에스테르 합성물에 있어서, 상기 혼합 지방산은 C6,C8, 2EHA의 각각 몰(mol) 비가 10 ~ 60%이며, 탄소 수가 C10을 몰(mol) 비로 0 ~ 40% 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 테트라에스테르 합성물 제조방법은 교반단계와, 진공단계와, 환류단계와, 냉각단계를 포함한다. 상기 교반단계는 다가알콜(Polyhydric Alcohol) 1 몰(mol)과 혼합 지방산 4 ~ 6 몰(mol)의 조성물과 상기 조성물 중 상기 다가알콜의 0.001 내지 0.02 중량%의 촉매(Catalyst)가 혼합된 혼합물에 공비물(Azotroping Agent)을 상기 혼합물 100 중량부에 대해 상기 혼합물의 3 ~ 20 파트(parts)를 넣고 질소(N2) 가스를 계속 주입하면서 160 ~ 180℃까지 온도가 올라가도록 가온을 하면서 300 ~ 400rpm으로 교반한다. 상기 진공단계는 상기 교반단계 중 82 ~ 87℃에서 진공을 가한다. 상기 환류단계는 상기 진공단계 중 130 ~ 140℃ 부근에서 리플럭스(reflux)한다. 상기 냉각단계는 수산기(OHV)가 10mg/KOH이하로 되면 100℃ 이하로 냉각시킨다.
또한, 상기의 테트라에스테르 합성물 제작방법에 있어서, 상기 다가알콜은 펜타에리트리톨(Pentaerythritol) 또는 디펜타에리트리톨(Dipentaerythritol)인 것이 바람직하다. 그리고 상기 혼합 지방산은 C6,C8, 2EHA(2-Ethylhexanoic Acid
)가 각각 10 ~ 60%의 몰(mol) 비와, C10이 0 ~ 40%의 몰(mol)비로 혼합되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 촉매는 염산 또는 인산 또는 황산 또는 PTSA(Para-Toluene Sulfonic Acid)의 산촉매와, 디아세트산디부틸(Dibutyltin diacetate) 또는 티탄산 테트라-n-부틸(Tetra-n-butyl titanate)의 중성 촉매 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
)가 각각 10 ~ 60%의 몰(mol) 비와, C10이 0 ~ 40%의 몰(mol)비로 혼합되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 촉매는 염산 또는 인산 또는 황산 또는 PTSA(Para-Toluene Sulfonic Acid)의 산촉매와, 디아세트산디부틸(Dibutyltin diacetate) 또는 티탄산 테트라-n-부틸(Tetra-n-butyl titanate)의 중성 촉매 중 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 광유 전기 절연유를 대체할 수 있으며 친환경적일 뿐만 아니라 높은 수율과 뛰어난 물성을 가진 전기 절연유 및 그리스 윤활유(lubricating oil) 등의 기제(Base oil)로 사용될 수 있는 테트라에스테르 합성물을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 테트라에스테르 합성물 및 그 제조방법의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 테트라에스테르 합성물은 다가알콜(Polyhydric Alcohol)과 혼합 지방산을 1 : 4의 몰(mol) 비로 된 테트라에스테르(Tetraester) 조성물과, 상기 조성물 중 상기 다가알콜의 0.001 내지 0.02 중량%의 촉매(Catalyst)를 포함한다.
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여기서 상기 다가알콜은 펜타에리트리톨(Pentaerythritol) 또는 디펜타에리트리톨(Dipentaerythritol)이 사용된다.
그리고 상기 혼합 지방산은 탄소 수가 C6, C8, 2EHA(2-Ethylhexanoic Acid
, C8), C10을 구비하는 것이 바람직하다. 이때 C6, C8, 2EHA은 각각 몰(mol) 비가 10 ~ 60%이며, C10은 몰(mol) 비로 0 ~ 40%로 구성된다.
, C8), C10을 구비하는 것이 바람직하다. 이때 C6, C8, 2EHA은 각각 몰(mol) 비가 10 ~ 60%이며, C10은 몰(mol) 비로 0 ~ 40%로 구성된다.
상기 촉매는 산촉매(Acid catalyst)나 중성 촉매(Neutral catalyst)가 각각 단독 또는 혼합하여 사용된다.
산촉매로는 염산, 인산, 황산, PTSA(Para-Toluene Sulfonic Acid) 등이 사용되고, 중성촉매로는 디아세트산디부틸(Dibutyltin diacetate) 또는 티탄산 테트라-n-부틸(Tetra-n-butyl titanate) 등이 사용된다.
본 발명에 따른 테트라에스테르 합성물 제조방법은 교반단계와, 진공단계와, 환류단계와, 냉각단계를 포함한다.
상기 교반단계는 교반기와 딘스타크 트랩(Dean-Stark Trap)이 부착된 4구 플래스크(flask)에 다가알콜 1 몰(mol)에 과량의 혼합 지방산 4 ~ 6 몰(mol)의 조성물과, 상기 조성물 중 상기 다가알콜에 0.001 내지 0.02 중량%의 PTSA(촉매)로 된 혼합물에 공비물(Azotroping agent)을 상기 혼합물 100 중량부에 대해 3 ~ 20 parts 넣고 적량의 질소(N2) 가스를 계속 주입하면서 대략 160 ~ 180℃까지 온도가 올라가도록 서서히 가온하면서 300 ~ 400rpm으로 교반한다. 여기서 공비물(Azotroping agent)은 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 크실렌(Xylene), 석유 나프타(Petroleum naphtha) 등이 사용된다. 다가알콜과 혼합 지방산은 1 : 4의 몰(mol)로 결합을 하지만 반응을 촉진시키기 위하여 혼합 지방산을 과량으로 사용한다. 그래서 본 실시예에서 다가알콜과 혼합 지방산의 몰(mol) 비가 1 : 4 ~ 6이 되도록 하였다.
상기 진공단계는 상기 교반단계 중 82 ~ 87℃에서 진공펌프를 가동하여 진공을 시작한다.
상기 환류단계는 상기 진공단계 중 130 ~ 140℃ 부근에서 리플럭스(reflux)한다. 반응 시간은 10 ~ 20 시간이며, 수산기(OHV)가 10mg/KOH 이하가 될 때까지 반응을 지속한다. 이후 미 반응 산과 수분, 공비물(Azotroping agent) 등을 제거하기 위해 진공도를 5 ~ 25mgHg 까지 다운(down) 시킨다.
상기 냉각단계는 수산기(OHV)가 10mg/KOH이하로 되어 반응이 완료되면 100℃이하로 냉각시킨다.
냉각한 후 통상적인 방법으로 규조토, 산화알루미늄(Al2O3), 활성탄(activated carbon) 등을 처리한 후 여과한다.
아래의 표 1 및 표 2는 본 실시예를 사용하여 시험한 실험예1 및 실험예2이며, 표 3은 실험예1 및 실험예2의 시험결과이다. 표 3에 알 수 있듯이 본 실시예에 따른 테트라에스테르 합성물은 수율이 99% 이상이며 뛰어난 물성을 가진 것을 알 수 있다.
| 원료 | 단위 | 실투입량 |
| C10 Capric acid | g | 259.74(1.5 mol) |
| C6 Hexanoic acid | g | 174.24(1.5 mol) |
| C8 Caprylic acid | g | 216.32(1.5 mol) |
| C8 2EHA | g | 216.32(1.5 mol) |
| Pentaerythritol | g | 136.15(1 mol) |
| PTSA | g | 0.038 |
| Toluene | g | 60 |
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| 원료 | 단위 | 실투입량 |
| C6 Hexanoic acid | g | 174.24(1.5 mol) |
| C8 Caprylic acid | g | 324.48(2.25 mol) |
| C8 2EHA | g | 324.48(2.25 mol) |
| Pentaerythritol | g | 136.15(1 mol) |
| PTSA | g | 0.038 |
| Toluene | g | 60 |
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| 실험항목 | 실시예1 | 실시예2 | 시험방법 |
| 외관 | 투명 | 투명 | IEC 61099 |
| 수분(%) | 65 | 44 | IEC 60814 |
| 색 | 52 | 49 | ISO 2211 |
| 산가(mg/KOH) | 0.01 | 0.01 | IEC 62021-2 |
| OH가(mg/KOH) | 5.04 | 3.4 | ASTM 1899-08 |
| 점도(cst/40℃) | 28.07 | 27.89 | ISO 3104 |
| 유동점(℃) | -57 | -61 | ISO 3016 |
| 인화점(COC) | 280 | 274 | ISO 2719 |
| 비중(20℃) | 0.97 | 0.96 | ISO 3075 |
| 수율(%) | 97.9 | 99.42 |
Claims (7)
- 다가알콜(Polyhydric Alcohol) 1 몰(mol)과 혼합 지방산 4 ~ 6 몰(mol)의 조성물과 상기 조성물 중 상기 다가알콜의 0.001 내지 0.02 중량%의 촉매(Catalyst)가 혼합된 혼합물에 공비물(Azotroping Agent)을 상기 혼합물 100 중량부에 대해 상기 혼합물의 3 ~ 20 파트(parts)를 넣고 질소(N2) 가스를 계속 주입하면서 160 ~ 180℃까지 온도가 올라가도록 가온을 하면서 300 ~ 400rpm으로 교반하는 교반단계와,
상기 교반단계 중 82 ~ 87℃에서 진공을 가하는 진공단계와,
상기 진공단계 중 130 ~ 140℃ 부근에서 리플럭스(reflux)하는 환류단계와,
수산기(OHV)가 10mg/KOH이하로 되면 100℃이하로 냉각시키는 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 테트라에스테르 합성물 제작방법. - 제1항에 있어서,
상기 다가알콜은은 펜타에리트리톨(Pentaerythritol) 또는 디펜타에리트리톨(Dipentaerythritol)이며,
상기 혼합 지방산은 C6,C8, 2EHA(2-Ethylhexanoic Acid
)가 각각 10 ~ 60%의 몰(mol) 비와, C10이 0 ~ 40%의 몰(mol)비로 혼합되며,
상기 촉매는 염산 또는 인산 또는 황산 또는 PTSA(Para-Toluene Sulfonic Acid)의 산촉매와, 디아세트산디부틸(Dibutyltin diacetate) 또는 티탄산 테트라-n-부틸(Tetra-n-butyl titanate)의 중성 촉매 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 테트라에스테르 합성물 제작방법. - 제1항 또는 제2항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 테트라에스테르 합성물.
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| KR1020230057444A KR102656455B1 (ko) | 2023-05-03 | 2023-05-03 | 친환경 전기 절연유 및 윤활유로 사용이 가능한 테트라에스테르 합성물 및 그 제조방법 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH05132684A (ja) * | 1991-11-13 | 1993-05-28 | I C I Japan Kk | 冷熱媒ＨＦＣ−１３４ａの使用機器用潤滑油基油及び潤滑油組成物 |
| KR20080069246A (ko) * | 2005-12-05 | 2008-07-25 | 교도유시 가부시끼가이샤 | 그리스 조성물 및 베어링 |
| US9028727B2 (en) | 2011-09-23 | 2015-05-12 | E I Du Pont De Nemours And Company | Dielectric fluids comprising polyol esters |
| KR101640292B1 (ko) * | 2010-08-24 | 2016-07-15 | 케이에이치 네오켐 가부시키가이샤 | 펜타에리스리톨의 테트라에스테르 |
| KR20190007890A (ko) | 2017-07-14 | 2019-01-23 | 주식회사 피.와이.씨 | 산가가 낮고 이의 경시변화성이 적은 펜타에리트리톨 테트라에스테르의 제조방법 |
-
2023
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