KR102255540B1 - 천연 오일로부터 타우린계 계면활성제를 제조하는 방법 - Google Patents
천연 오일로부터 타우린계 계면활성제를 제조하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 천연 오일로부터 타우린계 계면활성제를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 제조방법은, 추가 가공 없이 타우린과 천연 오일의 직접적인 반응을 통해 타우린 계면활성제를 제조하고, 공정 단계를 최소화 하였으므로, 종래 제조방법을 대체하여 유용하게 사용될 수 있고, 대량생산에도 적용할 수 있다. 또한, 상기 제조방법으로 제조된 타우린계 계면활성제는 글리세롤이 포함되어 있어 추가 첨가제를 사용하지 않아도 되는 바, 효율적인 원료로 사용될 수 있고, 물성 및 세척력이 우수하고, 세정용 조성물 및 세제로 제조하였을 때도 세척력이 우수하며, 특히, 미세먼지 세척력이 우수한 바, 세정용 조성물 및 미세먼지 세정용 조성물에 적용하여 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 천연 오일로부터 타우린계 계면활성제를 제조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 기존의 천연 오일을 이용한 타우린계 계면활성제 제조방법의 복잡한 공정단계를 최소화하기 위해 천연 오일의 추가 가공 없이 타우린과의 직접적인 반응을 통해 타우린 계면활성제를 제조하는 방법에 관한 것이다.
음이온 계면활성제는 세정력이 우수하여 세정제와 같은 생활용품 뿐만 아니라 분산제, 유화제, 습윤제로서의 특정을 가지고 있어 섬유산업, 고분자산업 등 여러 산업분야에서 사용되고 있으며 현재에서 계면활성제 사용량의 주요 부문을 차지하고 있다.
그러나, 황산에스테르계 계면활성제는 생활용품에 사용되어 피부에 직접적으로 접촉되는 경우, 피부 장벽 기능을 파괴시켜 피부 투과성을 높이고 고농도에서는 세포용해를 일으키는 것으로 알려있으며 알킬황산에스테르의 대표적인 물질인 주로 사용되는 황산라우릴염의 경우 아토피를 유발하는 유력물질로 확인되었다.
특히, 생활용품에 주로 사용되는 SLS(Sodium Lauryl Sulfate), LAS(Liniear Alkylbenzene Sulfonate), BAS(Branched alkylbenzene sulfonates), SLES(Sodium lauryl ether sulfate), MES(Sodium Fatty Acid Methyl Ester Sulfonate) 등의 음이온 계면활성제는 강력한 자극제로 작용해 피부에 접촉시 피부자극 및 염증성 피부질환을 일으키고 반복적으로 노출되는 경우 비부의 항상성을 파괴시키는 것으로 알려져있다.
한편, 타우린계 계면활성제의 경우 인간이나 동물의 담즙에 존재하는 생체 계면활성제인 타우로콜산과 유사한 구조를 지니고 있어 인체에 대한 안정성이 높고 산, 알칼리, 경수에 대한 내구성이 우수하여 화장품, 세정제, 유화제로 사용되고 있다. 또한, 천연유래 계면활성제의 원료별 경제성을 보면 팜커널이나 천연 오일의 경우, 다른 천연유래 물질과 비교하였을 때 오일의 수율이 높은 편이고 세척력도 강하면서 잔여물이 남지 않아 화장품, 샴푸, 바디클렌징, 치약 등 다양한 생활용품에 사용되고 있다.
타우린계 계면활성제의 합성과 관련된 연구 동향을 보면, 알칼리 존재 하에서 메틸 타우린과 지방산 염화물의 탈염산 반응(US 3013036), 천연 오일 지방산을 무수화물로 합성한 뒤 메틸타우린과 반응(US 2967872), 질소 분위기에서 수소화한 천연 오일의 염화물과 메틸 타우린을 이용한 제조(US 3046231), 천연오일의 지방산 염화물과 타우린을 사용하여 타우린계 계면활성제 합성 후 메탄올을 사용하여 재결정을 통한 제조(US 4233229), 질소분위기에서 지방산염과 이소프로페닐 에스테르와 메틸타우린을 이용한 제조(EP 2888226)로 얻어지는 것이 대부분으로 천연오일을 바로 사용하는 것이 아니라 지방산 염화물을 사용하여 제조하며, 천연 오일을 사용하는 경우에는 이를 염화물로 전환 후 사용하게 됨에 따라 생산 공정 단계가 길고 반응에 따라 탈수, 탈 아세톤 장비 등 공정 단계가 추가되어야 한다는 한계를 가지고 있다.
따라서, 기존의 천연 오일을 이용한 타우린계 계면활성제 제조시 복잡한 공정단계를 최소화하기 위해 천연 오일의 추가 가공 없이 타우린과의 직접적으로 반응 한 뒤 화학공정에서 합성단계 외에 중화, 정제, 농축, 증류 등의 공정을 없도록 최적의 반응 조건을 확립하여 부가적인 공정비용을 줄여 가격경쟁력을 갖춘 제조방법의 개발이 필요하다.
본 발명의 일 목적은, 천연 오일로부터 타우린계 계면활성제를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면은, 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 타우린 유도체염을 화학식 3으로 표시되는 천연 오일과 반응시키는 단계를 포함하는, 화학식 1로 표시되는 타우린계 계면활성제의 제조방법을 제공한다:
[반응식 1]
(상기 반응식 1에서,
R1은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-10알킬이고;
R2는 포화 또는 불포화의 직쇄 또는 분지쇄의 C6-20알킬이고;
M은 알칼리 금속 양이온 또는 암모늄이온이다).
본 발명의 다른 측면은, 상기 제조방법으로 제조된 타우린계 계면활성제를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 타우린계 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 반응식 1로 표시되는 제조방법을 수행하는 단계를 포함하는, 타우린계 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 세정용 조성물을 포함하는 세제를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 타우린계 계면활성제를 포함하는 습윤용 조성물, 분산용 조성물 또는 유화용 조성물을 제공한다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 타우린계 계면활성제 제조방법은, 종래 기술과 같이, 천연오일을 염화물로 변화시키는 추가 가공 없이 타우린과 오일의 직접적인 반응을 통해 타우린 계면활성제를 제조하고, 용매를 사용하지 않고, 별도 정제를 거치지 않은 바, 공정 단계를 최소화 하였으므로, 제품의 시장 경쟁력을 최대치료 향상시켜 종래 제조방법을 대체하여 유용하게 사용될 수 있고, 대량생산에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 타우린계 계면활성제는 글리세롤이 반응 중 반응 부산물로 생성되어 계면활성제에 원료로서 계면활성제뿐만 아니라 글리세롤이 포함되어 있어 추가 첨가제를 사용하지 않아도 되는 바, 효율적인 원료로 사용될 수 있고, 물성 및 세척력이 우수하고, 세정용 조성물 및 세제로 제조하였을 때도 세척력이 우수하며, 특히, 미세먼지 세척력이 우수한 바, 세정용 조성물 및 미세먼지 세정용 조성물에 적용하여 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 제조예 1의 타우린의 1H-NMR(상단 도면) 및 타우린 나트륨염의 1H-NMR(하단 도면)이다.
도 2는 실시예 A-1의 타우린계 계면활성제(CoN-Na)의 몰 농도에 따른 표면장력값을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 A-2의 타우린계 계면활성제(CoN-K)의 몰 농도에 따른 표면장력값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 A-3의 타우린계 계면활성제(CoN-MT)의 몰 농도에 따른 표면장력값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 A의 계면활성제(LAS)의 몰 농도에 따른 표면장력값을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 A-1의 타우린계 계면활성제(CoN-Na)의 몰 농도에 따른 표면장력값을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 A-2의 타우린계 계면활성제(CoN-K)의 몰 농도에 따른 표면장력값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 A-3의 타우린계 계면활성제(CoN-MT)의 몰 농도에 따른 표면장력값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 A의 계면활성제(LAS)의 몰 농도에 따른 표면장력값을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 실시 형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 나아가, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
타우린계 계면활성제는 인간이나 동물의 담즙에 존재하는 생체 계면활성제인 타우로콜산과 유사한 구조를 지니고 있어 인체에 대한 안정성이 높고 산, 알칼리, 경수에 대한 내구성이 우수하여 화장품, 세정제, 유화제로 사용될 수 있으나, 지방산 염화물을 사용하여 제조를 하는 것으로 오일을 염화물로 전환 후 사용하게 됨에 따라 생산 공정 단계가 길고 반응에 따라 탈수, 탈 아세톤 장비 등 공정 단계가 추가되어야 한다는 한계를 가지고 있다.
이에, 본 발명은, 천연 오일의 추가 가공 없이 타우린과의 직접적인 반응을 통해 타우린 계면활성제를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 타우린 유도체염을 화학식 3으로 표시되는 천연 오일과 반응시키는 단계를 포함하는, 화학식 1로 표시되는 타우린계 계면활성제의 제조방법을 제공한다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서,
R1은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-10알킬이고;
R2는 포화 또는 불포화의 직쇄 또는 분지쇄의 C6-20알킬이고;
M은 알칼리 금속 양이온 또는 암모늄이온이다.
상기 반응식 1에서,
상기 R1은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6알킬일 수 있고, 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-3알킬일 수 있고, 수소 또는 메틸일 수 있다.
상기 알칼리 금속은 Li, Na, K 및 Se로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있고, Na 또는 K일 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 천연 오일은 팜커널오일(palm kernel oil), 코코넛오일(coconut oil), 우지오일(beef tallow oil), 팜오일(palm oil), 팜올레인오일(palm olein oil), 팜스테아린오일(palm stearin oil), 채종오일(rapeseed oil), 카놀라오일(canola oil), 면실오일(cottonseed oil), 대두오일(soybean oil), 해바라기오일(sunflower oil), 옥수수오일(corn oil), 자트로파오일(jatropha oil) 및 올리브오일(olive oil)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
이하, 상기 반응식 1의 제조방법을 상세히 설명한다.
상기 제조방법은 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화발륨, 산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 인산칼슘, 인산마그네슘, 나트륨에톡시드, 및 나트륨메톡시드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 염기성 촉매를 추가적으로 사용할 수 있고, 바람지갛게는 나트륨에톡시드를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 천연 오일을 가공하지 않고, 타우린 유도체염과 반응시키는 바, 오일 부산물로 하기 화학식 A의 글리세롤이 생성되며, 정제과정을 거치지 않음에 따라, 제조된 타우린 계면활성제는 글리세롤을 포함하며, 염기성 촉매를 더 사용할 경우, 염기성 촉매도 포함하게 된다.
계면활성제를 사용하는 세정제에는 글리세롤을 대부분 첨가하므로, 본 발명의 제조방법으로 제조된 타우린 계면활성제는 추가로 글리세롤을 투입하지 않거나 추가 투입량이 적어 제조단가를 낮출 수 있다.
[화학식 A]
상기 제조방법에서, 화학식 2로 표시되는 타우린 유도체염은 천연오일 1몰에 대하여 2.5 내지 5.5몰을 사용할 수 있고, 상기 범위를 벗어날 경우, 타우린계 계면활성제가 제조되지 않을 수 있다. 바람직하게는 3.5 내지 4.5몰, 보다 바람직하게는 4몰로 사용할 수 있다.
염기성 촉매를 추가적으로 사용할 경우, 천연오일 1몰에 대하여 염기성 촉매를 0.1 내지 1몰로 첨가할 수 있고, 0.3 내지 0.7몰로 첨가할 수 있고, 0.5몰로 첨가할 수 있다.
상기 제조방법의 반응온도는 특히 한정되는 것은 아니나, 210 내지 230 ℃이고, 보다 바람직하게는 220℃ 이다. 반응시간은 20 내지 30시간일 수 있고, 22 내지 28시간일 수 있고, 24시간일 수 있다. 반응온도가 210℃ 보다 낮으면 반응이 진행되지 않고 230℃ 보다 높으면 계면활성제가 검은색으로 제조되어 사용에 제약이 있거나, 상품성이 떨어질 수 있다. 반응시간은 24시간이 바람직하며 이보다 낮으며 반응물이 남아 추가 정제공정이 필요하거나 물에 대한 용해도가 낮아지고 이보다 높으면 계면활성제가 검은색으로 제조되어 사용에 제약이 있거나, 상품성이 떨어질 수 있다. 그러나, 반응온도 및 반응시간은 타우린 유도체의 종류에 따른 반응성 차이에 따라 상기 범위내에서 적절히 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법은 용매를 사용하지 않고, 별도의 정제를 수행하지 않고 타우린 계면활성제를 얻을 수 있는 것을 특징으로 하며, 이로인해 공정이 최소화 될 수 있다.
계면활성제의 상업화를 위해서는 대량생산이 필수이며, 대량생산을 위해서는 공정이 최소화되고, 정제가 간단하여야 한다. 본 발명의 제조방법은 용매를 별도로 사용하지 않고, 정제를 수행하지 않는 바, 대량생산에 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 타우린계 계면활성제 제조방법은, 종래 기술과 같이, 천연오일을 염화물로 변화시키는 추가 가공 없이 타우린과 오일의 직접적인 반응을 통해 타우린 계면활성제를 제조하고, 용매를 사용하지 않고, 별도 정제를 거치지 않은 바, 공정 단계를 최소화 하였으므로, 제품의 시장 경쟁력을 최대치료 향상시켜 종래 제조방법을 대체하여 유용하게 사용될 수 있고, 대량생산에도 적용할 수 있다.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 타우린 유도체염은 구매 또는 제조하여 사용할 수 있으며, 제조하여 사용할 경우, 하기 반응식 2에 나타난 바와 같은 제조방법에 따라 제조하여 사용할 수 있다.
화학식 4로 표시되는 타우린 유도체와 화학식 5로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 2로 표시되는 타우린 유도체염을 제조하는 단계를 포함하는 제조방법:
[반응식 2]
상기 반응식 2에서, R1 및 M은 상기 반응식 1에서 정의한 바와 같다.
이하, 상기 반응식 2의 제조방법을 상세히 설명한다.
상기 반응식 2에서, 화학식 4로 표시되는 타우린 유도체 1몰에 대하여 MOH를 1몰로 사용할 수 있고, 교반을 위해 소량의 물을 첨가하여 반응시킬 수 있다.
상기 화학식 5로 표시되는 MOH는 알칼리 금속 수산화물 또는 수산화 암모늄이다. 바람직하게, 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨 또는 수산화 세슘일 수 있고, 보다 바람직하게 수산화 나트륨 또는 수산화 칼륨일 수 있다.
상기 반응식 2 제조방법의 반응온도는 상온이며, 반응시간은 타우린 유도체가 타우린 유도체 염화되어, 모두 물에 녹을 때까지 수행할 수 있다.
상기 반응에서 제조된 타우린 유도체염은 오븐에서 건조하여 물을 제거하며, 110도에서 24시간 건조할 수 있고, 고체상태로 얻어진다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 제조방법으로 제조된 타우린계 계면활성제를 제공한다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 타우린계 계면활성제는 글리세롤이 반응 중 반응 부산물로 생성되어 계면활성제에 원료로서 계면활성제뿐만 아니라 글리세롤이 포함되어 있어 추가 첨가제를 사용하지 않아도 되는 바, 효율적인 원료로 사용될 수 있고, 물성 및 세척력이 우수하고, 세정용 조성물 및 세제로 제조하였을 때도 세척력이 우수하며, 특히, 미세먼지 세척력이 우수한 바, 세정용 조성물 및 미세먼지 세정용 조성물에 적용하여 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 타우린계 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 반응식 1로 표시되는 제조방법을 수행하는 단계를 포함하는, 타우린계 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 세정용 조성물을 포함하는 세제를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 타우린계 계면활성제를 포함하는 습윤용 조성물, 분산용 조성물 또는 유화용 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 후술하는 실시예 및 실험예를 통해 상세히 설명한다.
단, 후술하는 실시예 및 실험예는 본 발명을 일부 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 타우린 알칼리 금속염의 제조
1L 비커에 마크네틱바와 물 200ml를 넣고 교반하며 타우린 3 mol(375.4g)을 넣는다. 여기에, MOH(알칼리 금속 수산화물) 3 mol을 소분해서 넣고 교반하며 타우린이 모두 물에 녹으면 반응을 종료한다. 반응 종결 후, 오븐에 110도에서 24시간동안 넣어 물을 모두 제거하여 고체의 타우린 알칼리 금속염을 얻었다.
대표적으로, 타우린 나트륨염의 제조시 NaOH를 120g 사용하여 반응을 진행하였으며 반응 결과는 1H-NMR을 통하여 분석하였다. 분석결과는 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이, 타우린 나트륨염이 정상적으로 제조되었음을 확인하였다.
<실시예 A> 타우린 계면활성제의 일반적인 제조절차
Mechanical stirrer, Heating, Condensor, 온도계가 부착된 1L 반응기에 천연오일 0.3 mol, 제조예 1로 제조된 타우린 염 1.2 mol, 그리고 나트륨에톡시드 0.15 mol을 투입하고 반응기를 교반하며 온도를 220℃로 올려 24시간정도 반응시켰다. GC로 반응을 추적하며, 원료물질인 천연오일이 사라졌을 때 반응을 종결하였다. 반응 종결 후 추가 공정없이 고체상태의 타우린 계면활성제를 얻었다.
본 발명의 타우린 계면활성제는 별도의 정제를 수행하지 않는 바, 염기 촉매인 나트륨에톡시드 및 부산물인 글리세롤을 포함하고 있다.
<실시예 A-1> 타우린 계면활성제(CoN-Na)의 제조
Mechanical stirrer, Heating, Condensor, 온도계가 부착된 1L 반응기에 코코넛오일 0.3mol (193.7g), 타우린 나트륨염 1.2mol (176.6g), 그리고 나트륨에톡시드 0.15mol (10.2g)을 투입하고 반응기를 교반하며 온도를 220℃로 올려 24시간정도 반응시켰다. GC로 반응을 추적하며, 원료물질인 코코넛오일이 사라졌을 때 반응을 종결하였다. 반응 종결 후 추가 공정없이 고체상태의 타우린 계면활성제(CoN-Na)를 얻었다.
<실시예 A-2> 타우린 계면활성제(CoN-K)의 제조
Mechanical stirrer, Heating, Condensor, 온도계가 부착된 1L 반응기에 코코넛오일 0.3mol (193.7g), 타우린 칼륨염 1.2mol (195.9g), 그리고 나트륨에톡시드 0.15mol (10.2g)을 투입하고 반응기를 교반하며 온도를 220℃로 올려 24시간정도 반응시켰다. GC로 반응을 추적하며, 원료물질인 코코넛오일이 사라졌을 때 반응을 종결하였다. 반응 종결 후 추가 공정없이 고체상태의 타우린 계면활성제(CoN-K)를 얻었다.
<실시예 A-3> 타우린 계면활성제(CoN-MT)의 제조
Mechanical stirrer, Heating, Condensor, 온도계가 부착된 1L 반응기에 코코넛오일 0.3mol (193.7g), N-메틸 타우린 나트륨염 1.2mol (193.4g), 그리고 나트륨에톡시드 0.15mol (10.2g)을 투입하고 반응기를 교반하며 온도를 220℃로 올려 24시간정도 반응시켰다. GC로 반응을 추적하며, 원료물질인 코코넛오일이 사라졌을 때 반응을 종결하였다. 반응 종결 후 추가 공정없이 고체상태의 타우린 계면활성제(CoN-MT)를 얻었다.
<비교예 A> LAS
비교예로 LAS(Sodium alkylbenzene sulfonate)를 AK 켐텍에서 제공받아 사용하였다.
<실시예 B> 타우린 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물의 제조
본 발명의 타우린계 계면활성제의 세제로서의 적합성을 평가하기 위하여, 상기 실시예 A-1에서 제조한 타우린 계면활성제(CoN-Na)를 사용하여 실시예 B-1 내지 B-4의 세정용 조성물을 제조하였으며, 종래 계면활성제와의 비교를 위하여, 비교예 A의 LAS를 사용하여 비교예 B-1 내지 B-2의 세정용 조성물을 제조하였다. 각 조성물의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분(중량 %) | 실시예 B-1 |
비교예 B-1 |
실시예 B-2 |
비교예 B-2 |
실시예 B-3 |
비교예 B-3 |
실시예 B-4 |
| 실시예 A-1 | 10 | - | 3 | - | 3 | - | 12 |
| 비교예 A | - | 10 | - | 3 | - | 3 | - |
| 알킬폴리글루코시드 | - | - | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 폴리옥시에틸렌알킬에테르 (EO 7MOLE) |
- | - | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 |
| 폴리옥시에틸렌알킬에테르 (EO 9MOLE) |
- | - | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 폴리옥시에틸렌알킬에테르 (EO 15MOLE) |
- | - | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 소듐라우레스설페이트 (EO 2MOLE) |
- | - | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 코카미도프로필베타인 | - | - | - | - | 1 | 1 | 1 |
| 기타 첨가물 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| 물 | to 100 | to 100 | to 100 | to 100 | to 100 | to 100 | to 100 |
<실시예 C> 타우린 계면활성제를 포함하는 세제의 제조
본 발명의 타우린계 계면활성제의 미세먼지 오염에 대한 세척력을 평가하기 위하여, 상기 실시예 A-1에서 제조한 타우린 계면활성제(CoN-Na)를 사용하여 실시예 C-1 내지 C-3의 세제를 제조하였으며, 각 세제의 조성을 하기 표 2에 나타내었다. 세척력 비교를 위하여, 아무것도 첨가하지 않은 것을 비교예 C로 기재하였다.
| 구분(중량 %) | 비교예 C | 실시예 C-1 | 실시예 C-2 | 실시예 C-3 |
| 실시예 A-1 | - | 10 | 3 | 3 |
| 알킬폴리글루코시드 | - | - | 1 | 1 |
| 폴리옥시에틸렌알킬에테르 (EO 7MOLE) |
- | - | 2 | 2 |
| 폴리옥시에틸렌알킬에테르 (EO 9MOLE) |
- | - | 1 | 1 |
| 폴리옥시에틸렌알킬에테르 (EO 15MOLE) |
- | - | 1 | 1 |
| 소듐라우레스설페이트 (EO 2MOLE) |
- | - | 2 | 2 |
| 코카미도프로필베타인 | - | - | 1 | 1 |
| 글리세린 | - | - | 1 | 1 |
| 에탄올 | - | - | 2 | 2 |
| 프로필렌글라이콜 | - | - | 1 | 1 |
| 탄산나트륨 | - | - | 1 | 1 |
| 탄산수소나트륨 | - | - | 0.2 | 0.2 |
| 황산나트륨 | - | - | 1 | 1 |
| 염화나트륨 | - | - | 3 | 3 |
| 글루콘산나트륨 | - | - | - | 0.4 |
| EDTA-4Na | - | - | - | 0.2 |
| 라우릭산 | - | - | 0.5 | 0.5 |
| 도토리추출물 | - | - | - | 0.1 |
| 녹차추출물 | - | - | - | 0.1 |
| 벤조산나트륨 | - | - | 0.5 | 0.5 |
| 페녹시에탄올 | - | - | 0.8 | 0.8 |
| 셀룰라아제 | - | - | - | 0.3 |
| 향료 | - | - | 0.1 | 0.1 |
| 물 | to 100 | to 100 | to 100 | to 100 |
<실험예 1> 타우린 계면활성제의 물성 평가
본 발명의 타우린계 계면활성제의 물성을 평가하기 위하여, 상기 실시예 A-1 내지 A-3에서 제조한 타우린 계면활성제의 표면장력 및 CMC 값을 측정하였다.
1. 표면장력 측정
표면장력은 실시예 A-1 내지 A-3 및 비교예 A의 화합물이 포함된 1% 수용액을 각각 제조하여 KRUSS사의 PROCESSOR Tensionmeter K100을 사용하여 백금링을 이용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
2. CMC측정
CMC는 KRUSS사의 PROCESSOR Tensionmeter K100을 사용하여 백금링을 이용하여 각 성분의 몰 농도에 따른 표면장력을 측정하여 CMC(Critical micelle concentration, 임계 미셀 농도)를 결정하였다. 몰 농도에 따른 표면장력값을 도 2-5에 나타내었고, CMC 값 및 CMC에서의 표면장력(표면장력 at CMC)값을 하기 표 3에 나타내었다.
| 계면활성제 | 표면장력 at CMC (mN/m) |
표면장력 at 1 wt% (mN/m) |
CMC (mol/L) |
| 실시예 A-1 | 27.31 | 36.3 | 0.71 |
| 실시예 A-2 | 28.61 | 36.4 | 1.29 |
| 실시예 A-3 | 30.23 | 30.9 | 0.11 |
| 비교예 A | 29.94 | 32.1 | 0.96 |
상기 표 3 및 도 2-5에 나타난 바와 같이,
본 발명의 타우린 계면활성제 실시예 A-1 내지 A-3은 1 wt% 수용액에서는 30~36 mN/m정도의 표면장력 값을 보였으며, CMC에서는 표면장력이 30 이하를 나타내며, 시판중인 비교예 A와 유사 또는 우수한 물성이다. 이는, 본 발명의 타우린 계면활성제가 별도의 정제를 수행하지 않고 제조되어, 염기 촉매인 나트륨에톡시드 및 부산물인 글리세롤을 포함하고 있기 때문으로, 본 발명의 타우린 계면활성제는 정제하지 않아도 우수한 물성을 나타냄을 확인할 수 있다.
<실험예 2> 타우린 계면활성제의 세척력 평가
본 발명의 타우린계 계면활성제의 세척력을 평가하기 위하여, 상기 실시예 A-1에서 제조한 타우린 계면활성제를 사용하여 세척력을 평가하였다. 비교를 위해 시판중인 계면활성제 비교예 A에 대한 세척력도 함께 평가하였다.
구체적으로, 세탁세척력은 Terg-0-Tometer을 사용하였으며, 교반속도는 분당 120±5 rpm으로 하여 10분동안 세탁하고 3분 동안 2회에 걸쳐 반복하여 시행하였다. 수온은 30±5℃에서 진행되었고 시료는 모두 10g/L의 농도로 사용되었으며 습식 인공 오염포를 세탁하여 세탁 전후의 오염포의 반사율을 측정하여 계산하여 세척력을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 세척력이 클수록 그 결과가 우수하다는 것을 의미한다.
| 계면활성제 | 실시예 A-1 | 비교예 A |
| 세척력 (%) | 26.7 | 9.5 |
상기 표 4에 나타난 바와 같이,
본 발명의 타우린 계면활성제의 세척력이 종래 시판중인 비교예 A보다 약 3배 우수한 것을 확인하였다.
<실험예 3> 타우린 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물의 세척력 평가
본 발명의 타우린계 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물의 세척력을 평가하기 위하여, 상기 실시예 B-1 내지 B-4의 타우린 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물 및 비교예 B-1 내지 B-3의 세정용 조성물을 사용하여 세척력을 평가하였다.
구체적으로, 세탁세척력은 Terg-0-Tometer을 사용하였으며, 교반속도는 분당 100±5 rpm으로 하여 10분동안 세탁하고 3회에 걸쳐 반복하여 시행하였다. 세척이 끝난 후 사용수 1L속에 넣어 3분간 행구고 이 과정을 2회 반복한다. 수온은 25±2℃에서 진행되었고 시료는 모두 1g/L의 농도로 사용되었으며 JIS C 9606의 오염포를 세탁하여 세탁 전후의 오염포의 반사율을 측정하여 계산하여 세척력을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 세척률이 클수록 그 결과가 우수하다는 것을 의미한다.
| 세정용 조성물 |
실시예 B-1 |
비교예 B-1 |
실시예 B-2 |
비교예 B-2 |
실시예 B-3 |
비교예 B-3 |
실시예 B-4 |
| 세척률(%) | 14.25 | 15.07 | 23.77 | 22.15 | 23.42 | 23.10 | 25.64 |
상기 표 5에 나타난 바와 같이,
계면활성제의 종류 외 다른 조성은 동일한 실시예 B-1 및 비교예 B-1, 실시예 B-2 및 비교예 B-2, 실시예 B-3 및 비교예 B-3의 세척력을 본 발명의 타우린 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물은 비교예 A를 포함하는 세정용 조성물과 유사 또는 우수한 세척력을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 계면활성제의 함량을 달리한 실시예 B-2 및 B-4를 비교하면, 계면활성제의 첨가량이 증가할수록 세척력 또한 비례하여 증가하는 것을 확인하였다.
<실험예 4> 타우린 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물을 포함하는 세제의 세척력 평가
본 발명의 타우린계 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물을 포함하는 세제의 미세먼지 세척력을 평가하기 위하여, 상기 실시예 C-1 내지 C-3의 타우린 세제를 사용하여 미세먼지세척력을 평가하였다.
구체적으로, 미세먼지 세탁세척력은 일반 세탁기를 사용하여 미세먼지 시험포 8매를 1조로 하여, 제시한 세탁조건 하에, 표준코스(세척 1회-헹굼 2회-탈수)로 세탁한다. 세척이 끝난 시험포에 백면포를 위, 아래에 각각 놓고, 시험포가 완전히 건조될 때까지 다림질 마무리를 한다. 위 과정을 3회 반복하여 세탁 전후의 오염포의 반사율을 측정하여 계산하여 세척력을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다. 세척률이 클수록 그 결과가 우수하다는 것을 의미한다.
| 세제 | 비교예 C | 실시예 C-1 | 실시예 C-2 | 실시예 C-3 |
| 세척률(%) | 62 | 77 | 81 | 84 |
상기 표 6에 나타난 바와 같이,
본 발명의 세제는 우수한 미세먼지 세척률을 나타내며, 아무것도 사용하지 않은 세척과 비교하여, 세척률이 15~22%(약 1.24배 ~ 1.35배) 증가함이 확인되었다.
또한, 첨가물의 조성에 따라 실시예 C-3의 세제가 가장 우수한 미세먼지 세척력을 나타내었다.
본 발명에 따른 타우린계 계면활성제 제조방법은, 종래 기술과 같이, 천연오일을 염화물로 변화시키는 추가 가공 없이 타우린과 오일의 직접적인 반응을 통해 타우린 계면활성제를 제조하고, 용매를 사용하지 않고, 별도 정제를 거치지 않은 바, 공정 단계를 최소화 하였으므로, 제품의 시장 경쟁력을 최대치료 향상시켜 종래 제조방법을 대체하여 유용하게 사용될 수 있고, 대량생산에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 타우린계 계면활성제는 글리세롤이 반응 중 반응 부산물로 생성되어 계면활성제에 원료로서 계면활성제뿐만 아니라 글리세롤이 포함되어 있어 추가 첨가제를 사용하지 않아도 되는 바, 효율적인 원료로 사용될 수 있고, 물성 및 세척력이 우수하고, 세정용 조성물 및 세제로 제조하였을 때도 세척력이 우수하며, 특히, 미세먼지 세척력이 우수한 바, 세정용 조성물 및 미세먼지 세정용 조성물에 적용하여 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (10)
- 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 타우린 유도체염을 화학식 3으로 표시되는 천연 오일과 반응시키는 단계를 포함하고,
상기 타우린 유도체염은 천연 오일 1몰에 대하여 3.5몰 내지 4.5몰을 사용하여 반응시키고,
상기 반응은 210℃ 내지 230℃의 반응온도 및 20시간 내지 30시간의 반응시간 동안 수행되고,
상기 반응은 용매를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는, 화학식 1로 표시되는 타우린계 계면활성제의 제조방법:
[반응식 1]
(상기 반응식 1에서,
R1은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-10알킬이고;
R2는 포화 또는 불포화의 직쇄 또는 분지쇄의 C6-20알킬이고;
M은 알칼리 금속 양이온 또는 암모늄이온이다).
- 제1항에 있어서,
상기 R1은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-6알킬인, 타우린계 계면활성제의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 R1은 수소 또는 직쇄 또는 분지쇄의 C1-3알킬인, 타우린계 계면활성제의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 3으로 표시되는 천연 오일은 팜커널오일(palm kernel oil), 코코넛오일(coconut oil), 우지오일(beef tallow oil), 팜오일(palm oil), 팜올레인오일(palm olein oil), 팜스테아린오일(palm stearin oil), 채종오일(rapeseed oil), 카놀라오일(canola oil), 면실오일(cottonseed oil), 대두오일(soybean oil), 해바라기오일(sunflower oil), 옥수수오일(corn oil), 자트로파오일(jatropha oil) 및 올리브오일(olive oil)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 이들의 혼합물인, 타우린계 계면활성제의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제조방법은 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화발륨, 산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 인산칼슘, 인산마그네슘, 나트륨에톡시드, 및 나트륨메톡시드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 염기성 촉매를 추가적으로 사용할 수 있는 것인, 타우린계 계면활성제의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
화학식 2로 표시되는 타우린 유도체염은, 하기 반응식 2에 나타난 바와 같이,
화학식 4로 표시되는 타우린 유도체와 화학식 5로 표시되는 화합물을 반응시켜 화학식 2로 표시되는 타우린 유도체염을 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조할 수 있는 것을 특징으로 하는, 타우린계 계면활성제의 제조방법:
[반응식 2]
(상기 반응식 2에서, R1 및 M은 제1항의 반응식 1에서 정의한 바와 같다).
- 삭제
- 삭제
- 제1항의 반응식 1로 표시되는 제조방법을 수행하는 단계를 포함하는, 타우린계 계면활성제를 포함하는 세정용 조성물의 제조방법.
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