KR101392883B1 - 이온함량이 현저히 저감되고 색 특성이 향상된 무수당 알코올의 제조 방법 - Google Patents
이온함량이 현저히 저감되고 색 특성이 향상된 무수당 알코올의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이온함량이 현저히 저감되고 색 특성이 향상된 무수당 알코올의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수소화 당(당 알코올)을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환시킨 뒤 증류단계를 거쳐 분리된 증류물을 활성탄으로 탈색처리하고, 탈색된 결과물을 이어서 이온교환수지와 접촉시킴으로써, 이온함량이 현저히 저감되고 전도도가 현저히 낮으며 색 특성이 향상된 무수당 알코올을 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이온함량이 현저히 저감되고 색 특성이 향상된 무수당 알코올의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수소화 당(당 알코올)을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환시킨 뒤 증류단계를 거쳐 분리된 증류물을 활성탄으로 탈색처리하고, 탈색된 결과물을 이어서 이온교환수지와 접촉시킴으로써, 이온함량이 현저히 저감되고 전도도가 현저히 낮으며 색 특성이 향상된 무수당 알코올을 제조하는 방법에 관한 것이다.
수소화 당(“당 알코올”이라고도 함)은 당류가 갖는 환원성 말단기에 수소를 부가하여 얻어지는 화합물을 의미하며, 탄소수에 따라 테트리톨, 펜티톨, 헥시톨 및 헵티톨(각각, 탄소수 4, 5, 6 및 7)로 분류된다. 그 중에서 탄소수가 6개인 헥시톨에는 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 갈락티톨 등이 포함되며, 소르비톨과 만니톨은 특히 효용성이 큰 물질이다.
무수당 알코올은 분자 내 하이드록시기가 두 개인 디올(diol) 형태를 가지며, 전분에서 유래하는 헥시톨을 활용하여 제조할 수 있다. 무수당 알코올은 재생 가능한 천연자원으로부터 유래한 친환경 물질이라는 점에서 오래 전부터 많은 관심과 함께 그 제조방법에 관한 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 무수당 알코올 중에서 솔비톨로부터 제조된 이소소르비드가 현재 산업적 응용범위가 가장 넓다.
무수당 알코올의 용도는 심장 및 혈관 질환 치료, 패치의 접착제, 구강 청정제 등의 약제, 화장품 산업에서 조성물의 용매, 식품산업에서는 유화제 등 매우 다양하다. 또한, 폴리에스테르, PET, 폴리카보네이트, 폴리우레탄 등 고분자 물질의 유리전이온도를 올릴 수 있고, 이들 물질의 강도 개선효과가 있으며, 생분해성 친환경소재이기 때문에 플라스틱 산업에서도 매우 유용하다. 또한, 접착제, 친환경 가소제, 생분해성 고분자, 수용성 락카의 친환경 용매로도 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다.
특히, 무수당 알코올은 분자 내에 하이드록시기가 2개인 디올(diol) 형태로 인해 플라스틱 산업에서 물성 개질제로서 활용가치가 매우 큰데, 무수당 알코올의 이온함량 및 그 색상은 플라스틱 산업에서 중합반응시 물리적, 화학적, 광학적 특성에 영향을 주는 중요한 인자로 작용한다.
이렇듯 무수당 알코올은 그 다양한 활용가능성으로 인해 많은 관심을 받고 있지만, 산업적으로 실제로 이용되는 경우는 아직까지 많지 않다. 이는 기존의 무수당 알코올 제조방법이 탈수반응에 사용되는 촉매 비용이 높고, 전환율, 증류 및 정제수율 등이 낮은 한계를 지니고 있기 때문이다.
헥시톨을 탈수반응시키고, 전환된 반응액을 증류하여 무수당 알코올을 제조하는 경우, 탈수반응 및 증류조건에 따라 목적하는 무수당 알코올뿐만 아니라 다양한 부산물이 발생하게 되고, 고분자 물질의 생성이 또한 증가하게 된다 (Starch/Starke vol. 38. pp26-30). 또한, 헥시톨의 탄화 내지 특성이 명확하게 알려지지 않은 발색물질의 형성으로 인해 색상이 진해지게 되어 탈색이 어려워진다.
따라서 탈수 및 증류처리된 무수당 알코올에 대해서는 정제 처리가 필수적이지만, 이에 따라 전체 공정이 복잡해지고, 공정비용이 증가하며, 정제단계에서의 손실에 따른 수율 저하가 문제된다.
무수당 알코올의 순도에 대한 요구는 용도에 따라 다르다. 식품이나 의약품 용도는 무수당 알코올 내에 인체에 유해한 불순물이 존재하지 않아야 한다. 폴리머 용도 중 광학적 투명도가 요구되는 용도에서는 합성 및 가공 중에 발색이나 착색을 일으키는 불순물을 함유해서는 안된다. 또한 폴리머 합성시 중합도나 중합속도를 원치 않게 증가시키거나 낮추는 불순물을 함유해서도 안된다. 약품 및 식품에서 허용 가능한 불순물 함량이라 하더라도, 폴리머 합성시에는 발색이나 중합특성을 변화시키기 때문에 허용되지 않을 수도 있다.
특히, 무수당 알코올을 플라스틱 합성 등의 공정에서 사용할 때, 무수당 알코올의 이온 함량이 높으면 중합 속도 조절이 어려워지는 문제가 있다. 따라서 무수당 알코올 내 이온함량은 무수당 알코올의 활용에 중요한 요소가 되지만, 이를 줄이는 효율적인 정제 방법을 찾기 힘든 실정이다.
무수당 알코올을 정제하는 몇 가지 방법이 일반적으로 알려져 있다. 그 중 하나는 유기용매를 이용하여 무수당 알코올 증류물을 결정화하는 방법이다. 하지만, 이 방법으로 정제된 무수당 알코올을 고분자 중합에 사용할 경우, 유기용매가 충분히 제거되지 않는다면 잔존 유기용매에 의해 중합특성에 변화를 유발할 수 있다. 또한 이 방법은 발색물질을 충분히 제거하지 못하는 문제점이 있고, 결정화를 위한 설비비용 및 운전비용이 추가로 소요되며, 유기용매 사용에 따른 환경적 유해성과 취급 안정성 등에 문제점이 제기되어 바람직하지 않다. 대안으로서 물을 용매로 사용하여 결정화하는 방법도 알려져 있지만, 불순물 제거 효율이 역시 낮을 뿐만 아니라, 무수당 알코올의 친수성이 매우 높아서 수율이 크게 저하되는 문제점이 있다.
이온교환수지와 활성탄을 이용하여 무수당 알코올 증류물을 정제하는 방법도 알려져 있다. 예컨대, 한국등록특허 제10-0772255호에는 무수당 알코올 증류물을 활성탄 등의 흡착수단으로 처리하고, 이어서 이온교환수지로 처리한 뒤, 다시 활성탄 등의 흡착수단으로 추가처리하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 특허에 개시된 정제방법은 흡착-이온교환-흡착의 다수 공정을 필요로 하며, 그렇게 정제되었음에도 불구하고 최종 무수당 알코올은 20㎲/㎝ 이하 수준의 상대적으로 높은 전도도를 나타낸다. 또한 이 특허는 정제된 최종 무수당 알코올의 색 특성이 어느 정도인지에 대해서도 언급하고 있지 않다.
따라서 보다 단순화된 공정을 통하여 비용절감이 가능하면서 이온 함량 및 전도도는 현저히 낮추고 색 특성은 향상시킬 수 있는 무수당 알코올의 정제 기술이 여전히 요청되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점들을 해결하고자 한 것으로서, 단순화된 공정을 통하여 이온 함량 및 전도도는 현저히 낮추고 색 특성은 향상시킬 수 있어 상업적 규모의 대규모 생산공정에 적합한 무수당 알코올의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, (1) 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환시키는 단계, (2) 상기 (1)단계의 반응 결과액을 증류하는 단계, (3) 상기 (2)단계의 결과 증류물(distillate)을 평균 입도가 0.2 내지 1.0mm인 활성탄과 접촉시키는 단계, (4) 상기 (3)단계의 결과물을 양이온성 이온교환수지와 접촉시키는 단계, 및 (5) 상기 (4)단계의 결과물을 음이온성 이온교환수지와 접촉시키는 단계를 포함하는 무수당 알코올의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 설비나 공정의 추가없이 기존 정제 설비 및 컬럼을 이용한 보다 단순화된 공정을 통하여 바람직하게는 이온 함량 10ppm 이하(보다 바람직하게는 1ppm 이하), 전도도 10㎲/㎝ 이하, 색도 b값 0.2 이하(보다 바람직하게는 0.05 이하), YI 값 0.1 이하로, 이온함량이 현저히 저감되고 전도도가 현저히 낮으며 색 특성이 향상된 무수당 알코올을 제조할 수 있다. 또한 본 발명의 무수당 알코올 제조방법은 유기용매를 사용하지 않아 친환경적이고, 수율을 향상시킬 수 있어 경제성이 우수하여 상업적 규모의 대규모 생산공정에 적합하다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 무수당 알코올 제조 방법은 수소화 당을 탈수 반응시켜 무수당 알코올로 전환시키는 단계[(1) 단계]를 포함한다.
상기 수소화 당(hydrogenated sugar)은 일반적으로 당 알코올(sugar alcohol)로도 불리우며, 당류가 갖는 환원성 말단기에 수소를 부가하여 얻어지는 화합물을 의미한다. 수소화 당은 탄소수에 따라 테트리톨, 펜티톨, 헥시톨 및 헵티톨(각각, 탄소수 4, 5, 6 및 7)로 분류된다. 그 중에서 탄소수가 6개인 헥시톨에는 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 갈락티톨 등이 포함되며, 소르비톨과 만니톨은 특히 효용성이 큰 물질이다.
본 명세서에 있어서 상기‘무수당 알코올’이라는 표현은 임의의 방식으로 하나 이상의 단계에서 상기 수소화 당의 원래 내부 구조로부터 하나 이상의 물 분자를 제거하여 얻은 임의의 물질을 의미한다.
본 발명에 있어서 수소화 당으로는 헥시톨이 바람직하게 사용되며, 보다 바람직하게는 소르비톨, 만니톨, 이디톨 및 이들의 혼합물로부터 선택된 수소화 당이 사용된다.
따라서, 본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 무수당 알코올로서 헥시톨의 탈수물인 디언하이드로헥시톨이 얻어지며, 보다 바람직하게는 이소소르비드(1,4-3,6-디언하이드로소르비톨), 이소만니드(1,4-3,6-디언하이드로만니톨), 이소이디드(1,4-3,6-디언하이드로이디톨) 및 이들의 혼합물로부터 선택된 무수당 알코올이 얻어진다. 그 중에서 이소소르비드는 산업적, 의약적 활용도가 특히 높다.
상기 수소화 당은 탈수 반응에 의하여 무수당 알코올로 전환된다. 수소화 당을 탈수하는 방법에는 특별한 제한이 없으며, 당 분야에 알려진 공지의 방법을 그대로 또는 적절히 변형하여 활용할 수 있다.
수소화 당을 탈수시켜 무수당 알코올로 전환하는 데에는 산 촉매가 사용되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 제1산 및 제2산의 혼합산을 사용할 수 있다. 산 촉매로는, 단일 산 촉매의 경우 황산, 염산, 인산 등을 사용할 수 있고, 혼합산의 경우 제1산으로 황산, 제2산으로 p-톨루엔 설폰산, 메탄 설폰산, 에탄 설폰산, 벤젠 설폰산, 나프탈렌 설폰산 및 황산 알루미늄으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 황-함유 산 염을 사용할 수 있다. 산 촉매의 사용량은 수소화 당(예컨대, 헥시톨) 100중량부당 0.5 내지 10중량부인 것이 바람직하다. 산 촉매의 양이 이 범위보다 지나치게 적으면 무수당 알코올로의 전환 시간이 너무 길어질 수 있고, 반면 산 촉매의 양이 이 범위보다 지나치게 많으면 당류 고분자의 생성이 많아지고 전환율이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 수소화 당의 무수당 알코올로의 전환 단계는 상기한 바와 같은 산 촉매의 존재하에 100~190℃의 온도 및 20 mmHg 이하의 압력조건에서 1시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있다.
수소화 당의 탈수 반응시 산 촉매를 사용하는 경우, 반응 결과액은 중화되는 것이 바람직하다. 중화는 탈수 반응 완료후 반응 결과액 온도를 낮추고(예컨대, 100℃ 이하) 수산화나트륨과 같은 공지의 알칼리를 첨가하는 것에 의해 수행될 수 있다. 중화된 반응 결과액의 pH는 6~8인 것이 바람직하다.
본 발명의 무수당 알코올 제조 방법의 바람직한 일 구체예에 따르면, 수소화 당의 무수당 알코올로의 전환 단계 결과액은 증류 단계에 투입하기 전에 전처리될 수 있다. 이 전처리는 전환 단계 결과액 내에 잔류하는 수분 및 비점이 낮은 물질을 제거하기 위한 것으로, 통상 90℃~110℃의 온도 및 10 mmHg~100 mmHg의 압력조건 하에서 전환 단계 결과액을 1시간 이상(예컨대, 1~4시간) 교반하는 것에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 무수당 알코올 제조 방법에서는 이어서 상기 (1)단계의 반응 결과액을 증류시킨다[(2) 단계]. 증류의 방법 및 장치에는 특별한 제한이 없으며, 당 분야에 알려진 공지의 방법 및 장치를 그대로 또는 적절히 변형하여 활용할 수 있다. 예컨대, 일반적인 컨덴서 타입 증류기를 사용할 수도 있고, 박막 증류기를 활용하여 실시할 수도 있다.
상기 (2)단계의 결과 얻어진 증류물(distillate)은 평균 입도가 0.2 내지 1.0mm인, 보다 바람직하게는 0.25 내지 0.75mm인, 활성탄과 접촉시켜 탈색처리한다[(3) 단계].
증류물과 활성탄의 접촉 방식에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대 활성탄으로 충전된 컬럼에 증류물을 통과시키는 방식으로 수행될 수도 있고, 다르게는 증류물과 활성탄을 반응기에 투입하고 일정 시간동안 교반하여 혼합하는 방식으로 수행될 수도 있다. 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 활성탄으로 충전된 컬럼에 증류물을 통과시키는 방식으로 탈색 처리가 진행된다.
상기 활성탄으로는 목재, 야자 등의 식물계 원료나 갈탄, 유연탄, 역청탄, 무연탄 등의 광물계 원료를 활성화하여 얻어진 활성탄 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 활성탄 입자의 형태에는 특별한 제한이 없으며, 미세 입자상, 입자상, 분말상 등의 형태를 사용하는 것이 가능하다. 본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 미세입자상의 활성탄이 사용된다. 활성탄의 효율을 높이기 위해서 세척 등의 전처리를 한 활성탄을 사용할 수도 있다.
활성탄 입자가 너무 작아 그 평균 입도가 0.2mm미만이면 컬럼상에서 탈색을 진행할 경우 통액속도가 크게 저하되고, 또한 컬럼 내 압력이 증가하는 문제가 발생한다. 반대로 활성탄 입자가 너무 커서 그 평균 입도가 1.0mm를 초과하면 결과물인 무수당 알코올의 이온함량 및 전도도가 높아지고, 색도가 높아지는 문제가 있다.
상기 (3)단계에서 얻어진 탈색 처리된 결과액은 이어서 양이온성 이온교환수지와 접촉시킨다[(4) 단계].
탈색된 결과액과 양이온성 이온교환수지의 접촉은, 이온교환수지로 충전된 컬럼에 탈색 결과액을 통과시키는 방식으로 수행될 수 있다. 양이온성 이온교환수지로는 강양이온성 이온교환수지(예컨대, TRILITE-SCR-B), 약양이온성 이온교환수지(예컨대, DIAION WK11)가 모두 사용가능하며, 바람직하게는 강양이온성 이온교환수지를 사용한다. 강양이온성 이온교환수지로는 H형(H form) 강양이온성 이온교환수지(예컨대, TRILITE-SCR-BH) 및 Na 형(Na form) 강양이온성 이온교환수지(예컨대, TRILITE-SCR-B )로부터 선택된 1종 이상이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 (4)단계에서 얻어진 결과액은 이어서 음이온성 이온교환수지와 접촉시킨다[(5) 단계].
(4)단계의 결과액과 음이온성 이온교환수지의 접촉은, 이온교환수지로 충전된 컬럼에 탈색 결과액을 통과시키는 방식으로 수행될 수 있다. 음이온성 이온교환수지로는 강음이온성 이온교환수지(예컨대, TRILITE AMP24), 약음이온성 이온교환수지(예컨대, DIAION WA10)가 모두 사용가능하며, 바람직하게는 강음이온성 이온교환수지를 사용한다. 강음이온성 이온교환수지로는 Cl형(Cl form) 강음이온성 이온교환수지(예컨대, TRILITE AMP24)가 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 이온교환수지를 이용한 이온정제의 방법 및 컬럼장치에는 특별한 제한이 없으며, 당 분야에 알려진 공지의 방법 및 장치를 그대로 또는 적절히 변형하여 활용할 수 있다.
상기한 이온정제 순서와 달리, 무수당 알코올을 음이온성 이온교환수지 처리에 이어서 양이온성 이온교환수지로 처리하면 처리 결과물의 pH가 3 내지 4로 낮아지게 되고, 따라서 중성화를 위하여 중화제가 투입되어야 하며, 그러면 정제 결과물에 이온이 추가되어 이온함량 및 전기전도도가 상승하는 문제가 있을 수 있으므로, 이온정제 순서는 양이온성 이온교환수지 처리 - 음이온성 이온교환수지 처리로 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 필요에 따라서 상기 (5)단계의 결과 얻어진 무수당 알코올을 농축하여 결정화하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다. 그러나, 이러한 결정화 단계를 수행하지 않아도 고순도, 저 이온함량 및 저 전도도의 무수당 알코올을 수득하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에 따라 무수당 알코올을 정제하면, 이온 함량 10ppm 이하(보다 바람직하게는 1ppm 이하, 예컨대 0.01~1ppm), 전도도(최대한 낮은 것이 좋음) 10㎲/㎝ 이하(예컨대 0.01~10㎲/㎝), 색도 b값 0.2 이하(보다 바람직하게는 0.05 이하, 예컨대 0.01~0.05), YI 값 0.1 이하(예컨대 0.01~0.1)로, 이온함량이 현저히 저감되고 전도도가 현저히 낮으며 색 특성이 향상된 무수당 알코올을 얻을 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[
실시예
및
비교예
]
<물성 측정>
무수당 알코올의 순도 분석은 가스 크로마토분석기(GC, gas chromatography, HP6890)를 이용하여 실시하였다. 이온함량 분석은 이온크로마토그래프(Ion chromatograph, Dionex ICS-3000)를 이용하여 실시하였고, 전기전도도 측정은 전도도 측정기(Conductivity meter, Phamacia biotech 18-1500)를 이용하여 실시하였다. 색상분석은 색차계(Color spectrometers, Hunterlab Ultrascan vis)를 이용하여 실시하였다.
실시예
1
소르비톨 분말(D-소르비톨, ㈜삼양제넥스) 1,200g을 교반기가 부착된 4구 유리 반응기에 넣고 온도를 110℃로 승온하여 녹인 후, 여기에 진한 황산(덕산화공, 95%) 12g과 메탄설폰산(시그마, 70%) 7.2g을 각각 투입한 후에 반응 혼합물 온도를 135℃로 승온하였다. 이 온도를 유지하며 4시간 동안 10torr의 진공 조건 하에서 탈수 반응을 진행하여 출발물질인 소르비톨을 무수당 알코올인 이소소르비드로 전환시켰다. 이후, 반응물 온도를 110℃로 낮추고, 반응 결과액에 50% 수산화나트륨 용액(삼전순약) 31.2g을 첨가하여 중화시켰다. 중화된 무수당 알코올을 박막증류기를 이용하여 180℃, 5torr 이하의 진공 하에서 증류하였다. 얻어진 무수당 알코올 증류액의 순도는 98.5%이었다.
얻어진 증류액에 증류수를 첨가하고 용해시켜 고형분 55%의 용액으로 제조하였다. 이 용액을 평균입도 0.35mm의 미세 입자상 활성탄으로 충전된 컬럼에 1.0BV/h(배드부피/시간)의 속도로 통과시켜 탈색시키고, 탈색된 무수당 알코올을 이어서 H 형 강양이온성 이온교환수지(TRILITE-SCR-BH, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시킨 후, 그 결과액을 다시 Cl 형 강음이온성 이온교환수지(TRILITE AMP24, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시켜, 최종 정제된 무수당 알코올을 얻었다.
정제된 무수당 알코올의 이온함량은 증류수를 사용하여 5.7%로 희석하여 분석하였고, 전도도와 색상은 증류수를 사용하여 20%로 희석하여 분석 및 평가하였다. 분석 결과, 이온함량은 양이온과 음이온 함량의 총량으로 0.9ppm이었고, 전도도는 3 ㎲/㎝ 이하였으며, 색상은 b값이 0.03, YI 값은 0.07 이었다.
실시예
2
실시예 1에서 얻어진 무수당 알코올 증류액(순도: 98.5%)에 증류수를 첨가하고 용해시켜 고형분 55%의 용액으로 제조한 뒤, 여기에 평균입도 0.25mm의 분말 활성탄을 무수당 알코올 전건중량 대비 1% 첨가하고 30℃에서 1시간 동안 교반하여 탈색처리한 후 여과하고, 탈색된 무수당 알코올을 이어서 Na 형 강양이온성 이온교환수지(TRILITE-SCR-B, ㈜삼양사) 로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시킨 후, 그 결과액을 다시 Cl 형 강음이온성 이온교환수지(TRILITE AMP24, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시켜, 최종 정제된 무수당 알코올을 얻었다.
정제된 무수당 알코올의 이온함량은 증류수를 사용하여 5.7%로 희석하여 분석하였고, 전도도와 색상은 증류수를 사용하여 20%로 희석하여 분석 및 평가하였다. 분석 결과, 이온함량은 양이온과 음이온 함량의 총량으로 9.2ppm이었고, 전도도는 9 ㎲/㎝ 이하였으며, 색상은 b값이 0.15, YI 값은 0.28 이었다.
비교예
1
실시예 1에서 얻어진 무수당 알코올 증류액(순도: 98.5%)에 증류수를 첨가하고 용해시켜 고형분 55%의 용액으로 제조하였다. 이 용액을 H 형 강양이온성 이온교환수지(TRILITE-SCR-BH, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시키고, 다시 Cl 형 강음이온성 이온교환수지(TRILITE AMP24, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시킨 후, 그 결과액을 이어서 평균입도 0.35mm의 미세 입자상 활성탄으로 충전된 컬럼에 1.0BV/h(배드부피/시간)의 속도로 통과시켜 최종 정제된 무수당 알코올을 얻었다.
정제된 무수당 알코올의 이온함량은 증류수를 사용하여 5.7%로 희석하여 분석하였고, 전도도와 색상은 증류수를 사용하여 20%로 희석하여 분석 및 평가하였다. 분석 결과, 이온함량은 양이온과 음이온 함량의 총량으로 10.2ppm이었고, 전도도는 12 ㎲/㎝ 이하였으며, 색상은 b값이 0.03, YI 값은 0.07이었다.
비교예
2
실시예 1에서 얻어진 무수당 알코올 증류액(순도: 98.5%)에 증류수를 첨가하고 용해시켜 고형분 55%의 용액으로 제조하였다. 이 용액을 평균입도 1.5mm 의 입자상 활성탄으로 충전된 컬럼에 1.0BV/h(배드부피/시간)의 속도로 통과시켜 탈색시키고, 탈색된 무수당 알코올을 이어서 Na형 강양이온성 이온교환수지(TRILITE-SCR-B, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시킨 후, 그 결과액을 다시 Cl 형 강음이온성 이온교환수지(TRILITE AMP24, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시켜, 최종 정제된 무수당 알코올을 얻었다.
정제된 무수당 알코올의 이온함량은 증류수를 사용하여 5.7%로 희석하여 분석하였고, 전도도와 색상은 증류수를 사용하여 20%로 희석하여 분석 및 평가하였다. 분석 결과, 이온함량은 양이온과 음이온 함량의 총량으로 10.8ppm이었고, 전도도는 11 ㎲/㎝ 이하였으며, 색상은 b값이 1.18, YI 값은 1.87이었다.
비교예
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실시예 1에서 얻어진 무수당 알코올 증류액(순도: 98.5%)에 증류수를 첨가하고 용해시켜 고형분 55%의 용액으로 제조하였다. 이 용액을 평균입도 1.5mm 의 입자상 활성탄으로 충전된 컬럼에 1.0BV/h(배드부피/시간)의 속도로 통과시켜 탈색시키고, 탈색된 무수당 알코올을 이어서 약양이온성 이온교환수지(DIAION WK11, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시킨 후, 그 결과액을 다시 Cl 형 강음이온성 이온교환수지(TRILITE AMP24, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시켜, 최종 정제된 무수당 알코올을 얻었다.
정제된 무수당 알코올의 이온함량은 증류수를 사용하여 5.7%로 희석하여 분석하였고, 전도도와 색상은 증류수를 사용하여 20%로 희석하여 분석 및 평가하였다. 분석 결과, 이온함량은 양이온과 음이온 함량의 총량으로 12.1ppm이었고, 전도도는 14 ㎲/㎝ 이하였으며, 색상은 b값이 1.20, YI 값은 1.92이었다.
비교예
4
실시예 1에서 얻어진 무수당 알코올 증류액(순도: 98.5%)에 증류수를 첨가하고 용해시켜 고형분 55%의 용액으로 제조하였다. 이 용액을 평균입도 1.5mm 의 입자상 활성탄으로 충전된 컬럼에 1.0BV/h(배드부피/시간)의 속도로 통과시켜 탈색시키고, 탈색된 무수당 알코올을 이어서 Na형 강양이온성 이온교환수지(TRILITE-SCR-B, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시킨 후, 그 결과액을 다시 약음이온성 이온교환수지(DIAION WA10, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시켜, 최종 정제된 무수당 알코올을 얻었다.
정제된 무수당 알코올의 이온함량은 증류수를 사용하여 5.7%로 희석하여 분석하였고, 전도도와 색상은 증류수를 사용하여 20%로 희석하여 분석 및 평가하였다. 분석 결과, 이온함량은 양이온과 음이온 함량의 총량으로 12.0ppm이었고, 전도도는 14 ㎲/㎝ 이하였으며, 색상은 b값이 1.19, YI 값은 1.90이었다.
비교예
5
실시예 1에서 얻어진 무수당 알코올 증류액(순도: 98.5%)에 증류수를 첨가하고 용해시켜 고형분 55%의 용액으로 제조하였다. 이 용액을 Na 형 강양이온성 이온교환수지(TRILITE-SCR-B, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시키고, 다시 Cl 형 강음이온성 이온교환수지(TRILITE AMP24, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시킨 후, 그 결과액에 평균입도 0.25mm의 분말 활성탄을 무수당 알코올 전건중량 대비 1% 첨가하고 30℃에서 1시간 동안 교반한 뒤 여과함으로써 탈색처리하여, 최종 정제된 무수당 알코올을 얻었다.
정제된 무수당 알코올의 이온함량은 증류수를 사용하여 5.7%로 희석하여 분석하였고, 전도도와 색상은 증류수를 사용하여 20%로 희석하여 분석 및 평가하였다. 분석 결과, 이온함량은 양이온과 음이온 함량의 총량으로 22.5ppm이었고, 전도도는 16 ㎲/㎝ 이하였으며, 색상은 b값이 0.10, YI 값은 0.18이었다.
비교예
6
실시예 1에서 얻어진 무수당 알코올 증류액(순도: 98.5%)에 증류수를 첨가하고 용해시켜 고형분 55%의 용액으로 제조하였다. 이 용액을 평균입도 1.5mm 의 입자상 활성탄으로 충전된 컬럼에 1.0BV/h(배드부피/시간)의 속도로 통과시켜 탈색시키고, 탈색된 무수당 알코올을 이어서 Na형 강양이온성 이온교환수지(TRILITE-SCR-B, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시킨 후, 그 결과액을 다시 Cl 형 강음이온성 이온교환수지(TRILITE AMP24, ㈜삼양사)로 충전된 컬럼에 1.5BV/h의 속도로 통과시켰다. 이 결과액에 평균입도 0.25mm의 분말 활성탄을 무수당 알코올 전건중량 대비 1% 첨가하고 30℃에서 1시간 동안 교반한 뒤 여과하여, 최종 정제된 무수당 알코올을 얻었다.
정제된 무수당 알코올의 이온함량은 증류수를 사용하여 5.7%로 희석하여 분석하였고, 전도도와 색상은 증류수를 사용하여 20%로 희석하여 분석 및 평가하였다. 분석 결과, 이온함량은 양이온과 음이온 함량의 총량으로 25.5ppm이었고, 전도도는 17 ㎲/㎝ 이하였으며, 색상은 b값이 0.08, YI 값은 0.17이었다.
상기 실시예 및 비교예들에서 얻어진 정제된 무수당 알코올의 이온함량, 전도도 및 색 특성을 하기 표 1에 정리하였다.
[표 1]
표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 정제 무수당 알코올의 이온 함량은 10ppm 이하(보다 바람직하게는 1ppm 이하), 전도도는 10㎲/㎝ 이하, 색도 b값은 0.2 이하(보다 바람직하게는 0.05 이하), YI 값은 0.1 이하로, 현저히 저감된 이온함량, 현저히 낮은 전도도 및 향상된 색 특성을 동시에 만족시켰다.
Claims (11)
- (1) 수소화 당을 탈수반응시켜 무수당 알코올로 전환시키는 단계,
(2) 상기 (1)단계의 반응 결과액을 증류하는 단계,
(3) 상기 (2)단계의 결과 증류물을 평균 입도가 0.2 내지 1.0mm인 활성탄과 접촉시키는 단계,
(4) 상기 (3)단계의 결과물을 양이온성 이온교환수지와 접촉시키는 단계, 및
(5) 상기 (4)단계의 결과물을 음이온성 이온교환수지와 접촉시키는 단계를 포함하는,
무수당 알코올의 제조방법. - 제1항에 있어서, 수소화 당이 헥시톨이며, 무수당 알코올이 디언하이드로헥시톨인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 수소화 당을 탈수시켜 무수당 알코올로 전환하는 단계에서 산 촉매가 사용되는 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (3)단계에서 (2)단계의 결과 증류물과 활성탄의 접촉이, 활성탄으로 충전된 컬럼에 증류물을 통과시키는 것에 의해 수행됨을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (3)단계에서 (2)단계의 결과 증류물과 활성탄의 접촉이, 증류물과 활성탄을 반응기에 투입하고 교반하여 혼합하는 것에 의해 수행됨을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 활성탄이 식물계 원료 또는 광물계 원료를 활성화하여 얻어진 활성탄 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 활성탄의 평균 입도가 0.25 내지 0.75mm인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (4)단계에서 사용되는 양이온성 이온교환수지가 강양이온성 이온교환수지인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 강양이온성 이온교환수지가 H형 강양이온성 이온교환수지 및 Na형 강양이온성 이온교환수지로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (5)단계에서 사용되는 음이온성 이온교환수지가 강음이온성 이온교환수지인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제조된 무수당 알코올의 이온 함량이 10ppm 이하이고, 전도도가 10㎲/㎝ 이하이며, 색도 b값이 0.2 이하이고, YI 값이 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 무수당 알코올의 제조방법.
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