JP2007500789A - 流体系における腐食の抑制 - Google Patents

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Abstract

【課題】 非アミン系で毒性の低い環境に優しい腐食抑制性添加剤の提供。
【解決手段】 本発明は、工業用流体系に収容された流体と接する金属表面の腐食、例えば二酸化炭素腐食の効果的な抑制方法であって、該流体に、有効腐食抑制量のホスホグリセリド化合物又は乳化大豆油を添加することを含む方法を提供する。ホスホグリセリド化合物としては、例えばレシチンとして周知のホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン又はホスファチジルセリンなどが挙げられる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、概して、水性及び非水性流体系の気相及び液相での腐食からの金属表面の保護に関する。さらに具体的には、本発明は、腐食抑制剤組成物及びその使用方法に関する。
プラント内の金属部品の腐食は、システム障害及び時には運転停止を引き起こしかねない。さらに、金属表面に堆積した腐食生成物は、金属表面と水その他の流体媒質との間の伝熱速度を低下させ、腐食によって系の稼働効率が低下してしまう。したがって腐食は、保守及び生産コストを増大させる可能性がある。
腐食に対処する最も一般的な方法は、系の流体に腐食抑制剤を添加することである。しかし、現在利用し得る腐食抑制剤は、非生分解性であるか、毒性があるか或いはその両方であり、そのため、かかる添加剤の利用可能性は制限される。
ボイラ復水系に用いられる最も一般的な抗腐食添加剤は、中和アミン及び皮膜形成アミンである。アミン及び複数のアミンの組合せは概して鋼その他の第一鉄含有金属の腐食から有効に保護するが、抗腐食添加剤にアミンを使用すると幾つかの問題が起こる。
まず、アミンは高温で熱分解を起こしてアンモニアを形成することが多いが、アンモニアは特に酸素存在下での銅及び銅合金に対する腐食性が高い。そのため、アミン含有抑制剤は、銅又は銅合金材料を有する系での使用には向かないことが多い。
さらに、食品加工、飲料生産、コージェネレーションプラント及び医薬品製造を始めとする幾つかの用途では、政府の規制又は味や香りに対する懸念から、アミンの使用が制限されている。その結果、これらの用途の多くでは、抗腐食処理プログラムが全く使用されない。したがって、これらの系は、高い腐食速度、多大な保守コスト及び高い設備故障率に陥り易い。
米国特許第５３６８７７５号には、酸に起因する腐食の制御方法が記載されている。一つの方法では、保護すべき金属表面と酸溶液の間のバリアとして薄膜を使用する。薄膜の形成のためオクタデシルアミンのような長鎖アミン又はアゾールを用いる。第二の方法では、酸を中和して水性ｐＨを高めるため中和アミンを添加する必要がある。この方法に最良のアミンは高い塩基度と低分子量をもつものであると記載されている。中和アミンの具体例として、シクロヘキシルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モルホリン及びメトキシプロピルアミンが挙げられている。
米国特許第４９１５９３４号には、クロロヘキシジンのアルコール溶液、速崩壊性発泡剤、エアゾール噴射剤及びクロロヘキシジンのアルコール溶液の腐食性に対抗するための腐食抑制剤を含む発泡性殺生剤組成物が開示されている。速崩壊性発泡剤は、その一成分として界面活性剤、好ましくはエトキシル化ソルビタンエステルを含んでいる。界面活性剤は乳化剤として働く。好ましい乳化剤の具体例として、エトキシル化ソルビタンのステアレート、パルミテート及びオレエート、ノニルフェノールエトキシレート、及び脂肪アルコールエトキシレートが記載されている。
米国特許第３９７７９９４号には錆止め組成物が開示されている。この組成物は、有機酸とＮ−アルキル又はシクロアルキル置換エタノールアミンと水の混合物である。場合によっては、組成物は有機酸とエタノールアミンのエマルジョンが得られるように１種以上の乳化剤を含んでいてもよい。乳化剤の具体例としてソルビタン誘導体が記載されている。
米国特許第４９７００２６号には、第一鉄及び非第一鉄水溶液系に対する腐食抑制剤が教示されている。この組成物は、ナフテン油ベースのトリエタノールアミンアルキルスルファミドカルボン酸のナトリウム塩、パラフィン油ベースのトリエタノールアミンアルキルスルファミドカルボン酸のナトリウム塩、アルキルスルファミノカルボン酸のナトリウム塩及びこれらの２種類からなる混合物から選択される成分、並びにサルコシンの長鎖脂肪酸誘導体及びエチレンオキシドと脂肪酸との縮合生成物から選択される界面活性剤を含む。
抑制効果は、界面活性剤の添加ではなく、成分又は成分混合物に起因するものと考えられる。実際、この米国特許には、界面活性剤の腐食抑制剤としての有効性について別途試験したと記載されている。界面活性剤は腐食抑制剤として有効でないことが判明している。
米国特許第５０８２５９２号には、非イオン性界面活性剤と、ホウ酸、モリブデン酸及び硝酸／亜硝酸のアルカリ金属塩のような陰イオン酸素含有基とを含む水溶液中で第一鉄金属の腐食を抑制する方法が開示されている。好ましい非イオン性界面活性剤はフェノール／ポリエチレンオキシドである。
米国特許明細書では、非イオン性界面活性剤によって陰イオンの腐食抑制特性が増大することが前提とされている。陰イオンの抑制特性は、金属表面と溶液の界面に陰イオンが吸収されることに起因する。非イオン性界面活性剤の共吸収は、陰イオンの静水学的反発力の遮蔽によって陰イオンの表面濃度を最大限にするのに役立つと考えられる。
欧州特許第０１０８５３６号には、金属表面を腐食から保護する方法が開示されている。この方法では、増粘剤を含む腐食抑制剤の組成物を用いる。腐食抑制剤は、ソルビタンのカルボン酸エステルを含んでいてもよい。増粘剤と組合せると、腐食抑制剤は、偽塑性でチキソトロピー性となる。この組成物は放置するとゲルを形成する。この組成物は軟質で柔軟なコーティングを形成し、金属表面積を腐食から保護するのに多用される塗料、ワニス、ラッカー、プラスチック及び金属コーティングの代わりに使用できる。
米国特許第５３６８７７５号明細書 米国特許第４９１５９３４号明細書 米国特許第３９７７９９４号明細書 米国特許第４９７００２６号明細書 米国特許第５０８２５９２号明細書 欧州特許第０１０８５３６号明細書
そこで、非アミン系で毒性の低い環境に優しい腐食抑制性添加剤に対する強いニーズが存在する。本発明では、意外にも、ホスホグリセリド化合物が、水性及び非水性溶液中での金属表面の腐食から保護する。
本発明は、工業用流体系に収容された流体と接する金属表面の腐食、例えば二酸化炭素腐食の効果的な抑制方法であって、該流体に、有効腐食抑制量のホスホグリセリド化合物を添加することを含む方法を提供する。
ホスホグリセリド化合物としては、例えば、レシチンとして周知のホスファチジルコリン（ＰＣ）、ホスファチジルエタノールアミン（ＰＥ）又はホスファチジルセリン（ＰＳ）が挙げられる。本発明の好ましい実施形態では、ホスホグリセリド化合物はレシチンである。レシチン化合物は以下の構造を有する。
ＣＨ２(Ｒ)ＣＨ(Ｒ１)ＣＨ２ＯＰＯ(ＯＨ)Ｏ(ＣＨ２)Ｎ(ＯＨ)(ＣＨ３)３
式中、Ｒ、Ｒ１は脂肪酸基、例えばリノレン酸、ステアリン酸、オレイン酸及び／又はパルミチン酸である。
本発明の組成物は、流体系と接する金属部品の腐食抑制活性が望まれる流体系に、その目的に有効な量で添加すべきである。この量は、処理の望まれる個々の系によって左右され、腐食に付される面積、ｐＨ、温度、水量及び水中の腐食性化学種の濃度などの因子によって影響される。通例、本発明は、処理すべき系に収容された流体の約０．０２５〜５０ｐｐｍのレベルで使用すると有効であり、好ましくは流体の約０．０２５〜１０ｐｐｍのレベルで用いられる。本発明は、一定量で水溶液の状態で、連続的又は間欠的に、所望の流体系に直接添加し得る。流体系は、例えば冷却水、ボイラ水、ボイラ蒸気、ガス洗浄系又はパルプ及び製紙系でよい。本発明の処理によって恩恵を得ることのできる流体系のその他の例としては、伝熱系、精製系、食品及び飲料用系、製薬用蒸気及び機械式冷却液系が挙げられる。
以下、幾つかの具体例を参照して本発明をさらに説明するが、これらは単なる例示にすぎず本発明の技術的範囲を限定するものではない。
試験は、実験室腐食試験装置で実施した。この装置は、脱イオン水及び脱酸素水供給源と、高圧ポンプと、材料供給用の一連の計量ポンプと、付属センサとを備えていた。
本発明のための試験装置は、腐食性金属として用いた１６フィート長の軟鋼コイル（外径０．２５インチ、内径０．１３５インチ）を備えていた。この実験条件の詳細は次の通り。１．流体として脱イオン化炭酸水を使用した。２．入口の酸素濃度１０ｐｐｂ。３．軟鋼コイル内の流れ１８０ｍｌ／分。４．コイル及び流動液の温度は１０４℃±３℃に維持した。
熱安定性を高めるため、砂で満たした加熱缶にコイルを収容した。２本の内部熱電対でコイルの内部／外部温度をモニタした。ＣＯ２濃度を一定に保ち、Ｓｉｅｖｅｒｓ ＴＯＣ ８００炭素分析装置で測定した。溶液のｐＨは５．１５±０．１０と推定された。
装置出口での流体中の全鉄濃度は、軟鋼コイルの腐食を表す。鉄の濃度は、反応試薬として１，１０フェナントロリンを用いた実験室での比色分析によって概算値を見積もり、鉄の全含量は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）法で求めた。
腐食抑制率（％）は、実験条件下での未処理コイルのコイル出口での全鉄濃度（Ｆｅ ｐｐｍ ＵＴ）と、同一実験条件で化学的に処理したコイルから出る全鉄濃度（Ｆｅ ｐｐｍ Ｔ）との差として計算した。
腐食抑制率（％）＝（（Ｆｅ ｐｐｍ ＵＴ）−（Ｆｅ ｐｐｍ Ｔ））×１００）／（Ｆｅ ｐｐｍ ＵＴ）。
未処理コイル及び幾つかの処理実験について、鉄の放出キネティクスを追跡した。未処理の鉄コイルは４〜８時間で急速に平衡状態になった。以下の結果は、各濃度での２０〜２６時間の平衡時間についてのものである。この期間中、鉄の放出キネティクスを追跡するため、出口流体試料を採取し、鉄の全含量を分析した。化学物質で得られた抑制率（％）の計算は、設定平衡時間（２０〜２６時間）の終了時に測定した鉄の全濃度を用いて行った。
各実験の前後に、鉄コイルを装置から切り離し、活性化し、再接続し、全鉄濃度の平衡状態に到達させた後で、処理を開始した。全鉄濃度実測値を上記の式の（Ｆｅ ｐｐｍ ＵＴ）と呼ぶ。
Ｆｌｕｋａ社から市販の大豆レシチンについて、上述の手順による試験装置での腐食抑制剤として試験をした。この化学物質は大豆由来の３−ｓｎホスファチジルコリン、ホスファチジルコリン、Ｌ−ａ−レシチン、Ｌ−ａ−ホスファチジルコリンとして知られている。なお、この化学物質は水溶性ではないが、水中で容易に乳化する。
表１は、試験装置の鉄コイルにレシチンを供給したときに得られた腐食抑制率（％）を示す。ＩＣＰ法で測定した全鉄濃度を用いて抑制率（％）を計算した。結果は、この化学物質が金属腐食抑制剤として作用したことを実証している。
Figure 2007500789
 精製及び粗製大豆油についても、腐食試験装置で上記の手順と同じ手順に従って腐食抑制剤として試験をした。なお、使用した油は水溶性ではない。これらを試験水中に供給するため、材料を乳化した。この目的のため、油の約１０重量％のショ糖脂肪酸エステル（ショ糖エステル−水溶性非イオン性界面活性剤）を使用した。エマルジョンを形成するため、６０〜６５℃のエステル水溶液中に激しく撹拌しながら少量の油を添加した。表２及び表３は得られた金属腐食抑制率（％）の結果を示す。この結果は、エマルジョンが金属腐食抑制剤として作用したことを実証している。
Figure 2007500789
Figure 2007500789
 具体的な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明のその他数多くの形態及び修正は当業者には明らかであろう。本発明の特許請求の範囲は、本発明の技術的思想及び技術的範囲に属するこれらの自明な形態及び修正をすべて包含するものである。

Claims (10)

  1. 工業用流体系に収容された流体と接する金属表面の腐食を抑制する方法であって、該流体に、ホスホグリセリド化合物及び大豆油から選択される有効腐食抑制量の処理剤を添加することを含む方法。
  2. 前記ホスホグリセリド化合物が、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン及びホスファチジルセリンからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
  3. 前記流体系が、伝熱系、精製系、食品及び飲料用系、製薬用蒸気及び機械式冷却液系からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
  4. 前記化合物を約０．０２５〜約５０ｐｐｍの活性処理レベルで流体系に添加する、請求項１記載の方法。
  5. 前記化合物を約０．０２５〜約１０ｐｐｍの活性処理レベルで流体系に添加する、請求項４記載の方法。
  6. 工業用流体系に収容された流体と接する金属表面の二酸化炭素腐食を抑制する方法であって、該流体に、ホスファチジルコリン化合物及び大豆油から選択される有効腐食抑制量の処理剤を添加することを含む方法。
  7. 前記流体系が、伝熱系、精製系、食品及び飲料用系、製薬用蒸気及び機械式冷却液系からなる群から選択される、請求項６記載の方法。
  8. 前記ホスファチジルコリン化合物が大豆油から得られる、請求項６記載の方法。
  9. 前記化合物を約０．０２５〜約５０ｐｐｍの活性処理レベルで流体系に添加する、請求項６記載の方法。
  10. 前記化合物を約０．０２５〜約１０ｐｐｍの活性処理レベルで流体系に添加する、請求項９記載の方法。
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