JP2852138B2 - 金属防食剤 - Google Patents

金属防食剤

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  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ボイラ水系あるいは加
熱または冷却循環水系等の水系一般用の金属の防食剤に
関し、さらに詳しくは、フェノール性化合物とオキシス
チレン重合物と脂肪族アルデヒドの共重合体を含む金属
防食剤に関する。
【0002】
【従来の技術】ボイラ水系、加熱または冷却循環系統の
高温水系における金属、特に、炭素鋼の腐食を抑制する
ために、従来より脱酸素剤を始めとする各種の防食剤が
用いられている。このような防食剤は腐食の主要原因と
なる水中の溶存酸素を除去したり、金属表面に不溶性の
皮膜を形成し、金属を腐食因子を含む環境から隔離する
ことによって金属の腐食を抑制する。
【0003】一般に使用される防食剤としてはヒドラジ
ン、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、グルコー
ス、タンニン、リグニン等がある。
【0004】近年、水処理薬品に対するその効果はもと
より、その安全性に対する関心が高まっており、高温水
系における防食剤等の水処理薬品もその例外でない。
【0005】高温水系では、金属管類あるいは熱交換
器、ボイラ等の伝熱面における腐食を防止するため、腐
食の主要原因となる水中の溶存酸素を除去することを目
的とした脱酸素剤を金属防食剤として用いた水処理が行
われている。このような目的で使用される主な脱酸素剤
としてヒドラジンや亜硫酸ナトリウムがある。
【0006】
【発明が解決ようとする問題点】ヒドラジンを用いる場
合はその毒性のため、発生した蒸気や高温水が直接人体
や製品に接触する可能性がある病院あるいは食品工場な
どでは使用できない。
【0007】また、亜硫酸ナトリウムは安全性について
は問題が無いが、酸素との反応により腐食の原因となる
硫酸イオンを生じるため、必ずしも十分な防食効果を発
揮せず、また、ボイラ水中の硫酸塩等の溶解固形物濃度
や電気伝導率を著しく上昇させる(腐食増大の原因とな
る)結果、ブロー量の増加をもたらし、水系媒体の交換
と熱損失のためエネルギーコストを増大させるなどの欠
点を伴っている。
【0008】一方、タンニンを始めとする天然系の防食
剤は、安全性の問題やボイラ水の溶解固形物濃度や電気
伝導率の過度の上昇を導く問題は無いが、その品質(組
成及び化学特性等)が一定でなく、また外的環境要因に
より変性を受け易いことから、安定した効果が得られに
くいといった欠点がある。
【0009】本発明は、これら従来の金属防食剤の有す
る問題点を解決するもので、安全性に問題が無く、エネ
ルギー損失を低水準に抑え、かつ効果的に腐食を抑制す
る金属防食剤を提供することを目的とする。
【0010】
【問題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、フェノール性化合物とオキシスチ
レン重合物と脂肪族アルデヒドの共重合体を含むことを
特徴とするボイラ水系あるいは加熱または冷却循環水系
等の水系一般用の金属防食剤が提供される。
【0011】本発明の金属防食剤を構成する共重合体の
重量平均分子量は、金属に対して優れた防食効果を発揮
するという観点から、好ましくは300 ないし5,000 、更
に好ましくは300 ないし2,000 である。
【0012】本発明の共重合体の合成に用いられるフェ
ノール性化合物としては、フェノール、クレゾール、p
ークロロフェノール、キシレノール等の1価のフェノー
ル、レゾルシン、ヒドロキノン、カテコール、ビスフェ
ノールA等の2価のフェノール、ピロロール、ヒドロ
キシハイドロキノン、没食子酸等の3価のフェノール等
が例示されるが、金属に対して優れた防食効果を発揮す
るという観点からは、クレゾール、カテコール、ピロガ
ロール及び没食子酸が好ましい。これらのフェノール性
化合物は、単独でも混合物としても使用できる。
【0013】本発明の共重合体の合成に用いられるオキ
シスチレン重合物は、下記の化1の式で示されるもので
あり、下記の化2の式に示す少なくとも一種のオキシス
チレンを重合することにより製造することができる。
【化1】
【化2】
【0014】オキシスチレンモノマーの例としては、o
−オキシスチレン、m−オキシスチレン、p−オキシス
チレン等の1価のオキシスチレン、2,5−ジオキシス
チレン、2,4−ジオキシスチレン等の2価のオキシス
チレン、及び3,4,5−トリオキシスチレン、2,
4,5−トリオキシスチレン等の3価のオキシスチレン
を挙げることができる。
【0015】かかるオキシスチレン化合物の合成は、種
々の方法で可能であるが、代表的な方法として、1価の
オキシスチレンについて Chem. Ber. 41,367(1908)、J.
Chem. Soc. 53,806(1931)、Helv. Chim. Acta. 28,722
(1945)等に記載されている方法を例示することができ
る。また、2価以上のオキシスチレンについては、 J.A
m. Chem. Soc. 50,2566(1928)、J. Am. Chem. Soc. 71,
467(1949)等に記載されている方法を例示することがで
きる。
【0016】オキシスチレン重合物は、オキシスチレン
モノマーを熱重合、アゾイソブチロニトリル、ベンゾイ
ルパーオキサイド等のラジカル重合触媒を使用するラジ
カル重合、或いは三塩化アルミニウム、三弗化硼素等の
カチオン重合触媒を使用するカチオン重合法等の重合方
法により製造することができる。代表的な重合方法とし
てJ. Polym. Sci. A 4,1773(1966) 、J. Polym. Sci. A
7,2175(1969) 等に記載されている方法を例示すること
ができる。
【0017】上記の重合の際に、スチレン、メチルスチ
レン、アクリロニトリル等の各種モノマーの一種以上を
本発明の効果を阻害し無い程度の少量加え、共重合して
もよく、従って、かかる共重合の結果得られる重合体も
本明細書で言う「オキシスチレン重合物」に含まれる。
【0018】こうして得られるオキシスチレン重合物の
重量平均分子量は、好ましくは250ないし30,000程度で
あるが、水系における金属に対して優れた防食効果を発
揮するという観点から、更に好ましくは250 ないし2,00
0 である。
【0019】本発明の共重合体の合成に用いられる脂肪
族アルデヒドとしては、ホルムアルデヒド、アセトアル
デヒド、プロピルアルデヒド、n−ブチルアルデヒド、
イソブチルアルデヒド、n−カプロアルデヒドなどが例
示されるが、水系における金属に対して優れた防食効果
を発揮するという観点からは、ホルムアルデヒド及びア
セトアルデヒドが好ましい。これらの脂肪族アルデヒド
は、単独でも混合物としても使用できる。
【0020】フェノール性化合物とオキシスチレン重合
物の重量比率は、フェノール性化合物/オキシスチレン
重合物=9/1〜1/9の範囲が好ましく、7/3〜3
/7の範囲であることが更に好ましい。
【0021】用いる脂肪族アルデヒドの量は、フェノー
ル性化合物1モルに対して好ましくは0.01ないし1 モ
ル、更に好ましくは0.05ないし0.5 モルの範囲である。
【0022】本発明の金属防食剤に含まれる上記共重合
体は、必要に応じて塩の形であってもよい。塩の種類に
ついては特に限定するものでないが、例えば各種金属塩
(Na塩、K塩等)、アンモニウム塩及び各種アミン塩
(メチルアミン塩、エチルアミン塩、エタノールアミン
塩等)を例示できる。
【0023】本発明の金属防食剤に用いられる共重合体
は、フェノール性化合物と脂肪族アルデヒドとを酸触媒
を用いて窒素雰囲気下で50ないし250℃、好ましくは100
ないし200 ℃で5分ないし10時間、好ましくは1ない
し6時間共重合反応せしめることにより製造される。こ
こで用いられる酸触媒としては、アルミニウム、ホウ
素、鉄、亜鉛、錫、チタン等の弗化物、塩化物等のハロ
ゲン化物、又はこれらの錯化合物、塩酸、硫酸等の無機
酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸が例示される。
【0024】本発明の金属防食剤の水系媒体への添加量
は、上記共重合体として1ないし5000mg/1、好ましく
は10ないし500mg /lとすることで有効に水系における
金属の腐食を抑制することができる。
【0025】また、本発明の金属防食剤を使用する水系
媒体については、これを水系一般用としても用いること
ができるが、特に熱負荷の著しく高いボイラ水系あるい
は加熱または冷却循環水系における金属の腐食抑制剤と
して有用である。
【0026】また、必要に応じ、本発明の金属防食剤は
水酸化ナトリウムのようなpH調整剤、りん酸塩のよう
な清缶剤、ポリアクリル酸ナトリウムやポリマレイン酸
ナトリウムのような分散剤、及びオクタデシルアミンや
シクロヘキシルアミンのような水蒸気系腐食抑制剤等と
添加時に併用したり、配合等により複合させ使用するこ
とができる。
【0027】なお、本明細書における共重合体及びオキ
シスチレン重合物の「重量平均分子量」は、ゲルパーミ
エイションクロマトグラフィー(GPC)により求めた
値であり、その測定条件は次の通りである。
【0028】GPC測定条件装置 東ソー株式
会社製 8000シリーズ 検出器 示差屈折率検出器 カラム TSKgel G1000H + TSKgel G2000H (両者とも東ソー株式会社製) 温度 40℃ 溶離液 THF(テトラヒドロフラン) 流量 1ml/min 標準試料 分子種一定のフェノール縮合体(2、
3、4、6量体)
【0029】
【作用】本発明の金属防食剤の防食機能発現のメカニズ
ムについては、腐食の主要原因となる水中の溶存酸素を
除去すると共に、金属表面に安定性に優れた不溶性の吸
着皮膜もしくは酸化皮膜を形成し、金属の腐食因子を含
む環境から隔離することにより防食効果が達成されると
考えられる。
【0030】
【実施例】以下、本発明を実施例(共重合体の製造例)
並びに比較例と対比した脱酸素試験及び腐食試験により
具体的に説明するが、本発明がかかる実施例に限定され
るもので無いことは、言うまでもない。
【0031】実施例1(共重合体の製造) ピロガロール100g、重量平均分子量650 前後のp−オキ
シスチレン重合物100g、ホルムアルデヒド6.7gを1リッ
トルの反応容器に入れ、攪拌条件下で100 ℃まで昇温さ
せた後、触媒としてpートルエンスルホン酸24g (60重
量%水溶液の形で)を加えた。更に昇温を続け、110 ℃
で窒素雰囲気下に還流しながら1時間、系の脱水を行っ
た後、190 ないし200 ℃で4時間反応させた。反応終了
後、反応混合物を氷浴中に投入して水洗して反応生成物
を得た。得られた共重合体の重量平均分子量は1,400 で
あった。
【0032】実施例2(共重合体の製造) ピロガロール100g、重量平均分子量650 前後のp−オキ
シスチレン重合物100g、ホルムアルデヒド6.7gを1リッ
トルの反応容器に入れ、攪拌条件下で100 ℃まで昇温さ
せた後、触媒としてpートルエンスルホン酸24g (60重
量%水溶液の形で)を加えた。更に昇温を続け、110 ℃
で窒素雰囲気下に還流しながら1時間、系の脱水を行っ
た後、190 ないし200 ℃で2時間反応させた。反応終了
後、反応混合物を氷浴中に投入して水洗して反応生成物
を得た。得られた共重合体の重量平均分子量は560 であ
った。
【0033】実施例3(共重合体の製造) ピロガロール100g、重量平均分子量650 前後のp−オキ
シスチレン重合物100g、ホルムアルデヒド6.7gを1リッ
トルの反応容器に入れ、攪拌条件下で100 ℃まで昇温さ
せた後、触媒としてpートルエンスルホン酸45.6g (60
重量%水溶液の形で)を加えた。更に昇温を続け、110
℃で窒素雰囲気下に還流しながら1時間、系の脱水を行
った後、190 ないし200 ℃で6時間反応させた。反応終
了後、反応混合物を氷浴中に投入して水洗して反応生成
物を得た。得られた共重合体の重量平均分子量は2,800
であった。
【0034】〔脱酸素試験〕表1に示す水系媒体として
の各一定量の合成水に本発明の防食剤及び既存の防食剤
を各所定量添加した場合に得られるそれぞれの水溶液
(pH:11)が還元できる酸素量(酸素消費量)を圧検
知式ODメータ(但し、ODは oxygen demandの意味)
を用いて測定した(温度:25℃、測定期間:3日
間)。その結果を表2に示す。
【0035】
【表1】 合成水水質 項 目 水 質 pH 11.0 M-アルカリ度(mgCaCO3/l) 300 P-アルカリ度(mgCaCO3/l) 215 塩化物イオン( mgCl- /l) 300
【0036】
【表2】 脱酸素試験結果 分子量 添加量(mg/l) 酸素消費量(mgO/l) (重量平均) 実施例1 1,400 1000 342.0 実施例2 560 1000 454.5 実施例3 2,800 1000 238.0 比較例1 126 1000 119.5 比較例2 − 1000 50.0 比較例3 − 1000 204.0 (注)比較例1の防食剤:亜硫酸ナトリウム 比較例2の防食剤:リグニンスルホン酸ナトリウム 比較例3の防食剤:タンニン酸
【0037】〔腐食試験〕容量10リットルのテストボイ
ラに軟鋼製テストチューブ(内径50mm、長さ500mm )お
よび軟鋼製テストピース(20×80×2mm )を設置し、腐
食試験を行った。水系媒体としての補給水には表3に示
す軟水を使用し、この補給水に本発明の防食剤及び既存
の防食剤を表4に示す量となるように配合し、テストボ
イラに給水した。
【0038】なお、補給水にはボイラ水のpHが10.5以
上になるよう苛性ソーダを少量添加した。テストボイラ
は圧力1MPa 、温度183 ℃の下、10倍濃縮で150 時間
連続で運転された。
【0039】試験終了後、テストチューブおよびテスト
ピースを取り出し、腐食の発生状況を観察し、さらにテ
ストピースについては次式により腐食速度と腐食抑制率
を測定した。
【0040】
【数1】腐食度=(試験前重量−試験後重量)/(表面
積×試験期間)
【0041】
【数2】腐食抑制率=〔(空試験腐食度−薬剤試験腐食
度)/空試験腐食度〕×100
【0042】結果を表4に示す。
【0043】
【表3】 補給水水質 項 目 軟水(戸田市水) pH 7.4 電気伝導率 ( μs/cm) 202 M-アルカリ度(mgCaCO3/l) 37 全硬度 (mgCaCO3/l) 0 塩化物イオン( mgCl- /l) 38 硫酸イオン (mgSO4 2-/l) 27 シリカ (mgSiO2/l) 18 全鉄 (mgFe/l) 0.07
【0044】
【表4】 腐食試験結果 添加量 テストチューブ外観 腐食度 腐食抑制率 (%) (mg/dm2・day) 比較例1 200 孔食発生 18.8 − 実施例1 200 孔食無し 0.2 99 実施例1 20 孔食無し 0.2 99 実施例1 2 わずかに孔食発生 1.3 93 実施例1 0.2 孔食発生 13.7 27 実施例2 20 孔食無し 0.6 97 実施例3 20 わずかに孔食発生 2.1 89 比較例2 20 孔食発生 5.8 69 比較例2 2 孔食発生 21.9 − 比較例3 20 わずかに孔食発生 3.1 84 比較例3 2 孔食発生 15.3 19 比較例4 20 わずかに孔食発生 1.7 91 比較例4 2 孔食発生 9.9 47 (注)比較例1:防食剤無添加 比較例2の防食剤:表2の比較例1の防食剤と同じ(亜
硫酸ナトリウム) 比較例3の防食剤:表2の比較例2の防食剤と同じ(リ
グニンスルホン酸ナトリウム) 比較例4の防食剤:表2の比較例3の防食剤と同じ(タ
ンニン酸)
【0045】
【効果】本発明の金属防食剤を構成する共重合体は、オ
リゴマーないしポリマーであるので揮発性が無く、安全
性が高く、酸素と反応してもボイラ水中の溶解固形物濃
度や電気伝導度の過度の上昇は無く、ブロー量を少なく
し、エネルギーコストの低減を図ることができる。
【0046】また、上記共重合体は合成物であるので、
品質管理が容易で、組成及び化学特性のロット間のバラ
ツキを最小限に抑えることができる。
【0047】更に、本発明の金属防食剤は、水系媒体中
の溶存酸素の除去とともに、金属表面に安定な不溶性の
吸着皮膜もしくは酸化皮膜を形成するため、水系におけ
防食効果の一層優れたものであり、ノン燐ノンメタル
の金属防食処理も実現できる。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェノール性化合物とオキシスチレン重
    合物と脂肪族アルデヒドの共重合体を含むことを特徴と
    するボイラ水系あるいは加熱または冷却循環水系等の水
    系一般用の金属防食剤。
  2. 【請求項2】 前記共重合体の重量平均分子量が300 な
    いし5,000 であることを特徴とする請求項1に記載の金
    属防食剤。
  3. 【請求項3】 フェノール性化合物がフェノール、クレ
    ゾール、pークロロフェノール、キシレノール等の1価
    のフェノール性化合物及び/又はレゾルシン、ヒドロキ
    ノン、カテコール、ビスフェノールA等の2価のフェノ
    ール性化合物及び/又はロガロール、ヒドロキシハイ
    ドロキノン、没食子酸等の3価のフェノール性化合物で
    あることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属防食
    剤。
  4. 【請求項4】 前記オキシスチレン重合物が、o−オキ
    シスチレン、m−オキシスチレン、p−オキシスチレン
    等の1価のオキシスチレン、2,5−ジオキシスチレ
    ン、2,4−ジオキシスチレン等の2価のオキシスチレ
    ン、及び3,4,5−トリオキシスチレン、2,4,5
    −トリオキシスチレン等の3価のオキシスチレンから選
    ばれる少なくとも一種のオキシスチレン化合物を重合し
    て得られるオキシスチレン重合物であることを特徴とす
    る請求項1ないし3に記載の金属防食剤。
  5. 【請求項5】 前記脂肪族アルデヒドがホルムアルデヒ
    ド又はアセトアルデヒドであることを特徴とする請求項
    1ないし4に記載の金属防食剤。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5に記載の金属防食剤を
    水系媒体中に前記共重合体として1ないし5,000 mg/lと
    なるように添加し、ボイラ水系あるいは加熱または冷却
    循環水系等の水系一般の金属の腐食を抑制する方法。
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