JP4295013B2 - 広温度域で効果のある水輸送抗力軽減用添加剤 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷温水の配管輸送系において、流動時の摩擦抗力を軽減し、搬送ポンプの動力を削減するための輸送抗力軽減用添加剤およびそれを用いる輸送抗力軽減方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ある特定物質を添加することにより配管内流動水の摩擦抗力が軽減され、ポンプ動力が削減できることは知られている。このような機能を発現する物質として水溶性高分子や界面活性剤がある。このような物質を摩擦抗力軽減剤(DR剤)およびその効果を摩擦抗力軽減効果(DR効果)という。しかしながら、高分子系はポンプ、エルボ等の局部損失要素での機械的劣化により短時間で効果が失われるため循環系配管には不向きとされている。また、界面活性剤系でこれまで検討され一部使用されているカチオン系界面活性剤と対イオンの組合せは、一定濃度以上でのミセル再形成能によりある程度効果は持続するが、配管・錆等との電気的結合による濃度低下が大きく、また、その強い殺菌作用の外部環境に対する影響への懸念から実用化には問題があるというのが現状である。
【0003】
又、カチオン系界面活性剤以外では、特許文献1記載のアミンオキシド化合物がある。しかし、これらのアミンオキシドのみの使用では効果が弱く多くの添加量が必要であり、また、効果の持続性が弱く長期使用できないなどの問題点がある。本発明者らは既に特許文献2においてアミンオキシドと各種両性界面活性剤の組合せを提案した。しかし、この方法では優れた配管内摩擦抵抗低減効果を示すものの、1つの薬剤で補える温度範囲が限られてくるため、汎用的に使用することが難しく、また水質の影響により効果の持続性に差が生じるため長期使用が難しいという問題があった。
【0004】
【特許文献1】
特開昭60−99199
【特許文献2】
特開2000−313872
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記のような理由から、カチオン系界面活性剤を含まず、広温度域で効果が得られ、長期の循環系配管水輸送に使用可能な、環境適合性と優れた省エネルギー性を兼ね備えた、新しい水輸送抗力軽減用添加剤を提供することである。
【0006】
【問題を解決するための手段】
本発明者らは種々検討を重ねた結果、アミンオキシド型非イオン界面活性剤(a)にタウリン誘導体塩(b)を組合せて使用することにより前記課題を解決することが出来た。すなわち、下記一般式(1)で表されるアミンオキシド型非イオン界面活性剤(a)の1種又は2種以上から構成される組成物と一般式(2)で表されるタウリン誘導体塩(b)を組合せることにより製造される水輸送効力軽減用添加剤が、より広い温度域での水輸送抗力の軽減効果の発現し、その効果持続性を向上させ、さらに一般式(3)で表わされるアミン類を配合することによりこれらの効果を高めることができることを見出した。以下、本発明を詳細に説明する。
【0007】
本発明に係わるアミンオキシド型非イオン界面活性剤は、下記一般式(1)で表わされる。
【化4】
R1は炭素数が8〜22のアルキル基、又はアルケニル基を意味する。又、R2及びR3は、炭素数が1〜4のアルキル基、又はアルケニル基、又は−(CnH2nO)qHで表されるアルキレングリコールエーテル基である。nは2又は3又はそれらの混合(ランダム付加、ブロック付加のいずれでもよい)を意味する。p、qは0〜10の整数である。
【0008】
本発明に係わるタウリン誘導体塩は、下記一般式(2)で表わされる。
【化5】
R1は炭素数が8〜22のアルキル基、又はアルケニル基であり、R4は水素又はメチル基、Xはアルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子を示す。
具体的には、ヤシ油脂肪酸タウリンナトリウム、ヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウム、牛脂脂肪酸タウリンナトリウム、牛脂脂肪酸メチルタウリンナトリウム、ラウリン酸タウリンナトリウム、ラウリン酸メチルタウリンナトリウム、ミリスチン酸タウリンナトリウム、ミリスチン酸メチルタウリンナトリウム、パルミチン酸タウリンナトリウム、パルミチン酸メチルタウリンナトリウム、ステアリン酸タウリンナトリウム、ステアリン酸メチルタウリンナトリウム、オレイン酸タウリンナトリウム、オレイン酸メチルタウリンナトリウムがあげられ、特にヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウムが望ましい。
【0009】
本発明に係わるアミン類は、下記一般式(3)で表わされる。
【化6】
R5、R6、R7は炭素数が1〜4のアルキル基又は−(CmH2mO)rH(rは0又は1、mは1〜4の整数)又は−CnH2nNH2(nは1〜4の整数)を表す。
具体的には、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジブチルエタノールアミン、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−(2−アミノエチル)エタノールアミンがあげられ、特にN−メチル−N,N−ジエタノールアミンが望ましい。
【0010】
本発明における水輸送抗力軽減用添加剤の組成は、アミンオキシド型非イオン界面活性剤(a)の量に対し、タウリン誘導体塩(b)は0.001〜1倍モル、望ましくは0.01〜0.5倍モル、アミン類(c)は0〜10倍モル、望ましくは0.5〜3倍モルであり、全水量に対して0.005〜10重量%、特に0.05〜1.0重量%の濃度で添加して使用する。また、本剤には必要に応じて、防錆剤、スケール防止剤、スライム処理剤、分散剤、防腐剤等の添加剤を添加することが出来る。
温度範囲は、冷房時の低温域から暖房時の高温域までの1〜120℃位、特に5℃〜80℃で適用するのが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
次の方法にてヤシ油脂肪酸メチルタウリンの合成を行う。
市販のN−メチルタウリン1.7kg、水2.0kg、キレート剤0.2gを20℃にて混合・撹拌し、ヤシ油脂肪酸クロライド0.9kgとNaOH水溶液0.4kgを徐々に加えて所定時間熟成を行なう。次に過酸化水素にて処理、塩酸中和を行ない、固形分30%のヤシ油脂肪酸メチルタウリンを得た。
また、特定のアミンオキシド型非イオン界面活性剤は公知方法にて合成し、アミン類、防錆剤類は市販のものを使用した。
【0012】
上記アミンオキシド型非イオン界面活性剤(a)とタウリン誘導体塩(b)、アミン類(c)を組合せて処方した水輸送抗力軽減用添加剤は以下の2種類の方法にて性能評価を行なった。
評価法1:直径50mm、高さ90mm、平底に製作された専用ビーカーに試験流体を100g入れ、撹拌子(8mm×35mm)にて700回転にて撹拌した時に出来る渦の液面からの深さを測定した。水温は10〜80℃とし、ブランク(水)の渦深さに対する渦の減衰率(%)にて評価した。
評価法2:ループ式評価装置を用い、管内径d(mm)の試験部配管中を試験水が流動する際、長さL(m)間の圧力損失△Pを測定することで数1に示す計算式にて摩擦係数を算出した。水温は15℃および60℃とし、流速2m/s時のDR効果とその効果持続時間を測定した。
【0013】
【数1】
【0014】
【実施例】
図1に本実施例で実験に用いた評価装置を示した。装置は配管径を6(mm)、配管全長を5(m)、流速を2(m/s)、水量を9リットルとすることで、流体が流動する際、大管径の実機設備に比べてかなり大きなせん断力を流体が受ける加速試験装置であるとみなすことが出来る。配管径200(mm)、流速1(m/s)の実機設備ではせん断速度40(1/s)であるのに対して、本試験装置の条件では2700(1/s)となっている。
【0015】
実施例1〜2
抗力軽減用添加剤として、アミンオキシド型非イオン界面活性剤(a)にオレイルジメチルアミンオキシド(ODMAO)、タウリン誘導体塩(b)にヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウム(LMTNa)、アミン類(c)にN−メチルジエタノールアミン(MDEA)を用いて処方した組成物を水に加え、前記の2種類の方法にて性能評価を行なった。
【0016】
実施例3
実施例1〜2の(a)成分をオレイルジヒドロキシエチルアミンオキシド(ODHEAO)、(b)成分をヤシ油脂肪酸タウリンナトリウム(LTNa)、(c)成分をN−ジメチルエタノールアミン(DMEA)として試料を調整し、実施例1〜2と同様に評価した。
【0017】
実施例4
抗力軽減用添加剤として(a)成分にステアリルジメチルアミンオキシド(SDMAO)、(b)成分にステアリン酸メチルタウリンナトリウム(SMTNa)、(c)成分にN,N−ジブチルエタノールアミン(DBEA)を用いて処方した組成物を水に対し所定量加え、前記の2種類の方法にて性能評価を行なった。
【0018】
実施例5
実施例4の(b)成分をヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウム(LMTNa)として試料を調整し、評価した。
【0019】
実施例6
実施例1〜2の(a)成分をオレイル(EO4)ジメチルアミンオキシド(O(EO)4DMAO)として試料を調製し、評価した。
【0020】
参考例7
(c)成分を添加しないことを除き、実施例1〜2と同様に試料を調整し、評価した。
【0021】
比較例1
(b)成分と(c)成分を添加しないことを除き、実施例1〜2と同様に試料を調整し、評価した。
【0022】
比較例2
比較例1の(a)成分をオレイルジヒドロキシエチルアミンオキシド(ODHEAO)とパルミチルジメチルアミンオキシド(PDMAO)として試料を調整し、比較例1と同様に評価した。
【0023】
比較例3〜4
(b)成分と(c)成分を添加しないことを除き、実施例4〜5と同様に試料を調整し、評価した。
【0024】
実施例1〜5と比較例1〜4の配合比および試験結果を表2に示す。
【表2】
【0025】
【発明の効果】
本発明品は、カチオン系界面活性剤を含まず、広温度域で効果が得られ、長期の循環系配管水輸送に使用可能な、環境適合性と優れた省エネルギー性を兼ね備えた新しい水輸送抗力軽減用添加剤である。これにより、地域冷暖房やビル空調用の熱輸送系および各種工場の冷却水系など、水系媒体の大量輸送系でのポンプ動力が削減されることで、システム全体の効率アップによるコスト削減効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わる評価法2のループ式評価装置概略図である。
【符号の説明】
1 差圧測定用試験区間
2 助走区間
3 流動ポンプ
4 タンク
5 電磁流量計
6 冷凍機
7 ヒーター
8 差圧発信機
Claims (3)
- 下記一般式(1)で表されるアミンオキシド型非イオン界面活性剤(a)の1種又は2種以上と、一般式(2)で表されるタウリン誘導体塩(b)および一般式(3)で表されるアミン類(c)を含有する水輸送抗力軽減用添加剤であって、(a)の量に対し、(c)の量が0.5〜3モル倍である水輸送抗力軽減用添加剤。
−(CnH2nO)qHで表されるアルキレングリコールエーテル基である。nは2又は3又はそれらの混合(ランダム付加、ブロック付加のいずれでもよく、付加順序も特に限定されない)を意味する。p、qは0〜10の整数である。
- 請求項1の一般式(2)で表される(b)成分がヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウムであることを特徴とする請求項1記載の水輸送抗力軽減用添加剤。
- 請求項1又は2記載の水輸送抗力軽減用添加剤を使用した水の配管輸送系における流動時の摩擦抵抗低減方法。
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