JP4942035B2 - 疑似水垢の形成方法 - Google Patents
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Description
(1)基材表面に水が付着する。水中では溶性ケイ酸は比較的低分子の状態(モノケイ酸、Si(OH)4等)で存在している。この時点では基材表面との固着は起こっていないため、水垢は形成されていない。
(2)水が蒸発し濃縮が起こる。すると低分子であった溶性ケイ酸はSi−O−Si結合を形成して重合し、コロイド状態となる。また、溶性ケイ酸のSiと基材の表面のOH基と結合を始める。また、炭酸カルシウム等の塩も析出し始める。
(3)水が完全に蒸発すると溶性ケイ酸はシリカとなって、基材の表面と化学結合によって固着され、シリカ中に炭酸カルシウム等の塩類も析出し、水垢が形成される。ただし、再度水に触れると水への溶解度の大きい塩化ナトリウム、硫酸カルシウム等は水とともに溶出してしまい、溶解度の小さい炭酸カルシウムは溶出せずに水垢の構成成分となる。つまり、溶性ケイ酸が含有されていなければ、炭酸カルシウムとシリカからなる水垢が形成されない。実際、炭酸カルシウムのみの水溶液を用いた場合、基材に固着する疑似水垢は形成されなかった。
水溶液の調整に際し、水の成分は地域によってばらつきがあるため、全国どの地域にも対応できるように、「水道水としての生活利用上、あるいは水道施設の管理上障害が生じるおそれのない水準」として定められている最大値(溶性ケイ酸(SiO2)80mg/L、炭酸カルシウム(CaCO3)300mg/L)(平成15年度水道統計水質編(社)日本水道協会)を参考として、溶性ケイ酸(SiO2)100mg/L、炭酸カルシウム(CaCO3)300mg/Lとすることとした。なお、参考としては、全国平均は、溶性ケイ酸(SiO2)22mg/L、炭酸カルシウム(CaCO3)51mg/Lである(平成15年度水道統計水質編(社)日本水道協会)。また、pHによって疑似水垢の形成過程が変化することを避けるため、水溶液のpHは中性付近とし、具体的にはpH6.5〜7.5となるように調節するものとした。以下、実施例における水溶液の調整方法を示す。
(i)1Lのビーカーに炭酸カルシウム(CaCO3)(市販品、特級)を0.5g電子天秤で秤量し、蒸留水を約800mL加えた。
(ii)pHメーターでpHが5.0〜6.0になるまで0.1M塩酸(市販品、特級)を加えた(約70mL)。
(iii)1000mLのメスフラスコに移し、蒸留水を加えてメスアップした。
(iv)一晩放置し、翌日全量を定性ろ紙でろ過した。そして、pHが6.5〜7.5内にあるのを確認後、デジタルタイトレータ(HACH社製16900−01型)でCaCO3濃度を測定した(結果460mg/Lであった)。
(v)460mg/Lの炭酸カルシウム溶液196mLにSi1000ppm標準液(市販品、原子吸光分析用)を14mL加え、攪拌した。この際、Si標準液はpHが10〜11であるため、一旦炭酸カルシウムが析出し白濁した。
(vi)0.1M塩酸(市販品、特級)を加え攪拌し、炭酸カルシウムを溶解させて、水溶液を透明にした(0.5M塩酸50mLを加えた)。
(vii)pHメーターにてpHを測定し、pH6.5〜7.5の間にあることを確認した。なお、pH6.5〜7.5の間にない場合には、0.1M塩酸で調節する必要がある。
(viii)蒸留水(40mL)を加えて合計300mLとした。これが、疑似水垢形成用の水溶液である。
(ix)水溶液中のSi濃度を、分光光度計(HACH社製DR4000シリカ高レンジ)を使用し、ケイモリブデン酸法により吸光度から測定した(結果、SiO2換算で100mg/L)。また、デジタルタイトレータ(HACH社製16900−01型)でCaCO3濃度を測定した(結果300mg/Lであった)。
(i)基材は、便器とした。そして、ステンレストレイ上に、(a)実際の便器から切り出し、切り出す前と同じ角度で冶具に設置固定した曲面基材、(b)便器の中で水垢が形成されやすい場所である最小の傾き部分と同じ傾きになるように冶具に設置固定した平板基材、の2種類の基材を準備した。なお、基材をあらかじめ中性洗剤で洗浄し、イオン交換水ですすいだ後、乾燥させたものを用いた。
(ii)疑似水垢形成用の水溶液(Si濃度、SiO2換算100mg/L、CaCO3濃度、300mg/L)を、(a)、(b)の基材それぞれにかけ流した。
(iii)流れ落ちずに基材に残って付着している水溶液を、常温、自然乾燥によって、完全に乾燥させた。
(iv)かけ流し(ii)、乾燥(iii)を30回繰り返した。
(v)イオン交換水で表面をすすいだ後、常温、自然乾燥で全面を完全に乾燥した。
(vi)(a)(b)どちらの基材にも、自然に形成される水垢のような状態で、白色の疑似水垢が形成されていることが確認された。図1は、疑似水垢が形成された平板基材(b)の写真であり、図2は、図1の平板基材(b)にメチレンブルーをかけ流して疑似水垢を着色したものである。
Claims (4)
- 溶性ケイ酸と炭酸カルシウムを共に溶解させた水溶液を基材に付着させ、基材に付着した水溶液を自然乾燥することを特徴とする疑似水垢の形成方法。
- 水溶液を基材に複数回繰り返して付着させることを特徴とする請求項1に記載の疑似水垢の形成方法。
- 水溶液は、溶性ケイ酸を50mg/L以上含むことを特徴とする請求項1または2に記載の疑似水垢の形成方法。
- 水溶液は、炭酸カルシウムを100mg/L以上含むことを特徴とする請求項1ないし3いずれか一項に記載の疑似水垢の形成方法。
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