JP5478537B2 - 金属腐食防止又は抑制剤及びこれを用いた方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属表面の水又は水蒸気による腐食を抑制又は防止する薬剤、該薬剤を用いる金属表面の腐食を抑制又は防止する方法に関する。

金属は水分及び酸素の両方が存在することで酸化され腐食が進行する。特に、ボイラ蒸気復水系では、ボイラから発生した蒸気が熱交換され凝縮水となるが、この凝縮水は多くの炭酸を含むことからｐＨが低下して腐食が進行し易い。腐食が進行すると金属管に減肉が生じ、最終的には貫孔や割れ等に至ることがある。

金属の腐食を抑制する１つの方法は、揮発性アミンを用いる方法である。揮発性アミンによる防食機序は、例えばボイラ蒸気復水系では、注入された揮発性アミンが揮発した後、蒸気が凝縮すると同時に復水に溶解し、系内に存在する酸性物質(とりわけ、炭酸)を中和することで水と接触する金属の腐食が抑制され、さらに過剰量注入された揮発性アミンにより水のｐＨが上昇し(すなわち、水がアルカリ性となり)、水と接触する金属の表面に不働態域が生成することにより腐食が抑制されるというものである。

しかし、水中に酸性物質が多く存在する場合には、その中和に必要な揮発性アミンの量が多くなり、コストが増加するという問題がある。

腐食を抑制する他の方法として、皮膜性アミンを用いる方法がある。皮膜性アミンによる防食機序は、皮膜性アミンが金属の表面にアミノ基を介して吸着して単分子層又は多分子層の非常に緻密な皮膜を形成することにより金属と水の接触を防止し、その結果、金属の腐食が防止されるというものである。皮膜性アミンの必要量は、水に含まれる酸性物質の量に関わらず、金属の面積に比例するので、水が酸性物質を多く含んでいてもコストは増加しない。

しかしながら、皮膜性アミンは水に対して非常に溶けにくい。皮膜性アミンが安定溶解状態を維持できないと、皮膜性アミンの変質や、分離、沈殿等が起こり、防食効果を十分に発揮できなかったり、皮膜性アミンの一部又は全部が蒸気や水中に注入されなかったりするという問題を生じる。また、沈殿物がタンクや管内に蓄積したり、ポンプ等で詰まりを起こすこともある。

皮膜性アミンを安定溶解状態に維持する手段としては、皮膜性アミンをアルコール、界面活性剤、酢酸、シクロヘキシルアミン等に混合する方法が知られている。
しかし、アルコールは引火性の高い物質であり、皮膜性アミンとの混合物を引火性が無くなるまで水で希釈すると皮膜性アミンを安定溶解状態に維持できない。界面活性剤は起泡し易く、また分解によって低級酸を発生させ腐食性物質が生成する。酢酸はそれ自体が腐食性物質である。シクロヘキシルアミンは、揮発性アミンであるため腐食抑制効果を有するが、使用濃度にかかわらず毒物及び劇物取締法による規制対象物質に該当し、その取扱いは厳重な注意を要する。
よって、これらを腐食抑制剤に配合することは好ましくない。

そこで、本発明は、皮膜性アミンが水に安定して溶解した状態を維持することができる一方で、毒性がなく取扱いが容易な金属腐食抑制又は防止剤を提供することを目的とする。

したがって、本発明は、オクタデシルアミンとヘキシルアミンとからなることを特徴とする水又は水蒸気による金属腐食の抑制又は防止剤を提供する。
本発明はまた、前記薬剤を保護対象の金属表面に接触させることを特徴とする水又は水蒸気による金属腐食の防止又は抑制方法を提供する。

本発明によれば、毒物及び劇物取締法による規制を受けることなく取扱いが容易であり、かつ水との混合性に優れた金属腐食防止又は抑制剤が提供される。
本発明によれば、また、実施が簡便であり、安全でかつ環境に優しい金属腐食防止又は抑制方法が提供される。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、オクタデシルアミンとヘキシルアミンとからなることを特徴とする。
理論によって本発明が制限されることは意図していないが、本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、一成分として皮膜性アミンであるオクタデシルアミンを含有することで、該オクタデシルアミンが金属の表面にそのアミノ基により吸着して単分子層又は多分子層の非常に緻密な皮膜を作り、該皮膜が金属表面と水分との接触を防止することにより、該金属表面の水又は水蒸気による腐食を抑制又は防止できる。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、皮膜性アミンを安定した状態で溶解させるための溶解剤として、濃度にかかわらず毒物及び劇物取締法による規制対象であるシクロヘキシルアミンに代えて、ヘキシルアミンを含有することで、取扱いが容易となる。
したがって、本発明の金属腐食防止又は抑制剤はシクロヘキシルアミンを含まない。

また、本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、皮膜性アミンの溶解剤としてシクロヘキシルアミンを用いた従来の腐食防止又は抑制剤と比較して、同等又は優れた水との混和性を示す。このため、例えばボイラに備付けのポンプの能力に対応するように希釈することが可能となり、本剤の適用のために設備交換や特別な装置を必要としない。
更に、製剤時に他の腐食防止成分を追加しやすくなる。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤において、オクタデシルアミンとヘキシルアミンとの配合比(重量比)はヘキシルアミンのｐＨ上昇に必要な量を考慮して適宜決定できるが、安定性及びコストの面から好ましくは１：７〜１：５００、より好ましくは１：１０〜１：２００、更に好ましくは１：１０〜１：５０である。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、ｐＨを上昇させるためのアルカリを含有してもよい。アルカリは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム等が使用できる。これらアルカリは、単独成分として５％以上含有している場合、毒物及び劇物取締法による規制対象に該当するため、５％未満であることが好ましい。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、皮膜性アミンとして、オクタデシルアミンに加えて、炭素数１２〜２４までの飽和又は不飽和の脂肪族アミン化合物を更に含んでいてもよい。そのような飽和脂肪族アミン化合物の例としては、ドデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘプタデシルアミン、ノナデシルアミン、エイコシルアミン、ドコシルアミンなどが挙げられる。
但し、該金属腐食防止又は抑制剤中に含まれる皮膜性アミンに関して、少なくとも６0重量％、好ましくは少なくとも８０重量％、より好ましくは少なくとも９５重量％はオクタデシルアミンである。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、揮発性アミンとして、ヘキシルアミンに加えて、他の炭素数４〜８の脂肪族アミン化合物を更に含んでいてもよい。
但し、該金属腐食防止又は抑制剤中に含まれる揮発性アミンに関して、少なくとも５０重量％、好ましくは少なくとも８０重量％、より好ましくは少なくとも９９重量％はヘキシルアミンである。
本発明の金属腐食防止又は抑制剤中の揮発性アミンは、例えばボイラ蒸気復水系内に存在する酸性物質(とりわけ、炭酸)を中和することにより該復水と接触する金属の腐食を抑制し得る。

本発明の腐食防止又は抑制剤は、腐食防止又は抑制効果を増強するために、その他の腐食防止又は抑制成分、スケール分散成分等が併用されていてもよい。
一般的なその他の腐食防止又は抑制成分としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素２カリウム、グルコン酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、ベンゾトリアゾール等を指す。

その他の腐食防止又は抑制成分の系内の濃度は、例えば、腐食防止又は抑制剤の系内の濃度に対して１０：２００〜１０００：２０の比率で存在し得る。
また、一般的なスケール分散成分としては、ＥＤＴＡといったキレート剤、マレイン酸とその塩、ポリアクリル酸とその塩といった高分子化合物等を指す。
スケール分散成分の系内の濃度は、例えば、腐食防止又は抑制剤の系内の濃度に対して、１：２００〜５００：２０の比率で存在し得る。

本発明の腐食防止又は抑制剤は、界面活性剤及び/又は酢酸を皮膜性アミンのそれぞれ分散剤又は溶解剤として含まないことが好ましい。「皮膜性アミンの分散剤又は溶解剤として含まない」とは、本発明の腐食防止又は抑制剤中に含まれる皮膜性アミンの全量を、その溶解剤としての揮発性アミンの不在下で分散又は溶解するに十分な量の界面活性剤及び/又は酢酸が含まれていないことを意味する。本発明の腐食防止又は抑制剤中に含まれ得る界面活性剤及び酢酸の割合は、例えば、合わせて、全重量の１重量％未満、好ましくは０.５重量％未満である。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、更に水を含んでなり、オクタデシルアミンが溶解状態(すなわち、溶液の形態)にあり得る。予め水と(溶解状態のまま)混合しておくことで、使用時に更に大量の水と混合したとき、オクタデシルアミンは該大量の水中で析出しても十分に均一に分散した状態にあるので、保護対象の金属表面にムラなく効率的に皮膜を形成することができ、所望の腐食防止又は抑制効果を奏することができる。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤において、水の割合は、含有する皮膜性アミンが析出しない限り特に制限されないが、例えば、該金属腐食防止又は抑制剤の全重量に対して、０.１〜６５重量％であり得る。
水の含有量の下限は、薬剤中のアミンの含有量を４０重量％以下とすることで危険物法令から除外することが出来るため、好ましくは６０重量％以上であり得る。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤が対象とする金属は、水又は水蒸気の接触により腐食する可能性のある任意の金属であり、例えば鉄系金属、銅、アルミ、チタン又はこれらの合金である。特に、鉄系金属が好ましい。

ここで、「鉄系金属」とは、鉄を主成分(含有する金属の中で最も含有量が多い；好ましくは５０重量％以上)とする金属のことであり、金属中の鉄の割合は限定されるものではない。「鉄系金属」は、化学的な形態として、例えば、鉄(Ｆｅ)、酸化鉄(ＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄)、オキシ水酸化鉄(ＦｅＯＯＨ)、水酸化鉄(Ｆｅ(ＯＨ)₂、Ｆｅ(ＯＨ)₃)、酸化水酸化鉄(ＦｅＯ(ＯＨ))、黄鉄鉱(ＦｅＳ)、菱鉄鉱(ＦｅＣＯ₃)などであってもよい。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤が対象とする金属表面は、例えば、ボイラシステムの金属表面(例えば、ボイラ(本体)、その配管(例えば、給水管、復水管)、ポンプの内面)；ラジエーターのような熱交換器の金属表面；金型の表面などであり得る。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、保護(すなわち、腐食を防止又は抑制)しようとする金属表面と接触する水性媒体(水溶液、好ましくは水)中に混入させて用いてもよいし、保護対象の金属(金属表面)を本発明の金属腐食防止又は抑制剤中に浸漬させるように用いてもよい。また、ハケやスプレー等による塗布(又は噴霧)で使用してもよい。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、該薬剤の温度、該薬剤を適用する金属表面の温度、周辺の湿度等の環境を問わず、腐食防止又は抑制効果を奏し得る。
また、本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、原液で使用してもよいし、倍率を問わず希釈して使用してもよい。
例えば、本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、給水又は復水中の皮膜性アミンの濃度が０.５ｍｇ/Ｌ〜５ｍｇ/Ｌとなるように注入され得る。

本発明の金属腐食防止又は抑制剤は、オクタデシルアミンとヘキシルアミンと任意に水とを当該分野において公知の方法により混合するにより製造することができる。好ましくは、先ずヘキシルアミンにオクタデシルアミンを溶解し、次いで必要であれば水を好ましくは撹拌しながら加える。

本発明の金属腐食防止又は抑制方法は、上記の金属腐食抑制又は防止剤を保護対象の金属表面に接触させることを特徴とする。
保護対象の金属表面は、例えば、ボイラシステムの金属表面(例えば、ボイラ本体及び/又は配管の内面)であり得る。
金属腐食抑制又は防止剤は、ボイラシステムの復水中に混入することができる。

以下、理解を容易にするため、本発明の内容を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。

（実施例１）
皮膜性アミンとしてオクタデシルアミン、揮発性アミンとしてヘキシルアミンを１：７.５で混合して実施例１の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。
（実施例２）
前記皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：１０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して実施例２の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。

（実施例３）
前記皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：３０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して実施例３の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。
（実施例４）
前記皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：５０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して実施例４の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。

（比較例１）
前記揮発性アミンをシクロヘキシルアミンとしたこと以外は、実施例１と同様に混合して比較例１の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。
（比較例２）
前記揮発性アミンをシクロヘキシルアミンとし、皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：１０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して比較例２の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。

（比較例３）
前記揮発性アミンをシクロヘキシルアミンとし、皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：３０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して比較例３の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。
（比較例４）
前記揮発性アミンをシクロヘキシルアミンとし、皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：５０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して比較例４の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。

（比較例５）
前記揮発性アミンをブチルアミンとしたこと以外は、実施例１と同様に混合して比較例５の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。
（比較例６）
前記揮発性アミンをブチルアミンとし、皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：１０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して比較例６の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。

（比較例７）
前記揮発性アミンをブチルアミンとし、皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：３０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して比較例７の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。
（比較例８）
前記揮発性アミンをブチルアミンとし、皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：５０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して比較例８の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。
（比較例９）
前記揮発性アミンをオクチルアミンとし、皮膜性アミンと揮発性アミンの混合比を１：３０としたこと以外は、実施例１と同様に混合して比較例９の金属腐食防止又は抑制剤を製造した。

水との混合性の評価として、上記の金属腐食防止又は抑制剤に純水を０.０５ｇずつ添加し、安定溶解状態を保つことができる最大水添加量を目視による外観観察(析出物の生成)によって判定した。

次に、上記薬剤の金属腐食又は防止効果の評価として、ジャーテスター試験器（Ｊａｒ Ｔｅｓｔｅｒ ＷＴ−Ｘ；株式会社スギヤマゲン製）による腐食試験を実施し、試験後の試験片のピッチング数から評価を行った。
腐食試験の試験液は、実施例４及び比較例４の腐食防止又は抑制剤を、皮膜性アミンとして１ｍｇ/Ｌ、揮発性アミンとして５０ｍｇ/Ｌとなるよう純水中に添加したもの、又は腐食防止又は抑制剤を添加せず純水のみとしたものを用いた。

試験片として、低炭素鋼のＪＩＳ Ｇ ３１４１の１種（ＳＰＣＣ）を用いた。試験片の表面状態を全面＃４００研磨仕上げとし、大きさを５０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍ、４ｍｍφの穴あきとした。
前記試験液を前記ジャーテスター試験器内に入れ、６０℃に加温し、前記試験片を浸漬させ、撹拌回転数１５０ｒｐｍで撹拌し、７日間経過した後に試験片を取り出し、試験後の腐食度を計測した。

これらの結果から、本発明により選択された皮膜性アミンであるオクタデシルアミンと揮発性アミンであるヘキシルアミンとを配合した腐食防止又は抑制剤は、従来の揮発性アミンとして選択されたシクロヘキシルアミンやその他の揮発性アミンを選択し配合した腐食防止又は抑制剤と比較して、添加できる水の量が同等以上であり、また、腐食試験の結果から、本発明による腐食防止又は抑制剤の腐食防止効果は有効であり(従来の揮発性アミンとしてシクロヘキシルアミンを用いるものと同等以上)信頼できるものであることが確認できた。
更に、本発明の溶解剤として選択した揮発性アミンであるヘキシルアミンは腐食防止又は抑制剤に配合することが好ましくない性質を有していないため、溶解剤としてシクロヘキシルアミンを用いる従来のものより安全性が高く取扱いが容易である。

本発明は、鉄系金属に対する腐食防止/抑制効果を得ることができるため、腐食が進行する条件下に置かれた金属、つまり水及び酸素の両方の存在する条件下に置かれた金属に対して腐食の進行を防止又は抑制することができる。

Claims (8)

1. オクタデシルアミンとヘキシルアミンとからなることを特徴とする水又は水蒸気による金属腐食の抑制又は防止剤。
2. 前記オクタデシルアミンと前記ヘキシルアミンとの配合比(重量比)が１：７〜１：１０００である請求項１に記載の金属腐食抑制又は防止剤。
3. 前記配合比が１：１０〜１：２００である請求項２に記載の金属腐食抑制又は防止剤。
4. 水を更に含み、かつ溶液の形態である請求項１〜３のいずれかに記載の金属腐食抑制又は防止剤。
5. 前記金属の表面がボイラ及びその配管の内面である請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属腐食抑制又は防止剤。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属腐食抑制又は防止剤を保護対象の金属表面に接触させることを特徴とする水又は水蒸気による金属腐食の防止又は抑制方法。
7. 前記保護対象の金属表面がボイラシステムの金属表面である請求項６に記載の方法。
8. 前記金属腐食抑制又は防止剤を給水又は復水中に注入する請求項７に記載の方法。