JPH06505043A - 摩擦低減剤としてのアルコキシル化アルカノールアミドの使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 摩擦低減剤としての アルコキシル化アルカノールアミドの使用この発明は、固体表面および水系の液 体システムの間の流動抵抗を減じるための、水系システムにおけるアルコキシル 化アルカノールアミドの使用に関する。

導管内の液体の流動抵抗が主として導管の壁で起こる乱流のためであることは周 知である。しかしながら、この乱流の多くは、十分な量の細長い粒子を液体に加 えることによって防げる。これらの粒子の大きさは、切断された紡織繊維、水溶 性の鎖状分子から円筒状の界面活性剤ミセルまで、いくつかのオーダの大きさ内 で、すなわちｔｏ−７−ｔＯ−”ｍの範囲内で変化し得る。このような添加によ って達成し得る圧力降下の削減はかなりのものであって、商業用の給湯システム においては７５％と査定され、これにより供給されるポンプエネルギが対応して 節約されるか、またはその代わりに同じポンプの設備で配水ネットワークをさら に延長することができる。

はとんどの場合、繊維の添加は不都合である、というのも、種々のフィルタが循 環する液体システムにしばしば組み入れられ、水溶性の鎖状ポリマがポンプ内の 大きな剪断力によって裂かれ、それによってその効果を失うからである。

極端に長い、円筒状のミセルを形成する能力を持つ界面活性剤は、近年、水が循 環するシステム、特に熱または冷却の分配をすべきシステムへの摩擦低減添加剤 として大きな関心を呼んでいる。

この関心の重要な理由は、導管内で層流を維持する一方、同時に熱交換器内で乱 流を得て、その中でユニット当たりの高い熱移動を達成することが所望されるか らである。

簡単に理解され得るように、繊維または鎖状ポリマは、この二重の機能を与える ことはできないが、しかしながら棒状のミセルでは達成し得る、というのも流量 （レイノルズ数）が通常、導管内よりも熱交換器内での方がかなり高いからであ る。

棒状のミセルは、かなり無秩序な態様で低いレイノルズ数（１０４未満）で作用 することによって、および流量に全く影響しないか、または極わずかしか影響し ないことによって区別される。

より高いレイノルズ数（１ｏ４を上回る）で、ミセルは並列され、結果として理 論的に可能なものに非常に近い摩擦低減をもたらす。

さらに高いレイノルズ数（たとえばｌｏ６を上回る）で、液体内の剪断力は非常 に高くなるため、ミセルは裂かれ始め、摩擦低減効果は、レイノルズ数が増すに つれて急速に低下する。

界面活性剤が最大の摩擦低減効果を育するレイノルズ数の範囲は、濃度に大きく 依存し、濃度と共に範囲も増す。

界面活性剤の正しい濃度と管および熱交換器内の適切な流量とを選ぶことによっ て、管内で層流をおよび熱交換器内で乱流を確立することが可能である。したが って、管および熱交換器の寸法を低いレベルに保つことができ、またはその代わ りに、同じ管寸法を保持しながら、ポンプステーションの数、結果としてポンプ 負荷を減じることができる。

一生として熱または冷却の分配のための一循環する水系システムへの摩擦低減添 加剤としてこれまで用いられてきた界面活性剤は、すべて以下の化学式のサルチ ル酸アルキルトリメチルアンモニウムの型であり、Ｒは、１６−２２の炭素原子 を有し、かつ飽和、または１つもしくは２つ以上の二重結合を含み得る長いアル キル鎖を表わす。

このタイプの界面活性剤は、既に０．５−１ｇ／ｌの濃度で満足に機能するが、 好気的にも嫌気的にも非常にゆっくりと分解され、さらに海洋生物に対して非常 に有毒である。

重大な水漏れを被るのは通常小さい家への熱分配システム（１年で水の６０−１ ００％が漏れると推定される）なので、添加された化学薬品は、最終的には地下 水および種々の新鮮な水の受け手に達することになる。低い生物分解性および高 い有害性のこの組合せが、環境にとって有害な製品の基本的な基準である。

したがって、環境にさほど害を与えないが、上述の第４級アンモニウム化合物と 同じ、循環する水システムにおける流動抵抗を減じる卓越した能力を有する界面 活性剤に対して広い需要がある。

驚くべきことに、長い間周知である型の非イオン性界面活性剤、すなわちアルコ キシル化アルカノールアミドが、長い円筒状のミセルを形成する能力があるとい うことが見出された。水系システムのフローテストにおいて、これらは、上述の サルチル酸アルキルトリメチルアンモニウムによって達成される効果に十分匹敵 する摩擦低減効果を育した。より特定的には、この発明は以下の一般式ここでＲ は、７−３５の炭素原子、好ましくは９−２３の炭素原子を育する炭化水素基で あり、Ａは２−４の炭素原子を有するアルキレンオキシ基であり、ｎは２−２０ ．好ましくは３−１２である、アルコキシル化アルカノールアミドの液体の水系 システムと固体表面との間の流動抵抗が減じられた水系液体システムを生成する ための使用に関する。「水系」とは、水系液体システムの少なくとも５０重量％ 、好ましくは少なくとも９０重量％が水でできているという意味である。アルコ キシル化アルカノールアミドは、長い導管内を流れる水系システム、たとえば熱 または冷却の分配のための循環する水システムにおいて用いられるのに特に適し ている。アルコキシル化アルカノールアミドの量は、条件に依存して、広い範囲 内で変化し得るが、一般的には水系システムノ１００−１０．　０００ｇ／ｍ’ 　テある。

アルコキシル化アルカノールアミドは、Ｒが上述の意味を有する式、ＲＣＯＯＨ のカルボン酸の、Ａが上述の意味を有する式、ＮＨＡＨのアルカノールアミンと のアミド化によって、または対応するトリグリセリドもしくはメチルエステルの 上述のアルカノールアミンとのアミツリシスに続く、結果として生じるアミドの アルコキシル化によって生成され得る。アルコキシル化は、１５０−１８０”Ｃ の温度でアルカリ触媒の存在下で実行され得る。

アルキレンオキシドと反応するプロトンを欠く第３級アミン、または第３級アミ ンのアルキレン−オキシド−４級化誘導体の存在下で、室温から１２０℃までの 温度でアルコキシル化を実行することが特に適しており、結果として所望の生成 物の高収率につながる。適切な第３級アミンは、トリメチルアミン、トリエチル アミン、トリブチルアミン、ジメチルオクチルアミン、テトラメチルエチレンジ アミン、ジメチルココナツツアミン、トリステアリルアミン、ジメチルヒベラジ ン、およびジアザビシクロオクタンを含む。

アルコキシル化は、エトキシル化、プロポキシル化、プロピレンオキシドとエチ レンオキシドのブロックでの付加、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシド の同時付加、またはそれらの組合せを含み得る。エチレンオキシドは、適宜、付 加されるアルキレンオキシドの少なくとも５０モル％になる。エトキシル化のみ を用いることが好ましい。

Ｒが上述の意味を育する式、ＲＣＯＯＨのカルボン酸は、シクロ脂肪族、脂肪族 、芳香族であり得る。適切なカルボン酸は、炭化水素部分が飽和もしくは不飽和 、直鎖もしくは分岐鎖であり得る脂肪族カルボン酸を含む。従来の脂肪酸を用い ることが特に好ましい。

適切なアルコキシル化アルカノールアミドは、以下の具体例を含む。

肪酸から誘導されるもの、 肪酸から誘導されるもの、 ラウリン酸から誘導されるもの、 から誘導されるもの、 ン酸から誘導され、さらに、 基Ａは、等モル部のエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドからランダムに 付加されるもの、リルン酸から誘導されるもの。

鎖の長さおよび不飽和度の選択は、アルコキシル化アルカノールアミドが作用す べき温度範囲によって定められる。

温度がより高ければ、より大きい炭化水素基およびより少ない不飽和度が要求さ れる。アルコキシル化度の選択は、温度の他に、炭化水素基の飽和度および大き さによって定められる。適切なアルコキシル化度が達成されたかどうかは、水系 システムの１％溶液のアルコキシル化アルカノールアミドの曇点を定めることに よって簡単に確立される。

曇点を下回る、すなわちアルコキシル化アルカノールアミドが水系システムにお いて溶解されると、アルコキシル化アルカノールアミドの流動抵抗を減じる能力 は、温度が増すにつれて増加し、一方アルコキシル化アルカノールアミドが沈澱 する、より高い温度ではこの能力は低下する。したがって、アルコキシル化度お よび存在するアルキレンオキシ基は、アルコキシル化アルカノールアミドの曇点 が、層流で、たとえば１０’と１０’との間のレイノルズ数で、水系システムの 優勢である温度に等しいか、またはわずかに下回るように選択されるべきである 。水系システムの温度がかなり変化する、たとえばシステムが長い管において熱 媒体として用いられるとき、アルコキシル化アルカノールアミドの曇点は、少な （とも、層流で水系システムにおいて優勢である最低温度を上回るべきである。

好ましくは、曇点は層流における水系システムの最高温度を超えるべきである。

所望の曇点への調整は、曇点の異なるアルコキシル化アルカノールアミドを混合 することによって、適宜実行され得る。このような混合物は、層流における水シ ステムの温度がかなり変化するときにも有利である。

冷却の分配のための水系システムを用いるとき、アルコキシル化アルカノールア ミドのクラフト点、すなわちアルコキシル化アルカノールアミドが水系システム において結晶化し始める温度が、水系システムにおける最低温度を下回ることが 必要である。クラフト点は、より短いアルキル鎖を持った脂肪酸および／または 不飽和脂肪酸を選択することによって低下し得る。水系システムにおける可溶性 塩の組入れと同様、より高いエチル化度も、クラフト点を低下する。冷却媒体と して用いられると、水系システムの温度は、適切には３０’Ｃを下回り、好まし くは２０″Ｃを下回る。

アルコキシル化アルカノールアミドに加えて、水系システムは錆止め剤、不凍剤 、および殺菌剤等のいくつかの従来の成分を含み得る。システムはまた、水系シ ステムにおけるアルコキシル化アルカノールアミドの曇点にかなり大きく影響し 得る、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等の可溶化剤をも含み得る。

この発明は、以下の例を用いてさらに説明される。

聾 測定は、２本の真っ直ぐなステンレス管（各々３ｍ）からなる６−ｍの管ループ において実行され、一方の管の内径は８ｍｍで、他方の内径は１０ｍｍであった 。水は、遠心ポンプによって管ループを通って汲みだされ、これはロータメータ によって定められた流量を連続して調整するために、周波数制御モータによって 駆動された。

管ループの真っ直ぐな部分は出口を育し、それは弁を用いて、順次差圧計に接続 され、その他方側は常に管ループの基準点に接続された。さらに、管ループは断 熱され、ポンプの吸入側はサーモスタット制御された、容積が２０１の容器に接 続され、それに管ループからの戻り流が配向されな。

試験化合物が添加され、水溶液がサーモスタット制御された後、測定が低い流量 で始まり、１０−ｍｍ管の２つの点および８−ｍｍ管の３つの点からの圧力差が 、流量の各々について測定された。このように測定された圧力差は、ムーブイー （Ｍｏｏｄｙ）の摩擦係数Ｙに変換され、以下の表にレイノルズ数Ｒｅの関数と して示される。

Ｙ＝　２　Ｄ、Ｐ　ｍ１ｔｔ／　Ｖ”　、Ｌ、ｄＲｅ＝Ｄ、Ｖ、ｄ／ｕ Ｄ＝管の直径 ■＝流量 Ｌ＝圧力差Ｐ　ｄｌｌＦがその上で測定された管の長さｄ＝液体の密度 Ｕ＝液体の粘度 この表はまた、対応するプラントル（Ｐｒａｎｄｔｌ）数およびビルク（Ｖｉｒ ｋ）数をも示す。前者は、水のみ、すなわち乱流での摩擦係数に対応し、後者は 、乱流なしの流れに対応する。

以下の化合物の１つが、試験化合物として添加され、Ａ　サリチル酸セチルトリ メチルアンモニウムＢ　Ｃｒｔ−＋＜７１Ｌｔコ−１に＋８Ｅ。

Ｃ５０重量％のなたね油脂肪酸エタノールアミド＋３ＥＯ ５０重量％のなたね油脂肪酸エタノールアミド＋６ＥＯ （混合物の曇点は、水中で５６℃であった）以下の結果が得られた。

表１ 化合物Ａ、１０００ｐｐｎｔの添加、温度５０℃０℃ムーブイーｏｏｄｙ’　ｓ ）の摩擦係数、１０８レイｌルズ数　１０’　２Ｘ１０’　４Ｘ１０’　６Ｘ１ ０’　８Ｘ１０’プラントル数　３０　２４　２２　２１　２０１０＋１１１１ 　３５　１５　８．０　６．０　１７Ｂｍｍ　３０　１２　６．０　６．０　１ ８ピルク数　１０　８　５．５　４．５　３．０表２ 化合物Ｂ、２０ｇ／ｌの添加、温度８０℃、ムーブイーの摩擦係数ムーブイー（ Ｍｏｏｄｙ’　ｓ）の摩擦係数、１０８レイＩルズ数　１０’　２Ｘ１０’　４ Ｘ１０’　６ＸＩＯ’　８Ｘ１０’プラントル数　３０　２４　２２　２１　２ ０】αｍｍ　−１４１４１３１３ ８ｍｍ　−１２１５１４１４ ビルク数　１０　８．０　５−５　４．５　３．０表３ 化合物ＣＣ１６０００ｐｐの添加、温度２５°Ｃ、ムーブイーの摩擦係数ムーブ イー（Ｍｏｏｄｙ’　ｓ）の摩擦係数、１０２レイノルズ数　１０’　２ＸｌＯ ’　４Ｘ１０’　６Ｘ１０’　８Ｘ１０’プラントル数　３０　２４　２２　２ １　２０１０ｍ５＋　１５　９　６．０　５．０　１０８ｍｍ　２０　１０　６ ．５　１１　１５ピルク数　１０　８．０　５．５　４．５　３これらの結果か ら明白であるように、この発明は、先行技術のサリチル酸アルキルトリメチルア ンモニウムでの結果と同じように、論理的に可能なレベル（ビルクライン）まで の摩擦の低減を与え、これは脂肪アルコールエトキシレート型の通常の非イオン 界面活性剤では不可能である。

先行技術の第４級アンモニウム化合物と比較すると、この発明に従う摩擦低減剤 は、水の生物に対する害がはるかに少な（、好気的にも嫌気的にもかなり速く生 物的に分解されるという点において有利である。この発明に従う摩擦低減剤はし たがって、ある量の漏れがある熱分配システムにも摩擦低減添加物として用いら れ得る。

国際調査報告 ＋ｅ−１１１．−ｍＡ＠％１ｅｔｈＩｌ＆ｌコーＣＴ／ＳＥ９２）ＴＯＯＯ５２ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ のアルコキシル化アルカノールアミドの使用であって、Ｒは７−３５の炭素原子 、好ましくは９−２３の炭素原子を有する炭化水素基であって、Ａは２−４の炭 素原子を有するアルキレンオキシ基であり、ｎは２−２０、好ましくは３−１２ であって、流れ、水系液体システムおよび固体表面の間の流動抵抗が減じられる 水系液体システムを生成するための、使用。
2. ２．それが水系システムにおいて用いられる際の濃度において、アルコキシル化 アルカノールアミドが、層流で水系システムの最低温度より高い曇点を有するよ うに、ｎが選ばれることを特徴とする、請求項１に記載の使用。
3. ３．曇点が水系システムの最高温度より高いことを特徴とする、請求項２に記載 の使用。
4. ４．水系システムが、温度が６０℃を超える給湯システムであることを特徴とす る、請求項１、２または３に記載の使用。
5. ５．水系システムが、温度が３０℃を下回る冷却媒体であることを特徴とする、 請求項１、２または３に記載の使用。
6. ６．アルコキシル化アルカノールアミドが、水系システムの１００−１０，００ ０ｇ／ｃｍ２の量において加えられることを特徴とする、請求項１ないし５のい ずれかに記載の使用。
7. ７．アルキレンオキシ基の少なくとも半分がエチレンオキシ基であることを特徴 とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の使用。
8. ８．Ａがエチレンオキシ基であることを特徴とする、請求項７に記載の使用。