KR100453904B1 - 일체형 냉각탑 수처리제 조성물 - Google Patents

일체형 냉각탑 수처리제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개방 순환 냉각 시스템에서 발생할 수 있는 부식, 스케일 및 미생물 슬라임(slime) 형성을 억제하기 위한 수처리제 조성물에 관한 것으로, 특히 3-이소티아졸리논과 폴리헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트를 기본 조성으로하고, 정인산염 및 포스포네이트를 포함하는 신규의 수처리제 조성물을 제공한다.
본 발명의 수처리제 조성물은 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 발생을 모두 억제하는 기능을 나타내며, 종래의 수처리제를 목적에 따라서 각각의 성분을 투여하지 않으므로 보다 사용하기가 간편하고, 특히 미생물 유입이 용이한 개방 순환 시스템에 유효한 수처리제 조성물이다.

Description

일체형 냉각탑 수처리제 조성물{COMPOSITION OF WATER-TREATMENT AGENT FOR COOLING TOWER}
[산업상 이용분야]
본 발명은 개방 순환 냉각 시스템에서 발생할 수 있는 부식, 스케일 및 미생물 슬라임(slime) 형성을 억제하기 위한 수처리제 조성물에 관한 것으로, 특히 3-이소티아졸리논과 폴리헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트를 기본 조성으로하고, 정인산염 및 포스포네이트를 포함하는 신규의 수처리제 조성물에 관한 것이다.
[종래 기술]
부식은 금속이 산화되어 녹이 발생하는 현상을 말하며, 이러한 부식 현상은 전기 전도체인 금속이 이온 전도체인 전해질 물질과 접촉하게 되면 금속 표면에 전위차를 형성하므로써 발생된다.
스케일은 금속표면에 부식에 의한 퇴적물이나 수질 내에 존재하는 다양한 2 가 금속이온이 대기 중 또는 음이온계 화학물질 등과 결합하여 생성되며, 이러한 스케일 현상은 온도가 상승함에 따라서 스케일을 유발시키는 염들의 용해도가 감소하여 특히 온도가 높은 열교환기 등에서 발생하기가 용이하다.
미생물 슬라임은 수질에 포함되어 있는 미생물이나 대기 중의 미생물이 개방 순환 냉각 시스템으로 유입되어 냉각탑의 필터 및 수배관에 부착되는 현상을 말한다.
실제로 산업현장에 설치된 냉각공조의 열교환기를 비롯하여 수배관을 사용하는 각종 산업용 설비에서 부식, 스케일 및 미생물 슬라임이 발생하는 것을 쉽게 발견할 수 있다. 이러한 부식, 스케일 및 미생물 슬라임의 발생은 냉각 순환 시스템의 수명을 단축하고, 환경오염을 유발하며, 열 효율에 심각한 문제를 일으켜서 경제적 손실을 발생시키고 있다.
종래에는 상기 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 발생을 억제하기 위하여 부식 방지제, 스케일 방지제 및 미생물 방지제를 각각 따로 개방 순환 시스템에 투입하였기 때문에 경제적 손실이 크고 그 효과가 미미하였다.
종래의 수처리제 조성물로서는 부식 방지 및 스케일 방지 및 미생물 방지 기술이 각각 소개되어 있으며, 그 예로서 미국 특허 제4,134,959호에는 아졸계 화합물과 인산염을 사용한 수처리제 조성물이 개시되어 있으며, 미국 특허 제5,227,133호에는 아연염, 몰리브덴산염 및 인산염의 조성에 의한 냉각수 처리 기술이 개시되어 있고, 미국 특허 제5,156,665호에는 미생물 방지 처리 기술이 개시되어 있다.
따라서 종래의 부식 및 스케일 방지 기능이 있는 수처리제 조성물은 미생물 방지 기능이 미약하며, 미생물 방지 조성물은 부식 및 스케일 방지 기능이 없어서 그 사용 용도와 효과가 제한적인 것이다.
본 발명은 종래의 부식 및 스케일 방지제 및 미생물 방지제가 갖는 문제점을 해결한 것으로서 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 발생을 모두 억제하는 기능을 나타내는 수처리제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 사용하기가 간편하고, 개방 순환 시스템에 유효한 수처리제 조성물을 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여
금속의 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 억제용 수처리제 조성물에 있어서,
a) 하기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논
상기 식에서,
R은 수소 또는 염소이며;
b) 하기 화학식 2로 표시되는 폴리 헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트
상기 식에서,
m은 4 내지 7의 정수, n은 1 내지 14의 정수이며;
c) 정인산염; 및
d) 포스포네이트
를 포함하는 수처리제 조성물을 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 수처리제 조성물에 있어서, 상기 a)의 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논은 수처리 프로그램 적용시 이소티아졸리논 농도 기준으로 0.05 내지 10 ppm 되며, 상기 화학식 1에서 R가 수소인 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온 이거나 R가 염소인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온이 바람직하며, 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온과 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온이 1 : 20 내지 20 : 1의 중량비로 혼합되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 상기 a)의 3-이소티아졸리논은 넓은 범위의 미생물에 대하여 효과가 있으며, 지속력도 우수하며, 0.05 ppm 이하의 적용은 살균 효과가 저하되며, 10 ppm 이상의 적용은 살균효과가 우수하나 경제적이지 못하다.
상기 b)의 화학식 2로 표시되는 폴리 헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트는 수처리 프로그램 적용시 폴리 헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트 농도 기준으로 0.5내지 120 ppm 포함되는 것이 살균 속효성 면에서 우수하며, 상기 a)의 3-이소티아졸리논과 함께 사용할 때 상승효과가 나타난다. 폴리 헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트가 0.5 ppm 이하의 적용은 살균효과가 나타나지 않으며, 80 ppm 이상의 적용은 살균효과가 우수하나 경제적이지 못하다.
상기 c)의 정인산염은 오르토 포스페이트 이온 기준으로 0.5 내지 30 ppm 사용되는 것이 바람직하며, 인산을 사용할 수도 있다.
상기 d)의 포스포네이트는 오르가닉 포스페이트 이온 기준으로 0.5 내지 30 ppm 사용되는 것이 바람직하며, 하이드록시 에틸린 디포스포닉산, 하이드록시 포스포노 카르복실산, 아미노 트리메틸렌포스포닉산, 포스포노부탄 트리 카르복실산, 에틸렌 디아민 테트라 메틸리딘 포스포닉산 등을 사용할 수 있으며, 0.5 ppm 이하의 사용은 방식 및 스케일 방지 효과가 미미하며, 30 ppm 이상의 사용은 경제적이지 못하다.
본 발명의 수처리제 조성물은 이소티아졸리논과 폴리헥사 메틸렌 구아니딘, 정인산염, 포스포네이트가 포함되는 것을 특징으로 하며, 순간 살균력과 지속 살균력을 갖추고 있어서 모든 미생물에 대하여 살균효과가 우수하며, 산화피막형 및 침전피막형을 겸비하고 있어서 금속표면에서 발생할 수 있는 전기화학반응인 양극과 음극반응을 억제하여 부식이 일어날 수 있는 조건을 최대한 축소시킴으로써 우수한 방식효과를 기대할 수 있으며, 포스포네이트가 2가 금속염 스케일의 결정구조를 변환하여 스케일을 억제하는 능력이 우수하다.
따라서 상기 성분을 모두 포함하는 본 발명의 수처리제 조성물은 부식, 스케일 및 미생물 슬라임을 동시에 조절하는 기능이 우수한 것이다.
본 발명의 수처리제 조성물은 각종 산업용 수배관에서 발생할 수 있는 부식을 방지하고, 스케일을 억제하는데 보다 효과적으로 사용될 수 있으므로 개방 순환 냉각 시스템과 일과식 냉각 시스템에 사용될 수 있다. 그 중에서도 부식 성향이 높고 미생물 발생이 용이한 개방 순환 냉각 시스템의 수처리제로 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 본 발명이 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1∼5
하기 표 1에 나타낸 시험수에 하기 표 2에 나타낸 수처리제 성분의 각 농도를 유지시킨 후 하기의 부식 및 미생물 억제 시험을 실시하여 탄소강의 무게 감량에 따른 부식속도(mdd, mg/(dm2·day))와 미생물 감소 농도를 표 4에 기재하였다.
부식 및 미생물 억제 시험
온도 30 ℃, 170 rpm, 10 cc/min 의 공기 주입 상태에서 회전 부식 시험기(rotating corrosion tester)를 사용하고, 미생물 8 종(enterobacter aerogens ATCC 13048, escherichia coli ATCC 11229, micrococcus luteus ATCC 9341, pseudomonas aeruginosa ATCC 1560, staphylococcus edidermis ATCC 155,staphylococcus aureus ATCC 6538, bacillus subtilis ATCC 6984)의 혼합액을 부식 테스트 용액에 함께 주입하여 5 일 후의 탄소강 부식 속도 및 미생물 농도 감소를 측정하였다.
스케일 성능 시험
또한 하기 표 1에 나타낸 시험수를 밀폐시키고 75 ℃에서 24 시간 정체 시킨 후 시험수 용액을 0.22 마이크로필터로 여과하고 이때의 총경도를 측정하여 스케일 억제율을 측정하였다. 이때 각 시험수에서 미생물을 제거한 후 하기 표 2에 나타낸 수처리제 조성물을 각 농도로 유지시킨 후 스케일 억제율을 시험하였고 그 결과는 표 5에 나타내었다. 억제율은 하기 수학식 1에 따라서 계산하였다.
상기 식에서,
Ce는 시험 전 시험수의 총경도이고,
Ct는 시험 후 시험수의 총경도이다.
비교예 1∼5
하기 표 1에 나타낸 시험수에 하기 표 3에 나타낸 수처리제 성분의 각 농도를 유지시킨 후 실시예 1∼5와 같은 방법으로 부식 및 미생물 억제 시험을 실시하여 표 4에 기재하였다.
또한 표 1에 나타낸 시험수에서 미생물을 제거한 후 실시예 1∼5와 같은 방법으로 표 3에 나타낸 수처리제 성분의 각 농도를 유지시킨 후 스케일 억제율 시험을 실시하여 표 5에 기재하였다.
시험수 수질 조건
구 분 시험수 1 시험수 2 시험수 3 시험수 4 시험수 5
pH 8.5 7.1 7.4 7.7 8.0
Ca-H(ppm) 0 50 100 200 300
Mg-H(ppm) 0 10 20 40 60
chloride(ppm) 1000 40 80 160 240
초기 미생물 농도(CFU/㎖) 107 107 107 107 107
상기 표 1에서,
pH는 0.1 N 수산화나트륨 수용액과 0.05 N 황산수용액으로 조절하였으며,
Ca-H는 칼슘 경도로서 염화칼슘으로 조절하였으며,
Mg-H는 마그네슘 경도로서 황산마그네슘으로 조절하였으며,
초기 미생물 농도는 8 종의 미생물 혼합액을 108CFU/㎖로 제조한 후 초기 미생물 농도를 조절하였다. 여기에서 CFU는 Cell Forming Unit이다.
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
오르토 포스페이트(ppm) 2 4 6 8 10
폴리헥사 메틸렌 구아니딘포스페이트(ppm) 20 18 16 2.7 1.4
포스포네이트(ppm) 5 5 4 4 3
이소티아졸리논(ppm) 0.3 0.4 0.5 1.3 1.4
상기 표 2에서,
포스포네이트는 Bayer사 PBTC 제품이며,
폴리헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트는 SK사 제품이며,
이소티아졸리논은 SK케미칼사 제품이다.
구 분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
오르토 포스페이트(ppm) - - 4 6 8
폴리헥사 메틸렌 구아니딘포스페이트(ppm) - - - 3 1.4
포스포네이트(ppm) - 2 2 - 1
이소티아졸리논(ppm) - 0.4 - - -
부식 및 미생물 억제 시험 결과
구 분 부식결과(mdd) 5 일 후 잔류 미생물 농도(CFU/㎖)
시험수1 시험수2 시험수3 시험수4 시험수5 시험수1 시험수2 시험수3 시험수4 시험수5
실시예1 16.97 7.80 8.26 9.36 14.77 0 0 0 0 0
실시예2 14.68 7.24 5.96 8.99 14.31 0 0 0 0 0
실시예3 11.47 4.40 5.41 6.42 8.35 0 0 0 0 0
실시예4 12.84 4.40 5.14 6.42 7.52 0 101 101 101 101
실시예5 11.00 4.59 5.04 6.15 7.34 0 101 101 101 102
비교예1 346.33 205.60 213.30 229.36 341.01 107 107 107 107 107
비교예2 110.09 84.40 84.86 91.74 105.50 107 108 108 108 108
비교예3 29.36 13.03 13.94 16.51 25.68 107 108 108 108 108
비교예4 25.23 12.93 14.04 15.96 23.85 105 107 108 108 108
비교예5 23.21 10.00 11.19 13.47 22.57 107 108 108 108 108
스케일 성능 시험 결과
구 분 스케일 억제율(%)
시험수 1 시험수 2 시험수 3 시험수 4 시험수 5
실시예 1 - 100 98 99 96.7
실시예 2 - 98 96 97 95.3
실시예 3 - 98 96 97 95.3
실시예 4 - 96 96 96 93.3
실시예 5 - 94 96 94 90.0
비교예 1 - 72 76 73 68
비교예 2 - 90 92 92 88
비교예 3 - 84 82 79 76.7
비교예 4 - 68 70 68 66.7
비교예 5 - 72 74 70 68
상기 표 4에 나타낸 바와 같이 표 1의 시험수에 대한 본 발명의 실시예 1∼5의 수처리제 조성물의 부식 방지 및 미생물 살균효과는 비교예 1∼5의 조성물 보다 우수하였으며, 또한 상기 표 5에 나타낸 바와 같이 표 1의 시험수에 대한 본 발명의 실시예 1∼5의 수처리제 조성물의 스케일 억제율이 비교예 1∼5의 조성물보다 높은 수치를 나타내었다.
따라서 본 발명에 의한 수처리 조성물은 금속의 부식방지, 미생물 살균효과 및 스케일 생성을 방지하는 효과가 매우 우수함을 알 수 있다.
본 발명의 수처리제 조성물은 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 발생을 모두 억제하는 기능을 나타내며, 종래의 수처리제를 목적에 따라서 각각의 성분을 투여하지 않으므로 보다 사용하기가 간편하고, 특히 미생물 유입이 용이한 개방 순환 시스템에 유효한 수처리제 조성물이다.

Claims (7)

  1. 금속의 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 억제용 수처리제 조성물에 있어서,
    a) 하기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논
    상기 식에서,
    R은 수소 또는 염소이며;
    b) 하기 화학식 2로 표시되는 폴리 헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트
    상기 식에서,
    m은 4 내지 7의 정수, n은 1 내지 14의 정수이며;
    c) 정인산염; 및
    d) 포스포네이트
    를 포함하는 수처리제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    a) 상기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논의 농도가 이소티아졸리논
    농도 기준으로 0.05∼10 ppm;
    b) 상기 화학식 2로 표시되는 폴리 헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트의
    농도가 0.5∼80 ppm;
    c) 상기 정인산염의 농도가 오르토 포스페이트 이온 기준으로 0.5∼30
    ppm; 및
    d) 상기 포스포네이트의 농도가 오르가닉 포스페이트 이온 기준으로
    0.2∼30 ppm
    을 포함하는 수처리제 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 3-이소티아졸리논이 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온, 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수처리제 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온과 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온의 혼합물은 혼합비율이 중량비로 1:20 내지 20:1인 수처리제 조성물.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정인산염이 인산인 수처리제 조성물.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 포스포네이트가 하이드록시 에틸린 디포스포닉산, 하이드록시 포스포노 카르복실산, 아미노 트리메틸렌 포스포닉산, 포스포노부탄 트리 카르복실산, 에틸렌 디아민 테트라메틸리딘 포스포닉산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 수처리제 조성물.
  7. a) 하기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논이 이소티아졸리논 농도
    기준으로 0.05∼10 ppm
    상기 식에서,
    R은 수소 또는 염소이며;
    b) 하기 화학식 2로 표시되는 폴리 헥사 메틸렌 구아니딘 포스페이트가
    0.5∼80 ppm
    상기 식에서,
    m은 4 내지 7의 정수, n은 1 내지 14의 정수이며;
    c) 정인산염이 오르토 포스페이트 이온 기준으로 0.5∼30 ppm; 및
    d) 포스포네이트가 오르가닉 포스페이트 이온 기준으로 0.2∼30 ppm
    을 포함하는 수처리제 조성물을 개방 순환 냉각 시스템의 냉각탑, 열교환기 또는 수배관에 투입하여 수중 금속의 부식, 스케일 및 미생물 슬라임을 억제하는 방법.
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