KR100615571B1

KR100615571B1 - 스케일 및 미생물 억제 수처리제 조성물

Info

Publication number: KR100615571B1
Application number: KR1019990067758A
Authority: KR
Inventors: 한순종; 김진만; 최동진; 김진호; 최기승
Original assignee: 에스케이케미칼주식회사
Priority date: 1999-12-31
Filing date: 1999-12-31
Publication date: 2006-08-25
Also published as: KR20010066171A

Abstract

본 발명은 개방순환 냉각수계에서 발생할 수 있는 스케일과 미생물 슬라임 형성을 동시에 억제하기 위한 수처리제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이소티아졸리논이 0.05∼14 %, 아크릴레이트 공중합체가 0.1∼50 %, 포스포네이트는 오르가닉 포스페이트 이온 기준으로 0.1∼50 %의 조성비를 갖는 조성물에 대한 발명으로, 본 조성물은 모든 미생물에 살균효과가 우수하고, 뛰어난 스케일 방지력을 가져서, 스케일과 미생물 슬라임을 동시에 조절하는 효과를 갖는다.

이소티아졸리논, 아크릴레이트, 포스포네이트, 스케일, 미생물 슬라임

Description

스케일 및 미생물 억제 수처리제 조성물{Composition treating water for inhibiting growth of microorganism and scale}

본 발명은 개방순환 냉각수계에서 발생할 수 있는 스케일과 미생물 슬라임 형성을 동시에 억제하기 위한 수처리제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3-이소티아졸리돈을 기본 조성으로 하고 포스포네이트, 아크릴레이트 공중합체를 포함하는 신규의 수처리제 조성물에 관한 것이다.

스케일은 금속표면에 부식에 의한 퇴적물이나 수질 내에 존재하는 다양한 금속 이온이 대기 중 또는 수중의 음이온계 화학물질 등과 결합에 의해 생성되는 화합물들을 일컬으며, 미생물 슬라임은 물 중에 포함되어 있는 미생물이나 대기 중의 미생물이 개방순환 냉각시스템으로 유입되어 냉각 탑의 필터 및 수배관에 부착되는 현상을 말한다.

실제 산업현장에 설치된 냉각공조의 열교환기를 비롯하여 수배관을 사용한 각종 산업용 설비에서는 매우 쉽게 스케일과 미생물 슬라임이 발생하는 것을 발견할 수 있는데, 이러한 경우 냉각 순환시스템에 커다란 장애를 줄 뿐 아니라 열효율에 심각한 문제를 야기하여 막대한 경제적 손실을 발생시키고 있다.

일반적으로, 개방 순환 냉각 시스템은 보급수 수질에 비해 5배 이상 고농축으로 운전하므로, 물 중에 용해되어 있는 이온들이 서로 결합하여 난용성 염을 형성시킬 가능성이 매우 높으며, 이들 염은 열부하를 특히 많이 받는 열교환기 등의 열전달면에 다공질의 침전물을 형성하여 물의 원활한 흐름을 방해하거나 심할 경우, 수배관을 막아 버리는 스케일을 발생시키게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 냉각수 처리제가 필수 불가결하게 사용되어야 하고, 현재 전 산업 현장에서 널리 사용 중에 있다.

종래에는 스케일과 미생물 슬라임 발생을 억제하기 위해 스케일 방지제와 미생물 방지제를 각각 따로 개방 순환 냉각 시스템에 투입하였기 때문에 그 효과가 미미하였다.

이전에 수처리제 조성물로는 리그닌을 사용하는 기술이 널리 사용되었으나, 효과가 미약하여 최근에는 아크릴계 중합체, 말레익계 중합체, 포스포네이트를 사용하는 예가 발표되어 산업 현장에서 실제 널리 사용되고 있다. 예를 들면, 미합중국특허 제 3,666,664호에는 나이트로 아세틱산과 오르가노 포스페이트를 함유한 조성물이 발표되어 있고, 미합중국특허 제 4,680,124호에는 아크릴레이트의 조성물이 보고되어 있으며, 미합중국특허 제 5,156,665호에는 미생물 방지 처리 기술이 보고되어 있다.

그러나 앞에서 언급했듯이, 이들 종래의 수처리제 조성물들은 스케일과 미생물 슬라임을 동시에 억제할 수 없으므로, 미생물에 의한 부식과 환경오염 측면에서 만족할 만한 성과를 기대할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고, 상기한 필요성에 의하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스케일과 미생물에 관련된 문제점을 동시에 해결함과 동시에 개방순환냉각시스템에서 사용이 간편한 수처리제 조성물을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기의 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논, 하기의 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트 공중합체 및 포스포네이트를 포함하는 금속의 부식 및 슬라임 억제용 수처리제 조성물을 제공한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

본 발명에서, 상기의 화학식 1의 이소티아졸리논에서 R은 수소 또는 염소가 바람직하다.

본 발명에서, 상기의 화학식 2의 아크릴레이트 공중합체에서 n, m은 서로 같거나 다른 것으로서 각각 5내지 1,000인 정수이고, R₁과 R₂는 서로 같거나 다른 것으로서, 각각 수소원자, 알킬기 또는 하이드록시기를 나타내며, R₂, R₃는 서로 같거나 다른 것으로서 각각 수소원자, 메틸 또는 에틸 라디칼이 될 수 있고, R₄는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬 라디칼이 될 수 있으며, R₅는 탄소수 1 내지 10의 알킬 라디칼이며, X, Y는 수소원자, 1가 금속원자 또는 N(R₇)₂이 될 수 있으며, 여기서 R₇은 서로 같거나 다른 것으로서 수소원자, 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 5의 하이드록시 알킬기가 바람직하다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 수처리제 조성물에 있어서 상기의 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸론을 0.05 내지 14 %를 함유하고, 상기 화학식 1에서 R이 수소인 2-메틸-4-이소티아졸론-3온 이거나 R이 염소인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3온이 바람직하며, 2-메틸-4-이소티아졸론-3온과 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3온이 1:20 내지 20:1의 중량비로 혼합되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

상기 3-이소티아졸리논은 넓은 범위의 미생물에 대하여 효과가 있고, 지속력도 우수하다. 0.05 % 미만을 함유할 경우에는 일정량을 투입할 경우 살균효과가 저하되므로 많은 양을 적용하여야 하며, 14 %를 초과 함유하는 것은 살균효과가 우 수하나 제품의 저장안정성을 해치고, 경제적이지 못하다. 상기의 아크릴레이트 공중합체는 아크릴레이트 공중합체를 기준으로 0.1 % 내지 50 % 사용하는 것이 바람직하며 0.1 % 미만을 함유하는 경우에는 일정량을 투입할 경우 스케일 억제효과가 미약하고 50 %를 초과하여 사용하는 것은 스케일 억제효과는 우수하나 경제적이지 못하다. 상기의 포스포네이트는 오르가닉 포스페이트를 기준으로 0.1 내지 50 %를 함유되어 있는 것으로, 하이드록시 에틸렌 디포스포닉산, 포스포노부탄 트리 카르복실산, 하이드록시 포스포노 카르복실산, 아미노 트리메틸렌 포스포닉산 또는 에틸렌 디아민 테트라메틸리딘 포스포닉산 등을 사용할 수 있으며, 0.1 % 이하의 사용은 효과가 미미하여 과량 사용하여야 하고, 50 % 이상의 사용은 경제적이지 못하다.

본 발명의 수처리제 조성물은 3-이소티아졸리논과 아크릴레이트 공중합체, 포스포네이트가 포함되는 것을 특징으로 하며, 모든 미생물에 대하여 살균효과가 우수하고 킬레이션, 크리스탈 모디피케이션, 분산기능을 함유하고 있으므로, 스케일을 최대한 억제시킴으로써 우수한 스케일 방지효과를 기대할 수 있다. 따라서 상기 성분을 모두 포함하는 본 발명의 수처리제 조성물은 각종 산업용 수배관에서 발생할 수 잇는 스케일을 방지하고 미생물의 번식을 효과적으로 억제하므로 개방순환 냉각시스템과 일과식 냉각 시스템에 사용될 수 있다.

이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1 - 3

하기 표 1에 나타낸 시험수에 하기 표 2에 나타낸 수처리제 성분의 각 농도를 유지시킨 후 물을 첨가하여 전체를 100 %되게 한 다음, 하기의 스케일 억제 및 미생물 억제시험을 실시하여 스케일 억제율과 미생물 감소 농도를 표 4에 기재하였다.

(스케일 억제 성능 시험 방법)

테스트 용액을 밀폐시키고 70 ℃에서 24시간 정체시킨 후 테스트 용액을 0.45 마크로필터로 여과하고 이때의 총 경도를 측정하여 스케일 억제율을 측정하였다. 이때 다음 표 1의 시험수질에 표 2에 표시된 실시예 1 - 3의 조성물을 각 농도로 유지시킨 후 스케일 억제율을 시험하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다. 표 1의 시험수질에 다음 표 3에 표시된 비교예 1 - 3을 실시예 1 - 3과 동일한 방법으로 시험하여 스케일 억제율의 결과를 표 4에 나타내었다. 단 스케일 성능 시험 방법에서는 표 1의 시험수질에서 미생물을 제외한 시험수질을 사용하였다.

억제율(%) = Ce/Ct x 100

여기서 Ct는 시험전의 시험액 중의 총 경도이고, Ce는 시험 후의 시험액 중의 총 경도이다.

(미생물 억제 시험 방법)

온도 30℃, 170rpm, 10 ml/min의 공기주입상태에서 미생물 8종(Enterobacter aerogens ATCC 13048, E. coli ATCC 11229, Micrococcus luteus ATCC 9341, Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442, Klebsiella pneumoniae ATCC 1560, Staphylococcus edidermis ATCC 155, Staphylococcus aureus ATCC 6538 및 Bac. subtilis ATCC 6984의 8종)의 혼합액을 주입하여 5일 후의 미생물 농도 감소를 측정하였다.

이때 다음 표 1의 시험수질에 표 2에 표시된 실시예 1 - 3의 조성물을 각 농도로 유지시킨 후 미생물 감소의 경과를 표 4에 나타내었다. 표 1의 시험수질에 다음 표 3에 표시된 비교예 1 - 3을 실시예 1 - 3과 동일한 방법으로 실험하여 미생물 감소의 결과를 표 4에 나타내었다.

[표 1] 시험액 수질 조건

	수질
	# 1	# 2	# 3
pH	8.5	8.2	8.0
Ca-H(ppm)	300	400	500
Mg-H(ppm)	60	80	100
초기 미생물 농도(CFU/ml)	10⁷	10⁷	10⁷

pH는 O.1 N 수산화나트륨 수용액과 0.05 N 황산 수용액으로 조절하였다. Ca-H는 칼슘경도를 의미하고, 염화칼슘으로 조절하였다. Mg-H는 마그네슘경도를 의미하고, 황산마그네슘으로 조절하였다. 초기 미생물 농도는 8 종의 미생물 혼합액을 10 CFU/ml로 제조 후 초기 미생물 농도를 조절하였다. 여기서 CFU는 Cell Forming Unit를 의미한다.

[표 2] 실시예 1-3의 수처리제 성분의 농도

성분	함량(ppm)
성분	실시예 1	실시예 2	실시예 3
화학식 1의 3-이소티아졸리논	1.5	2.0	2.5
화학식 2의 아크릴레이트 공중합체	10	20	30
포스포네이트	5	10	15

비교예 1 - 3

표 1의 시험수질에 다음 표 3에 표시된 수처리제 성분의 각 농도를 유지시킨 후 물을 첨가하여 전체를 100 %되게 한 다음, 상기 실시예 1 내지 3과 동일한 방법으로 실험하여, 스케일 억제율과 미생물 감소 농도의 결과를 표 4에 나타내었다.

[표 3] 비교예 1-3의 수처리제의 농도

성분	함량(ppm)
성분	비교예 1	비교예 2	비교예 3
3-이소티아졸리논	-	-	0.5
아크릴레이트 공중합체	-	-	3
포스포네이트	-	2	-

[표 4] 스케일 억제 및 미생물 억제 시험 결과

	스케일 억제율(%)			5일 후 잔류미생물 농도(CFU/ml)
	수질 #1	수질 #2	수질 #3	수질 #1	수질 #2	수질 #3
실시예 1	100	98	98	0	10	10²
실시예 2	100	99	99	0	0	0
실시예 3	100	100	100	0	0	0
비교예 1	37	34	35	10⁸	10⁸	10⁸
비교예 2	75	70	68	10⁸	10⁸	10⁸
비교예 3	72	67	66	10³	10⁵	10⁵

상기 표 4에 의하면, 표 1의 수질에 대한 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 스케일 방지 및 미생물 살균효과는 비교예 1 내지 3 보다 훨씬 우수한 결과를 나타내었다.

상기한 구성에 따른 본 발명은 이소티아졸리논, 아크릴레이트 공중합체, 포스포네이트가 포함되어 있다는 것을 특징으로 하면서, 모든 미생물에 살균효과가 우수하고, 뛰어난 스케일 방지효과를 기대할 수 있으므로, 스케일과 미생물 슬라임을 동시에 조절하는 효과를 갖는다.

Claims

스케일 및 미생물 슬라임 발생을 억제하기 위한 수처리제 조성물에 있어서,

a) 하기의 화학식 1의 이소티아졸리논;

b) 화학식 2의 아크릴레이트 공중합체; 및

c) 포스포네이트 화합물

을 포함하는 것을 특징으로 하는 스케일 및 미생물 억제 수처리제 조성물:

[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 1에서, R은 수소 또는 염소이고, 상기 화학식 2에서, n, m은 서로 같거나 다른 것으로서 각각 5 내지 1,000인 정수이고, R₁과 R₂는 서로 같거나 다른 것으로서, 각각 수소원자, 알킬기 또는 하이드록시기를 나타내며, R₂, R₃는 서로 같거나 다른 것으로서 각각 수소원자, 메틸 또는 에틸 라디칼이 될 수 있고, R₄는 수소원자 또는 카본수 1 내지 4의 알킬 라디칼이 될 수 있으며, R₅는 탄소수 1 내지 10의 알킬 라디칼이며, X, Y는 수소원자, 1가 금속원자 또는 N(R₇)₂이 될 수 있으며, 여기서 R₇은 서로 같거나 다른 것으로서 수소원자, 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 5의 하이드록시 알킬기이다.
제 1항에 있어서, 상기 조성물 중에서 상기 이소티아졸리논이 0.05∼14 %, 상기 아크릴레이트 공중합체가 0.1∼50 %, 상기 포스포네이트 화합물은 오르가닉 포스페이트 이온 기준으로 0.1∼50 %의 조성비를 갖고, 물을 첨가하여 전체를 100 중량 %를 갖는 것을 특징으로 하는 스케일 및 미생물 억제 수처리제 조성물.
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기의 이소티아졸리논은 2-메틸-4-이소티아졸론-3온 또는 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3온이며, 상기 이소티아졸리논은 2-메틸-4-이소티아졸론-3온 및 상기 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3온이 1:20 내지 20:1의 중량비로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 스케일 및 미생물 억제 수처리제 조성물.
삭제
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 포스포네이트 화합물은 포스포노부탄 트리 카르복실산, 하이드록시에틸렌 디포스포닉산, 하이드록시포스포노 카르복실산, 아미노트리메틸렌 포스포닉산 또는 에틸렌 디아민테트라메틸리딘 포스포닉산 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 스케일 및 미생물 억제 수처리제 조성물.
제 1항의 수처리제 조성물을 냉각탑, 열교환기를 비롯한 각종 수배관에 투여하는 것을 특징으로 하는 스케일 및 미생물 슬라임 억제 방법.