KR100842073B1 - 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용한수처리 방법 - Google Patents

다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용한수처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용하는 수처리 방법에 관한 것으로, 본 발명의 냉각수처리제 조성물은 a) 하기 화학식 1로 표시되는 이소티아졸리논; b) 브로노폴; c) 포스포네이트; d) 마그네슘염; 및 e) 아이오딕산, 퍼아이오딕산, 또는 이들의 염을 포함한다:
[화학식 1]
Figure 112002009946947-pat00001
상기 화학식 1에서, R은 수소 또는 염소이다.
또한, 본 발명은 상기 냉각수처리제 조성물을 냉각수계에 투입하는 공정을 포함하는 수처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 사용한 수처리 방법은 개방 순환 냉각시스템에서 발생 가능한 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 형성을 동시에 억제할 수 있을 뿐 아니라, 상기 억제 효과 또한 우수하다.
3-이소티아졸리논, 브로노폴, 포스포네이트, 마그네슘염, 포타슘 아이오데이트, 다기능성 일액형 수처리제, 개방 순환 냉각시스템

Description

다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리 방법{MULTI-FUNCTIONAL ONE-COMPONENT TYPE COMPOSITION FOR COOLING WATER-TREATMENT AGENT AND METHOD OF WATER-TREATMENT USING THE SAME}
본 발명은 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용하는 수처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물을 이용한 개방 순환 냉각시스템에서 발생 가능한 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 형성을 동시에 억제할 수 있으며, 그 억제효과가 우수한 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용하는 수처리 방법에 관한 것이다.
개방 순환 냉각시스템에서는 냉각탑이라는 장치를 이용하여 냉각수의 온도를 조절하고 있다. 냉각탑을 이용한 시스템은 공기가 유입되므로 개방 순환 냉각시스템이라 불리우며, 냉각수를 재사용하는 과정에서 물의 증발을 통해 물 속에 포함된 각종 미네랄이 농축되고, 사용하는 물을 처리하는 방법에 따라 매우 다양한 결과가 나타난다. 이러한 다양한 결과를 종합 정리하면 개방 순환 냉각시스템에서는 크게 부식, 스케일, 미생물 슬라임에 의한 세 가지 문제점이 발생한다.
부식은 금속이 산화되어 녹이 발생하는 현상을 말하며, 이러한 부식현상은 전기 전도체인 금속이 이온 전도체인 전해질 물질과 접촉시 금속 표면에 전위차가 형성되므로 발생하는 것이다.
스케일은 금속 표면에 부식에 의한 퇴적물 또는 수질 내 존재하는 다양한 2가 금속이온이 대기중 또는 음이온계 화학물질 등과 결합하여 생성되며, 이러한 스케일 현상은 온도가 올라감에 따라 스케일을 유발하는 염들의 용해도가 감소하기 때문에, 특히 온도가 높은 열교환기 등에서 주로 발생한다.
미생물 슬라임은 수질에 수중 또는 대기중의 미생물이 개방 순환 냉각시스템으로 유입되어 냉각탑의 필러 및 수배관에 부착되는 현상을 일컫는다.
실제로 산업현장에 설치된 냉각공조의 열교환기를 비롯하여 수배관을 사용한 각종 산업용 설비에서 매우 쉽게 부식, 스케일 및 미생물 슬라임이 발생하는 것을 발견할 수 있으며, 이러한 경우 냉각 순환 시스템의 수명단축, 환경오염, 열 효율에 심각한 문제를 야기하여 막대한 경제적 손실을 초래하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 부식, 스케일, 및 미생물 슬라임을 억제할 수 있는 수처리제에 대한 다양한 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,134,959 호에는 아졸계 화합물과 인산염을 이용한 수처리제 조성물이 기재되어 있고, 미국 특허 제 5,227,133 호에는 아연염, 몰리브덴산염, 인산염의 조성에 의한 냉각수 처리 기술이 기재되어 있으며, 미국 특허 제 5,156,665 호에는 미생물 방지 처리 기술이 기재되어 있다.
그러나, 상기한 기존의 냉각수처리제들은 부식 방지제, 스케일 방지제, 미생물 방지제를 각각 따로 투입하여 처리하였으므로, 하나의 수처리제를 사용하여 부 식, 스케일, 및 미생물 슬라임 발생 문제를 한꺼번에 해결하기가 불가능하였다. 이에 따라, 부식 및 스케일 방지 기능이 있는 냉각수처리제 조성물에서는 미생물 방지기능이 미약하게 나타나고, 미생물 방지 기능이 있는 냉각수처리제 조성물에서는 부식 및 스케일 방지 기능이 미약하게 나타나므로 그 사용 범위가 제한되어 왔다.
또한, 종래의 냉각수처리 방법으로 부식방지제, 스케일방지제 및 미생물방지제가 각각 별개로 개발되어 온 것은 이들을 하나의 제품으로 혼합할 경우 서로간의 상용성이 부족하여 침전물을 형성하거나 각각의 성분들이 서로 엉기는 등 제품의 안정성이 저하되고, 각각의 화합물이 가지는 효과가 원활히 발휘되지 못하기 때문이다.
따라서, 개방 순환 냉각 시스템에서 부식, 스케일, 및 미생물 슬라임의 발생을 동시에 방지하여 사용이 간편한 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용한 수처리방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 고려하여, 개방 순환 냉각시스템에서 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 발생 문제를 동시에 해결할 수 있는 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 부식, 스케일, 및 미생물 슬라임의 발생 억제 능력이 우수한 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 냉각수처리제 조성물을 이용하는 수처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 하기 화학식 1로 표시되는 이소티아졸리논; b) 브로노폴; c) 포스포네이트; d) 마그네슘염; 및 e) 아이오딕산, 퍼아이오딕산, 또는 이들의 염을 포함하는 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112002009946947-pat00002
상기 화학식 1에서, R은 수소 또는 염소이다.
또한, 본 발명은 상기 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물을 냉각수계에 투입하는 공정을 포함하는 수처리 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 냉각수처리제 조성물은 개방 순환 냉각시스템에서 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 발생 문제를 동시에 해결할 수 있는 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물이다.
본 발명의 냉각수처리제 조성물에 있어서, 상기 a) 화학식 1로 표시되는 이소티아졸리논은 미생물 처리제로 사용된다. 상기 이소티아졸리논은 넓은 범위의 미생물을 제거하는데 효과가 있으며, 그 지속력 또한 우수하다. 특히, 상기 화학 식 1의 이소티아졸리논은 R이 수소인 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온이거나 R이 염소인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온인 것이 바람직하며, 상기 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온과 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온이 1:20 내지 20:1의 중량비율로 혼합되어 있는 혼합물을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 이소티아졸리논의 함량은 전체 조성물에 대하여 0.05 내지 20 중량% 인 것이 바람직하다. 상기 이소티아졸리논의 함량이 0.05 중량% 미만인 경우에는 미생물 제거 효과가 나타나지 않을 수 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 저장안정성이 저하될 수 있고 비경제적이라는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않다.
상기 b) 브로노폴은 2-브로모-2-니트로프로판-1,3-디올(2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol)로서 미생물에 대한 살균 속효성이 우수하므로, 상기 a) 이소티아졸리논과 함께 적용시 살균 상승 효과를 얻을 수 있다.
상기 브로노폴의 함량은 0.5 내지 30 중량%인 것이 바람직하다. 상기 브로노폴의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 미생물 제거 효과가 나타나지 않을 수 있고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 조성물 내에 침전이 발생할 수 있고 비경제적이라는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않다.
상기 c) 포스포네이트는 스케일 방지제로 사용되며, 바람직하게는 하이드록시 에틸리덴 디포스포닉산, 하이드록시 포스포노 카르복실산, 아미노 트리메틸렌포스포닉산, 포스포노부탄 트리 카르복실산, 또는 에틸렌 디아민 테트라 메틸리딘 포스포닉산 등을 사용할 수 있다.
상기 포스포네이트의 함량은 오르가닉 포스페이트 이온의 농도기준으로 0.2 내지 30 중량%인 것이 바람직하다. 상기 포스포네이트의 함량이 0.2 중량% 미만인 경우에는 스케일 방지 효과가 나타나지 않을 수 있고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 경제성이 떨어지는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
상기 d) 마그네슘염으로는 마그네슘 나이트레이트, 마그네슘 옥사이드, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 마그네슘염의 함량은 0.2 내지 40 중량%인 것이 바람직하며, 상기 마그네슘염의 함량이 0.2 중량% 미만인 경우에는 제품이 침전될 수 있고, 40 중량%를 초과하는 경우에는 제품이 침전될 수 있고, 비경제적이라는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
상기 e) 아이오딕산(iodic acid), 퍼아이오딕산(periodic acid), 또는 이들의 염은 안정제로 사용되며, 바람직하게는 포타슘 아이오데이트를 사용한다.
상기 아이오딕산, 퍼아이오딕산, 또는 이들의 염의 함량은 0.0001 내지 3 중량%인 것이 바람직하다. 상기 아이오딕산, 퍼아이오딕산, 또는 이들의 염의 함량이 0.0001 중량% 미만인 경우에는 안정제로서의 효과가 나타나지 않을 수 있으며, 3 중량%를 초과하는 경우에는 조성물 내 주요 성분들을 산화시킬 수 있고, 비경제적이라는 문제점이 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 냉각수처리제 조성물은 물을 포함하며, 물의 함량은 조절가능하다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 조성과 함량을 가지는 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물을 냉각수계에 투입하는 공정을 포함하는 수처리 방법을 제공한다.
본 발명의 냉각수처리제 조성물은 각 종 산업용 수배관에서 발생할 수 있는 부식, 스케일, 및 미생물에 관련된 문제점들을 억제하는데 효과적으로 사용될 수 있으며, 개방 순환 냉각 시스템 및 일과식 냉각 시스템에 적용될 수 있다. 특히, 스케일 성향이 높고 미생물 문제가 심한 개방 순환 냉각 시스템의 수처리제로 사용되는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 냉각수처리제 조성물은 처리하고자 하는 냉각수에 1 내지 500,000 ppm의 농도로 유지시켜 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 설명한다. 그러나, 이들 예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
(실시예 1 내지 5)
하기 표 1에 나타난 성분 및 함량에 따라 냉각수처리제 조성물을 제조하였다. 이 때, 이소티아졸리논으로는 SK 케미칼사의 상품인 'SKYBIO WG'(2-메틸-4-이소티아졸론-3-온: 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온의 중량비가 1:3인 혼합물)를 사용하였다. 또한, 마그네슘염으로는 마그네슘 옥사이드와 마그네슘 나이트레이트의 혼합물을 사용하였고, 포스포네이트로는 솔루시아(Solutia) 사에서 제조한 HEDP(hydroxyethylidene diphosphonic acid)를 사용하였다.
(단위: 중량%)
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
이소티아졸리논 4.5 4.0 3.5 3.0 1.5
브로노폴 10 20 15 5 2.5
포스포네이트 10 20 10 5 5
마그네슘 이온 3 4 2.5 2 1
포타슘 아이오데이트 0.04 0.03 0.02 0.01 0.005
물 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량
(비교예 1 내지 5)
하기 표 2에 나타난 성분 및 함량에 따라 냉각수처리제 조성물을 제조하였다. 이소티아졸리논, 마그네슘염, 및 포스포네이트는 상기 실시예 1 내지 5에서 사용된 것과 동일한 제품을 사용하였다.
(단위: 중량%)
구분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
이소티아졸리논 - 0.5 - - -
브로노폴 - - 5 - -
포스포네이트 - 2 - - 4
마그네슘 이온 - 2 - 4 -
포타슘 아이오데이트 - - - 0.02 -
물 잔량 잔량 잔량 잔량 잔량
(실험예)
상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 5의 냉각수처리제 조성물들에 대하여 하기와 같이, 부식 및 미생물 억제 시험, 및 스케일 성능을 시험하였다.
가. 부식 및 미생물 억제 시험
회전 부식 측정기(Rotating corrosion tester)를 사용하여 부식 및 미생물 억제 시험을 실시하였다. 미생물 8 종(Enterobacter aerogens ATCC 13048, Escherichia coli ATCC 11229, Micrococcus luteus ATCC 9341, Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442, Klebsiella pneumoniae ATCC 1560, Staphylococcus edidermis ATCC 155, Staphylococcus aureus ATCC 6538, Bacillus subtilis ATCC 6984)의 혼합액을 부식테스트 용액에 함께 주입한 뒤, 온도 30 ℃, 10 cc/min의 공기주입상태에서 탄소강 시험편을 회전속도 170 rpm으로 회전시켜 3일 후 탄소강의 부식속도 및 미생물의 농도 감소를 측정하였다.
하기 표 3의 시험수질에 상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1 내지 5의 냉각수처리제 조성물을 100 ppm으로 희석하여 적용한 뒤, 탄소강의 무게감량에 따른 부식속도[mdd, mg/(d㎡ㆍday)]와 5일 뒤의 잔류미생물 농도를 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 시험수질
1 2 3 4 5
pH 7.3 7.6 7.9 8.2 8.5
칼슘경도(ppm) 50 100 200 300 500
마그네슘 경도(ppm) 10 20 40 60 100
염소(ppm) 40 80 160 240 400
초기 미생물 농도(CFU/㎖) 107 107 107 107 107
상기 표 3에 따른 시험수질 1 내지 5의 산성도(pH)는 0.1 N 수산화 나트륨 수용액과 0.05 N 황산 수용액으로 조절하였고, 칼슘경도 및 마그네슘 경도는 각각 염화칼슘 및 황산마그네슘으로 조절하였다. 또한, 초기 미생물 농도는 상기 8 종의 미생물 혼합액을 108 CFU(cell forming unit)/㎖로 제조한 뒤 조절하였다.
구분 부식결과 [mdd:㎎/(dm2ㆍday)] 5일 뒤 잔류미생물 농도(CFU/㎖)
수질1 수질2 수질3 수질4 수질5 수질1 수질2 수질3 수질4 수질5
실시예1 11.47 10.09 9.48 9.02 8.72 0 0 0 0 0
실시예2 10.86 10.09 9.02 8.87 8.56 0 0 0 0 0
실시예3 11.31 10.55 10.24 10.09 9.17 0 0 0 0 0
실시예4 12.39 12.08 11.93 11.93 11.62 0 0 0 0 0
실시예5 12.84 12.23 12.08 11.01 10.40 0 0 0 0 102
비교예1 150.15 136.54 113.15 110.8 105.96 107 107 107 107 107
비교예2 118.04 104.43 98.92 92.35 83.79 106 106 106 107 107
비교예3 165.43 133.49 120.80 110.24 101.38 105 105 106 106 106
비교예4 153.21 131.96 118.65 107.19 107.03 108 108 108 108 108
비교예5 72.17 61.62 52.75 46.48 37.92 108 108 108 108 109
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 시험수질 1 내지 5에 대한 본 발명의 실시예 1 내지 5의 냉각수처리제 조성물들은 부식 방지 및 미생물 살균효과 모두 비교예 1 내지 5의 냉각수처리제 조성물들에 비하여 우수하게 나타남을 알 수 있다.
또한, 부식 방지 및 미생물 살균 효과가 동시에 우수하게 나타남을 알 수 있다.
나. 스케일 억제시험
테스트 용액을 밀폐시키고 75 ℃에서 24시간 정체시킨 후 테스트 용액을 0.22 마이크로미터 필터로 여과하고 이 때의 총경도를 측정하여 스케일 억제율을 측정하였다. 테스트 용액의 시험수질은 상기 표 3에 기재한 것과 동일한 조건의 수질을 사용하였고, 이 시험수질에서 미생물을 제어한 뒤 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5의 냉각수처리제 조성물 성분의 각 농도를 유지시키면서 시험하였 다. 스케일 억제율은 다음 수학식 1에 의해 계산하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
[수학식 1]
Figure 112002009946947-pat00003
상기 수학식 1에서, Ct는 시험 전의 시험액 중 총경도를 나타내며, Ce 는 시험 후의 시험액 중 총경도를 나타낸다.
구분 스케일 억제율(%)
시험수질 1 시험수질 2 시험수질3 시험수질4 시험수질5
실시예 1 100 100 99 97 96
실시예 2 100 100 97 97 96
실시예 3 100 100 99 97 96
실시예 4 100 98 97 97 94
실시예 5 100 98 97 97 90
비교예 1 60 54 44 33 25
비교예 2 75 60 54 48 42
비교예 3 64 50 42 33 25
비교예 4 56 50 40 33 20
비교예 5 80 75 68 66 58
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5에 따른 냉각수처리제 조성물의 스케일 억제율이 비교예 1 내지 5의 냉각수처리제 조성물에 비하여 월등히 우수한 것으로 나타남을 알 수 있다.
이와 같은 시험 결과들을 종합하면, 본 발명에 의한 개방 순환 냉각시스템용 냉각수처리제 조성물은 금속의 부식 방지 기능, 스케일 생성 방지 기능 및 미생물 살균 효과가 서로 상승적으로 향상되어 사용 및 기능이 매우 우수함을 알 수 있었다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 냉각수처리제 조성물은 살균 지속력이 있어 개방 순환 냉각시스템에서의 모든 미생물에 대하여 살균효과가 우수하고, 부식반응 중 양극반응과 음극반응 모두를 방지하는 기능을 겸비하고 있으므로 금속표면에서 발생할 수 있는 부식조건을 최대한 축소시켜 뛰어난 방식효과를 기대할 수 있다. 또한, 포스포네이트가 2가 금속염 스케일의 결정구조를 변환하여 스케일을 억제하는 능력이 우수하므로 개방 순환 냉각시스템에서 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 발생 문제를 동시에 해결할 수 있다.

Claims (7)

  1. a) 하기 화학식 1로 표시되는 이소티아졸리논;
    b) 브로노폴;
    c) 포스포네이트;
    d) 마그네슘염; 및
    e) 아이오딕산, 퍼아이오딕산, 또는 이들의 염
    을 포함하는 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112002009946947-pat00004
    상기 화학식 1에서, R은 수소 또는 염소임.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이소티아졸리논의 함량은 0.05 내지 20 중량%이고, 상기 브로노폴의 함량은 0.5 내지 30 중량%이고, 상기 포스포네이트의 함량은 0.2 내지 30 중량%이고, 상기 마그네슘염의 함량은 0.2 내지 40 중량%이고, 상기 아이오딕산, 퍼아이오딕산, 또는 이들의 염의 함량은 0.0001 내지 3 중량%이며, 잔량의 물을 포함하는 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이소티아졸리논은 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온 및 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온이 1:20 내지 20:1의 중량비로 혼합되어 있는 혼합물인 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 포스포네이트는 하이드록시 에틸리덴 디포스포닉산, 하이드록시 포스포노 카르복실산, 아미노 트리메틸렌포스포닉산, 포스포노부탄 트리 카르복실산, 및 에틸렌 디아민 테트라 메틸리딘 포스포닉산으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종의 화합물인 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘염은 마그네슘 나이트레이트, 마그네슘 옥사이드, 또는 이들의 혼합물인 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물을 냉각수계에 투입하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 냉각수처리제 조성물의 농도는 냉각수에 대하여 1 내지 500,000 ppm인 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
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