KR19990018713A - 부식 및 스케일 형성을 억제하기 위한 수처리제 조성물 및 그를 이용한 수처리 방법 - Google Patents

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Abstract

아크릴레이트 중합체(acrylate polymer) 0.1∼50 중량%, 포스포네이트(phosphonate) 0.1∼50 중량%, 아졸계(azol) 화합물 0.1∼20 중량% 및 잔부로서 물을 포함하는 수처리제 조성물은 수배관내에 스케일 형성을 억제하고 부식 반응 중 양극 및 음극 반응을 억제하여 부식을 방지하는 효과가 매우 뛰어날 뿐 아니라, 간편하고 안전하게 사용될 수 있다.

Description

부식 및 스케일 형성을 억제하기 위한 수처리제 조성물 및 그를 이용한 수처리 방법
[산업상 이용 분야]
본 발명은 부식 및 스케일 형성을 억제하기 위한 수처리제 조성물 및 그를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 칼슘 경도가 80ppm 이상인 수질에서 발생하는 부식 및 스케일 형성을 억제하는데 유용하고, 하기 화학식(Ⅰ)로 표시되는 아크릴레이트 중합체(acrylate polymer), 포스포네이트(phosphonate) 및 아졸계(azol) 화합물을 포함하는 신규한 수처리제 조성물 및 그를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.
[화학식 1]
상기 식에서, R1은 수소 원자, 알킬기 및 히드록시기로 이루어진 군으로부터 선택되고, X, Y는 각각 독립적으로 1∼5의 정수이며, n은 1∼10의 정수이다.
[종래기술]
부식은 대체로 수분을 수반하는 조건에서 발생하는 현상을 말하는 바, 수중에 함유되어 있는 각종 이온들이 금속 표면에서 환원되어, 그와 같은 당량의 금속이 이온화(산화)하여 상실되게 된다. 이때, 양 반응이 일어나는 장소가 달라 국부 전지를 형성한다.
스케일은 농축액 속의 용질의 석출, 황산 칼슘 등의 강산 염류의 부착, 탄산 칼슘 등의 약산 염류의 부착, 유기 염류의 부착, 또는 유기 물질의 중합 축합에 의한 고분자 물질의 부착으로 생성되는 관석(罐石)을 말한다. 상기 스케일은 금속 배관의 열전도도를 저하시킬 뿐 아니라 금속 배관의 국부 부식을 유발한다.
실제 산업 현장에 설치된 각종 산업용 설비의 수배관에서는 상기 부식 및 스케일이 발생하여 순환 시스템에 커다란 장애를 줄 뿐 아니라, 설비의 수명을 단축시키고 있는 실정이다.
특히, 개방 순환 냉각 시스템은 농축 운전되므로, 염류가 농축되어 열부하를 많이 받는 열교환기의 열전달면에 스케일이 형성되기 쉽고 이로 인해 국부 부식을 유발하거나 수배관의 막힘 현상을 초래하기 쉽다.
상기 부식 및 스케일 형성을 억제하기 위하여, 종래에는 수처리제 조성물로서 크롬염을 사용하거나, 인산염과 아졸계 화합물을 사용하거나, 아크릴계 중합체, 말레익계 중합체 및 인산염을 사용하거나, 리그닌과 탄닌 등을 사용하였다. 특히, 아연염은 부식 반응 중 산화 반응 또는 양극 반응을 억제하여 소량으로도 부식을 방지하는데 유용하다고 알려져 있는 바, 미합중국 특허 제4,149,969호에는 아연염, 몰리브덴산염, 망간염, 니켈염, 아졸계 화합물, 포스포네이트로 이루어진 조성물이, 미합중국 특허 제4,324,684호와 제4,411,865호에는 아연염, 크롬염, 인산염, 아크릴레이트 공중합체로 이루어진 조성물이, 또한 미합중국 특허 제4,530,955호에는 아연염과 무수 말레익 중합체로 이루어진 조성물이 각각 개시되어 있다.
그러나 상기 수처리제 조성물들은 부식 및 스케일 형성을 억제하기 위해 만족할 만한 성과를 기대할 수 없고, 특히, 크롬염의 경우에는 공해 유발, 인체 독성, 및 안정성 측면상 많은 문제점을 가지고 있어 그 사용이 규제되어 있으며, 아연염의 경우에는 어폐류에 치명적인 영향을 주는 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하여, 칼슘 경도가 80ppm 이상인 수질 조건에서 뛰어난 부식 및 스케일 형성을 억제하는 효과를 거둘 수 있을 뿐 아니라, 간편하고 안전하게 사용할 수 있는 신규한 수처리제 및 그를 이용한 수처리 방법을 제공하고자 함이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 아크릴레이트 중합체 0.1∼50 중량%, 포스포네이트 0.1∼50 중량%, 아졸계 화합물 0.1∼20 중량% 및 잔부로서 물을 포함하는 부식 및 스케일 형성을 억제하기 위한 수처리제 조성물을 제공한다.
상기 아크릴레이트 중합체는 하기한 화학식(Ⅰ)로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 1]
상기 식에서, R1은 수소 원자, 알킬기 및 히드록시기로 이루어진 군으로부터 선택되고, X, Y는 각각 독립적으로 1∼5의 정수이며, n은 1∼10의 정수이다.
상기 포스포네이트는 포스포노부탄 트리카르복실산(phosphonobutane tricarb-oxylic acid), 하이드록시에틸리딘 디포스포닉산(hydroxyethylidene diphosphonic acid), 하이드록시포스포노카르복실산(hydroxyphosphonocarboxylic acid), 및 아미노트리메틸렌 포스포닉산(aminotrimethylene phosphonic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 아졸계 화합물은 톨릴 트리아졸(tolyl triazol), 머캅토벤조티아졸(mercaptobenzothiazol) 및 벤조트리아졸(benzotriazol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기 수처리제 조성물을 수배관에 투입하는 과정을 포함하는 부식 및 스케일 형성을 억제하기 위한 수처리 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 아크릴레이트 공중합체는 스케일 형성을 억제하는 작용을 하는 것으로서, 수처리제 조성물 전체량 기준으로 0.1∼50 중량%, 더욱 바람직하게는 1.0∼45 중량%로 유지된다. 상기 아크릴레이트 공중합체의 농도가 0.1 중량% 미만이면 수처리 효과가 미흡하고, 50 중량%를 초과하면 효과 증진에 비해 경제정이 떨어진다.
상기 포스포네이트는 부식 반응 중 음극 반응과 칼슘염 스케일 형성을 억제하는 작용을 하는 것으로서, 수처리제 조성물 전체량 기준으로 0.1∼50 중량%, 더욱 바람직하게는 1.0∼45 중량%로 유지된다. 상기 포스포네이트의 농도가 0.1 중량% 미만이면 수처리 효과가 저하되고, 50 중량%를 초과하면 경제성이 떨어진다.
상기 아졸계 화합물은 구리 및 구리 화합물의 부식을 억제하는 능력이 탁월한 것으로서, 수처리제 조성물 전체량 기준으로 0.1∼20 중량%, 더욱 바람직하게는 0.2∼19 중량%로 유지된다. 상기 아졸계 화합물의 농도가 0.1 중량% 미만이면 방식 효과가 미흡하고, 20 중량%를 초과하면 경제성이 떨어진다.
한편, 본 발명에 따른 수처리제 조성물에는 통상 수산화나트륨, 수산화칼륨 등을 적당량 추가하여 적용할 수 있는데, 이는 저장 안정성을 향상시키고 보다 효과적인 수처리를 위하여 pH 조절 역할을 수행을 위한 것이다.
상기와 같은 본 발명의 수처리제 조성물은 냉각탑, 열교환기 등 각종 산업용 수배관에서 발생할 수 있는 부식 및 스케일 형성을 억제하는데 보다 효과적으로 사용될 수 있으며, 특히 칼슘 경도가 80ppm 이상인 수질 조건에서 유용하고, 농축 운전 운전으로 부식 및 스케일 형성이 일어나기 쉬운 개방 순환 냉각 시스템의 냉각수의 수처리제로 사용될 수 있다.
[실시예]
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 구성 및 효과를 설명하기 위한 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1∼3]
하기한 표 1의 수질을 가지는 시험수에 하기한 표 2의 조성을 가지는 수처리제를 100ppm으로 유지시킨 후, 45℃에서 탄소강 시험편(0.218dm2)을 회전 속도 170rpm으로 5일간 회전시킨 후, 부식 속도(mdd, mg/(dm2·day))를 측정하였다.
[실시예 4∼6]
하기한 표 1의 수질을 가지는 시험수에 하기한 표 2의 조성을 가지는 수처리제를 100ppm으로 유지시킨 후, 상기 시험수를 밀폐시키고 50℃에서 7시간 동안 정체시키고, 상기 시험수를 0.45 마이크로미터 필터로 여과하여 칼슘 경도를 측정함으로써 칼슘염 스케일 억제율을 측정하였다.
억제율(%)= Ce/Ct × 100
Ct: 시험전의 시험수 중 칼슘 경도
Ce: 시험후의 시험수 중 칼슘 경도
수 질
A B C
pH1 8.5 8.0 7.5
전기전도도(μmho/cm) 450 1400 2600
칼슘 경도(ppm)2 100 300 500
마그네슘 경도(ppm)3 10 30 50
Cl-농도(ppm)4 70 210 350
1: 0.5N 수산화 나트륨 용액과 0.5N 황산 수용액으로 조절하였다.
2: 염화칼슘으로 조절하였다.
3: 황산마그네슘으로 조절하였다.
4: 염화나트륨으로 조절하였다.
중량%
실시예 1, 4 실시예 2, 5 실시예 3, 6
물 50 49.5 68.5
수산화나트륨 12 12.5 15
아크릴레이트 중합체1 10 15 5.0
포스포네이트 12 15 10 5.0
포스포네이트 23 10 10 5.0
톨릴 트리아졸 3.0 3.0 1.5
1: 상품명; Belclene 494, FMC사
2: 포스포노부탄 트리카르복실산(상품명; Bayhibit AM, BAYER사)
3: 하이드록시에틸리딘 디포스포닉산(상품명; Unihib 106, LONZA사)
[비교예 1∼3]
상기 실시예 1∼3에서, 상기한 표 2의 조성을 가지는 수처리제 대신에 하기한 표 3의 조성을 가지는 수처리제를 사용한 것을 제외하고는 실질적으로 동일하게 실시하였다.
[비교예 4∼6]
상기 실시예 4∼6에서, 상기한 표 2의 조성을 가지는 수처리제 대신에 하기한 표 3의 조성을 가지는 수처리제를 사용한 것을 제외하고는 실질적으로 동일하게 실시하였다.
중량%
비교예 1, 4 비교예 2, 5 비교예 3, 6
물 100 75 70
수산화나트륨 - 12 15
아크릴레이트 중합체1 - - 5.0
포스포네이트 12 - - 10
포스포네이트 23 - 10 -
톨릴 트리아졸 - 3.0 -
1: 상품명; Belclene 400, FMC사
2: 하이드록시에틸리딘 디포스포닉산(상품명; Unihib 106, LONZA 사)
상기 실시예 및 비교예의 결과를 하기 표 4와 표 5에 각각 나타내었다.
단위: mdd, mdd= mg /(dm2·day)
수질
A B C
실시예 1 5.3 7.8 7.5
실시예 2 5.7 8.2 8.4
실시예 3 8.3 9.7 12.2
비교예 1 234.2 253.4 275.5
비교예 2 12.2 14.3 14.3
비교예 3 16.7 18.4 22.4
단위: %
수질
A B C
실시예 4 93 90 88
실시예 5 89 87 86
실시예 6 86 83 83
비교예 4 57 45 34
비교예 5 80 72 69
비교예 6 83 79 75
상기 표 4 및 표 5에 의하면, 상기 표 1의 수질을 가지는 시험수에 대한 실시예 1∼3에서의 부식 속도는 비교예 1∼3에서의 부식 속도 보다 현저히 작고, 실시예 4∼6에서의 스케일 억제율은 비교예 4∼6에서의 스케일 억제율 보다 높음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 수처리제 및 그를 이용한 수처리 방법은 특히, 칼슘 경도가 80ppm 이상인 수질 조건의 수배관내에서 스케일 형성을 억제하고 부식 반응 중 양극 및 음극 반응을 억제하여 부식을 방지하는 효과가 매우 뛰어날 뿐 아니라, 간편하고 안전하게 사용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 하기한 화학식(Ⅰ)로 표시되는 아크릴레이트 중합체(acrylate polymer) 0.1∼50 중량%, 포스포네이트(phosphonate) 0.1∼50 중량%, 아졸계(azol) 화합물 0.1∼20 중량% 및 잔부로서 물을 포함하는 부식 및 스케일 형성을 억제하기 위한 수처리제 조성물.
    [화학식 1]
    상기 식에서, R1은 수소 원자, 알킬기 및 히드록시기로 이루어진 군으로부터 선택되고, X, Y는 각각 독립적으로 1∼5의 정수이며, n은 1∼10의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포스포네이트는 포스포노부탄 트리카르복실산(phospho-nobutane tricarboxylic acid), 하이드록시에틸리딘 디포스포닉산(hydroxyethylid-ene diphosphonic acid), 하이드록시포스포노카르복실산(hydroxyphosphonocarboxy-lic acid) 및 아미노트리메틸렌 포스포닉산(aminotrimethylene phosphonic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수처리제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아졸계 화합물은 톨릴 트리아졸(tolyl triazol), 머캅토벤조티아졸(mercaptobenzothiazol) 및 벤조트리아졸(benzotriazol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 수처리제 조성물.
  4. 제1항에 따른 수처리제 조성물을 수배관에 투입하는 과정을 포함하는 부식 및 스케일 형성을 억제하기 위한 수처리 방법.
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