[과제를 해결하기 위한 수단]
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수처리 프로그램 내에서 질량 기준으로 글루코네이트 이온의 농도는 1.0 내지 50.0ppm, 아연 이온의 농도는 0.05 내지 5.0ppm, 오르토포스페이트 이온의 농도는 0.5 내지 30.0ppm, 오르가닉 포스페이트 이온의 농도는 0.5 내지 30.0ppm, 아졸계 화합물의 농도는 0.1 내지 10.0ppm, 아크릴레이트 공중합체의 농도는 0.1 내지 30.0ppm으로 유지되는 것을 특징으로 하는 금속의 부식 및 수중이온의 스케일 형성을 방지하기 위한 수처리 프로그램을 제공한다.
또한 본 발명은 수처리제 조성물을 수배관에 투여하여, 수처리 프로그램 내에서 질량 기준으로 글루코네이트 이온의 농도는 1.0 내지 50.0ppm, 아연 이온의 농도는 0.05 내지 5.0ppm, 오르토포스페이트 이온의 농도는 0.5 내지 30.0ppm, 오르가닉 포스페이트 이온의 농도는 0.5 내지 30.0ppm, 아졸계 화합물의 농도는 0.1 내지 10.0ppm, 그리고 아크릴레이트 공중합체의 농도는 0.1 내지 30.0ppm으로 유지하는 과정을 포함하는 금속의 부식 및 수중이온의 스케일 형성을 방지하는 방법을 제공한다.
본 발명에서 수처리 프로그램이란 소정 조성의 수처리제를 수배관의 물 속에 넣은 것을 의미한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
기존의 냉각수 수처리제로 널리 사용되고 있는 다양한 수처리 프로그램은 대부분 높은 경도와 낮은 농도의 염소 이온을 함유하는 수질에 적합하게 설계되어 있어 이를 낮은 경도와 높은 농도의 염소 이온을 함유하고 있는 수질에 적용할 경우에는 부식방지능력이 현저히 떨어진다는 문제점이 있었다. 본 발명가들은 수년간 이러한 문제를 해결하기 위한 연구를 진행하여 왔고, 그 결과 낮은 경도와 높은 농도의 염소 이온 존재하에서도 부식방지 및 스케일 억제 효과를 동시에 나타낼 수 있는 수처리 프로그램을 개발하게 되었다.
본 발명가들은 기존에 냉각수 처리제로 사용되고 있는 화합물들과 상호 보완 작용을 일으켜 낮은 경도와 높은 농도의 염소이온을 함유한 수질에서도 부식을 방지하고 스케일 발생을 억제시키는 프로그램을 개발하는 과정에서 글루콘산염이 부식 및 스케일에 대단히 만족스러운 상승효과를 발휘하는 것을 발견하였다.
글루콘산은 다당류의 유기산으로 1878년에 최초로 발견된 이래 1930년 경에 공업적 제조가 이루어졌고, 금속의 킬레이트제로 널리 사용되었으며, 다른 유기산에 비하여 금속에 대한 부식성이 상대적으로 미약하여 금속 배관의 세척제로 사용되기도 하였다. 한편 글루콘산염은 독성이 매우 적기 때문에 식품 첨가물로 사용될 정도로 안정성이 뛰어나다.
글루콘산염은 열 및 알칼리에 대해 매우 안정하고 분산작용 및 계면활성제 조장 효과가 있으므로, 냉각수용 수처리제로 응용하였을 때 낮은 경도와 높은 농도의 염소이온을 함유한 수질에서도 기존에 사용되어온 인산염, 포스포네이트, 아졸계 화합물 및 아크릴레이트 공중합체와 상호 보완 관계를 나타내어 부식 및 스케일 발생을 강력하게 억제하는 결과를 나타내었다. 따라서 글루콘산염이 함유된 수처리제 조성물은 낮은 경도와 높은 농도의 염소이온을 함유한 수질뿐만 아니라 높은 경도와 높은 농도의 염소이온을 함유한 수질에서도 강력한 부식 및 스케일 억제 기능을 발휘한다.
본 발명은 글루콘산염, 아연염, 인산염, 포스포네이트, 아졸계 화합물 및 아크릴레이트 공중합체를 포함한 수처리제 조성물을 수배관에 투여하여, 금속의 부식 및 수중이온의 스케일 형성을 방지하는 방법에 관한 것으로서, 총경도 150ppm 이하의 낮은 경도 및 염소 이온 농도 300ppm 이상의 높은 염소 이온 농도의 수질에서 발생할 수 있는 부식 및 스케일 형성을 억제하는데 특히 유용한 수처리 프로그램 및 수처리 방법에 관한 것이다.
수처리 조성물에 포함되는 글루콘산염은 글루콘산소다, 글루콘산칼륨 및 글루코닉산으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 글루콘산염을 수배관의 냉각수에 적용하여 생성되는 글루코네이트 이온은 부식반응중 양극 반응을 억제하는 기능 및 스케일 억제기능을 하는 것으로서, 글루코네이트 이온의 농도는 수처리 프로그램 내에서 질량 기준으로 1.0 내지 50.0ppm, 바람직하게는 2.0 내지 45ppm으로 유지되는 것이 적당하다. 글루코네이트 이온의 농도가 1.0ppm 미만이면 방식능력이 저하되며, 50.0ppm을 초과하면 방식효과는 좋으나 경제성이 떨어진다.
수처리 조성물에 포함되는 아연염은 염화아연, 황산아연 및 질산아연으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 아연염을 수배관의 냉각수에 적용하여 생성되는 아연 이온은 부식반응중 음극 반응을 억제하는 역할을 하는 것으로서, 아연 이온의 농도는 수처리 프로그램 내에서 질량 기준으로 0.05 내지 5.0ppm, 바람직하게는 0.1 내지 4.5ppm으로 유지되는 것이 적당하다. 아연 이온의 농도가 0.05ppm 미만이 되면 냉각수계에 부식이 생길 가능성이 있으며, 5.0ppm을 초과하면 하천 방류시 어패류에 위험을 줄 수 있다.
수처리 조성물에 포함되는 인산염은 제 1인산소다, 제 2인산소다, 제 3인산소다, 인산, 제 1인산칼륨, 제 2인산칼륨 및 제 3인산칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 인산염을 냉각수에 적용하여 생성되는 오르토포스페이트 이온은 부식 반응중 양극 및 음극반응을 억제하는 기능을 하는 것으로서, 오르토포스페이트 이온의 농도는 수처리 프로그램 내에서 질량 기준으로 0.5 내지 30.0ppm, 바람직하게는 1.0 내지 25ppm으로 유지되는 것이 적당하다. 오르토포스페이트 이온의 농도가 0.5ppm 미만이면 방식 능력이 저하되고, 30.0ppm을 초과하면 칼슘염 스케일 형성의 위험성이 나타날 수 있다.
수처리 조성물에 포함되는 포스포네이트는 포스포노부탄 트리카르복실산, 하이드록시 에틸리딘 디포스포닉산, 하이드록시 포스포노 카르복실산, 아미노 트리메틸렌 포스포닉산, 에틸렌디아민 테트라메틸리딘 포스포닉산으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 포스포네이트를 냉각수에 적용하여 생성되는 오르가닉 포스페이트 이온은 부식반응중 음극반응을 억제하는 기능 및 칼슘염 스케일 형성 억제기능을 하는 것으로서, 오르가닉 포스페이트 이온의 농도는 수처리 프로그램 내에서 질량기준으로 0.5 내지 30.0ppm, 바람직하게는 1.0 내지 25ppm으로 유지되는 것이 적당하다. 오르가닉 포스페이트 이온의 농도가 0.5ppm 미만이면 수처리 기능이 저하되고, 30.0ppm을 초과하면 경제성이 떨어진다.
수처리 조성물에 포함되는 아졸계 화합물은 톨릴트리아졸, 머캅토 벤조씨아졸, 벤조트리아졸 및 이미다졸로 이루어진 군으로부터 선택되며, 특히 구리 및 구리화합물의 부식억제 능력이 탁월하고, 아졸계 화합물의 농도는 수처리 프로그램 내에서 질량기준으로 0.1 내지 10.0ppm, 바람직하게는 0.3 내지 8ppm으로 유지되는 것이 적당하다. 아졸계 화합물의 농도가 0.1ppm 미만이면 방식효과가 미미하며 10.0ppm을 초과하면 경제성이 떨어진다.
아크릴레이트 공중합체는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 것을 사용하며, 아연염, 칼슘염, 마그네슘염을 비롯한 2가 금속염의 스케일 형성을 억제하는 기능을 갖는 것으로서, 아크릴레이트 공중합체의 농도는 수처리 프로그램 내에서 질량기준으로 0.1 내지 30.0ppm, 바람직하게는 0.5 내지 25ppm으로 유지되는 것이 적당하다. 아크릴레이트 공중합체의 농도가 0.1ppm 미만이면 수처리 효과가 미흡하며 30.0ppm을 초과하면 효과 증진에 비해 경제성이 떨어진다.
[화학식 1]
상기 식에서 n과 m은 각각 독립적으로 5 내지 1,000의 정수이고, R1과 R6은 각각 독립적으로 수소원자, 알킬기 또는 하이드록시기를 나타내며, R2및 R3는 각각 독립적으로 수소원자, 메틸 또는 에틸기를 나타내며, R4는 수소원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내며, R5는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타내며, X, Y는 각각 독립적으로 수소원자, 1가 금속원자 또는 N(R7)2를 나타내며, 여기에서 R7은 수소원자, 탄소수 1 내지 5의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 5의 하이드록시 알킬기이다.
상기와 같은 본 발명의 수처리 프로그램은 냉각탑, 열교환기 등 각종 산업용 수배관에서 발생할 수 있는 부식을 방지하고 스케일의 형성을 억제하는데 보다 효과적으로 사용될 수 있으므로 개방순환 냉각시스템과 일과식 냉각시스템이 사용 대상이 될 수 있고, 특히 낮은 경도와 높은 농도의 염소 이온이 함유되어 있는 부식성향이 높은 개방순환 냉각시스템의 수처리제로 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
[실시예]
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-7
1. 부식 시험
다음 표 1의 시험수질에 대하여 표 2에 표시된 수처리제 성분을 표 2에 표시한 각 농도로 유지시키고 25℃의 온도에서 탄소강 시험편을 회전속도 160rpm으로 회전시킨 후, 일정전위기(Potentiostat)를 이용하여 전기화학적으로 탄소강의 부식속도를 측정하였다. 부식속도는 타펠 커브(Taffel curve)를 측정하여 구하였으며, 측정된 각 시험편의 부식속도(mpy, mils per year)는 표 4에 나타내었다.
2. 스케일 성능 시험
다음 표 1의 시험수질에 대하여 표 2에 표시된 수처리제 성분을 표 2에 표시한 각 농도로 유지시키고, 테스트 용액을 밀폐시키고 70℃에서 24시간 정체시킨 후, 테스트 용액을 0.45마이크로 미터 필터로 여과하여 총경도를 측정함으로써 스케일 억제율을 측정하였다. 스케일 억제율은 다음의 수학식 1과 같은 방법으로 계산하였고, 이로부터 얻어진 결과를 표 5에 나타내었다.
[수학식 1]
억제율(%)=(Ce/Ct)×100
Ct : 시험전 시험액 중의 총경도
Ce : 시험후 시험액 중의 총경도
시험액 수질 조건
|
수질 |
#1 |
#2 |
#3 |
#4 |
#5 |
pH |
8.5 |
8.3 |
8.2 |
8.1 |
8.0 |
전기전도도 (μS/㎝) |
2900 |
850 |
1600 |
3300 |
4350 |
Ca-H(ppm) |
0 |
30 |
50 |
100 |
150 |
Mg-H(ppm) |
0 |
6 |
10 |
20 |
30 |
Chloride(ppm) |
1000 |
300 |
500 |
1000 |
1500 |
pH : 0.1N 수산화나트륨 수용액과 0.05N 황산 수용액으로 조절하였다.
Ca-H : 칼슘경도(염화칼슘으로 조절하였다.)
Mg-H : 마그네슘경도(황산마그네슘으로 조절하였다.)
Chloride : 염소이온(염화나트륨으로 조절하였다.)
성분 |
함량(ppm) |
실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
실시예 7 |
오르토포스페이트 |
6 |
10 |
6 |
10 |
6 |
10 |
12 |
글루코네이트 |
5 |
10 |
15 |
15 |
20 |
20 |
30 |
오르가닉 포스페이트 |
4 |
4 |
6 |
6 |
8 |
8 |
10 |
톨릴트리아졸 |
3 |
3 |
2.5 |
2.5 |
2 |
2 |
2 |
아크릴레이트 공중합체 |
5 |
5 |
6 |
6 |
8 |
8 |
10 |
아연이온 |
2.5 |
2.5 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
2.0 |
오르가닉 포스페이트 : PBTC(Bayer사)
아크릴레이트 공중합체 : Acumer 2000(Rohm & Hass사)
비교예 1-7
1. 부식 시험
표 1의 시험수질에 다음 표 3에 표시된 수처리제 성분의 각 농도를 유지시킨 후, 상기 실시예 1-7과 동일한 방법으로 실험하여 부식속도를 측정하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
2. 스케일 성능 시험
표 1의 시험수질에 표 3에 표시된 수처리제 성분의 각 농도를 유지시킨 후, 실시예 1-7과 동일한 방법으로 실험하여 스케일 억제율을 측정하였고, 그 결과를 표 5에 나타내었다.
성분 |
함량(ppm) |
비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
비교예 4 |
비교예 5 |
비교예 6 |
비교예 7 |
오르토포스페이트 |
- |
- |
6 |
10 |
6 |
10 |
12 |
글루코네이트 |
- |
10 |
- |
5 |
- |
- |
- |
오르가닉 포스페이트 |
- |
4 |
- |
- |
4 |
6 |
10 |
톨릴트리아졸 |
- |
- |
2 |
- |
3 |
2 |
2 |
아크릴레이트 공중합체 |
- |
- |
5 |
- |
5 |
8 |
10 |
아연이온 |
- |
- |
- |
1.0 |
2.5 |
2.0 |
- |
오르가닉 포스페이트 : PBTC(Bayer사)
아크릴레이트 공중합체 : Acumer 2000(Rohm & Hass사)
부식성 시험 결과 (단위 :mpy)
|
수질 |
#1 |
#2 |
#3 |
#4 |
#5 |
실시예 1 |
1.56 |
0.82 |
0.74 |
1.48 |
1.64 |
실시예 2 |
0.91 |
0.34 |
0.50 |
0.68 |
0.84 |
실시예 3 |
0.72 |
0.23 |
0.35 |
0.53 |
0.69 |
실시예 4 |
0.51 |
0.16 |
0.28 |
0.42 |
0.58 |
실시예 5 |
0.45 |
0.18 |
0.32 |
0.35 |
0.52 |
실시예 6 |
0.37 |
0.12 |
0.27 |
0.31 |
0.49 |
실시예 7 |
0.22 |
0.08 |
0.15 |
0.18 |
0.31 |
비교예 1 |
28.39 |
21.46 |
23.57 |
24.78 |
27.94 |
비교예 2 |
3.45 |
2.78 |
3.01 |
3.34 |
4.15 |
비교예 3 |
4.98 |
3.57 |
4.32 |
4.69 |
4.78 |
비교예 4 |
1.98 |
1.45 |
1.72 |
1.89 |
2.24 |
비교예 5 |
2.14 |
1.11 |
1.52 |
1.97 |
2.32 |
비교예 6 |
2.02 |
0.92 |
0.98 |
1.54 |
2.25 |
비교예 7 |
2.42 |
1.45 |
1.78 |
1.89 |
2.78 |
* mpy : mils per year (mils : 1/1000 inch)
스케일 성능 시험 결과 (단위 :%)
|
수질 |
#1 |
#2 |
#3 |
#4 |
#5 |
실시예 1 |
- |
93 |
96 |
92 |
93 |
실시예 2 |
- |
93 |
92 |
92 |
93 |
실시예 3 |
- |
93 |
96 |
96 |
93 |
실시예 4 |
- |
93 |
92 |
92 |
93 |
실시예 5 |
- |
100 |
98 |
98 |
98 |
실시예 6 |
- |
97 |
98 |
98 |
97 |
실시예 7 |
- |
100 |
98 |
98 |
98 |
비교예 1 |
- |
43 |
43 |
38 |
33 |
비교예 2 |
- |
67 |
68 |
62 |
59 |
비교예 3 |
- |
67 |
60 |
60 |
59 |
비교예 4 |
- |
37 |
40 |
40 |
41 |
비교예 5 |
- |
87 |
92 |
88 |
87 |
비교예 6 |
- |
93 |
90 |
90 |
89 |
비교예 7 |
- |
97 |
92 |
92 |
93 |
상기 표 4의 결과로부터 표 1에 나타낸 수질에 대해 본 발명의 실시예 1 내지 7의 수처리 프로그램에 의한 부식 속도가 비교예 1 내지 7에 의한 부식 속도보다 훨씬 작음을 알 수 있고, 또한, 상기 표 5의 결과로부터 본 발명에 따른 실시예 1 내지 7의 수처리 프로그램에 의한 스케일 억제율이 비교예 1 내지 7의 경우보다 더 높은 것을 알 수 있다.