KR20030041998A - 세척제 및 소독제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수용성 과망간산염이 유기 물질의 산화를 개시하기 위해 사용되고, 동시에 상기 공급된 과망간산염으로부터 유래하는 망간산염에 의해 촉매 지원을 받는 라디칼 반응을 형성할 수 있는 화학적 산화제, 바람직하게는 과산화이황산염이 사용되며, 상기 반응이 유기 물질을 산화시키는 세척제 및 소독제에 관한 것이다. 모든 성분은 분말 형태로 존재하고 각각의 분말 혼합물은 물에서 신속하게 용융될 수 있고 잔유물을 남기지 않는다. 따라서 이것은 보편적을 적용될 수 있고, 매우 효과적인 세척제 및 소독제를 제공한다.

Description

세척제 및 소독제{CLEANING AND DISINFECTING AGENT}
염소(Chlorine)는 현재 특히 세척 및 소독을 위해 사용된다. 하이포아염소산(HOCl) 또는 염산(HCl)과 같은 염소 화합물들은 수용액으로 형성되는데, 결국, 생성된 산소와 함께, 염소 수용액의 강한 산화 및 그에 따른 소독 효과는 이를 기초로 한다. 유사하게, 소독 효과는 염소가 질소 화합물과 반응하는 동안 발생하는 염화아민에 의해 형성되는데, 그러나 이것은 다수의 사람들에 의해 악취를 풍기고 눈을 자극하는 것으로 느껴진다. 염소에 의한 소독의 위험한 부산물은 결국 수소첨가된 탄화수소들이다. 그것들은 염소와 유기물의 반응을 일으키고 고농도에서 위험을 초래할 수 있다. 따라서, 염소의 살균 속도의 달성 없이 세척 및 소독을 위한 다른 화학물질에 의해 염소를 대체하기 위한 노력이 본격적으로 착수되었다.
세척 및 소독을 위해 염소를 사용함에 있어서 또다른 문제점은 운반 및 저장에 있는데, 이는 이러한 반응성이 높은 물질에 있어서는 특별한 주의가 유지되어야 하기 때문이다.
본 발명은 수용성 과망간산염이 유기 물질의 산화를 개시하기 위해 사용되고, 동시에 상기 공급된 과망간산염으로부터 유래하는 망간산염에 의해 촉매 지원을 받는 라디칼 반응을 형성할 수 있는 화학적 산화제, 바람직하게는 과산화이황산염이 사용되며, 상기 반응이 유기 물질을 산화시키는 세척제 및 소독제에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 세척제 및 소독제의 효율에 관한 반응 Pourbaix diagram (도 1; 25℃, 대기압의 1 bar 및 전해질 활동도 1 mol/L)을 도시한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 제거하는 반면 유사한 산화 및 소독 효과를 유지하는 세척제 및 소독제를 창안하는데 있다.
이것은 청구항 제 1 항의 특징부에 의한 본 발명에 따라 달성된다.
과망간산칼륨(KMnO4)은 그 소독 효과가 오랫동안 알려진 강산화제이다. 강한 알카리성 환경에서, 이것은 특히 7가(heptavalent) 망간의 산화수 +6 으로의 환원에 기초를 둔다. 그러나, 다른 이유로, 세척제 및 소독제로서의 이용은 달성되지 않았다. 이것의 강한 산화 효과로 인해, 과망간산칼륨은 예를 들면, 소독제의 다른 필수 성분들과 양립할 수 없는 것으로 판명되었다. 게다가, 물이 과망간산칼륨의 높은 산화 포텐셜에 대해서 환원제로서 작용하고, 따라서, 수용액 내에서 상기 소독제의 안정성 문제를 야기한다.
GB 1 510 452 A 호에는 과망간산칼륨 및 표면 장력을 줄이기 위한 알킬 황산 나트륨(sodium alkyl sulfate)으로 구성되는 화장실 세면기용 소독제가 공지되어 있다. 특히 과망간산칼륨과 함께 작용하는, 어떠한 산화제도 제공되지 않는다. 상기 알카리성 환경을 보증하는 어떠한 수단도 보장되지 않기 때문에 상기 제제의 적합성은 전반적으로 의심됨에 틀림없다. 그러나, 알카리성 환경은 낮은 수용성을 나타내는 이산화망간(Mn Ⅳ "brownstone")의 침전을 방지하기 위해 필수적이다. 또한, 그것들은 상기 과망간산칼륨의 살균 효과를 증진시킨다.
본 발명에 있어서, 산화 포텐셜이 과망간산염의 산화 포텐셜을 능가하는 산화제가 상기 과망간산염에 첨가된다. 본 발명에 따르면, 이것은 과산화이황산염(peroxodisulfates), 바람직하게는 과산화이황산나트륨의 첨가에 의해 달성된다. 이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 라디칼 반응은 그것들의 협동 작용에 의해 개시되고, 그 결과 유기물의 효과적인 산화가 이루어진다.
청구항 제 5 항에 따른 수단의 결과로, 유기 화합물의 산화가 알카리 조건하에서 가속되기 때문에, 상기 과망간산염의 살균 속도의 증가가 달성된다.
청구항 제 6 항은 적용된 경도 안정제(hardness stabilizers; 착화제)가 상기 과산화이황산염에 대해 저항력을 갖도록 보장한다. 또한, 비철 금속 및 플라스틱의 부식에 대한 확실한 보호 효과를 가져올 수 있다.
청구항 제 9 항은 상기 방법의 결과로서 소독제 및 세척제의 운반 및 저장을 위한 유리한 조건을 제공한다.
본 발명에 따른 세척제 및 소독제의 효율에 관한 반응은 Pourbaix diagram (도 1; 25℃, 대기압의 1 bar 및 전해질 활동도 1 mol/L)을 참조로 더욱 상세하게 설명된다.
먼저, 강한 산화제가 본 발명에 따른 형태 및 농도로 제공되는데, 이것은 바람직하게는 알카리 과산화이황산염에 관한 것이다. 비록 상기 알카리 과산화이황산염이 강한 산화제라 하더라도, 이것은 실온에서 및 각각 촉매가 없는 조건하에서유기 화합물과 단지 느리게 반응한다. 효과적이고 완전한 유기 물질의 산화는 상기 과망간산칼륨에 의해 다소 개시된다. 유기 탄소는 옥살레이트로 산화된다. 과망간산칼륨과 유기 물질들 사이의 반응 속도를 가속시키기 위한 목적으로, 따라서 알카리 환경을 보장하기 위해서 알카리 하이드록사이드, 바람직하게는 NaOH가 첨가된다.
본 발명의 적용에 있어서, 분말 형태로 존재하는 세척제 및 소독제는 우선 물에서 잔유물 없이 신속하게 용해된다. 본 발명에 따른 조성의 결과로, 상기 용액의 알카리도의 상승으로 인해, 알카리-토 카보네이트 및 하이드록사이드의 침전을 방지하는데 충분하도록 상기 경도 안정제의 용해가 신속하게 일어나며, 이것은 물의 경도가 높은 경우에 특히 결정적이다. 본 발명에 따른 상기 분말이 물에서 용해되는 동안, 우선 하이드록사이드 이온이, 한편으로는 상기 과산화이황산염(반응식 1)에 의해 산화되고, 다른 한편으로는 상기 과망간산염(반응식 2)에 의해 산화되고, 7가 망간은 산화수 +6을 갖는 망간으로 환원된다. 산소의 배출도 또한 일어난다.
반응식 1 : 3 OH-+ S2O8 2-= HO2 -+ 2 SO4 2-+ H2O
반응식 2 : 4 OH-+ 4 MnO4 -= O2↑+ 4 MnO4 2-+ 2 H2O
상기 과산화이황산염에 의한 하이드록사이드 이온의 산화 동안에 발생하는 상기 하이드로겐 퍼록사이드 이온은 상기 Mn(Ⅵ)을 Mn(Ⅶ)으로 재산화시킨다(반응식 3):
반응식 3 : HO2 -+ 2 MnO4 2-+ H2O = 3 OH-+ 2 MnO4 -
상기 과산화이황산염의 분해 속도가 상기 과망간산염의 분해속도를 따라가지 못하면(예를 들면, 상기 과망간산염의 분해가 유기 물질의 고농도 및/또는 양호한 산화성에 의해 촉진되기 때문에), Mn(Ⅵ)의 형성이 증가된다. 상기 6가 망간 종의 우세는 상기 용액을 녹색으로 변색시키는데, 이것은 망간 Ⅶ 에 의해 형성된 초기의 자주색과 대조를 이룬다. 유기 화합물(여기서는 "CH2O"로 지칭되는데, 이것은 일반적으로 산화수가 0 인 탄소 및 특히 탄수화물을 의미함)의 Mn Ⅶ 에 의한 옥살레이트로의 산화 및 그에 따라 동시에 발생하는 상기 과망간산염의 분해는 급속하게 일어나는데, 이는 높은 pH 값이 수많은 유기 물질에 산화시키는 방식으로 작용하기 때문이며, 이는 음이온성 산화제의 공격을 촉진한다. Mn Ⅶ 에 의한 유기 물질의 산화는 또한 MnO4 3-와 관계되는데, 여기서 망간은 산화수 +5로 존재(반응식 4)하지만, 과망간산염에 의해 다시 6가 망간으로 산화된다(반응식 5).
반응식 4 : 2 {CH2O} + 3 MnO4 -+ 2 H2O = C2O4 2-+ 3 MnO4 3-+ 8 H+
반응식 5 : MnO4 3-+ MnO4 -= 2 MnO4 2-
반응식 4 에 따른 상기 과망간산염의 유기 물질에 대한 공격은 본 발명에 따른 상기 분말의 높은 효율을 가져오지 않는다. 신속하고 효율적인 유기 물질의 산화는 오히려 이제 개시되는 라디칼 반응에 의해 형성된다. 개시점은 상기 과산화이황산염으로부터 발생하는 SO4 -라디칼이다. 상기 라디칼은 먼저 상기 과산화이황산염의 균일 분해(homolytic cleavage)에 의해(반응식 6) 또는 그것의 유기 화합물과의 반응에 의해 형성될 수 있다(반응식 7):
반응식 6 : S2O8 2-= 2SO 4 -
반응식 7 : 2S2O8 2-+ 2{CH2O} + 2H2O = 2SO4 2-+ 2SO 4 - +{C +1 -R}+ 4H+
반응식 7 에서,{C +1 -R}은 예를 들면, 형태상으로{H 2 C 2 O 3 } 2- 와 같이 산화수가 +1 인 탄소를 갖는 라디칼을 나타내는데, 여기에는 상기 탄소 원자 사이에 이중 결합이 존재한다. 볼드체로 표시된 화합물들은 라디칼 또는 라디칼 이온을 나타낸다.
시험 결과에 의해 나타난 바와 같이, 상기SO 4 - 는 주로 존재하는 망간 화합물과의 협동 작용에 의해 형성되는것 같이 보인다. 망간 Ⅵ 또는 망간 Ⅴ 화합물들은 반응식 8 및 9 에 따라 과산화이황산염에 라디칼-형성 효과를 미치는 것으로 받아들여 질 수 있다:
반응식 8 : MnO4 2-+C 2 O 4 2- + 2 H2O = MnO4 3-+ 2 CO3 2-+ 4 H+
반응식 9 : MnO4 3-+ S2O8 2-= MnO4 2-+ SO4 2-+SO 4 -
라디칼 반응의 연속단계가 개시되는데, 이것의 단지 가장 중요한 단계는 아래에 기술될 것이다. 따라서, 상기SO 4 - 라디칼은OH라디칼을 형성한다(반응식 10). 이 라디칼은, 일반적으로 알려진 바와 같이, 가장 반응성이 강한 화합물에 속하며 유기 물질들을 산화시킨다(반응식 11).SO 4 - 라디칼은 그 다음 다시 형성된다(반응식 12) :
반응식 10 :SO 4 - + H2O = HSO4 -+OHㆍ
반응식 11 : 2OHㆍ+ 2 {CH2O} + H2O = 2 OH-+{C +1 -R}+ 4 H+
반응식 12 :{C +1 -R}+ 4S2O8 2-+ H2O = 4SO4 2-+ 4SO 4 - + C2O4 2-+ 4H+
반응식 10 에 따른 이것의 형성 후에, 상기 하이드록사이드 라디칼은 또한 옥살레이트와 반응할 수 있다(반응식 13). 상기 황산염 라디칼은 그다음 상기 과산화이황산염에 의해 다시 형성된다(반응식 14) :
반응식 13 :OHㆍ+ C2O4 2-= OH-+C 2 O 4 -
반응식 14 :C 2 O 4 - + S2O8 2-+ 2 H2O = 2 CO3 2-+ SO4 2-+SO 4 - + 4 H+
유기 화합물의 산화를 위한 다른 반응 채널은 상기 황산염 라디칼 자체와 관련된다. 상기 황산염 라디칼은 유기 화합물들을 산화시키고(반응식 15) 최종적으로 과산화이황산염에 의해 다시 재공급될 수 있다(반응식 16) :
반응식 15 : 2SO 4 - + 2 {CH2O} + H2O = 2 SO4 2-+{C +1 -R}+ 4 H+
반응식 16 :{C +1 -R}+ 4S2O8 2-+ H2O = 4SO4 2-+ 4SO 4 - + C2O4 2-+ 4H+
상기 황산염 라디칼은 또한 옥살레이트와 반응할 수 있고(반응식 17), 동일하게 과산화이황산염 분자에 의해 다시 재공급된다(반응식 18) :
반응식 17 :SO 4 - + C2O4 2-= SO4 2-+C 2 O 4 -
반응식 18 :C 2 O 4 - + S2O8 2-+ 2 H2O = 2 CO3 2-+ SO4 2-+SO 4 - + 4 H+
따라서, 상기 반응 10 내지 18 의 진행에 따라, 유기 화합물의 효율적인 산화가 일어나고, 이러한 산화는 상기 라디칼의 개시를 통하여 효과가 달성되고 상이한 산화수를 갖는 망간 화합물에 의해 개시되며 과산화이황산염에 의해 유지된다는 것을 알 수 있다.
라디칼들 사이의 재결합 반응은 결국 연쇄 반응 10 내지 18 을 최종 종결 단계로 이끈다.(반응식 19 내지 24) :
반응식 19 :SO 4 - + SO 4 - = S2O8 2-
반응식 20 :SO 4 - +OHㆍ= HSO5 -(불안정)
반응식 21 : 4SO 4 - +{C +1 -R}+ H2O = 4 SO4 2-+ C2O4 2-+ 4 H+
반응식 22 :OHㆍ+OHㆍ=H2O2
반응식 23 : 4OHㆍ+{C +1 -R}+ H2O = 4 OH-+ C2O4 2-+ 4 H+
반응식 24 : 3{C +1 -R}+ 3 H2O = C2O4 2-+ 4 {CH2O} + 4 OH-
(예를 들면,{H 2 C 2 O 3 } 2- 의 불균형)
망간산염(Ⅵ)은 물에서 열역학적으로 불안정하게 작용하기 때문에, 그 다음 망간 Ⅱ 의 우세가 발생한다(반응식 25) :
반응식 25 : MnO4 2-+ H2O = O2↑+ HMnO2 -+ OH-
상기 용액의 노란색으로의 변색은 옥살레이트 착물을 형성하는 망간(Ⅱ)의 존재를 보여주며 따라서 상기 세척 및 소독 공정의 본질적인 완결을 보여주는 것이다.
상기 연쇄 반응 10 내지 25 의 전체 진행 동안에, 산소 및 하이드로겐 퍼록사이드(반응식 1, 2, 16 및 25)가 배출되고, 이것은 상기 세척 및 소독 공정을 추가적으로 돕는다.
추가적인 강산화제로서 과산화이황산염 화합물만을 전적으로 사용할 필요는 없다. 망간 Ⅶ 에서 망간 Ⅵ 으로의 산화 포텐셜(도 1 의 Pourbaix diagram 에서선 MnO4 -/MnO4 - -)을 능가하는, 바람직하게는 HO2 -에서 OH-로의 산화 포텐셜(도 1 의 Pourbaix diagram 에서 선 HO2 -/ OH-)을 능가하는 다른 산화제들도 사용될 수 있다. 과요오드산염(periodate)이 또한 선 MnO4 -/MnO4 - -에 관하여 적합한데, 이것은 약간 변형된 화학작용의 범위 내에서 망간 Ⅴ 또는 Ⅵ 의 과망간산염으로의 재산화를 보장한다. 비록 과산화이인산염 및 오존의 이용이 이론적으로 가능하더라도, 기술적 관점에서는 거의 실현될 수가 없다. 과산화이인산염은 현재 대량으로 이용가능하지 않고 오존은 그것의 높은 반응성 때문에 급속하게 분해되며, 이때문에 이것은 상업적인 세척제 및 소독제로서 적합하지 않다. 비록 하이포아염소산염(hypochlorite)이 수용액 내에서 충분히 안정하더라도, 보다 더 긴 시간에 걸쳐서 저장하는 경우에도, HO2 -이온들의 형성을 위한 환원-산화 쌍 ClO-/Cl-의 전기 화학적 우세를 보장하는 것이 필요하다.
본 발명에 따른 세척제 및 소독제의 모든 성분들은 분말 형태로 존재하는데, 이러한 사실은 효율적이고 신속한 유기 물질의 산화는 별도로 하더라도, 상기 제제의 운반 저장 및 운반에 대해서는 매우 유리하다.
이하 실시예들은 상기 세척제 및 소독제의 이용에 관한 다양한 가능성을 제공하며, 이러한 방법에만 한정되는 것으로 이해되어서는 안될 것이다.
실시예 1:
본 발명에 따른 세척제 및 소독제는 특히 음료수 제공 시스템에 적합하게 이용될 수 있다. 각각의 분말 혼합물은 58% NaOH (prilled), 27.10% 트리폴리인산칼륨, 14.75% 과산화이황산나트륨 및 0.15% 과망간산칼륨을 포함한다. 상기 적용은 대략 리터당 분말 제품 8 g 의 농도에서 이루어지고, 물에서의 용해는 신속하게 이루어지며 잔유물은 남지 않는다. 황산염, 하이드록사이드 및 다른 라디칼의 배출 뿐만 아니라, 상기 알카리도는 세척 및 소독 공정을 촉진시킨다. 자주색(망간(Ⅶ) 종의 우세)으로부터 녹색(망간(Ⅵ)의 우세)으로의 색상 변화, 그리고 최종적으로 노란색(망간(Ⅱ/Ⅳ)의 우세)으로의 색상 변화는 상기 세척 공정의 시각적 평가를 가능하게 한다.
실시예 2:
본 발명에 따른 세척제 및 소독제는 또한 병의 세척에 이용될 수도 있다. 현재, 더럽혀진 병은 양잿물에 담궈져 세척된다. 이러한 용액은 대체로 NaOH 및 표면 장력을 줄이기 위한 첨가제들을 포함하며 세척 공정을 가능하게 하기 위해 적어도 70℃로 가열되어야 한다. 본 발명에 따른 상기 세척제 및 소독제에 있어서, 요구되는 살균을 실온에서 또한 달성할 수 있는데, 이것은 요구되는 기계 설비를 줄이고 비용적인 효율을 개선시킨다. 상기 병은 단지 물에 용해된 본 발명에 따른 분말 혼합물 또는 액체 상태로 존재하는 2가지 성분 NaOH/트리폴리인산칼륨 및 과산화이황산염/과망간산염으로 스프레이된다. 색상의 변화로 인해 쉽게 최적화될 수 있는 노출 시간 경과후에, 상기 소독된 병은 물로 스프레이되어 세척된다.
실시예 3:
야채-처리 또는 감자-처리 공장 또는 맥주 공장에서 무기질 코팅은, 미네랄 산 또는 알카리 용액에 어떤것에 의해서도 잘 용해될 수 없는 염의 혼합물로 구성되어 있기 때문에 일반적으로 용해시키기가 어렵다. 이것들은 옥살산칼륨, 마그네슘 암모늄 포스페이트 또는 실리케이트에 관련된다. 본 발명에 따른 세척제 및 소독제는 거의 잔유물이 없는 이러한 침전물의 제거를 가능하게 한다. 약 10% 의 수용액이 본 발명에 따른 성분 조성으로 제조되고 세척되는 표면은 동일하게 처리된다. 1 시간 미만의 노출 시간 후에 상기 코팅은 물로 용이하게 헹구어진다.
본 발명은 수용성 과망간산염이 유기 물질의 산화를 개시하기 위해 사용되고, 동시에 상기 공급된 과망간산염으로부터 유래하는 망간산염에 의해 촉매 지원을 받는 라디칼 반응을 형성할 수 있는 화학적 산화제, 바람직하게는 과산화이황산염이 사용되며, 상기 반응이 유기 물질을 산화시키는 세척제 및 소독제에 관한 것으로, 음료수 제공 시스템, 병의 세척, 야채-처리, 맥주공장등 세척 및 소독이 필요한 분야에서 광범위하게 적용가능하고, 효율적인 산화작용을 가능케 하며, 운반 및 저장의 효율성을 보장한다.

Claims (10)

  1. 수용성 과망간산염을 포함하는 세척제 및 소독제에 있어서,
    유기 물질의 산화를 개시하기 위해 제공되는 수용성 과망간산염 이외에, 상기 제제는 적어도 10, 바람직하게는 적어도 12 의 pH 값을 갖는 알카리 환경을 고정시키기 위한 제제를 추가적으로 포함하며, 그리고 산화 포텐셜이 망간 Ⅶ 에서 망간 Ⅵ 으로의 산화 포텐셜, 바람직하게는 HO2 -에서 OH-로의 산화 포텐셜을 넘는 적어도 하나의 추가적인 산화제와 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 세척제 및 소독제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    과산화이황산염, 바람직하게는 과산화이황산나트륨이 추가적인 산화제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 세척제 또는 소독제.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    과망간산칼륨이 과망간산염으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 세척제 또는 소독제.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,
    알카리 하이드록사이드, 바람직하게는 NaOH 가 상기 알카리 환경을 달성하기 위해서 사용되는 것을 특징으로 하는 세척제 또는 소독제.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    내산화성 폴리인산염, 바람직하게는 트리폴리인산칼륨이 경도 안정제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 세척제 또는 소독제.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    다음과 같은 조성으로 사용되는 것을 특징으로 하는 세척제 또는 소독제:
    NaOH 50% - 70% , 바람직하게는 58%
    트리폴리인산칼륨 20% - 35%, 바람직하게는 27%
    Na2S2O810% - 20%, 바람직하게는 15%
    KMnO4적어도 0.01%.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    모든 성분이 분말 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 세척제 또는 소독제.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    세척제 또는 소독제 용액 리터당 7 내지 8 그램의 세척제 및 소독제가 용해되는 것을 특징으로 하는 세척제 또는 소독제.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    다음과 같은 조성으로 사용되는 것을 특징으로 하는 세척제 또는 소독제:
    50% KOH 20% - 35%, 바람직하게는 28%
    50% 트리폴리인산칼륨 5% - 25%, 바람직하게는 15%
    하이포아 염소산염 잿물 25% - 35%, 바람직하게는 30%
    KMnO4적어도 0.01%.
  10. 제 9 항에 있어서,
    3% 수용액으로 사용되는 것을 특징으로 하는 세척제 또는 소독제.
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