KR20180078305A - 부식 억제제 및 물 컨디셔닝제 - Google Patents
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Abstract
트리메타인산염, 헥사메타인산염, 또는 트리폴리인산염 중 하나 이상의 제1 인산염을 포함하는 부식 억제 특성을 갖는 조성물이 제공된다. 또한, 인산이나트륨 및 피로인산사나트륨 중 하나 이상의 제2 인산염은 제2 인산염에 대해 1-4:1의 중량비로 존재하는 제1 인산염과 함께 존재한다. 용매 중에서 0.1 내지 5의 전체 중량 백분율로 용해시, 부식 억제 용액은 냉각 시스템에서 물 컨디셔너로서의 용법에 대해 매우 적합하다. 또한, 부식으로부터 철 함유 금속을 보호하는 공정이 제공되며, 이는 금속을 용액에 노출하는 것을 포함한다. 시간에 따른 금속의 부식은 모니터링되어 금속의 보호를 보장한다.
Description
관련 출원
본 출원은 2015년 11월 4일에 출원된 미국가특허 출원 일련번호 62/250,932의 우선권 이익을 주장하며; 이의 내용은 본원에 참조로 포함되어 있다.
본 발명의 기술분야
본 발명은 일반적으로 부식 억제제, 특히 각각의 이러한 화합물 단독과 비교하여 우수한 철 부식 억제력을 제공하는 인산염 화합물의 조합에 관한 것이다.
붕사와 같은 광물 형태로 알려진 사붕사나트륨은 다양한 제품, 예컨대 부식 억제제, 자분, 및 물 컨디셔너에서의 공통된 주요 성분이다. 붕사는 최근에 이러한 다양한 응용분야에 대해 관심대상에서 멀어지고 있다.
다른 선행기술 제품은 70의 전체 중량 백분율 미만으로 존재하는 트리폴리인산나트륨(STPP) 및 5의 전체 중량 백분율 미만으로 존재하는 피로인산사나트륨의 조합에 기초한다. 붕사를 배제하는 한편, 이러한 제품의 pH는 탈이온수에서 1의 전체 중량 백분율로 희석시 8 내지 10.5이다. 주철은 이러한 조건 하에서 녹스는 경향이 있다. 더 낮은 농도에서, 산화 부식 속도는 보다 더 확연할 것으로 예상된다. 심지어 탄산나트륨의 첨가의 경우, 생성된 용액은 붕사만큼 녹 조절에 있어서 효과적이지 않다.
알칼리도가 너무 높은 용액은 피부염을 야기할 수 있다. 일반적으로, 수용액의 알칼리도가 증가할수록 국소 노출 피부염이 발병될 기회가 증가한다. 높은 알칼리도의 용액은 신속하게 자연적 발생 피부 산도를 중화시키고, 피부염을 야기할 수 있다. 완전 희석 부식 억제제에서의 8.5-9.0의 pH는 국소 노출 피부염의 가능성을 감소시키는데 바람직하다. 그러나, 알칼리도의 양이 감소함에 따라, 부식 방지의 수준도 감소하는 것으로 일반적으로 알려져 있다. 부식 방지와 피부염에 대한 잠재성 사이의 균형이 이루어질 것이 요구된다.
따라서, 국소 접촉 피부염을 유도하는 경향이 있는 수용액에서 희석되는 경우에서의 pH 값 또는 조절 우려가 없이 붕사의 부식 억제력을 제공하는 조성물에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 냉각 시스템에서의 물 컨디셔너로서의 용법을 위한 이러한 조성물이 존재한다.
본 발명의 요약
부식 억제 특성을 갖는 조성물이 제공되며, 이는 트리메타인산염, 헥사메타인산염, 또는 트리폴리인산염 중 하나 이상의 제1 인산염을 포함한다. 인산이나트륨 및 피로인산사나트륨 중 하나 이상의 제2 인산염은 또한 제2 인산염에 대해 1-4:1의 중량비로 존재하는 제1 인산염과 함께 존재한다. 용매에서 0.1 내지 5의 전체 중량 백분율로 용해시, 냉각 시스템에서 물 컨디셔너로서의 용법에 매우 적합한 부식 억제 용액이 생성된다. 금속을 상기 용액에 노출시키는 것을 포함하는 부식으로부터 철 함유 금속을 보호하는 방법이 또한 제공된다. 시간에 따른 금속의 부식은 금속의 보호를 보장하기 위해 모니터링된다.
본 발명은 수용액에서의 희석시의 부식 억제제 및 물 컨디셔너로서의 유용성을 가진다. 본 발명은 종래의 붕사 무함유 조성물보다 더 낮은 pH에서 더 나은 부식 방지력을 제공한다. 이는 성분의 40 이상의 전체 중량 백분율을 갖는 농축물로 존재하는 2개의 인산염 성분 사이의 상승작용을 통해 달성되며, 이는 10.0 미만의 pH, 일부 구현예에서, 9.2 내지 9.8의 pH를 갖는 수용액을 형성하기 위해 수중에서 1의 전체 중량 백분율로 희석되는 경우에 인산염을 생성한다. 종래의 인산염 기반 항-부식제와 대조적으로, 본 발명은 피부염을 억제한다. 부식 억제제로서 단독으로 사용되는 것 이외에, 본 발명은 예시적으로 형광 자분, 물 컨디셔너, 수계 침투액, 수성 현상제 및 리무버, 수성 세정 제품, 물-희석가능 금속 가공액 및 부식 억제제의 건조 혼합 제형인 다양한 제품에서 종래의 부식 억제제에 대한 대체물로서 적합하다.
본 발명의 일부 구현예에서, 조성물은 SAE 에어로스페이스 스탠다드 4792 Rev. A(SAE Aerospace Standard 4792 Rev. A)의 요건을 중촉시킨다. 이러한 표준은 "수성 자분 검사용 물 컨디셔닝제"와 관련되고, 이의 섹션 3.5.1.3은 염기도와 관련하여 "용액은 7.0-10의 pH를 나타내어야 함"을 언급하고 있다.
본원에 사용되는 용어 "염"은 산과 염기의 중화 반응의 반응 생성물로 정의된다. 본원에 사용되는 상기 용어는 달리 언급하지 않는 한, 이러한 이온성 반응 생성물의 수화물 및 무수물 형태를 포괄하는 것으로 의도된다. 본 발명에서의 염의 중량 백분율을 결정하기 위한 목적을 위해, 수화 중의 물의 중량은 주어진 염의 중량에 대해 계산되지 않는다.
일정 범위의 값이 제공되는 경우에서, 범위는 범위의 종점값뿐 아니라 상기 범위에 명확하게 포함되는 범위의 중간값도 포괄하는 것으로 의도되며, 범위의 최종 유의미한 수치에 의해 변화되는 것으로 이해되어야 한다. 예로서, 1 내지 4의 언급된 범위는 1-2, 1-3, 2-4, 3-4, 및 1-4를 포함하는 것으로 의도된다.
제1 인산염은 인산이나트륨 또는 트리폴리인산염, 또는 이들의 조합이다. 제1 인산염의 양이온은 알칼리 금속 양이온 또는 알칼리토 양이온이다. 본원에서 유효한 양이온은 예시적으로 나트륨, 칼륨, 칼슘, 또는 이들의 조합을 포함한다. 본 발명의 특정 구현예에서, 제1 인산염은 유일하게 트리폴리인산나트륨이다.
제2 인산염은 2가 인산염 또는 4가 피로인산염이다. 제2 인산염의 양이온은 알칼리 금속 양이온 또는 알칼리토 양이온이다. 본원에서 유효한 양이온은 예시적으로 나트륨, 칼륨, 칼슘, 암모늄, 또는 이들의 조합을 포함한다. 본 발명의 특정 구현예에서, 제2 인산염은 인산이나트륨이고, 단, 제1 인산염이 트리폴리인산나트륨, 인산이칼륨, 인산이암모늄, 피로인산사나트륨, 피로인산사칼륨, 또는 이들의 조합이다. 또 다른 본 발명의 구현예에서, 제2 인산염은 유일하게 인산이나트륨, 이의 무수물 또는 수화물이다. 다른 본 발명의 구현예에서, 제2 인산염은 피로인산사나트륨, 피로인산사칼륨, 또는 이들의 조합이다.
본 발명에 따라, 제1 인산염은 제1 인산염 및 상기 제2 인산염과 같이 1-4:1의 제2 인산염에 대한 중량비로 존재한다. 상기 농축물은 수용액의 건조된 잔류물 또는 농축물의 90 내지 100의 전체 중량 백분율의 양으로 존재하는 2개의 염을 가진다. 이로써 탈이온수 중의 1 중량%로 용해되는 본 발명의 조성물의 수용액이 9.5 내지 9.8의 pH를 가진다. 인산염 농축물이 부식 억제력을 제공하기 위한 종래의 제품에 첨가될 수 있는 것으로 이해된다.
임의의 첨가제가 상기 농축물의 0 내지 60의 전체 중량 백분율로 존재한다. 본원에서 유효한 첨가제는 규산나트륨, 금속 염화물, 세라믹 실리케이트, 실리카, 중합체, pH 버퍼, 계면활성제, 소포제, 살생물제, 및 이의 조합을 포함하고, 단 이러한 첨가제의 전체 양은 60의 전체 건조 중량 백분율 미만이다.
규산나트륨은, 존재하는 경우, 일부 본 발명의 구현예에서 0.5 내지 20의 건조 중량 백분율의 양으로 사용된다.
본원에서 유효한 금속 염화물은 예시적으로 염화아연, 염화마그네슘, 및 이들의 조합과 같은 기판 보호제 염(substrate protectant salt)을 포함한다. 일부 구현예에서, 금속 염화물은, 존재하는 경우, 본 발명의 구현예에서 0.1 내지 14의 건조 중량 백분율의 양으로 사용된다. 규산나트륨과 조합하여 또는 규산나트륨 뒤에 적용되는 염화아연은 규산아연 코팅 형성을 야기하는 것으로 이해된다.
본원에서 유효한 세라믹 셀리케이트는 예시적으로 지르코늄 실리케이트, 마그네슘 실리케이트, 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 세라믹 실리케이트는, 존재하는 경우, 용액의 0.01 내지 3의 건조 중량 백분율의 양으로 사용된다.
본원에서 유용한 실리카는 예시적으로 건식 실리카, 이산화규소, 비결정성 실리카, 알루미나-실리케이트, 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 실리카는, 존재하는 경우, 본 발명의 일부 구현예에서, 농축물의 0.3 내지 60의 건조 중량 백분율의 양으로 사용된다. 실리카는 점도를 조절하고, 내열성을 개선하는데 매우 적합한 것으로 이해된다.
본원에서 유효한 중합체는 예시적으로 폴리에틸렌 분말, 폴리아미드, 테트라플루오로에틸렌 폴리에스테르, 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 중합체는, 존재하는 경우, 본 발명의 일부 구현예에서, 1 내지 20의 건조 중량 백분율의 양으로 사용된다.
본 발명에서 유효한 살생물제 및 소포제는 수용액에서의 가용성 및 상용성에 의해서만 제한된다. 살생물제 및 소포제의 전형적인 장입량은, 존재하는 경우, 각각 0.01 내지 5의 건조 중량 백분율 및 0.5 내지 5의 건조 중량 백분율의 범위이다.
또 다른 첨가제는 색상을 부여하기 위해 첨가되는 안료를 포함한다. 본원에서 유효한 안료는 예시적으로, 다양한 금속, 예컨대 철, 코발트, 주석, 망간, 및 이들의 조합의 산화물, 황화물, 셀렌화물, 황산염을 포함한다. 일부 구현예에서, 안료는, 존재하는 경우, 본 발명의 일부 구현예에서, 0.1 내지 60의 건조 중량 백분율의 양으로 사용된다. 자분 또는 다른 불활성 충전재가 존재할 수 있으며, 착색 안료 첨가제로서 고려되는 것으로 이해한다.
본원에서 유효한 계면활성제는 예시적으로 비이온성 계면활성제 예컨대 에폭실화 4차 암모늄염 예컨대 알킬 아릴 디메틸 암모늄 염화물 및 디알킬 디메틸 암모늄 염화물; 비이온성 계면활성제 예컨대 알킬 설페이트염, 알킬벤젠 또는 알킬톨루엔 설포네이트, 또는 알킬 에테르 설페이트; 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 실리카는, 존재하는 경우, 본 발명의 일부 구현예에서, 1 내지 15의 건조 중량 백분율의 양으로 사용된다.
본원에서 유효한 pH 버퍼는 예시적으로 본 발명의 조성물의 수용액 중에 존재하는 제1 인산염, 제2 인산염, 또는 이들의 조합의 컨주게이트 약산 또는 약염기를 포함한다.
본 발명의 조성물은 건조 분말로서 저장되고, 특정 농도로 수중에서 용해되는 방법에 관한 설명이 제공된다. 다른 본 발명의 구현예에서, 용액 농축물이 제공된다. 전형적으로, 농축물은 사용되는 용액을 형성하기 위해서 10 내지 500배로 희석된다. 또 다른 구현예에서, 본 발명의 조성물은 본 발명의 조성물의 용액의 0.1 내지 5의 전체 중량 백분율을 포함하는 완전하게 희석된 용액으로 사용할 준비가 된 채로 제공된다.
철 함유 금속이 부식되는 것을 방지하는 공정은 본 발명의 용액에의 금속의 노출을 수반한다. 시간에 따른 금속의 부식을 모니터링하는 것을 통해, 금속의 부식 보호가 보장된다. 모니터링이
하는 경우에 보충되는 용액은 금속의 부식이 예정된 임계값을 초과하는 것을 나타내는 경우에 용액이 보충된다.
용액의 준비시, 상술한 첨가제의 또 다른 양이 용액에 첨가되는 것으로 이해된다. 물과 혼화되는 조용매가 또한 본 발명의 일부 구현예에서 제공된다. 본원에서 유효한 조용매는 예시적으로, 아민 용매 예컨대 피리딘, 피페리딘, 콜리딘, 에틸렌디아민, 퀴놀론, 디에틸렌트리아민, 모노에탄올아민, 트리에탄올아민, 디글리콜아민, 디이소프로판올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 및 이들의 조합을 포함한다.
실시예
본 발명은 하기 비제한적인 실시예와 관련하여 추가로 상술된다.
1 그램의 총 중량을 갖는 주철 칩을 탈이온(DI) 수 중에서 염의 1의 전체 중량 백분율로 표준화된 용액에 배치한다. 55mm의 와느만 40 무회 여과지(ashless filter paper)를 정돈하여 50 mm의 파이렉스 페트리 접시에 고정시켰다. 여과지를 포함하는 페트리 접시를 디지털 스케일 상에 배치하였다. 1.00 그랜의 ASTM D4627-97 주철 칩을 페트리 접시 내의 여과지 상에서 칭량하였다. 1.00 그램의 샘플 용액을 이후 주철 칩 상에 적가하였다. 페트리 접시를 이후 모든 샘플 용액이 증발될 때까지 실온에서 흔들리지 않게 두었다. 주철 칩 및 여과지를 이후 부식에 대해 조사하였다. 여과지를 조사하고, 여과지의 얼마나 많은 면적이 주철 칩이 점유한 여과지의 면적과 비교하여 녹을 나타내는지를 결정함으로써 부식의 양 (0-100%)을 추정하였다. 제조시와 주철 칩의 삽입 이전의 용액의 pH를 테어드 여과지(tared filter paper) 상에 산화철 축적물로 측정되는 바와 같은 철의 중량 손실에 의해 결정되는 부식 백분율과 함께 기록된다. 그 결과는 표 1에 요약되어 있다. 비교로서, 동일한 1의 전체 중량 백분율에서 붕산나트륨 10수화물은 9.25의 pH 및 5-10%의 부식 중량 손실을 가졌다. 탈이온수 중에 0.93의 전체 중량 백분율로의 트리폴리인산나트륨(저밀도, 공업용) 및 0.07%로의 탄산나트륨은 10.99의 pH 및 40-50%의 부식 중량 손실을 가졌다. 대조군으로의 탈이온수 자체는 4.84의 pH 및 100%의 부식 중량 손실을 가진다.네
표 1. 나트륨 트리폴리인산염(저밀도, 공업용)(STPP LD TG로 약칭됨) 3개의 상이한 등급/공급처의 무수인산이나트륨(DSPA), 나르늄 헥사메타인산염(SHMP) 과립, 인산이칼륨(DPP) 과립, 피로인산사칼륨(TPPP) 과립, 트리폴리-인산칼륨(KTPP), 인산이암모늄(DAP) 과립, 붕산나트륨 10수화물(선행 기술), 및 경쟁사 제품(트리폴리인산나트륨 및 탄산나트륨)을 포함하는, 탈이온수 중의 1의 전체 중량 백분율의 특정 인산염에 대한 부식 백분율 및 용액 pH.
트리폴리인산나트륨(STPP) 또는 무수인산이나트륨(DSPA)은 예를 들면 샘플 ID 1, 22, 43, 및 63에 나타난 바와 같이 특별히 양호한 부식 억제제는 아니다. STPP:DSPA 사이의 상승작용 관계는 중량비 1-4:1에 해당하며, 9.8 이하의 pH를 갖는 샘플 ID 11-17, 29-38, 53-57, 71, 72, 76, 79, 80, 83-90, 102, 103, 116-119, 142, 및 144에 주지되어 있으며, 이러한 범위를 벗어난 용액보다 더 나은 부식 보호력을 제공한다. 표 1의 본 발명의 조성물은 또한 붕산나트륨 10수화물보다 우수한 것으로 주지된다.
표 1에 주지된 바와 같이, 상승작용적 부식 억제는 트리폴리인산나트륨 및 인산이칼륨, 트리폴리인산나트륨 및 인산이나트륨, 트리폴리인산나트륨 및 피로인산사칼륨, 인산이나트륨 및 피로인산사칼륨, 인산이나트륨 및 피로인산사나트륨, 인산이나트륨 및 트리폴리인산칼륨, 트리폴리인산나트륨 및 인산이암모늄의 인산염 쌍 사이의 것으로 주지되어 있다.
샘플 11-17, 29-38, 53-57, 71, 72, 76, 79, 80, 83-90, 102, 103, 116-119, 142, 또는 144에 따른 조성물은 형광 자분 및 물 컨디셔너의 건조 혼합 제형에서의 붕사의 대체물로서 혼화된다. 수득된 생성물은 베이스 생성물과 유사하게 수행된다.
상술한 설명은 본 발명의 특정 구현예를 예시하나, 이의 실시에 대한 제한인 것을 의미하지 않는다. 하기 청구항은 이의 모든 동등물을 포함하여 본 발명의 범위를 정의하는 것으로 의도된다.
Claims (12)
- 인산이나트륨 또는 트리폴리인산염 중 하나 이상의 제1 인산염; 및
2가 인산염 또는 4가 피로인산염 중 하나 이상의 제2 인산염
을 포함하며,
제2 인산염은 인산이나트륨이고, 단, 제1 인산염은 트리폴리인산나트륨이고, 상기 제1 인산염은 상기 제2 인산염에 대해 1-4:1의 중량비로 존재하며, 상기 제1 인산염 및 상기 제2 인산염은 40 내지 100의 전체 중량 백분율의 양으로 존재하고; 임의의 첨가제는 0 내지 60의 전체 중량 백분율로 존재하며, 탈이온수 중에 1 중량%로 용해되는 경우에 9.5 내지 9.8의 pH를 가지는 부식 억제 특성을 갖는 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 제1 인산염이 나트륨염인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 인산염이 나트륨염인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 인산염이 유일하게 트리폴리인산염인 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 인산염이 유일하게 상기 인산이나트륨인 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 인산이나트륨이 무수인산이나트륨인 조성물.
- 제1항에 있어서, 첨가제는 규산나트륨, 금속 염화물, 세라믹 실리케이트, 실리카, 중합체, 또는 pH 버퍼 중 하나 이상인 조성물.
- 제7항에 있어서, 상기 pH 버퍼가 존재하는 조성물.
- 물;
상기 물에서 용해된 0.1 내지 5의 전체 중량 백분율로 존재하는 제1항의 조성물; 및 임의로 조용매 또는 규산나트륨, 금속 염화물, 세라믹 실리케이트, 실리카, 중합체, 또는 pH 버퍼 중 하나 이상의 용액 첨가제
로 이루어지는 용액. - 제9항에 있어서, 상기 조용매는 피리딘, 피페리딘, 콜리딘, 에틸렌디아민, 퀴놀론, 모노에탄올아민, 트리에탄올아민, 디글리콜아민, 디이소프로판올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 디에틸렌트리아민 중 하나 이상인 용액.
- 철 함유 금속의 부식 방지 방법으로서,
제9항의 용액에 금속을 노출시키는 단계; 및
시간에 따라 금속의 부식을 모니터링하여 금속의 보호를 보장하는 단계
를 포함하는 철 함유 금속의 부식 방지 방법. - 제11항에 있어서, 모니터링이 금속의 부식이 예정된 임계값을 초과하는 것을 나타내는 경우에 용액을 보충하는 단계를 더 포함하는 부식 방지 방법.
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