SE521682C2 - Användning av en Zwitterjonisk tensid tillsammans med en anjonisk eterinnehållande tensid som friktionsnedsättande medel - Google Patents

Description

30 35 5221 682 2 Det intervall av Reynoldstal inom vilken de ytaktiva föreningarna har en betydande friktionsnedsättande effekt beror på koncentrationen, varvid intervallet ökas med ökande koncentration.

Det är således fullt möjligt att med val av rätt koncentration av de ytaktiva föreningarna och lämpliga flödeshastigheter i rörledningarna och lämpliga anordningar före eller i värmeväxlarna etablera laminär strömning i rör- ledningarna och turbulens i värmeväxlarna. Härigenom kan dimensionerna på såväl rör som värmeväxlare hållas nere eller så kan antalet pumpstationer och därmed pumparbetet minskas vid bibehållna rördimensioner.

I WO 96/28527 beskrives ett friktionsnedsättande medel, som innefattar en betaintensid i kombination med en sulfonat- eller sulfattensid. Detta friktionsnedsättande medel är effektivt inom jämförelsevis stora temperaturområden.

Emellertid har det visat sig att sulfattensiden är ganska känslig mot hårt vatten, medan sulfonattensiden inte betrak- tas som lätt bionedbrytbar under anaeroba betingelser.

Det har nu överraskande visat sig att väsentliga för- bättringar kan uppnås genom användning av en zwitterjonisk tensid med formeln R I RNRICOO' (I) , I R7 där R är en grupp som innehåller en mättad eller omättad 5 alifatisk grupp eller en acylgrupp vilka båda uppvisar 10-24 kolatomer, R6och R7är oberoende av varandra en alkylgrupp med 1-4 kolatomer eller en hydroxialkylgrupp med 2-4 kol- atomer, och Ru är en alkylengrupp med 1-4 kolatomer, före- trädesvis CH2 eller gruppen _CH_ I R 5 10 15 20 25 30 35 5121 632 3 där Rsär en alkylgrupp med 1-3 kolatomer, i kombination med en anjonisk etertensid med den allmänna formeln RI (OA) HB, Rio (Ao) ncmnzmn RgNH (Ao) HCmHZmD eller en blandning därav, där Ru är en kolvätegrupp med 10-24 eller kolatomer, Ra är en acylgrupp med 10-24 kolatomer, A är en alkylengrupp med 2-4 kolatomer, n är ett tal från 1 till 10, m är 1-4, B är en sulfatgrupp OSOJW, D är en karboxylatgrupp COOM, och M är en katjonisk, företrädesvis monovalent grupp i ett viktförhällande mellan den zwitterjoniska tensiden och den anjoniska etertensiden eller etertensiderna från lO0:l till 1:1, företrädesvis från 50:1 till 2:1, som friktionsned- sättande medel i strömmande vattenbaserade vätskesystem. Med ”vattenbaserad” förstàs att åtminstone 50 viktprocent, före- trädesvis minst 90 viktprocent av det vattenbaserade vätske- systemet utgöres av vatten. Den totala mängden zwitterjonisk tensid och de anjoniska etertensiderna kan variera inom vida gränser beroende på förhållandena men är vanligtvis 0.1-10 kg/nf av det vattenbaserade systemet. Kombinationen av zwitterjoniska och anjoniska etertensider är speciellt lämpade för användning i vattenbaserade system som strömmar i långa ledningar för distribution av värme eller kyla.

Gruppen R är i den zwitterjoniska tensiden är lämpligen en alifatisk grupp eller en grupp R'NHCJQ, där R' betecknar en acylgrupp med 10-24 kolatomer, företrädesvis har den zwitterjoniska tensiden den allmänna formeln CH; I R -N' - cflzcoo' I CH 3 där R är den alifatiska gruppen eller gruppen R'NHC}g-, där R' har den ovan angivna betydelsen. Vid den anjoniska eter- (III), tensiden kan den hydrofoba gruppen Rlvara alifatisk eller aromatisk, rak eller grenad, mättad eller omättad. I de anjoniska etertensiderna är dessutom gruppen A företrädesvis 10 15 20 25 30 35 521 632 4 etylen, n är företrädesvis ett tal från 1-5, och C¿gm är företrädesvis metylen eller gruppen _CH_ I RW där Rßär en alkylgrupp med 1-3 kolatomer. Gruppen M är företrädesvis natrium eller kalium.

Både den zwitterjoniska tensiden och de anjoniska etertensiderna är lätt bionedbrytbara och toleranta mot hårt vatten och elektrolyter och tensidkombinationen ger en utmärkt friktionsnedsättande effekt inom ett brett temperaturområde. Således kan de friktionsreducerande medlen användas i ett kylmedium vid temperaturer under 20°C genom att utnyttja tensider, där grupperna R och R' har 12-16 kolatomer, och i värmeöverförande medium vid temperaturer i området 50-120°C, genom att utnyttja tensider, där grupperna R och R' innehåller 18-22 kolatomer eller mera. Antalet kolatomer i de hydrofoba grupperna R, R', Ru och R3 kommer att påverka det användbara temperaturomràdet för tensid- blandningen så att ett högt nummer ger produkter lämpliga för högre temperaturer och vice versa. Grupperna R och Rlkan lämpligen vara dodekyl, tetradekyl, hexadekyl, oktadekyl, oleyl, eikosyl, dokosyl, rapsalkyl och talgalkyl och grupperna R' och RÉ de motsvarande acylgrupperna. Även aromatiska grupper, såsom nonylfenyl, kan användas.

Dessutom väljes de zwitterjoniska och anjoniska tensiderna lämpligen pä ett sådant sätt att kristallisations- temperaturen för kombinationen lämpligen är lägre än den lägsta temperatur för vilket det vattenbaserade systemet är avsett. Lämpligen kombineras den zwitterjoniska tensiden med den anjoniska etersulfattensid, där n är l-5 och OA betecknar oxietylen, eftersom etersulfater är lätta att framställa och ger i kombination med zwitterjoniska tensider utmärkta frik- tionsnedsättande effekter.

Den zwitterjoniska tensiden kan produceras genom att reagera en förening med formeln RNRJL, där R har den ovan 10 l5 20 25 30 35 5 angivna betydelsen, med Na-kloracetat vid 70-80°C och konstant pH-värde av 9.5 i ett medium av en lägre alkohol och vatten. För att erhålla en god friktionsnedsättande effekt är den väsentligt att mängden aminreaktant i den zwitterjoniska produkten är låg. Om en låg kloridhalt i produkten är önskvärt kan reaktionen företrädesvis utföras i isopropanol med lägst möjligt vattenhalt, varvid den natriumklorid som bildas i reaktionen kommer att kristallisera ut och kan avlägsnas genom filtrering eller centrifugering. Ett annat sätt att erhålla en klorfri produkt är att kvartärnisera aminreaktanten med etylenoxid i närvaro av en sur katalysator och därefter dehydrogenera den erhållna produkten till önskad zwitterjonisk tensid.

Anjoniska etertensider lämpliga för användning enligt uppfinningen är väl kända och det är även deras framställ- ningsmetoder. Typiska exempel är alifatiska mono(oxietylen)- sulfater, alkyldi(oxietylen)sulfater och alkyltri(oxietylen)- sulfater härledda fràn etoxilerade alkoholer genom sulfa- tering med S03 och motsvarande karboxylater erhällna genom att reagera nämnda etoxilerade alkoholer med ett halogenerat karboxylat med formeln HalC¿HmCOOM, där Hal är klorid eller bromid och M och m har de ovan angivna betydelserna. Amido- eterkarboxylat kan framställas enligt väl kända metoder, vari inkluderas att omsätta nämnda halogenerade karboxylat med amidoalkoxilat,IQNH(AO)J¶, där Ra, A och n har de ovan angivna betydelserna.

Valet av zwitterjonisk tensid och anjoniskt etersulfat är beroende av temperaturen på det vattenbaserade systemet.

Vid låg temperatur kommer vanligtvis antalet kolatomer att vara lägre än vid hög temperatur, medan antalet oxialkylen normalt är högre vid lägre temperaturer än vid högre temperaturer.

Ett praktiskt sätt att bestämma det rätta förhållandet mellan den zwitterjoniska tensiden och den anjoniska tensiden för en speciell typ av vatten är att bereda en lösning av exempelvis 0§5OO kg/nf av den zwitterjoniska tensiden i det 10 15 20 25 30 6 aktuella vattnet i en 50 ml glasbägare försedd med en magnetisk omrörare och hålla temperaturen i mitten av det aktuella temperaturområdet för systemet. Denna lösning titreras därefter med en lösning av den anjoniska tensiden med en koncentration av 10 kg/ml i det aktuella vattnet tills den ursprungligen bildade vortexen har försvunnit.

Bortsett från den zwitterjoniska och anjoniska tensiden kan det vattenbaserade systemet innehålla ett antal konven- tionella komponenter, såsom korrosionsinhibitorer, frost- skyddsmedel och baktericider.

Föreliggande uppfinning illustreras ytterligare av nedanstående exempel.

Exempel 1 Temperaturintervallet med friktionsnedsättning bestämdes med det ovan beskrivna bägartestet. I bägartestet omrördes tensidblandningen vid en konstant rotationshastighet av 700 varv per minut under användning av en kombinerad magnetisk omrörare och värmeplatta. Frånvaro av en vortex eller en vortex av högst 2 mm indikerar friktionsreducerande betingelser. Vid temperaturer över 100°C användes en tryck- reaktor i glas.

Från förrådslösningar framställdes blandningar av betain och anjonisk tensid. Dessa blandningar utspäddes med vatten med hårdhet enligt nedanstående tabell, till 1000 ppm betain och en totalvolym av 40 ml i en 50 ml bägare och pH- värdet justerades till 9-10 med ammoniak. Mängden anjontensid anges i tabellen som ppm inom paranteser.

Tabell 1. N-behenylbetain (1000 ppm) för uppvärmnings- system Friktionsnedsättning, intervall vid 700 varv per minut O °dH 3 °dH 8 °dH Anjonisk tensid Natriumdodekylsulfat 55-120 (30) 55-68 (30) 55-68 (30) Natriumdodekyl-(Eog- 55-123 (40) 55-108 (40) 50-78 (40) sulfat 10 15 20 7 Dodekylamid-(Eon- 55-104 (40) 48-95 (40) 49-86 (40) karboxylat Nonylfenol-(EOL- 53-97 (40) 49-94 (40) 49-74 (40) karboxylat Ett friktionsreducerande medel, som innehåller en anjonisk etertensid uppvisar en väsentligt bättre friktions- reducerande effekt i vatten med 3 °dH och 8 °dH än det medel, som innehåller alkylsulfat.

Exempel 2 Föreliggande exempel utföres i enlighet med ovan beskrivna urvalstest.

För att bestämma rätt mängd av anjonisk tensid hölls betainlösningen vid l3°C i testbägaren med den magnetiska omröraren satt på 700 varv per minut, varvid betainlösningen titrerades med en vattenlösning av den anjoniska tensiden tills vortexen försvann. Den erhållna koncentrationen av anjonisk tensid anges som ppm inom paranteser. Efter temperaturintervallet inom vilket kompositionen befanns ha en friktionsreducerande effekt. Lösningens klarpunkt (cP) är angiven i °C.

Koncentrationen av N-myristyl-betain, den zwitter- joniska tensiden som användes i detta exempel, var 1000 ppm i samtliga tester.

Tabell 2. N-myristyl-betain (1000 ppm) i blandning med anjonisk tensid för kylande system Friktionsnedsättning, intervall Anjonisk tensid vid 700 varv per min O °dH 3 °dH 8 °dH Dodekylbensensulfonat No effect 0-29 (430) 3-25 (980) (O-1130) CP O°C CP 35°C CP O°C NatriumdOdeky1-(EO)3- O-43 (288) O-27 (550) 2-25 (510) Sulfat CP O°C CP O°C CP 2°C Natriumdodekylsulfat 6-43 (400) O-39 (336) 4-43 (360) 10 8 CP l4°C CP 20°C CP 6°C Dessa formuleringar är avsedda för luftkonditionerings- system, där temperaturområdet normalt är mellan 4 och 15 °C.

Av resultaten framgår att dodekylglykoletersulfat fungerar väl inom detta temperaturintervall medan dodekyl- bensensulfonatformuleringen inte ger någon friktionsreduktion i avjoniserat vatten och natriumdodekylsulfat inte arbetar tillfredställande i vatten av 8 °dH vid låga temperaturer.

I praktiken hämmas dessutom användning av natrium- dodekylsulfat av utfällning av både natrium- och kalciumsalter.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 9 PATENTKRAV

1. Användning av en zwitterjonisk tensid med formeln RS RNï§COO_ (I), R 7 där R är en grupp som innehåller en mättad eller omättad alifatisk grupp med 10-24 kolatomer eller en acylgrupp med 10-24 kolatomer,I§ och R7är oberoende av varandra en alkylgrupp med 1-4 kolatomer eller en hydroxialkylgrupp med 2-4 kolatomer, och Ru är en alkylengrupp med 1-4 kolatomer i kombination med en anjonisk etertensid med den generella eller RBNH(AO)HCH D m2n| formeln RI (oA) HB, Río (Ao) ncmnzmn eller en blandning därav, där Rlär en kolvätegrupp med 10-24 kolatomer, R] är en acylgrupp med 10-24 kolatomer, A är en alkylengrupp med 2-4 kolatomer, n är en grupp från 1 till 10, m är 1-4, B är en sulfatgrupp OQQM, D är en karboxylatgrupp COOM, där M är en katjonisk grupp, i ett viktförhållande mellan den zwitterjoniska tensiden och den anjoniska etertensiden eller etertensiderna frän 100 1 till 1:1 som friktionsnedsättande medel i ett strömmande vattenbaserat flytande system.

2. Användning enligt krav 1, där den zwitterjoniska tensiden har den generella formeln CH 3 R-N* - cflzcoo' CH 3 där R är den alifatiska gruppen eller gruppen R'NHC;g-, där (III), R' är acylgruppen.

3. Användning enligt krav l eller 2, där kristallisations- temperaturen för kombinationen är under den lägsta tempera- turen för vilket det vattenbaserade systemet är avsett. 10 15 20 5121 10

4. Användning enligt något av kraven 1-3, där den zwitter- joniska tensiden och den anjoniska etertensiden tillsättes i en total mängd av 0.1-10 kg/Uf av det vattenbaserade systemet.

5. Användning enligt krav 1, 2, 3 eller 4, där det vatten- baserade systemet är ett värmeöverförande medium vid en temperatur inom intervallet 50-120°C.

6. Användning enligt krav 1, 2, 3 eller 4, där det vattenbaserade systemet är ett kylmedium med en temperatur av under 20°C.

7. Användning enligt något av kraven 1-5, där R och R' innehåller 18-24 kolatomer.

8. Användning enligt något av kraven 1-4 och 6, känne- tecknat därav att gruppen R och R1 innehåller 12-16 kolatomer.

9. Användning enligt något av kraven 1-8, där grupperna R, och QHM betecknar metylen.

10. Användning enligt något av kraven 1-9, kännetecknat därav att den anjoniska etertensiden är ett etersulfat, där n år 1-5 och OA är oxietylen.