TW201329226A - 用於溶解及／或抑制系統表面上之積垢沉積之組合物 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種用於溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積之組合物，其包含酸性組分、濕潤劑及腐蝕抑制劑。該組合物可進一步包含水。該酸性組分包含烷磺酸，例如甲磺酸(MSA)。該濕潤劑包含界面活性劑。該腐蝕抑制劑包含兩性界面活性劑。該烷磺酸以至少約50重量百分比(重量%)之量存在，該界面活性劑以約0.1重量%至約30重量%之量存在，且該兩性界面活性劑以約0.025重量%至約20重量%之量存在，各自均以該烷磺酸、該界面活性劑及該兩性界面活性劑組合之100重量%計。一種溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積之方法，包含使該系統表面與該組合物接觸之步驟。
Description
本發明大體上係關於一種用於溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積之組合物，且更特定言之關於一種包含酸性組分、濕潤劑及腐蝕抑制劑之組合物，且關於一種溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積之方法。
本申請案主張於2011年11月30日申請之美國臨時專利申請案第61/565,090號的權益，該臨時專利申請案據此以全文引用之方式併入本文中。
酸清洗為一種自冷卻塔移除無機積垢沉積物之習知方法。若未移除積垢，則其將會降低冷卻塔之效率，此反映為△T較小，亦即，冷卻塔之熱側與冷側之間的水溫差較小。因為冷卻塔通常含有金屬部件(例如管道、熱交換器等)，所以在酸清洗過程期間需要相容性腐蝕抑制劑以防止金屬表面因酸而受損。
積垢累積及其移除可能導致操作成本增加且系統關閉頻繁。另外，積垢沉積物極少為純的，且通常含有可能導致其他操作問題之微生物及有機污物。舉例而言，積垢中所含之硫酸鹽還原細菌會導致底層金屬表面由微生物誘發之腐蝕(或「沉積物下」腐蝕)。大量腐蝕可能導致修理成本及與系統停工時間相關之成本過高(例如製造過程之生產力降低)。
在酸清洗過程中通常與習知HCl腐蝕抑制劑一起使用鹽酸(HCl)。然而，關於使用HCl之一個問題為由於暴露於有害蒸汽之風險所致的安全性處置問題。特定言之，HCl霧氣及溶液均對人類組織具有腐蝕性作用，會潛在地損害呼吸器官、眼睛、皮膚及腸管。用於系統清洗之其他習知酸可能構成類似風險。
鑒於上述內容，仍有機會來提供用於自系統表面移除積垢之改良型組合物。亦仍有機會來提供用於自系統表面移除積垢之改良型方法。
本發明提供一種用於溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積之組合物。該組合物包含酸性組分、濕潤劑及腐蝕抑制劑。該酸性組分包含烷磺酸。該濕潤劑包含界面活性劑。該腐蝕抑制劑包含不同於該濕潤劑之該界面活性劑的兩性界面活性劑。該烷磺酸以至少約50重量百分比(重量%)之量存在。該濕潤劑之該界面活性劑以約0.1重量%至約30重量%之量存在。該腐蝕抑制劑之該兩性界面活性劑以約0.025重量%至約20重量%之量存在。以上重量百分比各自均以該烷磺酸、該界面活性劑及該兩性界面活性劑組合之100重量%計。本發明亦提供一種藉由使該組合物與系統表面接觸來溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積的方法。
該組合物具有極佳的積垢移除特性且對生態環境無害。該組合物相對於其他習知組合物(諸如彼等使用鹽酸(HCl)
之組合物)亦較易處置及使用。該方法可極好地藉由使用該組合物而自系統移除積垢。
因為在結合隨附圖式考慮時藉由參考以下實施方式，本發明變得更好理解，所以將容易地瞭解本發明之其他優點。
本發明提供一種用於溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積之組合物。典型地，在出現積垢沉積或再沉積問題時，該組合物至少適用於溶解系統表面上之積垢，且亦可適用於抑制積垢於系統表面上之再沉積。積垢在此項技術中亦可稱為結垢(foul/fouling)。該組合物尤其適用於替換習知酸洗溶液，例如鹽酸(HCl)洗滌溶液，如以下進一步描述。
系統表面典型地由金屬或其合金形成，諸如鐵、鋼、鋁、鉻、銅等或其合金/組合。合金之更特定的實例包括(但不限於)軟鋼及鍍鋅鋼。該組合物尤其適用於此類表面。該表面亦可由其他材料形成，諸如複合物、塑膠、陶瓷等。舉例而言，表面可包含聚合材料，諸如聚氯乙烯(PVC)。表面亦可包含不同材料之組合，諸如合金與塑膠。
表面可為系統之內表面或外表面。內表面之實例包括彼等可於管道、鍋爐、化學工廠中發現的內表面或其類似內表面。外表面之實例包括彼等可於蒸發器、傳送帶上、製造工廠中、家庭中發現的外表面或其類似外表面。
系統典型地為積垢累積會構成問題的系統。因而，系統可具有多種類型，諸如熱轉移系統、過濾系統、蒸發系統等。已發現該組合物尤其適用於熱轉移系統，諸如冷卻塔、殼管式熱交換器、板式熱交換器、板殼式熱交換器等。通常，會出現積垢及腐蝕問題之任何系統可藉助於使用該組合物而受益。表面/系統之其他實例包括(但不限於)渦輪機、船體、太陽能面板、逆滲透薄膜、加熱元件、反應器、石油儲集器、水井、地熱井及油井。系統可處於工業、商業或住宅設置中。儘管以上描述了系統之特定實例，但該組合物可用於多種系統及表面。很簡單，該組合物不限於任何特定用途。其他實例包括工業及機構(I & I)設置中所遇到的系統及表面，諸如乳品及食品加工設備之系統及表面；以及其他設置中所遇到的系統及表面，諸如硬表面、廚房表面、浴室表面等。
視表面/系統之類型而定，積垢可由多種組分組成。舉例而言，熱轉移系統可包括使用硬水時典型地會遇到的積垢，而蒸發系統可包括由濃縮該蒸發系統之產物(例如磷酸)而產生之積垢。積垢之實例包括來自水溶液之固體鹽、氧化物及氫氧化物(例如碳酸鈣及硫酸鈣)的晶體或非晶形式、腐蝕垢/鏽垢、啤酒石、乳石、植物石、磷酸鹽、石灰、矽酸鹽等。典型地，該組合物最適用於在此項技術中視為鹼性的積垢。亦已發現該組合物尤其適用於由使用硬水所形成之積垢，諸如碳酸鈣積垢。
組合物包含酸性組分、濕潤劑及腐蝕抑制劑。在某些實
施例中，該組合物進一步包含水。
該酸性組分包含烷磺酸。因而，該酸性組分可為烷磺酸自身，或可包括一或多種其他組分，諸如水。若該酸性組分包括水，則可依各種濃度提供該烷磺酸。該酸性組分適用於溶解積垢。
烷磺酸可為短鏈烷磺酸，諸如含1至4個碳原子之烷磺酸(例如具有丙基、乙基或甲基部分之烷磺酸)。烷磺酸典型地為甲磺酸(MSA)。MSA為被認為完全無氧化性且具有熱穩定性之強有機酸，其可形成高度可溶的鹽。MSA之鹽溶解度使得該清洗組合物尤其適用於替換習知酸清洗劑。另外，MSA具有低蒸氣壓，不具有氣味，且具有生物可降解性。因而，該清洗組合物易於處置及使用。
在某些實施例中，該組合物實質上不含至完全不含磷酸。在相關實施例中，該組合物實質上不含至完全不含鹽酸。該等實施例適用於使對系統表面之腐蝕量最小化，以及改良該組合物之處置便利性。該組合物典型地完全不含該兩種酸。
如以上提及，在某些實施例中，該酸性組分含水。若該酸性組分含水，則該烷磺酸(例如MSA)典型地以約35至約95重量份、或約50至約85重量份、或約65至約85重量份、或約70重量份之量存在，各自均以該酸性組分之100重量份計。本文所述之所有範圍可在明確範圍以外有所不同，但典型地為此等範圍內之整數及分數值兩者。
適合酸性組分之非限制性實例可以諸如LUTROPUR®
MSA之商品名稱LUTROPUR®購自BASF Corporation of Florham Park，NJ。在某些實施例中，MSA為藉由空氣氧化法而非由氯氧化法而形成的MSA。因而，MSA具有諸如小於1 mg/kg之較小金屬含量，且具有極少乃至不含氯化合物，其通常具有腐蝕性。適合酸性組分之其他非限制性實例描述於Eiermann等人之美國專利第6,531,629號及Richards之美國專利申請公開案第2008/0161591號中，其揭示內容在其不與本文所述之本發明之通用範疇衝突的意義上以全文引用的方式併入本文中。該酸性組分可包括不同烷磺酸之組合。
濕潤劑包含界面活性劑。因而，該濕潤劑可為界面活性劑，或可包括一或多種其他組分，諸如水。若該濕潤劑包括水，則可依各種濃度提供該界面活性劑。該濕潤劑適用於輔助積垢之溶解。特定言之，咸信該濕潤劑有助於抵抗腐蝕抑制劑之某些消極態樣，如以下進一步描述。
在某些實施例中，該濕潤劑之界面活性劑係選自非離子界面活性劑、兩性界面活性劑或其組合之群。在一個實施例中，該濕潤劑包含非離子界面活性劑。在另一實施例中，該濕潤劑包含兩性界面活性劑。在另一實施例中，該濕潤劑包含陰離子界面活性劑。在另一實施例中，該濕潤劑包含陽離子界面活性劑。在其他實施例中，該濕潤劑包含上述界面活性劑中之兩者或兩者以上的組合。
適合非離子界面活性劑之非限制性實例包括聚環氧烷界面活性劑(亦稱為聚環氧烷界面活性劑或聚伸烷二醇界面
活性劑)。適合聚環氧烷界面活性劑包括聚環氧丙烷界面活性劑及聚氧乙二醇界面活性劑。此類型之適合界面活性劑為合成有機聚環氧丙烷(PO)-聚環氧乙烷(EO)嵌段共聚物。該等界面活性劑通常包含包括EO嵌段及PO嵌段、聚環氧丙烷單元(PO)之中心嵌段且有聚環氧乙烷嵌段接枝於聚環氧丙烷單元上或連接有PO嵌段之EO之中心嵌段的二嵌段聚合物。此外，該界面活性劑可進一步在分子中具有聚環氧乙烷或聚環氧丙烷之嵌段。界面活性劑亦可包括環氧丁烷(BO)嵌段，且可包括兩種或三種環氧烷之無規併入，例如EO/PO/BO、EO/PO/PO、EO/EO/PO等。此類界面活性劑在此項技術中可稱為「雜(heteric)」嵌段界面活性劑。不受任何特定理論束縛或限制，咸信在濕潤劑之界面活性劑中存在脂肪尾部(fatty tail)可適用於除垢目的。在某些實施例中，非離子界面活性劑之脂肪尾部包含6個至36個、8個至22個、8個至16個、10個至14個、或12個至14個碳原子。可藉由界面活性劑之構築嵌段(例如藉由脂肪醇)來賦予該等脂肪尾部。作為特定實例，十二烷-十四烷醇可對非離子界面活性劑賦予C12-14脂肪尾部。
適合非離子界面活性劑之其他非限制性實例包括醇烷氧基化物。適合醇烷氧基化物包括直鏈醇乙氧基化物。其他醇烷氧基化物包括烷基酚乙氧基化物、分支鏈醇乙氧基化物、二級醇乙氧基化物、蓖麻油乙氧基化物、烷基胺乙氧基化物(亦稱為烷氧基化烷基胺)、牛脂胺乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物、山梨糖醇油酸酯乙氧基化物、封端乙氧
基化物或其組合。其他非離子界面活性劑包括醯胺，諸如脂肪烷醇醯胺、烷基二乙醇醯胺、椰子二乙醇醯胺、十二醯胺二乙醇醯胺、椰油醯胺二乙醇醯胺、聚乙二醇椰油醯胺、油酸二乙醇醯胺或其組合。其他非離子界面活性劑包括聚烷氧基化脂族鹼、聚烷氧基化醯胺、二醇酯、丙三醇酯、氧化胺、磷酸酯、醇之磷酸酯、脂肪三酸甘油酯、脂肪三酸甘油酯類、烷基醚磷酸鹽、烷基酯、烷基酚乙氧基化物磷酸酯、烷基多醣、嵌段共聚物、烷基聚葡糖苷、或其組合。在一個實施例中，該濕潤劑包含非離子界面活性劑摻合物，其包括烷氧基化烷基胺。
適合濕潤劑之非限制性實例可以以下商標名稱購自BASF Corporation：PLURAFAC®；PLURONIC®；TETRONIC®；LUTROPUR®；LUTENSOL®，諸如LUTENSOL® A 65 N；EMULAN®，諸如EMULAN® HE 50；及ARLYPON®，諸如ARLYPON® VPC。適合濕潤劑之其他非限制性實例可以以下商標名購自Huntsman：EMPILAN®，諸如EMPILAN® KB及EMPILAN® KC；SURFONIC® L12；TERIC® 12A；及ECOTERIC®，諸如ECOTERIC® B30及ECOTERIC® B35。適合濕潤劑之其他非限制性實例可以以下商標名購自Croda：NatSurfTM，諸如NatSurfTM 265。適合濕潤劑之其他非限制性實例可以以下商標名購自Stepan：BIO-SOFT®，包括BIO-SOFT® N1、N23及N91系列。適合濕潤劑之其他非限制性實例可以商標名NONIDET®及TOMADOL®購自Air Products。應
瞭解，濕潤劑可包括兩種或兩種以上不同界面活性劑之組合。
腐蝕抑制劑包含兩性界面活性劑。因而，該腐蝕抑制劑可為兩性界面活性劑，或可包括一或多種其他組分，諸如水。若該腐蝕抑制劑包括水，則可依各種濃度提供該兩性界面活性劑。該腐蝕抑制劑適用於抑制表面之腐蝕。
適合兩性界面活性劑之非限制性實例包括甜菜鹼、咪唑啉及丙酸酯。適合兩性界面活性劑之其他實例包括磺化甜菜鹼(sultaine)、兩性丙酸酯、兩性二丙酸酯、胺基丙酸酯、胺基二丙酸酯、兩性乙酸酯、兩性二乙酸酯及兩性羥丙基磺酸酯。在某些實施例中，該兩性界面活性劑為丙酸酯或兩性二乙酸酯中之至少一者。換言之，該腐蝕抑制劑可包含丙酸酯、兩性二乙酸酯、丙酸酯及兩性二乙酸酯兩者。適合兩性界面活性劑之其他特定實例包括N-醯基胺基酸(諸如N-烷基胺基乙酸酯)及椰油兩性二乙酸二鈉；及氧化胺，諸如，氧化硬脂胺。在一個實施例中，該兩性界面活性劑包含椰油兩性二乙酸二鈉。
在某些實施例中，該兩性界面活性劑用式I)或式II)來說明：I)RCH2NHCH2CH2COOM
II)RCH2N(CH2CH2COOM)2其中M為形成鹽之陽離子(例如Na或H)且R為長鏈脂肪酸RCOOH(例如C7至C35或C7至C18脂肪酸)之烴部分。此等兩性界面活性劑包括N-椰油-β-胺基丙酸鈉、N-椰油-β胺基丙
酸；N-十二烷基，十四烷基-β-胺基丙酸；N-牛脂-β-亞胺基丙酸二鈉；N-十二烷基-β-亞胺基丙酸二鈉(亦稱為十二烷基亞胺基二丙酸鈉)；及N-十二烷基-β亞胺基丙酸之部分鈉鹽。在一個實施例中，該兩性界面活性劑包含十二烷基亞胺基二丙酸鈉。
如以上提及，在某些實施例中，腐蝕抑制劑含水。若該腐蝕抑制劑含水，則該兩性界面活性劑典型地以約15至約95重量份、約20至約80重量份、約25至約60重量份、或約30至約50重量份之量存在，各自均以該腐蝕抑制劑之100重量份計。
適合腐蝕抑制劑之非限制性實例可以以下商標名購自BASF Corporation：DERIPHAT®，諸如DERIPHAT® 151、DERIPHAT® 151C、DERIPHAT® 154、DERIPHAT® 160C及DERIPHAT® 170C；MAFO®，諸如MAFO® 13 MOD 1；及DEHYTON®，諸如DEHYTON® DC。其他適合實例可以商標名RODINE®(諸如RODINE® 213-SF)購自Henkel Corporation of Madison Heights,MI。該腐蝕抑制劑可包括兩種或兩種以上不同兩性表面活性劑之組合。
烷磺酸典型地以至少約50重量百分比(重量%)、或約50至約99重量%、約65至約95重量%、或約75至約95重量%之量存在。界面活性劑典型地以約0.1至約30重量%、約1至約25重量%、約5至約20重量%、或約7.5至約15重量%之量存在。兩性界面活性劑典型地以約0.025至約20重量%、或約0.05至約17.5重量%、約0.1至約15重量%、約0.1至約
10重量%、約0.25至約5重量%、或約0.5至約2.5重量%之量存在。該等組分之此等重量百分比各自均以該烷磺酸、該界面活性劑及該兩性界面活性劑組合(在下文中統稱為「三種組分」)之100重量%計。因而，該清洗組合物可包含三種組分呈其各別重量比之濃縮物，或三種組分之稀釋物，諸如三種組分呈其各別重量比之含水稀釋物。重量百分比在此項技術中亦可稱為三種組分之活性物百分比。
在某些實施例中，組合物進一步包含水，以使得三種組分得以稀釋，亦即，以使得該組合物含水。水可具有多種類型。在某些實施例中，水經去礦化及/或去離子化。視實施例而定，水在該組合物中以各種量存在。水可作為獨立組分添加至組合物中。然而，應瞭解，亦可藉由三種組分中之一或多者(諸如藉由酸性組分)在含水時來賦予一些水。
在某些實施例中，水在該組合物中以至少約75重量份、至少約80重量份、至少約85重量份、至少約90重量份、至少約92.5重量份或至少約95重量份之量存在，各自均以該(含水)組合物之100重量份計。在某些實施例中，水以包括三種組分之組合物重量份的剩餘量存在。在其他實施例中，該組合物實質上不含至完全不含其他習知組分，諸如消泡劑。該組合物通常具有極佳溶解及/或抑制特性，而無需補充性組分。舉例而言，三種組分可共同地以約1至約25重量份、約1至約20重量份、約1至約15重量份、約1至約10重量份、約1至約7.5重量份、或約1至約5重量份之
量存在，各自均以該組合物、剩餘的水之100重量份計。如以上提及，重量份在此項技術中亦可稱為組合物之總活性物百分比。在其他實施例中，該組合物基本上由三種組分組成，可含或不含水。在其他實施例中，該組合物由三種組分組成，可含或不含水。
典型地，該組合物實質上不含含磷化合物，以使得該組合物在環境上更可被接受。無磷係指不添加有含磷化合物之組合物、混合物或成份。若含磷化合物因無磷組合物、混合物或成份受污染而存在，則所得組合物中含磷化合物之含量典型地小於約0.5重量%、小於約0.1重量%、或小於約0.01重量%。
該組合物之pH值典型地為約0至約3、約0至約2、約0至約1、約0.1至約1、約0.25至約0.75、或約0.5至約0.6。通常利用用於形成該組合物之組分的類型及量來賦予該組合物之pH值。舉例而言，若該組合物用水稀釋，則pH值通常將增加。
如以上所引入，酸性組分適用於自系統表面溶解積垢。同時，腐蝕抑制劑適用於防止(底層或暴露)表面發生腐蝕。咸信該腐蝕保護係經由表面上之成膜機制來達成。特定言之，咸信腐蝕抑制劑對表面具有親和力，當由金屬形成時尤然。然而，亦咸信該成膜機制阻礙酸性組分適當地與積垢相互作用的能力，此係因為膜不僅形成於表面上，而且形成於積垢自身上(或積垢附近)。因而，咸信該腐蝕抑制劑至少部分地使積垢鈍化，從而阻止積垢為酸性組分
所溶解，此降低了酸性組分發揮其預定功能的有效性。舉例而言，已觀測到當存在腐蝕抑制劑時，酸性組分之有效性會降低50%以上。不受任何特定理論束縛或限制，咸信濕潤劑在腐蝕抑制劑存在下可恢復MSA之積垢溶解能力，而成膜腐蝕抑制劑於金屬表面上之有效性不因界面活性劑之存在而破壞。
驚人地發現，濕潤劑可抵消腐蝕抑制劑對積垢溶解之不利作用。不受任何特定理論束縛或限制，咸信濕潤劑破壞積垢上形成之膜(或防止其初始形成)，從而容許酸性組分溶解積垢但使表面上之膜保持完整，從而防止表面被腐蝕。換言之，組合物提供三種組分之獨特組合，其不僅提供極佳之腐蝕抑制，而且可藉由防止由腐蝕抑制劑所致之上述鈍化來極佳及有效地移除積垢。因而，已發現該組合物向諸如軟鋼、鍍鋅鋼、銅及鋁之多種表面提供極佳的腐蝕保護作用。另外，該組合物可極佳地溶解多種類型之積垢，諸如碳酸鈣積垢。本發明亦提供一種溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積的方法。該方法包含使系統表面與組合物接觸之步驟。該組合物如以上所描述及例示。
可藉由多種方法來使該組合物與表面接觸，諸如將組合物施加於表面，例如將表面浸入該組合物中、將組合物噴於表面上、將組合物輥壓於表面上等。可使用此項技術中所瞭解之多種施加裝置，諸如噴霧裝置、浸漬槽等。有效地將該組合物施加於表面，以便將其主要引向積垢而非缺少積垢之表面。亦可使該組合物諸如在管線中流動至表面
上及/或流經表面。
典型地，在使該組合物與表面接觸之前無需對表面進行預處理，諸如藉由刮削、洗滌等來進行機械清洗。然而，可使用此等預處理步驟來加快自系統表面移除積垢。若該表面為內表面(諸如彼等於管線中所發現者)，則可藉由用該組合物填充系統(亦即，浸泡)及視情況(例如藉由泵送)使該組合物在系統中循環來移除積垢。亦可諸如用水預洗表面，以便在使該組合物與積垢/表面接觸之前移除其他殘餘物。
該方法可進一步包含將熱量施加至組合物及/或系統之步驟。該步驟可適用於加快自系統表面溶解積垢。然而，應瞭解，亦可在室溫或周圍溫度下使該組合物與積垢接觸。通常，提高組合物之溫度將直接地或間接地加速在接觸時組合物溶解積垢之速率。可藉由此項技術中所瞭解之多種方式來實現加熱。舉例而言，可藉由系統中已存在之加熱構件來在系統中加熱組合物。視情況，可使用獨立熱交換器來加熱組合物。
典型地，應使組合物與積垢接觸至少一定時間。舉例而言，可使組合物保持接觸約5至約450分鐘、約5至約150分鐘、約15至約120分鐘、約45至約90分鐘、或約60分鐘之時間段。
通常，自系統表面移除至少一部分(若非全部)積垢。典型地，組合物與表面接觸越久，則自表面移除之積垢的量越多。可經由在與表面接觸時攪動組合物來增加移除，以
使得該組合物除了以化學方式移除積垢以外亦以物理方式移除積垢(例如藉由剪切)。可經由如上所述之循環或藉由此項技術中瞭解之其他方式來實現攪動。
在特定實施例中，組合物包含MSA及椰油二兩性二乙酸二鈉，且在其他實施例中，基本上由MSA、椰油二兩性二乙酸二鈉及水組成。在其他特定實施例中，該組合物包含MSA及包括烷氧基化烷基胺之非離子界面活性劑摻合物，且在其他實施例中，基本上由MSA、包括烷氧基化烷基胺之非離子界面活性劑摻合物及水組成。在其他特定實施例中，該組合物包含MSA及烷氧基化烷基胺，且在其他實施例中，基本上由MSA、烷氧基化烷基胺及水組成。在其他特定實施例中，該組合物包含MSA及直鏈醇乙氧基化物，且在其他實施例中，基本上由MSA、直鏈醇乙氧基化物及水組成。在其他特定實施例中，該組合物包含MSA及十二烷基亞胺基二丙酸鈉，且在其他實施例中，基本上由MSA、十二烷基亞胺基二丙酸鈉及水組成。在其他特定實施例中，該組合物包含MSA、十二烷基亞胺基二丙酸鈉及椰油二兩性二乙酸二鈉，且在其他實施例中，基本上由MSA、十二烷基亞胺基二丙酸鈉、椰油二兩性二乙酸二鈉及水組成。在其他實施例中，可使用上述組分中之兩者、三者或更多者的多種組合。
說明本發明組合物及方法之以下實例意欲說明而非限制本發明。
評估各個組分之腐蝕速率。特定言之，在各種組合物中評估包含鍍鋅鋼之試片。藉由提供酸性組分(AC)來製備組合物。AC包含70重量%之甲磺酸(MSA)，剩餘部分為水。AC可購自BASF Corporation。
接著，以各種量(例如1重量%至8重量%)將腐蝕抑制劑(CI)添加至酸性組分中以形成混合物。隨後用去離子(DI)水稀釋混合物以形成稀釋物，以使得CI以約0.025至約0.4重量%之量存在。CI包含30重量%之十二烷基亞胺基二丙酸鈉，剩餘部分為水。CI可購自BASF Corporation。
接著，若使用濕潤劑(WA)，則以各種量(例如0.5重量%)將其添加至稀釋物中以形成組合物。WA為包括烷氧基化烷基胺之非離子界面活性劑摻合物。WA可購自BASF Corporation。
對試片進行稱重以測定起始重量。隨後將試片置放於組合物或稀釋物中保持一小時。組合物或稀釋物處於約24℃下。目測試片隨時間推移之腐蝕情況。移出試片，使其乾燥且對其進行再稱量以測定由於腐蝕所致之重量損失。
第一比較性稀釋物包含AC，且其中之試片由於腐蝕及鈍化層(例如氧化鐵)之形成而變成黑色。第二比較性稀釋物包含AC及CI，且其中之試片保持良好光澤，伴有一些輕微起泡，其指示微量腐蝕。第三比較性稀釋物包含AC及WA，且其中之試片經受大範圍腐蝕，此由大量起泡所指示。本發明之組合物包含AC、CI及WA，且其中之試片維持極佳光澤而無起泡，其指示無腐蝕。因而，觀測到
AC、CI及WA之組合提供關於鍍鋅鋼極佳的腐蝕結果。該等關於鍍鋅鋼之腐蝕結果優於僅使用AC及CI。因而，咸信本發明之組合物中存在協同作用。
使用包含軟鋼之試片重複類似測試。參考圖1，其顯示AC、CI及WA之組合與僅使用AC及CI具有相當的結果。另外，WA之存在不干擾CI之功能。AC、CI及WA與以上描述者相同。本發明組合物(亦即，AC、CI及WA，剩餘部分為水)之pH值為約0.5至0.6。腐蝕速率係基於試片在經過一小時之後的重量損失以密耳/年(mpy)為單位來說明。
參考圖2至6，評估各種比較性稀釋物及本發明組合物之積垢溶解速率。首次，如下自膠合網眼襯底(glued mesh backing)移去小卡拉拉大理岩瓷磚(Carrara marble tile，約3 cm×1.5 cm×0.8 cm；長度×寬度×深度)：將瓷磚浸泡在界面活性劑於水中之1重量%溶液中隔夜，擦拭掉剩餘膠殘餘物，使用水且隨後使用DI水沖洗若干次，使用乙醇與布或紙巾擦拭瓷磚，且在105℃下之烘箱中乾燥至少一小時。對瓷磚進行稱重以測定起始重量。瓷磚包含碳酸鈣且表示積垢。按一式三份評估比較性稀釋物及本發明組合物中之各者。因而，圖中說明平均重量損失，其指示比較性及本發明實例(亦稱為溶液)之積垢溶解能力。
在本發明之實例中，發現最佳先將濕潤劑溶解於酸性組分及腐蝕抑制劑中，隨後添加DI水。充分振盪溶液以使其組分完全混合。視所用組分而定，可使用分析天平及/或上皿天平來量測出各者之量。
製備各實例之儲備溶液，且將儲備溶液按一式三份分開且將其添加至2盎司之玻璃瓶中。使用鑷子將經預稱重之瓷磚小心地引入各瓶中。室溫/環境溫度在約22℃至約25℃之範圍內，且在下文加以詳述。使瓷磚與溶液接觸約15分鐘。隨後棄置溶液，且自瓶中移出瓷磚，且用自來水充分地沖洗且用DI水沖洗三次，以確保移除所有溶液。隨後在約105℃下乾燥瓷磚約一小時，使其完全冷卻，且進行再稱重以測定由於各別溶液所致之瓷磚的重量損失。
以下更詳細地描述各溶液及其結果。如下文所用，稀釋物通常指具有AC及WA或AC及CI(但不同時具有WA及CI兩者)之溶液。組合物通常指具有所有三種組分(亦即，AC、WA及CI中之所有三者)之溶液。
在圖2中，比較性稀釋物A為用DI水稀釋成3.27重量%活性物(MSA)(或34.0 mmol MSA/100 g稀釋物)的單獨AC。比較性稀釋物B與稀釋物A相同，但亦具有0.0286重量%活性物之CI(十二烷基亞胺基二丙酸鈉)。本發明之組合物C與稀釋物B相同，但亦具有0.025重量%活性物之WA(包括烷氧基化烷基胺之非離子界面活性劑摻合物)。本發明之組合物D與組合物C相同，但含有0.05重量%活性物之WA。本發明之組合物E與組合物D相同，但含有0.1重量%活性物之WA。本發明之組合物F與組合物E相同，但含有0.2重量%活性物之WA。本發明之組合物G與組合物F相同，但含有0.35重量%活性物之WA。本發明之組合物H與組合物G相同，但含有0.5重量%活性物之WA。該等溶液均在24℃
下加以評估。
如稀釋物B所示，包括CI導致AC溶解積垢之有效性較低。關於組合物C至H，顯示增加WA之量通常提高去垢能力，且組合物G及H與僅AC(亦即，稀釋物A)之去垢能力相符且甚至超過後述者。另外，組合物G及H基於各者中CI之存在而相對於稀釋物A具有極佳之腐蝕結果。
在圖3中，比較性稀釋物A與以上相同。比較性稀釋物I與稀釋物A相同，但亦具有0.2重量%活性物之第二濕潤劑(WA2)。WA2為四官能嵌段共聚物界面活性劑，其以伯羥基封端且具有100%活性。WA2可購自BASF Corporation。比較性稀釋物J與稀釋物I相同，但含有0.5重量%活性物之WA2。比較性稀釋物K與稀釋物J相同，但含有1.0重量%活性物之WA2。本發明之組合物L與稀釋物J相同，但亦具有0.0286重量%活性物之CI。比較性稀釋物M與稀釋物A相同，但亦含有1重量%活性物之WA。比較性稀釋物N與稀釋物M相同，但含有3.0重量%活性物之WA。本發明之組合物O與稀釋物L相同，但亦含有1.0重量%活性物之WA。本發明之組合物P與組合物O相同，但含有3.0重量%活性物之WA。該等溶液均在24℃下加以評估。
如組合物O相對於組合物L所示，發現包括WA大大地提高了溶液之去垢能力。如圖中所示，應瞭解，包括CI通常導致AC溶解積垢之有效性較低。關於組合物C至H，顯示增加WA之量通常提高去垢能力，且組合物G及H與僅AC(亦即，稀釋物A)之去垢能力相符且甚至超過後述者。
另外，組合物G及H基於各者中CI之存在而相對於稀釋物A將具有極佳之腐蝕結果。
在圖4中，比較性稀釋物A及B與以上相同。比較性稀釋物Q與以上L相同。比較性稀釋物R與稀釋物Q相同，但含有1.0重量%活性物之WA2。比較性稀釋物S與稀釋物R相同，但含有2.0重量%活性物之WA2。本發明之組合物T與以上組合物H相同。本發明之組合物U與組合物T相同，但含有1.0重量%之WA。本發明之組合物V與組合物U相同，但含有2.0重量%之WA。該等溶液均在25℃下加以評估。
正如所示，WA與AC及CI之組合通常效果優於WA2與AC及CI之組合。另外，一旦WA達到一定量，則組合物之去垢能力的效果即會有遞減。不受任何特定理論束縛或限制，咸信當存在高含量之烷氧基化烷基胺時，大量MSA經去質子化，且因此無法用以使表面去垢。
在圖5中，比較性稀釋物A及B與以上相同。本發明之組合物W與稀釋物B相同，但亦具有0.5重量%活性物之第三濕潤劑(WA3)。WA3為由直鏈C12-14醇之三莫耳環氧乙烷加合物構成的100%活性非離子界面活性劑。WA3可購自BASF Corporation。本發明之組合物X與稀釋物B相同，但亦具有0.5重量%活性物之第四濕潤劑(WA4)。WA4為由直鏈十二烷基-十四烷醇之七莫耳環氧乙烷加合物構成之100%活性非離子界面活性劑。WA4具有C12-14脂肪尾部。WA4可購自BASF Corporation。本發明之組合物Y與稀釋物B相同，但亦具有0.5重量%活性物之第五濕潤劑
(WA5)。WA5為由十三烷醇之六莫耳環氧乙烷加合物構成之100%活性非離子界面活性劑。WA5可購自BASF Corporation。比較性組合物Z與稀釋物B相同，但亦具有0.5重量%活性物之第六濕潤劑(WA6)。WA6為100%活性陰離子界面活性劑。WA6可購自BASF Corporation。本發明之組合物AA與稀釋物B相同，但亦具有0.5重量%活性物之第七濕潤劑(WA7)。WA7為複合胺羧酸鉀鹽，且被視為一種兩性界面活性劑。WA7可購自BASF Corporation。本發明之組合物BB與組合物T相同。該等溶液均在22℃下加以評估。
正如所示，不同濕潤劑對溶液之去垢能力具有不同影響。組合物X、AA及BB通常與僅AC(亦即，稀釋物A)之去垢能力相符或甚至超過後述者。另外，組合物X及BB基於各者中CI之存在而相對於稀釋物A具有極佳之腐蝕結果。
在圖6中，比較性稀釋物A及B與以上相同。比較性稀釋物CC與稀釋物A相同，但亦具有0.465重量%活性物之第二腐蝕抑制劑(CI2)。CI2包含46.5重量%之椰油二兩性二乙酸二鈉，剩餘部分為水。CI2可購自BASF Corporation。比較性稀釋物DD與稀釋物A相同，但亦具有1.0重量%之第三腐蝕抑制劑(CI3)。CI3包含2-丁氧乙醇、聚乙二醇單油基醚、腐蝕抑制劑、苯乙酮及炔丙醇之專屬摻合物。CI3可購自Henkel。
本發明之組合物EE與以上組合物X相同。本發明之組合物FF與稀釋物A相同，但亦具有0.5重量%活性物之WA4及
0.0465重量%活性物之CI2。本發明之組合物GG與稀釋物A相同，但亦具有0.5重量%活性物之WA4及1.0重量%之CI3。本發明之組合物HH與組合物EE相同，但含有0.125重量%活性物之WA4。該等溶液均在22℃下加以評估。
正如所示，不同濕潤劑對溶液之去垢能力具有不同影響。組合物EE、FF、GG及HH通常與僅AC(亦即，稀釋物A)之去垢能力相符或甚至超過後述者。另外，組合物EE、FF、GG及HH基於各者中CI之存在而相對於稀釋物A具有極佳之腐蝕結果。
在圖7中，使用一些以上溶液說明其他腐蝕測試結果。溶液之pH值為約0.5。將金屬試片浸泡約一小時，且如上所述測定腐蝕之量。正如所示，濕潤劑以及腐蝕抑制劑之存在尤其對鍍鋅鋼、繼之以軟鋼及隨後為銅具有極佳之抗腐蝕結果。發現對鋁之影響較低。
參考圖8至15，可瞭解到其他腐蝕結果。在圖13中，其大體顯示各種濕潤劑與腐蝕抑制劑之組合具有極佳之腐蝕抑制結果。計算對鋁之腐蝕速率值得注意。首次，一般認可之腐蝕速率方程式如下：腐蝕速率(mpy)=(質量損失(g))*(534,000)/(金屬密度(g/cm))*(試片表面積(in2))*(時間(h))。鋁之密度僅為約2.8 g/cm3，其相較於所評估之其他金屬的密度要低得多。因而，針對鋁之100 mpy的腐蝕速率意謂相較於在針對銅之腐蝕速率為100 mpy時所觀測而言顯著較低之質量損失。換言之，說明該等實例中鋁之質量損失尤其較低。
參考圖16，說明其他積垢溶解結果。以與如上所述相同之方式測定其他本發明組合物之積垢溶解力。比較性稀釋物A與上述相同。本發明之組合物II與稀釋物A相同，但亦具有0.50重量%之WA4(按原樣)及0.1重量%之CI(按原樣)。本發明之組合物JJ與稀釋物A相同，但亦具有0.50重量%之濕潤劑8(WA8)(按原樣)及0.1重量%之CI(按原樣)。WA8為由較短直鏈醇之環氧乙烷加合物構成之100%活性非離子界面活性劑(相對於WA4)。本發明之組合物KK與稀釋物A相同，但亦具有0.50重量%之濕潤劑9(WA9)(按原樣)及0.1重量%之CI(按原樣)。WA9為由分支鏈醇之環氧烷加合物構成之100%活性非離子界面活性劑。本發明之組合物LL與稀釋物A相同，但亦具有0.50重量%之濕潤劑10(WA10)(按原樣)及0.1重量%之CI(按原樣)。WA10為由分支鏈醇之環氧烷加合物構成之100%活性非離子界面活性劑。本發明組合物MM、NN、OO及PP分別與II、JJ、KK及LL中之各者類似，但在各次出現時包括CI2來替代CI。該等溶液均在22℃下加以評估。
參考圖17，說明其他積垢溶解結果。以與上述相同之方式測定其他本發明組成物之積垢溶解力。比較性稀釋物A與上述相同。製備兩種濃縮物以形成本發明之組合物QQ、RR、SS及TT。濃縮物#1包括0.48 g CI(按原樣)、1.26 g WA4(按原樣)及23.28 g AC(按原樣)。濃縮物#2包括0.46 g CI(按原樣)、2.37 g WA4(按原樣)及22.2 g AC(按原樣)。本發明之組合物QQ包含1份濃縮物#1及19份水。本發
明之組合物RR與QQ類似，但包括20份水而非19份。本發明之組合物SS包含1份濃縮物#2及19份水。本發明之組合物TT與SS類似，但包括20水而非19份。該等溶液均在22℃下加以評估。
應瞭解，隨附申請專利範圍不受限於【實施方式】中所述之表述及特定化合物、組合物或方法，後述各者可隨屬於隨附申請專利範圍範疇內之特定實施例而變化。關於本文中為描述多個實施例之特定特徵或態樣所依賴的任何馬庫西群組(Markush group)，應瞭解，可自各別馬庫西群組之各成員獨立於其他所有馬庫西成員獲得不同、特殊及/或意外的結果。可個別地及或組合地依賴馬庫西群組之各成員，且其向隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。
亦應瞭解，在描述本發明之各個實施例時所依賴的任何範圍及子範圍獨立及共同地屬於隨附申請專利範圍之範疇內，且被理解為描述及涵蓋包括其中之整數及/或分數值的所有範圍，即使本文中未明確寫出該等值亦然。熟習此項技術者容易認識到，所列舉之範圍及子範圍充分描述及能夠實施本發明之多個實施例，且該等範圍及子範圍可進一步劃定成相關二等分、三等分、四等分、五等分，以此類推。僅作為一個實例，範圍「0.1至0.9」可進一步劃定成下三分之一(亦即0.1至0.3)、中三分之一(亦即0.4至0.6)及上三分之一(亦即0.7至0.9)，其個別及共同地屬於隨附申請專利範圍之範疇內，且可個別及/或共同地被依賴，
且向隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。此外，關於定義或修飾某一範圍之用語，諸如「至少」、「大於」、「小於」、「不超過」及其類似用語，應瞭解，該用語包括子範圍及/或上限或下限。作為另一實例，範圍「至少10」固有地包括至少10至35之子範圍、至少10至25之子範圍、25至35之子範圍等，且各子範圍可個別及/或共同地被依賴，且向隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。最終，所揭示範圍內之個別數字可被依賴且向隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。舉例而言，範圍「1至9」包括各個個別整數，諸如3，以及包括小數點(或分數)之個別數字，諸如4.1，其可被依賴且向隨附申請專利範圍之範疇內的特定實施例提供足夠支持。
已在本文中以說明性方式描述了本發明，且應瞭解，已使用之術語意欲具有說明性而非限制性措辭的性質。根據上述教示可對本發明作出許多修改及變更。可與如在隨附申請專利範圍之範疇內所特定描述不同地來實踐本發明。在本文中明確涵蓋獨立及附屬請求項(單一及多重附屬)之所有組合的標的。
圖1為說明實例部分中所呈現之各個實例之腐蝕量的條形圖；圖2為說明各個實例之積垢溶解量的條形圖；圖3為說明各個實例之積垢溶解量的另一條形圖；
圖4為說明各個實例之積垢溶解量的另一條形圖；圖5為說明各個實例之積垢溶解量的另一條形圖；圖6為說明各個實例之積垢溶解量的另一條形圖；圖7為說明各個實例之腐蝕量的條形圖；圖8為說明各個實例之腐蝕量的另一條形圖；圖9為說明各個實例之腐蝕量的另一條形圖；圖10為說明各個實例之腐蝕量的另一條形圖；圖11為說明各個實例之腐蝕量的另一條形圖；圖12為說明各個實例之腐蝕量的另一條形圖；圖13為說明各個實例之腐蝕量的另一條形圖；圖14為說明各個實例之腐蝕量的另一條形圖；圖15為說明各個實例之腐蝕量的另一條形圖；圖16為說明各個實例之積垢溶解量的另一條形圖；及圖17為說明各個實例之積垢溶解量的另一條形圖。
Claims (20)
- 一種用於溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積的組合物，該組合物包含：i)包含烷磺酸之酸性組分；ii)包含界面活性劑之濕潤劑；及iii)包含兩性界面活性劑之腐蝕抑制劑；其中該烷磺酸以至少約50重量百分比(重量%)之量存在，該界面活性劑以約0.1至約30重量%之量存在，且該兩性界面活性劑以約0.025至約20重量%之量存在，各自均以該烷磺酸、該界面活性劑及該兩性界面活性劑組合之100重量%計。
- 如請求項1之組合物，其中該烷磺酸為甲磺酸(MSA)。
- 如請求項2之組合物，其中該烷磺酸以約50至約99重量%、或者約65至約95重量%之量存在，各自均以該烷磺酸、該界面活性劑及該兩性界面活性劑組合之100重量%計。
- 如請求項1之組合物，其中該濕潤劑之該界面活性劑為非離子界面活性劑。
- 如請求項1之組合物，其中該濕潤劑之該界面活性劑為不同於該腐蝕抑制劑之該兩性界面活性劑的兩性界面活性劑。
- 如請求項1之組合物，其中該濕潤劑之該界面活性劑為醇烷氧基化物，或者為醇乙氧基化物。
- 如請求項1之組合物，其中該濕潤劑之該界面活性劑以 約1至約25重量%、或者約5至約20重量%之量存在，各自均以該烷磺酸、該界面活性劑及該兩性界面活性劑組合之100重量%計。
- 如請求項1之組合物，其中該腐蝕抑制劑之該兩性界面活性劑為丙酸酯，或者為兩性二乙酸酯(amphodiacetate)。
- 如請求項8之組合物，其中該腐蝕抑制劑之該兩性界面活性劑以約0.025至約10重量%、或者約0.25至約5重量%之量存在，各自均以該烷磺酸、該界面活性劑及該兩性界面活性劑組合之100重量%計。
- 如請求項1之組合物，其進一步包含水。
- 如請求項10之組合物，其中該水按該組合物之100重量份計以至少75重量份之量存在。
- 如請求項1之組合物，其中該積垢包含碳酸鈣。
- 如請求項1之組合物，其中該表面包含金屬。
- 如請求項1至13中任一項之組合物，其中該系統為熱轉移系統。
- 一種溶解及/或抑制系統表面上之積垢沉積的方法，該方法包含使該系統之該表面與包含以下之組合物接觸的步驟：i)包含烷磺酸之酸性組分；ii)包含界面活性劑之濕潤劑；及iii)包含兩性界面活性劑之腐蝕抑制劑；其中該烷磺酸以至少約50重量百分比(重量%)之量存 在，該界面活性劑以約0.1至約30重量%之量存在，且該兩性界面活性劑以約0.025至約20重量%之量存在，各自均以該烷磺酸、該界面活性劑及該兩性界面活性劑組合之100重量%計。
- 如請求項15之方法，其中該組合物進一步包含水。
- 如請求項16之方法，其中該水按該組合物之100重量份計以至少75重量份之量存在。
- 如請求項15之方法，其中該積垢包含碳酸鈣。
- 如請求項15之方法，其中該表面包含金屬。
- 如請求項15至19中任一項之方法，其中該系統為熱轉移系統。
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