JPS61114797A - スケ−ル、腐食および酸化鉄析出の抑制に使用するカルボキシル/スルホン/ポリアルキレンオキシドポリマ− - Google Patents

スケ−ル、腐食および酸化鉄析出の抑制に使用するカルボキシル/スルホン/ポリアルキレンオキシドポリマ−

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JPS61114797A
JPS61114797A JP60217773A JP21777385A JPS61114797A JP S61114797 A JPS61114797 A JP S61114797A JP 60217773 A JP60217773 A JP 60217773A JP 21777385 A JP21777385 A JP 21777385A JP S61114797 A JPS61114797 A JP S61114797A
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    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 米国特許第3,928,196号には、スケールを抑S
IJするための2−アクリルアミド−2−メチルプロピ
ルスルホン酸とアクリル酸とのコポリマーの使用が開示
されている。
日本特許第58−149911号および第58−147
413号には@科分散剤としてカルボン設/ポリアルキ
レンオキシドのコポリマーが開示されている。ペンダン
トアルキレンオキシド鎖はスルホン基によってキャップ
(cap)することができる。
日本特許ms、7s 4,794号にはスケルール抑制
剤としてのアクリル酸とアリルポリエチレングリコール
とのコポリマーが開示されている。
はとんどの工業用水は、カルシウム、バリウム、マグネ
シウムなどのようなアルカリ土類金属カチオン類および
重炭酸塩、炭酸塩、硫酸塩、シュウノ塩、リン酸塩、ケ
イ酸塩、フッ化物などのような数種の7ニオン類t=含
有している。これらの7ニオン頌およびカチオン類の組
み合わせがそれらの反応生成物類の溶解度を超える濃度
にて存在すると、これら生成物の溶jlllj1度を越
えている分だけ沈殿が生ずる。たとえば、カルシウムイ
オンと炭酸塩イオンとの濃度が炭酸カルシウム反応生酸
物の溶解度を超えると、固相の炭酸カルシウムが生成す
る。
溶解積濃度の超過は、水相の部分蒸発、pH。
圧力または温度の変化、または溶1夜中にすでに存在し
ていたイオン類とともに不溶性化合物類をつくる追加イ
オン類の導入のような多種の理由によって起こる。
これらの反応生成物が水搬送系の表面へ沈殿するとスケ
ールまたは析出物となる。これが蓄積すると効率的な熱
移動を阻害し、流体の流れをさまたげ、腐食の進行を助
長し、またバクテリヤを生育させる。スケールは多くの
工業水系において、清浄化や除去のために生1mや休転
を必要とし、費用のかかる問題である。
キレート化剤または金属イオン封鎖剤によるカチオンの
不活性化によってスケール形成化合物類の沈殿化を阻止
することは可能であり、キレート化が化学量論的反応で
あることを利用して、それら反応生成物の溶解度を超え
ないようにすることができる。これにはカチオンと同量
のキレート化剤または金属イオン封鎖剤の添加を必要と
し、それらの量は必ずしも望ましいまたは経済的な量と
は限らない。
およそ50年まえ、或種の無機ポリリン該塩類を金属イ
オン封鎖またはキレート化に必要な濃度よシはるかに少
ない量を添加して上記の沈殿を阻止できることが発見さ
れた。ボυリン歳塩頑とは、ここでは金属酸化物二P2
O5のモル比が1:1ないし2:1となっているリン駿
塩類を意味する。
沈殿抑制剤が、スケール形成カチオンの(化学量論的)
結合に必要とされるよりも著しく少ない量で潜在的准ス
ケール形成系の中に存在する場合、これを“しきい値(
thresh−old )”量で存在するといわれる。
たとえばハツチとライス(Hatch and Ric
e )、′インダストリアル・エンジニアリング・ケミ
ストリー”第31巻、51乃至53頁(1939年、1
月);ライテマイヤーとビュウラー (Reitemeier and Buehrer )
、′ジャーナルオブフイジ力ルケミストリ−(Jour
nal ofPhysical Chemistry 
) ’第44巻、l’t&L5.535乃至536頁(
1940年5月);フインクとリチャードソン(Fin
k and Richard −8on)、米国特許第
2,358,222号;およびハツチ(Hatch)、
米国特許第2,539,305を参照されたい。
一般に、金属イオン封釧は、水中のアニオン成分にした
がって、約lO:1よシも高いしきい1直活性化合・物
対スケール形成カチオン化合物項のM−i比において起
こる。しきい[直押’+fjlJは一般に約0.5:1
.0よシも低いしきい喧活住化合物対スケール形成カチ
オン成分類の重量比において起こる。
アクリルアミドおよびアクリル酸から誘導された群を含
む成る種の水溶性ポリマー類がこれまでスケール形成化
合物類を含有する水の状態調節にザ用されてきた。たと
えば米国特許第2,783,200号;第3,514,
476号;第2,980,610号;第3,283,8
86号;第3,463,730号シよび第3,518,
204号にみられる。
本発明は、水性系における腐食とスケールおよび酸化鉄
の形成および析出とを抑制する方法であって、 (a)  3S乃至90M1%の不飽和カルボン酸、ま
たはその塩;および (b)5乃至40重量係の不飽和スルホン設、またはそ
の塩:および (c)5乃至40重量%の不飽和ポリアルキレンオキシ
ド化≧物; かう製造された0、05乃至2.5 dl/gの固有粘
度をもつ水溶性ポリマーの少くとも0.lppmをこの
系への添加することを含む方法に関するものである。
本発明はまた、 (a)  アクリルじ、メタクリル酸、マレイン設、イ
タコン酸、それらの1頑およびそれらの1混合物項から
なる群から選ばれた35乃至90重量%の不飽和カルボ
キシル化合物;(b)2−アクリルアミド−2−メチル
プロピルスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチ
ルプロピルスルホン酸、メタリルスルホン酸、アリルス
ルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、そ
れらの塩類およびそれらの混合物類からなる群から選ば
れた5乃至40重量%の不飽和スルホン化合物;および (c)5乃至40重量%の不飽和ポリアルキレンオキシ
ド化合物; から調製され、0.05乃至2.5dl/gの固有粘度
をもつ水溶性ポリマーに関するものである。
パ形成および析出の抑制”という語はしきい値抑i1J
 (threshold 1nhibit10n )、
コロイド安定化、分数、可溶化、まだは粒径低減を含め
ることを意図している。
“′スケール”という語は水溶夜中に形成されるすべて
のスケールを含む。その列としては、炭酸カルシウム、
伏設カルシウム、リン設カルシウム、ホスホン淑カルシ
ウム(ヒドロキシェチリデンジホスホン設カルシウムを
含む)、シュウ識カルシウム、硫酸バリウム、シリカ、
沖積堆積物頌、金属J化物(酸化鉄を抱含する)、およ
び金属水酸化物(水酸化マグネシウムおよび水酸化亜鉛
を含む)がある。
′°水性系″という語はすべての水を含む系のを含み、
熱排除(冷却)系、ボイラー、蒸発器、脱塩系、ガスス
クラバー、下水汚物熱コンディショニング装置、逆浸透
圧系、砂糖蒸発器類、紙処理系、採鉱回路などを含むが
、これらに制限されるものではない。
すべての不飽和カルボン酸または塩がこのポリマーの製
造に使用できる。その例としてはアクリル鍍、メタクリ
ル酸、α−ハロアクリル液、マレイン酸、イタコン液、
ビニル酢酸、アルキル酢酸、フマール酸、β−カルボキ
シエチルアクリレート、それらの塩およびそれらの混合
物がある。好ましいカルボン酸はアクリル酸、メタクリ
ル涜、β−カルボキシエチルアクリレート、マレイン酸
、フマール酸、イタコン液、マレインおよび/またはフ
マールおよび/またはイタコン液のモノおよびジエステ
ル類およびそれらの塩類である。
もつとも好ましいカルボン酸はアクリル酸、メタクリル
酸およびそれらの塩である。
不飽和スルホン酸または塩はいずれも使用できる。その
例としては、2−アクリルアミド−2−メチルプロピル
スルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロピ
ルスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸
、スルホアルキルアクリレートまたはメタクリレート、
アルキルスルホン酸、メタリルスルホン酸、3−メタク
リルアミド−2−ヒドロキシプロピルスルホン酸、スル
ホン戚アクリレート、それらの塩類およびそれらの混合
物類がある。もつとも好ましいスルホン1ヒ金物は2−
アクリルアミド−2−メチルプロピルスルホン酸、2−
メタクリルアミド−2−メチルプロピルスルホン酸およ
びそれらの塩類である。
不飽和ポリアルキレンオキシド比合物はどれでも使用で
きる。その例としては、アリルポリエチレングリコール
、メタリルポリエチレングリコール、ポリエチレングリ
コールアクリレート、ポリエチレングリコールメタクリ
レート、メトキシアリルポリエチレンオキシド、それら
のポリプロピレン相当物 、2よびそれらのエーテル勇
導体がある。ポリエチレンオキシドとプロピレンまたは
ブチレンオキシドのような他のポリアルキレシオキシド
類とから作られたポリエーテル類の混合物も使用できる
。このポリエーテル鎖はアルキル、アラルキル、スルホ
ネートまたはホスホネート金属またはイオンによってキ
ャップされていてもよい。
種々のモノマー類の混合物も使用できる。
(アクリルアミド、メタクリルアミドおよびアクリロニ
トリルのような)非イオン性モノマー頑もこのポリマー
中に入ってもよい。ターポリマー類は好ましい。
本発明におけるポリマー類は35乃至90重量%、好ま
しくは50−70重量%の不飽和カルボン酸または塩;
5乃至40重量%、好ましくは10乃至40重量−チの
不飽和スルホン竣または塩;および5乃至40重量%、
好ましくは10乃至30重量%の不飽和ポリアルキレン
オキシド、化5合1物から製造される。
このポリマー類は、好ましくは遊離基重合開始剤の存在
下、モノマー類を混合して製造される。任意の遊離基重
合開始剤が使用できる。その例としては、過酸化物類、
アゾ重合開始剤類およびレドックス系類がある。この重
合反応は光化学的にも開始できる。好ましい触媒は過硫
酸ナトリウムおよびメタ重亜硫液ナトリウムである。
この重合反応はすべての形式、たとえば溶液、懸濁、バ
ルクおよび乳化形式によって行うことができる。
反応温度は決定的に重要なものではない。
この反応は一般に10℃と100℃との間で起こる。こ
の反応は温度に依存して一般に5分間乃至12時間を要
する。反応の完結は残存モノマーの測定によって立証さ
れる。
反応混合物のpHは決定的に重要なものではない、この
pfrは一般に3.0乃至9.0の範囲とされる。
反応混合物中の固形分比率は決定的に重要なものではな
い。好ましい範囲は1乃至50重量%固形分である。
このポリマー類は通常固有粘度によって同定される。〔
75キヤノンウベローデ(75Cannon Ubbe
lohde )毛細管粘度計によって測定された〕。固
有粘度は、1.0Mの塩化ナトリウム中において0,0
5乃至2.5、好ましくは0.05乃至0.5 dl/
gとされなければならない。
本発明のポリマー類は0.1 ppm %好ましくは0
.1乃至1100pp、  もつとも好ましくは0.1
乃至25 ppmの最少使用量にて使用される。
本発明のポリマー類は、意外にも単独においてもまたヒ
ドロキシェチリデンジホスホン識および他のスケール調
節剤類の存在下においてもスケール抑制剤として有効な
ことが発見された。
本発明のポリマー類はPO4のような池の1腐食抑制剤
類と弁用して使用できる。
実施列 実施例では下記の略号を使用する。
へAニアクリル酸 AMPS : 2−アクリルアミド−2−メチルプロピ
ルスルホン鍍 アリルPEG : CH2=CH2−CHz (OCH
2CH2)yOHメトキシアリルPEG : CHz=
CHC’fh−COCHzCH2)n−OCH3、ただ
しnd5乃至10 重合反応 メトキシポリエチレングリコールのアリル工水酸化ナト
リウムの存在下、メトキシPEG(カルボックスワック
ス350 (carboxwax350商品名))を過
剰の臭化アリル(徐々に添加)と反応させた。つぎに未
反応の臭化アリルおよび水を減圧上留去させた。NaB
rが沈殿したのでこれを戸別した。モノマ・−溶液をメ
タノールによって稀釈してから濃Hαによって中和した
。メタノール/ HzOを70℃でロータリー蒸発によ
って除去した。濾過ののち、透明な明褐色溶液を得た。
この生成物がアリルエーテル構造をもつことはIRおよ
びNMRによって確認された。等モル濃度のメトキシ基
とアルキル基が観測された。
ポリマー類の合成 メトキシアリルPEGおよび水をヒール(heel)と
して反応器へ入れ、加熱して80℃とした。38チアク
リル戚ナトリウム溶液と過酸LRアンモニウム(Aps
);@液およびメタ重亜硫酸ナトリウム溶液とを2時間
にわたってフィードした。最終ポリマー溶液の固形分は
30%であった。AA/AMPS/メトキシアリルPE
Gターポリマーの製造にたいしては、このモノマー混合
物中へNaAMPs ヲ加えてそれをフィードする点だ
けを変更した。
サイズ75キヤノンウベローデ毛細管粘度計において1
モルN a Cl中にて固有粘度を測定した。2,0、
i、 o J?よび0.5 f!/diにおける測定値
を取った。この固有粘度の測定にはハギンス(Hugg
fns)の式を使用した。
組成(重量%) 実施例AA  AMPS  メトキシ 重合開始剤重合
開始剤の貴アリルPEG 1  58   0   42     APS   
   2.5チ2  60   0   40   A
PS/5MB5  2.7%/4.0%3  60  
10   30   APS/5MB5 2.4チ/3
.6%4  60  20   20   APS/5
MB5 2.0%/2.0%APS:過硫酸アンモニウ
ム 5MB5:メタ重亜硫酸ナトリウム 炭酸カルシウムの迎車1j pH8,0±0.1において200m9/lのCa+2
(caα2として)、60’0’n9/lのHCO3’
(NaHCO+とじて)を含有する溶液へ本発明の所定
濃度のポリマーを添加して炭酸カルシウムの安定化を測
定した。この溶l夜を60℃(140’F)において2
4時間、静止したフラスコの中に保った。性能の劣るサ
ンプルではCaCO3の沈殿を生じた。これらの固形分
を除去するため、2.5ミクロンのフィルターを通じて
この溶液を濾過した。これらの諸条件下における抑制剤
の有効度は、シュワルゼンバツハ(Schwarzen
bach )の滴定法(EDTA 、クロームブラック
T指示薬)による試験溶液の可溶カルシウム含有率の測
定によって求めた。
抑制剤不存下における可溶性カルシウムイオン遺vは0
%スケール抑1lflJ度に相当する。所定の試験にた
いするパーセント抑?#!I Kは次式によって決定し
た。
V、 e −V 0 Vo=抑制剤の不存下におけるシュワルゼンバツハ滴定
容量(対照(直) Vt=沈殿が起こらないときのシュワルゼンバツハ滴定
容量 Ve=試験溶液中に抑制剤類が存在するときのシュワル
ゼンバツハ滴定容量実験f直すン識カルシウムの抑制 200m9/lのCa  (cacg2としての)およ
び9 、i19/ #のPO4(NazHPO*として
の)を含有する溶液へ本発明の所定!1度のポリマーを
添加してリン竣カルシウムの安定化を測定した。NaE
(cO3: NILZCO3の16.1%溶液を添加し
てこの溶液をpn s、 sに緩街化する。この溶液を
60℃(140〒)において24時間貯蔵した。性能の
劣゛るサンプルではCaPO4の沈殿を生じるので、2
.5μのP舐を通じてこの貯蔵溶液を濾過して“固形分
”を除去する。これらの諸条件下における抑制剤の有効
度は比色法(アスコルビン酸を指示薬として)によりこ
の試験溶液の可溶比リン液塩含有率の測定することによ
って求める。880 nmの波長において2.54 x
 (1インチ)のセルの中に着色が測定される場合、こ
の試験範囲は約0乃至L6m9/lのリン液塩となる。
これよりも高いレベルは1)サンプルの稀釈;2)より
小さいチューブまたはセル中における試料着色の測定;
および/または3)625nmにおける着色測定の実施
;によって測定できる。所定の試験におけるパーセント
抑制度は次式によって決定される。
(抑制剤処理フラスコ中(’) ””9/ lP O4
)−(対照フラスコ中のht4)/73 PO4)x1
0o=チ抑制度 (m9/ l P 04理論値CM#)−(対照フラス
コ中のンnり/lPO+)カルシウムイオンの存在下、
このポリマーが象化鉄の凝集および沈殿を阻止する傾向
を試験した。結果を第2表に集約する。
第2表 Ca+2中における酸化鉄の分散 (pH8,2,5m9/l酸化鉄、5m9/lポリマー
)5   AA/メトキシアリルPEG60/40  
    5ミリモル6   AA/AMP S  60
/40         100 ミリモルフ   A
A/AMPS/)tt4シアリルPEG      4
00 ミリモJI。
無定形酸化鉄の製造 4:1の0HIFa比になるようなhα3溶液へのNa
OHの添加および40℃における一晩(19時間)放置
によって新鮮なX線で無定形の酸化鉄を製造した。得ら
れる酸化鉄粒子は約6nmであると報告された。こうし
て作った無定形酸化鉄を試験溶液によって稀釈して、通
常5η/lという望ましい酸化鉄濃度を得た。
分散性試験 標準冷却水、または5η/lの酸化鉄を含有する所定C
a+ジオン濃度の冷却水100ccをコロイドの試験に
使用し、5η/jのポリマー(固、形分基準)を添加し
た。これら溶液のpHは8.0−9.0であった。この
溶液を水浴中において24時間70℃に保持した。上澄
の7リコートを24または72時間において採取し、4
15nmにおけるチ透過率を測定した。
出JVX人  カルボン コーポレーション−6]

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、水性系における腐食とスケールおよび酸化鉄の形成
    および析出とを抑制する方法に おいて、 (a)35乃至90重量%の不飽和カルボン酸、または
    その塩;および (b)5乃至40重量%の不飽和スルホン酸、またはそ
    の塩;および (c)5乃至40重量%の不飽和ポリアルキレンオキシ
    ド化合物; から製造され、0.05乃至2.5dl/gの固有粘度
    をもつ水溶性ポリマーの少くとも 0.1ppmをこの系へ添加することより成ることを特
    徴とする方法。 2、該ポリマーが、 (a)50乃至70重量%の不飽和カルボン酸またはそ
    の塩; (b)10乃至40重量%の不飽和スルホン酸またはそ
    の塩;および (c)10乃至30重量%の不飽和ポリアルキレンオキ
    シド化合物; から製造される特許請求の範囲第1項に記 載の方法。 3、該ポリマーが0.05乃至0.5dl/gの固有粘
    度をもつ特許請求の範囲第1項に記載 の方法。 4、0.1乃至100ppmのポリマーが添加される特
    許請求の範囲第1項に記載の方法。 5、(a)該カルボキシル化合物が、アクリル酸、メタ
    クリル酸、α−ハロアクリル酸、イ タコン酸、ビニル酢酸、アルキル酢酸、 β−カルボキシエチルアクリレート、フ マール酸、およびマレイン酸、またはそ れらの塩からなる群から選ばれ; (b)該スルホン化合物が、2−アクリルアミド−2−
    メチルプロピルスルホン酸、 アルキルスルホン酸、スチレンスルホン 酸およびビニルスルホン酸、またはそれ らの塩からなる群から選ばれ;また (c)該不飽和ポリアルキレンオキシド化合物が、アリ
    ルポリアルキルグリコール、 メタリルポリアルキルグリコール、ポリ アルキレングリコールアクリレート、ポ リアルキレングリコールメタクリレート、 メトキシアリルポリアルキレンオキシド およびそれらのエーテル誘導体からなる 群から選ばれる、 ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に 記載の方法。 6、該カルボキシル化合物がアクリル酸、メタクリル酸
    およびそれらの塩からなる群か ら選ばれ、該スルホン化合物は2−アクリ ルアミド−2−メチルプロピルスルホン酸、2−メタク
    リルアミド−2−メチルプロピ ルスルホン酸およびそれらの塩からなる群 から選ばれ、また該不飽和ペンダントポリ エチレンオキシド化合物はアリルポリエチ レングリコール、およびメタリルポリエチ レングリコールからなる群から選ばれるこ とを特徴とする特許請求の範囲第5項に記 載のプロセス。 7、(a)アクリル酸、メタクリル酸、それらの塩類お
    よびそれらの混合物類からなる群 から選ばれた35乃至90重量%の不飽 和カルボキシル化合物; (b)2−アクリルアミド−2−メチルプロピルスルホ
    ン酸、2−メタクリルアミド −2−メチルプロピルスルホン酸、それ らの塩類およびそれらの混合物類からな る群から選ばれた5乃至40重量%の不 飽和スルホン酸化合物;および (c)5乃至40重量%の不飽和ポリアルキレンオキシ
    ド化合物; から製造され、0.05乃至2.5dl/gの固有粘度
    をもつことを特徴とする水溶性ポリ マー。 8、該ポリマーが、 (a)50乃至70重量%のアクリル酸、またはその塩
    ; (b)10乃至40重量%の2−アクリルアミド−2−
    メチルプロピルスルホン酸; および (c)10乃至30重量%のアリルメトキシポリエチレ
    ングリコール; から製造される特許請求の範囲第7項に記 載の水溶性ポリマー。 9、該ポリマーが0.05乃至0.5dl/gの固有粘
    度をもつ特許請求の範囲第7項に記載 の水溶性ポリマー。
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