KR100716127B1

KR100716127B1 - 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용하는수처리 방법

Info

Publication number: KR100716127B1
Application number: KR1020010040381A
Authority: KR
Inventors: 한순종; 김진만; 최동진
Original assignee: 에스케이케미칼주식회사
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2007-05-10
Also published as: KR20030004737A

Abstract

본 발명은 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용하는 수처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 a) 3-이소티아졸리논; b) 아크릴레이트계 중합체; c) 포스포네이트 화합물; d) 아이오딕산염; e) 아연염, 정인산염, 카르복실레이트 화합물, 아졸계 화합물 또는 이들의 혼합물; 및 f) 물을 포함하는 새로운 다기능성 일액형 수처리제 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 수처리제 조성물을 냉각수계에 투입하는 수처리 방법에 관한 것이다.

본 발명의 수처리제 조성물은 살균 지속력이 있어 개방 순환 냉각시스템에서의 모든 미생물에 대하여 살균효과가 우수하고, 부식반응 중 양극반응과 음극반응 모두를 방지하는 기능을 겸비하고 있으므로 금속표면에서 발생할 수 있는 부식조건을 최대한 축소시켜 뛰어난 방식효과를 기대할 수 있다. 또한, 2가 금속염 스케일의 결정구조를 변환하여 스케일을 억제하는 능력이 우수하므로 부식, 스케일 및 미생물에 관련된 문제를 동시에 해결할 수 있다.

3-이소티아졸리논, 아크릴레이트계 중합체, 포스포네이트 화합물, 아이오딕산염, 아연염, 정인산염, 카르복실레이트 화합물, 아졸계 화합물, 다기능성 일액형 수처리제 조성물, 개방 순환 냉각시스템

Description

다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용하는 수처리 방법{MULTI-FUNCTIONAL ONE-COMPONENT TYPE COOLING WATER TREATMENT AGENT AND METHOD FOR WATER TREATMENT USING THE SAME}

본 발명은 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용하는 수처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물을 이용한 개방 순환 냉각시스템에서 발생 가능한 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 형성을 동시에 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 제품의 보관 또는 사용중에도 안정성이 매우 우수한 냉각수처리제 조성물 및 이를 이용하는 수처리 방법에 관한 것이다.

개방 순환 냉각시스템에서는 냉각탑이라는 장치를 이용하여 냉각수의 온도를 조절하고 있다. 냉각탑을 이용한 시스템은 공기가 항상 유입되므로 개방 순환 냉각시스템이라 불리우며, 냉각수를 재사용하는 과정에서 물의 증발을 통해 물속에 포함된 각종 미네랄의 농축이 발생하고 사용하는 물을 처리하는 방법에 따라 매우 다양한 결과가 나타난다. 이러한 다양한 결과를 종합 정리하면 개방 순환 냉각시스템에서는 크게 부식, 스케일, 미생물에 의한 세 가지 문제점이 발생한다.

먼저, 부식은 쉽게 설명하면 금속재질에 녹이 생기는 것이라 표현할 수 있 다. 일반적으로 금속재질은 산화물 상태로 존재하던 것을 재련이라는 과정을 통해 만든 물질이므로 열역학적으로 안정한 산화물 상태로 되돌아가려는 성질이 매우 강한 특성을 지니고 있다. 따라서 개방 순환 냉각시스템에서 부식이 발생하는 것은 매우 당연한 일이기도 하다.

스케일은 금속표면에 부식에 의한 퇴적물이나 기타 무기물질 또는 수질내에 존재하는 다양한 2가 금속이온이 음이온계 화학물질 등과 결합에 의해 생성되는 것으로, 일반적으로 스케일 현상은 온도가 올라감에 따라 금속염들의 용해도 감소에 의해 발생되며 개방 순환 냉각시스템 중에서는 냉동기나 열교환기처럼 열부하로 인해 온도가 높은 곳에서 쉽게 발생한다. 스케일이 심할 경우에는 배관이 막히게 되고 열전달 효율이 낮아져 공정제어 불량 및 필요 이상의 에너지를 낭비할 수 있다.

또한 박테리아, 곰팡이, 이끼류 등의 미생물들은 주변환경 변화에 따라 잘 서식할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 불행히도 냉각탑의 환경은 물의 온도, pH, 용존산소, 미네랄, 햇빛 등의 주변환경들을 살펴보면 미생물이 서식하기에는 너무나 좋은 조건을 지니고 있다. 미생물이 서로 엉켜 냉각탑의 충전재에 부착해 있으면 물과 공기의 흐름을 방해하여 냉각효율이 떨어지게 된다. 냉각탑 충전재에 부착된 미생물 덩어리를 '슬라임'이라 일컫으며 이러한 미생물 슬라임이 금속배관의 표면에 부착되면 미생물에 의한 부식이나 하부부식 등의 국부부식을 발생시키기도 한다.

실제로, 산업현장에 설치된 냉각공조의 열교환기를 비롯하여 수배관을 사용한 각종 산업용 설비에서 매우 쉽게 부식, 스케일 및 미생물 슬라임이 발생하는 것 을 발견 할 수 있는데, 이러한 경우 냉각 순환시스템의 수명단축, 열전달 효율 감소, 세균에 의한 감염, 환경오염 등의 심각한 문제들을 일으켜 막대한 경제적 손실을 발생시킨다.

이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 다양한 수처리제가 종래부터 개발되어 왔으나, 종래 널리 사용되고 있는 냉각수처리 프로그램들은 부식방지제, 스케일방지제 및 미생물방지제를 각각 따로 투입하여 냉각수처리를 수행하는 것으로써, 한 제품의 투입으로는 부식, 스케일 및 미생물에 관련된 문제를 모두 해결하기가 불가능하다. 이와 같이 개별적인 효능을 가진 냉각수처리제의 예를 들면 미국특허 제 4,108,790호에는 중합인산염과 글루코네이트를 이용한 수처리제 조성물이 기술되어 있고, 미국특허 제 4,324,684호에는 크롬염을 이용한 수처리제 조성물이 기술되어 있고, 미국특허 제 4,530,955호에는 리그닌과 탄닌을 이용한 수처리제 조성물이 기술되어 있고, 미국특허 제 5,227,133호에서는 아연염, 몰리브덴산염, 인산염의 조성에 의한 냉각수 처리 기술이 보고되어 있으며, 미국특허 제 5,156,665호에는 미생물 방지 처리기술이 보고된 바 있다.

그러나, 앞에서 언급했듯이 부식 및 스케일 방지기능이 있는 수처리제 조성물에서는 미생물 방지기능이 미약하며, 미생물 방지 조성물에서는 부식 및 스케일 방지기능을 기대할 수 없으므로 그 사용이 제한적이고, 냉각수를 관리하기 위하여 관리자가 냉각수 상태에 따라 다양한 수처리제를 적절히 투입하여야 하는 등의 관리상의 문제점이 있을 뿐만 아니라, 특히 크롬염의 경우에는 공해유발, 인체독성 등의 여러 문제점으로 인하여 사용이 규제되고 있다.

또한, 종래의 냉각수처리 방법으로 부식방지제, 스케일방지제 및 미생물방지제가 각각 별개로 개발되어 온 것은 이들을 하나의 제품으로 혼합할 경우 서로간의 상용성이 부족하여 침전물을 형성하거나 각각의 성분들이 서로 엉기는 등 제품의 안정성이 저하되고, 각각의 화합물이 가지는 효과가 원활히 발휘되지 못하기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서의 문제점을 고려하여, 개방 순환 냉각시스템에서 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 발생 문제를 동시에 해결할 수 있는 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 사용이 보다 간편하고, 조성성분 화합물 상호간의 상용성이 우수하여 제품의 보관 및 사용시에 안정성이 매우 우수한 냉각수처리제 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 냉각수처리제 조성물을 이용하는 수처리 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

a) 하기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논;

b) 하기 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트계 중합체;

c) 포스포네이트 화합물;

d) 아이오딕산염;

e) 아연염, 정인산염, 카르복실레이트 화합물, 아졸계 화합물 또는 이들

의 혼합물; 및

f) 물

을 포함하는 다기능성 일액형 수처리제 조성물을 제공한다:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R은 수소 또는 염소이고,

[화학식 2]

상기 화학식 2에서,

l, m, n은 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 1 내지 1,000의 정수이고; R은 수소, 메틸 또는 카르복시기이며, R이 카르복시기일 때 인접한 카르복시기와 결합하여 무수 고리(anhydrous ring)를 형성하며; R₁과 R₈은 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 하이드록시기 또는 포스 포노기이며; R₂와 R₃은 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소 또는 C₁-C₂ 알킬기이며; R₄는 수소 또는 C₁-C₅의 알킬기이며; R₅는 C₁-C₈ 알킬기 또는 C₈-C₁₀ 아랄킬기이며; X 및 Y는 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, C₁-C₅의 알킬기 또는 C₁-C₅의 하이드록시 알킬기이며; 및 R₀는 하기 화학식 3, 4 및 5로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것이다:

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

상기 화학식 3 내지 5의 식에서,

R₆및 R₁₂는 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소 또는 C₁-C₂의 알킬기이며; R₁₃ 및 R₁₄는 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, C₁-C₈의 알킬기, C₆-C₈의 사이클로 알킬기, 벤질기 또는 하기 화학식 6의 화합물이며; 및 R₇은 C₁-C₆의 알킬기, C₆-C₁₀의 알릴기, C₆-C₁₀의 아랄킬기 또는 하기 화학식 6의 화합물이다:

[화학식 6]

상기 화학식 6에서,

i는 1, 2 또는 3이고; R₉는 수소 또는 C₁-C₂의 알킬기이고; R₁₀은 수소 또는 C₁-C₆의 알킬기이다.

바람직하게 본 발명의 수처리제 조성물은 가) a) 상기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논; b) 상기 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트계 중합체; c) 포스포네이트 화합물; d) 아이오딕산염; 및 e) 아연염, 정인산염, 카르복실레이트 화합물, 아졸계 화합물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 조성물 1 ∼ 90 중량%; 및 나) 물 10 ∼ 99 중량%를 포함하며,

상기 가) 조성물은 a) 상기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논 100 중량부; b) 상기 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트계 중합체 100 내지 12000 중량부; c) 포스포네이트 화합물 100 내지 12000 중량부; d) 아이오딕산염 100 내지 3200 중량부; 및 e) 아연염 100 내지 8000 중량부, 정인산염 100 내지 10000 중량부, 카르복실레이트 화합물 100 내지 12000 중량부, 아졸계 화합물 1 내지 2000 중량부, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 기재의 다기능성 일액형 수처리제 조성물을 냉각수계에 투입하는 수처리 방법을 제공한다.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 계속적인 연구를 진행하여 왔고, 그 결과 보관 및 사용시에 안정성이 우수하며, 개방 순환 냉각시스템에서 부식, 스케일 및 미생물 슬라임 발생 문제를 동시에 해결할 수 있는 냉각탑 수처리제 조성물을 개발하게 되었다.

본 발명의 냉각수처리제 조성물에 있어서, 미생물 성장 억제제로 a) 상기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논을 사용하여 살균 지속력에 의해 개방 순환 냉 각시스템에서의 모든 미생물에 대하여 살균효과가 우수하고, 부식반응 중 양극반응과 음극반응 모두를 방지하는 기능을 겸비하여 금속표면에서 발생할 수 있는 부식조건을 최대한 축소시켜 뛰어난 방식효과를 기대할 수 있다. 특히, 상기 화학식 1의 3-이소티아졸리논은 R이 수소인 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온이거나 R이 염소인 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온과 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온이 1:20 내지 20:1의 중량비율로 혼합되어 있는 혼합물을 사용하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에서는 스케일 형성 방지제로 b) 상기 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트계 중합체를 사용하여 2가 금속염의 스케일 억제효과에 매우 우수한 특성을 나타낸다. 상기 아크릴레이트 중합체의 사용량은 미생물 성장 억제제인 3-이소티아졸리논 100 중량부에 대하여 100 내지 12000 중량부로 사용한다. 이때 그 사용량이 상기 범위를 벗어나면 미생물 억제 효율이 저하될 수 있으며 스케일 억제 효과는 좋으나 경제적이지 못하다.

또한, 본 발명에서는 c) 포스포네이트 화합물을 사용하여 2가 금속염의 크리스탈 구조를 변화시켜 스케일 형성을 억제함과 동시에 금속의 부식을 방지하는 기능을 갖추게 된다. 상기 포스포네이트 화합물은 오르가닉 포스페이트 이온인 것이 바람직하며, 예를 들면 포스포노부탄 트리 카르복실산, 하이드록시에틸리덴 디포스포닉산, 하이드록시포스포노 카르복실산, 아미노트리메틸렌 포스포닉산, 및 에틸렌 디아민 테트라메틸리덴 포스포닉산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 상기 포스포네이트 화합물의 사용량은 미생물 성장 억제제인 3-이소티아졸 리논 100 중량부에 대하여 오르가닉 포스페이트 이온의 농도기준으로 100 내지 12000 중량부로 사용한다. 이때, 그 사용량이 상기 범위를 벗어나면 미생물 억제 효율이 저하될 수 있으며 부식 및 스케일 억제 효과는 좋으나 경제적이지 못하고 장기간의 제품 저장안정성을 해칠 수 있다.

본 발명의 냉각수처리제 조성물에 있어서, d) 아이오딕산염은 제품의 저장안정성을 향상시키는 안정제로 사용한다. 상기 아이오딕산염은 아이오딕산 포타시움염 또는 아이오딕산 소디움염을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 아이오딕산염의 사용량은 미생물 성장 억제제인 3-이소티아졸리논 100 중량부에 대하여 요오드이온의 농도기준으로 4 내지 400 중량부를 사용한다. 이때, 그 사용량이 상기 범위를 벗어나면 제품보관시 저장안정효과가 좋지 않고 경제적이지 못하다.

또한, 본 발명의 냉각수처리제 조성물에 있어서, 각 성분 상호간의 상용성 및 부식 방지 성능을 증가시키기 위하여, e) 아연염, 정인산염, 카르복실레이트 화합물, 아졸계 화합물, 또는 이들의 혼합물을 포함한다.

이때 사용되는 아연염으로는 염화아연, 황산아연, 질산아연 등을 단독 또는 1 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 정인산염으로는 제 1 인산염, 제 2 인산염, 제 3 인산염 또는 인산을 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있고, 특히 인산을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 카르복실레이트 화합물은 탄소수 3 내지 12개인 카르복실레이트 화합물로 이루어진 군으로부터 적어도 1 종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 아졸계 화합물로는 벤조트리아졸, 톨릴트리아졸, 및 머캅토벤조티아졸로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것을 사용할 수 있고, 특히 벤 조트리아졸을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 아연염을 포함하는 경우 금속표면에 빠른 방식피막을 형성시켜 부식 방지 능력을 향상시킨다. 상기 아연염의 사용량은 상기 3-이소티아졸리논 100 중량부에 대하여 아연이온의 농도기준으로 100 내지 8000 중량부로 사용한다. 이때, 그 사용량이 상기 범위를 벗어나면 부식방지 효과는 좋으나 경제적이지 못하고 아연염으로 구성된 스케일을 발생시킬 수 있다.

또한, 정인산염을 포함하는 경우 금속표면에 이중 극성 피막(bi-polar layer)을 형성시켜 부식 방지 능력을 향상시킨다. 상기 정인산염의 상기 3-이소티아졸리논 100 중량부에 대하여 오르토 포스페이트이온의 농도기준으로 100 내지 10000 중량부로 사용하며, 이때 그 사용량이 상기 범위를 벗어나면 미생물 억제 효율이 저하될 수 있으며 부식 방지 효과는 좋으나 경제적이지 못하고 2가 금속이온과 오르토 포스페이트이온이 결합된 포스페이트염 스케일을 발생시킬 수 있다.

또한, 카르복실레이트 화합물을 포함하는 경우 부식반응중 양극반응을 억제하여 부식 방지 능력을 향상시킨다. 상기 카르복실레이트 화합물의 사용량은 상기 3-이소티아졸리논 100 중량부에 대하여 100 내지 12000 중량부로 사용하며, 이때 그 사용량이 상기 범위를 벗어나면 미생물 억제 효율이 저하될 수 있으며 경제적이지 못하고 제품의 저장안정성을 해칠 수 있다.

또한, 아졸계 화합물을 포함하는 경우 여러 금속 중에서 구리 및 구리합금에 대한 부식 방지 능력을 향상시킨다. 상기 아졸계 화합물의 사용량은 상기 3-이소티아졸리논 100 중량부에 대하여 1 내지 2000의 중량부로 사용한다. 이때, 그 사 용량이 상기 범위를 벗어나면 구리 및 구리합금에 대한 부식 방지능력을 향상시킬 수 있으나 경제적이지 못하고 제품의 저장안정성을 해칠 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 조성성분 이외에 f) 물을 더욱 포함하여 전체 중량비율을 조절할 수 있으며, 바람직하게는 전체 총량 대비 10 ∼ 99 중량%, 더욱 바람직하게는 60 ∼ 80 중량%로 사용하는 것이 좋다. 상기 물은 특히 이온이 없는 순수나 증류수를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

따라서, 본 발명의 다기능성 일액형 수처리제 조성물은 전체 총량 대비 가) 상기 조성성분으로 이루어진 조성물 1 ∼ 90 중량%, 및 나) 물 10 ∼ 99 중량%로 이루어지는 것이다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 조성과 함량을 가지는 다기능성 일액형 냉각수처리제 조성물을 냉각수계에 투입하는 수처리 방법을 제공한다.

이때, 상기 냉각수계에서 냉각수처리제 조성물은 처리하고자 하는 냉각수 등의 물에 1 내지 500,000 ppm의 농도로 유지시켜 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5 내지 250,000 ppm으로 유지하는 것이 좋다.

본 발명의 냉각수처리제 조성물은 각종 산업용 수배관에서 발생할 수 있는 부식을 방지하고 스케일 및 미생물 성장을 억제하는데 보다 효과적으로 사용될 수 있으므로 개방 순환 냉각시스템과 일과식 냉각시스템이 사용 대상이 될 수 있다. 그 중에서도 부식 또는 스케일성향이 높고 미생물 문제가 심한 개방순환 냉각시스템의 수처리제로 사용하는 것이 보다 바람직하다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 다음과 같이 상세히 설명한다. 단, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5]

시험 수질 중의 각 유효성분의 함량이 하기 표 1(실시예 1 내지 10) 및 표 2(비교예 1 내지 5)에 기재된 바와 같이 되도록 하기 표 3, 5 및 7의 시험수질에 용해시켰다.

냉각수처리제 조성물을 용해시킨 수처리 프로그램 중의 각 성분의 농도

구 분		실시예
구 분		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
조성 성분 (ppm)	이소티아졸리논	1.5	2.0	2.5	1.5	2.0	2.5	1.5	2.5	1.5	2.5
	아크릴레이트계 중합체	5	7.5	10	5	7.5	10	5	10	5	10
	포스포네이트 화합물	3	5.5	8	3	5.5	8	3	8	5.5	8
	아이오딕산염	0.08	0.1	0.1	0.15	0.15	0.15	0.1	0.1	0.1	0.1
	아연염	2	2.5	3	0	0	0	0	0	0	2.5
	정인산염	0	0	0	4	8	12	0	0	0	4
	카르복실레이트 화합물	0	0	0	0	0	0	5	10	20	10
	아졸계 화합물	0	0	0	0	0	0	0	0.5	0	1.0

구 분		비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
조성 성분 (ppm)	이소티아졸리논	0	1.5	0	0	0
	아크릴레이트계 중합체	0	0	10	0	0
	포스포네이트 화합물	0	0	0	0	5
	아이오딕산염	0	5.5	0	0	0
	아연염	0	0	0	2	0
	정인산염	0	0	0	4	0
	카르복실레이트 화합물	0	0	0	0	5
	아졸계 화합물	0	0	0	0	1.0

상기 표 1 및 2에서, 이소티아졸리논은 SK 케미칼사의 상품인 'SKYBIO WG'(2-메틸-4-이소티아졸론-3-온: 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온의 중량비가 1:3인 혼합물)를 사용하였으며, 사용량은 이소티아졸리논의 원체의 농도기준으로 표시하였다. 아크릴레이트계 중합체는 BIOLAB사의 상품인 'Belclene 400'(아크릴레이트 코폴리머가 50% 함유된 제품)을 사용하였으며, 사용량은 아크릴레이트 공중합체의 농도기준으로 표시하였다. 포스포네이트 화합물은 히드록시에틸리덴 디포스포닉산[HEDP(LONZA사)]을 사용하였으며, 사용량은 오르가닉 포스페이트의 농도기준으로 표시하였다. 아이오딕산염은 아이오딕산 포타시움염을 사용하였으며, 사용량은 아이오딕산 포타시움염의 농도기준으로 표시하였다. 아연염은 염화아연을 사용하였으며 사용된 적용량을 아연이온의 농도기준으로 표시하였다. 정인산염은 인산을 사용하였으며 사용량은 오르토 포스페이트의 이온 농도기준으로 표시하였다. 카르복실레이트 화합물은 시트릭산을 사용하였으며 사용량은 시트릭산의 농도기준으로 표시하였다. 또한, 아졸계 화합물은 벤조트리아졸을 사용하였으며, 벤조트리아졸산의 농도기준으로 표시하였다.

[실험예]

상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5에 대하여 하기와 같이 부식 억제시험, 스케일 형성 억제시험 및 미생물 성장 억제시험을 실시하였다.

가. 부식 시험

회전 부식 측정기(Rotating corrosion tester)를 사용하여 부식시험을 실시하였다. 온도 30 ℃, 10 cc/min의 공기주입상태에서 탄소강 시험편을 회전속도 170 rpm으로 회전시켜 탄소강의 부식속도를 측정하였다. 이때 다음 표 3의 시험수질에 상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5에 대하여 냉각수처리제 성분의 각 농도를 유지시키고 5 일간 침지시켰으며, 탄소강의 무게감량에 따른 부식속도[mdd, mg/(d㎡ㆍday)]를 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

부식 시험에 사용된 시험수질

구 분	수 질
구 분	# 1	# 2	# 3
PH	7.5 ∼ 8.0
칼슘경도 (ppm)	100	300	500
M-알카리도 (ppm)	80	100	120
총경도 (ppm)	120	360	600
염소이온 (ppm)	80	240	400

상기 표 3에서, pH는 0.1N 수산화나트륨 수용액과 0.05N 황산 수용액으로 조절하였다. 칼슘경도는 염화칼슘으로 조절하였으며, M-알카리도는 중탄산나트륨으로 조절하였다. 또한, 총경도는 칼슘경도와 마그네슘경도의 합으로 구성하였다. 마그네슘 경도는 황산마그네슘으로 조절하였으며, 염소이온은 염화나트륨으로 조절하였다.

부식 시험 결과

구 분	부식결과 (mdd; mg/(d㎡ㆍday))
구 분	수질 #1	수질 #2	수질 #3
실시예 1	1.48	2.04	2.12
실시예 2	1.24	1.40	1.63
실시예 3	1.24	1.36	1.44
실시예 4	1.42	1.82	2.43
실시예 5	1.32	1.44	1.50
실시예 6	1.26	1.36	1.42
실시예 7	3.05	5.28	7.54
실시예 8	1.06	3.52	4.28
실시예 9	1.21	5.08	6.34
실시예 10	0.64	0.72	0.68
비교예 1	284.31	195.21	159.58
비교예 2	296.54	205.36	172.05
비교예 3	265.28	174.28	136.45
비교예 4	13.58	15.26	12.27
비교예 5	26.38	29.24	36.08

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1 내지 5에 비하여 실시예 1 내지 10의 경우 부식방지효과가 월등히 우수하므로, 본 발명의 다기능성 냉각수처리제 조성물이 부식방지효과가 우수함을 알 수 있다.

나. 스케일 형성 억제 시험

테스트 용액을 밀폐시키고 70 ℃에서 24시간 정체시킨 후 테스트 용액을 0.45 마이크로미터 필터로 여과하고 이때의 총경도를 측정하여 스케일 억제율을 측정하였다. 시험수질은 하기 표 5에 기재한 바와 같고, 이 시험수질에서 상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5에 대하여 냉각수처리제 성분의 각 농도를 유지시키고 시험하였다. 스케일 억제율은 다음 수학식 1에 의해 계산하여 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서, Ct는 시험전의 시험액 중의 총경도이고, Ce는 시험후의 시험액 중의 총경도이다.

스케일 억제 시험에 사용된 시험수질

구 분	수 질
구 분	# 1	# 2	# 3
칼슘경도 (ppm)	100	300	500
M-알카리도 (ppm)	100	300	500
염소이온 (ppm)	80	240	400

상기 표 5에서, 각 시험수질의 칼슘경도는 염화칼슘으로 조절하였으며, M-알카리도는 중탄산나트륨으로, 염소이온은 염화나트륨으로 각각 조절하였다.

스케일 억제 시험 결과

구 분	스케일 억제율 (%)
구 분	수질 #1	수질 #2	수질 #3
실시예 1	100	100	98
실시예 2	100	100	98
실시예 3	100	100	100
실시예 4	98	97	98
실시예 5	98	97	94
실시예 6	98	94	92
실시예 7	100	100	100
실시예 8	100	100	100
실시예 9	100	100	100
실시예 10	100	100	96
비교예 1	88	33	28
비교예 2	86	30	25
비교예 3	96	90	86
비교예 4	78	27	24
비교예 5	96	92	86

상기 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 10의 경우 스케일 억제 율이 92 ∼ 100%로 비교예 1 내지 5에 비하여 월등히 우수함을 알 수 있다.

다. 미생물 성장 억제 시험

온도 30 ℃, 170 rpm, 10 ml/min의 공기주입상태에서 미생물 8 종(Enterobacter aerogens ATCC 13048, Escherichia coli ATCC 11229, Micrococcus luteus ATCC 9341, Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442, Klebsiella pneumoniae ATCC 1560, Staphylococcus edidermis ATCC 155, Staphylococcus aureus ATCC 6538, Bacillus subtilis ATCC 6984 의 8종)의 혼합액을 주입하여 2 일 후의 미생물의 농도 감소를 측정하였다. 이때, 미생물 혼합액을 10⁶ CFU/ml(Colony Forming Unit/ml)로 제조한 후 다음 표 7의 시험수질에 미생물의 농도를 10⁵ CFU/ml가 되도록 투입하고, 상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5의 수처리제 조성물에 대하여 각 성분의 농도를 유지시킨 후 미생물 성장 억제 시험을 실시하였고 미생물 감소의 결과를 다음 표 8에 나타내었다.

미생물 성장 억제 시험에 사용된 시험수질

구 분	수 질
구 분	# 1	# 2	# 3
PH	7.5 ∼ 8.0
칼슘경도 (ppm)	100	300	500
M-알카리도 (ppm)	80	100	120
총경도 (ppm)	120	360	600
염소이온 (ppm)	80	240	400
초기 미생물 수 (CFU/ml)	10⁵	10⁵	10⁵

미생물 성장 억제 시험 결과

구 분	미생물수 (CFC/ml = Colony Forming Unit/ml)
구 분	수질 #1	수질 #2	수질 #3
실시예 1	10¹	10¹	10¹
실시예 2	0	0	10¹
실시예 3	0	0	0
실시예 4	10¹	10¹	10¹
실시예 5	0	10¹	10¹
실시예 6	0	0	0
실시예 7	10¹	10¹	10¹
실시예 8	0	0	0
실시예 9	10¹	10¹	10¹
실시예 10	0	0	10¹
비교예 1	10⁶	10⁷	10⁷
비교예 2	10¹	10¹	10²
비교예 3	10⁷	10⁷	10⁷
비교예 4	10⁷	10⁷	10⁸
비교예 5	10⁶	10⁷	10⁷

상기 표 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 10의 냉각수처리제 조성물을 사용한 경우에는 비교예 1 내지 5에 비하여 미생물 성장 억제 기능이 월등히 높았으며, 특히 실시예 3, 6 및 8의 경우 미생물 성장이 완전히 억제됨을 알 수 있었다.

이와 같은 시험 결과들을 종합하면, 본 발명에 의한 개방 순환 냉각시스템용 냉각수처리제 조성물은 금속의 부식 방지 기능, 스케일 생성 방지 기능 및 미생물 살균 효과가 서로 상승적으로 향상되어 사용 및 기능이 매우 우수함을 알 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 수처리제 조성물은 살균 지속력이 있 어 개방 순환 냉각시스템에서의 모든 미생물에 대하여 살균효과가 우수하고, 부식반응 중 양극반응과 음극반응 모두를 방지하는 기능을 겸비하고 있으므로 금속표면에서 발생할 수 있는 부식조건을 최대한 축소시켜 뛰어난 방식효과를 기대할 수 있다.

또한, 2가 금속염 스케일의 결정구조를 변환하여 스케일을 억제하는 능력이 우수하므로 부식, 스케일 및 미생물에 관련된 문제를 동시에 해결할 수 있다.

Claims

a) 하기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논;

b) 하기 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트계 중합체;

c) 포스포네이트 화합물;

d) 아이오딕산염;

e) 아연염, 정인산염, 카르복실레이트 화합물, 아졸계 화합물 또는 이들

의 혼합물; 및

f) 물

을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 일액형 수처리제 조성물:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R은 수소 또는 염소이고,

[화학식 2]

상기 화학식 2에서, l, m, n은 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 1 내지 1,000의 정수이고; R은 수소, 메틸 또는 카르복시기이며, R이 카르복시기일 때 인접한 카르복시기와 결합하여 무수 고리(anhydrous ring)를 형성하며; R₁과 R₈은 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 하이드록시기 또는 포스포노기이며; R₂와 R₃은 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소 또는 C₁-C₂ 알킬기이며; R₄는 수소 또는 C₁-C ₅의 알킬기이며; R₅는 C₁-C₈ 알킬기 또는 C₈-C₁₀ 아랄킬기이며; X 및 Y는 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, C₁-C₅의 알킬기 또는 C₁-C₅의 하이드록시 알킬기이며; 및 R₀ 는 하기 화학식 3, 4 및 5로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 화합물이다:

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

상기 화학식 3 내지 5의 식에서, R₆및 R₁₂는 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소 또는 C₁-C₂의 알킬기이며; R₁₃ 및 R₁₄는 각각 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 수소, C₁-C₈의 알킬기, C₆-C₈의 사이클로 알킬기, 벤질기 또는 하기 화학식 6의 화합물이며; 및 R₇은 C₁-C₆의 알킬기, C₆-C₁₀의 알릴기, C₆-C₁₀의 아랄킬기 또는 하기 화학식 6의 화합물이다:

[화학식 6]

상기 화학식 6에서, i는 1, 2 또는 3이고; R₉는 수소 또는 C₁-C₂의 알킬기이고; R₁₀은 수소 또는 C₁-C₆의 알킬기이다.
제 1 항에 있어서,

상기 다기능성 일액형 수처리제 조성물이

가) a) 상기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논;

b) 상기 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트계 중합체;

c) 포스포네이트 화합물;

d) 아이오딕산염; 및

e) 아연염, 정인산염, 카르복실레이트 화합물, 아졸계 화합물, 또는

이들의 혼합물

을 포함하는 조성물 1 ∼ 90 중량%; 및

나) 물 10 ∼ 99 중량%를 포함하며,

상기 가) 조성물이

a) 상기 화학식 1로 표시되는 3-이소티아졸리논 100 중량부;

b) 상기 화학식 2로 표시되는 아크릴레이트계 중합체 100 내지 12000

중량부;

c) 포스포네이트 화합물 100 내지 12000 중량부;

d) 아이오딕산염 100 내지 3200 중량부; 및

e) 아연염 100 내지 8000 중량부, 정인산염 100 내지 10000 중량부, 카르

복실레이트 화합물 100 내지 12000 중량부, 아졸계 화합물 1 내지

2000 중량부, 또는 이들의 혼합물

을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 일액형 수처리제 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 a)의 3-이소티아졸리논은 2-메틸-4-이소티아졸론-3-온 및 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸론-3-온이 1:20 내지 20:1의 중량비율로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 다기능성 일액형 수처리제 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 c)의 포스포네이트 화합물이 포스포노부탄 트리 카르복실산, 하이드록시에틸리덴 디포스포닉산, 하이드록시포스포노 카르복실산, 아미노트리메틸렌 포스포닉산, 및 에틸렌 디아민 테트라메틸리덴 포스포닉산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다기능성 일액형 수처리제 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 d)의 아이오딕산염이 아이오딕산 포타시움염 또는 아이오딕산 소디움염인 것을 특징으로 하는 다기능성 일액형 수처리제 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 e)의 아연염이 염화아연, 황산아연, 및 질산아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다기능성 일액형 수처리제 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 e)의 정인산염이 인산, 제 1 인산염, 제 2 인산염, 및 제 3 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다기능성 일액형 수처리제 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 e)의 카르복실레이트 화합물이 탄소수 3 내지 12개인 카르복실레이트 화합물로 이루어진 군으로부터 적어도 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능성 일액형 수처리제 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 e)의 아졸계 화합물이 벤조트리아졸, 톨릴트리아졸, 및 머캅토 벤조티아졸로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다기능성 일액형 수처리 제 조성물.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 다기능성 일액형 수처리제 조성물을 냉각수계에 투입하는 것을 특징으로 하는 수처리 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 냉각수계에서 수처리제 조성물의 농도가 1 내지 500,000 ppm인 것을 특징으로 하는 수처리 방법.