降低热水流阻的组合物及使用该组合物降低热水流阻的方法技术

公开了一种降低管式容器中热水流阻的组合物及使用该组合物有效降低热水流阻的方法，所述组合物主要包括表面活性剂组分和胶束结构稳定剂组分的组合，其中所述表面活性剂组分能形成线性胶束，所述稳定剂组分能稳定所形成的胶束结构。因此本发明专利技术提供了通过将烷基氧化胺基表面活性剂（可选择性地含有第二表面活性剂）与作为胶束结构稳定剂的多种氨基酸组合得到的降低管式容器中热水流阻的组合物，因此它能够维持在温度范围为５０－１００℃的水域中并且使管式容器中湍流流阻降低率达到５０％或更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于降低管式容器中热水流阻的组合物及使用该组合物有效降低热水流阻的方法。更具体地，本专利技术涉及一种用于降低50-100℃热水在管式容器中流动以传递热能时不可避免地产生的管式容器中热水流阻的组合物，该组合物包含表面活性剂和使由表面活性剂产生的胶束结构稳定的结构稳定剂；并且涉及一种使用上述组合物有效地降低管式容器中的流阻的降低管式容器中热水流阻的方法。
技术介绍
众所周知，用水传递热能时，水在管式容器中运动时消耗的能量通常达到传递热能总量的30％，并且如果水运动距离越远，则热能消耗率越高。因此，降低流阻的技术在需要高效传递和利用热能的
变得更加重要。在实际中已探索和研究了多种能用于水系统的降低管式容器湍流流阻的技术。因此，有些技术得到了一定的发展，例如包括在消防用水中添加水溶性聚合物以降低管式容器中的流阻，使得在喷射消防用水时用同样的喷射力可增加喷射距离；在水基流体中，结构类似于上述水溶性聚合物的二级结构的特种表面活性剂自发结合成线性胶束，从而降低湍流等的流阻。近年来，这种研究大量集中在相关应用如烷基铵基组合物用于降低流阻的研发上，所述烷基铵基组合物主要包括作为构成胶束的基本组分并表现出70％或更高的流阻降低效率的长链烷基铵组分。然而，这种烷基铵基组合物由于包含在组合物中的烷基铵组分而对土壤细菌表现出很强的毒性和意外逸出而对环境造成冲击伤害，因此其实际应用处于中止状态。因此急需开发包含低毒或基本无毒且对环境友好的组分作为主要组分、以确保其实际应用的降低流阻的化合物。与流阻降低技术相关的重要理论原理是以流体流动现象的所谓汤姆斯效应(Tom′s effect)为基础的。汤姆斯效应的涵义是，假如约0.1％的表面活性剂或水溶性聚合物在水溶液中凝结在一起或自然聚集在一起而形成长度约为100微米的纤维状结合物时，该结合物可通过影响流体的湍流条件来增加流体的粘弹性，并且通过改变湍流的固有性质而降低流阻，因此使得使用较低的传递能即可在单位时间内传递相同量的流体。尽管估计有些可能形成少量水溶性聚合物和线性胶束的表面活性剂可用作体现汤姆斯效应的物质，但只有表面活性剂物质选择性地用于包含于降低循环系统流阻的化合物的组分的控制技术的开发。这是因为聚合物的结构在循环系统中被不可逆地破坏而不能保持汤姆斯效应，而对于线性胶束来说，即使由表面活性剂分子自然产生的结构暂时遭到水传递过程中产生的各种剪切力、热或化学效应等因素的破坏，其结构也能在短时间内自然恢复为初始状态。因此，在使用水循环系统中流阻降低效应的领域中，研究的重点课题是线性胶束在高温下和长时间的结构稳定性，以及诸如表面活性剂的环境亲和性、低毒性、低成本、使用后处理简单等关键因素。本领域公知的一种有效降低水流阻的组合物的成分是烷基铵和水杨酸盐的混合组分系统。此处的烷基铵基表面活性剂是一种胶束形成剂，而水杨酸盐则可以归为一种高温稳定性增强剂。在该混合组分系统中，十六烷基三甲基铵和水杨酸钠或萘酚的组分结合是一种公知的具有代表性的流阻降低剂(J.Non-Newtonian Fluid Mech.97，151-266(2001))。这种烷基铵组分结合体系的环境亲和性低，并且由于担心会给环境带来负荷而未进入实际应用，然而却用作在研究流阻降低效应和比较结合系统性能的阶段时的参照物。如上所述，有多种用来克服由于这些形成流阻降低混合物的代表性组分缺乏环境亲和性而造成的实用性缺陷的研究方法。更具体地说，目前正在研究氧化胺基表面活性剂和阳离子表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠的结合，以及三甲铵乙内酯基表面活性剂和十二烷基苯磺酸钠的结合作为更具实用性的水基流阻降低物的组分(JAOCS 73，7.91-928(1996))。日本公开特许公报H11-29758号公开了一种组合物，该组合物包含具有与作为其主骨架的烷基键合的氧化胺的表面活性剂作为主要成分，所述氧化胺作为从高温到低温都对降低流阻有作用的水基混合物的组分；并且包含具有带取代基的环氧乙烷或环氧乙烷低聚物组分的非离子型水溶性物质作为附加成分。该组合物还包括具有更低环境负荷的氧化胺基表面活性剂。上述文献建议使用含有低毒性的非离子型聚环氧乙烷组分的补体表面活性剂的技术。日本公开特许公报H11-61093号公开了一种降低摩擦阻力的水基组合物，该组合物包含具有四咪唑鎓盐阳离子骨架作为亲水部分的表面活性剂作为主要组分；并且包含非离子型聚环氧乙烷基添加剂。与之相似，日本公开特许公报H11-193373号公开了一种降低摩擦阻力的水基组合物，该组合物包含具有低环境负荷和低毒性的烷基葡糖酰胺组分作为主要组分。日本公开特许公报2000-313872号表示，使用含有至少两种两性表面活性剂的混合物，或者单独使用一种或联合使用两种或两种以上特定阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂，有可能形成重量比在1.0％以内的胶束并降低水系统管式容器内的摩擦阻力。该混合物主要包括能够产生N+-X-形式的正电荷分布的物质，所述N+-X-形式在考虑环境亲和性及低毒性时适应于主要表面活性剂。这些性质强烈取决于与N+-X-形式的正电荷分布相邻的化学结构。文献还提出将特定阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂混合使用以增补上述性质的技术。需要理解的是，上述关于流阻降低混合物的代表性技术是基于这些混合物的化学组成以及将各种组分以期望的组合比率组合成混合物的工艺技术。例如，含有烷基铵基表面活性剂的流阻降低混合物表现出优良的流阻降低效果能，但却具有很高的毒性，因此在近期的此类流阻降低组合物的应用中基本上不被提及。所以目前正对取代这些烷基铵基表面活性剂的低毒性的两性表面活性剂和非离子型表面活性剂进行深刻的研究。另外现阶段正以多种方式使用与补体表面活性剂不同类型的添加物，以使这些表面活性剂相对低的流阻效率和相对低的稳定性得到增强。因此，本申请的重点是保持流阻功能而不破坏由主要在高温下使用的表面活性剂生成的胶束，降低所用表面活性剂的毒性，是否能够提供流阻降低功能来维持与那些主要表面活性剂相应的归类为胶束结构稳定剂的其它组分的特点和物性。因此，为了使用低毒性低环境负荷的表面活性剂作为主要组分，为了将特定胶束结构稳定剂混入表面活性剂中以弥补形成和维持这些表面活性剂的线性胶束的不足，为了通过此结构和表面活性剂组分的混合来分析和评估结合的流阻降低效果，并且为了确保用来降低流阻的优化水基组合物的所需组分和组合比率，本专利技术人进行了大量研究并完成了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术提供了一种降低热水流阻的组合物，该组合物包括对环境友好的表面活性剂，和甚至可以在90℃或如降低水系统高温流阻的领域中的目标温度的更高温度下保持胶束稳定性并表现出流阻降低效果的胶束结构稳定剂。本专利技术还提供了一种使用上述组合物有效降低管式容器中热水流阻的用于降低热水流阻方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于降低热水流阻的组合物，该组合物包括烷基氧化胺基表面活性剂，和为稳定上述表面活性剂生成的胶束的结构的氨基酸基结构稳定剂。本专利技术还提供了一种用于降低热水流阻的组合物，它包括烷基氧化胺基表面活性剂，以及与烷基氧化胺基表面活性剂混合不会产生沉淀的第二种表面活性剂。本专利技术还提供了一种降低热水流阻的方法，它包括将上述组合物以200-5000本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低热水流阻的组合物，该组合物包括：烷基氧化胺基表面活性剂以及用于稳定由表面活性剂产生的胶束结构的氨基酸基结构稳定剂。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵诚奂，太春燮，金炯録，金承范，徐溶柱，洪珉哲，
申请(专利权)人：韩国能源研究所，东南合成株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]