抑制腐蚀和结垢的组合物和方法技术

一种抑制水系统中的组件上的腐蚀、白锈和结垢形成的组合物和方法。该组合物优选包含氨基酸基聚合物(最优选聚天冬氨酸或其盐)、羟基膦酰乙酸和第二膦酸(优选膦酰羧酸)，并且不需要使用受管制的金属。该组合物即使在杀生物剂存在下也是有效的。抑制白锈的优选方法包括向水系统中添加氨基酸基聚合物或羟基膦酰乙酸或这两者。抑制腐蚀、白锈和结垢形成的优选方法包括将氨基酸基聚合物、羟基膦酰乙酸和膦酰羧酸添加到水系统中。当加入到水系统中的一定体积的水中时，优选氨基酸基聚合物和羟基膦酰乙酸的活性浓度每个都至少3ppm。

Composition and method for inhibiting corrosion and scaling

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抑制腐蚀和结垢的组合物和方法相关申请的引证本申请要求享有2017年6月27日提交的美国申请号15/634,416的优先权。
本专利技术涉及抑制低LSI(朗格勒(Langelier)饱和指数)水系统中的金属组件上的腐蚀或白锈和抑制高LSI水系统中结垢形成的处理组合物和方法。
技术介绍
各种水处理组合物用于减少与水系统如开放式再循环系统、闭环冷却或加热系统、冷却塔和锅炉中的水性溶液接触的金属组件上的腐蚀、矿物垢和白锈形成，并帮助保护这些系统的金属组件。这些水系统中通常使用的金属包括铁金属，包括镀锌钢、铝及其合金，铜及其合金，铅和焊料。许多已知的腐蚀抑制剂包含受管制的有毒金属，如锌，铬酸盐和钼酸盐，它们对环境有害并且会增加成本。锌通常在具有高腐蚀性水(低LSI)的水系统中用作腐蚀抑制剂。然而，由于毒性问题，其使用是不合乎需要的，并且在某些地方其使用面临法规。锡也已被用作锌的无毒替代品，但其价格更昂贵。许多已知的腐蚀和阻垢剂的性能也受到杀生物剂使用的不利影响，杀生物剂通常在水系统中用于控制微生物的生长。在美国专利号5,523,023中公开了聚天冬氨酸和单种膦酸即使在膦酸为2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTC)时在存在杀生物剂的情况下也有效抑制腐蚀和结垢的使用。'023专利中优选的膦酸是PBTC，但其他膦酸，包括1-羟基乙烷1,1-二膦酸和羟基膦酰乙酸(HPA)也被认为是合适的。'023专利中基于聚天冬氨酸和PBTC的使用所证实的腐蚀速率结果优于其他腐蚀抑制剂，但尤其是在存在杀生物剂的情况下，仍然需要更大的腐蚀抑制能力。'023专利中基于聚天冬氨酸和PBTC的使用所证实的结垢形成结果与单独使用PBTC所获得的结果大致相同，这表明采用'023专利的双组分配方并未获得抑垢作用的实质性改进。当前用于防止白锈的解决方案包括用碳酸锌钝化金属表面和控制水化学而减少形成白锈的可能性。已知的处理方法包括使用无机磷酸盐、硫代氨基甲酸盐、有机磷化合物和单宁酸。例如，美国专利号5,407,597和6,468,470公开了包含有机磷化合物(包括PBTC)，钼、钛、钨或钒的碱金属盐以及氨基甲酸酯化合物或单宁化合物的组合物。美国专利号6,183,649公开了一种包含PBTC、聚丙烯酸钠、甲苯三唑钠、碱金属钼酸盐和碱金属溴化物而用于处理循环水系统的白锈处理组合物。′649专利还公开了以25lb/1,000加仑水/周的速率向循环水系统中添加1.5％癸基硫代乙基醚胺(DTEA)水溶液之后在加入DTEA后的10个循环内以600ppm/循环的速率添加白锈处理组合物。对于能够用于抑制水系统中的腐蚀、白锈和结垢而无需单独处理的有效的多合一处理组合物和方法(因为它们可能会彼此产生不利的相互作用)，仍存需要。对于更加环境友好并能够与杀生物剂一起充分发挥作用的有效多合一处理，也仍存需要。
技术实现思路
根据本专利技术的一个优选实施方式，一种改进的腐蚀抑制剂、白锈抑制剂和阻垢剂组合物包含氨基酸基聚合物(AAP)、羟基膦酰乙酸(HPA)或其水溶性盐和另一种膦酸或其水可溶性盐。羟基膦酰乙酸具有以下通用结构：最优选氨基酸基聚合物是聚天冬氨酸或其水溶性盐，但也可以使用其他化合物如聚甘氨酸、聚谷氨酸及其盐。最优选的是，氨基酸基聚合物具有下式：其中对于聚天冬氨酸而言，R1＝H，R2＝OH，并且R3＝COOH，而x＝1。最优选的是，其他膦酸是膦酰羧酸，或也可以使用任何有机膦酸酯。最优选的是，膦酰羧酸是1-羟基乙烷-1,1-二膦酸(HEDP)或2-膦酰基丁烯-1,2,4-三羧酸(PBTC)或膦酰琥珀酸。优选抑制剂组合物中AAP与HPA的重量比为90:10～10:90，并且合并的AAP和HPA与其他膦酸的比率为90:10～60:40。更优选抑制剂组合物中AAP与HPA的重量比范围为80:20～80:20，并且合并的AAP和HPA与其他膦酸的比率为80:20～70:30。最优选的是，根据本专利技术的优选实施方式的组合物是全有机的，并且不包含诸如锌、铬酸盐和钼酸盐之类的调节金属，并且其性能不受杀生物剂添加的影响。最优选的是，根据本专利技术优选实施方式的组合物不含锡。先前已知的是，HPA和AAP，如聚天冬氨酸，都能单独作为腐蚀抑制剂。在'023专利中还公开了AAP能够与膦酰羧酸一起用于抑制腐蚀和结垢，但以前还并不知道将AAP和HPA与另一种膦酸，优选膦酰羧酸，或一种有机膦酸酯一起使用而抑制腐蚀或结垢。当添加到被处理的水系统中的水中时，根据本专利技术的用于抑制腐蚀的优选组合物会产生至少3ppm的活性AAP、至少3ppm的活性HPA和至少2ppm的其他膦酸。更优选的是，当添加到正在处理的水系统中的水中时，优选的组合物会产生3～50ppm的AAP、3～50ppm的HPA和2～20ppm的其他膦酸，而最优选5～30ppm的AAP、3～20ppm的HPA和2～10ppm的其他膦酸。另外，当加入到被处理的水中时，优选的组合物的三种组分的总和产生至少8ppm的活性腐蚀抑制剂。这些成分在低LSI水系统(LSI<-0.5)中对改进的腐蚀抑制作用具有出乎意料的协同效果，而无需使用有毒金属，也不会受到杀菌剂的不利影响。除了抑制剂组合物对低LSI水中的黑色金属腐蚀抑制作用的令人意外的协同作用外，相同组合物还对镀锌钢上防止形成白锈具有正面影响。镀锌钢由熔合至钢基材中的锌薄涂层构成。白锈是对锌的快速局部腐蚀，通常以大量的白色沉积物出现。这种快速腐蚀能够在局部区域完全去除锌，从而缩短设备寿命。白锈的形成倾向于随着水中碱度的增加而增加。羟基膦酰乙酸或氨基酸基聚合物，如聚天冬氨酸，无论是单独还是组合使用，都未曾在商业产品中用于预防白锈。不受理论的束缚，据信，本专利技术的组合物可以在镀锌钢的表面上形成保护层并减少白锈的形成。为了根据本专利技术处理白锈，优选以上述指示的用量(当添加到要处理的水系统中的水中时，重量比和浓度)使用羟基膦酰乙酸、氨基酸基聚合物和另一种膦酸抑制腐蚀，但还据发现，使用不含羟基膦酰乙酸或其他膦酸的氨基酸基聚合物有利于抑制白锈。根据另一个优选的实施方式，用于处理白锈的组合物包含氨基酸基聚合物和羟基膦酰乙酸，而没有另一种膦酸。根据还有的另一个优选实施方式，用于处理白锈的组合物包含氨基酸基聚合物，而没有任何羟基膦酰乙酸。这些成分添加到要进行白锈处理的水中时的优选浓度和范围与抑制腐蚀的浓度和范围相同。除了抑制剂组合物对低LSI水中的白锈和黑色金属腐蚀抑制作用有意想不到的协同作用外，相同组合物还具有防止高LSI水(LSI>1)中矿物垢形成的正面作用。矿物垢包括碳酸钙和碳酸镁、磷酸钙、硫酸钙和二氧化硅。随着温度的升高，碳酸钙和磷酸钙的溶解度降低，这使得碳酸钙和磷酸钙在温度较高的水系统如冷却塔中成为更大的问题。LSI由以下公式确定：LSI＝pH-pHs，其中pHs是CaCO3饱和点的pH。LSI>0指示结垢，因为会形成结垢并且可能发生CaCO3沉淀。LSI≤0指示未结垢，因为没有结垢的可能性，而水会溶解CaCO3。正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理水系统以在-2.5～3的水LSI值范围内抑制腐蚀或抑制结垢的方法，所述方法包括向所述水系统的所述水中添加有效量的氨基酸基聚合物、羟基膦酰乙酸和第二膦酸。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170627 US 15/634,4161.一种处理水系统以在-2.5～3的水LSI值范围内抑制腐蚀或抑制结垢的方法，所述方法包括向所述水系统的所述水中添加有效量的氨基酸基聚合物、羟基膦酰乙酸和第二膦酸。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二膦酸是膦酰羧酸，并且所述水具有大于0.2的LSI。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述有效量是当被添加到所述水系统中的一定体积的水中时在所述水系统中提供至少2ppm氨基酸基聚合物、至少2ppm羟基膦酰乙酸和至少1.5ppm膦酰羧酸的活性浓度的量。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述有效量是当被添加到所述水系统中的所述体积的水中时提供2ppm～50ppm的氨基酸基聚合物的活性浓度、2ppm～50ppm的羟基膦酰乙酸的活性浓度和1.5ppm～20ppm的膦酰羧酸的活性浓度的量。


5.根据权利要求3所述的方法，其中所述有效量是当被添加到所述水系统中的所述体积的水中时提供3ppm～30ppm的氨基酸基聚合物的活性浓度、2ppm～20ppm的羟基膦酰乙酸的活性浓度和1.5ppm～10ppm的膦酰羧酸的活性浓度的量。


6.根据权利要求2所述的方法，其中所述氨基酸基聚合物、所述羟基膦酰乙酸和所述膦酰羧酸的有效量是当被添加至所述水系统中的一定体积的水中时在所述水系统中提供至少6.5ppm的氨基酸基聚合物、羟基膦酰乙酸和膦酰羧酸的总活性浓度的量。

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【专利技术属性】
技术研发人员：马尔塔·德雷夫尼亚克，莱尔·H·施泰梅尔，
申请(专利权)人：NCH公司，
类型：发明
国别省市：美国;US