(57)【要約】【課題】従来の水系の多くのスケール抑制剤には、ポリアクリル酸塩等のポリマーやリン酸塩が含まれていた。ポリアクリル酸塩を含むスケール抑制剤は食品添加物ではなく、ボイラに適用した場合には、より安全性が高い素材が望まれていた。また、リン酸塩の場合には、ブロー水をそのまま系外に放流できず、リン酸塩を処理した後放流する必要がある。【解決手段】本発明は、カルボキシメチル基の置換度が１．０以上のカルボキシメチルセルロースまたはその塩を含むスケール抑制剤およびそれを使用したスケール抑制方法である。特定の置換度としたことにより、カルボキシメチルセルロースまたはその塩単独で良好なスケール抑制効果を発揮する。また、カルボキシメチルセルロースナトリウムは食品添加物として認定を受けており、より高い安全性に対する要求に応えるものである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルボキシメチル基の置換度が１．０以上であるカルボキシメチルセルロー
スまたはその塩を含むことを特徴とする水系のスケール抑制剤。
【請求項２】
カルボキシメチル基の置換度が１．１〜１．６である請求項１に記載の水系
のスケール抑制剤。
【請求項３】
スケール抑制剤としてリン酸塩類を含まない請求項１または２に記載の水系
のスケール抑制剤。
【請求項４】
カルボキシメチル基の置換度が１．０以上であるカルボキシメチルセルロー
スまたはその塩を含むスケール抑制剤を所定量対象水系に添加することを特徴とする水系
のスケール抑制方法。
【請求項５】
カルボキシメチル基の置換度が１．１〜１．６である請求項４に記載の水系
のスケール抑制方法。
【請求項６】
スケール抑制剤としてリン酸塩類を含まない請求項４または５に記載の水系
のスケール抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水系のスケール抑制剤およびスケール抑制方法に関する。特に、ボイラ用に好適で、安全性に優れたスケール抑制剤及びスケール抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の省エネルギー、省コスト化に伴い、冷却水系やボイラ水系、排ガス集塵水系等、
種々の水系システムでは使用水量の節約が望まれており、従って、系外にブローされる水
量を減らし、高濃縮で運転する水系システムが多い。
【０００３】
このような水系では水中のカルシウムやマグネシウムなどのスケール成分も高濃度とな
り、スケール化して析出し、熱効率の低下や閉塞などを引き起こす。特にボイラ水系では
、ボイラ缶内に持ち込まれたカルシウムやマグネシウムや鉄などのスケール成分が、熱負
荷の高い伝熱面においてスケール化し伝熱面に付着することで、伝熱阻害を引き起こし、
鋼材の過熱による膨張、湾曲、破裂や熱効率の低下を引き起こす原因となる。
【０００４】
このようなスケールトラブルを抑制するためには、スケール抑制剤を用いた処理を行い
、水系に持ち込まれたスケール成分の系内への付着を抑制し、ブローによって系外に排出
する必要がある。
【０００５】
そのため、従来から例えば、リン酸三ナトリウムやリン酸二カリウム、ヘキサメタリン
酸ナトリウムなどのリン酸塩やポリアクリル酸ナトリウムおよびポリメタクリル酸ナトリ
ウムなどのポリマーをスケール抑制剤として添加する方法が広く採用されている。
【０００６】
一方、カルボキシメチルセルロースナトリウムはカルボキシメチル基の置換度が０．９までのものについては米国食品医薬局（ＦＤＡ）のボイラ用添加剤として記載されており、スケール抑制剤として実用化されてきたが、このようなカルボキシメチルセルロースナトリウム単独では、通常スケール抑制効果は十分ではなく、例えば特公平６−７５７１４では、グルコン酸やグルコヘプトン酸等の有機酸と併用するスケール抑制剤が開示されている。
【特許文献１】特公平６−７５７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記したスケール抑制方法には次のような問題がある。
【０００８】
まず、リン酸塩を使用した場合、リンが含まれるボイラ水が排水として大量に排出され
る。
【０００９】
東京湾・伊勢湾・瀬戸内海の閉鎖性水域において平成１３年に策定された第5次水質総量規制により、富栄養化の原因物質である窒素及びリンも排出規制の対象として追加されており、リンの排出に対する規制が厳しくなっている。
【００１０】
このため、リン酸塩を使用した場合、排水中に含まれるリンは排水処理において、排出
基準以下に処理した後に放流する必要があるため、排水処理設備に負荷が掛かるか、また
は、排水処理設備を増強する必要が生じる場合もあり、リンを含まないスケール抑制剤や
、リンを含まない薬剤でスケールを抑制する方法を要求されることが多くなっている。こ
れは、ボイラ水系に限られず、冷却水系でも同じ傾向がある。
【００１１】
一方、スケール抑制剤として使用されるポリアクリル酸ナトリウムは、重合度の高いも
のについては食品添加物として認可されているが、一般にスケール抑制剤として使用され
ているものは分子量が数千〜数万のものであり、重合度が１０００以下となるため、食品添加
物の規格を満たさず、食品添加物として認可されていない。
【００１２】
近年、安全性に対する社会的要求の高まりから食品添加物素材で構成される水処理薬品
が求められることが多くなってきているが、スケール抑制剤としては、これまでのところ
、リン酸塩系のものしかなく、上記の問題から適用が大きく制限されており、非リン系で
安全性の高い薬剤が求められている。
【００１３】
本発明は上記課題を解決し、リン酸塩を使用することなく、水系、特にボイラ水系での
スケール抑制効果が高く、安全性も高いスケール抑制剤とその使用方法の提供を目的とす
る。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は次の水系用スケール抑制剤およびスケール抑制方法である。
（１）カルボキシメチル基の置換度が１．０以上であるカルボキシメチルセルロースまた
はその塩を含むスケール抑制剤。（２）カルボキシメチル基の置換度が１．１〜１．６で
ある上記に記載の水系のスケール抑制剤。（３）スケール抑制剤としてリン酸塩類を含ま
ない上記記載の水系のスケール抑制剤。（４）カルボキシメチル基の置換度が１．０以上
であるカルボキシメチルセルロースまたはその塩を含むスケール抑制剤を所定量対象水系
に添加する水系のスケール抑制方法。（５）カルボキシメチル基の置換度が１．１〜１．
６である上記に記載の水系のスケール抑制方法。（６）スケール抑制剤としてリン酸塩類
を含まない上記に記載の水系のスケール抑制方法。
【発明の効果】
【００１５】
以上の通り、本発明で採用するスケール抑制剤はセルロースを主原料にしたアニオン性
の水溶性高分子であるため、カルボキシメチルセルロースまたはその塩をスケール抑制剤
と使用した場合も、スケール抑制剤由来で排水にリンを排出されることはない。また、カ
ルボキシメチルセルロースナトリウムはポリアクリル酸ナトリウムなどの従来のポリマー
とは異なり、食品添加物として記載されており、従来より安全性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明において、水系とは、冷却水系、ボイラ水系、集塵水系など、スケール析出がある水系を意味する。
【００１７】
本発明でスケール抑制剤として採用されるカルボキシメチルセルロースまたはその塩は
、セルロースに適当な置換度となる量のカルボキシメチル基を導入し、加熱下反応させて
得られる化合物である。
【００１８】
本発明においては、カルボキシメチル基の置換度は以下の通り定義される。
【００１９】
無水グルコース１単位には３つのＯＨ基がついているが、この３つのＯＨ基のうち、カ
ルボキシメチル基に置換されている数をカルボキシメチル基の置換度と定義する。したが
って理論的には、０〜３の数値をとる。
【００２０】
このうち、前記背景技術欄で述べたように、カルボキシメチル基の置換度が０．９までのカルボキシメチルセルロースナトリウムについては米国食品医薬局(FDA)のボイラ用添加剤として記載されているが、単独使用では効果が薄いため、リン酸塩等と併用して使用されている。本発明は、この置換度に着目してカルボキシメチルセルロースまたはその塩単独で効果のあるスケール抑制剤を検討した結果得られたものであって、このような検討は従来なされたことがない。
【００２１】
本発明においては、スケール抑制剤として、ＦＤＡ記載品よりもカルボキシメチル基の
置換度の高いカルボキシメチルセルロースまたはその塩を含む。すなわち、カルボキシメ
チル基の置換度が１．０以上、好ましくは１．１〜１．６のカルボキシメチルセルロース
またはその塩を含む。
【００２２】
また、本発明は、上記のようなカルボキシメチル基の置換度が１．０以上、好ましくは
１．１〜１．６であるカルボキシメチルセルロースまたはその塩を含むスケール抑制剤を
所定量対象水系に添加して、当該水系のスケールを抑制するスケール抑制方法である。
【００２３】
いずれも塩の例としてはナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられるが
、特にナトリウム塩が食品添加剤として記載されているので、好ましい。
【００２４】
このようなカルボキシメチル基の置換度のカルボキシメチルセルロースまたはその塩を
得るには、所定の置換度となるような量を反応させれば良い。
【００２５】
カルボキシメチル基の置換度が１．０未満となると、カルボキシメチルセルロースまた
はその塩単独によるスケール抑制効果が悪くなり、実用に耐えなくなる。一方、一般的に
市販されているカルボキシメチルセルロースは置換度が０．６〜１．６の範囲であり、１
．６を超える置換度のものは流通量が少なくて高コストとなり、経済的に不利となる。
【００２６】
本発明のスケール抑制剤はリン酸塩を含むことなく、高いスケール抑制効果を発揮する
。そのスケール抑制剤を使用する本発明のスケール抑制方法は、リン酸塩類を使用しなく
てもスケール抑制効果の高いスケール抑制方法を提供する。
【００２７】
本発明のスケール抑制剤の使用に当っては、本発明で使用するカルボキシメチルセルロ
ースまたはその塩を水に溶解して使用するが、それに限定されず、必要に応じて、ｐＨ調
整剤や防食剤、脱酸素剤等から選ばれる公知の一種類以上の薬剤と混合して使用しても良
い。
【００２８】
このような公知のｐＨ調整剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニ
ア水の他、モノエタノールアミン、トリプロパノールアミン等のアルカノールアミン類、
メチルアミンやイソプロピルアミン等のアルキルアミン、モルフォリン等が挙げられる。
【００２９】
また、公知の防食剤としては、オキシカルボン酸やその塩類、コハク酸、チアゾール類
、トリアゾール類、アミン類、およびヒドロキサム酸等の化合物が挙げられる。
【００３０】
同じく脱酸素剤としては、亜硫酸、アスコルビン酸、エリソルビン酸、タンニン酸、ま
たはそれらの塩、アゾジカルボンアミド、１−アミノピペラジン、１−アミノピロリジン
、１−アミノー４−メチルピペラジン、カルバジン酸エステル類等を挙げることができる
。
【００３１】
本発明の対象水系としてボイラ水系を選択したとき、対象ボイラとしては、特に限定さ
れず、特殊循環ボイラ、水管ボイラ、丸ボイラ、排熱回収ボイラ等、任意のボイラに適用
することが出来る。
【００３２】
給水種から見ても、純水給水、軟水給水、逆浸透膜処理水給水等、特に限定されない。
【００３３】
適用されるボイラの圧力としては、高圧になるほどスケール抑制剤の熱分解が生じて効
果が低下するので、通常４．０ＭＰａ以下での使用が好ましい。
【００３４】
本発明のスケール抑制剤の対象水系への添加量としては、カルボキシメチルセルロース
またはその塩として０．５ｇｍ／ｌ以上、好ましくは５〜５００ｍｇ／ｌの範囲とする。
０．５ｍｇ／ｌ未満ではスケール抑制効果が明確でなく、一方、５００ｍｇ／ｌを越えて
添加しても、効果が上限に近づき、経済性で不利となる。
【実施例１】
【００３５】
以下、具体例によってさらに本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。
【００３６】
小型貫流ボイラを表１に示す条件で運転し、蒸気を発生させた。
【００３７】
ここにスケール抑制剤として、ポリアクリル酸ソーダ、リン酸２水素ナトリウム（比較
例）、および表２に示す各種のカルボキシメチル基の置換度のカルボキシメチルセルロー
スナトリウム塩（実施例）を使用した。
【００３８】
市水をイオン交換樹脂で軟化して得られた軟水からなる給水にスケール抑制剤としてそ
れぞれ、ポリアクリル酸ソーダ（重量平均分子量約４，０００）を１０ｍｇ／ｌ、リン酸
水素２ナトリウムをリン酸として３．８ｍｇ／ｌ、各種カルボキシメチルセルロースナト
リウム塩を１０ｍｇ／ｌ添加し、濃縮が１０倍になってスケール抑制剤の缶内濃度が定常
状態になるまで運転を続けた。その後、給水にスケール成分として、炭酸カルシウムとし
て１０ｍｇ／ｌ（カルシウムを炭酸カルシウムとして６．７ｍｇ／ｌとマグネシウムを炭
酸カルシウムとして３．３ｍｇ／ｌ）の添加を開始した。なお、塩化カルシウムと硫酸マ
グネシウムを使用した。また、加えてスケール抑制剤を添加しない場合も同様に運転した
。
【００３９】
スケール成分の添加開始より１８時間経過後、ボイラの運転を停止し、付着したスケー
ル成分をキレート剤（ＥＤＴＡ）で溶解し、溶解液中のスケール成分の濃度より付着しているスケール量を測定した。また、添加した塩化カルシウムと硫酸マグネシウムの量からスケール成分の添加量を算出し、スケール成分の添加量とスケール付着量とからスケール付着抑制率を算出した。結果を表２に示す。
【００４０】
【表１】
2007144369.tif 000002
【００４１】
【表２】
2007144369.tif 000003
【００４２】
表２より、スケール抑制剤を添加しない（ブランク試験）場合、スケール付着抑制率は
３７．６％であったが、本発明の各種カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩の場合
には、カルボキシメチル基の置換度が１．０以上のカルボキシメチルセルロースのナトリ
ウム塩において、スケール付着抑制率は８０％を超えており、従来使用されてきたポリア
クリル酸ソーダやリン酸塩と同等程度のスケール抑制効果を有することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明により提供される水系のスケール抑制剤及び抑制方法は、スケールが付着する可
能性のある水系に適用される。特にボイラ水系の場合、丸ボイラ、水管ボイラ、貫流ボイ
ラ、特殊ボイラ等、任意のボイラに適用できる。また、使用している薬剤は食品添加物と
して登録されており、より安全性が高い。