[发明专利]结垢抑制组合物

说明书

一种基于聚磷酸盐硅酸钠结垢抑制剂，其包括从约45至约55摩尔百分比的P₂O₅，从约35至约45摩尔百分比的碱土金属的氧化物，和从约8至约12摩尔百分比的碱金属的氧化物。

技术领域

本发明提供了一种结垢抑制剂。更特别地，本发明涉及一种结垢抑制聚磷酸盐玻璃组合物(polyphosphate glass composition)，特别但不排它地用于阻止在家用器具中的结垢形成。

背景技术

如果矿物存在水中，那么它们可能会形成结垢。结垢建立在热水器具特别是问题，比如热水器或水壶，但存在在水龙头水中的矿物质也可在其他含水器具上形成结垢，比如家用加湿器的变湿的部分。当水的硬度增大时，结垢也越讨厌。

结垢形成和结垢沉积是复杂的结晶过程。影响结垢的形成的显性且公知变量是温度和水的pH值。关于温度，大部分矿物质结垢形成成分是可反向溶解的(当水温度增加时它们的溶解度下降)。结垢在低pH值(更酸性的)的水中更可溶。可预测地，结垢容易形成在热表面和蒸发表面上。相比于平滑表面上，结垢更容易形成在粗糙表面上。表面材料也影响结垢的形成-例如，相比于在不锈钢表面上，结垢将大体更容易形成在铜表面上。停留时间，压力和速度/速度梯度也被已知为影响结垢的形成。

造成结垢形成的矿物质可通过蒸馏或通过离子交换从水中移除。尽管这在工业结垢应用中是可行的方案,在家用环境中,蒸馏和离子交换是不可行的。例如，为了从1000升硬水中移除所有矿物质，举例来说350ppm的CaCO3-这是家用器具中比如加湿器，约6个月使用的典型用量，-它将需要约25kg的去离子树脂，举例来说约1kg树脂/周。这对于家用器具是不实际且不期望的，因为它大大地增加器具的尺寸，且对于用户而言必须定期为器具在充入去离子树脂是不便的。具有一半硬度的水将需要一半介质的量，但依然清楚的是介质量在家用器具中是不实际的。

作为矿物质移除的替代，也已知使用阈值抑制剂(threshold inhibitor)以阻止结垢形成。这个结垢控制技术追溯到1920年代，存在数个商业可用产品用于饮用水。造成结垢形成的矿物质停留在溶液中，悬浮且穿过供水系统，举例来说家用器具，而不是在潮湿表面上形成污垢和形成硬沉积物。阈值抑制剂通过吸附机理发生作用。由于离子簇在溶液中被取向，亚稳态微晶(高度取向离子簇)被形成。在析出的初始阶段处，微晶可继续生长(形成具有良好限定的晶格的较大晶体)或溶解。阈值抑制剂通过被吸附在新形成的晶体上，堵塞主动增长点而阻止析出。这进一步抑制生长且有利于溶解反应。析出物溶解和释放抑制剂，于是其自由地重复该过程。

阈值抑制器延期或延迟沉淀速度。晶体可根据过度饱和的程度和系统保留时间最后形成。然后，在一些家用器具中，其中保留时间是相对短的，举例来说在家庭超声波加湿器中，水中的溶解的矿物质不形成结垢且能够穿过系统-其在家庭超声波加湿器的情况下意味着它们在喷射出的水滴中被排放到大气中。

基于聚磷酸盐的化学制品是阈值抑制剂的已知种类。阈值抑制剂仅需要基于聚磷酸盐的结垢抑制剂化学制品的亚化学计量的量以便阻止结垢形成。获得结垢控制的这个方法不应该与在较老的洗涤粉末中使用的基于聚磷酸盐化学制品的大得多的量(化学计量)的使用混淆

配量微量基于聚磷酸盐化学制品在大型工业企业中容易做到，因为可溶解聚磷酸盐的液体溶液可被做出且可利用泵来泵送剂量。在家用器具中，化学制品溶液的制造和精确配量是不实际的，所以其他应用方法被需要。一个配量方法是缓慢可溶性玻璃的使用。是市场上可买到的基于聚磷酸盐的玻璃(polyphosphate-based glass)阈值抑制剂，由Kurita Water Industries Limited制造且以圆形玻璃球的形式销售。水与一个或多个玻璃球接触，其水解且释放一系列聚磷酸盐化合物等。这些聚磷酸盐水解产物实现阈值抑制剂结垢控制。