[发明专利]甜菜碱表面活性剂与阴离子表面活性剂一起作为减阻剂的用途

说明书

本发明涉及将一种甜菜碱表面活性剂与一种阴离子表面活性硫酸盐或磺酸盐一起在水基体系中用来减少一种固体和该种水基液体体系间的流动阻力。

近年来，采用能形成很长的圆柱形胶束的表面活性剂作为循环水系统尤其那些用作加热或冷却的系统的减阻添加剂已引起普遍的重视。

一个重要的原因是虽然人们希望在管道内保持层流，与此同时也希望在热交换器中存在湍流，以便取得单位面积内较高的热转换。

很清楚，纤维或链状聚合物不能提供这种双重功能，然而这种双重功能可以由线型胶束来获得，因为通常流速(雷诺数)在热交换器中比在管道中高得多。

线形胶束突出表现为在高度混乱情况下操作，当雷诺数较低(低于10⁴)时，对流动阻力没有或仅有轻微的影响。当雷诺数较高(高于10⁴)时胶束平行，导致阻力减少，非常接近理论值。当雷诺数相当高(例如，大于10⁵)时，液体的剪切力变得相当高以致于胶束开始破坏，雷诺数增大到高于以上值时减阻作用迅速减少。

表面活性剂具有最大减阻作用时的雷诺数的范围很大程度上取决于浓度，随浓度增加的范围。

因此，通过选择表面活性剂在管道和热交换器中合适的浓度和合适的流速，有可能在管道中形成层流而在热交换器中形成湍流。因而使管道和热交换器的尺寸都保持在较低的水平，或当管道尺寸保持不变时减少泵站的数量，也就相应地减少了泵的功率。

对于加热或冷却水循环体系中用作减阻添加剂的最常用的表面活性剂是烷基三甲基铵的水杨酸盐，其中的烷基是具有12～22个碳原子的饱和或含一个或多个双键的长烷基链。

这种类型的表面活性剂当浓度为0.5～2kg/m³时性能满足要求，但在需氧和厌氧情况下分解很慢，从而对海生物具有很大的毒性。

由于小房屋的热分配系统通常出现严重的漏水(据估计一年中60～100％的水漏出)，随之而来的是添加的化学物质进入地下水和各种新鲜水容器中。这种低生物分解性和较高的毒性的结合是一种产品对环境造成污染的焦点。

因此有必要制备这样的表面活性剂，其对环境的危害小但在循环水系统中具有与以上所提到的季铵化合物相同的减少流动阻力的性能。

USP 5339855中提到具有结构式RCONH(A)_nH结构的烷氧化的链烷醇酰胺在水中能形成长圆柱胶束，从而减少在水基体系中的阻力，其中R是具有9～23个碳原子的烃基，A是具有2～4个碳原子的烯氧基，n为3～12。

这些产品容易分解且在去离子水尤其在低温下性能良好。然而在硬水中当电解质含量高时减阻作用受影响，并且最佳减阻作用的温度范围相当窄，有时仅10℃。

Se-C2-500923公开了两亲性表面活性剂在水基体系中作为减摩剂的用途。两亲性化合物，含有一个或多个伯，仲或叔胺基和一个或多个羧基，显示出对水基体系的PH值有很高的依赖性。

目前我们惊奇地发现由至少一种具有10～24个碳原子，优选14～24个碳原子的饱和或不饱和烷基或酰基的甜菜碱表面活性剂与一种结构式R₁-B的阴离子表面活性剂按甜菜碱表面活性剂与阴离子表面活性剂20∶1～1∶2，优选10∶1～1∶1的比例结合使用，用于生产水基液体体系，该体系在流动性水基液体体系和固体表面之间具有较低的流动阻力，从而取得了很大的改进，式中R₁是10～24个碳原子的烃基，B是基团或基团其中M是氢或阳离子，优选是单价基团。甜菜碱表面活性剂优选地具有以下结构式：其中R是烷基或基团RNC₃H₆-，其中R是酰基。憎水基团R1可以是脂肪或芳香的，直链或支链的，饱和或不饱和的基团。合适的阳离子B是诸如钠或钾之类的碱金属。“水基”指的是水基液体系统的至少50wt％，优选至少90wt％由水组成。甜菜碱表面活性剂和阴离子表面活性剂都容易分解且其组合物在较宽的温度范围内具有很好的减阻作用。因此，减阻添加剂可用于温度低于30℃的冷却介质(比如当使用的甜菜碱表面活性剂中的烷基或酰基含14～16个碳原子时)以及温度范围为50～120℃的热交换介质中(比如当使用的甜菜碱表面活性剂中的烷基或酰基含18或18个以上，优选18-22个碳原子和一个或多个双键时)。按照本发明混合物也可以耐硬水和作为防腐剂而加入的电解质。憎水基R，R和R₁的碳原子数将决定混合物的使用温度范围以致于高的碳原子数得到适合于高温的产品。