給水處理方法、含有防垢劑的給水處理用組合物和用於給水處理的設備的製作方法
2023-07-16 08:31:11 1
專利名稱：給水處理方法、含有防垢劑的給水處理用組合物和用於給水處理的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及給水處理方法、給水處理用組合物和用於給水處理的設備。
背景技術：
在硬水質地區，水垢的生成是一個眾所周知的問題，所謂硬水是指水中含有高含量的鈣離子或鎂離子。特別是在其中含有高含量的碳酸根和/或磷酸根離子的應用中，形成的這些物質的鈣/鎂水垢會產生積聚，從而生成難看的垢渣(膜)。術語「碳酸鹽垢」和「磷酸鹽垢」是指鈣、鎂或其它金屬離子的碳酸鹽和磷酸鹽。
在碗碟機洗的應用中，碳酸鹽垢和磷酸鹽垢尤其麻煩，因為它們往往會在器皿、餐具，特別是在玻璃器皿上生成難看的垢渣或膜。這種現象被廣泛地稱作「硬水膜」。一般而言，希望在碗碟機洗用組合物中存在磷酸鹽和碳酸鹽，因為它們具有清潔能力或增效能力(building power)。因此，已有文獻介紹了「抗結膜技術」，用於減少由自動化碗碟機洗所形成的碳酸鹽垢或磷酸鹽垢。
示例性的抗結膜技術使用聚羧酸鹽比如聚丙烯酸鹽和聚甲基丙烯酸鹽。見美國專利No.5591703。聚羧酸鹽技術用於在自動化碗碟機洗以及更廣泛的水處理應用中輔助減少硬水膜生成。另外一類用於減少磷酸鹽垢並在一定程度上可減少碳酸鹽垢的抗結膜物質是磺酸鹽/羧酸鹽共聚物。見美國專利No.5547612和美國專利No.6395185。可商購獲得的磺酸鹽/羧酸鹽共聚物的實例包括Alco Chemical的Alcosperse240TM和Rohm and Haas Company的Acusol 586TM。上述共聚物可以得自於含磺酸根和/或含羧酸根的烯屬不飽和單體的結合，比如丙烯酸、甲基烯丙基磺酸、乙氧基化的丙烯酸酯、以及它們的變體。
發明概述本發明提供了一種給水處理方法。該方法包括如下步驟將給水處理用組合物引入到給水中以提供處理後給水，該處理後給水含有濃度至少約0.1ppm的防垢劑；和使該處理後給水物流與清潔劑組合物結合以提供實用組合物(use composition)。該實用組合物可以應用於物品。
防垢劑可以包括磷酸鹽防垢劑、碳酸鹽防垢劑、或者磷酸鹽防垢劑與碳酸鹽防垢劑的混合物。磷酸鹽防垢劑可以包括得自於以下反應的聚合物烯屬不飽和羧酸類單體和可共聚的磺化單體、可共聚的非離子單體中的至少一種的反應，或者烯屬不飽和羧酸類單體和可共聚的磺化單體與可共聚的非離子單體的混合物的反應。碳酸鹽防垢劑可以包括膦酸鹽類、聚羧酸鹽類、膦醯基羧酸鹽類和膦基羧酸鹽類(phosphinocarboxylate)。
清潔劑組合物可以包括清洗劑組合物、漂洗劑組合物、或者乾燥劑組合物。處理後給水可以與清潔劑組合物相結合。
本發明提供一種處理用組合物。該處理用組合物可以包括約5wt％到約95wt％的防垢劑，和至少約5wt％的使該處理用組合物以固體形式提供的固化劑，或者至少約5wt％的使該處理用組合物以可流動液體形式提供的稀釋劑。因此該處理用組合物可以固體形式或者可流動液體形式提供。
在本發明的一個可選實施方案中，提供的處理用組合物可以包含約10wt％到約100wt％的防垢劑，並且該處理用組合物可以大小為約1磅到約10磅的壓縮塊形式提供。
本發明還提供了一種設備。該設備包括用於提供給水的給水進口、用於提供處理後給水的處理後給水出口、容納處理用組合物的處理用組合物儲蓄池、和用於將處理用組合物從處理用組合物儲蓄池引入到給水中以提供處理後給水的輸送管線。
附圖簡述
圖1為根據本發明處理給水的設備的示意圖。
圖2為根據本發明處理給水的設備的一個可選實施方案的示意圖。
發明詳述給水處理用組合物是指可以引入到給水中以提供處理後給水的組合物。術語「給水」指的是可以與清潔劑組合物相結合以提供可應用於各種物品的清潔用組合物的水。清潔劑組合物通常是作為濃縮物獲得的，並且需要稀釋以獲得用於各種物品的實用組合物。作為稀釋用水加入的水被稱為「給水」。另外，給水也可以稱作「給水物流」，用來表示連續的水流。給水處理用組合物可以加入到採取間歇操作或者連續操作的給水中。「給水物流」的描述顯示連續操作，而「給水」的描述則既可以是間歇操作也可以是連續操作。
可以採用與使用給水相同的方式來使用處理後給水。即，處理後給水可以和清潔劑組合物結合以提供清潔用組合物，並且該清潔用組合物可以用來處理物品。示例性的可使用該清潔用組合物處理的物品包括機動車表面、織物、接觸食品的物品、就地清洗(CIP)設備、和硬質表面。示例性機動車表面包括通常在商業性洗車場所清洗的小汽車、卡車、拖車，等等。示例性織物包括那些通常在術語「洗衣店」所考慮範圍之內的織物，並且包括衣服、毛巾、被單等等。另外，織物還包括帘子。示例性的接觸食品的物品包括盤、玻璃製品、餐具、碗、烹飪用物品、食品儲藏用物品等等。示例性的CIP設備包括管道、罐、換熱器、閥門、配電線路、泵等等。示例性的硬質表面包括地面、櫃檯、玻璃、牆壁等等。一般而言，硬質表面可以包括清洗工業中通常稱作環境表面的那些表面。
清潔劑組合物是指可以提供清洗性能、漂洗性能或乾燥性能的組合物。示例性的清潔劑組合物包括清洗劑組合物、漂洗劑組合物、或乾燥劑組合物。示例性的清洗劑組合物包括清洗器皿的清洗劑組合物、洗衣清洗劑組合物、CIP清洗劑組合物、環境清洗劑組合物、硬質表面清洗劑組合物(比如用於地面和櫃檯清洗的清洗劑組合物)、機動車清洗劑組合物以及玻璃清洗劑組合物。示例性的漂洗劑組合物包括那些用於減少諸如玻璃的表面上的成紋或結膜的組合物。示例性的乾燥劑組合物包括脫水組合物。在洗車工業中，在將成片劑(sheetingagent)或卷邊劑(beading agent)應用到車表面的情況下，通常希望包括脫水步驟。
在將清潔用組合物應用到物品上之後，可以用漂洗水漂洗物品，漂洗水可以是處理後給水也可以不是。例如，可以使用處理後給水作為漂洗水。可選地，可以使用未處理的給水作為漂洗水。未經給水處理用組合物進行處理的水稱作「未處理水」。
給水處理用組合物可以稱為「處理用組合物」。給水處理用組合物包含防垢劑以提供所得的具有防垢性能的實用組合物。提供防垢劑以減少由水中的成分、清潔劑組合物中的成分或水和清潔劑組合物兩者中的成分導致的結垢。結垢有時也被稱作結膜。示例性的結垢類型包括碳酸鹽結垢和磷酸鹽結垢。碳酸鹽結垢可以由水中的碳酸氫鈣和清潔劑組合物中的鹼性導致。磷酸鹽結垢典型地由清潔劑組合物中的磷酸鹽導致。磷酸鹽不是大多數天然水環境中存在的典型物質。許多清潔劑組合物中都含有碳酸鹽，並且碳酸鹽是可溶的碳酸氫鈣水硬度遇到加熱或鹼性時的反應產物。處理用組合物中可以含有的示例性的防垢劑類型包括碳酸鹽防垢劑、磷酸鹽防垢劑、或碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑兩者的混合物。如果需要，預期在處理用組合物中可以包括其它類型的防垢劑以處理在給定應用或環境中有可能成為問題的結垢。
與將防垢劑作為清潔劑組合物的一部分加入相比，通過在將清潔劑組合物加入或引入到給水中之前將防垢劑加入到給水中，防垢劑能夠更有效地減少結垢。相信如果在將清潔劑組合物中含有的引起結垢的成分引入到水中之前將防垢劑引入到水中，某些防垢劑可以起到闕處理劑的作用來減少結垢。詞語「闕處理劑」旨在描述一種以亞化學計量為特徵的活性。也就是說，防垢劑能夠在比根據防垢劑和引起結垢的成分的化學計量平衡所預期的濃度更低的濃度水平下有效。一種解釋為什麼在引入清潔劑組合物之前將防垢劑溶解在水中能夠使防垢劑更好地發揮作用的理論是防垢劑防止或減少了大結晶的生長。因此，能夠在比根據化學計量所預期的濃度更低的濃度下使用防垢劑來獲得所需水平的螯環化或螯合作用。
提供的清潔劑組合物可以包含一種或多種防垢劑以解決特定應用或環境中的結垢問題。相信通過將防垢劑和清潔劑組合物一起提供，防垢劑的有效性較差，因為它通常不能按照亞化學計量發揮作用。通過在將清潔劑組合物引入到給水中之前將防垢劑引入到給水中，相信防垢劑能夠更有效或更成功地阻止結垢生成，因為防垢劑具有以亞化學計量發揮作用的能力。另外，因為防垢劑能夠在亞化學計量的水平有效，與將防垢劑和清潔劑組合物一起引入相比，相信當在引入清潔劑組合物之前將防垢劑加入到給水中時能夠以顯著更少的防垢劑獲得所需的結果。應當理解這些理論僅僅如此。它們是為了解釋當在引入清潔劑組合物之前將防垢劑引入到給水中時抗結垢性能增強這一觀察結果而提出的理論。
由於在將清潔劑組合物引入給水之前將防垢劑引入到給水中，能夠調節清潔劑組合物以除去或減少清潔劑組合物中可能含有的防垢劑。通過在將清潔劑組合物引入給水之前將防垢劑引入到給水中，能夠使用較少的防垢劑來獲得更好的結果，並且能夠除去清潔劑組合物的防垢劑成分。
防垢劑可以作為碳酸鹽防垢劑、磷酸鹽防垢劑、或者碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑的混合物來提供。此外，防垢劑可以包括涉及除碳酸鹽垢和磷酸鹽垢之外的結垢的抑制劑。
為了將防垢劑引入到給水中，可以配置許多種設備的設計，包括間歇型設計、連續型設計、以及間歇型與連續型設計的結合。在間歇型設計的情況下，可以將處理用組合物添加到水體中以提供能夠根據所需使用的處理後給水。通過使處理後給水如所需的那樣製備並且不需要設置儲水箱來盛裝處理後給水，預期連續操作是有利的。在連續型設計中，可以將防垢劑在給水物流正被導向用於後續使用時引入到給水物流中。此外，能夠相對方便地將設施改裝來包括用於連續型設計的給水處理設備。圖1和圖2提供了連續給水處理技術的可選設計方案。
參閱圖1，根據本發明處理給水的設備的圖示表示為附圖標記10。設備10包括給水進口12，處理後給水出口14，處理用組合物儲蓄池16，和處理用組合物輸送管線18。在一個實施方案中，可以使用抽吸裝置20將處理用組合物22經由處理用組合物輸送管線18從處理用組合物儲蓄池16中吸取並引入到給水24中。在處理用組合物輸送管線18中可以設置流量控制裝置26比如閥門28，來控制引入給水24中的處理用組合物22的流量。抽吸裝置20可以是任何類型的能夠將另一流體吸取到流動的液體物流中的抽吸裝置。提供的所得處理後給水30可以在其中含有所需濃度的處理用組合物。
參閱圖2，處理給水的設備的一種可選實施方案表示為附圖標記40。設備40包括給水進口42，處理後給水出口44，處理用組合物儲蓄池46，以及處理用組合物輸送管線48。根據設備40，處理用組合物52可以藉助處理用組合物泵56被泵送到給水54中以提供處理後給水58。處理用組合物泵56可以是符合以下條件的任何類型的泵，該泵能夠使處理用組合物52流入給水54中以使所得處理後給水58在其中含有所需濃度的處理用組合物52。可以使用的示例性泵包括計量泵、蠕動泵、活塞泵、波紋管泵、擠壓管泵、齒輪泵等等。
Kilawee等人的美國專利No.6656353 B2描述了一種可以用於處理給水並且利用文丘裡管的示例性設備，該專利轉讓給Ecolab Inc.，後者為上述專利申請的受讓人。美國專利No.6656353 B2的全部公開內容引入此處作為參考。美國專利No.6656353 B2中公開的分配設備用於將化學組合物分配到流過流動線的水中。將來自流動線的一部分水轉向以與固體的化學組合物接觸並形成液體濃縮物，作為文丘裡效應的結果該液體濃縮物被吸取到水流動線中。對該液體濃縮物進行計量以在水中獲得所需的濃度。
處理用組合物處理用組合物可以各種形式獲得，包括固體、液體、凝膠或者漿料。當作為固體提供時，處理用組合物可以塊料、粒料、聚集體、粉末、膠囊或者片劑等形式提供。當作為塊料提供時，處理用組合物可以具有大於約1磅的大小。當希望周期性地將塊料添加到給料鬥或其它容器中時，將處理用組合物作為塊料提供是有利的，其中由於液體流過塊料表面而形成了液體濃縮物。當處理用組合物作為塊料提供時，該塊料可以具有至少約1磅的大小。對於特定的應用，提供的塊料可以大至所需的大小。在許多應用中，預期塊料將具有小於約10磅的大小，但應當理解塊料可以具有遠遠大於10磅的大小。塊料的大小可以為約2磅到約6磅。當希望產生液體濃縮物並之後將其加入到給水中以提供處理後給水時，以各種其它固體形式提供處理用組合物可以是有利的。
處理用組合物包含防垢劑。其它可以包含在處理用組合物中的成分包括硬化劑和稀釋劑。處理用組合物中包含硬化劑是為了使其以固體形式提供，比如塊料、粒料、集聚體、膠囊或片劑等等。處理用組合物中包含稀釋劑是為了當以液體形式提供處理用組合物時有助於保持處理用組合物的可流動性。另外，當將處理用組合物作為固體、液體、凝膠或漿料提供時，當希望稀釋處理用組合物時，可以包含稀釋劑。如果需要，稀釋劑可以具有填料的特徵。
處理用組合物包括的防垢劑含量應當使處理用組合物在其中具有所需含量的防垢劑。例如，處理用組合物可以包括約0.1wt％到約100wt％的防垢劑，和可以包括約10wt％到約100wt％的防垢劑。防垢劑可以包括碳酸鹽防垢劑、磷酸鹽防垢劑或者碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑的混合物。處理用組合物的額外成分可以是固化劑和/或稀釋劑。使用固化劑可以使處理用組合物作為固體提供。應當理解不使用固化劑也可以將處理用組合物作為固體提供。例如，含有100wt％防垢劑的處理用組合物可以被壓縮成片劑、粒料或者塊料。當被壓縮成塊料時，預期塊料可以具有約1磅到約10磅的大小。處理用組合物可以包括稀釋劑以使得處理用組合物以液體形式提供。舉例說明，處理用組合物可以包括至少約5wt％的防垢劑和至少5wt％的固化劑或者稀釋劑。另外，處理用組合物可以包括約5wt％到約95wt％的防垢劑和約5wt％到約95wt％的固化劑或者稀釋劑。在固體的情況下，處理用組合物可以包括約10wt％到約90wt％的防垢劑和約10wt％到約90wt％的固化劑，並且，處理用組合物可以包括約15wt％到約85wt％的防垢劑和約15wt％到約85wt％的固化劑。在液體處理用組合物的情況下，處理用組合物可以包括約5wt％到約75wt％的防垢劑和約25wt％到約95wt％的稀釋劑，並且，處理用組合物可以包括約10wt％到約60wt％的防垢劑和約40wt％到約90wt％的稀釋劑。
希望提供的處理後給水含有的防垢劑濃度應當足以提供所需的防垢水平。例如，處理後給水中的防垢劑濃度可以至少約0.1ppm以獲得所需的防垢水平。依據防垢性能隨著防垢劑濃度的增長出現下降來提供給水組合物中的防垢劑含量的上限。一般而言，當增加量的防垢劑不能夠提供額外的防垢性能時，希望避免由於添加額外的防垢劑而帶來的成本增加。通常，處理後給水中的防垢劑濃度的上限約為200ppm。處理後給水中的防垢劑的濃度可以為約0.5ppm到約150ppm，約1ppm到約100ppm，和約2ppm到約50ppm。
防垢劑可以包括碳酸鹽防垢劑、磷酸鹽防垢劑或者碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑的混合物。通常，認為碳酸鹽防垢劑的存在有助於減少由於碳酸鹽的存在而造成的碳酸鹽結垢，和磷酸鹽防垢劑的存在有助於減少由於磷酸鹽的存在而造成的磷酸鹽結垢。處理用組合物可以同時包括碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑兩者，也可以包括一種或多種類型的碳酸鹽防垢劑、或一種或多種類型的磷酸鹽防垢劑、或同時包括碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑兩者的一種或多種。
碳酸鹽防垢劑碳酸鹽防垢劑的特徵在於作為一種成分，當引入到給水中時，它能夠有效地減少由於可能存在於給水中的碳酸氫鈣或清潔劑組合物中的鹼性而導致的碳酸鹽結垢。示例性的碳酸鹽防垢劑包括膦酸鹽類、聚羧酸鹽類(polycarboxylate)或膦酸鹽類和聚羧酸鹽類的混合物。示例性的膦酸鹽類包括1-羥基乙烷-1，1-二膦酸CH3C(OH)[PO(OH)2]；氨基三(亞甲基膦酸)N[CH2PO(OH)2]3；氨基三(亞甲基膦酸鹽)，鈉鹽 2-羥基乙基亞氨基二(亞甲基膦酸)HOCH2CH2N[CH2PO(OH)2]2]2；二亞乙基三胺五(亞甲基膦酸鹽)，鈉鹽C9H(28-x)N3NaxO15P5(x＝7)；六亞甲基二胺(四亞甲基膦酸鹽)，鉀鹽C10H(28-x)N2KxO12P4(x＝6)；雙(六亞甲基)三胺(五亞甲基膦酸)(HO2)POCH2N[(CH2)6N[CH2PO(OH)2]2]2；和亞磷酸H3PO3。示例性的聚羧酸鹽類包括聚丙烯酸、聚馬來酸、馬來酸/烯烴共聚物、丙烯酸/馬來酸共聚物、聚甲基丙烯酸、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物、水解的聚丙烯醯胺、水解的聚甲基丙烯醯胺、水解的聚醯胺-甲基丙烯醯胺共聚物、水解的聚丙烯腈、水解的聚甲基丙烯腈、水解的丙烯腈-甲基丙烯腈共聚物。
磷酸鹽防垢劑可以使用的磷酸鹽防垢劑包括那些當在引入含有磷酸鹽的清潔劑組合物之前引入到給水中能夠減少磷酸鹽結垢的成分。應當理解提供磷酸鹽防垢性能的許多成分也可以提供一定程度的碳酸鹽防垢性能。另外，許多被確定為磷酸鹽防垢劑的成分也具有作為碳酸鹽防垢劑的特徵。示例性的磷酸鹽防垢劑包括由以下反應生成的聚合物烯屬不飽和羧酸類單體和可共聚磺化單體、可共聚非離子單體、或者可共聚磺化單體與可共聚非離子單體的混合物的反應。
烯屬不飽和羧酸類單體可以包括C3-C40單羧酸、C3-C40二羧酸、或C3-C40多羧酸。烯屬不飽和羧酸類單體可以是線型、支鏈或環狀。烯屬不飽和羧酸類單體可以鹽或酸酐的形式提供。示例性的鹽包括鹼金屬鹽、鹼土金屬鹽和銨鹽。示例性的烯屬不飽和羧酸類單體包括丙烯酸類共聚單體比如，丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯代丙烯酸、α-氰基-丙烯酸、β-甲基-丙烯酸(巴豆酸)、α-苯基丙烯酸、β-丙烯醯氧基丙酸、山梨酸、α-氯代山梨酸、當歸酸、肉桂酸、對氯肉桂酸、β-苯乙烯基丙烯酸(1-羧基-4-苯基丁二烯-1，3)、衣康酸、馬來酸、檸康酸、中康酸、戊烯二酸、烏頭酸、富馬酸和三羧基乙烯。對於多羧酸單體而言，酸酐基團可以由位於同一個多羧酸分子上的兩個羧基脫掉一個水分子形成。示例性的羧酸類單體包括含有選自以下的取代基的單烯類丙烯酸氫、滷素、羥基、C1-C20烷基、C6-C12芳基、C6-C16芳烷基、C7-C16烷芳基和C5-C16脂環族基團。此處所用的(甲基)丙烯酸旨在包括丙烯酸和甲基丙烯酸。優選的不飽和羧酸類單體包括丙烯酸和甲基丙烯酸。
示例性的可共聚磺化單體包括烯丙基羥基丙烷基sulfonateether、烯丙基磺酸、甲代烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、乙烯基甲苯磺酸、丙烯醯氨基烷烴磺酸、烯丙基氧基苯磺酸、2-烷基烯丙基氧基苯磺酸(一種或多種)，比如，4-磺基苯酚甲代烯丙基醚，和其鹼或鹼土金屬或銨鹽。
示例性的可共聚非離子單體包括選自以下的乙烯基或烯丙基化合物(甲基)丙烯酸的C1-C6烷基酯，丙烯醯胺和C1-C6烷基取代的丙烯醯胺，N-烷基取代的丙烯醯胺，N-羥烷基取代的丙烯醯胺，N-乙烯基吡咯烷酮和任何其它乙烯基醯胺。也可以使用不飽和乙烯基類酸的C1-C6烷基酯和C1-C6烷基半酯，該不飽和乙烯基類酸比如馬來酸和衣康酸。示例性的可共聚非離子單體選自(甲基)丙烯酸甲酯、單-和二甲基的馬來酸酯、單-和二乙基的衣康酸酯、和(甲基)烯丙基乙酸酯、丙酸酯和戊酸酯。交聯性單體比如二烯丙基馬來酸酯、亞烷基雙丙烯醯胺和三烯丙基氰脲酸酯也可以在這裡使用以提供交聯。應當理解，術語「酸」不僅包括酸官能度，而且也包括相應的酸酐和鹽形式。鹽可以是鹼金屬、鹼土金屬、銨和C2-C10鏈烷醇銨類型。
聚合物可以基於烯屬不飽和羧酸類單體和其它成分的比例、按照足以提供所需的磷酸鹽防垢性能的含量來製備，所述其它成分包括可共聚磺化單體、可共聚非離子單體、或者可共聚磺化單體和可共聚非離子單體的混合物。通常，聚合物可以基於約50wt％到約99wt％的烯屬不飽和羧酸類單體來製備。此外，聚合物可以基於約70wt％到約98wt％的烯屬不飽和羧酸類單體來製備，並且聚合物可以基於約75wt％到約95wt％的烯屬不飽和羧酸類單體來製備。另外，可共聚磺化單體、可共聚非離子單體、或者可共聚磺化單體和可共聚非離子單體的混合物的含量可以為約1wt％到約50wt％，約2wt％到約30wt％，約5wt％到約25wt％。聚合物的重均分子量可以為約1500到約250,000，也可以為約5,000到約100,000。
一種示例性的磷酸鹽防垢共聚物包括4-磺基苯酚甲代烯丙基醚、甲代烯丙基磺酸鈉、丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的四元共聚物。單體，4-磺基苯酚甲代烯丙基醚，具有以下通式(I)CH2＝C(CH3)CH2OC6H4SO3M(I)其中「M」代表氫、鹼金屬、鹼土金屬或銨離子。其它示例性的磷酸鹽防垢共聚物包括丙烯酸和4-磺基苯酚甲代烯丙基醚的共聚物；丙烯酸和2-丙烯醯氨基-2-甲基丙磺酸鹽的共聚物；丙烯酸、2-丙烯醯氨基-2-甲基丙磺酸鹽和苯乙烯磺酸鈉的三元共聚物；丙烯酸和乙烯基吡咯烷酮的共聚物；和丙烯酸與丙烯醯胺的共聚物。可以用作磷酸鹽防垢劑的示例性商購可獲得的共聚物包括可從Alco Chemical獲得的Alcosperse240、AquatreatAR 540和AquatreatMPS；可從Rohm and Haas Company獲得的Acumer3100、Acumer2100和Acumer2000；可從BF Goodrich獲得的Goodrich K-798、K-775和K-797；可從ISP technologies，Inc.獲得的ACP 1042；和可從Aldrich獲得的聚丙烯酸/丙烯醯胺。
磷酸鹽和碳酸鹽防垢劑可以包括「膦基丙烯酸類(phosphinoacrylic)聚合物」，所述聚合物可以通過將比如用於形成上述丙烯酸類聚合物的低分子量、不飽和單體和次磷酸鈉縮合來得到。例如，膦基丙烯酸類聚合物可以具有通式H-[CH(CO2H)CH2]nP-(＝O)OH[CH2CH(CO2H)]m-H，其中，分子量和丙酸單元與-P(＝O)(OH)--單元的比例可以在寬範圍內變化。比如，n+m可以從約3到約75和從約4到約70。全部聚丙烯酸與膦氧基的重量比為約3∶1到35∶1並且分子量為約200-5000、優選約250-3000的商購可獲得的膦基聚羧酸可以用於本發明。示例性的膦基聚羧酸是由BioLabs提供的Belsperse161，此產品是一種46-52％的水溶液(分子量約為1200)。膦基丙烯酸類聚合物或膦基丙烯酸鹽類聚合物由Ciba-Geigy公司的一個部門開發，其現已成為BioLabs公司的一部分。Belsperse161類型的產品可從Buckman作為BSI361獲得，從Vulcan作為Mayosperse500獲得和從Rohm and Haas作為Acumer4161獲得。
當處理用組合物包括碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑的混合物時，可以選擇碳酸鹽防垢劑與磷酸鹽防垢劑的重量比以提供所需的碳酸鹽防垢性能和磷酸鹽防垢性能。例如，碳酸鹽防垢劑與磷酸鹽防垢劑的重量比可以為約1∶1到約1∶10。
硬化劑給水處理用組合物可以包含含量足以將該組合物作為固體提供的硬化劑。硬化劑也可以被稱為固化劑。
當作為固體提供時，給水處理用組合物包括足夠含量的硬化劑以使得該組合物在儲存該組合物所通常遇到的條件下能夠保持為固體。通常，這意味著該固體在運輸和儲存期間應當保持為固體並且抵制熔化。例如，該組合物在120和大氣壓下應當能夠抵制熔化。硬化劑的含量將是足夠的，使得給水處理用組合物保持為固體直至它與水接觸。在給水處理用組合物中，防垢劑被認為是組合物的活性成分，而且通常希望在給水處理用組合物中提供儘可能多的活性成分。
示例性的硬化劑包括聚乙二醇。聚乙二醇可以作為不同分子量的聚乙二醇的混合物提供。一般而言，當聚乙二醇被用為硬化劑時，其用量應足以使給水處理用組合物硬化。例如，在硬化的給水處理用組合物中聚乙二醇的含量應至少約為5wt％。通常，預期當聚乙二醇的含量小於約55wt％時，可以提供足夠的硬化效果。固體清潔劑組合物可以包括約8wt％到約30wt％的聚乙二醇。另外，應當理解，給水處理用組合物可以包括各種硬化劑的混合物，並且當聚乙二醇與其它硬化劑一起使用時，由於其它硬化劑貢獻了至少一部分的硬化效果，聚乙二醇的含量可以相對較少。
示例性的硬化劑包括尿素。給水處理用組合物可以包括足量的尿素來使該組合物形成固體。通常，該組合物中的尿素含量可以至少為約5wt％。此外，通常預期通過包括含量小於約32wt％的尿素可以提供硬化效果。該固體組合物可以包括組成約為8wt％到約26wt％的尿素。
當防垢劑作為酸提供時，可以通過使酸與鹼金屬氫氧化物結合以形成防垢劑的鹼金屬鹽，從而形成固體。舉例說明，防垢劑可以與鹼金屬氫氧化物以下述含量結合約10wt％到約90wt％的防垢劑和約10wt％到約90wt％的鹼金屬氫氧化物。此外，防垢劑的含量也可以為約15wt％到約75wt％，鹼金屬氫氧化物的含量可以為約15wt％到約75wt％。
應當理解可以使用各種硬化劑的混合物來提供硬化效果。在使用不同硬化劑的混合物的情況下，預期每一種類型的硬化劑的含量低於將其用作唯一的硬化劑來將給水處理用組合物作為固體提供時所必需的含量。通常，預期給水處理用組合物可以包括約10wt％到約90wt％的硬化劑來提供固體性能。另外，給水處理用組合物中的硬化劑含量也可以為約15wt％到約90wt％。
稀釋劑給水處理用組合物中可以包括稀釋劑來有助於保持處理用組合物的穩定性或溶解性。可以在處理用組合物中提供的示例性稀釋劑包括水。在液體處理用組合物的情況下，稀釋劑的含量可高達約95wt％。一般而言，預期如果處理用組合物中將使用稀釋劑，所包括的稀釋劑的含量可以至少為約0.1wt％。另外，處理用組合物中可以包括填料，並且填料的特徵可以在於具有稀釋劑的形式。在固體處理用組合物的情況下，可以使用的示例性填料包括氯化鉀、氯化鈉和硫酸鈉。預期當固體處理用組合物包括填料時，組合物中所包括的填料含量將至少約0.01wt％，並且填料可以任何含量包括以提供所需的「填充」水平。固體清潔劑組合物中填料的示例性上限含量可以為，例如，10wt％、8wt％或5wt％。
在液體處理用組合物的情況下，可以使用的填料包括水。當液體處理用組合物中包括水時，所包括的水的含量可以高達約95wt％，並且可以下述含量包括約10wt％到約80wt％和約25wt％到約75wt％。其它成分可以使用給水處理用組合物來為清潔劑組合物提供處理後給水物流。本發明的申請人發現通過在引入通常與清潔劑組合物相關聯的化學物質之前將防垢劑引入到給水中，可以實現增強的防垢效果。可以配製給水處理用組合物，使得該組合物幾乎不包括或完全不包括在清潔劑組合物中通常含有的其它成分。申請人已經發現與將防垢劑作為清潔劑組合物的一部分引入給水相比，在將清潔劑組合物引入到給水中之前將防垢劑加入到給水中能夠提供增強的防垢效果。因此，可以提供給水處理用組合物，使得除了防垢劑、固化劑或稀釋劑以外的成分被限制。可以從處理用組合物中排除的示例性成分包括抗再沉積劑、表面活性試劑或表面活性劑、漂白劑、增白劑、緩蝕劑和酶。如果處理用組合物中存在這些成分中任一種，則它們可以足夠低的含量存在。例如，可以排除含量大於1wt％的抗再沉積劑。可以排除含量大於約0.1wt％的表面活性試劑或表面活性劑。可以排除含量大於約0.1wt％的漂白劑。可以排除含量大於約0.1wt％的增白劑。可以排除含量大於約1wt％的緩蝕劑。可以排除含量大於約0.01wt％的酶。
可以預期，通過在將清潔劑組合物引入到給水中之前將防垢劑引入到給水中，可以對清潔劑組合物進行調節以除去某些可能已經包含在清潔劑組合物中用於提供抗結膜性能的成分。儘管鑑於對給水進行的處理可以對清潔劑組合物進行調節，但認為如果需要，可以按原樣使用清潔劑組合物。
清潔劑組合物處理後給水物流可以與清潔劑組合物相結合，以提供清潔用組合物。清潔劑組合物表示提供清洗效果、漂洗效果或者乾燥效果的組合物。提供清洗效果的組合物通常被稱作清洗劑組合物。提供漂洗效果的組合物通常被稱作漂洗劑或sheeting agent組合物。提供乾燥效果的組合物通常被稱作乾燥劑組合物。
清潔劑組合物通常包括各種成分，比如鹼源、表面活性劑、螯環化/螯合劑、溶劑、氧化劑、還原劑、漂白劑、漂白活化劑和酶。這些成分的實例將在下文有所描述。應當理解，當需要時，清潔劑組合物中還可以使用額外的成分。
清潔劑組合物可以包括鹼源以使清潔用組合物具備所需的pH值。示例性的鹼源包括鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物、胺(包括烷基胺和乙醇胺)、鹼金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽、矽酸鹽等等，以及上述物質的混合物。
各種表面活性劑可以用於清潔劑組合物，包括陰離子、非離子、陽離子和兩性離子表面活性劑，它們可以從多種來源商購獲得。其中優選陰離子和非離子表面活性劑。關於表面活性劑的論述，參見Kirk-Othmer，「Encyclopedia of Chemical Technology」(第三版，第八卷，900-912頁)。優選地，清潔劑組合物以有效提供所需清洗水平的含量包含清洗劑。清潔劑組合物可以包括約0wt％到約20wt％的清洗劑，或者約1.5wt％到約15wt％的清洗劑。
本發明的清洗劑組合物中可使用的陰離子表面活性劑包括例如，羧酸鹽如烷基羧酸鹽(羧酸鹽)和聚烷氧基羧酸鹽、醇乙氧基化物羧酸鹽、壬基苯酚乙氧基化物羧酸鹽；磺酸鹽比如烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基芳基磺酸鹽、磺化脂肪酸酯；硫酸鹽比如硫酸化醇、硫酸化醇乙氧基化物、硫酸化烷基苯酚、烷基硫酸鹽、磺基琥珀酸鹽、烷基醚硫酸鹽；和磷酸酯鹽如烷基磷酸酯鹽。示例性的的陰離子表面活性劑是烷基芳基磺酸鈉、α-烯烴磺酸鹽和脂肪醇硫酸鹽。
清潔劑組合物中可以使用的非離子表面活性劑包括含有聚氧化烯聚合物作為該表面活性劑分子的一部分的那些。這類非離子表面活性劑包括例如，脂肪醇的氯-、苄基-、甲基-、乙基-、丙基-、丁基-和其它烷基封端的聚乙二醇醚；不含聚氧化烯的非離子表面活性劑比如烷基聚糖苷；脫水山梨糖醇和蔗糖酯以及它們的乙氧基化物；烷氧基化的乙二胺；醇烷氧基化物比如醇乙氧基化物丙氧基化物、醇丙氧基化物、醇丙氧基化物乙氧基化物丙氧基化物、醇乙氧基化物丁氧基化物；壬基苯酚乙氧基化物、聚氧乙烯二醇醚；羧酸酯比如甘油酯、聚氧乙烯酯、脂肪酸的乙氧基化和二醇酯；羧基醯胺比如二乙醇胺縮合物、單鏈烷醇胺縮合物、聚氧乙烯脂肪酸醯胺；和包括氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物的聚氧化烯嵌段共聚物比如以商標名PLURONIC(BASF-Wyandotte)可商購的那些。也可以使用矽氧烷表面活性劑比如ABIL B8852。
清潔劑組合物中可包括的、用於消毒或織物軟化的陽離子表面活性劑包括比如含有C18烷基或烯基鏈的伯-、仲-和叔-一元胺、乙氧基化的烷基胺、乙二胺的烷氧基化物、咪唑(比如1-(2-羥乙基-2-咪唑啉、2-烷基-1-(2-羥乙基)-2-咪唑啉))；和叔銨鹽例如烷基叔銨氯化物表面活性劑，比如n-烷基(C12-C18)二甲基苄基銨氯化物、n-十四烷基二甲基苄基銨氯化物單水合物，和萘取代的叔銨氯化物，比如二甲基-1-萘基甲基銨氯化物。
螯環化/螯合劑可以在鹼性洗液中提供水的硬度控制，此外更重要的是，它可以通過與有機和無機汙物成分的各種鈣和鎂複合物發生相互作用而在除去汙物的過程中起到輔助作用。水硬度離子通過與脂肪酸或其它表面活性劑形成較不溶的複合物而不利地幹擾清洗過程。螯環化/螯合劑通過與水硬度離子比如鈣和鎂的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物和其它在鹼性溶液中較不溶並且在脫水步驟期間一旦暴露於熱可以從溶液中沉澱出來的離子相互作用，可以提供水的硬度控制。因此，螯環化/螯合劑有助於將水硬度離子保留在溶液中。
本領域技術人員已知的任何螯環化/螯合劑都可以在本發明中使用。適宜的螯環化/螯合劑的實例包括，但不限於，氨基羧酸、縮合的磷酸鹽、膦酸鹽、聚丙烯酸鹽、鹼金屬葡萄糖酸鹽、檸檬酸鹽等等。
一般而言，任何具備與天然水中通常發現的金屬離子進行配位(即，結合)的能力以防止金屬離子幹擾清洗劑組合物的其它清潔劑成分發揮作用的螯合分子都可以在本發明中使用。當以有效含量包括時，螯環化/螯合劑也可以發揮闕處理劑的作用。優選地，清洗劑組合物包括約0.1-1wt％，優選的約0.05-5wt％的螯環化/螯合劑。
更為具體地，適合的氨基羧酸包括例如，n-羥乙基亞氨基二乙酸、次氨基三乙酸(NTA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、N-羥乙基-乙二胺-三乙酸(HBDTA)、二亞乙基三胺五乙酸(DTPA)、以及類似物。
本分明的組合物可使用的縮合磷酸鹽的合適實例包括鈉和鉀的正磷酸鹽、鈉和鉀的焦磷酸鹽、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和類似物。在該組合物的固化過程中，縮合磷酸鹽通過將該組合物中存在的游離水作為水合水固定而可以在有限的程度上起到輔助作用。
關於螯環化劑/螯合劑的深入討論，參見Kirk-Othmer，「Encyclopedia of Chemical Technology」(第三版，第5卷，339-366頁和第23卷，319-320頁)，其公開內容作為參考併入此處。
清潔劑組合物中可使用的溶劑包括二醇醚，醇，酯如大豆甲基酯(soy methyl ester)、乙酸酯，環狀酸，及其混合物。
清潔劑組合物中可用的氧化劑包括鹼金屬次氯酸鹽比如鈉和鉀的次氯酸鹽、二氧化氯溶液、各種過酸、及其混合物。
清潔劑組合物中可用的還原劑包括鹼金屬硫代硫酸鹽比如硫代硫酸鈉、鹼金屬亞硫酸鹽如亞硫酸鈉、鹼金屬焦亞硫酸鹽比如焦亞硫酸鈉、及其混合物。
清潔劑組合物中可用的漂白劑包括在清洗過程期間遇到的條件下可以釋放滷素(例如，Cl、Br、OCl和/或OBr)的化合物，比如，氯、次氯酸鹽、氯胺、鹼金屬二氯異氰脲酸鹽、氯化磷酸三鈉、鹼金屬次氯酸鹽(hypochloride)、一氯胺、二氯胺和類似物，以及釋放溴的化合物。
也可以使用氧類漂白劑，包括過氧化物類型或活性氧源比如過氧化氫，有機和無機過氧水合物(peroxyhydrate)，有機過氧酸包括過氧羧酸、過氧亞氨酸和醯氨基過氧羧酸、或者它們的鹽包括鹼金屬鹽或混合陽離子鹽，過硼酸鹽，碳酸鈉過氧水合物，磷酸鹽過氧水合物，過一硫酸鉀，和過硼酸鈉一-和四水合物，它們可帶有和不帶有活化劑比如四乙醯基乙二胺，可以游離形式或作為漂白活化劑使用的過酸，無機過氧化物，無機過氧酸和它們的鹽，某些有機過氧化物，類似物，以及上述物質的混合物。
現有技術中已知的漂白活化劑可以用於清潔劑組合物中以活化漂白。示例性的漂白活化劑包括例如，四乙醯基乙二胺(TAED)，壬醯氧基苯磺酸鈉(SNOBS)，葡萄糖五乙酸酯(GPA)，四乙醯基亞甲基二胺(TAMD)，三乙醯基氰脲酸酯，磺醯基乙基碳酸酯鈉，乙醯氧基苯鈉和單長鏈醯基四乙醯基葡萄糖(公開於WO 91/10719，其公開內容作為參考全文併入此處)，還可以使用美國專利Nos.4751015和4818426(此兩項專利的公開內容作為參考全文併入此處)公開的膽鹼磺基苯基碳酸酯(CSPC)。
實施例1將產品手工加入到洗碗機的漂洗水或者初始進料水(給水)中。所用的洗碗機為Hobart生產的AM-14高溫洗碗機。將產品加入洗碗機以處理在循環周期期間加入的任何附加水。
示例性的產品包括Dequest 2000(ATMP-氨基三亞甲基膦酸(50％活性))Dequest 2010(HEDP-1-羥基亞乙基-1，1-diphosphnic acid-羥基亞乙基二膦酸(60％活性))Optidose 4210(聚馬來酸，分子量500-1,000，50％固體)Alcoguard 4000(磺化聚合物)Alcosperse 240(丙烯酸和磺化單體的共聚物)
Alcosperse 747(改性聚羧酸鹽)Accusol 587(弱酸/強酸(磺酸的)共聚物)Accusol 586(弱酸/強酸(磺酸的)共聚物)洗碗機中使用的清潔劑組合物是含有三聚磷酸鈉和碳酸鈉的高鹼性固體。測試使用六個玻璃器皿運行100次循環。玻璃器皿的等級體系依據1-5結垢的程度1為沒有結膜，2為微量結膜，3為輕度結膜，4為中度結膜，5為重度結膜。試驗結果如表1所示。
表1
Optidose 4210產品和Alcoguard 4000產品的使用量分別為5ppm和10ppm。當使用Optidose 4210產品和Alcoguard 4000產品來處理所有進入洗碗機的水時，與參比相比玻璃器皿上的結膜狀況有顯著改善。
實施例2製備包含以下成分的一種示例性的液體給水處理用組合物31.2wt％Dequest 2010產品31.2wt％Alcosperse 240產品37.6wt％水。
製備包含以下成分的一種示例性的固體給水處理用組合物41.5wt％Alcoguard 400041.5wt％Dequest 2010
17wt％氫氧化鈉。
製備一種固體給水處理用組合物，其包括碳酸鹽防垢劑並包含以下成分68.5wt％ Dequest 201031.5wt％氫氧化鈉。
權利要求
1.一種給水處理方法，包括(a)向給水中引入處理用組合物以提供處理後給水，該處理後給水含有濃度至少約0.1ppm的防垢劑；和(b)使該處理後給水物流與清潔劑組合物結合以提供實用組合物。
2.根據權利要求1的方法，其中該處理後給水以約0.1ppm到約200ppm的濃度包含該防垢劑。
3.根據權利要求1的方法，其中該防垢劑包括碳酸鹽防垢劑、磷酸鹽防垢劑、或者碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑的混合物。
4.根據權利要求3的方法，其中該處理後給水包含約1ppm到約100ppm的碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑的混合物。
5.根據權利要求3的方法，其中該磷酸鹽防垢劑包含由烯屬不飽和羧酸類單體和可共聚單體的反應生成的聚合物，該可共聚單體包括磺化單體、非離子單體、或者磺化單體和非離子單體的混合物。
6.根據權利要求5的方法，其中該烯屬不飽和羧酸類單體包括C3-C40單羧酸、C3-C40二羧酸、或者C3-C40多羧酸。
7.根據權利要求6的方法，其中該烯屬不飽和羧酸類單體包括酸、鹽或酸酐。
8.根據權利要求6的方法，其中該烯屬不飽和羧酸包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯代丙烯酸、α-氰基丙烯酸、β-甲基-丙烯酸、α-苯基丙烯酸、β-丙烯醯氧基丙酸、山梨酸、α-氯代山梨酸、當歸酸、肉桂酸、p-氯代肉桂酸、β-苯乙烯基丙烯酸、衣康酸、馬來酸、檸康酸、中康酸、戊烯二酸、烏頭酸、富馬酸或三羧基乙烯，或上述物質的混合物。
9.根據權利要求6的方法，其中該羧酸類單體包括含有選自以下的取代基的單烯類丙烯酸氫、滷素、羥基、C1-C20烷基、C6-C12芳基、C6-C16芳烷基、C7-C16烷芳基、C5-C16脂環族基團，或者上述的混合。
10.根據權利要求1的方法，其中該防垢劑包含碳酸鹽防垢劑，該碳酸鹽防垢劑包含膦酸鹽類、聚羧酸鹽類、膦基羧酸鹽膦醯基羧酸鹽類、膦基羧酸鹽類，或上述物質的混合物。
11.根據權利要求1的方法，其進一步包括(a)使該實用組合物與物品接觸。
12.根據權利要求11的方法，其中該物品包括機動車表面、織物、接觸食品的物品、就地清洗(CIP)設備、硬質表面、或上述的混合。
13.根據權利要求1的方法，其中該防垢劑以約1∶1到約1∶10的碳酸鹽防垢劑磷酸鹽防垢劑的重量比包含碳酸鹽防垢劑和磷酸鹽防垢劑的混合物。
14.根據權利要求11的方法，其進一步包括(a)將該實用組合物從該物品上漂洗掉。
15.根據權利要求1的方法，其中該清潔劑組合物包括清洗劑組合物、漂洗劑組合物、或乾燥劑組合物。
16.一種處理用組合物，包含(a)約5wt％到約95wt％的防垢劑；(b)至少約5wt％的(i)使該處理用組合物以固體形式提供的固化劑；和(ii)使該處理用組合物以可流動液體形式提供的稀釋劑。
17.根據權利要求16的處理用組合物，其中該處理用組合物以固體形式提供並且含有約10wt％到約90wt％的該防垢劑和10wt％到約90wt％的該固化劑。
18.根據權利要求16處理用組合物，其中該處理用組合物以液體形式提供並且含有約5wt％到約75wt％的該防垢劑和25wt％到約75wt％的該稀釋劑。
19.一種處理用組合物，包含(a)約10wt％到約100wt％的防垢劑；和(b)該處理用組合物以大小約為1磅到約10磅的壓縮塊形式提供。
20.根據權利要求17的處理用組合物，其中該固化劑包含聚乙二醇、聚乙二醇的混合物、尿素或鹼金屬氫氧化物的鹽。
21.根據權利要求18的處理用組合物，其中該稀釋劑包括水。
22.一種給水處理設備，包括(a)用於提供給水的給水進口；(b)用於提供處理後給水的處理後給水出口；(c)處理用組合物儲蓄池，其容納包含防垢劑的處理用組合物；和(d)處理用組合物輸送管線，用於將該處理用組合物從該處理用組合物儲蓄池引入到給水中，以提供含有約0.1ppm到約200ppm防垢劑的處理後給水。
23.根據權利要求23的設備，其進一步包括文丘裡管，用來將該處理用組合物從該處理用組合物儲蓄池中抽取到給水中。
24.根據權利要求23的設備，其中該處理用組合物輸送管線包括閥門，用來對送入給水的處理用組合物的流量進行控制。
25.根據權利要求22的設備，其進一步包括泵，用來將該處理用組合物從該處理用組合物儲蓄池引入到給水中。
全文摘要
本發明提供了一種給水處理方法。該方法包括以下步驟將處理用組合物引入到給水物流中，以提供含有濃度至少為約0.1ppm的防垢劑的處理後給水，然後將處理後給水物流與清潔劑組合物結合。防垢劑可以包含磷酸鹽防垢劑、碳酸鹽防垢劑、或者磷酸鹽防垢劑和碳酸鹽防垢劑的混合物。清潔劑組合物可以作為清洗劑組合物、漂洗劑組合物、或乾燥劑組合物提供。本發明還提供了一種處理用組合物和一種給水處理設備。
文檔編號C02F103/02GK101090873SQ200680001499
公開日2007年12月19日 申請日期2006年1月17日 優先權日2005年2月25日
發明者W·G·水野, M·E·貝西, B·L·謝爾塔 申請人:埃科萊布有限公司