JP2004025097A

JP2004025097A - 凝集処理薬剤及びその使用方法

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Publication number: JP2004025097A
Application number: JP2002187620A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Aiso; 相曾　淳
Original assignee: Hymo Corp
Current assignee: Hymo Corp
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP3963361B2

Abstract

【課題】架橋性の水溶性高分子を汚泥脱水剤あるいは歩留向上剤として使用した場合、脱水ケーキ含水率の低下、または地合の維持が容易に可能であるなど優れた点が発現するが、その反面、効果の発現するまで添加するにはどうしても添加量が増加し、その結果、コストの増大という問題が発生する。本発明の目的は、架橋性の水溶性高分子の長所を残し、添加量の削減という問題を解決する凝集処理薬剤を開発する。
【解決手段】特定の単量体と複数のビニル基を有する単量体からなる単量体混合物を重合した架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる処理剤によって達成できる。
【選択図】　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤及びその使用方法に関するものであり、詳しくは特定のイオン性単量体及び複数のビニル基を有する単量体を必須成分とする単量体混合物を重合した架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤とその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製紙における歩留向上剤や下水などの汚泥脱水には、従来カチオン性高分子凝集剤が使用されている。特に汚泥脱水剤は、近年の汚泥発生量の増加及び汚泥性状の悪化により、従来のカチオン性高分子凝集剤では、汚泥の処理量に限界があることや、脱水ケーキ含水率、ＳＳ回収率、ケーキの濾布からの剥離性などの点で処理状態は必ずしも満足できるものではなく、改善が求められている。これら従来のカチオン性高分子凝集剤の欠点を改良するために、両性高分子凝集剤が種々提案されているが、これらの両性高分子脱水剤は必ずしも十分に満足しうるものではない。また、脱水ケーキ含水率の低下や濾布からの剥離性を目的として架橋性の両性高分子凝集剤が開発され、特開平２−２１９８８７公報や特公平８−１６４公報などに開示されている。
【０００３】
製紙における歩留向上剤に関しては、抄紙速度の高速化や製紙原料中への不純物の増加に対応するため凝集力の向上が追求されてきたため、架橋性高分子の応用という観点は考慮されてこなかった。高分子凝集剤は、性能向上のため一方向では高分子量化が追求されてきたため凝集力は確かに向上はしてきたが、特に製紙工業における歩留向上剤として使用した場合、地合の乱れなど副作用も発生する例が度々みられるようになった。これに対し架橋性高分子は水中における分子の広がりが直鎖状高分子に較べ相対的に小さいので、凝集力が抑制されていて製紙工業におけるプロセス薬剤に適している。
【０００４】
上記のように架橋性水溶性高分子は、種々の特徴や機能を有しているが、水溶液中における分子の広がりが相対的に小さいためか、汚泥脱水剤あるいは製紙における歩留向上剤などに適用した場合、直鎖状高分子に較べ添加量が増加してしまうという問題が存在する。架橋性水溶性高分子のこのような欠点を改良するため特開平７−２５６２９９号公報あるいは特開平７−２５６３００号公報には、四級アンモニウム塩基を含有し、メタクリレ−ト系単量体、アクリレ−ト系単量体及びアニオン性単量体を一定の比率で共重合した両性高分子脱水剤が開示されている。しかし、これらも目的を十分満足するものではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
架橋性の水溶性高分子を汚泥脱水剤あるいは歩留向上剤として使用した場合、脱水ケーキ含水率の低下、または地合の維持が容易に可能であるなど優れた点が発現するが、その反面、効果の発現するまで添加するにはどうしても添加量が増加し、その結果、コストの増大という問題が発生する。本発明の目的は、架橋性の水溶性高分子の長所を残し、添加量の削減という点を解決する凝集処理薬剤を開発する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、下記のような発明に達した。すなわち本発明の請求項１の発明は、下記一般式（１）及び／又は（２）で表される単量体５〜９９．９９９モル％、下記一般式（３）で表される単量体０〜５０モル％、水溶性非イオン性単量体０〜９５モル％及び複数のビニル基を有する単量体０．００１〜１モル％からなる単量体混合物を重合した架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤に関する。
【化１】

一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い、Ａは酸素またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化２】

一般式（２）
Ｒ５は水素又はメチル基、Ｒ６、Ｒ７は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２は陰イオンをそれぞれ表わす
【化３】

一般式（３）
Ｒ８は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＱはＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３、
ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ９は水素またはＣＯＯＹ２、Ｙ１あるいはＹ２は水素または陽イオン
【０００７】
請求項２の発明は、前記架橋性イオン性水溶性高分子が噴霧乾燥品であることを特徴とする請求項１に記載の凝集処理薬剤である。
【０００８】
請求項３は、前記架橋性イオン性水溶性高分子が、単量体混合物を塩水溶液中、該塩水溶液に可溶な高分子分散剤共存下、分散重合法により製造された粒径１００μｍ以下の架橋性イオン性水溶性高分子からなる微粒子の分散液であることを特徴とする請求項１に記載の凝集処理薬剤である。
【０００９】
請求項４の発明は、前記複数のビニル基を有する単量体が、下記一般式（４）で表される多官能性水溶性ポリカチオン単量体であることを特徴とする請求項１〜３に記載の凝集処理薬剤である。
【化４】

一般式（５）
Ｒ１０〜Ｒ１４は水素又はメチル基、Ｘ３、Ｘ４は陰イオン、ｐは０〜２０の整数をそれぞれ表わす、ただしＰは下記一般式（５）で表わされる。
【化５】

一般式（５）
Ｒ_１５、Ｒ_１６は水素、炭素数１〜３のアルキル基又はベンジル基、炭素数２〜４のアルキレン基あるいはアルコキシレン基、Ｒ_１７は水素又はメチル基、Ｌは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｘ７⁻は陰イオン、ただしＲ_１５〜Ｒ_１６が水素である場合は、部分的にＰに置換されても良い
【００１０】
請求項５の発明は、前記多官能性水溶性ポリカチオン単量体がアンモニア、脂肪族第１級アミン、脂肪族第２級アミン、脂肪族第３級アミンから選択された一種以上のアミン類とエピハロヒドリンから生成した重縮合物とジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドとの反応物であることを特徴とする請求項４に記載の凝集処理薬剤である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１〜５に記載の架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤を有機汚泥に添加、凝集させた後、脱水機により脱水することを特徴とする有機汚泥の脱水方法である。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１〜５に記載の架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤を製紙スラッジに添加、凝集させた後、脱水機により脱水することを特徴とする製紙スラッジの脱水方法である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１〜５に記載の架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤を抄紙前の製紙原料中に添加、処理することを特徴とする製紙原料の前処理方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
初めに本発明で使用する複数のビニル基を有する単量体について説明する。このような単量体の例として、メチレンビスアクリルアミドやエチレングルコ−ルジ（メタ）アクリレ−トなどの多官能性単量体、あるいはＮ、Ｎ−ジメチルアクリルアミドのような熱架橋性単量体などがあげられる。また、好ましい複数のビニル基を有する単量体として、前記一般式（４）で表される多官能性水溶性ポリカチオン単量体である。この単量体は、以下のようにして合成することができる。すなわちエピハロヒドリンとアンモニア、第１級アミンまたは第２級アミンのうち、一種以上のアミン類と反応させた生成物を得た後、第３級アミノ基含有アクリルモノマーとを反応させ、その反応物の末端の少なくとも２つがビニル基を有するポリカチオン多官能性単量体である。すなわち、Ｒ１０〜Ｒ１３は水素または炭素数１〜３のアルキル基のなかから選ばれた同種または異種のアルキル基が結合したエピハロヒドリン残基を示す。このエピハロヒドリン残基は、一種類のアミンを使用すれば、同種の繰り返し単位が重合したものとなる。一方、二種以上のアミンを使用すれば異なった繰り返し単位が重合したものとなる。
【００１５】
これらの第１級アミンの中で、好ましくは、メチルアミン及びエチルアミンである。前記第２級アミンは、例えばジメチルアミン、ジエチルアミン、などである。これらの第２級アミンは１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００１６】
前記第３級アミノ基含有アクリルモノマーは、例えばＮ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートなどを挙げることができる。また最も好ましいものは、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドである。
【００１７】
複数のビニル基を有する単量体の添加量は以下のようになる。すなわちメチレンビスアクリルアミドやエチレングルコ−ルジ（メタ）アクリレ−トなどの多官能性単量体、あるいはＮ、Ｎ−ジメチルアクリルアミド単量体などの場合は、混合物質量に０．００１〜０．１モル％であり、好ましくは０．００２〜０．０５％であり、更に好ましくは０．００５〜０．０５％である。また多官能性水溶性ポリカチオン単量体の前記単量体混合物に対する添加量は、単量体混合物質量に０．００１〜１モル％であり、好ましくは０．０１〜０．５％であり、更に好ましくは０．０５〜０．５％である。重合温度は前記のような通常の重合条件で行うことができる。また、重合度を調節するためイソプロピルアルコールを対単量体０．１〜５重量％など併用すると効果的である。
【００１８】
前記多官能性水溶性ポリカチオン単量体を前記単量体混合物と共重合することにより製造したイオン性架橋性水溶性高分子は、従来のＮ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミドあるいはエチレングリコールジ（メタ）アクリレートなどのような架橋点間の比較的短い架橋剤を使用した場合に較べ、架橋点間が長く、その上カチオン性基が架橋点間に存在する。従って分子が収縮し過ぎず、水中における形態が適度な状態で存在できる。その結果、架橋性高分子の特徴を保持し、懸濁粒子との接触も効率的に行なわれる。
【００１９】
重合法としては、水溶液重合、油中水型エマルジョン重合、油中水型分散重合、塩水中分散重合などによって重合した後、それぞれ水溶液、分散液、エマルジョンあるいは粉末など任意の製品形態にすることができる。好ましい形態としては、濃度を高められ、溶解時間も短い油中水型エマルジョン重合品、あるいは塩水中分散重合品が好ましい。また、油中水型エマルジョン重合品を噴霧乾燥した粉末品も好ましい。
【００２０】
油中水型高分子エマルジョンの製造方法としては、カチオン性単量体、あるいはカチオン性単量体と共重合可能な単量体からなる単量体混合物を水、少なくとも水と非混和性の炭化水素からなる油状物質、油中水型エマルジョンを形成するに有効な量とＨＬＢを有する少なくとも一種類の界面活性剤を混合し、強攪拌し油中水型エマルジョンを形成させた後、重合することにより合成する。
【００２１】
分散媒として使用する炭化水素からなる油状物質の例としては、パラフィン類あるいは灯油、軽油、中油などの鉱油、あるいはこれらと実質的に同じ範囲の沸点や粘度などの特性を有する炭化水素系合成油、あるいはこれらの混合物があげられる。
【００２２】
油中水型エマルジョンを形成するに有効な量とＨＬＢを有する少なくとも一種類の界面活性剤の例としては、ＨＬＢ３〜１１のノニオン性界面活性剤であり、その具体例としては、ソルビタンモノオレ−ト、ソルビタンモノステアレ−ト、ソルビタンモノパルミテ−トなどがあげられる。これら界面活性剤の添加量としては、油中水型エマルジョン全量に対して０．５〜１０重量％であり、好ましくは１〜５重量％である。
【００２３】
重合後は、転相剤と呼ばれる親水性界面活性剤を添加して油の膜で被われたエマルジョン粒子が水になじみ易くし、中の水溶性高分子が溶解しやすくする処理を行い、水で希釈しそれぞれの用途に用いる。親水性界面化成剤の例としては、カチオン性界面化成剤やＨＬＢ９〜１５のノニオン性界面化成剤であり、ポリオキシエチレンアルキルエ−テル系、ポリオキシエチレンアルコールエ−テル系などである。
【００２４】
また、油中水型エマルジョン重合した重合物を、そのまま噴霧乾燥することもできる。従来、架橋性の水溶性高分子を粉末化することは、乾燥時、架橋反応が進行する副反応が起き、なかなか実用化が難しかった。しかし、この噴霧乾燥することにより架橋性水溶性高分子の粉末を容易に企業的規模で生産可能となった。噴霧化を用意にするため油中水型エマルジョン重合品の濃度を多少調節後、噴霧乾燥機に送り、７０〜１１０℃程度の温度により、乾燥する。また乾燥時、熱によって架橋反応が進み、その分汚泥脱水剤としての性能が向上することも期待できる。
【００２５】
さらに塩水溶液中に分散した高分子微粒子分散液からなる水溶性重合体に関しては、特開昭６２−１５２５１号公報などによって製造することができる。この方法は、カチオン性単量体あるいはカチオン性単量体と非イオン性単量体を、塩水溶液中で該塩水溶液に可溶な高分子からなる分散剤共存下で、攪拌しながら製造された粒系１００ｍμ以下の高分子微粒子の分散液からなるもである。イオン性架橋性水溶性高分子を製造する場合は、これら単量体に複数のビニル基を有する単量体を重合時共存させる。
【００２６】
高分子からなる分散剤は、カチオン性水溶性高分子としては、ジメチルジアリルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物の単独重合体や非イオン性単量体との共重合体を使用である。また、非イオン性高分子は、ポリビニルピロリドン、アクリルアミド／ポリビニルカプロラクタム共重合体、アクリルアミド／スチレン共重合体、無水マレイン酸／ブテン共重物の完全アミド化物などアミド基と若干の疎水性基を有する水溶性高分子が有効である。
【００２７】
塩水溶液を構成する無機塩類は、多価アニオン塩類が、より好ましく、硫酸塩又は燐酸塩が適当であり、具体的には、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、燐酸水素アンモニウム、燐酸水素ナトリウム、燐酸水素カリウム等を例示することができ、これらの塩を濃度１５％以上の水溶液として用いることが好ましい
【００２８】
油中水型エマルジョン重合の場合は重合濃度として、２０〜５０重量％であり、好ましくは２５〜４０重量％である。また、塩水溶液中分散重合の場合は、１５〜４０重量％であり、好ましくは２０〜３５重量％である。またどちらも重合温度としては、０〜８０℃であり、好ましくは２０〜５０℃、最も好ましくは２０〜４０℃であり、単量体の組成、重合法、開始剤の選択によって適宜重合温度を設定する。
【００２９】
本発明の架橋性水溶性イオン性高分子は、前記一般式（１）及び／又は（２）で表される単量体５〜９９．９９９モル％、下記一般式（３）で表される単量体０〜５０モル％、非イオン性単量体０〜９４モル％及び複数のビニル基を有する単量体０．００１〜１モル％からなる単量体混合物を重合することによって製造することができる。重合はこれら単量体を混合した水溶液を調製した後、既知の重合法によって行うことができる。
【００３０】
前記一般式（１）で表されるカチオン性単量体の例としては、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチルやジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、メチルジアリルアミンなどの重合体や共重合体が上げられ、四級アンモニウム基含重合体の例は、前記三級アミノ含有単量体の塩化メチルや塩化ベンジルによる四級化物である（メタ）アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルオキシ２−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルオキシ２−ヒドロキシプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルアミノプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物などである。また前記一般式（２）で表されるカチオン性単量体の例としては、ジメチルジアリルアンモニウム系単量も使用可能であり、その例としてジメチルジアリルアンモニウム塩化物、ジアリルメチルベンジルアンモニウム塩化物などである。
【００３１】
さらに一般式（３）で表されるアニオン性単量体の例としては、スルフォン基でもカルボキシル基でもさしつかいなく、両方を併用しても良い。スルフォン基含有単量体の例は、ビニルスルフォン酸、ビニルベンゼンスルフォン酸あるいは２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルフォン酸などである。またカルボキシル基含有単量体の例は、メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸あるいはｐ−カルボキシスチレンなどである。
【００３２】
水溶性非イオン性単量体の例としては、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、酢酸ビニル、アクリロニトリル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、アクリロイルモルホリン、アクリロイルピペラジンなどがあげられる。
【００３３】
前記単量体あるいは単量体混合物を共重合して得られる架橋性イオン性水溶性高分子の分子量は、３００万〜２，０００万であり、好ましくは５００万〜１５００万、さらに好ましくは５００万〜１２００万である。
【００３４】
次に併用するビニルアミン系水溶性高分子について説明する。この高分子はＮ−ビニルカルボン酸アミド共重合物、あるいは他の単量体との共重合物を酸によって加水分解することにより合成できる。単量体であるＮ−ビニルカルボン酸アミドの例としては、Ｎ−ビニルホルムアミドやＮ−ビニルアセトアミドなどをあげることができる。重合法としては、水溶液重合、油中水型エマルジョン重合、油中水型分散重合、塩水中分散重合などによって重合した後、それぞれ水溶液、分散液、エマルジョンあるいは粉末など任意の製品形態にすることができる。加水分解時使用する酸は、無機の強酸が好ましく、例えば塩酸、硝酸あるいはｐ−トルエンスルフォン酸などである。
【００３５】
加水分解後の分子中一級アミノ基のモル％は、５〜１００モル％であり、好ましくは１０〜９０モル％、最も好ましくは２０〜８０モル％である。非イオン性構造単位は、未加水分解のカルボン酸アミド基であり、０〜９５モル％であり、好ましくは０〜９０モル％、最も好ましくは２０〜８０モル％である。最も好ましい形態としては、粉末品である。分子量は、１００万〜１０００万であるが、好ましくは３００万〜６００万である。
【００３６】
これら架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子の併用比率としては、ニ物質の重量分率として３０〜７０：７０〜３０であり、好ましくは４０〜６０：６０〜４０である。どちらかの物質が３０重量％以下であると、片方の物質の性質しか発現しにくく、同重量に近いほうが好ましい。また併用の仕方としては、混合、順次添加、同時添加など可能であるが、製品あるいは溶解液の混合物を混合して添加するのが最も良く、前記二つの組成の高分子を粉末状で混合した製品形態が最も便利である。また架橋性イオン性水溶性高分子の劣化防止として水溶液混合物または粉末混合物に酸を加えておくと効果がある。特に粉末形態の製品には、スルファミン酸や酒石酸などの粉末酸が便利である。
【００３７】
本発明の架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤は、製紙排水、化学工業排水、食品工業排水などの生物処理したときに発生する余剰汚泥、あるいは都市下水の生汚泥、混合生汚泥、余剰汚泥、消化汚泥などの有機汚泥、あるいは製紙スラッジの脱水に使用することができる。さらに、古紙や機械パルプに由来するピッチ類あるいはアニオン性物質の前処理を行うため、抄紙前の製紙原料中に添加して使用することもできる。
【００３８】
更に本発明の架橋性イオン性水溶性高分子ビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤は、歩留向上及び／又は濾水性向上を目的として抄紙前の製紙原料中に添加し使用することもできる。また、本処理剤と、無機あるいは有機のアニオン性物質と組み合わせて、歩留向上及び／又は濾水性向上を目的として、抄紙前の製紙原料中に添加し使用することもできる。前記アニオン性物質のうち、無機物としては、ベントナイト、カオリン、クレイあるいはタルクなどであり、またコロイダルシリカも使用できる。
【００３９】
前記アニオン性物質が、アニオン性水溶性高分子の場合は、どのようなアニオン性水溶性高分子も使用できるが、前記一般式（３）で表されるアニオン性単量体３〜１００モル％と（メタ）アクリルアミドを０〜９７モル％含有する単量体混合物を塩水溶液中、該塩水溶液に可溶な高分子分散剤共存下、分散重合法により製造された粒径１００μｍ以下のアニオン性水溶性高分子からなる微粒子の分散液を使用することが好ましい。この高分子の製造法は、前記架橋性カチオン性あるいは両性水溶性高分子の場合と同様である。高分子分散剤は、アニオン性高分子を使用することが好ましい。例えば、アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（塩）やスチレンスルホン酸（塩）などのアニオン性単量体の（共）重合体である。これらアニオン性単量体とカルボキシル基含有単量体、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸などとの共重合体も使用可能である。さらに非イオン性の単量体であるアクリルアミドとの共重合体も使用できる。また、場合によっては、無機のアニオン性物質と有機のアニオン性物質とを併用しても良い。
【００４０】
本発明の処理剤の添加量は、汚泥固形分に対し重量で０．１〜１．０％であり、好ましくは０．２〜０．５％である。また、前処理として使用するには、製紙原料中乾燥分に対し、５０〜１０，０００ｐｐｍであり、好ましくは１００〜２，０００ｐｐｍである。
【００４１】
【実施例】
以下、実施例および比較例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制約されるものではない。
【００４２】
（合成例１）攪拌機および温度制御装置を備えた反応槽に沸点１９０°Ｃないし２３０°Ｃのイソパラフィン１２０．０ｇにソルビタンモノオレート６．０ｇ及びポリリシノ−ル酸／ポリオキシエチレンブロック共重合物０．６ｇを仕込み溶解させた。別に脱イオン水３２．０ｇ、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物（以下ＤＭＱと略記）８０％水溶液１８４．４ｇ、アクリルアミド（ＡＡＭと略記）５０％水溶液２７．０ｇ及び合成例で作成した多官能性水溶性ポリカチオン単量体６０％水溶液１．１ｇ（対単量体０．４重量％）各々採取し前記アクリル酸溶液に添加し、完全に溶解させた。また、ｐＨを４．３５に調節し、油と水溶液を混合し、ホモジナイザーにて１０００ｒｐｍで１５分間攪拌乳化した。この時の単量体組成は、ＤＭＱ／ＡＡＭ＝８０／２０（モル％）である。
【００４３】
得られたエマルジョンにイソプロピルアルコール４０％水溶液２．４ｇ（対単量体０．６重量％）を加え、単量体溶液の温度を３０〜３３℃に保ち、窒素置換を３０分行った後、２、２’−アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩化水素化物の１０％水溶液０．３５ｇ（対単量体０．０２重量％）を加え、重合反応を開始させた。反応温度を３２±２℃で１２時間重合させ反応を完結させた。重合後、生成した油中水型エマルジョンに転相剤としてポリオキシエチレントリデシルエ−テル１０．０ｇ（対液２．０重量％）を添加混合して試験に供する試料（試料−１）とした。また静的光散乱法による分子量測定器（大塚電子製ＤＬＳ−７０００）によって重量平均分子量を測定した。
組成を表１に、結果を表２に示す。
【００４４】
（合成例２〜４）実施例１と同様な操作により、表１に示す複数のビニル基を有する単量体とその他の単量体組成により、それぞれＤＭＱ／ＡＡＣ／ＡＡＭ＝６０／２０／２０（試料−２）、ＤＭＱ／ＡＡＭ＝８０／２０（試料−３）、ＤＭＱ／ＡＡＣ／ＡＡＭ＝６０／２０／２０（試料−４）（いずれもモル％）からなる組成の油中水型両性高分子エマルジョンを合成した。組成を表１に、結果を表２に示す。
【００４５】
（合成例５）温度計、攪拌機、窒素導入管、ペリスタポンプ（ＳＭＰ−２１型、東京理化器械製）に接続した単量体供給管およびコンデンサ−を備えた５００ｍＬの４ツ口フラスコ内にメタクロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物（以下ＤＭＣと略記）の８０重量水溶液％４６．３ｇ、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物（以下ＤＭＱと略記）の８０重量％水溶液６０．５ｇ、アクリル酸（以下ＡＡＣと略記）の６０重量％水溶液２０．６ｇ、アクリルアミド（以下ＡＡＭと略記）の５０％水溶液３６．５ｇ、イオン交換水１７３．１ｇ、硫酸アンモニウム１２５．０ｇ、分散剤としてアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物単独重合体３０．０ｇ（２０重量％液、粘度６４５０ｍＰａ・ｓ）をそれぞれしこみｐＨを３．３に調節した。この時各単量体のモル％は、ＤＭＣ／ＤＭＱ／ＡＡＣ／ＡＡＭ＝２５／３５／２０／２０である。次ぎに反応器内の温度を３０±２℃に保ち、３０分間窒素置換をした後、開始剤として２、２’−アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕ニ塩化水素化物の１％水溶液１．０ｇ（対単量体０．０１％）を添加し重合を開始させた。内部温度を３０±２℃に保ち重合開始から７時間反応させた時点で上記開始剤を対単量体０．０１％追加し、さらに７時間反応させ終了した。得られた分散液のしこみ単量体濃度は２０％であり、ポリマー粒径は１０μｍ以下、分散液の粘度は７５０ｍＰａ・ｓであった。また、静的光散乱法による分子量測定器（大塚電子製ＤＬＳ−７０００）によって重量平均分子量を測定した。この試料を試料−５とする。結果を表１及び表２に示す。
【００４６】
（合成例６）実施例５と同様な操作により、表１に示す複数のビニル基を有する単量体とその他の単量体組成により、ＤＭＱ／ＡＡＭ＝８０／２０（試料−６）からなる組成の塩水溶液中分散重合品を合成した。組成を表１に、結果を表２に示す。
【００４７】
（合成例７〜９）実施例１〜３で製造した油中水型エマルジョン、親水性界面活性剤添加前の試料−１〜試料−３に対応する試料を、スプレードライヤーに噴霧し、粉末品の試料−７〜試料−９を製造した。組成を表１に、結果を表２に示す。
【００４８】
（比較合成例１〜４）実施例１〜４と同様な操作により、複数のビニル基を有する単量体を共存させず表１に示す単量体組成により、比較−１〜比較−２の油中水型エマルジョン重合品を合成した。その後、スプレードライヤーに噴霧し、非架橋性水溶性イオン性高分子である粉末品の試料−３〜試料−４を製造した。組成を表１に、結果を表２に示す。
【００４９】
（架橋性水溶性イオン性高分子とビニルアミン系水溶性高分子の配合物の調製）上記架橋性水溶性イオン性高分子（ａ）、試料−１〜９とビニルアミン系水溶性高分子の塩酸塩（ｂ）（ビニルアミン構造単位７２モル％、Ｎ−ビニルホルムアミド構造単位２８モル％、分子量５００万）とを混合した水溶液と粉末品を調製した。結果を表３に示す。
【００５０】
【表１】

ＤＭＣ：メタクロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド
ＤＭＱ：アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、ＡＡＣ：アクリル酸、ＡＡＭ：アクリルアミド、架橋剤：対単量体モル％、ＰＣＭ：多官能性水溶性ポリカチオン単量体、ＭＢＡ；メチレンビスアクリルアミド、
製品形態：Ｅ；油中水型エマルジョン、Ｄ；塩水溶液中分散重合品、
Ｐ；噴霧乾燥品
【００５１】
【表２】

エマルジョン粘度：ｍＰａ・ｓ、分子量：万
【００５２】
【表３】

配合比（重量）；架橋性水溶性イオン性高分子（ａ）：ビニルアミン系水溶性高分子（ｂ）
配合物形態；Ａｑ：水溶液（重量％濃度）、Ｐ：粉末
【００５３】
【実施例１〜９】
表３の架橋性水溶性イオン性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる混合物、Ｆ−１〜Ｆ−９のうち、水溶液については０．３％に希釈し、また粉末品については０．３％水溶液に各々溶解した。食品加工排水余剰汚泥（ｐＨ６．２０、全ｓｓ分２２，０００ｍｇ／Ｌ）２００ｍＬをポリビ−カ−に採取し、Ｆ−１〜Ｆ−９を対汚泥固形分０．６％添加し、ビ−カ−移し変え攪拌１０回行った後、Ｔ−１１７９Ｌの濾布（ナイロン製）により濾過し、３０秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥をプレス圧２Ｋｇ／ｍ２で１分間脱水する。その後、濾布剥離性を目視によりチェックし、ケ−キ含水率（１０５℃で２０ｈｒ乾燥）を測定した。結果を表４に示す。
【００５４】
【比較例１〜６】
表３の比較試料、ＣＦ−１〜ＣＦ−４の試料及び架橋性水溶性イオン性高分子単独試料ＣＦ−５〜ＣＦ−６を用い、実施例１〜９と同様な操作によって試験した。結果を表４に示す。
【００５５】
【実施例１０〜１８】
表３の架橋性水溶性イオン性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる混合物、Ｆ−１〜Ｆ−９のうち、水溶液については０．３％に希釈し、また粉末品については０．３％水溶液に各々溶解した。都市下水混合生汚泥（ｐＨ６．８９、全ｓｓ分４０、３００ｍｇ／Ｌ）２００ｍＬをポリビ−カ−に採取し、ポリ塩化第二鉄を対汚泥固形分０．１％添加しビ−カ−移し変え攪拌５回行った。この時の汚泥ｐＨは、４．９０であった。次ぎに表３のＦ−１〜Ｆ−９を対汚泥固形分０．５％添加し、ビ−カ−移し変え攪拌１０回行った後、Ｔ−１１７９Ｌの濾布（ナイロン製）により濾過し、３０秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥をプレス圧２Ｋｇ／ｍ２で１分間脱水する。その後、濾布剥離性を目視によりチェックし、ケ−キ含水率（１０５℃で２０ｈｒ乾燥）を測定した。結果を表５に示す。
【００５６】
【比較例７〜１２】
表３の比較試料、ＣＦ−１〜ＣＦ−４の試料及び架橋性水溶性イオン性高分子単独試料ＣＦ−５〜ＣＦ−６を用い、実施例１０〜１８と同様な操作によって試験した。結果を表５に示す。
【００５７】
【実施例１９〜２７】
表３の架橋性水溶性イオン性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる混合物、Ｍ−１〜Ｍ−９の０．３％水溶液を用い試験をおこなった。製紙会社抄紙現場の古紙洗浄排水が流入する製紙スラッジ（ｐＨ６．８８、全ｓｓ分２３，５００ｍｇ／Ｌ）２００ｍｌをポリビ−カ−に採取し、Ｆ−１〜Ｆ−９を対乾燥固形分液０．２添加し、ビ−カ−移し変え攪拌１０回行った後、Ｔ−１１７９Ｌの濾布（ナイロン製）により濾過し、３０秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥をプレス圧４Ｋｇ／ｍ２で１分間脱水する。その後ケ−キの濾布剥離性及びケ−キ含水率（１０５℃で２０ｈｒ乾燥）を測定した。結果を表６に示す。
【００５８】
【比較例１３〜１８】
表３の比較試料、ＣＦ−１〜ＣＦ−４の試料及び架橋性水溶性イオン性高分子のみの試料ＣＦ−５〜ＣＦ−６を用い、実施例１９〜２７と同様な操作によって試験した。結果を表６に示す。
【００５９】
【実施例２８〜３６】
製紙原料の前処理試験を行った。機械パルプ、ダンボール古紙からなる中質紙製紙原料（ｐＨ５．６０、濁度１４５０ＦＡＵ、全ｓｓ３．３５％、灰分０．１５％、カチオン要求量０．０６２ｍｅｑ／Ｌ、ゼ−タポテンシャル−１０ｍＶ）１００ｍＬ採取し、攪拌機にセットした。また合成例１〜９と同様な操作により表７の試料−１０〜試料−１１及び比較−５の油中水型エマルジョン重合品あるいは試料−１２〜試料−１３及び試料−６の噴霧乾燥品をそれぞれ製造した。これら試料をビニルアミン系水溶性高分子と混合した試料、表８のＦ−１０〜Ｆ−１３をそれぞれ対ｓｓ分３００ｐｐｍ添加し、５００回転／分で６０秒間攪拌する。その後、ワットマン製ＮＯ．４１（９０ｍｍ）の濾紙にて全量濾過し、濾液のカチオン要求量をミュ−テック社製、ＰＣＤ−０３型により、また濁度をＨＡＣＨ、ＤＲ２０００Ｐ型濁度計にて測定した。結果を表９に示す。
【００６０】
【比較例１３〜１７】
比較として重縮合系カチオン性ポリマー、ジメチルアミン／エピクロロヒドリン／ポリアミン反応物（分子量：１５，０００、カチオン当量値：７．５１ｍｅｑ／ｇ）（ＣＦ−１１）、及び表７の比較試料、ＣＦ−７〜ＣＦ−８の試料及び架橋性水溶性イオン性高分子のみの試料ＣＦ−９〜ＣＦ−１０を用い、実施例２８〜３６と同様な操作によって試験した。結果を表９に示す。
【００６１】
【表４】

３０秒後濾液量：ｍｌ、ケーキ含水率：質量％
濾布剥離性：○＞△＞×の順に良いことを示す。
【００６２】
【表５】

３０秒後濾液量：ｍｌ、ケーキ含水率：質量％
濾布剥離性１４：○＞△＞×の順に良いことを示す。
【００６３】
【表６】

３０秒後濾液量：ｍｌ、ケーキ含水率：質量％
濾布剥離性１４：○＞△＞×の順に良いことを示す。
【００６４】
【表７】

（ａ及び（ｂは多官能性水溶性ポリカチオン単量体、（ｃ及び（ｄはＭＢＡ；メチレンビスアクリルアミド、添加量は対単量体モル％、製品形態：Ｅ；油中水型エマルジョン、Ｄ；塩水溶液中分散重合品、Ｐ；噴霧乾燥品
【００６５】
【表８】

【００６６】
【表９】

濾液カチオン要求量：ｍｅｑ／Ｌ
濾液濁度：ＦＡＵ

Claims

下記一般式（１）及び／又は（２）で表される単量体５〜９９．９９９モル％、下記一般式（３）で表される単量体０〜５０モル％、水溶性非イオン性単量体０〜９５モル％及び複数のビニル基を有する単量体０．００１〜１モル％からなる単量体混合物を重合した架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤。

一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い、Ａは酸素またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１は陰イオンをそれぞれ表わす。

一般式（２）
Ｒ５は水素又はメチル基、Ｒ６、Ｒ７は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２は陰イオンをそれぞれ表わす

一般式（３）
Ｒ８は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＱはＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３、
ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ９は水素またはＣＯＯＹ２、Ｙ１あるいはＹ２は水素または陽イオン
前記架橋性イオン性水溶性高分子が噴霧乾燥品であることを特徴とする請求項１に記載の架橋性イオン性水溶性高分子からなる凝集処理薬剤。
前記架橋性イオン性水溶性高分子が、前記単量体混合物を塩水溶液中、該塩水溶液に可溶な高分子分散剤共存下、分散重合法により製造された粒径１００μｍ以下の架橋性イオン性水溶性高分子からなる微粒子の分散液であることを特徴とする請求項１に記載の凝集処理薬剤。
前記複数のビニル基を有する単量体が、下記一般式（４）で表される多官能性水溶性ポリカチオン単量体であることを特徴とする請求項１〜３に記載の架橋性イオン性水溶性高分子からなる凝集処理薬剤。

一般式（４）
Ｒ１０〜Ｒ１３は水素又はメチル基、Ｘ３、Ｘ４は陰イオン、ｐは０〜２０の整数をそれぞれ表わす、ただしＰは下記一般式（５）で表わされる。

一般式（５）
Ｒ_１４、Ｒ_１５は水素、炭素数１〜３のアルキル基又はベンジル基、炭素数２〜４のアルキレン基あるいはアルコキシレン基、Ｒ_１６は水素又はメチル基、Ｌは−Ｏ−又は−ＮＨ−、Ｘ５⁻は陰イオン、ただしＲ_１４〜Ｒ_１５が水素である場合は、部分的にＰに置換されても良い
前記多官能性水溶性ポリカチオン単量体がアンモニア、脂肪族第１級アミン、脂肪族第２級アミン、脂肪族第３級アミンから選択された一種以上のアミン類とエピハロヒドリンから生成した重縮合物とジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドとの反応物であることを特徴とする請求項４に記載の架橋性イオン性水溶性高分子からなる凝集処理薬剤。
請求項１〜５に記載の架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤を有機汚泥に添加、凝集させた後、脱水機により脱水することを特徴とする有機汚泥の脱水方法。
請求項１〜５に記載の架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤を製紙スラッジに添加、凝集させた後、脱水機により脱水することを特徴とする製紙スラッジの脱水方法。
請求項１〜５に記載の架橋性イオン性水溶性高分子とビニルアミン系水溶性高分子からなる凝集処理薬剤を抄紙前の製紙原料中に添加、処理することを特徴とする製紙原料の前処理方法。