JP2006008535A - Magnesium-sodium acetate double salt and antifreezing agent - Google Patents
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Description
本発明は、新規なマグネシウム・ナトリウム複塩と、その製造方法に関する。本発明はまた、酢酸ナトリウムと酢酸マグネシウムとの特定の割合の混合物、上記の複塩、またはこの複塩と酢酸ナトリウムまたは酢酸マグネシウムとの混合物を有効成分として利用した凍結防止剤と、その製造方法にも関する。 The present invention relates to a novel magnesium / sodium double salt and a process for producing the same. The present invention also provides a cryoprotectant using a mixture of sodium acetate and magnesium acetate in a specific ratio, the above double salt, or a mixture of this double salt and sodium acetate or magnesium acetate as an active ingredient, and a method for producing the same. Also related.
この明細書で「凍結防止剤」とは、寒冷地で道路・橋梁に積った雪や氷を融解して流れ去らせ、または雪や氷が凍結することを防止するために使用する薬剤を意味する。 In this specification, the term “antifreeze agent” refers to an agent used to melt and flow away snow and ice piled up on roads and bridges in cold regions, or to prevent snow and ice from freezing. means.
道路などの凍結防止のため、従来は塩化ナトリウムや塩化カルシウムが使用されたが、塩害が問題とされるようになったので、それらに代えて酢酸カルシウム・マグネシウム(「CMA」と略称する)が使用されるようになった。CMAは、凍結防止効果は塩化物に及ばないが、環境において生化学的に分解されるので、塩害が生じないという利点がある。CMAには、CA(酢酸カルシウム)3モルとMA(酢酸マグネシウム)7モルとが結合した複塩が存在することが知られている。 Conventionally, sodium chloride and calcium chloride have been used to prevent freezing of roads and the like, but salt damage has become a problem. Instead, calcium acetate / magnesium (abbreviated as “CMA”) is used. Came to be used. CMA has the advantage that it does not cause salt damage because it does not have the antifreezing effect on chloride but biochemically decomposes in the environment. It is known that CMA has a double salt in which 3 mol of CA (calcium acetate) and 7 mol of MA (magnesium acetate) are bonded.
一方、酢酸カリウム(以下、「PA」と略称する)も凍結防止剤として使用されている。単位重量あたりの融解熱はアルカリ金属酢酸塩の方がアルカリ土類金属酢酸塩より高いから、PAはより高性能の凍結防止剤ということができるが、価格も高いため、それを正当化し得る、空港その他の限られた分野でしか使用されていない。そこで、CMAとPAとを併用することが提案された(特許文献1)。代表的なCMA+PA(以下、これを上記アメリカ特許の記載にならって、「CMAK」と略記する)の組成は、C/M=3/7のCMA75重量%とPA25重量%とからなる。 On the other hand, potassium acetate (hereinafter abbreviated as “PA”) is also used as an antifreezing agent. Since the heat of fusion per unit weight is higher for alkali metal acetates than for alkaline earth metal acetates, PA can be said to be a higher performance antifreeze, but it can be justified because of its higher price, Used only in airports and other limited areas. Therefore, it has been proposed to use CMA and PA together (Patent Document 1). The composition of a typical CMA + PA (hereinafter abbreviated as “CMAK” in accordance with the description of the above-mentioned US patent) consists of 75% by weight of CMA of C / M = 3/7 and 25% by weight of PA.
出願人は、共同開発者とともに、国内に比較的豊富に産出するドロマイトを利用して凍結防止剤を製造することを企てて研究した結果、CA,MAおよびPAが三元複塩を形成すること、およびその三元複塩がCMAおよびPAの両者の長所をあわせた凍結防止剤として有用であることを見出して、すでに開示した(特許文献2)。 The applicant, together with co-developers, researched to produce anti-freezing agents using dolomite that is relatively abundantly produced in the country, and as a result, CA, MA and PA form ternary double salts. It was discovered that the ternary double salt was useful as a cryoprotectant combining the advantages of both CMA and PA, and has already been disclosed (Patent Document 2).
尿素(「U」と略記する)もまた、凍結防止剤として有用であることが知られている。出願人は、CA、MA、CMAおよびCMPAからなる酢酸塩グループの少なくとも1種に尿素(「U」と略記する)を加えた系が、凍結防止剤として相乗効果を有することを見出し、これもすでに開示した(特許文献3)。この凍結防止剤は、酢酸塩だけの凍結防止剤より水溶液の電導度が低いため、鉄道や空港の施設のように、融解後に水溶液が入り込むと電気系統に影響があり支障を生じることのある場所に好適であり、コストが安いという利点がある。
さらに出願人は凍結防止剤の研究を続け、P成分を含む系において、原料として、より安価なナトリウム(「S」と略記する)でPを置き換える可能性と、比較的安価に入手できるようになったM成分との組み合わせとを検討した。その結果、酢酸ナトリウム(「SA」と略記する)とMAとのある範囲内の混合物が凍結防止剤として有用であること、さらに、SAとMAとがモル比2:1の複塩、すなわちMg2Na(CH3COO)5を形成すること、この物質が新規化合物であること、そしてこれが凍結防止剤として高い性能を示すことを見出した。 Further, the applicant continued research on anti-freezing agents, and in a system containing a P component, as a raw material, P could be replaced with cheaper sodium (abbreviated as “S”), and it would be possible to obtain it relatively inexpensively. The combination with the obtained M component was examined. As a result, a mixture of sodium acetate (abbreviated as “SA”) and MA within a certain range is useful as an anti-freezing agent, and further, a double salt of SA and MA in a molar ratio of 2: 1, ie Mg It has been found that 2 Na (CH 3 COO) 5 is formed, that this material is a novel compound, and that it exhibits high performance as a cryoprotectant.
本発明の目的は、上記したところから明らかなように、新規な酢酸ナトリウム・マグネシウム複塩とその製造方法を提供すること、ならびに、凍結防止剤として新規な化合物または組成物と、その好適な製造方法を提供することにある。 As is apparent from the above, the object of the present invention is to provide a novel sodium acetate / magnesium double salt and a method for producing the same, as well as a novel compound or composition as a cryoprotectant, and suitable production thereof. It is to provide a method.
本発明の酢酸マグネシウム・ナトリウム複塩は、次式であらわされる。
Mg2Na(CH3COO)5
以下、これを「MSA」と略称する。この物質は文献未記載の新規化合物であって、固有のX線回折チャートを示す。その物性は、つぎのとおりである。
分子量(質量数):366.82
融 点:280.4℃
密 度:1.50g/cm3
結晶水:なし
The magnesium acetate / sodium double salt of the present invention is represented by the following formula.
Mg 2 Na (CH 3 COO) 5
Hereinafter, this is abbreviated as “MSA”. This substance is a novel compound not described in the literature, and shows a unique X-ray diffraction chart. Its physical properties are as follows.
Molecular weight (mass number): 366.82
Melting point: 280.4 ° C
Density: 1.50 g / cm 3
Crystal water: None
この複塩MSAを製造する本発明の方法は、下記の諸工程からなる。
(a)酢酸水溶液に、その中の酢酸の1/5当量に相当する量の水酸化ナトリウムの水酸化物、炭酸塩または炭酸水素塩を加えて、酢酸ナトリウムを含有する酢酸水溶液とすること、
(b)工程aからの水溶液に、当初の酢酸の4/5当量に相当する量のマグネシウムの酸化物、水酸化物または炭酸塩を加え、酢酸ナトリウムと酢酸マグネシウムとの1:2の混合溶液とすること、および
(c)工程bで得た混合水溶液から、Mg2Na(CH3COO)5を取得すること。
The method of the present invention for producing this double salt MSA comprises the following steps.
(A) adding a hydroxide, carbonate or bicarbonate of sodium hydroxide in an amount corresponding to 1/5 equivalent of acetic acid therein to an aqueous acetic acid solution to form an aqueous acetic acid solution containing sodium acetate;
(B) A magnesium oxide, hydroxide or carbonate in an amount corresponding to 4/5 equivalents of the original acetic acid is added to the aqueous solution from step a, and a 1: 2 mixed solution of sodium acetate and magnesium acetate. And (c) obtaining Mg 2 Na (CH 3 COO) 5 from the mixed aqueous solution obtained in step b.
本発明の凍結防止剤は、SAすなわちCH3COONaとMAすなわちMg(CH3COO)2とを、モル比1:0.62〜5.0の範囲で含有するSA−MA混合物、上記の複塩MSA、またはこの複塩とSAもしくはMAとの混合物を有効成分とする。 The antifreezing agent of the present invention comprises an SA-MA mixture containing SA, that is, CH 3 COONa and MA, that is, Mg (CH 3 COO) 2 , in a molar ratio of 1: 0.62 to 5.0. The salt MSA or a mixture of this double salt and SA or MA is used as an active ingredient.
この凍結防止剤粒子を製造する本発明の方法は、下記の諸工程からなる。
(A)酢酸水溶液に、その中の酢酸の0.17〜0.62当量に相当する量の水酸化ナトリウムを加えて、酢酸ナトリウムを含有する酢酸水溶液とする工程、
(B)工程Aからの水溶液に、当初の酢酸の残りに対して当量の酸化マグネシウムを加え、撹拌して反応させる工程、および
(C)工程Bの反応混合物を含むペースト状物から、凍結防止剤粒子を造粒する工程。
The method of the present invention for producing the antifreeze particles comprises the following steps.
(A) adding an amount of sodium hydroxide corresponding to 0.17 to 0.62 equivalent of acetic acid to an aqueous acetic acid solution to form an aqueous acetic acid solution containing sodium acetate;
(B) Addition of an equivalent amount of magnesium oxide to the aqueous solution from Step A and react with stirring, and (C) Freezing prevention from the paste-like material containing the reaction mixture of Step B Step of granulating agent particles.
本発明により、MSA複塩である新規化合物Mg2Na(CH3COO)5が提供された。この複塩は、凍結防止剤として有用であり、二成分の配合という工程を必要とすることなく、そのまま使用できる。 According to the present invention, a novel compound Mg 2 Na (CH 3 COO) 5 which is an MSA double salt is provided. This double salt is useful as an antifreezing agent and can be used as it is without requiring a step of blending two components.
さらに本発明により、この複塩のほかにも、特定の割合のSA−MA混合物、新規な複塩MSA、およびこの複塩とSAまたはMAとの混合物である凍結防止剤が提供された。これらの凍結防止剤は、その効果が既知のCMPAよりも高い。 In addition to this double salt, the present invention also provides a specific proportion of SA-MA mixture, a novel double salt MSA, and a cryoprotectant which is a mixture of this double salt and SA or MA. These cryoprotectants are more effective than known CMPA.
本発明の凍結防止剤の製造は、常用の反応装置で行なうことができ、用途に応じて球状の粒でも角ばった粒でも提供することができる。マグネシウム源として、近年では比較的廉価な天然の酸化マグネシウムが入手できるようになったし、ナトリウム化合物ははカリウム化合物より安価であるから、本発明の凍結防止剤は低コストで製造することができる。 The antifreezing agent of the present invention can be produced in a conventional reaction apparatus, and can be provided in either spherical or angular shape depending on the application. In recent years, relatively inexpensive natural magnesium oxide has become available as a magnesium source, and sodium compounds are less expensive than potassium compounds, so that the antifreeze of the present invention can be produced at low cost. .
凍結防止剤を構成するSAおよびMAは、前記のように、両者のモル比をSA:MA=1:0.62〜5.0の範囲内に選ぶことにより、二成分の相乗効果が得られる。モル比がちょうど1:2で複塩を形成したものが、本発明のSMA複塩であって、これは同じモル比の単なる混合物よりも、凍結防止剤としての効果が大きい。複塩を形成したことにより、エネルギーレベルがそれぞれの単塩の平均よりも低くなっており、融解熱が増大しているからである。 As described above, SA and MA constituting the cryoprotectant can obtain a synergistic effect of two components by selecting a molar ratio of SA and MA within the range of 1: 0.62 to 5.0. . What formed a double salt at a molar ratio of just 1: 2 is the SMA double salt of the present invention, which is more effective as a cryoprotectant than a simple mixture having the same molar ratio. This is because the energy level is lower than the average of each single salt due to the formation of the double salt, and the heat of fusion is increased.
以上の説明からも理解されるように、本発明の凍結防止剤には、つぎの5種の態様があり得るが、
1)SA+MA(単塩の混合物)
2)SMA(複塩)
3)SMA+SA(複塩と単塩の一方との混合物)
4)SMA+MA(複塩と単塩の一方との混合物)
5)SMA+SA+MA(複塩と単塩の両方との混合物)
いずれにしても、混合物全体に関して、上記のモル比に関する条件が満たされていることが必要である。同じモル比であれば、なるべく多くの複塩を含有するものが好ましい。
As can be understood from the above description, the antifreezing agent of the present invention may have the following five modes.
1) SA + MA (mixture of simple salts)
2) SMA (double salt)
3) SMA + SA (mixture of double salt and single salt)
4) SMA + MA (mixture of either double salt or single salt)
5) SMA + SA + MA (mixture of both double salt and single salt)
In any case, it is necessary that the above-described conditions regarding the molar ratio are satisfied for the entire mixture. If it is the same molar ratio, what contains as many double salts as possible is preferable.
凍結防止剤の製造には、さまざまな装置や方法が使用できる。上記の工程Cにおける造粒は、工程Bを、反応混合機を用いて実施し、得られたペースト状物を、回転造粒機により粒子とすることが便宜であるが、押出し機からストランドとして押し出し、それをカットしてペレット状にすることもできる。あるいは、上記のペーストを、内部に熱媒体を通した加熱ドラムの上に流下させて乾燥し、かき取って粉末を得、その粉末を、ロールで圧縮してブリケット化することもできる。常用の散布機で散布するには、サイズが2〜5mm、平均4mm程度の粒子であって、カサ比重を大きくしたものが好適である。 Various apparatuses and methods can be used for the manufacture of the cryoprotectant. In the granulation in the above step C, it is convenient to carry out the step B using a reaction mixer, and the resulting paste-like product is made into particles by a rotary granulator, but from the extruder as a strand It can also be extruded and cut into pellets. Alternatively, the above paste can be flowed down on a heating drum having a heat medium through it and dried, scraped to obtain a powder, and the powder can be compressed with a roll to be briquetted. In order to spread with a conventional spreader, particles having a size of 2 to 5 mm and an average of about 4 mm and having a large specific gravity are suitable.
濃度99%の酢酸水溶液970gに、濃度48%の水酸化ナトリウム水溶液を266g(酢酸に対して0.2当量)を加え、撹拌して中和させることにより、酢酸と酢酸ナトリウムとの混合水溶液とした。この混合水溶液に、酸化マグネシウム258g(残った酢酸に対して当量)を、撹拌しながら添加した。反応生成物の溶液を加熱して蒸発乾固させ、さらに200℃まで加熱して得られた固体を、X線回折にかけた。 A mixed aqueous solution of acetic acid and sodium acetate was prepared by adding 266 g of a 48% sodium hydroxide aqueous solution (0.2 equivalents to acetic acid) to 970 g of a 99% acetic acid aqueous solution and stirring to neutralize. did. To this mixed aqueous solution, 258 g of magnesium oxide (equivalent to the remaining acetic acid) was added with stirring. The reaction product solution was heated to evaporate to dryness, and the solid obtained by heating to 200 ° C. was subjected to X-ray diffraction.
この、MSAと思われる物質(「試作品1」とする)についての回折チャートを、図1に示す。比較のため、原料として用いたSAの回折チャートを図2に、試薬のMAの回折チャートを図3に、また、SAとMAとの1:2混合物の回折チャートを図4に、それぞれ示した。図1のチャートは、図4のチャートとはピークが異なり、明らかに異種の物質が生成したことを示している。図1のピークは、既知の物質のそれには該当せず、この物質が新規化合物であることを示している。
FIG. 1 shows a diffraction chart of the substance that is considered to be MSA (referred to as “
下記の試験法に従って、上で得た試作品1の融氷能力を測定した。
(融氷能力の測定法)
直径9cm×深さ2cmのシャーレに水60gを入れ、−5℃または−10℃に冷却して凍結させた後、試料の5gを氷上に散布し、−5℃の雰囲気中に放置して、30分、60分、1時間30分、2時間、3時間および4時間後の融氷量を測定する。
According to the following test method, the ice melting ability of the
(Measuring method of ice melting capacity)
60 g of water was put into a petri dish having a diameter of 9 cm and a depth of 2 cm, cooled to -5 ° C or -10 ° C and frozen, then 5 g of the sample was sprayed on ice and left in an atmosphere at -5 ° C. The amount of ice melt is measured after 30 minutes, 60 minutes, 1
融氷試験の結果を、比較のため同じ条件で試験した、在来の凍結防止剤CMAおよび既知のそれCMPA(特許文献2)の測定結果と比較して、図5のグラフに示す。図5のデータから、本発明の復塩が示す単位重量当たりの凍結防止効果が、これまでのものより高いことがわかる。 The results of the ice melting test are shown in the graph of FIG. 5 in comparison with the measurement results of the conventional cryoprotectant CMA and the known one, CMPA (Patent Document 2), which were tested under the same conditions for comparison. From the data in FIG. 5, it can be seen that the antifreezing effect per unit weight exhibited by the salt concentrate of the present invention is higher than the conventional one.
試作品1すなわち本発明の復塩Mg2Na(CHOO)5の融氷能力を、それを構成する単塩であるCH3COONaとMg(CH3COO)2との等モル混合物の融氷能力と比較した。結果は図6のグラフに示すとおりであって、このデータから、本発明の複塩が示す単位重量あたりの凍結防止効果が、構成する単塩の混合物のそれよりも高いことがわかる。
The ice melting ability of
実施例1において、酢酸水溶液中の酢酸に対する水酸化ナトリウムの量が0.333当量または0.5当量となるように水酸化ナトリウム水溶液を加え、撹拌して中和させることにより、酢酸と酢酸ナトリウムとの混合水溶液を用意した。そこへ、残りの酢酸を中和する量の水酸化マグネシウムを加え、撹拌しながら添加した。反応生成物の溶液を加熱して蒸発乾固させ、下記の2種の塩混合物を試作した。
「試作品2」SA:MA=1:1(SMAとSAとの混合物)
「試作品3」SA:MA=2:1(SMAとMAとの混合物)
In Example 1, an aqueous sodium hydroxide solution was added so that the amount of sodium hydroxide relative to acetic acid in the aqueous acetic acid solution was 0.333 equivalent or 0.5 equivalent, and the mixture was stirred and neutralized to obtain acetic acid and sodium acetate. A mixed aqueous solution was prepared. Thereto was added magnesium hydroxide in an amount to neutralize the remaining acetic acid and added with stirring. The reaction product solution was heated to evaporate to dryness, and the following two salt mixtures were prepared.
“
“Prototype 3” SA: MA = 2: 1 (mixture of SMA and MA)
前記の試作品1と、これら試作品2および3とについて、融氷能力を測定した。その結果、試作品1および2が、試作品3よりも若干高い、ほぼ同等の融氷能力を有することがわかった。
The ice melting capacity of the
実施例1で使用したものと同じ濃度99%の酢酸水溶液970gに、その中の酢酸に対して、0.17、0.33、0.50、0.58または0.62当量に相当する量の水酸化ナトリウムを加えて、SAを含有する5種類の酢酸水溶液を用意した。これらの酢酸水溶液に、その中に残った酢酸の当量に相当する水酸化マグネシウムを、撹拌しながら添加した。 An amount corresponding to 0.17, 0.33, 0.50, 0.58, or 0.62 equivalent to acetic acid in 970 g of acetic acid aqueous solution having the same concentration of 99% as used in Example 1 5 types of aqueous acetic acid solutions containing SA were prepared. To these acetic acid aqueous solutions, magnesium hydroxide corresponding to the equivalent amount of acetic acid remaining therein was added with stirring.
生成した反応混合物の溶液を、内部に熱媒体を通して表面で加熱できるようにしたロール上に流下させ、乾燥して固体となったものをかき取って破砕し、ふるい分けて2〜5mmのサイズを集め、粉末状の凍結防止剤を得た。得られた凍結防止剤粉末中の、SA,MAおよびMSAの割合(モル%)は、それぞれ下記の表1に示すとおりである。試料No.4についてX線回折分析を行なった結果は、原料中の不純物に起因する若干の小ピークの存在が認められたほかは、図1に示すチャートと実質上同じものであった。 The resulting solution of the reaction mixture is allowed to flow down on a roll that can be heated on the surface through a heating medium, scraped and solidified after being dried, and sieved to collect a size of 2 to 5 mm. A powdery antifreeze was obtained. The ratio (mol%) of SA, MA and MSA in the obtained antifreeze powder is as shown in Table 1 below. The result of X-ray diffraction analysis of sample No. 4 was substantially the same as the chart shown in FIG. 1 except that the presence of some small peaks due to impurities in the raw material was observed.
これらの凍結防止剤について融氷能力を測定して、図7のグラフを得た。このグラフの、たとえば3時間後の融氷能力と凍結防止剤中のSA:MAの値との関係をみると、つぎのようになり、
MA:SAの比 5.0 3.0 2.0 1.0 0.71 0.62 0.50
融氷量(g) 29.7 31.7 33.9 34.8 34.9 36.0 24.6
この結果から、凍結防止剤としての相乗効果を明確に得るためには、前記したMA:Mgのモル比を1:0.62〜5.0の範囲内に選べばよいことがわかる。
The ice melting ability of these antifreeze agents was measured, and the graph of FIG. 7 was obtained. For example, the relationship between the melting ability of ice after 3 hours and the value of SA: MA in the cryoprotectant in this graph is as follows.
MA: SA ratio 5.0 3.0 2.0 1.0 0.71 0.62 0.50
Amount of ice melt (g) 29.7 31.7 33.9 34.8 34.9 36.0 24.6
From this result, it can be seen that the above-mentioned MA: Mg molar ratio should be selected within the range of 1: 0.62 to 5.0 in order to clearly obtain the synergistic effect as the antifreezing agent.
Claims (5)
(a)酢酸水溶液に、その中の酢酸の1/5当量に相当する量の水酸化ナトリウムを加えて、酢酸ナトリウムを含有する酢酸水溶液とすること、
(b)工程aからの水溶液に、当初の酢酸の4/5当量に相当する量のマグネシウムの酸化物または水酸化物を加え、酢酸ナトリウムと酢酸マグネシウムとの1:2の混合溶液とすること、および
(c)工程bで得た混合水溶液から、Mg2Na(CH3COO)5を取得すること。 A method for producing the double salt according to claim 1, comprising the following steps.
(A) adding an amount of sodium hydroxide corresponding to 1/5 equivalent of acetic acid therein to an aqueous acetic acid solution to form an aqueous acetic acid solution containing sodium acetate;
(B) Add magnesium oxide or hydroxide in an amount corresponding to 4/5 equivalents of the original acetic acid to the aqueous solution from step a to make a 1: 2 mixed solution of sodium acetate and magnesium acetate. And (c) obtaining Mg 2 Na (CH 3 COO) 5 from the mixed aqueous solution obtained in step b.
(A)酢酸水溶液に、その中の酢酸の0.17〜0.62当量に相当する量の水酸化ナトリウムを加えて、酢酸ナトリウムを含有する酢酸水溶液とする工程、
(B)工程Aからの水溶液に、当初の酢酸の残りに対して当量の酸化マグネシウムを加え、撹拌して反応させる工程、および
(C)工程Bの反応混合物を含むペースト状物から、凍結防止剤粒子を造粒する工程。 A method for producing the antifreezing agent particles according to claim 4, comprising the following steps.
(A) a step of adding an amount of sodium hydroxide corresponding to 0.17 to 0.62 equivalent of acetic acid to an aqueous acetic acid solution to form an aqueous acetic acid solution containing sodium acetate;
(B) A step of adding an equivalent amount of magnesium oxide to the initial remaining acetic acid to the aqueous solution from step A and stirring to react, and (C) a paste-like material containing the reaction mixture of step B. Step of granulating agent particles.
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