JP2006096920A - カチオン性高分子重合体及びカチオン性高分子凝集剤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カルボン酸基を2個以上有する飽和カルボン酸とそのカルボン酸基に対して当量のN,N−ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートとを反応させて得られる3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーを重合してなるカチオン性高分子重合体を提供する。
【選択図】なし
Description
尚、本発明において、飽和カルボン酸とは、一分子中にカルボン酸基を2個以上有し、分子内に炭素−炭素の不飽和結合を有しないものをいう。
また、3級アミン塩の対イオンとして塩酸塩、硫酸塩の代わりに飽和カルボン酸塩にすることにより、凝集性能や剥離性能が向上する。
また、本発明に係るカチオン性高分子重合体は、製造過程において塩酸等の強酸を使用しないため、製造設備の腐食がなく、作業効率が向上できる。
更に、本発明に係るカチオン性高分子重合体により処理された凝集フロックを焼却処理してもダイオキシンの発生が懸念されることはなく、また、焼却灰が増量することもない。
本発明のカチオン性高分子重合体は、前記一般式(1)で示されてなるものである。
式中、R1は水素,メチル基、R2はエチル基,プロピル基、R3はメチル基,エチル基,プロピル基、A-(COO)-は一分子中にカルボン酸基を2個以上有する飽和カルボン酸の陰イオン、nは2以上の整数を意味するものである。
例えば、飽和カルボン酸としては、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、シュウ酸、アジピン酸、コハク酸等の分子量として300以下のものを挙げることができる。
該3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーを重合させる方法としては、従来公知の熱重合又は光重合により行うことができ、特に制限されないが、例えば、特公平8−5926号公報に記載されている光重合方法により行うことが好ましく、以下、該光重合方法により重合させる場合を例に説明する。
該3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーの重合は、水溶液中での溶液重合により行う。
溶液重合の場合、該3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーの溶液濃度は、一般的に65〜80重量%の範囲内であることが好ましい。
該3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーの溶液濃度が65重量%未満では、生産効率が低下するという問題がある。
また、該3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーの溶液濃度が80重量%を超えると重合発熱の制御が困難となり、製品の品質低下に繋がるという問題がある。
該重合開始剤の使用量は、前記3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーの単量体100重量部に対して0.001〜1.0重量部が好ましい。
使用する波長は、使用する光重合開始剤の種類によって多少異なるが、通常、300〜380nmの範囲が最も効果的である。
かかる3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーの溶液に紫外線ランプを照射すると、重合は短時間のうちに進行し、目的とするカチオン性高分子重合体が得られる。
本発明のカチオン性高分子重合体においては、固有粘度は3.0dl/g以上である。
固有粘度を3.0dl/g以上にするためには、3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーの重合時に連鎖移動剤を用いることで調整できる。該連鎖移動剤としては、イソプロピルアルコール,アリルアルコール等のアルコール類、チオグリコール酸,チオグリセロール等のメルカプタン類、次亜燐酸ソーダ等の亜燐酸塩類を用いることができる。
固有粘度が、3.0dl/g未満の場合には有機汚泥等の凝集力が弱く、凝集フロックが小さくなり、また脱水性能が低下するという問題がある。
尚、固有粘度は実施例記載の方法により測定される。
該カチオン性高分子凝集剤が0.002重量部未満の場合には、凝集フロックが形成されず、固液分離することができないという問題がある。
また、該カチオン性高分子凝集剤が0.1重量部を超える場合には、粘稠性が出て凝集フロックの固液分離、脱水が困難になるという問題がある。
ここで、前記絶乾状態とは、有機汚泥が水分を含有しない状態をいう。
併用する無機凝集剤としては、特に制限なく、例えば、ポリ鉄(ポリ硫酸第二鉄)、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第一鉄等を挙げることができる。
無機凝集剤を併用する場合には、有機汚泥に無機凝集剤を添加して攪拌した後、該カチオン性高分子凝集剤を添加することが好ましい。
無機凝集剤の使用量が0.01重量部未満の場合には、カチオン性高分子凝集剤との併用効果が出ない虞がある。
これらのうち好ましい脱水機としては、ベルトプレス脱水機、スクリュープレス遠心脱水機を挙げることができる。
カチオン性高分子凝集剤を有機汚泥に添加、攪拌して生成した凝集フロックの径は、目視にて測定した。
圧搾直後の汚泥ケーキの重量を測定し、該汚泥ケーキを105℃の乾燥機に入れて水分を除去した。乾燥後の重量が一定となったところで重量を測定し含水率を求めた。
濾液の清澄性は、透視度計を用いて測定した。透視度計に試料を入れ、水層を通して底に置いた標識板の二重線が明らかになった水層の高さを測定した。
1)測定用試料溶液の調整
試料(カチオン性高分子重合体)約0.2gを200ml共栓三角フラスコに秤量し、蒸発残分換算0.2%となるように純水を加えて溶解し、マグネットスターラーを用いて300rpmで1時間攪拌し、密閉した。該溶液を一夜(約15〜24時間)放置後、マグネットスターラーを用いて300rpmで1時間攪拌した。この0.2%水溶液をガラスフィルター(3G-1)を用いて緩やかに濾過し、不溶解分を除去した。
該濾液を25mlホールピペットで100ml共栓三角フラスコに取り、2N-硝酸ナトリウム溶液25mlをホールピペットで加えた。これで0.1%-1N-硝酸ナトリウム溶液となった。
この0.1%-1N-硝酸ナトリウム溶液を母液とし、1N-硝酸ナトリウム溶液を希釈液として使用し、0.08%、0.06%、0.04%、0.02%試料溶液を100ml共栓三角フラスコ中に調整した。
2)粘度計(キャノンフェンスケ型)の準備
粘度計はアスピレーターを使用して、純水で5回以上洗浄し、アセトンを通して内部を乾燥(10分間以上)した。
3)粘度計のブランクの測定
予め30±0.1℃に調整した恒温槽にキャノンフェンスケ型粘度計を垂直にセットし、これに1N-硝酸ナトリウム溶液10mlをホールピペットで入れ、20〜30分間放置した後測定を行った。測定は、ゴムスポイドを用いて前記粘度計の標線の10〜15mm位上まで液面を上げた後、液を自然流下させ、液面が該粘度計の上下の標線間を通過する時間を測定した。これを2回以上繰り返し、測定値の差が0.2秒以内になるまで測定を続けた。その平均値を粘度計のブランク(T0)とした。
4)粘度の測定
前記3)と同様の操作で、試料濃度0.08%、0.06%、0.04%、0.02%の各試料溶液10mlをホールピペットで粘度計に入れ、流下時間を測定した。
5)固有粘度の算出
試料溶液の濃度をX軸に、還元粘度をY軸にとり最小二乗法で直線式を算出し、X=0のときのYの値を求めた。該値が固有粘度となる。
還元粘度の算出は、ηsp/C=(ηrel-1)/Cの式により求めた。ここで、ηrel=T/T0、ηsp=ηrel-1、T:試料溶液の流下時間(秒)、T0:ブランクの流下時間(秒)、ηrel:相対粘度、ηsp:比粘度、C:試料溶液の濃度(%)、ηsp/C:還元粘度(dl/g)を表す。
N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート554.0g(3.528mol)、クエン酸226.0g(1.177mol)、チオ尿素1.56g、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(HLB約11)0.08g、次亜燐酸ソーダ0.059gを脱イオン水257.6gに順次加え攪拌して固形分濃度(75.0%)のジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン−クエン酸塩のモノマーを合成した。該ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩のモノマーの化学式(2)を下記に示した。
図1に該ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩のモノマーの赤外線吸収スペクトルの測定結果を示した。
合成例1と同様の方法を用いて固形分濃度(75.0%)のジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩のモノマーを合成した。表1に原料の使用量を示した。
合成例1と同様の方法を用いて固形分濃度(75.0%)のジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-乳酸塩のモノマーを合成した。表1に原料の使用量を示した。
合成例1と同様の方法を用いて固形分濃度(70.0%)のジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-塩酸塩のモノマーを合成した。表1に原料の使用量を示した。
合成例1と同様の方法を用いて固形分濃度(70.0%)のジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩のモノマーを合成した。表1に原料の使用量を示した。
N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレートに代えてN,N-ジエチルアミノエチルメタクリレートを用いて合成例1と同様の方法を用いて固形分濃度(75.0%)のジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩のモノマーを合成した。表1に原料の使用量を示した。
N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレートに代えてN,N-ジエチルアミノエチルメタクリレートを用いて合成例1と同様の方法を用いて固形分濃度(75.0%)のジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩のモノマーを合成した。表1に原料の使用量を示した。
N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレートに代えてN,N-ジエチルアミノエチルメタクリレートを用いて合成例1と同様の方法を用いて固形分濃度(70.0%)のジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩のモノマーを合成した。表1に原料の使用量を示した。
反応槽は、冷却用ジャケットを備えた一辺25cmの四角形状で、該反応槽の上部はガラス板で覆ってあり、該ガラス板上には紫外線ランプが設置されている。該反応槽内を不活性ガス(窒素ガス)でパージして、該反応槽内の酸素濃度を0.2容量%以下に調整した。
前記合成例1で得たジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩のモノマー溶液940gに窒素ガスを導入し、該溶液中の酸素濃度を1mg/l以下に調整し、重合開始剤溶液(5%ベンゾインイソプロピルエーテルのメタノール溶液)4.23gを添加混合して、前記反応槽に流し込んだ。該反応槽を冷却しながら、該モノマー溶液に反応槽底部の紫外線強度が10W/m2になるように紫外線強度を調整し、該紫外線を60分間に亘り照射した。得られた重合体ゲルは、チップ状に解砕した後、破砕機で1mm程度に粉砕し、80℃の温風式乾燥機で1時間乾燥し、ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体を得た。該ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の固有粘度は5.09dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。図2に該ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の赤外線吸収スペクトルの測定結果を示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の合成と同様の方法を用いてジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩重合体を得た。該ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩重合体の固有粘度は5.02dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の合成と同様の方法を用いてジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-乳酸塩重合体を得た。該ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-乳酸塩重合体の固有粘度は5.00dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の合成と同様の方法を用いてジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-塩酸塩重合体を得た。
該ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-塩酸塩重合体の固有粘度は5.00dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の合成と同様の方法を用いてジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩重合体を得た。
該ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩重合体の固有粘度は5.06dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の合成と同様の方法を用いてジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体を得た。該ジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の固有粘度は5.10dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の合成と同様の方法を用いてジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩重合体を得た。該ジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩重合体の固有粘度は5.04dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の合成と同様の方法を用いてジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩重合体を得た。該ジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩重合体の固有粘度は5.05dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。
N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレートを重合し、粉末状にしたN,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体 100gにクエン酸 37.5gを加えて、水溶液中で中和した。
該水溶液のpHが6.5〜7.5になったことで中和を確認した。中和法によるジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の固有粘度は、4.98dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。
N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレートを重合し、粉末状にしたN,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート重合体 100gにリンゴ酸 39.3gを加えて、水溶液中で中和した。
該水溶液のpHが6.5〜7.5になったことで中和を確認した。中和法によるジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩重合体の固有粘度は、5.00dl/gであった。固有粘度の値を表2に示した。
(実施例1)
汚泥200ml(TS=2.1%(汚泥中の絶乾状態での固形分濃度)、pH=6.3、生・余剰汚泥混合物)を300mlビーカーに採り、ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体の0.2重量%水溶液の添加量を10.0ml、12.5ml、15.0mlと種々変化させて添加し、タービン羽根を備えた攪拌機を用いて200rpm、30秒間攪拌した。
攪拌後、生成した凝集汚泥のフロック径を測定した後、ナイロン製濾布(日本フィルコン(株)製、商品名:Lh4085、通気度 155cc/cm2/sec)を敷いたヌッチェロート(直径7cm)中に該凝集汚泥を注ぎ込み、自然濾過を行い30秒後の濾液量を測定した。
また、このときの濾液の清澄性を透視度計により評価した。
濾過後の凝集汚泥をベルトプレス用の濾布に採り、1kg/cm2及び2kg/cm2で各1分間圧搾を行い、圧搾後の汚泥ケーキの濾布からの剥離性を目視により評価し、該汚泥ケーキの含水率を測定した。その結果を表3に示した。
尚、汚泥ケーキの含水率は、上記記載の方法により求めた。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体に代えてジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩重合体を用いて実施例1と同様の操作を行った。その結果を表3に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体に代えてジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体を用いて実施例1と同様の操作を行った。その結果を表3に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体に代えてジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩重合体を用いて実施例1と同様の操作を行った。その結果を表3に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体に代えてジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-塩酸塩重合体を用いて実施例1と同様の操作を行った。その結果を表3に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体に代えてジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩重合体を用いて実施例1と同様の操作を行った。その結果を表3に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体に代えてジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-乳酸塩重合体を用いて実施例1と同様の操作を行った。その結果を表3に示した。
前記ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体に代えてジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩重合体を用いて実施例1と同様の操作を行った。その結果を表3に示した。
(実施例5)
汚泥200ml(TS=2.1%、pH=6.3、生・余剰汚泥混合物)を300mlビーカーに採り、ポリ鉄0.1ml(Fe=11重量%)を添加し均一に混合した後、ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン−クエン酸塩重合体の0.2重量%水溶液を10.0ml添加し、タービン羽根を備えた攪拌機を用いて200rpm、30秒間攪拌した。
攪拌後、生成した凝集汚泥のフロック径を測定した後、ナイロン製濾布(日本フィルコン(株)製、商品名:Lh4085、通気度 155cc/cm2/sec)を敷いたヌッチェロート(直径7cm)中に該凝集汚泥を注ぎ込み、自然濾過し、30秒後の濾液量を測定した。
また、このときの濾液の清澄性を透視度計により評価した。
濾過後の凝集汚泥をベルトプレス用の濾布に採り、1kg/cm2及び2kg/cm2で各1分間圧搾を行い、圧搾後の汚泥ケーキの濾布からの剥離性を目視により評価し、該汚泥ケーキの含水率を測定した。前記ポリ鉄の添加量を0.2ml、0.3mlと変化させて前記測定を行った。その結果を表4に示した。
ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩重合体を用いて実施例5と同様の操作を行った。その結果を表4に示した。
ジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-クエン酸塩重合体を用いて実施例5と同様の操作を行った。その結果を表4に示した。
ジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-リンゴ酸塩重合体を用いて実施例5と同様の操作を行った。その結果を表4に示した。
ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-塩酸塩重合体を用いて実施例5と同様の操作を行った。その結果を表4に示した。
ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩重合体を用いて実施例5と同様の操作を行った。その結果を表4に示した。
ジメチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-乳酸塩重合体を用いて実施例5と同様の操作を行った。その結果を表4に示した。
ジエチルアミノエチルメタクリレート三級アミン-硫酸塩重合体を用いて実施例5と同様の操作を行った。その結果を表4に示した。
Claims (4)
- 一分子中にカルボン酸基を2個以上有する飽和カルボン酸と、該飽和カルボン酸のカルボン酸基に対して当量のN,N−ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートとを反応させて得られる3級アミン−飽和カルボン酸塩モノマーを重合してなる請求項1記載のカチオン性高分子重合体。
- 一分子中にカルボン酸基を2個以上有する飽和カルボン酸と、該飽和カルボン酸のカルボン酸基に対して当量のN,N−ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート重合体とを混合し、中和させてなる請求項1記載のカチオン性高分子重合体。
- 請求項1〜3の何れかに記載のカチオン性高分子重合体を含有してなるカチオン性高分子凝集剤。
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