JP2011062633A - 染料排水処理剤および染料排水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ポリビニルアミン系重合物あるいはアミジン系水溶性高分子のいずれもコストが高いという問題がある。またジシアンジアミド/ホルマリン縮合物は、ホルムアルデヒドの環境あるいは健康への影響、アミン/エピハロヒドリン縮合物は、エピハロヒドリンも健康への影響がある。したがって本発明の目的は、コストが低く環境あるいは健康への影響が少ない染料排水処理剤を提供することにある。
【解決手段】 定義で表示される電荷内包率35%以上90%以下の水溶性高分子であって、前記水溶性高分子が、特定のカチオン性単量体および架橋性単量体を必須として含有する単量体(混合物)を重合した水溶性高分子からなる染料排水処理剤によって達成できる。
【選択図】 なし
【解決手段】 定義で表示される電荷内包率35%以上90%以下の水溶性高分子であって、前記水溶性高分子が、特定のカチオン性単量体および架橋性単量体を必須として含有する単量体(混合物)を重合した水溶性高分子からなる染料排水処理剤によって達成できる。
【選択図】 なし
Description
本発明は、染料排水処理に関するものであり、詳しくは定義で表示される電荷内包率35%以上90%以下の水溶性高分子であって、前記水溶性高分子が、特定の単量体および架橋性単量体を必須として含有する単量体(混合物)を重合した水溶性高分子からなる染料排水処理剤および染料排水処理方法に関する。
染料排水処理剤としては、ジシアンジアミド/ホルマリン縮合物、
アミン/エピハロヒドリン縮合物、重合系高分子においてもポリビニルアミン系重合物などが使用され、いずれも優れた効果を有する。しかしジシアンジアミド/ホルマリン縮合物は、ホルムアルデヒドの環境あるいは健康への影響、
アミン/エピハロヒドリン縮合物は、エピハロヒドリンも健康への影響がある。
特許文献1はポリビニルアミン系重合物を使用した染料排水処理剤であるが、コストが高いという問題がある。一方、特許文献2のアミジン系水溶性高分子は、染料排水処理剤としても優れた性能を有している。このポリアミジン系水溶性高分子は、N―ビニルホルムアミドと(メタ)アクリロニトリルの共重合物を酸性雰囲気中で加水分解と加熱処理することにより製造することができる。共重合物の一方の原料であるN―ビニルホルムアミドは、製造に工程が多く結果として単量体のコストは高くなるという問題点がやはり存在する。
特開平8―81519号公報
特開平5―192513号公報
アミン/エピハロヒドリン縮合物、重合系高分子においてもポリビニルアミン系重合物などが使用され、いずれも優れた効果を有する。しかしジシアンジアミド/ホルマリン縮合物は、ホルムアルデヒドの環境あるいは健康への影響、
アミン/エピハロヒドリン縮合物は、エピハロヒドリンも健康への影響がある。
特許文献1はポリビニルアミン系重合物を使用した染料排水処理剤であるが、コストが高いという問題がある。一方、特許文献2のアミジン系水溶性高分子は、染料排水処理剤としても優れた性能を有している。このポリアミジン系水溶性高分子は、N―ビニルホルムアミドと(メタ)アクリロニトリルの共重合物を酸性雰囲気中で加水分解と加熱処理することにより製造することができる。共重合物の一方の原料であるN―ビニルホルムアミドは、製造に工程が多く結果として単量体のコストは高くなるという問題点がやはり存在する。
ポリビニルアミン系重合物あるいはアミジン系水溶性高分子のいずれもコストが高いという問題がある。またジシアンジアミド/ホルマリン縮合物は、ホルムアルデヒドの環境あるいは健康への影響、アミン/エピハロヒドリン縮合物は、同様にエピハロヒドリンの健康への影響がある。したがって本発明の目的は、コストが低く環境あるいは健康への影響が少ない染料排水処理剤および染料排水処理剤方法を提供することにある。
本発明者は、上記課題を解決するため検討を重ねた結果、以下に述べる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、
下記定義で表示される電荷内包率35%以上90%以下の水溶性高分子であって、前記水溶性高分子が、下記一般式(1)で表わされる単量体および架橋性単量体を必須として含有する単量体(混合物)を重合した水溶性高分子からなる染料排水処理剤である。
定義)水溶性カチオン性高分子および両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体共重合率の差が正である水溶性両性高分子の場合
電荷内包率[%]=(1−α/β)×100
αは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液をポリビニルスルホン酸カリウム水溶液にて滴定した滴定量。βは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を前記水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子の電荷の中和を行うに十分な量加え、その後ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量をブランク値から差し引いた滴定量。ここでブランク値とは、水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液無添加時にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量である。
一般式(1)
R1は水素又はメチル基、R2、R3は炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、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、X1は陰イオンをそれぞれ表わす。
下記定義で表示される電荷内包率35%以上90%以下の水溶性高分子であって、前記水溶性高分子が、下記一般式(1)で表わされる単量体および架橋性単量体を必須として含有する単量体(混合物)を重合した水溶性高分子からなる染料排水処理剤である。
定義)水溶性カチオン性高分子および両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体共重合率の差が正である水溶性両性高分子の場合
電荷内包率[%]=(1−α/β)×100
αは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液をポリビニルスルホン酸カリウム水溶液にて滴定した滴定量。βは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を前記水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子の電荷の中和を行うに十分な量加え、その後ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量をブランク値から差し引いた滴定量。ここでブランク値とは、水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液無添加時にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量である。
R1は水素又はメチル基、R2、R3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、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、X1は陰イオンをそれぞれ表わす。
請求項2の発明は、前記水溶性高分子が、一般式(1)で表わされる単量体および架橋性単量体を必須として含有する混合物水溶液を分散相とし、水に非混和性の有機液体を連続相となるように界面活性剤により乳化し重合した後、得られる油中水型エマルジョンであることを特徴とする請求項1に記載の染料排水処理剤である。
請求項3の発明は前記水溶性高分子が、一般式(1)で表わされる単量体および架橋性単量体を必須として含有する混合物水溶液を分散相とし、水に非混和性の有機液体を連続相となるように界面活性剤により乳化し重合した後、得られる油中水型エマルジョンを乾燥した水溶性高分子の粉末であることを特徴とする請求項1に記載の染料排水処理剤である。
請求項4の発明は前記水溶性高分子を構成する前記一般式(1)で表わされる単量体の共重合率が、40〜95モル%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の染料排水処理剤である。
請求項5の発明は前記水溶性高分子が両性の場合、水溶性両性高分子を0.1質量%以上に溶解した場合、溶解液pHを4以下にする量の酸性物質を混合することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の染料排水処理剤である。
請求項6の発明は下記定義で表示される電荷内包率35%以上90%以下の水溶性高分子であって、前記水溶性高分子が、下記一般式(1)で表わされる単量体および架橋性単量体を必須として含有する単量体(混合物)を重合した水溶性高分子を染料排水に添加することを特徴とする染料排水の処理方法である。
定義)水溶性カチオン性高分子および両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体共重合率の差が正である水溶性両性高分子の場合
電荷内包率[%]=(1−α/β)×100
αは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液をポリビニルスルホン酸カリウム水溶液にて滴定した滴定量。βは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を前記水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子の電荷の中和を行うに十分な量加え、その後ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量をブランク値から差し引いた滴定量。ここでブランク値とは、水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液無添加時にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量である。
一般式(1)
R1は水素又はメチル基、R2、R3は炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、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、X1は陰イオンをそれぞれ表わす。
定義)水溶性カチオン性高分子および両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体共重合率の差が正である水溶性両性高分子の場合
電荷内包率[%]=(1−α/β)×100
αは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液をポリビニルスルホン酸カリウム水溶液にて滴定した滴定量。βは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を前記水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子の電荷の中和を行うに十分な量加え、その後ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量をブランク値から差し引いた滴定量。ここでブランク値とは、水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液無添加時にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量である。
R1は水素又はメチル基、R2、R3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、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、X1は陰イオンをそれぞれ表わす。
請求項7の発明は前記染料排水に前記水溶性高分子を添加し、次いでノニオン性又はアニオン性有機高分子凝集剤を添加することを特徴とする請求項6に記載の染料排水の処理方法である。
請求項8の発明は無機凝集剤を併用することを特徴とする請求項6あるいは7に記載の染料排水の処理方法である。
本発明は染料排水に対し従来、使用されているポリアミンなど重縮合系高分子やポリエチレンイミンあるいはポリジアリルアンモニウム塩など低分子量重合系高分子に替えて、電荷内包率35%以上90%以下の水溶性高分子を使用することができる。この理由として以下のようなことが考えられる。すなわち直鎖状水溶性高分子は、水中に分子が広がった状態で存在する。重合系のような高分子量のカチオン性水溶性高分子の凝集作用は、いわゆる「架橋吸着作用」による多数懸濁粒子を水溶性高分子の分子鎖による結合作用で起きると考えられている。しかし染料分子は低分子であり、しかもアニオン性に帯電し安定なコロイドとして水中に存在する。そのため上記重縮合系高分子や低分子量重合系高分子によって表面電荷を中和し、微細なフロックを生成させることによって処理している。従って添加量が多くなりすぎれば、染料コロイドとこれら高分子とのイオン的複合体のカチオン性電荷が過剰になり、前記複合体は再分散して除色率は返って低下する。
これに対し架橋性水溶性高分子は、架橋することによって水中における分子の広がりが抑制される。そのためにより「密度の詰まった」分子形態として存在し、さらに架橋が進めば水膨潤性の微粒子となる。通常高分子凝集剤として使用されるのは、前記の「密度の詰まった」分子形態である場合が効率的とされる。架橋性水溶性高分子が染料排水に添加されると、直鎖状水溶性高分子と異なり架橋吸着による巨大フロックが生成されることはなく、上記重縮合系高分子や低分子量重合系高分子と同様に表面電荷の中和を主とした機能が発現し微細なフロックを生成させる。すなわち水溶性高分子は、架橋度が高まるにつれて分子が粒子状的な性質を多く持つようになるためと考えられる。本発明で使用する架橋度の高い水溶性高分子は、架橋が進んだ水不溶性粒子と直鎖水溶性高分子の中間的な性質を持っていると考えられる。
本発明で使用する架橋度の高い水溶性高分子は、従来使用されているポリアミンなど重縮合系高分子などの問題となる生体や環境への有害性、あるいはポリエチレンイミンあるいはポリジアリルアンモニウム塩など低分子量重合系高分子などの最適添加量範囲の狭さを解決するための新たな染料排水処理剤を提供するものである。
はじめに電荷内包率35%以上90%以下であるカチオン性水溶性高分子に関して説明する。電荷内包率は、以下のように定義される。すなわち定義)水溶性カチオン性高分子および両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体共重合率の差が正である水溶性高分子の場合
電荷内包率[%]=(1−α/β)×100
αは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液をポリビニルスルホン酸カリウム水溶液にて滴定した滴定量。βは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を前記水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子の電荷の中和を行うに十分な量加え、その後ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量をブランク値から差し引いた滴定量。ここでブランク値とは、水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液無添加時にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量である。
電荷内包率[%]=(1−α/β)×100
αは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液をポリビニルスルホン酸カリウム水溶液にて滴定した滴定量。βは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を前記水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子の電荷の中和を行うに十分な量加え、その後ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量をブランク値から差し引いた滴定量。ここでブランク値とは、水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液無添加時にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量である。
すなわち電荷内包率の高い水溶性高分子は、架橋が高まった水溶性高分子であり、電荷内包率の低い水溶性高分子は、架橋が少ない水溶性高分子であると言える。この理由は、以下の通りに説明される。直鎖状水溶性高分子は、希薄溶液中では、分子はほぼ「伸びきった」形状をしている。一方、架橋性水溶性高分子は、溶液中において粒子状の丸まった形状をしていて、粒子状の内部に存在するイオン性基は、外側には現われにくく、反対電荷との反応も緩慢に起こると考えられる。
以下、上記式のαおよびβの意味に関して簡単に説明する。上記式において滴定量αは、試料である架橋性カチオン性(両性)水溶性高分子に反対電荷を有するポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を滴下して行き、水溶性カチオン性(両性)高分子の「表面」(粒子状の表面部)に存在するイオン性基にイオン的静電反応を行わせる操作を意味する。
その後、架橋性カチオン性(両性)水溶性高分子の理論的な電荷量を中和するに十分な量以上の反対電荷を有するポリビニルスルホン酸カリウムを添加し、反応時間を十分取ったその後、余剰のポリビニルスルホン酸カリウムをジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液により滴定する。また別に架橋性カチオン性(両性)水溶性高分子を添加しないでポリビニルスルホン酸カリウム溶液をジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液により滴定し、ブランク値を出しておき、ブランク値より架橋性カチオン性(両性)水溶性高分子を添加した場合の滴定量を差し引き、この値がβとなる。β値は、架橋性カチオン性(両性)水溶性高分子の化学組成から計算される理論的な電荷量に相当すると考えられる。すなわち架橋性カチオン性(両性)水溶性高分子に対し、反対電荷が多量に存在するので、表面のカチオン性電荷だけでなく、内部の電荷まで静電的な中和反応が行われると考えられる。架橋度が高ければ、αはβに対し小さくなり、(1−α/β)値は、1に比べ大きくなり電荷内包率は高い(すなわち架橋の度合いは高くなる)。
本発明では上記のような電荷内包率を有する水溶性カチオン性高分子あるいは水溶性両性高分子を製造するため、高分子の構造改質剤として架橋性単量体を単量体総量に対し0.0001〜0.0050モル%、好ましくは0.0005〜0.003モル%重合時あるいは重合後存在させる。架橋性単量体の例としては、N,N−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、トリアリルアミン、ジメタクリル酸エチレングリコール、ジメタクリル酸ジエチレングリコール、ジメタクリル酸トリエチレングリコール、ジメタクリル酸テトラエチレングリコール、ジメタクリル酸―1,3−ブチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸ポリエチレングリコール、N−ビニル(メタ)アクリルアミド、N−メチルアリルアクリルアミド、アクリル酸グリシジル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、アクロレイン、グリオキザール、ビニルトリメトキシシランなどがあるが、この場合の架橋剤としては、水溶性ポリビニル化合物がより好ましく、最も好ましいのはN,N−メチレンビス(メタ)アクリルアミドである。またギ酸ナトリウム、イソプロピルアルコール等の連鎖移動剤を併用して使用することも架橋性を調節する手法として効果的である。
水溶性両性高分子を製造する場合は、アニオン性単量体を重合時共存させる他は、同様な操作によって目的のものを得ることができる。使用する架橋性単量体は、前述と同様であり、最も好ましいのはN,N−メチレンビス(メタ)アクリルアミドである。連鎖移動剤も併用して使用すると効果的である。
水溶性カチオン性高分子を製造するため使用するカチオン性単量体は、前記一般式(1)で表わされる単量体を必須として含有する単量体あるいは単量体混合物を重合したものである。水溶性両性高分子は、前記一般式(1)で表わされる単量体とアニオン性単量体を必須として含有する単量体混合物を重合したものである。カチオン性単量体の例は、(メタ)アクリロイルオキシアルキル4級アンモニウム塩、(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クロライド、(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クロライド、(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ブロマイドなど(メタ)アクリロイルオキシアルキル3級アミン塩は、(メタ)アクリロイルオキシエチルジメチルアミン硫酸塩、(メタ)アクリロイルオキシプロピルジメチルアミン塩酸塩などである。(メタ)アクリロイルアミノアルキル4級アンモニウム塩としては(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クロライド、(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メチルサルフェートなどである。(メタ)アクリロイルアミノ(ヒドロキシ)アルキル3級アミン塩としては、(メタ)アクリロイルアミノエチルジメチルアミン塩酸塩、硫酸塩などである。
水溶性両性高分子を製造するため使用するアニオン性単量体の例は、ビニルスルホン酸、ビニルベンゼンスルホン酸あるいは2−アクリルアミド2−メチルプロパンスルホン酸、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。
水溶性カチオン性高分子あるいは水溶性両性高分子を製造する場合、非イオン性単量体を共重合してもよくその例としては以下のようなものがある。すなわちアクリルアミド、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、アクリル酸メチル、(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などがあげられる。
これら水溶性高分子におけるカチオン性単量体のモル%は、40〜95モル%であり、好ましくは50〜95モル%である。この理由としてカチオン性単量体100モル%よりもアクリルアミドなど非イオン性単量体を共重合したほうが架橋性高分子を製造しやすいからである。またアニオン性単量体のモル%は、好ましくは3〜30モル%、最も好ましくは5〜20モル%である。
本発明における水溶性カチオン性高分子あるいは水溶性両性高分子の製品形態としては、粉末、油中水型エマルジョン、塩水溶液中分散液などどのような形態でも実施可能である。
粉末状の製品は、以下のようにして製造することができる。例えば塩水溶液中あるいは水に非混和性有機液体中にて分散重合した分散液、すなわち塩水中にて分散重合した分散液の場合は、直接乾燥機に入れ、一定時間乾燥し、シート状物を粉砕する方法がある。また水に非混和性有機液体中にて分散重合した分散液の場合は、非混和性有機液体を分離し、湿潤な重合粒子を乾燥機にて乾燥し粉末状とする。油中水型エマルジョンは、噴霧乾燥、あるいはエマルジョンを直接乾燥機で乾燥し、一定時間乾燥し、シート状物を粉砕するなどの方法がある。
油中水型エマルジョンの場合は、イオン性単量体、あるいはイオン性単量体、共重合可能な単量体及びこれら単量体に対し生成した重合体が水溶性を保つモル比で添加した架橋性単量体を含有する単量体混合物水溶液を水、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重合することにより合成する。
また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。含有量としては、油中水型エマルジョン全量に対して20質量%〜50質量%の範囲であり、好ましくは20質量%〜40質量%の範囲である。
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、HLB1〜8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質量%であり、好ましくは1〜5質量%の範囲である。
この場合、高HLB界面活性剤により乳化させ油中水型エマルジョンを形成させ重合したエマルジョンは、このままで水となじむので転相剤を添加する必用がない。これら界面活性剤のHLBは、9〜20のもの、好ましくは11〜20のものを使用する。そのような界面活性剤の例としては、カチオン性界面活性剤やHLB9〜15のノニオン性界面活性剤であり、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエ−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。
低HLBの界面活性剤により乳化、重合した場合は重合後転相剤と呼ばれる親水性界面化成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。親水性界面活性剤の例としては、カチオン性界面活性剤やHLB9〜15のノニオン性界面活性剤であり、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエ−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。
塩水溶液中分散液の場合は、硫酸アンモニウムのような多価アニオン塩の水溶液を調製し、この中にカチオン性単量体、あるいは非イオン性単量体からなる混合物を仕込み、また、両性水溶性重合体の場合はアニオン性単量体をしこみ、分散剤として該塩水溶液に可溶な高分子分散剤を共存させ攪拌下、分散重合し合成することができる。
高分子分散剤としては、非イオン性あるいはカチオン性高分子のいずれでも使用可能であるが、カチオン性高分子のほうがより好ましい。カチオン性高分子としては、アクリル系カチオン性単量体、たとえば、(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)アクリルアミドなどの無機酸や有機酸の塩、あるいは塩化メチルや塩化ベンジルによる四級アンモニウム塩とアクリルアミドとの共重合体である。例えば(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があげられ、これら単量体と非イオン性単量体との共重合体でも良い。またジメチルジアリルアンモニウム塩化物重合体などジアリルアミン系重合体でも使用できる。
非イオン性高分子の例としては、上記非イオン性単量体の(共)重合体、ポリビニルアルコ−ル、スチレン/無水マレイン酸共重合物あるいはブテン/無水マレイン酸共重合物の完全アミド化物などである。
上記イオン性高分子の分子量としては、5、000から300万、好ましくは5万から150万である。また、非イオン性高分子分の分子量としては、1,000〜100万であり、好ましくは1,000〜50万である。これら高分子分散剤の単量体に対する添加量は、1/100〜1/10であり、好ましくは2/100〜5/100である。
これら上記の種々重合は、重合は窒素雰囲気下にて、重合開始剤、例えば2、2’−アゾビス(アミジノプロパン)二塩化水素化物または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〕二塩化水素化物のような水溶性アゾ系重合開始剤、あるいは過硫酸アンモニウムおよび亜硫酸水素ナトリウム併用のような水溶性レドックス系重合開始剤を添加し、撹拌下あるいは無攪拌下ラジカル重合を行う。
本発明の水溶性高分子は、水溶性カチオン性あるいは水溶性両性高分子を使用することができるが、特に水溶性両性高分子の場合は、0.1質量%濃度の水溶液とした時、水溶液pHが通常4.0以下であることが好ましく、さらに好ましくは3.0以下である。水溶液pHが4.0を上回ると十分な性能が得られない。そのため酸性物質を配合する。この理由は二つある。すなわち水溶性両性高分子を配合するため溶液pHが約5〜約9の範囲でイオンコンプレックスを形成し溶液が白濁する。このイオンコンプレックスが生成した状態で汚泥など処理対照に添加すると、性能が低下するためである。またpHが5付近より高い範囲では本発明で使用する水溶性(メタ)アクリル系高分子が加水分解を受け、劣化しやすくなる。0.1質量%濃度というのは、処理対象に添加する場合の下限に近い溶液濃度である。これら現象を防止するため水溶液のpHは4以下にすることが好ましい。
このような酸性物質の例として、無機あるいは有機の酸として塩酸、硫酸、酢酸、スルファミン酸、クエン酸、フマル酸、コハク酸、アジピン酸などである。これら酸性物質の添加量として水溶性高分子の固形分換算として、5〜20質量%であり、好ましくは7〜15質量%であり、0.1質量%濃度に溶解してもpHが4以下を確保できる。
本発明の水溶性高分子の分子量は、重量平均分子量で1万〜1000万であるが、好ましくは1万〜700万、更に好ましくは10万〜500万である。1万以下では染料を除色する効果が不足し、また1000万より高くなると染料分子の表面電荷を中和する機能、すなわち凝結作用より、いわゆる架橋吸着による凝集力が高くなりすぎ、除色する機能が低下する。従って重量平均分子量で1000万以下である。
本発明の水溶性高分子からなる染料排水処理剤は、既存のジシアンジアミド/ホルマリン縮合物、アミン/エピハロヒドリン縮合物、ポリビニルアミン系重合物、ポリアミジン系水溶性高分子などに較べても優れた効果を発揮する。また環境や健康への影響も少なく工業的に有用なものである。添加量としては、染料排水に対し0.1〜1,000ppm、好ましくは1〜500ppmである。また本発明の水溶性高分子からなる染料排水処理剤により凝結処理を行った後、ベントナイトなど無機吸着剤やノニオン性あるいはアニオン性高分子凝集剤、または無機凝集剤を併用すると効果的である。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
(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126.0g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100.0gと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240.2g、アクリルアミド(AAMと略記)50%水溶液15.7g及びメチレンビスアクリルアミド0.2質量%水溶液2.0g(対単量体0.0020質量%)を各々採取し、各々を混合し完全に溶解させた。その後pHを3.95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=90/10(モル%、試作−1)である。
得られたエマルジョンにイソプロピルアルコール10質量%水溶液2.0g(対単量体0.1質量%)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1質量%水溶液2.0g(対単量体0.01質量%)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7.5g(対エマルジョン1.5質量%)を添加混合して試験に供する試料(試料−1)とした。得られた試料をミューテック社製PCD滴定装置により電荷内包率を測定し、また光散乱法による重量平均分子量は約600万であった。
同様な操作によりDMQ/DMC/AAM=50/20/30(モル%、試作−2)、DMQ/AAM=50/50(モル%、試作−3)、DMQ/AAC/AAM=80/10/10(モル%、試作−4)からなる油中水型エマルジョンを合成した。結果を表1に示す。
同様な操作によりDMQ/DMC/AAM=50/20/30(モル%、試作−2)、DMQ/AAM=50/50(モル%、試作−3)、DMQ/AAC/AAM=80/10/10(モル%、試作−4)からなる油中水型エマルジョンを合成した。結果を表1に示す。
(比較合成例1)合成例1と同様な操作によりメチレンビスアクリルアミドを添加しない油中水型エマルジョンを合成した。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126.0g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100.0gと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240.2g及びアクリルアミド(AAMと略記)50%水溶液15.7gを各々採取し、各々を混合し完全に溶解させた。その後pHを3.95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=90/10(モル%、比較−1)である。
得られたエマルジョンにイソプロピルアルコール10質量%水溶液2.0g(対単量体0.1質量%)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1質量%水溶液2.0g(対単量体0.01質量%)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7.5g(対エマルジョン1.5質量%)を添加混合して試験に供する試料(試料−1)とした。得られた試料をミューテック社製PCD滴定装置により電荷内包率を測定し、また光散乱法による重量平均分子量は約550万であった。
同様な操作によりDMQ/AAC/AAM=80/10/10(モル%、比較−2)
を合成した。結果を表1に示す。
同様な操作によりDMQ/AAC/AAM=80/10/10(モル%、比較−2)
を合成した。結果を表1に示す。
(合成例2)油中水型エマルジョン試料−1〜試料−4、比較試料−1及び比較試料−2に関し、転相剤のポリオキシエチレントリデシルエ−テルを添加してないものを用い、噴霧乾燥機を用いてスプレードライ製粉末を作成した。乾燥後の試作名を試料−5〜試料−8、比較試料−3〜比較試料−4とする。以上の結果をまとめて表1に示す。
(表1)
DMC;メタ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、
DMQ;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
AAC;アクリル酸、AAM;アクリルアミド、電荷内包率;%、
製品形態;EM;油中水型エマルジョン、SDP;噴霧乾燥品
分子量;重量平均分子量
DMC;メタ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、
DMQ;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
AAC;アクリル酸、AAM;アクリルアミド、電荷内包率;%、
製品形態;EM;油中水型エマルジョン、SDP;噴霧乾燥品
分子量;重量平均分子量
300mlビーカーに染料溶液(直接染料アルファノール・ファースト・ブリリアント・レッドを50ppm含有するもの)を300mlビーカーに200mlを入れ、表1の試料―1〜試料―8を各対液50ppmおよび100ppm添加し、ジャーテスターを用いて200rpmで60秒攪拌し、その後硫酸バンドを対液100ppm添加60秒攪拌、最後にアニオン性凝集剤(アニオン化度20モル%ポリアクリルアミド、重量平均分子量1200万)を対液1ppm添加し60秒攪拌した後60秒間静置し、上澄み液の吸光度を分光光度計(V−650 日本分光製、波長660nmを測定に使用、25℃測定)を用いて測定した。除色率は、処理液上澄みの吸光度を処理前の染料溶液吸光度で除した値を100(%)から引いた数値とした。結果を表2に示す。
(比較試験)実施例と同様な操作により、比較−1〜比較−4、および比較―5(ジシアンジアミド/ホルマリン縮合物)、比較―6(ジメチルアミン/ペンタエチレンヘキサミン/エピクロロヒドリン縮合物)に関して同時に試験した。結果を表2に示す。
(表2)
添加率;対液ppm、除色率;%
添加率;対液ppm、除色率;%
Claims (8)
- 下記定義で表示される電荷内包率35%以上90%以下の水溶性高分子であって、前記水溶性高分子が、下記一般式(1)で表わされる単量体および架橋性単量体を必須として含有する単量体(混合物)を重合した水溶性高分子からなる染料排水処理剤。
定義)水溶性カチオン性高分子および両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体共重合率の差が正である水溶性両性高分子の場合
電荷内包率[%]=(1−α/β)×100
αは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液をポリビニルスルホン酸カリウム水溶液にて滴定した滴定量。βは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を前記水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子の電荷の中和を行うに十分な量加え、その後ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量をブランク値から差し引いた滴定量。ここでブランク値とは、水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液無添加時にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量である。
R1は水素又はメチル基、R2、R3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、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、X1は陰イオンをそれぞれ表わす。 - 前記水溶性高分子が、一般式(1)で表わされる単量体および架橋性単量体を必須として含有する混合物水溶液を分散相とし、水に非混和性の有機液体を連続相となるように界面活性剤により乳化し重合した後、得られる油中水型エマルジョンであることを特徴とする請求項1に記載の染料排水処理剤。
- 前記水溶性高分子が、一般式(1)で表わされる単量体および架橋性単量体を必須として含有する混合物水溶液を分散相とし、水に非混和性の有機液体を連続相となるように界面活性剤により乳化し重合した後、得られる油中水型エマルジョンを乾燥した水溶性高分子の粉末であることを特徴とする請求項1に記載の染料排水処理剤。
- 前記水溶性高分子を構成する前記一般式(1)で表わされる単量体の共重合率が、40〜95モル%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の染料排水処理剤。
- 前記水溶性高分子が両性の場合、水溶性両性高分子を0.1質量%以上に溶解した場合、溶解液pHを4以下にする量の酸性物質を混合することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の染料排水処理剤。
- 下記定義で表示される電荷内包率35%以上90%以下の水溶性高分子であって、前記水溶性高分子が、下記一般式(1)で表わされる単量体および架橋性単量体を必須として含有する単量体(混合物)を重合した水溶性高分子を染料排水に添加することを特徴とする染料排水の処理方法。
定義)水溶性カチオン性高分子および両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体共重合率の差が正である水溶性両性高分子の場合
電荷内包率[%]=(1−α/β)×100
αは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液をポリビニルスルホン酸カリウム水溶液にて滴定した滴定量。βは酢酸にてpH4.0に調整した水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を前記水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子の電荷の中和を行うに十分な量加え、その後ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量をブランク値から差し引いた滴定量。ここでブランク値とは、水溶性カチオン性高分子あるいは両性水溶性高分子水溶液無添加時にポリビニルスルホン酸カリウム水溶液をポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液にて滴定した滴定量である。
一般式(1)
R1は水素又はメチル基、R2、R3は炭素数1〜3のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、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、X1は陰イオンをそれぞれ表わす。 - 前記染料排水に前記水溶性高分子を添加し、次いでノニオン性又はアニオン性有機高分子凝集剤を添加することを特徴とする請求項6に記載の染料排水の処理方法。
- 無機凝集剤を併用することを特徴とする請求項6あるいは7に記載の染料排水の処理方法。
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CN106242081A (zh) * | 2016-09-23 | 2016-12-21 | 广东慧信环保有限公司 | 一种有机无机复合生物絮凝剂的制备方法 |
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