JP4753401B2 - 油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法 - Google Patents
油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、油中水型水溶性高分子エマルジョンに関するものであり、特に(A)水溶性ビニル単量体、(B)水、(C)少なくとも一種類の炭化水素からなる油状物質、(D)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、及び(E)特定のポリオキシ化合物を混合し、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製造した油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
油中水型水溶性高分子エマルジョンは、水溶性高分子を高濃度の製品形態に保存可能で、しかも分散液の粘性が非常に低いので高分子凝集剤などの高分子量を要する用途に適した液状製品である。例えば特公昭54−37986号公報には、単量体水溶液30〜70重量%と疎水性有機液体70〜30重量%を界面活性剤をもちいて乳化分散させ油中水型高分子エマルジョンを製造する方法が開示されている。しかし反面、従来の水溶性ビニル単量体を重合した油中水型水溶性高分子エマルジョンは、保存中に分散液の粘性が変化したり、相分離するなど問題点も発生している。特開平7−62254号公報には、カチオン性の高分子水溶液および/または高分子分散液を添加することによりエマルジョンを安定化させる方法が開示されている。また、粒径が700ミリμ以下のマイクロエマルジョン安定化方法として、分子量が約600以下のポリオキシ化合物を添加する方法も提案されている(特開平9−104823号公報)。さらに性能自体を向上させようとする試みもなされていて、例えば特開平6−329708号公報には、性能向上を目的として1000万〜3000万の高分子量〜超高分子量ポリマ−をレドックス系開始剤をもちいて油中水型エマルジョン重合法により製造する方法が記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
性能を向上させるため高分子量〜超高分子量ポリマ−を合成することも一つの方法であるが、分子量が高くなればそれだけ廃水や汚泥中への分散性も低下するし、一定の重合度のポリマ−を合成することは難しくなり、製品の一部が不溶化したり溶解液中に未溶解物が発生し易くなるなど問題が多くなる。本発明の目的は、油中水型エマルジョン重合の条件を改善することにより凝集性能の向上した凝集剤を開発することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、以下のような発明に達した。即ち、本発明の請求項1の発明は、(A)水溶性ビニル単量体、(B)水、(C)少なくとも一種類の炭化水素からなる油状物質、(D)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、及び(E)下記一般式(1)及び/又は(2)で表わされるポリオキシ化合物を混合・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製造した油中水型水溶性高分子エマルジョンに親水性界面活性剤を混合し、水により希釈した後、鉱物質粒子懸濁液の凝集分離剤として使用することを特徴とする油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法に関する。
【化1】
【化2】
式中、R1、R2、R3、R4及びR5はそれぞれ独立に水素又は炭素数1〜2のアルキル基を表わし、p及びqは1〜12の整数を表わす
【0005】
請求項2の発明は、前記水溶性ビニル単量体が下記一般式(3)で表わされるアニオン性ビニル単量体5〜100モル%とアクリルアミドを0〜95モル%と他の共重合可能なビニル単量体0〜50モル%からなることを特徴とする請求項1に記載の油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法である。
【化3】
R6は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、R7は水素またはカルボキシル基、AはSO3、C6H4SO3、CONHC(CH3)2CH2SO3あるいはCOO、Yは水素または陽イオン
【0006】
請求項3の発明は、 前記水溶性ビニル単量体が前記一般式(3)で表わされるアニオン性ビニル単量体30〜100モル%とアクリルアミドを0〜70モル%からなることを特徴とする請求項1に記載の油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法である。
【0007】
請求項4の発明は、 前記一般式(1)中のpあるいは一般式(2)中のqがそれぞれ1〜8であることを特徴とする請求項1に記載の油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法である。
【0008】
請求項5の発明は、前記一般式(1)及び/又は(2)で表わされるポリオキシ化合物の油中水型水溶性高分子エマルジョン中の含有量が0.5〜5.0重量%であることを特徴とする請求項1〜4に記載の油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法である。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するポリオキシ化合物としては、前記一般式(1)及び/又は(2)で表わされ、式中のpあるいはqの値が1〜12であり、このましくは1〜8である。pあるいはqの値が13以上であると、常温で固体になり、取り扱いだけでなく、ポリオキシ化合物を添加しても油中水型エマルジョンからなる水溶性高分子の凝集剤としての効果も、特に改善されない。このようなポリオキシ化合物を例示すると、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、トリエチレングリコ−ル、重合度12のポリエチレングリコ−ル、グリセリン、ジグリセリン、トリグリセリン、あるいは末端水酸基をアルキル化したエチレングリコ−ルモノメチルエ−テル、エチレングリコ−ルジメチルエ−テル、エチレングリコ−ルエチルエ−テル、また重合度12以下のポリエチレングリコ−ルの片末端、あるいは両末端アルキル化エ−テルなどがあげられる。一般式(1)で表わされる化合物の一種以上あるいは一般式(2)で表わされる化合物の一種以上をそれぞれ添加するか、または一般式(1)と一般式(2)を併用することも可能である。
【0010】
これらポリオキシ化合物の添加時期としては、油中水型エマルジョンからなる水溶性高分子を合成する時点で添加するのが好ましい。即ち、以下に具体的に合成方法を述べる。油中水型水溶性高分子エマルジョンの合成方法としては、従来と同様である。まず、(A)水溶性ビニル単量体、(B)水、(C)少なくとも一種類の炭化水素からなる油状物質、(D)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、及び(E)下記一般式(1)及び/又は(2)で表わされるポリオキシ化合物を混合し、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。(A)の水溶性ビニル単量体としては以下のようなものが上げられる。アニオン性の単量体としてアクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、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アクリルアミド2−メチルプロパンスルフォン酸などがあげられる。非イオン性単量体として(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、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などであり、最も好ましいのはアクリル酸とアクリルアミドである。
【0011】
また両性の水溶性共重合体を合成するには、カチオン性単量体を共重合することができ、三級アミノ基含有単量体の例として、(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であり、四級アンモニウム基含有単量体の例としては、前記三級アミノ基含有単量体の(メタ)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があげられる。さらにジメチルジアリルアンモニウム塩化物も共重合可能である。
【0012】
これら単量体の共重合モル比としては、アニオン性ビニル単量体5〜100モル%とアクリルアミド0〜95モル%であり、好ましくは、アニオン性ビニル単量体30〜100モル%、アクリルアミド0〜70モル%である。またカチオン性ビニル単量体は、0〜50モル%であり、好ましくは0〜30モル%である。
【0013】
(C)の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、また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。
【0014】
(D)の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、HLB3〜6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。
【0015】
(A)のうち、アニオン性単量体を中和した後、(A)〜(E)を混合し、乳化機などにより油中水型エマルジョンを形成させた後、窒素置換を行い、一定の重合温度に油中水型エマルジョンを設定した後、ラジカル重合開始剤によって重合を開始させる。開始剤としては、アゾ系,過酸化物系、レドックス系いずれでも重合することが可能である。油溶性アゾ系開始剤の例としては、2、2’−アゾビスイソブチロニトリル、1、1’−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2、2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2、2’−アゾビス(2−メチルプロピオネ−ト)、4、4’−アゾビス(4−メトキシル2、4−ジメチル)バレロニトリルなどがあげられる。
【0016】
水溶性アゾ系開始剤の例としては、2、2’−アゾビス(アミジノプロパン)二塩化水素化物、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、4、4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)などがあげられる。またレドックス系の例としては、ペルオクソ二硫酸アンモニウムあるいはカリウムと亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、トリメチルアミン、テトラメチルエチレンジアミンなどとの組み合わせがあげられる。さらに過酸化物の例としては、ペルオクソ二硫酸アンモニウム、過酸化水素、ベンゾイルペルオキサイド、ラウロイルペルオキサイド、オクタノイルペルオキサイド、サクシニックペルオキサイド、t-ブチルペルオキシ2−エチルヘキサノエ−トなどをあげることができる。
【0017】
重合温度としては、0〜80℃で可能であるが、好ましくは20〜60℃である。重合濃度は、一般的に10〜60重量%であるが、好ましくは20〜50重量%が重合反応を制御し易く、また製造の効率も良い。
【0018】
本発明の油中水型エマルジョンは、前記単量体類、即ちアニオン性単量体、ノニオン性単量体、三級アミノ基あるいは四級アンモニウム塩基含有単量体の他、架橋性の単量体、例えば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を適宜共重合し、共重合体を改質し、いろいろな排水に対応するよう性能の改良を行うことも可能である。
【0019】
本発明の油中水型エマルジョンは重合後、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−テル系などである。
【0020】
本発明の油中水型エマルジョンからなる水溶性高分子は、製紙工業におけるパルプスラッジの脱水、その他食品工業、金属、石油精製の各排水処理、また建材関係の砂利洗浄排水の処理などに適用可能である。添加量としては、排水の種類、懸濁物濃度などのよって変化するものであるが、液量に対して0.1〜1000ppm程度である。
【0021】
【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。
【0022】
(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およびソルビタンモノオレート12.0gを仕込んだ。脱イオン水210.0gおよび80%水溶液アクリル酸(AAC)176.4g、50%水溶液アクリルアミド(AAM)278.4g、分子量200のポリエチレングリコ−ル17.6g(対単量体2.2重量%)を添加した後、水酸化ナトリウムの35%水溶液224.0g(アクリル酸に対し当量)を液温が30℃以上にならないよう冷却しながら加え中和した。単量体しこみ後のアクリルアミドとアクリル酸のモル比は50:50である。その後、ホモジナイザーにて1000rpmで60分間攪拌乳化した。得られたエマルジョンにイソプロピルアルコール0.84g(対単量体0.03重量%)を加え窒素置換の後、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〕二塩化水素化物の10%水溶液2.8gを加え、温度33±1°Cに制御しながら重合反応を開始させ、5時後、前記開始剤を0.56g追加し、更に5時間反応を継続し重合を完結させた。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6.0g(対液1.2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、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。結果を表1に示す。
【0023】
(合成例2)ポリオキシ化合物としてポリエチレングリコ−ル分子量400を用い、その他は実施例1と同様にして試料−2を合成した。結果を表1に示す。
【0024】
(合成例3)ポリオキシ化合物としてジエチレングリコ−ルモノエチルエ−テルを用い、その他は実施例1と同様にして試料−3を合成した。結果を表1に示す。
【0025】
(合成例4)ポリオキシ化合物としてジグリセリンを用い、その他は実施例1と同様にして試料−4を合成した。結果を表1に示す。
【0026】
(合成例5)
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150.0gおよびソルビタンモノオレート20.0gを仕込んだ。脱イオン水210.0gおよび80%水溶液アクリル酸(AAC)202.2g、50%水溶液アクリルアミド(AAM)136.8g、分子量200のポリエチレングリコ−ル6.2g(対単量体2.2重量%)を添加した後、水酸化ナトリウムの35%水溶液256.8g(アクリル酸に対し当量)を液温が30℃以上にならないよう冷却しながら加え中和した。単量体しこみ後のアクリル酸とアクリルアミドのモル比は70:30である。その後、ホモジナイザーにて1000rpmで60分間攪拌乳化した。得られたエマルジョンにイソプロピルアルコール0.84g(対単量体0.03重量%)を加え窒素置換の後、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〕二塩化水素化物の10%水溶液2.8gを加え、温度33±1°Cに制御しながら重合反応を開始させ、5時後、前記開始剤を0.56g追加し、更に5時間反応を継続し重合を完結させた。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6.0g(対液1.2重量%)を添加混合して試験に供する試料(試料−5)とした。結果を表1に示す。
【0027】
(合成例6)ポリオキシ化合物として分子量200のポリエチレングリコ−ルを用い、アクリル酸とアクリルアミドのモル比を30:70にした他は実施例5と同様にして試料−6を合成した。結果を表1に示す。
【0028】
(合成例7)
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150.0gおよびソルビタンモノオレート20.0gを仕込んだ。脱イオン水280.0gおよび80%水溶液アクリル酸84.0g、50%水溶液アクリルアミド(AAM)265.0g、分子量200のポリエチレングリコ−ル6.2g(対単量体2.2重量%)を添加した後、水酸化ナトリウムの35%水溶液88.5g(アクリル酸に対し83当量%)を液温が30℃以上にならないよう冷却しながら加え中和し、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80%水溶液75.3g加えた。単量体しこみ後のアクリル酸とアクリルアミド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のモル比は30:60:10である。その後、ホモジナイザーにて1000rpmで60分間攪拌乳化した。得られたエマルジョンにイソプロピルアルコール0.84g(対単量体0.03重量%)を加え窒素置換の後、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〕二塩化水素化物の10%水溶液2.8gを加え、温度33±1°Cに制御しながら重合反応を開始させ、5時後、前記開始剤を0.56g追加し、更に5時間反応を継続し重合を完結させた。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6.0g(対液1.2重量%)を添加混合して試験に供する試料(試料−7)とした。結果を表1に示す。
【0029】
(合成例8)
ポリオキシ化合物として分子量400のポリエチレングリコ−ルを用い、アクリル酸とアクリルアミド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のモル比を40:40:20変えた他は実施例5と同様にして試料−8を合成した。結果を表1に示す。
【0030】
【比較例1】
ポリエチレングリコ−ルを添加しないで重合する他は、実施例1と同様に行いアクリル酸とアクリルアミドのモル比50:50の比較品−1を合成した。結果は、表2に示す。
【0031】
【比較例2】
ポリエチレングリコ−ルを添加しないで重合する他は、実施例5と同様に行いアクリル酸とアクリルアミドのモル比70:30の比較品−2を合成した。結果は表2に示す。
【0032】
【比較例3】
ポリエチレングリコ−ルを添加しないで重合する他は、実施例6と同様に行いアクリル酸とアクリルアミドのモル比30:70の比較品−3を合成した。結果を表2に示す。
【0033】
【比較例4】
ポリエチレングリコ−ルを添加しないで重合する他は、実施例7と同様に行いアクリル酸とアクリルアミド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のモル比30:60:10の比較品−4を合成した。結果を表2に示す。
【0034】
【比較例5】
ポリエチレングリコ−ルを添加しないで重合する他は、実施例8と同様に行いアクリル酸とアクリルアミド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のモル比40:40:20の比較品−5を合成した。結果を表2に示す。
【0035】
【実施例1〜8】
砂利洗浄排水(ss濃度5.31%、pH6.80)を200mLのメスシリンダ−に200mL採取し、試料−1〜8の各0.1%を調製した後、対排水全量5ppm添加し、メスシリンダ−を5回転倒することにより攪拌し沈降速度を測定した。測定は、凝集スラッジと上澄みからなる境界面が10cm沈降する時間を測定し、シリンダ−内を境界面が下降する速度に換算した。結果を表3に示す。
【0036】
【比較例1〜5】
比較合成例重合体、比較品1〜5を用いた他は、実施例9〜16と同様に試験を行った。結果を表4に示す。
【0037】
【表1】
PEG:ポリエチレングリコ−ル、DEG:ジエチレングリコ−ル、DEGD:ジエチレングリコ−ルモノエチルエ−テル、DGL:ジグリセリンAAC:アクリル酸、AAM:アクリルアミド、DMQ:アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、エマルシ゛ョン粘度:mPa・s分子量:単位は万
【0038】
【表2】
AAC:アクリル酸、AAM:アクリルアミド、DMQ:アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、エマルジョン粘度:mPa・s分子量:万
【0039】
【表3】
沈降速度:cm/sec
Claims (5)
- (A)水溶性ビニル単量体、(B)水、(C)少なくとも一種類の炭化水素からなる油状物質、(D)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、及び(E)下記一般式(1)及び/又は(2)で表わされるポリオキシ化合物を混合・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製造した油中水型水溶性高分子エマルジョンに親水性界面活性剤を混合し、水により希釈した後、鉱物質粒子懸濁液の凝集分離剤として使用することを特徴とする油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法。
- 前記水溶性ビニル単量体が下記一般式(3)で表わされるアニオン性ビニル単量体5〜100モル%とアクリルアミドを0〜95モル%と他の共重合可能なビニル単量体0〜50モル%からなることを特徴とする請求項1に記載の油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法。
- 前記水溶性ビニル単量体が前記一般式(3)で表わされるアニオン性ビニル単量体30〜100モル%とアクリルアミドを0〜70モル%からなることを特徴とする請求項1に記載の油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法。
- 前記一般式(1)中のpあるいは一般式(2)中のqがそれぞれ1〜8であることを特徴とする請求項1に記載の油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法。
- 前記一般式(1)及び/又は(2)で表わされるポリオキシ化合物の油中水型水溶性高分子エマルジョン中の含有量が0.5〜5.0重量%であることを特徴とする請求項1〜4に記載の油中水型水溶性高分子エマルジョンの使用方法。
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