JP4767545B2

JP4767545B2 - 水輸送抗力軽減用組成物

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Publication number: JP4767545B2
Application number: JP2005012111A
Authority: JP
Inventors: 健次佐藤; 明幸平出
Original assignee: Toho Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Toho Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: JP2006199800A

Description

本発明は、冷温水などの管内水輸送において、流動時に生じる壁面との摩擦抗力を軽減し、搬送ポンプの動力を削減するための輸送抗力軽減用組成物およびそれを用いる輸送抗力軽減方法に関するものである。

ある特定物質を添加することにより配管内流動水の摩擦抗力が軽減され、ポンプ動力が削減できることは知られている。このような機能を発現する物質として水溶性高分子や界面活性剤がある。このような物質を輸送抗力軽減剤（ＤＲ剤）およびその効果を輸送抗力軽減効果（ＤＲ効果）という。しかしながら、高分子系はポンプ、エルボ等の局部損失要素での機械的劣化により短時間で効果が失われるため循環系配管には不向きとされている。また、界面活性剤系でこれまで検討され一部使用されているカチオン系と対イオンの組合せは、一定濃度以上でのミセル再形成能によりある程度効果は持続するが、カチオン成分の配管・錆等への吸着による濃度低下があり、また、環境負荷への懸念から実用化には問題があるというのが現状である。

又、カチオン系以外では、特許文献１記載のアミンオキシド化合物がある。しかし、これらのアミンオキシドのみの使用では効果が弱く多くの添加量が必要であり、また、効果の持続性が弱いなどの問題点がある。本発明者らは既に特許文献２においてアミンオキシドと各種両性界面活性剤の組合せを提案した。しかし、この方法では優れた輸送抗力軽減効果を示すものの、１種類の薬剤で効果が発揮できる温度範囲が限られてくるため、汎用的に使用することが難しく、また水質の影響により効果の持続性に差が生じるため長期使用が難しいという問題があった。アミンオキシド化合物にタウリン誘導体塩を配合することによりこの問題点を改善できるが（特許文献３）、その効果において十分満足できるものではない。

特開昭６０−９９１９９号公報特開２０００−３１３８７２号公報特開２００４−３２３８１３号公報

本発明の課題は、上記のような理由から、カチオン系界面活性剤を含まないのはもちろん、広温度域で効果が得られ、長期の循環系配管水輸送に使用可能な、環境適合性と優れた省エネルギー性を兼ね備えた、新しい輸送抗力軽減用組成物を提供することである。

本発明者らは種々検討を重ねた結果、アミンオキシド化合物に対して、ポリアルキレンイミンを組合せて使用することにより、前記課題を解決することが出来た。すなわち、本発明は、下記一般式（１）で表されるアミンオキシド（ａ）と、一般式（２）で表されるポリアルキレンイミン（ｂ）とを含有することを特徴とする水輸送抗力軽減用組成物である。

（Ｒ¹は炭素数が８〜２２のアルキル基、又はアルケニル基、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立して炭素数が１〜４のアルキル基又はアルケニル基、もしくは (Ａ^２Ｏ)_ｍＨで表される（ポリ）アルキレンオキシ基である。Ａ^１、Ａ^２はそれぞれ独立して炭素数１〜４のアルキレン基、ｎ、ｍはそれぞれ独立して０〜１０の整数である。−（ＯＡ^１）_ｎ、−（ＯＡ^２）_ｍで表される（ポリ）オキシアルキレン基は、一種類の繰り返し単位からなるものであっても、複数種の繰り返し単位からなるものであってもよく、その付加形態はランダム付加、ブロック付加のいずれでもよく、付加順序も特に限定されない。）

（ｉは１〜４の整数、ｊは１〜１０,０００の整数であって、Ｒ⁴は水素原子、又は次の式で表されるものである。）

（ｋは１〜４の整数。）

本発明品は、水質に影響されず、長期の循環系配管水輸送に使用可能な、環境適合性と優れた省エネルギー性を兼ね備えた新しい水輸送抗力軽減用組成物である。これにより、地域冷暖房やビル空調用の熱輸送系および各種工場の冷却水系など、水系媒体の大量輸送時のポンプ動力が削減されることで、システム全体の効率アップによるコスト削減効果が期待できる。

本発明に係るアミンオキシドを示す前記一般式（１）において、Ｒ¹は炭素数が８〜２２のアルキル基、又はアルケニル基、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立して炭素数が１〜４のアルキル基又はアルケニル基、もしくは (Ａ^２Ｏ)_ｍＨで表される（ポリ）アルキレンオキシ基である。Ａ^１、Ａ^２はそれぞれ独立して炭素数１〜４のアルキレン基、ｎ、ｍはそれぞれ独立して０〜１０の整数である。−（ＯＡ^１）_ｎ、−（ＯＡ^２）_ｍで表される（ポリ）オキシアルキレン基は、一種類の繰り返し単位からなるものであっても、複数種の繰り返し単位からなるものであってもよく、その付加形態はランダム付加、ブロック付加のいずれでもよく、付加順序も特に限定されない。

本発明に係るポリアルキレンイミンを示す前記一般式（２）および（２’）において、ｉ、ｋはそれぞれ独立して１〜４の整数、好ましくは２であって、ｊは１〜１０，０００の整数、好ましくは３〜２,０００の整数である。Ｒ⁴は水素原子、又は前記一般式（２’）で表されるものである。本発明に係るポリアルキレンイミンは、アルキレンイミンを酸触媒の存在下で開環重合させることによって得ることができ、１級、２級、３級アミンを含む分岐構造を有するものである。その分子量は特に限定されないが、数平均分子量が１００〜１００,０００であれば好ましく、３００〜７０,０００であればより好ましい。ポリアルキレンイミンの中でも、容易に入手できる点等からポリエチレンイミンが好ましい。

本発明の別の態様に、前記（ａ）および（ｂ）に加え、さらに下記一般式（３）もしくは（４）で表されるベタイン型界面活性剤（ｃ）、または／および下記一般式（５）で表されるタウリン誘導体塩（ｄ）を含有する水輸送抗力軽減用組成物がある。

（Ｒ^５は炭素数が８〜２２のアルキル基、又はアルケニル基、Ｒ^６及びＲ^７は、それぞれ独立して炭素数が１〜４のアルキル基又はアルケニル基、もしくは (Ａ^３Ｏ)_ｓＨで表される（ポリ）アルキレンオキシ基である。Ａ^３は炭素数１〜４のアルキレン基、ｓは０〜１０の整数である。Ｘは(ＣＨ_２)_ｎＣＯＯ、又はＣＨ_２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ_２ＳＯ_３を表す。Ｙは酸素又は、ＣＯＮＨ、又はＣＯＯ、又はＣＨＯＨで表される基を示し、ｐは１〜４の整数を表す。）

（Ｒ^８は炭素数が８〜２２のアルキル基、又はアルケニル基。ｑは１〜４、ｒは１〜４の整数を表す。）

（Ｒ^９は炭素数が８〜２２のアルキル基、又はアルケニル基。Ｒ^１０は水素又はメチル基、Ｘはアルカリ金属原子、アルカリ土類金属原子を表す。）

本発明に係わるタウリン誘導体塩の具体例として、ヤシ油脂肪酸タウリンナトリウム、ヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウム、牛脂脂肪酸タウリンナトリウム、牛脂脂肪酸メチルタウリンナトリウム、ラウリン酸タウリンナトリウム、ラウリン酸メチルタウリンナトリウム、ミリスチン酸タウリンナトリウム、ミリスチン酸メチルタウリンナトリウム、パルミチン酸タウリンナトリウム、パルミチン酸メチルタウリンナトリウム、ステアリン酸タウリンナトリウム、ステアリン酸メチルタウリンナトリウム、オレイン酸タウリンナトリウム、オレイン酸メチルタウリンナトリウムがあげられ、特にヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウムが望ましい。

本発明の別の態様として、ポリアルキレンイミン（ｂ）に対して、０．１〜１０モル当量の酸を配合した前記水輸送抗力軽減用組成物がある。酸は無機酸、有機酸、有機酸無水物何れでもよく、具体的には、塩酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸、酢酸、プロピオン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、牛脂脂肪酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フタル酸、無水フタル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、クエン酸、リンゴ酸、グルタミン酸、乳酸、グリコール酸、ドデカン二酸などがあげられ、特にリン酸、クエン酸が望ましい。

本発明の別の態様として、下記一般式（６）で表されるアミン類（ｅ）を配合した前記水輸送抗力軽減用組成物がある。その配合量は特に限定されないが、（ａ）および（ｂ）、さらに必要に応じ添加される（ｃ）または／および（ｄ）の総モル数に対し、０〜１０倍モルが好ましく、０．５〜３倍モルがより好ましい。

（Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３は炭素数が１〜４のアルキル基又は(Ａ^４Ｏ)_ｔＨ、又はＡ^５ＮＨ_２で表される基であり、Ａ^４、Ａ^５はそれぞれ独立して炭素数１〜４のアルキレン基、ｔは０〜１０の整数を表す。）

アミン類の具体例として、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ,Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ,Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ,Ｎ−ジブチルエタノールアミン、Ｎ−メチル−Ｎ,Ｎ−ジエタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−（２−アミノエチル）エタノールアミンがあげられ、特にＮ−メチル−Ｎ,Ｎ−ジエタノールアミンが望ましい。

各成分の配合割合は特に限定されるものではないが、（ａ）または（ａ）と（ｃ）もしくは（ｄ）の組み合わせに対して、ポリアルキレンイミン（ｂ）を０．００１〜１倍モルが好ましく、０．０１〜０．５倍モルがさらに好ましい。また、本発明に係る輸送抗力軽減用組成物の全水量に対する添加量も特に限定されないが、好ましくは０．００５〜１０重量％、特に好ましくは０．０５〜１．０重量％の濃度で添加して使用する。本組成物には必要に応じて、防錆剤、スケール防止剤、スライム処理剤、分散剤、防腐剤等を添加することができる。温度範囲は、冷房時の低温域から暖房時の高温域までの１〜１２０℃位、特に５℃〜６０℃で適用するのが好ましい。

本発明はまた、上記水輸送抗力軽減用組成物を使用した流体の管内輸送時おける抗力軽減方法でもある。

以下、実施例によって本発明をさらに詳述するが、下記実施例は本発明を制限するものではない。輸送抗力軽減用組成物の性能評価は以下の２種類の方法にて行なった。

（評価法１）
直径５０ｍｍ、高さ９０ｍｍ、平底に製作された専用ビーカーに試験流体を１００ｇ入れ、撹拌子（８ｍｍ×３５ｍｍ）にて７００回転にて撹拌した時に出来る渦の液面からの深さを測定した。水温は１０〜８０℃とし、ブランク（水）の渦深さに対する渦の減衰率（％）にて評価した。

（評価法２）
ループ式評価装置を用い、管内径ｄ（ｍｍ）の試験部配管中を水温が１０℃又は６０℃、流速が２ｍ／ｓの試験水が流動する際、長さＬ（ｍ）間の圧力損失△Ｐを測定することで以下に示す計算式にてＤＲ効果を算出した。また、効果持続時間は、ΔＰがブランク（水）と比較して５０％以上低減された状態を維持した時間を示す。

ＤＲ効果算出に用いた計算式

図１に本実施例で実験に用いた評価装置を示した。装置は配管径を６（ｍｍ）、配管全長を５（ｍ）、流速を２（ｍ/s）、水量を９リットルとすることで、流体が流動する際、大管径の実機設備に比べて大きなせん断力を流体が受ける加速試験装置であるとみなすことが出来る。配管径２００（ｍｍ）、流速１（ｍ／ｓ）の実機設備ではせん断速度４０（１／ｓ）であるのに対して、本試験装置の条件では２７００（１／ｓ）となっている。

（合成例）
水およびイソプロピルアルコールからなる混合溶媒中で、オレイルジメチルアミンに対し１．１倍モルの３０％過酸化水素水を徐々に滴下し、８０〜８５℃にて５時間反応を行う。その後水酸化ナトリウムにて中和し、固形分５０％のオレイルジメチルアミンオキシドを得た。オレイルジヒドロキシエチルアミンオキシド、ステアリルジメチルアミンオキシドについても同様にして合成することができる。

実施例１
（ａ）成分にオレイルジメチルアミンオキシド（ＯＤＭＡＯ）、（ｂ）成分に分子量７０，０００のポリエチレンイミン（ＰＥＩ７００００、(株)日本触媒製エポミンＰ−１０００）、（ｃ）成分にヤシ油脂肪酸ジメチルベタイン（ＣＤＭＢ）、（ｄ）成分にヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウム（ＣＭＴＮａ）、（ｅ）成分にＮ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）、（ｂ）成分を中和する酸としてクエン酸を用いて処方した組成物を試験水に添加し、評価法１，２にて性能評価を行なった。

実施例２
（ａ）成分にＯＤＭＡＯ、（ｂ）成分に分子量６００のポリエチレンイミン（ＰＥＩ６００、(株)日本触媒製エポミンＳＰ−００６）、（ｃ）成分にＣＤＭＢ、（ｅ）成分にＭＤＥＡ、（ｂ）成分を中和する酸としてリン酸を用いて処方した組成物を試験水に添加し、実施例１と同様に評価した。

実施例３
（ａ）成分にＯＤＭＡＯ、（ｂ）成分にＰＥＩ６００、（ｃ）成分にＮ−オレイン酸アシル−Ｎ’−カルボキシエチル−Ｎ’−ヒドロキシエチルエチレンジアミンナトリウム（ＯＣＥＨＥＥＤＮａ）、（ｄ）成分にＣＭＴＮａ、（ｅ）成分にトリエタノールアミン（ＴＥＡ）、（ｂ）成分を中和する酸としてリン酸を用いて処方した組成物を試験水に添加し、実施例１と同様に評価した。

実施例４
（ａ）成分にオレイルジヒドロキシエチルアミンオキシド（ＯＤＥＡＯ）、（ｂ）成分にＰＥＩ６００、（ｃ）成分にＯＣＥＨＥＥＤＮａ、（ｅ）成分にＴＥＡ、（ｂ）成分を中和する酸としてリン酸を用いて処方した組成物を試験水に添加し、実施例１と同様に評価した。

実施例５
（ａ）成分にＯＤＭＡＯ、（ｂ）成分に分子量１，２００のポリエチレンイミン（ＰＥＩ１２００、(株)日本触媒製エポミンＳＰ−０１２）、（ｄ）成分にＣＭＴＮａ、（ｅ）成分にＮ-ｔ-ブチルモノエタノールアミン（ＴＢＭＥＡ）、（ｂ）成分を中和する酸としてリン酸を用いて処方した組成物を試験水に添加し、実施例１と同様に評価した。

実施例６
（ａ）成分にステアリルジメチルアミンオキシド（ＳＤＭＡＯ）、（ｂ）成分にＰＥＩ１２００、（ｃ）成分に２−ヒドロキシアルキル（Ｃ１２，１４）−Ｎ，Ｎ−ジメチル酢酸ベタイン（２ＨＡＤＭＢ）、（ｄ）成分にＣＭＴＮａ、（ｅ）成分にＴＢＭＥＡ、（ｂ）成分を中和する酸としてクエン酸を用いて処方した組成物を試験水に添加し、実施例１と同様に評価した。

実施例７
実施例６の（ｄ）成分をステアリン酸メチルタウリンナトリウム（ＳＭＴＮａ）として処方した組成物を試験水に添加し、実施例１と同様に評価した。

比較例１〜３
実施例１〜３の（ｂ）成分とそれを中和する酸を添加しないことを除き、実施例１〜３と同様に評価した。

実施例１〜７と比較例１〜３の配合比および試験結果を表１に示す。
表１評価結果

本発明の実施例に係わる評価法２のループ式評価装置概略図である。

符号の説明

１差圧測定用試験区間
２助走区間
３流動ポンプ
４タンク
５電磁流量計
６冷凍機
７ヒーター
８差圧発信機

Claims

下記一般式（１）で表されるアミンオキシド（ａ）と、炭素数が２〜４のアルキレンイミンを重合することにより得られる、重合度が３〜１０，０００であるポリアルキレンイミン（ｂ）とを含有することを特徴とする水輸送抗力軽減用組成物。

（Ｒ¹は炭素数が８〜２２のアルキル基、又はアルケニル基、Ｒ²及びＲ³は、それぞれ独立して炭素数が１〜４のアルキル基又はアルケニル基、もしくは (Ａ^２Ｏ)_ｍＨで表される（ポリ）アルキレンオキシ基である。Ａ^１、Ａ^２はそれぞれ独立して炭素数１〜４のアルキレン基、ｎ、ｍはそれぞれ独立して０〜１０の整数である。−（ＯＡ^１）_ｎ、−（ＯＡ^２）_ｍで表される（ポリ）オキシアルキレン基は、一種類の繰り返し単位からなるものであっても、複数種の繰り返し単位からなるものであってもよく、その付加形態はランダム付加、ブロック付加のいずれでもよく、付加順序も特に限定されない。）
さらに下記一般式（３）もしくは（４）で表されるベタイン型界面活性剤（ｃ）、または／および下記一般式（５）で表されるタウリン誘導体塩（ｄ）を含有する請求項１に記載の水輸送抗力軽減用組成物。

（Ｒ^５は炭素数が８〜２２のアルキル基、又はアルケニル基、Ｒ^６及びＲ^７は、それぞれ独立して炭素数が１〜４のアルキル基又はアルケニル基、もしくは (Ａ^３Ｏ)_ｓＨで表される（ポリ）アルキレンオキシ基である。Ａ^３は炭素数１〜４のアルキレン基、ｓは０〜１０の整数である。Ｘは(ＣＨ_２)_ｎＣＯＯ、又はＣＨ_２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ_２ＳＯ_３を表す。Ｙは酸素又は、ＣＯＮＨ、又はＣＯＯ、又はＣＨＯＨで表される基を示し、ｐは１〜４の整数を表す。）

（Ｒ^８は炭素数が８〜２２のアルキル基、又はアルケニル基。ｑは１〜４、ｒは１〜４の整数を表す。）

（Ｒ^９は炭素数が８〜２２のアルキル基、又はアルケニル基。Ｒ^１０は水素又はメチル基、Ｘはアルカリ金属原子を表す。）
ポリアルキレンイミン（ｂ）に対して、０．１〜１０モル当量の酸を配合したことを特徴とする請求項１又は２に記載の水輸送抗力軽減用組成物。
さらに下記一般式（６）で表されるアミン類（ｅ）を配合したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の水輸送抗力軽減用組成物。

（Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３は炭素数が１〜４のアルキル基又は(Ａ^４Ｏ)_ｔＨ、又はＡ^５ＮＨ_２で表される基であり、Ａ^４、Ａ^５はそれぞれ独立して炭素数１〜４のアルキレン基、ｔは０〜１０の整数を表す。）
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水輸送抗力軽減用組成物を流体に添加することを特徴とする流体の管内輸送時における抗力軽減方法。