JP5501975B2 - 水溶性高分子の溶解方法 - Google Patents

Description

本発明は、水溶性高分子の溶解方法、及び水溶性高分子水溶液の製造装置に関する。

従来、ポリアクリルアミド等の水溶性高分子は、希薄な水溶液にして、高分子凝集剤、製紙用歩留り向上剤、増粘剤、紙力増強剤等の用途に広く使用されている。

水溶性高分子は、通常、粉体、又はゾル状液体、エマルション状液体、塩水分散体等の比較的高濃度 (通常２５質量％以上の場合が多い。) の液体の形態で市場に供給されている。従って、これら水溶性高分子の粉体又は液体を上記各用途に使用する場合、通常これらを希望する濃度の希薄水溶液に更に希釈して使用する。

しかし、上記市販の水溶性高分子を水に溶解して希薄水溶液にするためには、３０分間から数時間程度の比較的長時間が必要であり、操作性が悪い。更に、水溶性高分子を溶解して得られる希薄水溶液は、高分子濃度が低いため、体積が大きくなる。従って、水溶性高分子の希薄水溶液の製造装置や、製造した希薄水溶液の貯留槽等は、大型になる。その結果、これらの装置の設置面積が大きくなる。

特許文献１には、水溶性高分子の油中水型エマルションに希釈水を混合することにより、前記水溶性高分子を水に溶解する方法が記載されている。この方法においては、先ず、前記エマルションに水を混合して比較的高濃度の一次水溶液を得る。その後、更に希釈水を加えることにより、所望の濃度の希薄な水溶性高分子水溶液を製造している。特許文献１の場合、上記希釈方法により、比較的簡便に、水溶性高分子をより完全に希釈している。しかし、この方法は、水溶性高分子の油中水型エマルションを希釈する方法である。エマルションを形成する油の存在が問題になる用途の場合には、この方法は採用できない。
特開２００１-２１３９６８号(特許請求の範囲、段落０００４)

本発明者等は、水溶性高分子の希薄水溶液の製造方法につき、種々検討した。即ち、本発明者らは、一段階で水溶性高分子を水に溶解して目的濃度の水溶液を製造する従来の方法の場合や、比較的高濃度の液体の状態で供給される水溶性高分子を更に一段階で希釈して目的濃度の水溶液を製造する従来の方法を検討した(以下、上記一段階で水溶性高分子を目的濃度に溶解する通常の溶解方法を通常溶解法と略記する場合がある。)。

その結果、これらの従来の方法で得られる水溶性高分子水溶液の粘度は、本来水溶性高分子水溶液の有する粘度よりも低くなる傾向にあることに、本発明者らは気が付いた。さらに、従来の方法で得られる水溶性高分子水溶液は、凝集性等の目的とする性能(実用性能)が低下する傾向があることに、本発明者らは気が付いた。また更に、従来の方法で得られる水溶性高分子水溶液は、保存安定性が悪い傾向があることにも、本発明者らは気が付いた。この傾向は、特に鉱水等の低質水を水溶性高分子の希釈に用いる場合に顕著であった。

本発明者等は、上記現象を解明するために種々検討を行った。その結果、先ず一段階目として中濃度（０．１〜１質量％）の水溶性高分子水溶液を調製し、次いで、二段階目として、水溶性高分子水溶液を使用する直前に、前記中濃度の水溶性高分子溶液を目的とする低い濃度の水溶性高分子溶液に希釈する二段溶解法に想到した。

本発明の二段溶解法によれば、一段階で水溶性高分子を目的濃度に直接溶解する通常の溶解方法(通常溶解法)と比較し、得られる水溶性高分子水溶液は、粘度がより高く保たれ、保存安定性も良好になる。その結果、本溶解方法により得られる水溶性高分子水溶液は、実用性能も確実に優れていることが確認された。

本発明は、上記知見に基づき完成するに至ったものである。従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決する水溶性高分子水溶液の製造方法、及びその製造装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕 水溶性高分子が０．３〜１質量％溶解する一次水溶液を、その使用時に希釈倍率２〜３０倍の二次水溶液に希釈して使用に供することを特徴とする水溶性高分子の溶解方法。

・ 水溶性高分子が、固体粉末である〔１〕に記載の水溶性高分子の溶解方法。

〔３〕 水溶性高分子が、カチオン性高分子又は両性高分子である〔１〕に記載の水溶性高分子の溶解方法。

〔４〕 インラインミキサーを用いて一次水溶液を二次水溶液に希釈する〔１〕に記載の水溶性高分子の溶解方法。

〔５〕 水溶性高分子が０．３〜１質量％溶解する一次水溶液を製造して使用時まで貯蔵しておく一次水溶液製造工程と、
水溶性高分子水溶液の使用時に前記貯蔵している一時水溶液を希釈倍率２〜３０倍の二次水溶液に希釈して使用に供する二次水溶液製造工程と、
を有することを特徴とする水溶性高分子の溶解方法。

〔６〕 〔１〕乃至〔５〕の何れかの溶解方法で溶解した二次水溶液を、高分子凝集剤又は製紙用歩留り向上剤に用いる二次水溶液の使用方法。

〔７〕 水溶性高分子を０．３〜１質量％溶解する一次水溶液を貯留する一次水溶液槽と、所定の流量で希釈水を送液する手段Ａを備えた希釈水供給管と、前記希釈水供給管に介装されるインラインミキサーと、前記一次水溶液槽とインラインミキサーの上流側とを連結すると共に一次水溶液槽内の一次水溶液を所定流量でインラインミキサーの上流側に送液する手段Ｂを有する一次水溶液供給管と、手段Ａ、Ｂの流量を制御する制御部とを有する水溶性高分子水溶液の製造装置。

本発明の水溶性高分子の溶解方法は、固体状の水溶性高分子を水で溶解して、又は高濃度の水溶性高分子水溶液を水で希釈して、中濃度（０．３〜１質量％）の水溶性高分子の一次水溶液を予め製造して貯蔵しておく。その後、使用する時期が到来した際に、前記貯蔵している一次水溶液を２〜３０倍に希釈して、目的とする低濃度の二次水溶液を製造して各種用途に使用する。

水溶性高分子の溶解において、固体状の高分子を溶解する場合は、長時間を要する。しかし、予め溶解されている中濃度の一次水溶液を更に希釈して、目的とする二次水溶液を製造するのに要する時間は短い。従って、本発明の溶解方法によれば、一次水溶液を希釈することにより、所望の濃度の二次水溶液を短時間に製造できる。その結果、使用現場の目的に応じて、又は使用現場の運転条件の変動に応じて、簡単に、且つ短時間内に任意の濃度の希釈水溶液を製造できる。従って、本溶解方法は水溶性高分子水溶液の使用条件の変動に容易に対応ができる。

本発明の水溶性高分子の二段溶解法によれば、水溶性高分子を中濃度（０．３〜１質量％）に溶解した一次水溶液を予め製造しておき、使用時に水を用いて一次水溶液を２〜３０倍に希釈する。従って、大量の低濃度の二次水溶液を一度に製造する必要がない。その結果、大量の二次水溶液を貯留しておく大型の貯留槽は不要である。即ち、敷地面積が少ない製造現場においても、本溶解方法は採用できる。

水溶性高分子は、０．３質量％未満の低濃度の水溶液状態で保存すると、溶液粘度が低下する。この粘度の低下した水溶性高分子水溶液を凝集剤や抄紙歩留り向上剤として使用する場合は、凝集性、抄紙歩留り向上性等が減少する傾向が認められる。また、溶媒として用いる水が鉱水、硬水、河川水等の低品位水の場合も同様に粘度が低下する傾向にある。しかし、０．３質量％以上の中濃度の溶液状態で保存する場合は、水溶性高分子水溶液の粘度低下は起りにくい。従って、本溶解方法によれば、水溶性高分子水溶液の粘度を減少させることなく、長期使用に耐える水溶性高分子水溶液を提供できる。

本発明の水溶性高分子水溶液の製造装置は、簡単な構成で、任意の低濃度の水溶性高分子水溶液を連続的に製造できる。また、水溶性高分子水溶液の濃度の変更も簡単である。

図１は、本発明の水溶性高分子水溶液の製造装置の構成の一例を示すフロー図である。

１００ 水溶性高分子水溶液の製造装置
２ 希釈水供給管
Ａ 希釈水を所定の流量で送液する手段
４ インラインミキサー
Ｘ 希釈水の流れ方向
６ 一次水溶液槽
８ 一次水溶液
１０ 底壁
１２ 一次水溶液供給管
Ｂ 一次水溶液を送液する手段
１４ 制御部

本発明の水溶性高分子の溶解方法において、用いる水溶性高分子は、特に制限が無く、任意の水溶性高分子が使用できる。

本発明の水溶性高分子の溶解方法において用いる水溶性高分子としては、水溶性のカチオン性単量体、アニオン性単量体、ノニオン性単量体を、単独または共重合して得られる水溶性高分子が好ましい。これらの中でも、カチオン性単量体を必須成分とするカチオン性高分子、およびカチオン性単量体とアニオン性単量体を必須成分とする両性水溶性高分子が、より好ましい。

カチオン性単量体としては、ラジカル重合性を有するものであれば、使用に制限はない。ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの３級塩（塩酸塩、硫酸塩等）が例示される。具体的には、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートとしては、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート及びジエチルアミノ−２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。

更に、カチオン性単量体としては、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドの塩酸塩、硫酸塩等の３級塩が例示される。ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドとしては、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドが例示される。

また更に、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのハロゲン化アルキル付加物や、ハロゲン化アリール付加物などのジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの４級塩が例示される。ハロゲン化アルキル付加物としては塩化メチル付加物などがある。ハロゲン化アリール付加物としては、塩化ベンジル付加物などがある。

また、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリルアミドのハロゲン化アルキル付加物、ハロゲン化アリール付加物等の４級塩が例示される。ハロゲン化アルキル付加物としては塩化メチル付加物が例示される。ハロゲン化アリール付加物としては、塩化ベンジル付加物が例示される。

これらの中でも、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの３級塩又は４級塩が好ましい。なお、本明細書においては、メタクリレート及びアクリレートを（メタ）アクリレートと、またメタクリルアミド及びアクリルアミドを（メタ）アクリルアミドと、表現する場合がある。

アニオン性単量体としては、ラジカル重合性を有するものであれば、制限無く使用できる。アニオン性単量体としては、不飽和カルボン酸及びその塩が挙げられる。具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸及びマレイン酸などが挙げられる。アクリル酸及びメタクリル酸が好ましい。

前記不飽和カルボン酸の塩としては、ナトリウム塩及びカリウム塩などのアルカリ金属塩や、アンモニウム塩が挙げられる。

ノニオン性単量体としては、（メタ）アクリルアミド、ジメチルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミド、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、アクリロニトリル及びビニルアセテートなどが挙げられる。これらの中でも（メタ）アクリルアミドが好ましい。

これらのカチオン性単量体、アニオン性単量体及びノニオン性単量体は、単独、または２種以上を混合して重合することにより、水溶性高分子を製造することができる。水溶性高分子としては、上記のように、カチオン性単量体を必須の構成とするもの、あるいはカチオン性単量体とアニオン性単量体とを必須の構成とするものが好ましい。

水溶性高分子を製造する際に、カチオン性単量体を使用する場合、又はカチオン性単量体とアニオン性単量体との両単量体を使用する場合においては、上記単量体に加えて、ノニオン性単量体として(メタ)アクリルアミドを併用することが好ましい。ノニオン性単量体を併用することにより、得られる水溶性高分子の各種物性を調整できる。

カチオン性単量体と(メタ)アクリルアミドとを併用する場合は、(メタ)アクリルアミドの併用割合は、全水溶性単量体の１〜９０モル％が好ましく、１０〜８０モル％がより好ましく、２０〜６０モル％が特に好ましい。
カチオン性単量体とアニオン性単量体とを併用する場合は、(メタ)アクリルアミドの併用割合は、５〜８０モル％が好ましく、１０〜７０モル％がより好ましく、２０〜５０モル％が特に好ましい。

い。

水溶性高分子の重量平均分子量は、特に制限はないが、高分子凝集剤などに使用する場合は、１００万〜２０００万が好ましく、２００万〜１０００万がより好ましい。

水溶性高分子は、通常、高分子凝集剤、高分子脱水剤、歩留り向上剤、増粘剤等の名称で市販されている。本発明においては、これら市販の水溶性高分子を利用することもできる。

本発明においては、先ず、上記水溶性高分子を水に溶解させて、０．３〜１質量％の中濃度の水溶性高分子の一次水溶液を製造する。溶解の際に使用する水としては、特に制限が無く、水道水、鉱水、工水、蒸留水、イオン交換水、井水等が使用できる。これらの水の中でも、金属イオン濃度の低い中性の水が好ましい。

溶解方法としては、攪拌しながら、水に、計算量の水溶性高分子を徐々に添加して溶解する方法が好ましい。攪拌は、インペラーを用いる攪拌方法が例示される。溶解方法自体は、公知である。溶解時間は、通常３０分間以上で、２〜３時間程度必要な場合がある。

上記方法により製造される一次水溶液は、その状態で、直ちに希釈されて、二次水溶液が調製される。又は、一次水溶液は、使用時期が到来するまで貯蔵される。貯蔵方法は特に制限が無く、例えば雨水等の混入が防止される容器等に収納して、大気雰囲気中で保存すればよい。

一次水溶液中の水溶性高分子の濃度が１質量％を超える場合は、水溶液の粘度は高く、流動性が悪い。その結果、水溶液を撹拌する攪拌機の負荷が過大になり易い。かつ水溶性高分子を溶解するのに長時間が必要である。更に、一次水溶液の粘度が高いため、希釈して二次水溶液を得る場合に、希釈に比較的長時間を要する。この場合は、後述するインラインミキサー等の使用が困難になる。

一方、一次水溶液中の水溶性高分子の濃度が０．３質量％未満の場合は、この水溶性高分子水溶液は時間の経過と共に、粘度低下が起きる傾向が認められる。

次に、一次水溶液を製造した後、直ちに、又は貯蔵後、使用時期が到来した際に、前記一次水溶液を水で希釈し、使用する。希釈倍率は２〜３０倍が好ましい。希釈水としては、一次水溶液を製造する際に使用する水がそのまま使用できる。二次水溶液の製造中は、希釈中の水溶性高分子水溶液を攪拌をすることが好ましい。攪拌方法としては、上記インペラーを用いる方法等が挙げられる。好ましい撹拌方法としては、インラインミキサーを用いる撹拌方法がある。インラインミキサーとしては、可動部を持たないスタティックミキサーが好ましい。

一次水溶液中の水溶性高分子は、均一な状態で水に溶解しているので、一次水溶液の希釈に要する時間は短い。取扱う一次水溶液の量により異なるが、インペラーを備える撹拌装置を使用する場合、通常５分以内で、多くの場合は１分以内で一次水溶液は均一に希釈され、二次水溶液が得られる。特に、スタティックミキサーを用いる場合は、１０秒以下で希釈される。この希釈により、低濃度の二次水溶液が得られる。

上記溶解方法により製造される二次水溶液は、後述する実施例のデータから明らかなように、一工程で直接所望の濃度に水溶性高分子を溶解して得られる水溶性高分子水溶液の場合と比較し、粘度が高く、且つ時間が経過しても粘度の低下が少ない。その結果、この二次水溶液を凝集剤や歩留り向上剤等として使用する場合、凝集効果の向上や、歩留り向上等の有益な性状を示す。

図１は、本水溶性高分子の溶解方法に好適に使用できる水溶性高分子水溶液の製造装置の一例を示す。

図１中、１００は、水溶性高分子水溶液の製造装置である。希釈水供給管２には、希釈水を所定の流量で供給する手段Ａ、及びインラインミキサー４が、希釈水の流れ方向Ｘに沿って順次介装されている。

インラインミキサーとしては、その内部に攪拌羽根を有し、この攪拌羽根を回転することにより流体を攪拌する構造のものや、スタティックミキサーが好ましい。スタティックミキサーは、円筒管の内部に複数の邪魔板が流れ方向に沿って挿入されている構造を有する。スタティックミキサー内を流れる流体は、前記邪魔板で分割されることを繰返し、その結果、流体が混合される。インラインミキサー自体は、市販品が利用できる。

６は一次水溶液槽で、その内部には、水溶性高分子を０．３〜１質量％溶解する一次水溶液８が貯留されている。一次水溶液槽６の底壁１０には、一次水溶液供給管１２の一端が接続され、その他端は、前記インラインミキサー４の上流側に連結されている。

前記一次水溶液供給管１２には、一次水溶液を送液する手段Ｂが介装され、一次水溶液８を所定流量で、インラインミキサー４の上流側に供給する。

１４は、手段Ａ，Ｂの送液量を制御する制御部で、この制御部１４の制御の下に、手段Ａ及びＢは、任意に定められた流量の希釈水及び一次水溶液８を、インラインミキサー４に供給する。

この装置においては、手段Ａ、Ｂの流量を変えることにより、任意の希釈割合の二次水溶液がインラインミキサー４の出口側から取出される。

この装置１００を用いて、二次水溶液を製造する場合、中濃度の一次水溶液８を貯蔵する一次水溶液槽６の容積は少量でも、これを希釈することにより、多量の二次水溶液を得ることができる。従って、本発明の水溶性高分子の溶解方法によれば、装置の設置面積が少なくてすむ。その結果、本発明の水溶性高分子の溶解方法は、少量規模で二次水溶液を使用する工場や処理場に使用する場合に、好適である。

なお、上記説明においては、手段Ａをインラインミキサー４の前段に設けたが、これに限られず、手段Ａをインラインミキサー４の後段に設けても良く、その他本発明の要旨を変更しない限り種々の変形を加えても良い。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

検討例１ （溶解時間の検討）
水溶性高分子の溶解方法を検討するに際し、先ず、下記前提条件ａ）、ｂ）を確認した。

(a） 本発明の二段階溶解法により水溶性高分子を溶解して一次水溶液を製造するために必要な溶解時間と、通常溶解法により水溶性高分子を一段階で溶解して目的濃度の水溶性高分子水溶液を製造するために必要な溶解時間と、の間に大きな差がないこと
(b） 一次水溶液を用いて二次水溶液を製造する時間が短く、且つ製造が容易であること
表１に記載する条件で確認試験を行った。即ち、銘柄Ａ〜Ｇの水溶性高分子を用いて、通常溶解法により濃度０．１質量％の水溶性高分子水溶液を調製した。この際、溶解開始後の経過時間に対する水溶性高分子水溶液の溶解状態を観察した。一方、同様にして０．５質量％、１．０質量％、１．２質量％の一次水溶液を調製した。その際、前記通常溶解法の場合と同様にして、溶解開始後の経過時間に対する水溶性高分子水溶液の溶解状態を観察した。これらの結果を表２に示した。

表２の結果から、水溶性高分子を一段で目的濃度０．１質量％に溶解する通常溶解に必要な時間と、水溶性高分子を０．３〜１．０質量％の一次水溶液濃度に溶解する一次溶解に必要な時間とは、ほぼ同等であることが分った。った。従って、前記濃度範囲の場合、通常溶解時間と一次溶解時間とは、実用上差が無いことが確認された。

なお、一次水溶液濃度が１．２質量％濃度の場合は、溶解時間が長くなることが確認された。

検討例２(二次溶解時間の検討)
一次水溶液を希釈して、均一な二次水溶液を得るために必要な時間(二次溶解時間)を検討した。検討条件を表４に、検討結果を表５に示した。

表５の二次溶解時間から明らかなように、何れの水溶性高分子も、一次水溶液を希釈して二次水溶液を調製するために必要な二次溶解時間は、いずれも１０秒以内であった。即ち、一次水溶液を二次水溶液に希釈する場合、１０秒以内で均一に希釈できた。従って、実機レベルの水溶性高分子水溶液の製造装置においては、希釈装置としてインラインミキサーなどの比較的短時間で混合希釈できる装置を採用できる。

実施例１〜１０、比較例１〜７
一段階で目的水溶液濃度に溶解する通常溶解法と、一次水溶液を更に二次水溶液に希釈する本発明の二段階溶解法とを用いて、水溶性高分子水溶液を製造した。水溶性高分子水溶液を製造する際に、これらの溶解法と、これら溶解法により得られる水溶性高分子水溶液の粘度、カチオン価との関係を検討した。

通常溶解法を採用する場合は、先ず各銘柄の水溶性高分子の０．２質量％水溶液を調製し、次いで０．２質量％水溶液を調製後の経過時間と、粘度との関係を測定した。

二段階溶解法を採用する場合は、先ず、各銘柄の水溶性高分子の０．５又は１．０質量％水溶液（一次水溶液）を調製した。次いで、調製直後、一日後、２日後に、これらの一次水溶液を０．２質量％の二次水溶液に希釈し、それらの粘度を測定した。その後、これら０．２質量％に希釈した二次水溶液を静置し、二次水溶液を調製後の経過時間と粘度との関係を測定した。

通常溶解法で調製した０．２質量％の水溶性高分子水溶液と、二段階溶解法で調製した０．２質量％の水溶性高分子水溶液とを比較すると、高カチオン系水溶性高分子水溶液の場合、及び両性系水溶性高分子水溶液の場合の何れも、物性はより顕著な差異を示した。二段階溶解法で調製した水溶性高分子水溶液の粘度は、通常溶解法で調製した水溶性高分子水溶液の粘度よりも高い値を示した。更に、二段階溶解法で調製した０．２質量％の二次水溶液の粘度の低下速度は、通常溶解法により得られる０．２質量％の水溶性高分子水溶液の粘度の低下速度よりも小さかった。

表６に検討条件を記載した。表７に検討結果をまとめた。更に、カチオン価を測定した。結果を表８に記載した。

本発明者らは、粘度の減少が起きる理由を、以下に記載するように考えている。即ち、水溶性高分子の希薄水溶液のpHは、高濃度水溶液と比較し、アルカリ性に近い値である。その結果、希薄水溶液中においては、水溶性高分子が加水分解され易くなる。また、両性水溶性高分子の場合は、希薄水溶液の状態においては、イオンコンプレックスを形成し易くなる。上記理由により、水溶性高分子の希薄水溶液は、経時的にその物性が大きく変化しやすくなる。これに対して、水溶性高分子の中濃度水溶液は、物性の変化が小さく保たれる。

上述する理由で、中濃度の水溶性高分子水溶液の状態で貯蔵し、使用直前に貯蔵している中濃度の水溶性高分子水溶液を希釈する本発明の溶解方法(二段階溶解法)で得られる低濃度の高分子水溶液は、通常溶解法で得られる水溶性高分子水溶液よりも良好な物性を示す。

この傾向は、イオン性の高いカチオン水溶性高分子の場合、及び両性水溶性高分子の場合に、特に顕著である。具体的には、この傾向は、全構成単量体単位を基準として、カチオン性単量体単位を４０ｍｏｌ％以上の含む中カチオン性水溶性高分子の場合に顕著で、７０ｍｏｌ％以上の高カチオン性水溶性高分子の場合に特に顕著である。

更に、カチオン性単量体単位含有量（以下Ｃｖ[ｍｏｌ％]）と、アニオン性単量体単位含有量（以下Ａｖ[ｍｏｌ％]）とが同じ程度の両性水溶性高分子の場合、詳しくはＣｖ／Ａｖ≦１０且つＡｖ／Ｃｖ≦３．０の場合に、この傾向はより顕著である。

更に、この傾向は、メタクリレート系単量体単位を有する高カチオン性水溶性高分子の場合よりも、アクリレート系単量体単位を有する高カチオン性水溶性高分子の場合において、顕著である。この理由は明確ではないが、メタクリレート系単量体単位は、アクリレート系単量体単位よりも相対的に加水分解されにくい化学構造であるためと推定される。

更に、同一濃度の水溶性高分子水溶液の場合であっても、一次水溶液を調製後、直ちに、この一次水溶液を希釈して得られる水溶性高分子水溶液の粘度は、通常溶解で得られる水溶性高分子水溶液の粘度よりも高い。前記粘度差が生じる理由は、以下に記載する理由によると、本発明者らは解釈している。即ち、通常溶解法の場合は、水溶性高分子を溶解するのに１時間を要する。さらに、通常溶解法で調製される希薄な水溶性高分子水溶液は、相対的にアルカリ性に近いｐＨになっており、使用に供されるまでは、このｐＨで保管されている。その結果、通常希釈法により調製する水溶性高分子は加水分解し、またイオンコンプレックスが生成して低粘度化する。これに対し、二段溶解法による二次水溶液の調製時間は短時間であるので、水溶液の粘度低下が起き難い。

検討例３
表９に示す塩類を含む模擬鉱水を調製した。一般に、鉱水を用いて調製する水溶性高分子水溶液の粘度は、金属イオンを含まない水を用いて調製する水溶性高分子水溶液の粘度よりも低くなる。更に、鉱水を用いて調製する水溶性高分子水溶液のカチオン価は、塩が共存するため、測定し難い。

この模擬鉱水に、水溶性高分子を表１０に示す濃度で溶解させた。各濃度の水溶性高分子溶液を静置し、析出物の有無を観察した。

次に、これらの水溶性高分子水溶液を模擬鉱水で希釈した。希釈した水溶性高分子水溶液静置し、その濃度における析出物の有無を観察した。結果を表１０に示した。

高カチオン系水溶性高分子水溶液が懸濁した理由は、水溶性高分子が加水分解により両性化し、その結果沈殿やコンプレックスを形成したためと考えられる。

両性水溶性高分子水溶液は、低濃度の場合は短時間で懸濁するが、中濃度の場合は懸濁するのに長時間を要する。しかし、現象的には、水溶性高分子の中濃度水溶液を希釈する場合、希釈した低濃度水溶液は、希釈後すぐには懸濁しない（懸濁が遅延する）。現在のところ、この理由は十分に解明されていない。

実施例１８、比較例１５
製紙工場排水汚泥の脱水試験
水溶性高分子水溶液を用いて、製紙工場排水汚泥の脱水試験を行った。試験条件を表１１に記載した。試験結果を表１２に示した。ろ水量に関しては、微差ではあるが、本発明の二段溶解法が有利であった。ケーキ含水率は、比較例の方が高かった。

なお、ＴＳは蒸発残留物、ＶＴＳは強熱減量、ＳＳは浮遊物質、ＶＳＳは浮遊物質強熱減量を示す。

実施例１９、比較例１５
水溶性高分子水溶液を用いて、下水処理場消化汚泥の脱水試験を行った。試験条件を表１３に記載した。試験結果を表１４に示した。

表１４から、フロック径、ろ水量、ろ液濁度、ケーキ含水量に関しては、本発明の二段溶解法が有利であることが分る。ケーキ含水量は何れも実施例１９の方が、比較例１５よりも低い。この相違は、上記ＤＡ系中カチオンの実施例１８と比較例１４との相違よりも顕著である。

実施例２０、比較例１６
水溶性高分子水溶液を用いて、抄紙歩留り試験を実験室規模で行った。試験条件を表１５に、結果を表１６に示した。
通常希釈法よりも二段溶解法により調製した高分子水溶液を用いる方が、抄紙歩留り性能がよかった。通常希釈法による場合は、若干ながらも水溶性高分子の性能低下が生じているものと思われる。

表１５中に記載した模擬工業用水は、水にＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ （分子量１７２．１７）を５０ｍｇ／Ｌ、ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ （分子量１４７．０１）を４０ｍｇ／Ｌ、ＮａＨＣＯ_３ （分子量８４．０２）を６０ｍｇ／Ｌ添加して調製した。

実施例２１、２２、比較例１７、１８
水溶性高分子水溶液を用いて、製紙マシンを用いる実機試験を行い、表１８に示す項目を評価した。結果を表１８に示した。なお、試験条件を表１７に示した。

水溶性高分子の添加量が同一であれば、通常溶解法よりも、二段溶解法の水溶性高分子水溶液を用いる方が、歩留り性、地合性とも優位の結果が得られた。この理由は、実機における水溶性高分子の溶解設備、および用いた水の水質条件が影響したものと思われる。即ち、通常希釈法の場合には、水溶性高分子水溶液の粘度低下が激しくなり、十分に水溶性高分子の機能が発揮できなかったためと考えられる。

Claims (4)

1. カチオン性単量体単位を４０モル％以上含むカチオン性水溶性高分子粉末又はカチオン性単量体単位を４０モル％以上含む両性水溶性高分子粉末、又はこれらの水溶性高分子を２５質量％以上含む水溶性高分子水溶液を、
   ３０分〜２時間撹拌しながら水に溶解させることにより得られる、前記水溶性高分子が０．３〜１質量％溶解する一次水溶液を、
   その使用時に希釈倍率２〜３０倍の二次水溶液に希釈して使用に供することを特徴とする水溶性高分子の溶解方法。
2. インラインミキサーを用いて一次水溶液を二次水溶液に希釈する請求項１に記載の水溶性高分子の溶解方法。
3. カチオン性単量体単位を４０モル％以上含むカチオン性水溶性高分子粉末又はカチオン性単量体単位を４０モル％以上含む両性水溶性高分子粉末、又はこれらの水溶性高分子を２５質量％以上含む水溶性高分子水溶液を、
   ３０分〜２時間撹拌しながら水に溶解させて前記水溶性高分子が０．３〜１質量％溶解する一次水溶液を製造し、前記製造した一次水溶液を使用時まで貯蔵しておく一次水溶液製造工程と、
   水溶性高分子水溶液の使用時に前記貯蔵している一時水溶液を希釈倍率２〜３０倍の二次水溶液に希釈して使用に供する二次水溶液製造工程と、
   を有することを特徴とする水溶性高分子の溶解方法。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載する溶解方法で溶解した二次水溶液を、高分子凝集剤又は製紙用歩留り向上剤に用いる二次水溶液の使用方法。
   

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