JP6722569B2 - モノハロゲノアミンの製造方法 - Google Patents
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Description
塩素系殺菌剤として最も汎用されているのは次亜塩素酸である。一方で、有機物による分解反応で次亜塩素酸の濃度が低下し、また、pHがアルカリであることにより殺菌効果が低下する課題がある。
モノクロラミンは、次亜塩素酸と比較して有機物と反応しにくく効果の持続性に優れる、金属材料を腐食させにくい、残留性が高い、バイオフィルムにも作用する、といった有利な点がある。一方、高濃度における保存安定性が悪いため、一般に、使用時にその都度発生させる、いわゆる用時調製により用いられる。
モノクロラミンは、塩素又は次亜塩素酸とアンモニアとを反応させることにより得られる。
本発明は、固体原料を用いてモノハロゲノアミンを製造する際に、モノハロゲノアミンの生成率を向上できるモノハロゲノアミンの製造方法を提供する。
本発明者等は、上記製造方法により、モノハロゲノアミンの生成率が向上することを見出した。これは、固体の(A)成分と固体の(B)成分とが、接触した状態で溶解した場合、反応して得られるモノハロゲノアミンが、原料である(A)成分又は(B)成分との副反応を誘発し易く、ジハロゲノアミン等の副生成物が生じたためではないかと考えられる。
以下、各成分について詳細に記載する。
(A)成分は水に溶解させた時に次亜ハロゲン酸及び/又は次亜ハロゲン酸イオンを放出する固体化合物である。
(A)成分としては、(A1)ハロゲン化イソシアヌル酸及びその塩、(A2)ハロゲン化ヒダントイン及び(A3)次亜ハロゲン酸塩から選ばれる固体化合物が挙げられる。
(A2)ハロゲン化ヒダントインとしては、具体例として、クロロジメチルヒダントイン、ジクロロジメチルヒダントイン、ブロモジメチルヒダントイン、ジブロモジメチルヒダントイン、ヨードジメチルヒダントイン、ジヨードジメチルヒダントイン、ブロモクロロジメチルヒダントイン、クロロヨードジメチルヒダントイン、ブロモヨードジメチルヒダントインが挙げられる。
(A3)次亜ハロゲン酸塩としては、具体例として、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、次亜塩素酸マグネシウム、塩化次亜塩素酸カルシウム、塩化次亜塩素酸マグネシウム等の次亜塩素酸塩、次亜臭素酸ナトリウム等の次亜臭素酸塩、次亜ヨウ素酸ナトリウム等の次亜ヨウ素酸塩が挙げられる。
(A)成分は、好ましくは、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム、ジクロロイソシアヌル酸カリウム、トリクロロイソシアヌル酸、クロロジメチルヒダントイン、ジクロロジメチルヒダントイン、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、次亜塩素酸マグネシウム、塩化次亜塩素酸カルシウム、及び塩化次亜塩素酸マグネシウムから選ばれる化合物である。
(A)成分は、より好ましくは、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム、トリクロロイソシアヌル酸、及び次亜塩素酸カルシウムから選ばれる化合物である。
(A)成分は、更に好ましくは次亜塩素酸カルシウムである。
(B)成分は、N−H結合及び/又はN+−H結合を有する固体の化合物である。
(B)成分としては、アンモニウム塩、第一級アミン、第二級アミン、スルファミン酸から選ばれる固体化合物が挙げられる。
(B)成分は、N+−H結合を有する固体の化合物が好ましい。
(B)成分は、より好ましくは、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸三アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム及び炭酸水素アンモニウムから選ばれる化合物である。
(B)成分は、更に好ましくは、塩化アンモニウムである。
(B)成分の対イオンは、より好ましくは、塩化物イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素イオン、硝酸イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、炭酸イオン、及び炭酸水素イオンから選ばれる。
(B)成分の対イオンは、更に好ましくは、塩化物イオン、硫酸イオン、リン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、及び炭酸水素イオンから選ばれる。
(B)成分の対イオンは、より更に好ましくは、塩化物イオンである。(B)成分は、より更に好ましくは、アンモニウムイオンと塩化物イオンとからなるアンモニウム塩、すなわち塩化アンモニウムである。
本発明では、(A)成分及び(B)成分を水に溶解させる際に、(C)アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、ケイ酸アルカリ金属塩、炭酸アルカリ金属塩、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物から選ばれるアルカリ剤〔以下、(C)成分という〕を水に溶解させることが好ましい。水に溶解させる(C)成分は、固体であることがより好ましい。
(C)成分のアルカリ土類金属水酸化物は、水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムが挙げられ、水酸化カルシウムが好ましい。また、アルカリ土類金属水酸化物としては、塩化水酸化マグネシウム、塩化水酸化カルシウムのようなアルカリ土類金属塩化物水酸化物が挙げられる。
(C)成分のケイ酸アルカリ金属塩としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウムが挙げられ、ケイ酸ナトリウムが好ましい。ケイ酸ナトリウムは、メタケイ酸ナトリウムが好ましい。
(C)成分の炭酸アルカリ金属塩は、炭酸カリウムや炭酸ナトリウムが挙げられ、炭酸カリウムが好ましい。
アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物は、水と反応してアルカリ金属水酸化物又はアルカリ土類金属水酸化物となるため、本発明では(C)成分として使用することができる。アルカリ金属酸化物としては、酸化ナトリウム、酸化カリウムが挙げられる。アルカリ土類金属酸化物としては、酸化マグネシウム、酸化カルシウムが挙げられる。
(C)成分は、アルカリ土類金属水酸化物が好ましく、水酸化カルシウムがより好ましい。
本発明のモノハロゲノアミンの製造方法は、(A)成分と、(B)成分と、任意に(C)成分と、水とを混合するモノハロゲノアミンの製造方法である。
本発明では、(A)成分と(B)成分とを、固体状態の(A)成分と固体状態の(B)成分とが接触する部分が生じないように同一の容器内に配置して、該容器内で水に溶解させる。
なお、(A)成分、(B)成分及び(C)成分について、それぞれが固体であるということは、室温、例えば20℃において固体であることをいう。また、(A)成分、(B)成分又は(C)成分が、他の固体と混合されたり担持されたりして、全体として実質的に固体であると認識できる状態も、固体に含めることができる。
(i)(A)成分又は(B)成分の一方を支持体に担持させて他方を担持させずに容器内に配置する方法、
(ii)(A)成分と(B)成分の両方をそれぞれ別々の支持体に担持させて容器内に配置する方法、
(iii)(A)成分と(B)成分とを仕切り板を隔てて別々に、又は(A)成分と(B)成分との距離を十分に設けて、容器内に配置する方法、
などが挙げられる。(iii)の態様では、同一の支持体を用いてもよい。
(A)成分と(B)成分とが接触する部分が生じなければ、これらの方法を組み合わせてもよい。
メッシュ構造の目開き(四角穴)又は孔径(丸穴)は、(A)成分と(B)成分の粒子が通過しない大きさが好ましく、(A)成分と(B)成分の粒子の平均粒径より小さいことが好ましい。
メッシュ構造の目開き(四角穴)又は孔径(丸穴)の最大径は、固体を溶解させる観点から、好ましくは0.01mm以上、更に好ましくは0.1mm以上、更に好ましくは0.5mm以上、そして、成分が固体のまま通過するのを抑制する観点から、好ましくは20mm以下、更に好ましくは5mm以下、更に好ましくは2mm以下とすることができる。
(I):(A)成分及び(B)成分の一方を水を通過させる材料を含んだ支持体に担持させ、他方を容器内に配置して溶解させる方法
(II):(A)成分と(B)成分とを、水を通過させる材料を含んだ別々の支持体に担持させて溶解させる方法
(III):(A)成分と(B)成分とを、仕切り板を隔てて別々に配置して溶解させる方法
仕切り板は、水を通過させる材料であっても、水を通過させない材料であってもよく、また、同一の支持体を用いてもよい。
(A)成分と(B)成分とが接触する部分が生じなければ、これらの方法を組み合わせてもよい。
図1(i)は、底面及び側面に微細な開口が多数形成された筒状の収容容器1と、これを設置する溶解用容器2の概略図である。溶解用容器2には、水が収容される。(A)成分及び(B)成分の一方を収容容器1に入れ、(A)成分及び(B)成分の他方を溶解用容器2に入れる。この態様では、収容容器1に(A)成分が収容され、溶解用容器2の水中に(B)成分と(C)成分が収容される。収納容器1は、溶解用容器2の水中に配置される。これにより、(A)成分と(B)成分は、互いに接触する部分が生じない状態で溶解用容器2内に配置されて、該容器2内で水に溶解する。この態様では、溶解用容器2全体を揺動させることで(A)成分と(B)成分を溶解させることができる。
図(i)、(ii)、(iv)、(v)のメッシュの収容容器に形成されている目開き(四角穴)又は孔径(丸穴)の最大径は、0.01mm以上、0.1mm以上、0.5mm以上、そして、20mm以下、5mm以下、2mm以下とすることができる。
また、図(iii)の平板状メッシュは、目開きが、0.01mm以上、更に0.1mm以上、0.5mm以上、そして、20mm以下、5mm以下、2mm以下とすることができる。
このモル比は、[(A)成分より生成する次亜ハロゲン酸量(理論生成モル数)及び次亜ハロゲン酸イオン量(理論生成モル数)の和]/[(B)成分中の少なくとも1つの水素原子が結合した窒素原子量(理論モル数)]の比である。
このモル比は、[(A)成分より生成する次亜ハロゲン酸量(理論生成モル数)及び次亜ハロゲン酸イオン量(理論生成モル数)と(C)成分に由来する水酸化物イオン量(理論生成モル数)との和]/[(B)成分中の少なくとも1つの水素原子が結合した窒素原子量(理論モル数)]の比である。
また、(A)成分より生成する次亜ハロゲン酸イオン量(理論生成モル数)は、(A)成分の質量を(A)成分の分子量で割った値に、分子内の次亜ハロゲン酸イオン数を掛けた物質量として定義される。
また、(B)成分中の少なくとも1つの水素原子が結合した窒素原子量(理論モル数)は、(B)成分の質量を(B)成分の分子量で割った値に、分子内の少なくとも1つの水素原子が結合した窒素原子数を掛けた物質量として定義される。
また、(C)成分に由来する水酸化物イオン量(理論生成モル数)は、アルカリ金属水酸化物とアルカリ土類金属水酸化物については、金属水酸化物の質量を金属水酸化物の分子量で割った値に、分子内の水酸化物イオン数を掛けた物質量として定義される。また、アルカリ金属酸化物を用いる場合は、アルカリ金属酸化物から生成するアルカリ金属水酸化物について同様に算出される物質量として定義される。また、アルカリ土類金属酸化物を用いる場合は、アルカリ土類金属酸化物から生成するアルカリ土類金属水酸化物について同様に算出される物質量として定義される。
また、(C)成分に由来する水酸化物イオン量(理論生成モル数)は、ケイ酸アルカリ金属塩と炭酸アルカリ金属塩については、該化合物が、水中で完全に解離したと仮定した場合に生じる水酸化物イオン量として定義される。例えば、メタケイ酸ナトリウムは、以下のように、1モルから2モルの水酸化物イオンが生成する化合物である。
Na2SiO3 → 2Na(+) +SiO3 (2-)
SiO3 (2-) + 2H2O ⇔ H2SiO3 + 2OH(-)
(A)成分及び(B)成分の仕込み量から計算される水中で生成するモノハロゲノアミンの理論濃度は、得られたモノハロゲノアミンを殺菌剤として使用する観点から、好ましくは100μg/L以上、より好ましくは1mg/L以上、更に好ましくは10mg/L以上、より更に好ましくは100mg/L以上、より更に好ましくは200mg/L以上、より更に好ましくは500mg/L以上、そして、取扱い性の観点から、好ましくは100g/L以下、より好ましくは50g/L以下、更に好ましくは20g/L以下、より更に好ましくは10g/L以下、より更に好ましくは5g/L以下である。この理論濃度となる量で(A)成分と(B)成分とを用いることが好ましい。
理論モノハロゲノアミン生成濃度は、(A)成分より生成する次亜ハロゲン酸量(理論生成モル数)及び次亜ハロゲン酸イオン量(理論生成モル数)の和又は(B)成分中の少なくとも1つの水素原子が結合した窒素原子量(理論モル数)の少ない方の値に、モノハロゲノアミン分子の分子量を掛けて、水量で割った濃度として定義される。
また、水中で、実際に生成するモノハロゲノアミンの濃度は、得られたモノハロゲノアミンを殺菌剤として使用する観点から、好ましくは100μg/L以上、より好ましくは1mg/L以上、更に好ましくは10mg/L以上、より更に好ましくは100mg/L以上、より更に好ましくは200mg/L以上、より更に好ましくは500mg/L以上、取扱い性の観点から、好ましくは100g/L以下、より好ましくは50g/L以下、更に好ましくは20g/L以下、より更に好ましくは10g/L以下、より更に好ましくは5g/L以下である。
本発明のモノハロゲノアミンの製造方法は、殺菌剤の製造方法として実施しても良い。
任意の(C)成分は、(B)成分と共に第2の組成物に含有することが、モノハロゲノアミンの生成率の観点から好ましい。
第1の組成物における(A)成分の含有量は、前記した(B)成分とのモル比や重量比などを考慮して決定できる。第1の組成物中の(A)成分の含有量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、より好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、より好ましくは99質量%以上、好ましくは100質量%以下である。
第2の組成物における(B)成分の含有量は、前記した(A)成分とのモル比や重量比などを考慮して決定できる。第2の組成物中の(B)成分の含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、より好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、より好ましくは50質量%以上、そして、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下、より好ましくは65質量%以下であり、第2の組成物中の(C)成分の含有量が、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、より好ましくは30質量%以上、そして、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下、より好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。
・次亜塩素酸カルシウム:東ソー(株) トヨクロン−PTGIII、有効塩素70.5%、平均粒径3mm
・塩化アンモニウム:ソーダニッカ(株) 塩化アンモニウム タブレット品、平均粒径5mm
・水酸化カルシウム:和光純薬工業(株) 試薬特級 水酸化カルシウム、平均粒径0.02mm
次亜塩素酸カルシウムの有効塩素測定は、HACH社 ポケット残留塩素計で行った。
また、実施例、比較例において、モノクロラミン濃度は、JIS K 0400−33−10:1999に記載のモノクロロアミン体結合塩素の定量を行った。
図1(i)の容器で(A)成分、(B)成分、及び(C)成分を溶解させた。
収容容器1を装着していない状態の溶解用容器2に、イオン交換水5000gを入れた。そこに、塩化アンモニウム17.5gと水酸化カルシウム10.0gを入れて、すぐに収容容器1を差し込み、該収容容器1に次亜塩素酸カルシウム22.5gを入れた。溶解用容器2を、10分間揺すって(10往復/分の速度で左右30〜40°の傾き、以下、実施例2、3、比較例1でも同じ)混合し、モノクロラミンを製造した。モノクロラミン濃度は2.30g/Lであり、原料の仕込み量から計算される理論生成濃度(以下、仕込み濃度という)2.30g/Lに対して、モノクロラミン生成率は100%であった。
なお、本例では、収容容器1のサイズは、直径3.8cmの円形、深さ10cmであった。収容容器1の目開きは、1mm×1mmの四角穴であった。
また、溶解用容器2のサイズは、縦14cm、横21cm、深さ21〜22cmであった。また、(A)成分と(B)成分間の最短距離は、12cmであった。
図1(ii)の容器で(A)成分、(B)成分、及び(C)成分を溶解させた。
収容容器1、1’が設置された溶解用容器2に、イオン交換水5000gを入れた。収容容器1に次亜塩素酸カルシウム22.5gを入れ、収容容器1’に塩化アンモニウム17.5gと水酸化カルシウム10.0gを入れた。溶解用容器2を10分間揺すって混合し、モノクロラミンを製造した。モノクロラミン濃度は2.30g/Lであり、仕込み濃度2.30g/Lに対して、モノクロラミン生成率は100%であった。
なお、本例では、収容容器1、1’のサイズは、直径4.3cmの円形、深さ16cmであった。収容容器1、1’の孔径は、直径2mmの丸形であった。
また、溶解用容器2のサイズは、縦12cm、横26cm、深さ23cmであった。また、(A)成分と(B)成分間の最短距離は、3cmであった。
図1(iii)の容器で(A)成分、(B)成分、及び(C)成分を溶解させた。
平板状のメッシュ3と仕切り板4とを備えた溶解用容器2に、イオン交換水5000gを入れた。溶解用容器2の片方の口から塩化アンモニウム17.5gと水酸化カルシウム10.0gをメッシュ3の上に入れ、もう片方の口から次亜塩素酸カルシウム22.5gをメッシュ3の上に入れた。溶解用容器2を10分間揺すって混合し、モノクロラミンを製造した。モノクロラミン濃度は1.84g/Lであり、仕込み濃度2.30g/Lに対して、モノクロラミン生成率は80%であった。
なお、本例では、メッシュ3の目開きは、1mmであった。
また、溶解用容器2のサイズは、直径21cmの円形、深さ21cmであった。また、(A)成分と(B)成分間の最短距離は、0.3cmであった。
図1(iv)の容器で(A)成分、(B)成分、及び(C)成分を溶解させた。
撹拌棒6に連結された収容容器5に次亜塩素酸カルシウム22.5gを入れ、収容容器5’に塩化アンモニウム17.5gと水酸化カルシウム10.0gを入れ、蓋7、7’を閉めた。イオン交換水5000gを溶解用容器2に入れ、収容容器5、5’及び撹拌棒6を水中に入れて10分間撹拌(50周/分の速度、以下、実施例5でも同じ)し、モノクロラミンを製造した。モノクロラミン濃度は2.13g/Lであり、仕込み濃度2.30g/Lに対して、モノクロラミン生成率は93%であった。
なお、本例では、収容容器5、5’はそれぞれ図2に示す形状であり、収容容器5のサイズは、直径(撹拌棒部分を含む)5cmの円形、深さ3.5cmであり、収容容器5’のサイズは、縦5cm、横5cm、深さ3cmあった。収容容器5、5’の孔径は、直径1.5mmの円形であった。
また、溶解用容器2のサイズは、直径25cmの円形、深さ26cmであった。また、(A)成分と(B)成分間の最短距離は、5cmであった。
図1(v)の容器で(A)成分、(B)成分、及び(C)成分を溶解させた。
撹拌棒6に連結された収容容器8の収容部8’に次亜塩素酸カルシウム22.5gを入れ、収容部8''に塩化アンモニウム17.5gと水酸化カルシウム10.0gを入れ、蓋10を閉めた。イオン交換水5000gを溶解用容器2に入れ、収容容器8及び撹拌棒6を水中に入れて10分間撹拌し、モノクロラミンを製造した。モノクロラミン濃度は2.16g/Lであり、仕込み濃度2.30g/Lに対して、モノクロラミン生成率は94%であった。
なお、本例では、収容容器8は図3に示す形状であり、サイズは、縦6cm(最大長)、横4.5cm、深さ7cmであった。また、収容容器8を平面から見た仕切り手段9から収容部8’’の横方向の端までの距離は4cmであった。収容容器8の孔径は、直径1.5mmの円形であった。
また、溶解用容器2のサイズは、直径25cmの円形、深さ26cmであった。また、(A)成分と(B)成分間の最短距離は、0.2cmであった。
図1(vi)の容器で(A)成分、(B)成分、及び(C)成分を溶解させた。
溶解用容器2に、イオン交換水5000gを入れた。水中に、塩化アンモニウム17.5gと水酸化カルシウム10.0gと次亜塩素酸カルシウム22.5gを入れた。溶解用容器2を10分間揺すって混合し、モノクロラミンを製造した。モノクロラミン濃度0.93g/Lであり、仕込み濃度2.30g/Lに対して、モノクロラミン生成率は40%であった。
なお、本例では、溶解用容器2のサイズは、縦14cm、横21cm、深さ21cmであった。
pH:(A)成分の全量と(B)成分の全量が溶解した時点でのpH
2:溶解用容器
3:平板状メッシュ
4:仕切り板
6:撹拌棒
7、7’、10: 収容容器の蓋
8’、8’’:収容部
9:仕切り手段
Claims (11)
- (A)水に溶解させた時に次亜ハロゲン酸及び/又は次亜ハロゲン酸イオンを放出する固体化合物〔以下、(A)成分という〕と、(B)N−H結合及び/又はN+−H結合を有する固体の化合物〔以下、(B)成分という〕とを、(A)成分と(B)成分とが接触する部分が生じないように同一の容器内に配置して、該容器内で水に溶解させて、反応させる、モノハロゲノアミンの製造方法。
- (A)成分の少なくとも一部と、(B)成分の少なくとも一部とを、同時に溶解させる、請求項1記載のモノハロゲノアミンの製造方法。
- (A)成分及び(B)成分の少なくとも一方を、水を通過させる材料を含んだ支持体に担持させて溶解させる、請求項1又は2記載の方法。
- 水を通過させる材料が、複数の開口を有する、請求項3記載のモノハロゲノアミンの製造方法。
- (A)成分と(B)成分とを、仕切り板を隔てて別々に配置して溶解させる、請求項1〜4の何れか1項記載のモノハロゲノアミンの製造方法。
- (A)成分と(B)成分を、(A)成分より生成する次亜ハロゲン酸量(理論生成モル数)及び次亜ハロゲン酸イオン量(理論生成モル数)の和が、(B)成分中の少なくとも1つの水素原子が結合した窒素原子量(理論モル数)に対して、0.001以上10以下のモル比となるように用いる、請求項1〜5の何れか1項記載のモノハロゲノアミンの製造方法。
- (A)成分と(B)成分とを溶解させた水のpHが8以上である、請求項1〜6の何れか1項記載のモノハロゲノアミンの製造方法。
- (A)成分が、水に溶解させた時に次亜塩素酸及び/又は次亜塩素酸イオンを放出する固体化合物である、請求項1〜7の何れか1項記載のモノハロゲノアミンの製造方法。
- (A)成分及び(B)成分の仕込み量から計算される水中で生成するモノハロゲノアミンの理論濃度が、100μg/L以上100g/L以下である、請求項1〜8の何れか1項記載のモノハロゲノアミンの製造方法。
- (B)成分が、N+−H結合を有する固体の化合物である、請求項1〜9の何れか1項記載のモノハロゲノアミンの製造方法。
- さらに、(C)アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、ケイ酸アルカリ金属塩、炭酸アルカリ金属塩、アルカリ金属酸化物及びアルカリ土類金属酸化物から選ばれる一種以上のアルカリ剤を、同一の容器内で溶解させる、請求項1〜10の何れか1項記載のモノハロゲノアミンの製造方法。
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