JPS61164637A - 水中にポリマを迅速に溶解する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、水溶性ポリマに関するものであり、特にはこ
うしたポリマを水中に迅速に溶解する方法に関する。

従来技術 増粘・濃縮及び凝集用達において水溶性ポリマの溶液の
使用は良く知られている。こうした用途例としては、製
紙業における更には下水及び産業廃水の処理における水
溶液の清澄化が挙げられる。

このようなポリマ溶液はまた、でし）水用安定化剤とし
てまた水攻法による石油の二次回収において有用である
。

これらポリマはほとんど粉末或いは細分された固体粒と
して市販入手されるけれども、これらは水溶液の形で使
用されることがもっとも多い。これは、固体ポリマ材料
が水に溶解されることを必要とする。様々のポリマが多
少とも水溶性であるけれども、ポリマ水溶液を調製する
に当って、溶解速度が遅いためにまた固体ポリマが容易
には水に分散しないために、困難さとしばしば直面する
。

更に、水中への固体ポリマの分散は、それらの凝集傾向
即ち水との接触に際して凝集物としてとどまる傾向によ
り阻止される。未溶解固体粒が水に濡れたポリマの外側
コーティングに包みこまれ、該コーティングが追加的な
水が凝集物中に侵入するのを抑制するため、固体ポリマ
の塊が即ぐに生じる。これら塊の多くは攪拌の継続によ
り最終的には溶解されるけれども、完全な溶解を得るに
充分長時間溶液を攪拌することは非実用的である。

上記問題は、米国再発行特許２８，４７４及び２８．５
７６号に記載されている。

上記特許は、水溶性ポリマを迅速に溶解する方法を記載
し、ここではポリマが油中水滴型エマルジョンとして分
散せしめられモして後該エマルジョンが水に添加されて
ポリマを溶解状態に放出する。ここでの開示は、５：１
〜１：１０の油対水比率を必要とする。

この開示に従えば、５〜７５重量％ポリマを分散状態で
含有するエマルジョンが＃製されそして水溶液に転化さ
れつるとされている。しかし、実際上、上記方法に従っ
て調製されたエマルジョンのポリマ含量の上限は７５重
量％よりはるかに少なく、通常的には特定のエマルジョ
ンの特性に依存して１０〜５５重量％の範囲である。

更に、上記方法は実際上、安定な生成物を提供する為に
油／水／ポリマエマルシロン中に相当量の（油に基いて
例えば２０重量％乃至それ以上）乳化剤を必要とする。

発明の概要 本発明は上記問題点を克服するものである。

本発明に従えば、水溶性ｙ　＋）マ或いはガム或いはそ
の混合物が、 （ａ）＆リマ或いはガムの粒子をそれらが不溶性である
非水性液体キャリヤ中に分散せしめて、懸濁液を形成す
る段階と、 （ｂ）　　混合しながら懸濁液を水に添加して、ポリマ
を迅速溶解性の個々の粒子として水中に放出する段階と を包含する方法により水中に迅速に溶解される。

懸濁液は、乳化剤或いは界面活性剤の存在下で水に添加
されつる。別様には、乳化剤はポリマ或いはガムの液体
キャリヤへの添加前にキャリヤに添加してもよい。液体
キャリヤは水に可溶性であってもよいし不溶性であって
もよい。

ポリマ或いはガム粒子は、ポリマ或いはガムの分子構造
を劣化しない粉砕化方法により調製される。安定した生
成物を与えるのに乳化剤及び（或いは）表面活性剤は全
く不要であるか、使用するとしてもきわめて少量で足り
る。

具体的説明 水溶性ポリマ これらポリＴは斯界で周知であり、多くの文献　　・や
特許に記載されている。その側を挙げると、グアー及び
いなごまめガムのような天然に存在するガラクトマンナ
ンガム、アルギン酸塩、生物学的に生成されるポリマ（
例えばキサンタンガム）、ポリエチレンオキシド、水溶
性縮合重合体、ポリアクリルアミドやアクリルアミドと
例えばアクリルｅ／、無水マレイン酸、アクリロニトリ
ル、スチレン、アリル乃至ジアリルアミン或いはジメチ
ルアミノエチルメタクリレート（ＤＭＡＥＭ　）、！：
の共重合誘導体のようなビニル付加重合体が挙げられる
。このようなポリマは、非イオン性でも、陰イオン性で
も、陽イオン性でもよい。

ガムは、周知の水溶性ポリマでありそしてエンサイク四
ベディアオブケミカルテクノロジーＭｏ１１０（第２版
、インターサイエンス出版社刊、１９６６年）に記載さ
れているものを含む。

上記ポリマの分子量は例えば約ＩＱ、０００〜２５、０
００．　ＯＯＯの範囲で広範に変化しえそして分子量は
本発明において重要なパラメータでない。

本発明は、これらポリマの水溶液或いは水性分散液を調
製するのにきわめて有用であり、分子量が百方を越える
アクリルアミドポリマに関して特に有用である。

比較的高い分子量を有するポリマは従来水に溶解させる
のに非常に困難さを伴いそして比較的低濃度においてさ
えきわめて粘稠な溶液を形成する傾向があった。ポリマ
は、重合化反応を行う任意の適当な方法により生成され
うる。従って、溶液重合、懸濁重合或いは乳化重合技術
が使用されつる。

本明細書において「ポリマＪとは、水にかなりの程度ま
で可溶性であるポリマ（重合体）及びガムを含むもので
ある。ポリマは固体であるが相当の水分を含みうる。

本発明は、［１１〜１０重量％の範囲内の、好ましくは
０．２〜２．０重量％の範囲内のポリマ濃度を有する、
水溶性の合成或いは天然ポリマの水溶液を迅速に生成す
ることが出来る。

粉砕化プロセス 水中へのポリマ溶解速度は表面積従って粒寸の関数であ
る。大半の製造プロセスにより製造されるポリマは、粉
末或いは塊状の凝集物の形態にある。大きな粒寸は、取
扱い及び粉塵発生問題を最小成としそして水溶層中ゲル
粒子の形成を軽減する。しかし、大きな粒寸は乾燥粒子
が水に直接添加される時溶解時間を増大する。

従って、ポリマ粒が水と接触するに際しての迅速な溶解
を促進する大表面積を発現するようポリマ粒をグライン
ディング、アブレーデイング或はスライシング技術によ
り粉砕することが望ましい。

ポリマ或いはガムの好ましい粒寸は、水中での溶解速度
の所望の改善度により決定されそして一般に１００ミク
ロン以下、好ましくは７０ミク田ン以下である。小さな
粒寸はまた懸濁安定性を促進する。

本方法に適合するポリマの多くは粉砕中の熱発生による
分子構造劣化を受ける。このような感熱性ポリマに対し
ては、グラインディング或いはスライシング工程に先立
ってまたその際中ポリマの温度を減する為二酸化炭素酸
いは液体窒素の使用による等の低温粉砕を通して分子劣
化のない粉砕が実現されうる。周囲温度粉砕工程におい
て発現する温度では塑性或いは粘稠性となる成る種のポ
リマちまた低温粉砕を行うと有益である。

このような低温粉砕工程は、プルベライジングマシナリ
コンパ二−社により［ＭｉｋｒｏＰｔＩＩ　Ｊの商品名
の下で販売されているもののような粉砕化設備を使用す
る。「Ｃｏｍ１ｔｒｏｌ　Ｊの商品名でアーシエルラ〆
ラトリーズにより販売されるもののようなスライシング
作用を使用する粉砕化設備がポリマ懸濁液自体において
粒寸を更に減する為追加的に使用されうる。粉砕の方法
及び設備は、ポリマを分子劣化から保護するようそして
ポリマ懸濁液が混合しながら水に導入される時所望の溶
解速度を生みだすよう選択される。

懸濁液 工業的観点からは、保管懸濁液の攪拌が最小限か或いは
必要とされないようポリマ懸濁液が安定でありそして運
送コストを最小限にする為ポリマ濃度がなるたけ高いこ
とが有益である。本発明に従えば、粒寸、キャリヤ粘度
及び懸濁液粘度への懸濁或いは分散剤の影響に依存して
７０〜７５１Ｘ量％もの高いキリマ固体濃度を有する懸
濁液が生成されつる。！Ｖ濁液中の好ましいポリマ固体
濃度範囲は約５０〜７０重量％である。懸濁液の安定性
はポリマ或いはガムの微粉砕化によりそして高粘度液体
キャリヤにより向上される。追加的に、キャリヤは、斯
界で周知の適当な増粘剤、分散剤、沈殿防止剤或いは粘
度調整剤を使用して処理されうる。

・炭化水素油キャリヤを使用した場合安定性を増大する
特に有利な方法は、「Ｔｒｉｔｏｎ　Ｘ−１０ｏＪの商
品名の下でロームアンドハース社により販売されている
インオクチルフェノキシポリエトキシエタノール生成物
のような水中油滴型乳化剤を添加することである。この
水中油滴型乳化剤が炭化水素キャリヤに添加される時、
それは、懸濁液の安定性を増加しそしてポリマが後に溶
解されることになる水中で炭化水素を乳化し、従って水
に油の付着しないポリマ表面を露出させることによりポ
リマの溶解を増進するという２つの機能を達成する。

ポリマは液体キャリヤに可溶性であってはならずそして
キャリヤは実質上水を含んではならない。

しかし、液体キャリヤは、水溶性でも水不溶性でもよい
。

液体キャリヤは実質上水を含まないから、最初に挙げた
２つの特許の方法とは対照的に油中水滴型エマルジョン
は形成されない。固体ポリマは相当量の含水量を有しつ
るけれども、この含水量は油中水滴型エマルジョンの形
成をもたらさない。

適当な炭化水素油キャリヤの例としては、コノコ社の［
ＬＯＰｓＪ　（低臭パラフィン溶剤）やエクソン社の［
Ｆａｚａｍ　Ｊのようなパラフィン基油が挙げられる。

エクソン社製ＩｇｏｐａｒＭ　（脱臭高純度イソパラフ
ィン系物質）もまた、前記特許に開示された炭化水素液
体と同じく適当である。

実用条件下でポリマが不溶である水溶性或いは水分散性
キャリヤもまたポリマ懸濁液を生成するのに使用されう
る。液体キャリヤが水溶性である場合には、表面活性剤
は不要である。こうしたキャリヤの例は高級アルコール
、グリフール、グリコールエーテル等である。

ポリマ溶解 ここに記載した型式の＆　リマ含有懸濁液が水に分散さ
れる時、ポリマは水中に迅速に溶解する。

ポリマ含有懸濁液は、従来型式の固体形態のポリマを溶
解するに必要な時間量に較べて非常に短時間で水溶液を
生成する。

ポリマ含有懸濁液は任意の適当な手段により水中に分散
されつる。水不溶性キャリヤが使用される場合、もつと
も便宜な手段は、ポリマ含有懸濁液或いはポリマを溶解
すべき水いずれかに存在せしめられる界面活性剤を使用
することである。界面活性剤は、キャリヤを水中に迅速
に乳化せしめ（水中油滴型エマルジョンを形成）、従っ
てポリマ水溶液の形成を促進する。この技術がポリマ含
有懸濁液を水溶液に転化するのに使用される時、水中に
存在する界面活性剤の量はポリマに基いて（Ｌ（Ｍ〜３
０％の範囲にわたって変化しうる。キャリヤに基いて１
０〜８％の範囲内で良好な転化がしばしば生ずる。

炭化水素液体キャリヤ中のポリマ懸濁体と共に使用する
に好ましい界面活性剤は、親水性及び水溶性である。任
意の陽イオン、陰イオン或いは非イオン性親水性物質が
界面活性剤として使用されうるが、但しイオン性質が溶
解ポリマの性質と作用しない界面活性剤を選択するのが
最善である。

炭化水素キャリヤと共に水溶性界面活性剤を使用するに
加えて、シリコーン、粘土等のような他の種界面活性剤
も使用されうる。何故なら、成る種の場合には、これら
は自体が水溶性でなくとも炭化水素キャリヤを乳化する
傾向を示すからである。

本方法の使用により、様々のポリマが単一懸濁液中に組
合せることが出来るので、懸濁液中の複数のポリマが共
同溶解として水中に溶解される時、混合物の技術的性能
が向上される。こうした組合せ例としては、例えば、非
イオン性ポリアクリルアミドと陽イオン乃至陰イオン性
ボリアクリルア　　１ミド共重合体、陰イオンポリアク
リルアミドと生物（バイオ）多糖類、ポリエチレンオキ
シドと非イオンポリアクリルアミド、ポリエチレンオキ
シドと陽イオン乃至陰イオンポリアクリルアミド共重合
体或いは生物多糖類とガラクトマンナンガムが含まれる
。

例１〜２６ 本発明を例示する為に、例１〜２６が以下の表に総括さ
れる。様々の水溶性ポリマを含有しそして様々の型式の
液体キャリヤを使用する多くの懸濁液が調製された。懸
濁液はその後様々の転化技術を使用してポリマ水溶液に
転化され、そしてポリマ溶解に要した時間が乾燥ポリマ
乃至ガムをその市販入手形態において溶解する為の時間
と比較された。すべての場合に、溶解時間に著しい減縮
が認められそして乾燥ポリマ或いはガムを取扱いそして
分散するのにＩＮ述する通常的問題が排除された。

液体キャリヤが炭化水素油であるような例においては、
炭化水素油は、＃２ディーゼル油（５０％）とＦａｘａ
ｍ　２２　（５０％）から成る混合物である（　Ｆａｘ
ａｍ　２２はエクソン社販売の汎用パラフィン基油の商
品名である）。界面活性剤が存在する例においては、界
面活性剤はＴｒｉｔｏｎ　Ｘ−１００でありそして生成
物に基いて公称２重量襲界面活性剤含量を与えるよう計
算された量において懸濁液或いは水中に存在した。乳化
剤が使用される場合、乳化剤はＴｒｉｔｏｎ　Ｘ−１０
０でありそして生成物に基いて公称２重量−界面活性剤
含量を与えるよう計算された量において懸濁液或いは水
中に存在した。乳化剤が使用される場合、乳化剤はＴｒ
ｌｔｏｎＸ−１００でありそして懸濁液に基いて約２重
量％の乳化剤濃度を与えるよう計算された量において懸
濁液中に存在した。　　　　　　　　　　′°”例２６
において、少量の（懸濁液に基いて約１重ＩＩ％）　Ｂ
＠５ｔｏｎｓ　８Ｄ−１（Ｎ　Ｌインダストリーズ社か
ら販売される粘土分散剤）が安定性を向上する為に懸濁
液に添加された。

キャリヤ及びポリマ乃至ガムの％はすべて懸濁液全体に
基く。６例において、約α２重量メの水溶液ポリマ濃度
を与えるに充分の懸濁液が水と混合された。

例２７ 乾燥ポリアクリルアミド（４００〜８００μ粒寸）のサ
ンプルがα１５重量％溶液を形成するべく攪拌により水
中に直接溶解された。溶解は７５分間の混合を必要とし
た。溶液粘度は２五６　ｃｐｓとして測定された。

同じバッチからのポリマの２つのサンプルを低温法及び
風力分別ミル（ＡＣＭ）型粉砕機における周囲温度粉砕
法をそれぞれ使用して７０μに粉砕した。粉砕はグライ
ンディングによっ九。両方の粉砕サンプルを例４の手順
に従って界面活性剤含有炭化水素油に懸濁しそして水溶
液に転化した。

両方のポリマサンプルは１０分以内に溶解した。

上記２種の粉砕物からのポリマ水溶液（ａ１５重量外ポ
リマ）は、２４．２　ｅｐｓ　（低温粉砕）及び１４、
２　ｃｐｓ　（周囲温度粉砕）の粘度をそれぞれ有した
。

この例は、分子構造を破壊しゃすい周囲温度粉砕を上回
る低温粉砕の有利さを実証する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）水溶性ポリマ或いはガムを水中に迅速に溶解する方
   法であって、 （ａ）ポリマ或いはガムを分子構造を実質上破壊しない
   条件下で粉砕することにより該ポリマ或いはガムの微細
   粒子を調製する段階と、 （ｂ）該粒子をポリマ或いはガムが実質上不溶である実
   質水を含まない液体キャリヤ中に分散せしめて分散液を
   形成する段階と、 （ｃ）前記懸濁液を充分混合しつつ水に添加して、該粒
   子を水中に分散せしめそして迅速に溶解せしめる段階と を包含する溶解方法。 ２）液体キャリヤが炭化水素油でありそして親水性乳化
   剤が段階（ｃ）において水中油滴型エマルジョンを形成
   して迅速溶解を促進するように懸濁液中に或いはポリマ
   或いはガムが溶解されるべき水中に存在する特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３）粒子が液体キャリヤに不溶性であり、そして液体キ
   ャリヤが懸濁液が添加される水に可溶性か或いは容易に
   分散しうる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４）ポリマ或いはガムが懸濁液の約１０〜７０重量％を
   構成する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５）分散助剤或いは沈殿防止剤が液体キャリヤ中に存在
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６）ポリマ或いはガムが一種乃至複数種の混合物から成
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７）粒子の寸法が約７０μ以下である特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ８）粉砕段階が低温グラインディングによって実施され
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ９）粒子が液体キャリヤに実質上不溶性でありそして該
   液体キャリヤが水に可溶性である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 １０）ポリマ或いはガムが懸濁液の約１０〜７０重量％
   を構成する特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１）ポリマ或いはガムが一種乃至複数種の混合物から
   成る特許請求の範囲第９項記載の方法。 １２）粒子の寸法が約７０μ以下である特許請求の範囲
   第９項記載の方法。 １５）粉砕段階が低温グラインディングによって実施さ
   れる特許請求の範囲第９項記載の方法。 １４）ポリアクリルアミドポリマを水中に迅速に溶解す
   る方法であって、 （ａ）ポリアクリルアミドポリマを低温粉砕条件下で粉
   砕することによりポリアクリルアミドの微細粒子を調製
   する段階と、 （ｂ）該粒子をポリマが実質上不溶である実質水を含ま
   ない液体キャリヤ中に分散せしめて分散液を形成する段
   階と、 （ｃ）前記懸濁液を充分混合しつつ水に添加して、該粒
   子を水中に分散せしめそして迅速に溶解せしめる段階と を包含する溶解方法。 １５）液体キャリヤが炭化水素油でありそして親水性乳
   化剤が段階（ｃ）において水中油滴型エマルジョンを形
   成して迅速溶解を促進するように懸濁液中に或いはポリ
   マが溶解されるべき水中に存在する特許請求の範囲第１
   ４項記載の方法。 １６）粒子が液体キャリヤに不溶性であり、そして液体
   キャリヤが懸濁液が添加される水に可溶性か或いは容易
   に分散しうる特許請求の範囲第１４項記載の方法。 １７）ポリマが懸濁液の約１０〜７０重量％を構成する
   特許請求の範囲第１４項記載の方法。 １８）分散助剤或いは沈殿防止剤が液体キャリヤ中に存
   在する特許請求の範囲第１４項記載の方法。 １９）粒子の寸法が約７０μ以下である特許請求の範囲
   第１４項記載の方法。 ２０）粒子が液体キャリヤに実質上不溶性でありそして
   該液体キャリヤが水に可溶性である特許請求の範囲第１
   ４項記載の方法。 ２１）ポリマが懸濁液の約１０〜７０重量％の範囲を構
   成する特許請求の範囲第２０項記載の方法。 ２２）粒子の寸法が約７０μ以下である特許請求の範囲
   第２０項記載の方法。