KR20170094252A - 마찰 저항 저감제 및 소화제 - Google Patents

마찰 저항 저감제 및 소화제 Download PDF

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KR20170094252A
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아키라 기무라
노보루 야마구치
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스미토모 세이카 가부시키가이샤
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Abstract

수성 매체 등에 대하여 마찰 저항을 저감시키는 효과가 우수한 마찰 저항 저감제 및 이 마찰 저항 저감제를 포함하는 소화제를 제공한다. 본 발명의 마찰 저항 저감제는 폴리알킬렌옥시드와, 산화알루미늄과, 전해질과, 물을 포함하고, 상기 폴리알킬렌옥시드가 분산해 있는 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 포함한다. 상기 마찰 저항 저감제에 따르면, 수성 매체 등에 대하여 마찰 저항을 저감시키는 효과가 우수하다.

Description

마찰 저항 저감제 및 소화제{DRAG REDUCER AND FIRE-EXTINGUISHING AGENT}
본 발명은 예를 들면, 수성(水性) 매체의 마찰 저항을 저감할 수 있는 마찰 저항 저감제 및 이 마찰 저항 저감제를 사용한 소화제에 관한 것이다.
폴리에틸렌옥시드에 대표되는 폴리알킬렌옥시드는 소화제, 분산제, 섬유 호제(thickener of fabric), 대전 방지제, 응집제 등의 여러 가지 용도로 널리 사용되고 있는 것이 알려져 있고, 공업상 유용한 수용성 고분자이다. 예를 들면, 폴리알킬렌옥시드는 수성 매체 등에 첨가되면, 그 수성 매체의 점도를 증대시키는 작용을 갖는다. 이와 같은 폴리알킬렌옥시드에 의한 증점 작용에 의해 배관을 통하여 수성 매체를 수송시킬 때에 배관 내에서의 수성 매체의 마찰 저항을 저감시킬 수 있고, 이 작용에 의해 수성 매체의 수송을 효율 좋게 실시할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등을 참조). 특히, 폴리에틸렌옥시드를 소화용 물에 첨가하면, 소화용 물이 배관 내를 흐를 때의 배관과의 마찰 저항이 저감되고, 이에 따라, 소화용 물을 배관으로부터 분사시켰을 때의 소화용 물의 분사 속도나 분사 거리가 증대하고, 결과적으로 소화를 효율 좋게 실시할 수 있게 된다(예를 들면, 특허문헌 2 및 3 등을 참조). 또한, 폴리알킬렌옥시드의 증점 작용은 소화 대상물로의 부착성을 높일 수 있고, 또한 물의 증발도 지연시킬 수 있기 때문에 보다 효과적으로 소화 작용을 실시할 수 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허 공개 제 2001-187875호 공보 특허문헌 2: 일본국 특허 공고 1974-14197호 공보 특허문헌 3: 일본국 특허 공개 1979-30700호 공보
그러나 예를 들면, 펌프 등을 이용하여 폴리알킬렌옥시드의 수용액을 배관으로 송류하면, 펌프 압력 등에 의하여 수용액에 기계적인 전단력이 가해지고, 이에 따라, 폴리알킬렌옥시드의 분자 내의 화학 결합이 절단되어 분자 구조가 파괴된다. 그 결과, 폴리알킬렌옥시드에 의한 증점 작용이 저하하여, 상기한 마찰 저항을 저감시키는 효과를 충분히 발휘할 수 없을 염려가 있었다. 그 때문에, 예를 들면, 폴리알킬렌옥시드 수용액을 소화용 물의 마찰 저항 저감제로서 사용하는 경우, 배관으로 보냈을 때에는 폴리알킬렌옥시드에 의한 마찰 저항의 저감 효과가 약화되어 있기 때문에 소화용 물의 송류 속도나 방수 거리에 영향이 미친다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 수성 매체 등에 대하여 마찰 저항을 저감시키는 효과가 우수한 마찰 저항 저감제 및 이 마찰 저항 저감제를 포함하는 소화제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 폴리알킬렌옥시드의 수성 분산액을 포함하는 마찰 저항 저감제에 의해 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은 하기의 마찰 저항 저감제 및 소화제에 관한 것이다.
1. 폴리알킬렌옥시드와, 산화알루미늄과, 전해질과, 물을 포함하고, 상기 폴리알킬렌옥시드가 분산해 있는 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 포함하는 마찰 저항 저감제.
2. 상기 폴리알킬렌옥시드의 점도 평균 분자량이 10만~1000만인 상기 항 1에 기재된 마찰 저항 저감제.
3. 상기 폴리알킬렌옥시드가 폴리에틸렌옥시드 및 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 상기 항 1 또는 2에 기재된 마찰 저항 저감제.
4. 상기 전해질이 황산암모늄 및 인산암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 상기 항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 마찰 저항 저감제.
5. 상기 전해질과 상기 물의 질량비, 전해질/물이 0.11 이상인 상기 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 마찰 저항 저감제.
6. 수성 매체용인 상기 항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 마찰 저항 저감제.
7. 상기 수성 매체가 소화용 물인 상기 항 6에 기재된 마찰 저항 저감제.
8. 상기 항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 마찰 저항 저감제를 포함하는 소화제.
본 발명에 관련되는 마찰 저항 저감제는 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 포함한다. 이 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에 포함되는 폴리알킬렌옥시드는 기계적인 전단력이 가해져도, 그 분자 구조가 붕괴되기 어렵기 때문에 예를 들면, 펌프 등으로 마찰 저항 저감제를 배관 내로 보냈다고 해도, 마찰 저항을 저감시키는 효과가 손상되기 어렵다. 그 때문에, 상기 마찰 저항 저감제에 따르면, 배관 내의 수성 매체에 대하여 우수한 마찰 저항 저감 효과를 부여할 수 있다. 특히, 소화용 물에 마찰 저항 저감제를 첨가하면, 소화용 물의 배관 내에서의 마찰 저항을 효과적으로 저감시킬 수 있고, 방수 속도를 높이거나, 방수 거리를 크게 하는 것이 가능하게 되어, 소화 대상물을 보다 확실하게 소화할 수 있다.
도 1은 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액 및 폴리알킬렌옥시드 수용액 각각의 보존 일수와 점도(상대 점도)의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 관련되는 마찰 저항 저감제는 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 포함하여 구성된다.
상기 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액은 폴리알킬렌옥시드와, 산화알루미늄과, 전해질과, 물을 포함한다. 상기 폴리알킬렌옥시드는 분산한 상태에서 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액 중에 존재한다.
상기 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에 포함되는 폴리알킬렌옥시드는 특별히 한정되지 않고, 폴리에틸렌옥시드, 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드 공중합체, 에틸렌옥시드-부틸렌옥시드 공중합체, 에틸렌옥시드-스티렌옥시드 공중합체, 에틸렌옥시드-시클로헥센옥시드 공중합체, 에틸렌옥시드-에피클로로히드린 공중합체 등의 중합체가 예시된다. 폴리알킬렌옥시드는 상기 예시 열거한 중합체 중의 1종 단독이어도 좋고, 2종 이상이어도 좋다. 폴리알킬렌옥시드의 점도 평균 분자량은 10만~1000만인 것이 바람직하고, 100만~800만인 것이 보다 바람직하다.
바람직한 폴리알킬렌옥시드는 폴리에틸렌옥시드, 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드 공중합체이다. 폴리알킬렌옥시드가 폴리에틸렌옥시드 또는 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드 공중합체이어도, 이들의 점도 평균 분자량은 10만-1000만인 것이 바람직하고, 100만~800만인 것이 보다 바람직하다.
상기 폴리알킬렌옥시드의 형상은 특별히 한정되지는 않지만, 수성 매체에 분산하기 쉽다는 관점에서, 입자의 형상인 것이 바람직하다. 폴리알킬렌옥시드가 입자 형상인 경우에는, 진구상(眞球狀), 타원상, 편평상, 다공질 형상 등, 그 형태는 특별히 한정되지 않는다.
상기 폴리알킬렌옥시드의 입자 직경에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 폴리알킬렌옥시드가 수성 매체에 의해 분산하기 쉬워진다는 관점에서, 평균 입자 직경(d50)은 250㎛ 이하인 것이 바람직하고, 180㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 150㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다. 폴리알킬렌옥시드의 평균 입자 직경(d50)의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 10㎛로 할 수 있다.
상기 폴리알킬렌옥시드의 함유량은 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액의 전체 질량에 대하여 1~40질량%가 바람직하다. 폴리알킬렌옥시드의 함유량이 1질량% 이상이면, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액의 마찰 저항을 저감시키는 효과를 보다 높일 수 있다. 또한, 폴리알킬렌옥시드의 함유량이 40질량% 이하이면, 폴리알킬렌옥시드가 균일하게 분산하는 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액이 얻어지기 쉽다. 이들의 관점에서, 상기 폴리알킬렌옥시드의 함유량은 10~30질량%인 것이 보다 바람직하다.
상기 폴리알킬렌옥시드의 함유량은 산화알루미늄 1질량부에 대하여 0.09~400질량부가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.9~100질량부이다. 폴리알킬렌옥시드의 함유량을 상기 범위로 설정함으로써 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액의 마찰 저항을 저감시키는 효과를 보다 높일 수 있다.
폴리알킬렌옥시드 수성 분산액의 분산 매체로서, 전해질이 용해된 수용액(전해질 수용액)을 사용한다.
상기 전해질로서는, 폴리알킬렌옥시드의 팽윤을 최소로 하면서 폴리알킬렌옥시드를 불용성으로 하는 성질을 갖는 화합물을 사용한다. 이와 같은 전해질이면, 그 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 황산암모늄, 인산암모늄 등의 무기 암모늄염, 인산3나트륨, 규산나트륨 등의 무기 나트륨염 및 황산칼륨, 탄산칼륨 등의 무기 칼륨염 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 물에 대한 용해도가 큰 점에서 황산암모늄이 적합하게 이용된다.
전해질 수용액의 용매로서는, 물이지만, 그 밖에, 물과 저급 알코올의 혼합 용매이어도 좋다.
마찰 저항 저감제에 있어서의 전해질의 농도는 분산시키는 폴리알킬렌옥시드의 종류에 따라서 다르지만, 통상, 전해질/물의 질량비로 0.11 이상인 것이 바람직하다. 전해질/물의 질량비가 0.11 이상이면, 폴리알킬렌옥시드가 분산매에 용해되는 것을 억제할 수 있어서, 안정된 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액이 얻어진다. 전해질/물의 질량비는 0.11~0.90인 것이 바람직하고, 0.43~0.80인 것이 보다 바람직하다.
폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에는 산화알루미늄이 포함된다. 이 산화알루미늄의 존재에 의해 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에 있어서의 폴리알킬렌옥시드의 분산 안정성이 향상된다. 폴리알킬렌옥시드의 분산성을 보다 높인다는 관점에서, 상기 산화알루미늄의 평균 입자 직경은 1~1000㎚가 바람직하다. 보다 바람직한 산화알루미늄의 평균 입자 직경은 10~100㎚이다. 산화알루미늄으로서는, 시판하는 알루미나 졸 등을 사용할 수 있다.
산화알루미늄의 함유량은 전해질 수용액에 대하여 고형분 환산으로 통상 0.1~11질량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3~5.3질량%이다. 산화알루미늄의 상기 함유량이 0.1질량% 이상이면, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에 있어서 폴리알킬렌옥시드의 분산 상태가 보다 안정되게 되기 쉽다. 또한, 산화알루미늄의 함유량이 11질량% 이하이면, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액의 점도가 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있어서, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에 적당한 유동성을 부여할 수 있다.
폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에는 마찰 저항 저감제의 성능이 손상되지 않을 정도이면, 그 밖의 첨가제 등이 포함되어 있어도 좋다. 예를 들면, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액의 점도를 조정하는 것을 목적으로 하여 친수성의 실리카 등의 무기 화합물 또는 수용성 고분자 등을 첨가할 수도 있다. 상기 수용성 고분자로서는, 폴리알킬렌옥시드 이외의 재료를 선정할 수 있지만, 본 발명의 효과가 저해되지 않을 정도이면, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에 또다른 폴리알킬렌옥시드를 첨가하는 것도 가능하다. 또한, 사용 목적에 따라서 산화 방지제, 자외선 흡수제 등의 첨가제를 추가해도 좋다.
상기와 같이 구성되는 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액은 전해질 수용액에 폴리알킬렌옥시드의 입자가 분산매에 용해되지 않고 분산한 상태로 존재한다.
폴리알킬렌옥시드가 안정되게 분산하여 존재함으로써 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에 큰 전단력이 부여되었다고 해도, 폴리알킬렌옥시드 분자 내의 화학 결합이 절단되기 어려운 상태로 되어 있다. 그 때문에, 전단력에 대하여 폴리알킬렌옥시드의 분자 구조가 안정되고, 분자 구조가 전단 파괴되기 어렵다는 성질을 갖고 있다. 종래와 같이, 폴리알킬렌옥시드의 수용액 등을 마찰 저항 저감제로서 사용한 경우에는, 전단력에 의하여 폴리알킬렌옥시드의 분자 구조는 파괴되어, 마찰 저항을 저감시키는 효과가 상실되기 쉬웠지만, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 사용하는 경우에는, 그와 같은 문제가 일어나기 어렵다.
또한, 상기의 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액은 보존 안정성에도 뛰어나 있다. 구체적으로는, 종래의 폴리알킬렌옥시드 수용액에서는 보존 일수의 경과와 함께 폴리알킬렌옥시드의 분해가 일어나기 때문에 점도가 크게 저하하는 것에 대해, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에서는 그와 같은 점도의 저하가 일어나기 어렵다. 그 때문에, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 포함하는 마찰 저항 저감제에서는 일정 기간 보존한 후에도 마찰 저항을 저감시키는 효과가 손상되기 어렵다.
상기 마찰 저항 저감제는 전단이 가해져도 마찰 저항을 저감시키는 작용이 손상되기 어렵고, 또한 보존 안정성이 우수하다는 잇점이 있는 것에 의해 여러 가지 용도로 사용할 수 있다.
예를 들면, 수성 매체를 송류 펌프 등에 의하여 배관 내를 송류시키는 시스템에 있어서, 수성 매체의 배관 내에서의 마찰 저항을 저감시키는 것을 목적으로 하여 상기 마찰 저항 저감제가 적합하게 이용된다. 이와 같은 송류 시스템에 있어서, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 포함하는 마찰 저항 저감제를 존재시키면, 수성 매체의 배관 내에서의 마찰 저항이 효과적으로 저감되기 때문에 수성 매체의 송류가 스무드하게 된다.
특히, 펌프를 사용하여 마찰 저항 저감제를 수성 매체가 흐르는 배관에 주입해도 펌프에 의한 전단력이나 배관 내를 흐를 때의 전단력에 의하여 폴리알킬렌옥시드가 파괴되기 어려운 것에 의해, 배관 내에 주입된 후에 있어서도 마찰 저항의 저감 작용의 손실이 일어나기 어렵다. 그 때문에, 배관 내를 흐르는 수성 매체의 마찰 저항을 충분히 저하시킬 수 있다.
또한, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액은 수성 매체에 혼합되면, 즉시 수성 매체에 균일하게 섞이는 특성을 갖고 있기 때문에 수성 매체에 대해 신속히 마찰 저항을 저감시킬 수 있다. 또한, 장시간의 교반이나 큰 기계적 전단을 부여하지 않아도 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액이 수성 매체에 균일하게 혼합되기 때문에 전단의 영향을 보다 작게 할 수 있다. 이에 의해서도 폴리알킬렌옥시드의 분자 구조의 파괴가 더욱 억제되기 때문에 폴리알킬렌옥시드에 의한 마찰 저항 저감 효과를 보다 확실하게 발휘할 수 있다. 그 때문에, 본 실시 형태의 마찰 저항 저감제는 예를 들면, 소화용 물과 같이 긴급하게 방수를 요하는 용도에 특히 적합하다.
마찰 저항 저감제는 수성 매체에 대하여 마찰 저항을 저감시키는 효과가 우수한 것에 의해, 배관으로부터 수성 매체를 분사시켰을 때에, 그 수성 매체의 분사 거리를 보다 길게 할 수 있다.
예를 들면, 상기 마찰 저항 저감제를 소화용 물에 첨가하는 등으로 하면, 소화용 물을 호스로부터 방수시켰을 때의 방수 속도나 방수 거리가 증대하여 소화를 효율 좋게 실시할 수 있다. 또한, 소화용 물은 마찰 저항 저감제에 포함되는 폴리알킬렌옥시드에 의하여 점도가 상승하고 있기 때문에 표적물로의 부착성이 높고, 또한 점도 상승에 의해 물의 증발도 지연되기 때문에 소화를 보다 확실하게 실시할 수 있다는 잇점도 있다.
마찰 저항 저감제는 배관 내로 보내기 전에 수성 매체와 혼합시켜서 혼합액으로 하고, 이 혼합액을 송류 펌프 등의 사용에 의하여 배관 내로 보내도 좋다. 또는 수성 매체와 마찰 저항 저감제를 각각 독립하여 배관 내로 보내도 좋다. 이들을 각각 독립하여 배관 내로 보내는 경우, 마찰 저항 저감제는 배관의 상류 및 하류의 어느 쪽으로부터 주입해도 좋다. 이와 같이, 본 발명에 관련되는 마찰 저항 저감제는 공급 라인 등의 제약을 받기 어려워서, 설비면에서도 유리하다.
폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 하기 공정 (1)~(3)
(1) 산화알루미늄의 수분산액을 조제하는 공정,
(2) 상기 수분산액에 전해질을 용해시킴으로써 분산매를 조제하는 공정,
(3) 상기 분산매에 폴리알킬렌옥시드를 첨가하여 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 조제하는 공정,
을 구비하는 제조 방법을 적용할 수 있다.
우선, 상기 (1)의 공정에서는 물을 교반하면서 분산 안정제인 산화알루미늄을 사전에 결정된 양 첨가하고, 산화알루미늄의 수분산액을 조제한다.
이어서, 상기 (2)의 공정에서는 (1)의 공정에서 조제한 수분산액에 전해질을 용해시킴으로써 분산매를 조제한다. 전해질을 용해시키는 데 있어서, 미리 수분산액의 중화 처리를 실시해도 좋다. 산성 조건 하에서는 폴리알킬렌옥시드의 안정성이 나쁘지만, 상기와 같은 중화 처리를 실시해 두면, 다음의 공정에서 첨가하는 폴리알킬렌옥시드가 분산매 중에서 안정되게 존재할 수 있다. 이 중화 공정에서는 분산매의 pH가 6~8로 되도록 하면 좋다. 중화 공정은 (1), (2)의 어느 쪽의 공정 내에서 실시해도 좋고, (1)과 (2)의 사이의 공정에서 실시해도 좋다.
이어서, 상기 (3)의 공정에서는 얻어진 분산매에 폴리알킬렌옥시드의 분말을 소량씩 교반하면서 첨가한다.
이상과 같은 공정을 거침으로써 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 얻을 수 있다. 또한, 산화알루미늄, 전해질의 첨가 순서는 특별히 한정되지 않지만, 산화알루미늄의 졸(알루미나 졸)을 이용하는 경우에는, 전해질에 의한 산화알루미늄의 응집을 방지하기 위해 상기의 순서가 바람직하다.
상기 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액은 그대로 마찰 저항 저감제로서 사용해도 좋고, 그 밖의 첨가제나 다른 마찰 저항 저감제를 추가함으로써 마찰 저항 저감제로서 사용하는 것도 가능하다. 또한, 이 마찰 저항 저감제는 사전에 결정된 양의 물을 첨가하는 등으로 하여, 소화용 물이나 소화제로서 사용하는 것도 가능하다. 마찰 저항 저감제를 소화용 물 용도로 사용하는 경우, 마찰 저항 저감 효과를 높인다는 관점에서, 소화용 물에 포함되는 물 100질량부에 대하여 폴리알킬렌옥시드의 함유량이 0.001~10질량부로 되도록 소화용 물을 조제하는 것이 바람직하고, 0.01~5질량부인 것이 보다 바람직하다. 또한, 마찰 저항 저감제는 소화용 물이나 소화제에 한정되지 않고, 그 밖의 각종 용도에 적용하는 것도 가능하다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예의 양태에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
200mL의 비커에 11.9g의 알루미나 졸 200(산화알루미늄 분산 수용액, 평균 입자 직경 10~100㎚, 고형분 10%, 닛산 화학 공업사제)을 첨가하고, 교반기 부착 모터를 이용하여 교반하면서 78.6g의 이온 교환수를 일괄 첨가하여 수분산액을 조제했다. 이 수분산액을 약 5분 교반한 후, 교반을 계속하면서 35% NaOH수용액을 0.6g 첨가하고, 이어서, 황산암모늄 59.7g을 첨가했다. 황산암모늄이 용해되기까지 충분히 교반을 실시함으로써 분산매가 얻어졌다. 이 분산매의 pH는 6.8이었다. 이와 같이 얻어진 분산매를 교반하면서 폴리알킬렌옥시드로서 49.8g의 폴리에틸렌옥시드 분말(스미토모 세이카사제 "PEO-18", 평균 입자 직경(d50)이 63㎛, 0.5% 수용액의 상태에서의 점도가 320mPa·s에서 점도 평균 분자량이 450만)을 서서히 첨가했다. 폴리에틸렌옥시드 분말이 균일하게 분산하기까지 충분히 교반을 함으로써 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 얻었다.
이어서, 10L의 용기에 이온 교환수 6L를 넣고, 폭 80㎜×높이 25㎜의 편평 날개로 교반 회전수 120rpm으로 교반하고, 그곳에 상기 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 2.4g 첨가하여 시료를 조제했다. 이 시료에 있어서, 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액은 이온 교환수에 대하여 400ppm, 폴리에틸렌옥시드로서는 이온 교환수에 대하여 100ppm 포함되어 있다.
폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 첨가한 직후의 시료를 이용하여 소용돌이의 깊이(Ds)를 측정한 바, 소용돌이의 깊이(Ds)는 28㎜이었다. 이 시료를 즉시 후술하는 마그넷 펌프로 이송하고, 이송 후의 시료를 이용하여 소용돌이의 깊이(Ds)를 측정한 바, 소용돌이의 깊이(Ds)는 8㎜이었다.
(실시예 2)
폴리에틸렌옥시드 수성 분산액의 첨가량을 0.5g으로 변경한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 시료를 조제했다. 이 시료 수용액에 있어서, 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액은 이온 교환수에 대하여 83ppm, 폴리에틸렌옥시드로서는 이온 교환수에 대하여 20ppm 포함되어 있다.
폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 첨가한 직후의 시료를 이용하여 소용돌이의 깊이(Ds)를 측정한 바, 소용돌이의 깊이(Ds)는 33㎜이었다. 이 시료를 즉시 후술하는 마그넷 펌프에 의해 이송하고, 이송 후의 시료를 이용하여 소용돌이의 깊이(Ds)를 측정한 바, 소용돌이의 깊이(Ds)는 25㎜이었다.
(비교예 1)
10L의 용기에 이온 교환수 6L를 넣고, 폭 80㎜×높이 25㎜의 편평 날개로 교반 회전수 120rpm으로 교반하고, 그곳에 0.5% 폴리에틸렌옥시드 수용액(수용액 점도가 0.5%이고 320mPa·s인 것)을 120g 첨가하고, 1분간 교반함으로써 폴리에틸렌옥시드가 완전히 용해된 시료를 조제했다. 이 시료 수용액에 있어서, 폴리에틸렌옥시드로서는, 이온 교환수에 대하여 100ppm 포함되어 있다.
상기 시료를 이용하여, 발생하는 소용돌이의 깊이를 측정한 바, 후술하는 마그넷 펌프에 의해 이송시키기 전의 소용돌이의 깊이(Ds)는 5㎜이었던 것에 대해, 마그넷 펌프에 의해 이송한 후의 소용돌이의 깊이(Ds)는 31㎜이었다.
(조제예 1)
10L의 용기에 이온 교환수 6L를 넣고, 폭 80㎜×높이 25㎜의 편평 날개로 교반 회전수 120rpm으로 교반하고, 그곳에 실시예 1에서 얻어진 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 2.4g 첨가했다. 이와 같이 조제한 시료를 "시료(1A)"로 표기한다. 이 시료(1A)를 약 1시간에 걸쳐서 교반을 계속함으로써 폴리에틸렌옥시드가 완전히 용해된 시료를 조제했다. 이와 같이 조제한 시료를 "시료(1B)"로 표기한다.
상기 시료를 이용하여, 발생하는 소용돌이의 깊이를 측정한 바, 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 첨가한 직후의 시료(즉, 시료(1A))에서는 소용돌이의 깊이(Ds)는 28㎜이었다. 또한, 마그넷 펌프에 의해 이송시키기 전의 상기 시료(1B)의 소용돌이의 깊이를 측정한 바, 소용돌이의 깊이(Ds)는 5㎜이었던 것에 대해, 시료(1B)를 마그넷 펌프에 의해 이송한 후의 소용돌이의 깊이(Ds)는 32㎜이었다.
(조제예 2)
10L의 용기에 이온 교환수 6L를 넣고, 폭 80㎜×높이 25㎜의 편평 날개로 교반 회전수 120rpm으로 교반하고, 그곳에 실시예 1에서 얻어진 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 0.5g(이온 교환수에 대하여 83ppm) 첨가했다. 이와 같이 조제한 시료를 "시료(2A)"로 표기한다. 이 시료(2A)를 약 1시간에 걸쳐서 교반을 계속함으로써 폴리에틸렌옥시드가 완전히 용해된 시료를 조제했다. 이와 같이 조제한 시료를 "시료(2B)"로 표기한다.
상기 시료를 이용하여, 발생하는 소용돌이의 깊이를 측정한 바, 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 첨가한 직후의 시료(즉, 시료(2A))에서는 소용돌이의 깊이(Ds)는 33㎜이었다. 또한, 마그넷 펌프에 의해 이송시키기 전의 상기 시료(2B)의 소용돌이의 깊이를 측정한 바, 소용돌이의 깊이(Ds)는 13㎜이었던 것에 대해, 시료(2B)를 마그넷 펌프에 의해 이송한 후의 소용돌이의 깊이(Ds)는 34㎜이었다.
(소용돌이 억제율 평가)
상기 실시예, 비교예 및 조제예에서 조제한 시료 300g(25℃)을 회전자(8㎜×30㎜)가 들어간 유리 비커(직경 75㎜×높이 150㎜)에서 측량하고, 마그네틱 스티러(magnetic stirrer)를 이용하여 700rpm으로 교반하고, 발생하는 소용돌이의 깊이를 측정했다.
또한, 상기와 같이 측정한 소용돌이의 깊이의 값을 이용하여 소용돌이 억제율(P)을 이하의 식에 의해 산출했다.
P(%)=[(Dw-Ds)/Dw]×100
상기 식에 있어서, Dw는 이온 교환수의 소용돌이의 깊이(㎜), Ds는 후술하는 바와 같이, 시료를 마그넷 펌프에 의해 이송시킨 후의 그 시료의 소용돌이의 깊이(㎜)를 나타낸다. 여기에서, 이온 교환수의 소용돌이의 깊이는 상기 시료의 소용돌이의 깊이를 측정하는 방법과 동일한 방법으로 계측했다. 즉, 상기 시료의 소용돌이의 깊이의 측정에 있어서, 시료를 이온 교환수로 치환한 이외는, 동일한 방법으로 실시했다. 측정된 이온 교환수의 소용돌이의 깊이(Dw)는 35㎜이었다.
또한, 마그넷 펌프에 의해 이송한 후의 소용돌이 억제율 평가는 이하와 같이 하여 실시했다. 상기 실시예, 비교예 및 조제예에서 조제한 시료를 마그넷 펌프(주식회사 이와키제: IWAKI Magnet Pump MD-15R-N)에 의해 이송하고, 이송 후의 시료 수용액 300g(25℃)을 회전자(8㎜×30㎜)가 들어간 유리 비커(직경 75㎜×높이 150㎜)에서 측량하고, 마그네틱 스티러를 이용하여 700rpm으로 교반하고, 발생하는 소용돌이의 깊이를 측정했다. 여기에서, 상기 측정에서 사용한 마그넷 펌프는 최대 토출량이 16L/min이다. 또한, 마그넷 펌프의 출입구 각각에 1m의 염화비닐제 튜브(외경 8㎜, 내경 6㎜)를 접속하여 이송을 실시했다.
(폴리알킬렌옥시드의 0.5% 수용액 점도의 측정 방법)
1L 용적의 비커에 이온 교환수 497.5g을 넣고, 폭 80㎜, 세로 25㎜의 평판으로 선단 주속(周速)이 1.0m/s의 조건에서 교반하면서 폴리알킬렌옥시드 2.5g을 투입하고, 교반을 3시간 계속하여 수용액을 조제했다. 얻어진 수용액을 25℃의 항온조에 30분 이상 적시고, B형 회전 점도계(TOKIMEC사제의 B형 점도계, 로터 번호 2, 회전수 12rpm, 3분, 25℃)에 의해 수용액의 점도를 구했다.
(폴리알킬렌옥시드의 점도 평균 분자량의 측정 방법)
오스트발트(ostwald) 점도계를 이용한 극한 점도[η]의 값으로부터 하기의 Staudinger식을 이용하여 점도 평균 분자량[M]을 산출했다.
[η]=6.4×10-5×M0.82
다만, 용매는 순수, 측정 온도는 35℃로 설정했다.
(폴리알킬렌옥시드의 평균 입자 직경(d50)의 산출 방법)
폴리알킬렌옥시드의 평균 입자 직경은 이하와 같이 하여 구했다. JIS Z 8801에 규정하는 시험용 체(sieve)를 이용하여 선별을 실시하고, 각 체 상의 잔분(질량)을 측정하고, 적산 질량 백분율로 나타냈다. 그 후, 적산값 50%의 입도를 평균 입자 직경(d50)으로 했다.
PEO분산액 첨가 농도
(ppm)		 PEO첨가 농도
(ppm)		 첨가 직후의 소용돌이의 깊이
(㎜)		 펌프 이송 전의 소용돌이의 깊이
(㎜)		 펌프 이송 후의 소용돌이의 깊이
(㎜)		 소용돌이 억제율(%)
실시예 1 400 100 28 28 8 77
실시예 2 83 20 33 33 25 29
비교예 1 100 5 5 31 11
조제예 1 400 100 28 5 32 9
조제예 2 83 20 33 13 34 3
※PEO는 폴리에틸렌옥시드를 나타낸다.
표 1에는 실시예, 비교예 및 조제예에서 얻은 시료의 소용돌이의 깊이(Ds)(㎜) 및 소용돌이 억제율(P)(%)을 정리하고 있다. 또한, 표 1에 있어서 "첨가 직후의 소용돌이의 깊이"란, 각 실시예, 비교예에 있어서 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 이온 교환수에 첨가한 직후의 소용돌이의 깊이(Ds)(㎜)를 나타내고, 조제예 1, 2에서는 각각 시료(1A, 2A)의 소용돌이의 깊이(Ds)(㎜)를 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서 "펌프 이송 전의 소용돌이의 깊이"란, 각 실시예, 비교예에 있어서 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액을 이온 교환수에 첨가하여 얻은 시료의 마그넷 펌프 수송 직전의 소용돌이의 깊이(Ds)(㎜)를 나타내고, 조제예 1, 2에서는 각각 시료(1B, 2B)의 소용돌이의 깊이(Ds)(㎜)를 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서 "펌프 이송 후의 소용돌이의 깊이"란, 마그넷 펌프에 의해 수송한 시료의 소용돌이의 깊이(Ds)(㎜)를 나타낸다.
실시예 1, 2와 같이, 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액의 첨가 직후에 펌프 이송한 경우에는 펌프에 의한 기계적 전단의 영향을 받기 어려워지기 때문에 소용돌이 억제 효과가 높다. 따라서, 실시예 1, 2의 시료는 높은 마찰 저항 저감 효과를 갖고 있다고 할 수 있다.
이에 대해, 비교예 1과 같이, 폴리에틸렌옥시드 수성 분산액이 아니고, 폴리에틸렌옥시드의 수용액을 이용한 경우, 마그넷 펌프에서의 수송 후에는 소용돌이의 발생을 억제할 수 없는 것을 알 수 있다.
(참고: 보존 안정성 평가)
참고로서, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액의 보존 안정성을 분산액의 점도 변화로부터 평가했다.
도 1에는 실시예 1의 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액 및 조제예 1의 폴리알킬렌옥시드 수용액의 각각에 대해서의 점도 변화를 나타내고 있다. 구체적으로는, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액 및 폴리알킬렌옥시드 수용액 각각의 조제 직후의 점도가 보존 일수와 함께 어떻게 변화하는가에 대하여 나타내고 있다. 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액 및 폴리알킬렌옥시드 수용액은 모두 질소 치환을 실시하고, 40℃의 환경 하에서 보관하고, 사전에 결정된 일수마다 점도 측정을 실시했다. 점도는 시판하는 B형 회전 점도계(교반 회전수 12rpm, 교반 시간 3분)로 측정하고, 도 1의 Y축의 점도를, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액 및 폴리알킬렌옥시드 수용액의 조제 직후(0일)의 점도를 각각 100으로 한 상대 점도로 나타내고 있다. 또한, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액의 점도를 측정하는 데 있어서는, 해당 분산액을 희석함으로써 수용액의 상태로 조제하고, 이 수용액을 측정 샘플로 하여 점도 측정을 실시했다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 폴리알킬렌옥시드 수용액에서는 보존 일수의 경과와 함께 점도가 크게 저하하고 있는 것에 대해, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에서는 폴리알킬렌옥시드 수용액에 비하면 약간 저하가 보일 뿐이다. 폴리알킬렌옥시드 수용액에서는 시간과 함께 폴리알킬렌옥시드의 분해 등이 일어나서 점도가 저하했다고 생각된다. 이에 대해, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에서는 그와 같은 분해가 억제되어 있다고 할 수 있다. 따라서, 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액에서는 폴리알킬렌옥시드가 용해되지 않고 분산하여 존재하고 있는 것에 의해 보존 안정성이 우수한 것이 시사되었다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 관련되는 마찰 저항 저감제는 마찰 저항을 저감시키는 효과가 크고, 큰 전단이 가해졌다고 해도, 마찰 저항을 저감시키는 효과가 상실되기 어렵다. 그 때문에, 수성 매체 등의 마찰 저항을 저감시키는 데 적합하게 사용되고, 특히, 소화용 물이나 소화제 등으로의 사용에 적합하다.

Claims (8)

  1. 폴리알킬렌옥시드와, 산화알루미늄과, 전해질과, 물을 포함하고, 상기 폴리알킬렌옥시드가 분산해 있는 폴리알킬렌옥시드 수성 분산액을 포함하는
    마찰 저항 저감제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌옥시드의 점도 평균 분자량이 10만~1000만인
    마찰 저항 저감제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폴리알킬렌옥시드가 폴리에틸렌옥시드 및 에틸렌옥시드-프로필렌옥시드 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는
    마찰 저항 저감제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질이 황산암모늄 및 인산암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는
    마찰 저항 저감제.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해질과 상기 물의 질량비, 전해질/물이 0.11 이상인
    마찰 저항 저감제.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    수성 매체용인
    마찰 저항 저감제.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수성 매체가 소화용 물인
    마찰 저항 저감제.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 마찰 저항 저감제를 포함하는
    소화제.
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