JP4199084B2 - 両性水溶性重合体粒子、その製造方法および処理剤 - Google Patents

両性水溶性重合体粒子、その製造方法および処理剤 Download PDF

Info

Publication number
JP4199084B2
JP4199084B2 JP2003345422A JP2003345422A JP4199084B2 JP 4199084 B2 JP4199084 B2 JP 4199084B2 JP 2003345422 A JP2003345422 A JP 2003345422A JP 2003345422 A JP2003345422 A JP 2003345422A JP 4199084 B2 JP4199084 B2 JP 4199084B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
soluble polymer
water
less
meth
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003345422A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005112898A (ja
Inventor
一充 鈴木
繁邦 中田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Chemical Industries Ltd filed Critical Sanyo Chemical Industries Ltd
Priority to JP2003345422A priority Critical patent/JP4199084B2/ja
Publication of JP2005112898A publication Critical patent/JP2005112898A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4199084B2 publication Critical patent/JP4199084B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Description

本発明は、両性水溶性重合体粒子、その製造方法ならびに該重合体からなる処理剤に関する。さらに詳しくは、該水溶性重合体からなる高分子凝集剤および製紙用薬剤に関するものである。
従来、下水、し尿、工場廃水などの有機性もしくは無機性の汚泥または廃水の凝集処理、脱水処理にはカチオン性高分子凝集剤が使用されてきた。近年、特にこれらの凝集、脱水に関して、発生する汚泥量の増加、汚泥性状の悪化から脱水処理速度アップのニーズが高まってきており、凝集性能{フロック径、フロック強度、懸濁物(以下SSと記載)の回収率など}の向上が可能な高分子凝集剤が望まれている。また、脱水ケーキを焼却処分する際の焼却処分費用の高騰、脱水ケーキをそのまま埋め立て処分する際の埋め立て地の逼迫した状況から、脱水ケーキ中含水率の低減を実現することができる高分子凝集剤が望まれている。この様な高性能化を目的として、近年、特に両性高分子凝集剤が注目されている(例えば、特許文献1〜4参照)。
また、製紙用薬剤においても濾水性向上剤、歩留まり向上剤、白水中の有価物回収剤としてカチオン性水溶性重合体が用いられており、近年、両性水溶性重合体においても提案されている(例えば、特許文献3参照)。
これら両性水溶液重合体の製造方法としては、水溶液重合法(例えば、特許文献1参照)、薄膜重合法(例えば、特許文献2参照)、沈殿重合法(例えば、特許文献3参照)および乳化重合法(例えば、特許文献4参照)などが知られている。
特許第2063530号公報(1頁) 特開平6−322010号公報(1頁) 特許第3208473号公報(1頁) 特開平3−207500号公報(1頁)
しかし、現状用いられている高分子凝集剤および製紙用薬剤は、まだ十分に満足できるレベルに到達できておらず、また従来提案されている高分子凝集剤はフロック強度や脱水ケーキ含水率の観点から、幾分は改良されているもののまだ不十分である。さらに、従来から提案されている両性水溶性重合体粒子は破砕状など、粒子が不定形であるため、粉体供給機などを用いた場合に粉体流動性が悪く、しばしばホッパー内で目詰まりなどのトラブルを引き起こし、粒子を安定かつ定量的に供給することができないといった問題があった。
例えば、特許文献1などに記載の水溶液重合法によって得られる両性高分子重合体は、重合時に比較的低濃度(例えば、30重量%)で重合を行う必要があるため、得られたゲル状物の反応槽からの取り出しが困難であること、粉末化するための乾燥に多大なコストがかかることなどのプロセス上の課題や、得られる重合体の分子量分布が広いため前述の凝集性能および脱水ケーキの含水率の点に問題がある。さらに、得られる重合体は必然的に破砕状の粒子になるため、粒度分布が広く微粉が多量に発生し、製造時または使用時に粉塵が発生しやすいこと、粉体の流動性が悪いため使用時においてブロッキングなどによる目詰まりや、粉体定量供給装置における安定な供給が困難であるといった問題がある。
特許文献2などに記載の薄膜重合法によって得られたものは、前述の水溶液重合に比べ幾分、分子量分布をシャープにし易く、凝集性能および脱水ケーキの含水率の改善が可能になるが、そのためには製造時の膜厚を薄くする必要があり、生産性が悪くなるといった問題がある。また、水溶液重合の場合と同じく得られる重合体は破砕状の粒子となり、前述と同様な問題がある。
特許文献3などに記載の沈殿重合法によって得られたものは、重合中、生成した重合体が互いに合着し易く、大きな塊になり易いといったプロセス上の問題点や、粒径が非常に細かい(0.1〜150μm)ため粉末化が困難であることから液状のまま製品化しなくてはならず、保管時の沈降安定性や使用時に特別な溶解装置が必要であるといった問題、製品中に多量の水や塩が残るため重合体濃度が低く運送費がかかるといった問題や、本重合法によって得られる重合体は高分子量化しにくいため、特に高分子凝集剤として使用した際に上述の凝集性能[フロック径、フロック強度、浮遊物質(以下、SSと記載)回収率など]を得ることが困難であるといった問題がある。
特許文献4などに記載の乳化重合法によって得られたものは、沈殿重合法と同様なプロセス上の問題点や、粒径が非常に細かく(0.01〜10μm)、粉末化が困難である点から沈殿重合法と同様な問題がある。また、製品中には引火性の高い有機溶剤を含むため使用時の安全性に問題がある。
本発明の課題は、上記問題点を解決することである。すなわち、フロックを粗大化でき、強いフロック強度を示し、SS回収率が向上でき、かつ脱水ケーキの低含水率化が可能であるなどの優れた凝集性能を具備するとともに、優れた粉体流動性を有する両性水溶性重合体粒子を提供することである。
本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意検討した結果本発明に至った。
すなわち、本発明は、逆相懸濁重合で得られてなり、形状が球状で、カチオンコロイド当量値(meq/g)が1.0以上4.0以下であり、かつアニオンコロイド当量値(meq/g)が−4.0以上−0.4以下であり、25℃における0.4重量%水溶液の曳糸長(A)(mm)が、4重量%の塩化ナトリウム水溶液中における0.5重量%粘度(B)(mPa・s、25℃)から求められる下記一般式(1)及び(2)で示される範囲にあることを特徴とする両性水溶性重合体(アミジン単位を有する両性ポリマーを除く)粉体粒子;該両性水溶性重合体粉体粒子からなる高分子凝集剤および製紙用薬剤;並びに該高分子凝集剤を下水汚泥または廃水に添加してフロックを形成した後、固液分離を行うことを特徴とする下水汚泥または廃水の処理方法である。

2.03×B−42.3≦A≦2.03×B−2.3 (1)
15≦B≦100 (2)
本発明の両性水溶性重合体粒子は、優れた粉体流動性を有し、フロックを粗大化でき、強いフロック強度を示し、SS回収率が向上でき、かつ脱水ケーキの低含水率化が可能な優れた凝集性能を発現することが可能である。
本発明の両性水溶性重合体粒子の形状は、本発明の特徴である優れた粉体流動性を達成するため球状である必要がある。ここで球状とは、粒子表面が丸みを帯びているものを差し、具体的には下述する円形度によって定義することができる。
両性水溶性重合体粒子の形状が球状でない場合は、本発明の効果である優れた粉体流動性が得られないため好ましくない。
本発明の両性水溶性重合体粒子は、分子内にカチオン性基およびアニオン性基を有する水溶性重合体、すなわち水に溶解した際にカチオン性およびアニオン性を示す水溶性重合体である。
これらの水溶性重合体の水中におけるカチオン性またはアニオン性の評価方法については、コロイド当量値(meq/g)として求めることができる。すなわち、両性水溶性重合体粒子中のカチオン性基当量値およびアニオン性基当量値は、それぞれカチオンコロイド当量値(Cv)、アニオンコロイド当量値(Av)として求めることができる。
本発明の両性水溶性重合体粒子中のカチオンコロイド当量値(Cv)(meq/g)は、凝集性能(フロックの粗大化、高フロック強度、高SS回収率、脱水ケーキの低含水率化)の観点から、好ましくは1.0以上、1.2以上がさらに好ましく、より好ましくは1.3以上、特に好ましくは1.5以上、極めて好ましくは1.8以上、最も好ましくは2.0以上であり、4.0以下が好ましく、3.8以下がさらに好ましく、より好ましくは3.7以下、特に好ましくは3.5以下、極めて好ましくは3.3以下、最も好ましくは3.2以下である。
またアニオンコロイド当量値(Av)(meq/g)は、同様な理由から、好ましくは−4.0以上、−3.8以上がさらに好ましく、より好ましくは−3.7以上、特に好ましくは−3.5以上、極めて好ましくは−3.3以上、最も好ましくは−3.2以上であり、−0.4以下が好ましく、−0.5以下がさらに好ましく、より好ましくは−0.7以下、特に好ましくは−1.0以下、極めて好ましくは−1.2以下、最も好ましくは−1.5以下である。
コロイド当量値は以下に示すコロイド滴定法により求めることができる。なお、以降の測定は室温(20℃)下で行う。
(1)測定試料(50ppm水溶液)の調製
試料0.200g(固形分含量換算したもの)を精秤し、200mlのビーカーにとり、全体の重量(試料とイオン交換水の合計重量)が100.0gとなる様にイオン交換水を加えた後、マグネチックスターラー(1000rpm)で、攪拌して完全に溶解し(例えば3時間)、0.2重量%の水溶性重合体溶液を調製する。さらに500mlのガラス製ビーカーに上記で調製した溶液を10mlのホールピペットを用いて10mlとり、全体の重量(溶液10mlとイオン交換水の合計重量)が400gとなる様にイオン交換水を加え、再度マグネチックスターラー(1000〜1200rpm)で、30分間攪拌して、均一な測定試料とする。
なお、両性水溶性重合体粒子の固形分含量は、試料約1.0gをシャーレに秤量(X)して、順風乾燥機中で105±5℃で90分間乾燥させた後の残存重量を(Y)として、次式から算出した値である。
固形分含量(重量%)=(Y)×100/(X)
(2)カチオンコロイド当量値の測定
上記測定試料100gを200mlのガラス製コニカルビーカーにとり、攪拌しながら除々に0.5重量%硫酸水溶液を加え、pH3に調製する。次にトルイジンブルー指示薬(TB指示薬)を2〜3滴加え、N/400ポリビニル硫酸カリウム(N/400PVSK)試薬で滴定する。滴定速度は2ml/分とし、測定試料が青から赤紫色に変色し、30秒間保持する時点を終点とする。
(3)アニオンコロイド当量値の測定
上記測定試料100gを200mlのガラス製コニカルビーカーにとり、マグネチックスターラー(500rpm)で攪拌しながら、N/10水酸化ナトリウム水溶液0.5mlを加え、さらにN/200メチルグリコールキトサン水溶液5mlを5mlのホールピペットを用いて加えた後、5分間攪拌する(その時のpH約10.5)。TB指示薬を2〜3滴加え、(2)と同様にして滴定する。
(4)空試験
測定試料の代わりにイオン交換水100gを用いる以外(2)および(3)と同様の操作を行う。
(5)計算方法
カチオンまたはアニオンコロイド当量値(meq/g)=1/2×(試料の滴定量−空試験の滴定量)×(N/400PVSKの力価)
上記試験法において、本発明の両性水溶性重合体粒子の分子量が比較的高い場合、例えば、1N−NaNO3水溶液中、30℃における固有粘度[η](dl/g)が5以上の場合は、より正確な値を導くため、下述の分子切断法を採用することが好ましい。
分子切断法とは、上述の方法に従い、0.2重量%の水溶性重合体溶液を調製した後、得られた溶液50.0gを150mlのプラスチック製ディスポカップにとり、ホモジナイザー{例えば、日本精機(株)社製ABM型}で、4000rpm、5分間撹拌して減粘する方法である。この時、撹拌羽根をできるだけ底面に近づける方が、より均一に撹拌でき好ましい。
また、本発明の両性水溶性重合体粒子を高分子凝集剤または製紙用薬剤として用いる場合、被処理液に対する添加量の観点から、カチオンコロイド当量値(Cv)とアニオンコロイド当量値(Av)から表される式(Cv−Av)/Cvの値が、好ましくは1.0以上、より好ましくは1.1以上、特に好ましくは1.2以上、極めて好ましくは1.3以上、最も好ましくは1.4以上であり、好ましくは5.0以下、より好ましくは3.0以下、特に好ましくは2.5以下、極めて好ましくは2.4以下、最も好ましくは2.3以下である。
本発明の両性水溶性重合体粒子の円形度は、粉体流動性の観点から、好ましくは0.8以上、より好ましくは0.85以上、特に好ましくは0.9以上、最も好ましくは0.92以上であり、好ましくは1.0以下、より好ましくは0.98以下、特に好ましくは0.97以下、最も好ましくは0.95以下である。
ここで円形度とは、「粉体理論と応用(改訂第2版)」(丸善)p.50(1979)に記載の方法により定義され、すなわち、粒子の投影面積と同じ面積を有する円の周長(L)と粒子投影図の輪郭の長さ(l)から下式(3)によって求めることができ、真球状で値は1となる。
円形度=L/l (3)
円形度を求める具体的な方法としては、例えば、無作為に取り出した1個の重合体(例えば粒径250μm)をデジタルマイクロスコープ(例えば、KEYENCE社製VH−8000、レンズ;VH−Z150、倍率;450倍)を用いて撮影し、粒子の投影面積と粒子投影図の輪郭の長さを求める。次に、粒子の投影面積から同じ面積を有する円の周長を算出して、円形度を求めることができる。
本発明の両性水溶性重合体粒子の0.4重量%水溶液の曳糸長(A)(mm)は、特に限定無いが、凝集性能の観点から、4重量%の塩化ナトリウム水溶液中における0.5重量%粘度(B)(mPa・s、25℃)(以下、0.5重量%塩粘度と記載)との間に下式(1)及び(2)を満足することがより好ましい。例えば、塩粘度が40mPa・sの場合、曳糸長(A)(mm)は38.9以上78.9以下となる。
この曳糸長は、分子量や分子量分布と相関があり、分子量が高い程、また分子量分布が広い程大きな値となる。本発明の両性水溶性重合体粒子について、この曳糸長(A)が、0.5重量%塩粘度(B)から求められる式(1)及び(2)で示される範囲で、さらに優れた凝集性能(フロック径、フロック強度、SS回収率、脱水ケーキ含水率)を示す。
2.03×B−42.3≦A≦2.03×B−2.3 (1)
15≦B≦100 (2)
上述と同様な凝集性能の観点から、より好ましくは以下の式(1−1)、(2−1)を満足する範囲であり、
2.03×B−37.3≦A≦2.03×B−7.3 (1−1)
15≦B≦100 (2−1)
さらに好ましくは以下の式(1−2)、(2−2)を満足する範囲であり、
2.03×B−35.3≦A≦2.03×B−9.3 (1−2)
15≦B≦100 (2−2)
特に好ましくは以下の式(1−3)、(2−3)を満足する範囲であり、
2.03×B−32.3≦A≦2.03×B−12.3 (1−3)
15≦B≦100 (2−3)
極めて好ましくは以下の式(1−4)、(2−4)を満足する範囲であり、
2.03×B−32.3≦A≦2.03×B−12.3 (1−4)
20≦B≦80 (2−4)
最も好ましくは以下の式(1−5)、(2−5)を満足する範囲である。
2.03×B−32.3≦A≦2.03×B−12.3 (1−5)
25≦B≦65 (2−5)
ここで、曳糸長(mm)は協和界面科学(株)社製の曳糸性測定器などを用いて測定することができる。両性水溶性重合体粒子0.80g(固形分換算)を300mlのガラス製ビーカーにとり、重合体とイオン交換水の重量の合計が200.0gとなる様にイオン交換水を素早く加え、ガラス棒などを用いて該重合体が膨潤して均一分散するまで(約1分)撹拌する。この時、該重合体がままこにならないように注意する。その後、サランラップで蓋をして室温(約20℃)で1晩静置した後、板状の塩ビ製撹拌羽根(直径5cm、高さ2cm、厚さ0.2cm)1枚を取り付けたジャーテスターにセットし、120rpm、1時間撹拌し、測定試料の0.4重量%水溶液を調製する。この調製した水溶液を25℃±2℃に温調した後、曳糸性測定器のガラス製回転楕円体(以下ガラス球と記載)(短径7mm、長径11mm)を長径に相当する深さ11mmまで浸漬し、15秒間保持した後、16mm/秒の速度でガラス球を引き上げ、ポリマー水溶液の糸が切れるまでの液面からガラス球最下部までの距離を測定する。ガラス球の浸漬位置を変更して、測定を10回繰り返し、平均値を算出し、曳糸長(mm)の値とする。
0.5重量%塩粘度(mPa・s)は、以下の方法で測定する。500mlのガラス製トールビーカーにイオン交換水286.5gをとる。回転計付きスリーワンモーターに撹拌棒、ステンレス製プロペラ型3枚羽根(直径5cm)を取り付けた攪拌装置にトールビーカーをセットし、回転数450rpmで撹拌する。両性水溶性重合体粒子1.500g(固形分換算)を精秤し、ままこにならないように少量づつ添加し、室温(約20℃)で2時間溶解する。次に、食塩12.00gを加えて、さらに室温(約20℃)で30分間撹拌する。溶解液を200mlトールビーカーに移し、恒温水槽中で液温25℃±0.5℃に調節する。調製した水溶液をBL型粘度計{例えば、東機産業(株)社製TV−10、ローターNo.1(ガード無し)}を用いて、25℃、回転数60rpmの条件で測定し、小数点第1位までの数字を0.5重量%塩粘度とする。
本発明の両性水溶性重合体粒子の平均粒径(μm)は、使用時における発塵性の点から、好ましくは150以上、より好ましくは200以上、特に好ましくは250以上、最も好ましくは300以上であり、好ましくは2,000以下、より好ましくは1,000以下、特に好ましくは700以下、最も好ましくは500以下である。
平均粒径(μm)は、ロータップ試験篩振とう機およびJIS Z8801−2000標準篩に規定された篩を用いて、ペリーズ・ケミカル・エンジニアーズ・ハンドブック第6版(マックグロー−ヒル・ブック・カンパニー、1984、21頁)に記載の方法で求めることができる。
該重合体50.0gをとり、適当な目開きのJIS Z8801−2000標準篩、例えば目開きが710μm、500μm、425μm、355μm、300μm、250μm、180μmのものを用いて、ロータップ試験篩振とう機(例えば、(株)飯田製作所社製)で1分間振とうさせ、各篩上に残った試料を計量する。対数確率紙にプロットし、50%の時の粒径(メジアン径)を平均粒径とする。
本発明の両性水溶性重合体粒子の分子量は、凝集性能(フロック径、フロック強度、SS回収率、脱水ケーキ含水率)の観点から、1N−NaNO3 水溶液中30℃で測定した固有粘度(dl/g)が通常1以上、好ましくは4以上、さらに好ましくは6以上、特に好ましくは8以上、最も好ましくは9.5以上であり、通常40以下、好ましくは30以下、さらに好ましくは25以下、特に好ましくは20以下、最も好ましくは18以下である。
本発明の両性水溶性重合体粒子は、下述の水溶性不飽和モノマー(a)の内、カチオン性モノマー(a2)とアニオン性モノマー(a3)を必ず含み、必要によりノニオン性モノマー(a1)、水不溶性不飽和モノマー(b)、架橋性モノマー(c)からなる重合体である。
本発明の両性水溶性重合体粒子に用いられる水溶性不飽和モノマー(a)としては次のものが挙げられる。
(a1) ノニオン性モノマー
下記のもの、およびこれらの混合物
・(a1−1) (メタ)アクリレート誘導体[ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(重合度3〜50)モノ(メタ)アクリレート、ポリグリセロール(重合度1〜10)モノ(メタ)アクリレート、2−シアノエチル(メタ)アクリレートなど]
・(a1−2) (メタ)アクリルアミド誘導体[(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミドなど]
・(a1−3) 上記以外の窒素原子含有ビニルモノマー[アクリロニトリル、N−ビニルホルムアミド、N−ビニル−2−ピロリドン、ビニルイミダゾール、N−ビニルスクシンイミド、N−ビニルカルバゾールなど]など。
(a2) カチオン性モノマー
下記のもの、これらの塩(例えば、塩酸塩、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、メチルクロライド塩、ジメチル硫酸塩およびベンジルクロライド塩など)、およびこれらの混合物
・(a2−1) 窒素原子含有(メタ)アクリレート誘導体[N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N−モルホリノエチル(メタ)アクリレートなど]
・(a2−2) 窒素原子含有(メタ)アクリルアミド誘導体[N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミドなど]
・(a2−3) アミノ基を有するビニル化合物[ビニルアミン、ビニルアニリン、(メタ)アリルアミン、p−アミノスチレンなど]
・(a2−4) アミンイミド基を有する化合物[1,1,1−トリメチルアミン(メタ)アクリルイミド、1,1−ジメチル−1−エチルアミン(メタ)アクリルイミド、1,1−ジメチル−1−(2’−フェニル−2’−ヒドロキシエチル)アミン(メタ)アクリルイミド、1,1,1−トリメチルアミン(メタ)アクリルイミドなど]
・(a2−5) 上記以外の窒素原子含有ビニルモノマー[2−ビニルピリジン、3−ビニルピペリジン、ビニルピラジン、ビニルモルホリンなど]など。
(a3) アニオン性モノマー
下記の酸、これらの塩[アルカリ金属塩(リチウム、ナトリウム、カリウムなど)、アルカリ土類金属塩(マグネシウム、カルシウムなど)、アンモニウム塩およびアミン(炭素数1〜20)塩など]、およびこれらの混合物
・(a3−1) 不飽和カルボン酸[(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、ビニル安息香酸、アリル酢酸など]
・(a3−2) 不飽和スルホン酸〔炭素数2〜20の脂肪族不飽和スルホン酸(ビニルスルホン酸など)、炭素数6〜20の芳香族不飽和スルホン酸(スチレンスルホン酸など)、スルホン酸基含有(メタ)アクリレート[スルホアルキル(炭素数2〜20)(メタ)アクリレート[2−(メタ)アクリロイルオキシエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、3−(メタ)アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシブタンスルホン酸、4−(メタ)アクリロイルオキシブタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシ−2,2−ジメチルエタンスルホン酸、p−(メタ)アクリロイルオキシメチルベンゼンスルホン酸など]、スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド[2−(メタ)アクリロイルアミノエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルアミノプロパンスルホン酸、3−(メタ)アクリロイルアミノプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルアミノブタンスルホン酸、4−(メタ)アクリロイルアミノブタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2−ジメチルエタンスルホン酸、p−(メタ)アクリロイルアミノメチルベンゼンスルホン酸など]、アルキル(炭素数1〜20)(メタ)アリルスルホコハク酸エステル[メチル(メタ)アリルスルホコハク酸エステルなど]など〕
・(a3−3) (メタ)アクリロイルポリオキシアルキレン(炭素数1〜6)硫酸エステル[(メタ)アクリロイルポリオキシエチレン(重合度2〜50)硫酸エステルなど]など。
上記水溶性不飽和モノマー(a)の中で好ましいのは、容易に高分子量にできる点から、(a1−1)、(a1−2)、(a1−3)、(a2−1)、(a2−2)、(a3−1)、(a3−2)であり、さらに好ましくは(a1−2)、(a1−3)、(a2−1)、(a2−2)、(a3−1)、(a3−2)不飽和スルホン酸の内のスルホン酸基含有(メタ)アクリレート、スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド、特に好ましくは(a1−2)、(a1−3)、(a2−1)、(a3−1)、(a3−2)不飽和スルホン酸の内のスルホン酸基含有(メタ)アクリレート、スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド、最も好ましくは(a1−2)の内の(メタ)アクリルアミド、(a1−3)の内のアクリロニトリル、N−ビニルホルムアミド、(a2−1)の内のN,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートおよびこれらの塩(例えば、塩酸塩、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、メチルクロライド塩、ジメチル硫酸塩およびベンジルクロライド塩など)、(a3−1)の内の(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、イタコン酸およびこれらのアルカリ金属塩(リチウム、ナトリウム、カリウムなど)、(a3−2)不飽和スルホン酸の内の2−(メタ)アクリロイルオキシエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、3−(メタ)アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリロイルアミノ−2,2−ジメチルエタンスルホン酸およびこれらのアルカリ金属塩(リチウム、ナトリウム、カリウムなど)である。
また、これらの水溶性不飽和モノマー(a)は、任意に混合して共重合することができる。
上記(a)は、必要により水不溶性不飽和モノマー(b)および/または架橋性モノマー(c)を併用してもよく、その場合(b)の割合(モル%)は、モノマー(a)、(b)、(c)の全モル数に対して、通常0以上、好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.5以上であり、通常40以下、好ましくは20以下、さらに好ましくは10以下である。
また、(c)の割合(モル%)は、使用する架橋性モノマー(c)の重合性または反応性にもよるが、モノマー(a)、(b)、(c)の全モル数に対して、通常0以上、好ましくは0.0001以上、さらに好ましくは0.01以上であり、通常5以下、好ましくは1以下、さらに好ましくは0.5以下である。
水不溶性不飽和モノマー(b)としては、例えば以下の物が挙げられる。
下記の(b1)〜(b4)、およびこれらの混合物
・(b1) 炭素数4〜23の(メタ)アクリレート[炭素数1〜20の脂肪族および脂環式アルコールの(メタ)アクリレート、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、炭素数4〜20のエポキシ基含有(メタ)アクリレート{例えば、グリシジル(メタ)アクリレートなど}など]
・(b2) ポリプロピレングリコール(重合度2〜50)[モノアルキル(炭素数1〜20)、モノシクロアルキル(炭素数3〜12)もしくはモノフェニルエーテル]不飽和カルボン酸モノエステル〔モノオールまたはジオールのプロピレンオキシド(以下POと略記)付加物、例えばモノオール(炭素数1〜20)PO付加物の(メタ)アクリル酸エステル[ω−メトキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ω−エトキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ω−プロポキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ω−ブトキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ω−シクロヘキシルポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ω−フェノキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレートなど]、ジオール(炭素数1〜20)PO付加物の(メタ)アクリル酸エステル[ω−ヒドロキシエチル(ポリ)オキシプロピレンモノ(メタ)アクリレートなど]など〕
・(b3) 炭素数2〜30の不飽和炭化水素モノマー[エチレン、ノネン、スチレン、1−メチルスチレンなど]
・(b4) 不飽和アルコール[ビニルアルコール、(メタ)アリルアルコール]の炭素数2〜20のカルボン酸エステル(例えば酢酸ビニル)
・(b5) ハロゲン含有モノマー(例えば塩化ビニル)など。
架橋性モノマー(c)としては、例えば以下の物およびこれらの塩{例えば、アルカリ性化合物については、塩酸塩、臭化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩、メチルクロライド塩、ジメチル硫酸塩およびベンジルクロライド塩など、酸性化合物については、アルカリ金属(リチウム、ナトリウム、カリウムなど)塩、アルカリ土類金属(マグネシウム、カルシウムなど)塩など}が挙げられる。
下記の(c1)〜(c4)、およびこれらの混合物
・(c1)架橋性(メタ)アクリルアミド[N,N−メチレンビスアクリルアミドなど]
・(c2)架橋性(メタ)アクリレート[エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトール(ポリ)(2〜4)(メタ)アクリレートなど]
・(c3)ビニル基含有架橋性モノマー[ジビニルアミン、多価アミン{例えば、エチレンジアミン、ポリエチレンイミン(重合度2〜50)など}のポリ(2〜20)ビニルアミン、トリビニルアミン、ジビニルエーテル、多価アルコール[例えば、(ポリ)アルキレン(炭素数1〜6)グリコール{例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール(重合度2〜50)、ポリプロピレングリコール(重合度2〜50)、ポリオキシエチレン(重合度2〜50)・ポリオキシプロピレン(重合度2〜50)ブロックコポリマーなど}、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、(ポリ)(重合度2〜50)グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、デンプンなど]のポリ(2〜20)ビニルエーテルなど]
・(c4)アリル基含有架橋性モノマー[ジ(メタ)アリルアミン、N−アルキル(炭素数1〜20)ジ(メタ)アリルアミン、多価アミン{例えば、エチレンジアミン、ポリエチレンイミン(重合度2〜50)など}のポリ(2〜20)(メタ)アリルアミン、トリ(メタ)アリルアミン、ジ(メタ)アリルエーテル、多価アルコール[例えば、(ポリ)アルキレン(炭素数1〜6)グリコール{例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール(重合度2〜50)、ポリプロピレングリコール(重合度2〜50)、ポリオキシエチレン(重合度2〜50)・ポリオキシプロピレン(重合度2〜50)ブロックコポリマーなど}、(ポリ)(重合度2〜50)グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、デンプンなど}のポリ(2〜20)(メタ)アリルエーテル、ポリ(2〜20)(メタ)アリロキシアルカン(炭素数1〜20){例えば、テトラアリロキシエタンなど}など]
・(c5)熱架橋性モノマー[エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテルなど]など。
本発明の両性水溶性重合体粒子の製造方法としては、製造される粒子の形状が球状であれば特に限定無いが、好ましくは懸濁重合法及び逆相懸濁重合法、特に好ましくは逆相懸濁重合法である。
懸濁重合は公知の方法が使用でき、例えば、水中でモノマーを懸濁重合させる方法(特開平5−192513号公報など)などが使用できる。
逆相懸濁重合は公知の方法が使用でき、例えば、水溶性飽和モノマーの水溶液を油溶性高分子物質を分散安定剤として、油中水型に分散して重合する方法(特開昭56−53111号公報など)などが使用できる。
油溶性高分子物質としては、セルロースエーテル(例えば、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロースなど)、ショ糖脂肪酸エステル(例えば、ショ糖ジステアレート、ショ糖トリステアレートなど)、ソルビタン脂肪酸エステル(例えば、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレートなど)、ポリグリセリン脂肪酸エステル(例えば、モノステアリン酸グリセリンなど)、アルケンとα,β−不飽和多価カルボン酸(無水物)との共重合体またはその誘導体{例えば、炭素数20以上40以下の1−オレフィンと(無水)マレイン酸の共重合体など}などが挙げられる。これらの内で、製造時における装置への粒子付着防止の観点から、好ましくはショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、アルケンとα,β−不飽和多価カルボン酸(無水物)との共重合体またはその誘導体であり、特に好ましくはアルケンとα,β−不飽和多価カルボン酸(無水物)との共重合体またはその誘導体である。
これらの使用量(重量%)は、使用する有機溶媒の重量に対して、通常0.1以上、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.5以上であり、通常10以下、好ましくは5以下、より好ましくは3以下である。
また、使用する有機溶媒としては、脂肪族炭化水素(例えば、ヘプタン、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、デカリンなど)、芳香族炭化水素(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなど)などが挙げられる。これらの内で、製造時の粒子安定性の観点から、好ましくはノナン、デカン、ドデカン、シクロヘキサン、デカリンであり、特に好ましくはデカン、シクロヘキサン、デカリンである。
上記製造の際に用いるラジカル重合開始剤としては、公知のもの、例えば、水溶性アゾ開始剤[アゾビスアミジノプロパン(塩)、アゾビスシアノバレリン酸(塩)、2,2’−アゾビス[2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン](塩)など]、油溶性アゾ開始剤(アゾビスシアノバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリルなど)、水溶性過酸化物(過酸化水素、過酢酸、ターシャルブチルパーオキサイドなど)、油溶性過酸化物(ベンゾイルパーオキシド、クメンヒドロキシパーオキシドなど)、無機過酸化物(過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムなど)が挙げられる。
上記の過酸化物は還元剤と組み合わせてレドックス開始剤として用いてもよく、還元剤の例としては重亜硫酸塩(重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム、重亜硫酸アンモニウムなど)、還元性金属塩[硫酸鉄(II)など]、3級アミン[ジメチルアミノ安息香酸(塩)、ジメチルアミノエタノールなど]、遷移金属塩のアミン錯体[塩化コバルト(III)のペンタメチレンヘキサミン錯体、塩化銅(II)のジエチレントリアミン錯体など]、有機性還元剤(アスコルビン酸など)などが挙げられる。また、アゾ開始剤、過酸化物開始剤およびレドックス開始剤はそれぞれ単独で用いてもよいし、2種以上の開始剤を併用してもよい。
ラジカル重合開始剤の使用量(重量%)は、本発明の方法により得られる高分子凝集剤として最適な分子量を得る観点から水溶性不飽和モノマー(a)および必要により非水溶性不飽和モノマー(b)および/または架橋性モノマー(c)の合計重量に基づいて、好ましくは0.001以上、さらに好ましくは0.005以上、特に好ましくは0.01以上、最も好ましくは0.02以上であり、好ましくは1以下、さらに好ましくは0.5以下、特に好ましくは0.1以下、最も好ましくは0.05以下である。
また、必要によりラジカル重合用連鎖移動剤を使用しても良い。ラジカル重合用連鎖移動剤としては、特に限定無く公知のものが使用できる。例えば、分子内に1つまたは2つ以上の水酸基を有する化合物(例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンポリプロピレングリコールなど)、分子内に1つまたは2つ以上のアミノ基を有する化合物{例えば、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリエチルアミン、(イソ)プロパノールアミンなど}、分子内に1つまたは2つ以上のチオール基を有する化合物(後述)などが挙げられる。
これらの内で分子量制御の観点から、好ましくは分子内に1つまたは2つ以上のチオール基を有する化合物である。
分子内にチオール基を有する化合物としては、以下の物、これらの混合物および必要によりこれらの塩[アルカリ金属塩(リチウム、ナトリウム、カリウムなど)、アルカリ土類金属塩(マグネシウム、カルシウムなど)、アンモニウム塩、アミン(炭素数1〜20)塩、塩酸塩、硫酸塩、リン酸塩、硝酸塩など]が挙げられる。
・1価チオール
脂肪族(炭素数1〜20)メルカプタン[例えば、メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、プロピルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、ヘキサデシルメルカプタン、n−オクタデシルメルカプタン、2−メルカプトエタノール、メルカプト酢酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオ酢酸、1−チオグリセロール、チオグリコール酸モノエタノールアミン、チオマレイン酸、メルカプトこはく酸、システイン、システアミンなど]、脂環式(炭素数5〜20)メルカプタン(例えば、シクロペンタンメルカプタン、シクロヘキシルメルカプタン)、芳香族(炭素数6〜12)メルカプタン(例えば、チオフェノール、ベンジルメルカプタン、チオ安息香酸、チオサリチル酸など)などが挙げられる。
・多価チオール
ジチオール[脂肪族(炭素数2〜40)ジチオール(例えば、エチレンジチオール、ジエチレンジチオール、トリエチレンジチオール、プロピレンジチオール、1,3−および1,4−ブタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、ネオペンチルジチオールなど)、脂環式(炭素数5〜20)ジチオール、(例えば、シクロペンタンジチオール、シクロヘキサンジチオールなど)、芳香族(炭素数6〜16)ジチオール(例えば、ベンゼンジチオール、ビフェニルジチオールなど)などが挙げられる。
ラジカル重合用連鎖移動剤を使用する場合の使用量(重量%)としては、本発明の方法により得られる高分子凝集剤として最適な分子量を得る観点から、(a)、(b)および(c)の合計重量に基づいて、好ましくは0.0001以上、より好ましくは0.001以上、特に好ましくは0.01以上、最も好ましくは0.05以上であり、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、特に好ましくは3以下、最も好ましくは1以下である。
製造する際のモノマー水溶液中のモノマー濃度(重量%)としては、通常30以上、好ましくは40以上、より好ましくは45以上、特に好ましくは50以上、最も好ましくは55以上であり、通常90以下、好ましくは85以下、より好ましくは80以下、特に好ましくは78以下、最も好ましくは75以下である。
ここでモノマー水溶液重量とは、モノマー{(a)および必要により(b)および(c)}、水、開始剤、必要により連鎖移動剤、その他の添加剤(後述)の全重量を指す。
逆相懸濁重合の際の分散媒の使用量(重量%)としては、分散系の安定化または生産コストの観点からモノマー水溶液の全重量に基づいて、好ましくは25以上、さらに好ましくは40以上、特に好ましくは65以上であり、好ましくは1,000以下、さらに好ましくは400以下、特に好ましくは200以下である。
重合温度(℃)としては、、通常10以上、好ましくは20以上、より好ましくは30以上、特に好ましくは40以上、最も好ましくは50以上であり、通常95以下、好ましくは90以下、より好ましくは80以下、特に好ましくは70以下、最も好ましくは60以下である。また、重合中は所定重合温度を一定(例えば、所定重合温度±5℃)に保つ様、適宜加熱、冷却して調節することが好ましい。重合温度を一定に保つために、予め所定重合温度に温調した分散媒に撹拌下でモノマーを随時滴下しても良い。その際の滴下時間は、モノマー濃度、および重合反応発熱量により異なるが、通常0.5〜20時間、好ましくは1〜10時間である。
重合時間は重合による発熱がなくなった点で終了が確認できるが、重合を完結し、残存モノマーを減少させる観点から、通常発熱により重合開始を確認した時点から1〜24時間、好ましくは2〜12時間である。モノマーを随時滴下する場合は滴下終了後から上記時間重合することが好ましい。
上記のモノマー濃度、重合温度、重合時間は、モノマー組成、重合法、開始剤種類などによって適宜調製することができる。
重合前におけるモノマー混合水溶液のpHは、得られる重合体の水溶解性の観点から、好ましくは0.5以上、より好ましくは1以上、特に好ましくは1.5以上、最も好ましくは2以上であり、好ましくは7以下、より好ましくは5以下、特に好ましくは4以下、最も好ましくは3.5以下である。
上記pHに調製するために用いるpH調製剤としては、特に限定されないが、モノマー水溶液がアルカリ性の場合には硫酸、塩酸、リン酸などの鉱酸;酸性リン酸ソーダ、酸性ぼう硝、塩化アンモン、硫安、重硫安、スルファミン酸などの無機固体酸性物質;シュウ酸、こはく酸、リンゴ酸などの有機酸が挙げられる。モノマー水溶液が酸性の場合には水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機アルカリ性物質;アンモニアなどの有機アルカリ性物質などが挙げられる。
なお、上記のpHの測定方法としては、20℃で重合で使用するモノマー水溶液の原液をそのまま測定すれば良い。
重合時の圧力(kPa、以下絶対圧力を示す。)は、特に限定無いが、通常大気圧下で行う。また、逆相懸濁重合の場合は、重合時の温度調節が容易である点から、好ましくは重合温度において、分散媒が沸騰する圧力または疎水性分散媒と水とが共沸する圧力が好ましい。具体的には、5以上が好ましく、より好ましくは12以上、特に好ましくは25以上であり、95以下が好ましく、より好ましくは80以下、特に好ましくは65以下である。
また本発明の両性水溶性重合体粒子は、さらに得られたポリマーを変性反応しても良い。ポリマー変性反応としては、例えば、アクリルアミドなどの加水分解性官能基を分子内に有する水溶性不飽和モノマー(a)を使用した場合、重合時または重合後に苛性アルカリ(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)または炭酸アルカリ(炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなど)を添加して、モノマー(a)のアミド基を部分的に加水分解してカルボキシル基を導入する方法(特開昭56−16505号公報など)、ホルムアルデヒド、ジアルキル(炭素数1〜12)アミンおよびハロゲン化(塩化、臭化、ヨウ化など)アルキル(炭素数1〜12)(例えばメチルクロライド、エチルクロライドなど)を加え、マンニッヒ反応によって部分的にカチオン性基を導入する方法など、またはアクリロニトリルなどのニトリル基と、ビニルホルムアミドなどの加水分解などによって得られるアミノ基によって得られるアミノ基とニトリル基の閉環反応により分子内にアミジン環を形成する方法(特開平5−192513号公報など)など、重合後に前述した熱架橋性モノマー(c5)を添加し架橋反応する方法(特許3305688号公報)などが挙げられる。
本発明の両性水溶性重合体粒子は、重合後は含水ゲルの状態で得られるが、さらに脱水することによって本発明の両性水溶性重合体粒子を得ることができる。
その際の脱水方法としては、特に限定無く、重合後、反応槽内で水を留去する脱水方法、重合後に重合ゲルと分散媒を固液分離し、熱風乾燥、赤外線乾燥、間接加熱乾燥(真空乾燥、攪拌型の乾燥機、ドラムドライヤー)などの乾燥により脱水する方法、アセトン、メタノールなどの有機溶剤中に含水ゲルを添加して脱水した後固液分離し、上記乾燥方法などにより溶剤除去する方法などが利用できる。またこれらの方法は任意に併用することができる。
本発明の両性水溶性重合体粒子(ア)は、単独、または2種以上の混合物でも使用できるが、必要により(ア)以外の水溶性重合体(イ)を併用して使用してもよい。
(イ)としては、上記例示した(ア)と同様のモノマー(a){および必要によりモノマー(b)、(c)}が使用でき、任意の水溶性重合体(例えば、カチオン性水溶性重合体、アニオン性水溶性重合体、両性水溶性重合体粒子)が使用できる。
(イ)がカチオン性水溶性重合体またはアニオン性水溶性重合体の場合は、形状としては特に限定無く、球状、破砕状などいずれの形状をとっても良い。(イ)が両性水溶性重合体の場合は、球状以外の形状(例えば、破砕状など)である。
また(イ)の円形度は、(イ)がカチオン性水溶性重合体またはアニオン性水溶性重合体の場合は、特に限定無く任意の値を示すことができる。(イ)が両性水溶性重合体の場合は、0.8未満、好ましくは0.5以上0.8未満である。
(イ)の平均粒径(μm)は、使用時における発塵性の点から、好ましくは150以上、より好ましくは200以上、特に好ましくは250以上、最も好ましくは300以上であり、好ましくは2,000以下、より好ましくは1,500以下、特に好ましくは1,000以下、最も好ましくは800以下である。
(イ)を製造する際、必要によりモノマー(b)および/または(c)を共重合する場合の(b)の添加量(モル%)は、モノマー(a)、(b)、(c)の全モル数に対して、水に対する溶解性の観点から、通常0以上、好ましくは0.1以上、さらに好ましくは0.5以上であり、通常40以下、好ましくは20以下、さらに好ましくは10以下である。
また、(c)の割合(モル%)は、架橋性モノマー(c)の重合性または反応性にもよるが、モノマー(a)、(b)、(c)の全モル数に対して、水に対する溶解性の観点から、通常0以上、好ましくは0.0001以上、さらに好ましくは0.01以上であり、通常5以下、好ましくは1以下、さらに好ましくは0.5以下である。
(イ)の製造方法としては、特に限定無く、公知の水溶液重合、逆相懸濁重合、薄膜重合、沈澱重合、乳化重合などのラジカル重合法が採用できる。また、前述したポリマー変性反応によっても得ることができる。
(イ)を添加する場合は、優れた凝集性能を具備するとともに優れた粉体流動性を有するという本発明の効果を損なわない範囲で添加することができる。
本発明の両性水溶性重合体粒子の内、(イ)を(ア)に添加する方法としては、(ア)の重合時に(イ)を予め混合する方法、重合した後に(ア)と(イ)を混合する方法が挙げられる。
(ア)の重合時に(イ)を予め混合する方法の場合、優れた凝集性能を具備する観点から、(イ)の添加量(重量%)は、(ア)および(イ)の全重量に対して、0以上、好ましくは5以上、特に好ましくは10以上、最も好ましくは20以上であり、好ましくは80以下、さらに好ましくは70以下、特に好ましくは60以下、最も好ましくは40以下である。
重合した後に(ア)と(イ)を混合する方法の場合、優れた凝集性能とともに優れた粉体流動性を有するといった観点から、(イ)の添加量(重量%)は、(イ)の形状が球状である場合は、(ア)および(イ)の全重量に対して、0以上、好ましくは5以上、特に好ましくは10以上、最も好ましくは20以上であり、好ましくは80以下、さらに好ましくは70以下、特に好ましくは60以下、最も好ましくは40以下である。また、(イ)の形状が球状でない場合は、(ア)および(イ)の全重量に対して、0以上、好ましくは5以上、特に好ましくは10以上、最も好ましくは20以上であり、好ましくは50以下、さらに好ましくは40以下、特に好ましくは35以下、最も好ましくは30以下である。
(イ)の固有粘度は、特に限定無く使用できるが、凝集性能(フロック径、フロック強度、SS回収率、ケーキ含水率)の観点から、1N−NaNO3 水溶液中30℃で測定した固有粘度(dl/g)が、好ましくは0.5以上であり、さらに好ましくは2以上、特に好ましくは5以上であり、好ましくは40以下であり、さらに好ましくは20以下、特に好ましくは12以下である。
本発明で得られる両性水溶性重合体粒子は必要に応じ、無機塩[塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、炭酸などの無機酸の金属塩またはアンモニウム塩、例えば炭酸ソーダ、炭酸カリウム、炭酸アンモン、硫酸ソーダ、硫酸アンモン、硫酸水素ナトリウムなど]、有機酸(塩)[カルボン酸、スルホン酸、フェノールなどの有機酸、並びにこれらの金属塩またはアンモニウム塩、例えば、ステアリン酸、スルファミン酸、酢酸ソーダ、乳酸ソーダなど]、界面活性剤[米国特許第4331447号明細書記載の界面活性剤、例えば、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル、ジオクチルスルホコハク酸ソーダなど]、ブロッキング防止剤(ポリエーテル変性シリコーンオイル、例えば、ポリエチレンオキサイド変性シリコーン、ポリエチレンオキサイド・ポリプロピレンオキサイド変性シリコーンなど)、酸化防止剤〔フェノール系化合物(ハイドロキノン、メトキシハイドロキノン、カテコールなど)、ヒンダードアミン[クペロン、2−(5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、コハク酸ジメチル−1−(2−ヒドロキシエチル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン重縮合物、ビス(1−オクチロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシなど]、含硫化合物[2−メルカプトベンゾチアゾールおよびその塩(金属塩またはアンモニウム塩など)、チオ尿素、テトラメチルチウラムジサルファイド、ジメチルジチオカルバミン酸およびその塩(金属塩またはアンモニウム塩など)、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなど]、含リン化合物(トリフェニルホスファイト、トリエチルホスファイト、亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウムなど)、含窒素化合物(尿素、グアニジン硫酸塩など)〕などの添加剤と併用して使用できる。これらの添加剤は、モノマー水溶液中に予め添加しても良いし、重合後のポリマーに添加、混練して配合しても良い。
これらの添加剤の添加量は、添加剤をモノマー水溶液中に予め添加する場合はモノマー水溶液中の固形分含量に対して、又、添加剤をポリマー中に予め添加する場合はポリマー中の固形分含量に対して、無機塩、有機酸またはその塩は0〜10重量%、界面活性剤、ブロッキング防止剤は0〜5重量%、酸化防止剤は0〜20重量%であり、ポリマー水溶液の粘度の点から、より好ましくは無機塩、有機酸塩は0.05〜5重量%、界面活性剤、ブロッキング防止剤は0.005〜3重量%、酸化防止剤は0.0001〜10重量%である。
本発明の両性水溶性重合体粒子は、従来に無い優れた凝集性能(フロックの粗大化、高フロック強度、高SS回収率、脱水ケーキの低含水率化)を示すことから、下水またはし尿(以下下水汚泥)などの凝集処理用高分子凝集剤または産業廃水(以下廃水)などの凝集処理用高分子凝集剤として使用する場合が好ましい。
本発明の高分子凝集剤を下水汚泥または廃水に添加する方法としては、特に限定無く使用できるが、例えば公知の方法(例えば特許第1311340号公報、特許第2038341号公報など)が使用できる。
下水汚泥または廃水に添加する場合の高分子凝集剤の添加量(重量%)は、該下水汚泥または廃水の種類、懸濁している粒子の含有量、該高分子凝集剤の分子量などによって異なるが、特に限定無く使用でき、下水汚泥または廃水中の蒸発残留物重量(以下、TSと記載する。)に対して、通常0.01以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.5以上、特に好ましくは1以上であり、通常10以下、好ましくは5以下、より好ましくは3以下、特に好ましくは2以下である。
本発明の高分子凝集剤は水溶液にした後に該下水汚泥または廃水に添加して用いることが好ましいが、高分子凝集剤を固体の状態で廃水に添加しても良い。該高分子凝集剤を水溶液として用いる場合は、0.05〜1重量%に溶解して使用することが好ましい。
溶解方法、溶解後の希釈方法は特に限定無く使用できるが、例えば予め計りとった水に、ジャーテスターなどの撹拌装置を用いて撹拌しながら所定量の高分子凝集剤をゆっくりと加え、数時間(約2〜4時間程度)撹拌して溶解する方法などが採用できる。特に粉末状の高分子凝集剤を水に溶解する際、高分子凝集剤を一度に加えるとままこを生じ、高分子凝集剤が完全に水に溶解しにくくなるため好ましくない。
(ア)と(イ)を併用して使用する場合の使用方法としては、上述した予め(ア)と(イ)が混合された両性水溶性重合体粒子を使用する方法に加えて、(1)(ア)と(イ)をそれぞれ別々に溶解した後、別々に使用する方法、(2)(ア)と(イ)を別々に溶解した後に高分子凝集剤水溶液どうしを混合する方法、(3)一方の高分子凝集剤を溶解した水溶液に他方の高分子凝集剤を添加し溶解する方法などを採用することができる。
上記(1)〜(3)の方法の場合の(イ)の使用量は、(イ)の形状が球状である場合は、優れた凝集性能(フロック径、フロック強度、SS回収率、ケーキ含水率)を損なわない程度の量を扱うことが好ましく、また、(イ)の形状が球状でない場合はハンドリング上、粉体流動性の問題が起こらない程度の量を扱うことが好ましい。
また上記の(1)の方法を採用する場合、高分子凝集剤(ア)、(イ)の添加順序については特に限定は無く、該廃水に対して(ア)、(イ)のいずれかを先に添加しても、上記の様に予め混合した後に添加しても良いが、本発明の効果である凝集性能(フロック径、フロック強度、SS回収率、ケーキ含水率)の観点から、先に(ア)を添加して一次凝集させた後に(イ)を添加する方法が、本発明の優れた凝集効果が得られやすく、より好ましい。
本発明の高分子凝集剤水溶液を下水汚泥または廃水に添加して使用する際、使用する下水汚泥または廃水によって、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリ硫酸鉄、消石灰などの無機凝結剤やアニリン−ホルムアルデヒド重縮合物塩酸塩、ポリビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ジメチルジ(メタ)アリルアンモニウムクロライド、(メタ)アリルアミンまたはジ(メタ)アリルアミン−マレイン酸共重合体、(メタ)アリルアミンまたはジ(メタ)アリルアミン−シトラコン酸共重合体、(メタ)アリルアミンまたはジ(メタ)アリルアミン−イタコン酸、(メタ)アリルアミンまたはジ(メタ)アリルアミン−フマル酸共重合体などの有機凝結剤を併用する方が好ましい。併用する場合は、本発明の高分子凝集剤に予め添加しても良いし、該下水汚泥または廃水に予め無機凝結剤および/または有機凝結剤を添加し一次凝集させた後、本発明の高分子凝集剤を添加しても良いが、好ましくは後者である。
無機凝結剤および/または有機凝結剤を使用する際の添加量(重量%)は、該下水汚泥または廃水の種類、懸濁している粒子の大きさ、用いる凝結剤の種類などによって異なるが、特に限定無く使用でき、下水汚泥または廃水中のTSに対して、無機凝結剤では通常0以上、好ましくは0.5以上、より好ましくは1以上、特に好ましくは1.5以上、通常20以下、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、特に好ましくは3以下であり、有機凝結剤では通常0以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.025以上、特に好ましくは0.05以上、通常1以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.2以下、特に好ましくは0.15以下である。
本発明の高分子凝集剤の添加の際には、該下水汚泥または廃水のpHを予め調製することもできる。調製するpH範囲は通常3以上、好ましくは3.5以上、より好ましくは4以上、特に好ましくは4.5以上であり、通常8以下、好ましくは7以下、より好ましくは6以下、特に好ましくは5.5以下である。
pHの調製方法としては、特に限定されないが、硫酸、塩酸、リン酸などの鉱酸や水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ性物質などが挙げられる。また、前述した無機凝結剤や有機凝結剤を予め加えることで、上記pHに調節することもできる。
また、本発明の高分子凝集剤を添加され形成されたフロック状の汚泥の脱水方法(固液分離法)としては、公知の遠心脱水、ベルトプレス脱水、フィルタープレス脱水、キャピラリー脱水などが適用できるが、本発明の高分子凝集剤の特異的な凝集性能である高フロック強度の観点から、遠心脱水、ベルトプレス脱水、フィルタープレス脱水がより好適に使用できる。
本発明の両性水溶性重合体粒子の用途としては、上述の高分子凝集剤の他に掘削、泥水処理用凝集剤、製紙用薬剤(製紙工業用地合形成助剤、濾水歩留まり向上剤、濾水性向上剤、紙力増強剤、白水中の有価物回収剤など)、原油増産用添加剤(原油の二、三次回収用添加剤)、分散剤、スケール防止剤、凝結剤、脱色剤、増粘剤、帯電防止剤および繊維用処理剤などが挙げられ、これらの中で本発明の両性水溶性重合体粒子が容易に分子量を大きくできる点から、より好ましくは高分子凝集剤、製紙用薬剤である。
本発明の両性水溶性重合体粒子を製紙用薬剤として使用する場合についても、上記高分子凝集剤と同じ効果により、好適に使用できる。すなわち、製紙工程において本発明の水溶性重合体をパルプスラリーに添加することにより、より強いパルプ間の凝集力が実現できることから、抄紙工程時の脱水性(濾水性)、パルプの歩留まり性の向上やより強い紙力増強効果(破裂強さ、耐折強さ、引っ張り強さ)を得ることができる。
以下実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の%は重量%を示し、共重合比はモル比を表す。
固有粘度[η](dl/g)は1N−NaNO3水溶液中、30℃で測定した値である。
また、水溶性重合体の固形分含量は、試料約1.000gをシャーレに秤量(X)して、順風乾燥機中で105±5℃で90分間乾燥させた後の残存重量を(Y)として、次式から算出した値である。
固形分含量(重量%)=(Y)×100/(X)
なお、汚泥中の蒸発残留物(以下、TSと記載)、有機分(強熱減量)は下水道試験方法(日本下水道協会、1984年度版)記載の分析方法に準じて行った。
実施例1
アクリルアミド50%水溶液70.8部、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩の80%水溶液20.1部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩の78%水溶液44.2部、アクリル酸6.0部、チオ酢酸0.55部を加えた後、さらに系内のモノマーの合計%が60%となる様にイオン交換水(この場合イオン交換水12.2部)を加えて、室温(20〜25℃)で混合液を調製した。この時の混合液のpHは3(20℃)であった。得られた混合液を十分に窒素(純度99.999%以上)で置換(気相酸素濃度10ppm以下)した後、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライドの10%水溶液0.46重量部を加えて均一溶液とし、モノマー水溶液を調製した。
別に還流脱水配管、滴下漏斗、窒素導入管および撹拌翼(マックスブレンド翼)を備えた反応槽にシクロヘキサン230部を仕込んだ後、これにアルケン(炭素数30以上)と無水マレイン酸共重合体(三菱化学(株)製、商品名「ダイヤカルナ30」)2.3部を加えて、撹拌翼を300rpmの回転数にて攪拌しながら、反応槽内を窒素置換(気相酸素濃度10ppm以下)した後、55℃まで昇温した。55℃に到達後、反応槽内を減圧(60kPa)にし、予め滴下漏斗内に仕込んだ前述のモノマー水溶液を反応槽中に90分間かけて全量投入し、投入完了後120分間55℃で攪拌を継続し重合させた。
重合後の樹脂のスラリーを、減圧濾過機に供給し固液分離を行った後、減圧乾燥機中(減圧度10mmHg、40℃×2時間)で乾燥し、球状の両性水溶性重合体粒子(1)96部を得た{収率98%、固形分含量94%}。両性水溶性重合体粒子(1)の固有粘度、コロイド当量値(Cv及びAv)、(Cv−Av)/Cv、0.4%曳糸長、0.5%塩粘度、平均粒径、円形度、形状を表1に記載した。以下の実施例、比較例においても同様にして、重合体粒子の上記物性及び性状を表1に記載した。
実施例2
アクリルアミド50%水溶液70.8部の代わりに37.6部、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩の80%水溶液20.1部の代わりに54.9部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩の78%水溶液44.2部の代わりに20.1部、アクリル酸6.0部の代わりに13.6部を用いた以外は実施例1と同様にして、球状の両性水溶性重合体粒子(2)95部を得た{収率98%、固形分含量95%)。
実施例3
アクリルアミド50%水溶液70.8部の代わりに41.8部、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩の80%水溶液20.1部の代わりに40.6部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩の78%水溶液44.2部の代わりに22.4部、アクリル酸6.0部の代わりに21.2部を用いた以外は実施例1と同様にして、球状の両性水溶性重合体粒子(3)94部を得た{収率98.5%、固形分含量96%)。
実施例4
アクリルアミド50%水溶液70.8部の代わりに93.3部、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩の80%水溶液20.1部の代わりに12.2部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩の78%水溶液44.2部の代わりに26.9部、アクリル酸6.0部の代わり14.6部を用いた以外は実施例1と同様にして、球状の両性水溶性重合体粒子(4)95部を得た{収率98%、固形分含量95%)。
比較例1
攪拌機を備えたコルベンにアクリルアミド50%水溶液70.8部、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩の80%水溶液20.1部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩の78%水溶液44.2部、アクリル酸6.0部を加えた後、さらに系内のモノマーの合計%が30%となる様にイオン交換水を加え(この場合イオン交換水165.5部)、槽内が均一の溶液になるまで撹拌した。この時の系内のpHは3(20℃)であった。 次に、40℃の恒温槽中で溶液の温度を40℃に調製し、系内を窒素(純度99.999%以上)で充分に置換した(気相酸素濃度10ppm以下)。次いで開始剤として2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライドの10%水溶液0.46部を撹拌しながら加えた。約1分後に重合が開始し発熱が認められたが外部から冷却して内容物温度40〜50℃で10時間重合を行った。その後外部から加温して、70℃で1時間熟成し重合を完結した。なお重合中、内容物が高粘度となり撹拌が困難となったため、撹拌は途中で停止した。重合完結後内容物を取り出し、肉挽き用ミンチ機を用いてミンチ状にした後、順風乾燥機中(50℃×8時間)で水を留去した。粉砕機で破砕することによって破砕状の両性水溶性重合体粒子(比1)95部を得た{収率97%、固形分含量93.5%}。
比較例2
アクリルアミド50%水溶液70.8部の代わりに37.6部、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩の80%水溶液20.1部の代わりに54.9部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩の78%水溶液44.2部の代わりに20.1部、アクリル酸6.0部の代わりに13.6部を用いた以外は比較例1と同様にして、破砕状の両性水溶性重合体粒子(比2)96部を得た{収率97%、固形分含量93%)。
比較例3
アクリルアミド50%水溶液70.8部の代わりに41.8部、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩の80%水溶液20.1部の代わりに40.6部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩の78%水溶液44.2部の代わりに22.4部、アクリル酸6.0部の代わりに21.2部を用いた以外は比較例1と同様にして、破砕状の両性水溶性重合体粒子(比3)95部を得た{収率96.5%、固形分含量93.5%)。
比較例4
アクリルアミド50%水溶液70.8部の代わりに93.3部、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩の80%水溶液20.1部の代わりに12.2部、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩の78%水溶液44.2部の代わりに26.9部、アクリル酸6.0部の代わり14.6部を用いた以外は比較例1と同様にして、破砕状の両性水溶性重合体粒子(比4)96部を得た{収率97%、固形分含量93%)。
比較例5
N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩の78%水溶液117.9部を加えた後、さらに系内のモノマーの合計%が70%となる様にイオン交換水(この場合イオン交換水13.5部)を加えて、室温(20〜25℃)で混合液を調製した。この時の混合液のpHは6(20℃)であった。得られた混合液を十分に窒素(純度99.999%以上)で置換(気相酸素濃度10ppm以下)した後、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライドの10%水溶液0.46重量部を加えて均一溶液とし、モノマー水溶液を調製した以外は、実施例1と同様にして、球状のカチオン性水溶性重合体(比5)98部を得た{収率99%、固形分含量93%)。
比較例6
攪拌機を備えたコルベンにアクリルアミド50%水溶液65.3部、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩の80%水溶液74.2部を加えた後、さらに系内のモノマーの合計%が45%となる様にイオン交換水を加え(この場合イオン交換水64.9部)た以外は比較例1と同様にして、破砕状のカチオン性水溶性重合体(比6)95部を得た{収率97%、固形分含量94%}。
実施例5
実施例3で得られた両性水溶性重合体粒子(3)70部と比較例5で得られたカチオン性水溶性重合体粒子(比5)30部をビニール袋内で充分に混合し、球状の水溶性重合体(5)100部を得た{収率100%、固形分含量95%)。
実施例6
実施例3で得られた両性水溶性重合体粒子(3)85部と比較例6で得られたカチオン性水溶性重合体粒子(比6)15部をビニール袋内で充分に混合し、球状物と破砕状物の混合された水溶性重合体(6)100部を得た{収率100%、固形分含量96%)。
比較例7
比較例3で得られた両性水溶性重合体粒子(比3)70部と比較例5で得られたカチオン性水溶性重合体粒子(比5)30部をビニール袋内で充分に混合し、破砕状物と球状物の混合された水溶性重合体(比7)100部を得た{収率100%、固形分含量93.5%)。
比較例8
比較例3で得られた両性水溶性重合体粒子(比3)85部と比較例6で得られたカチオン性水溶性重合体粒子(比6)15部をビニール袋内で充分に混合し、破砕状の水溶性重合体(比8)100部を得た{収率100%、固形分含量94%)。
以上、得られた本発明の両性水溶性重合体粒子(1)〜(6)、比較のために作成した従来の両性またはカチオン性水溶性重合体粒子(比1)〜(比8)の結果を表1に示した。尚、コロイド当量値、0.4重量%曳糸長、0.5重量%塩粘度、平均粒径、円形度は前述した方法によって測定した。
Figure 0004199084
AAM :アクリルアミド
DAAQ:N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートのメチルクロライド塩
DAMQ:N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートのメチルクロライド塩
AAc:アクリル酸
実施例7〜9、比較例9〜13
実施例1〜2、5、比較例1〜2、5〜7で得られた両性水溶性重合体粒子およびカチオン性水溶性重合体をそれぞれイオン交換水にとかして固形分含量が0.2%のポリマー水溶液とした。
また評価する汚泥として、A下水処理場から採取した濃縮汚泥{pH6.3、TS(蒸発残留物)1.2%、有機分85%}3,000gに対し、無機凝結剤としてポリ硫酸鉄水溶液(日鉄鉱業(株)社製、商品名「ポリテツ」、11%水溶液)3.3g(1.0%/TS)を加え、撹拌棒で充分に撹拌(約2分間)して凝結させた。この時の調製汚泥のpHは4.5であった。この調製した汚泥を用いて下記に示した方法でフロック径、濾液量、濾布剥離性、ケーキ含水率、SS濃度の評価を行った。結果を表2に示した。
<SS回収率>
SS回収率(%)は次式によって算出した。 SS回収率=(100−C3)(C1−C2)×100/C1{(100−C3)−C2}
ここで、C1は試験に使用した汚泥のTS(%)、C2はSS濃度(%)、C3はケーキ含水率(%)を示す。
<フロック径>
ジャーテスター(宮本理研工業社製、形式JMD−6HS−A)に板状の塩ビ製撹拌羽根(直径5cm、高さ2cm、厚さ0.2cm)2枚を十字になる様に連続して撹拌棒に取り付け、汚泥200mlを500mlのビーカーに取り、ジャーテスターにセットした。ジャーテスターの回転数を120rpmにし、ゆっくり汚泥を撹拌しながら、0.2%ポリマー水溶液15ml(この時の該水溶性重合体添加量1.3%/TS)を一度に添加し、30秒間撹拌した後、撹拌を止め凝集物の大きさを目視にて観察した(フロック径120rpm)。続いて回転数を300rpmにセットし、さらに30秒間撹拌した後、撹拌を止め凝集物の大きさを再度目視にて観察した(フロック径300rpm)。なお、フロック径は図1に示すフロック粒径図に従って判定した。
<濾液量>
T−1189のナイロン製濾布{敷島カンバス(株)社製、円形状、直径9cm}、ヌッツェ漏斗、300mlが測れるメスシリンダーをセットし、上記フロック径試験後の汚泥を一度に投入して濾過し、ストップウォッチを用いて汚泥投入直後から10秒後、60秒後の各濾液量を測定した。
<濾布剥離性>
濾過した汚泥の一部をスパーテルで取り出し、プレスフィルター試験機を用いて脱水試験(2kg/cm2、60秒)を行い、試験後の濾布からの脱水ケーキの剥離性を下記の評点によって評価した。
◎:非常に剥がれやすい(濾布付着物ほとんど無し)
○:剥がれやすい(僅かに濾布付着物有り)
△:多少剥がれにくい(濾布付着物有り、僅かに濾布内部まで付着)
×:剥がれにくい(濾布内部まで付着)
<ケーキ含水率>
上記濾布剥離性試験後の脱水ケーキを用いて、下水道試験方法(日本下水道協会、1984年度版)記載の分析方法に準じてケーキ含水率を測定した。
<SS濃度>
上記濾液量測定後の濾液を用いて、下水道試験方法(日本下水道協会、1984年度版)記載のTSと同様の方法により測定し、得られた値(S)を用いて次式からSS濃度を算出した。
SS濃度(%)=TS(%)−S(%)
表2の結果から、実施例7〜9は、比較例9〜13に比べて、粗大粒子を形成し、高撹拌下(300rpm)でも一旦形成したフロックが壊れにくく(フロック強度が強い)、良好なろ過速度を示すこと、良好な濾布剥離性、高SS回収率、高い脱水性(低いケーキ含水率)を示すことがわかった。
また本発明の両性水溶性重合体粒子の粉体流動性の尺度となる安息角については、パウダーテスター(ホソカワミクロン(株)社製)を用いて測定した。表2の結果から、実施例7〜9は、比較例9〜13に比べて、安息角が低く粉体流動性が良好であることがわかった。また本結果から、本発明の両性水溶性重合体粒子は、実際に使用する際にホッパーなどの貯留槽から粉体を安定的に供給できるため、両性水溶性重合体粒子を溶解する際の該重合体の定量性を高めることができる。
Figure 0004199084
実施例10〜12、比較例14〜16
実施例3〜4、6、比較例3〜4、8で得られた両性水溶性重合体粒子、B下水処理場から採取した消化汚泥(pH7.0、TS(蒸発残留物)2.0%、有機分70%)、無機凝結剤としてポリ塩化アルミニウム水溶液(要薬品(株)社製、酸化アルミニウム含量10〜11%)(約1.1%/TS、この時の調製汚泥のpHは5.0)、0.2%ポリマー水溶液35ml(この時の該水溶性重合体添加量1.75%/TS)を用いて、実施例7〜9、比較例7〜11と同様にして試験した。試験結果を表3に示した。
表3の結果から、表2の結果と同様、消化汚泥に対しても、実施例10〜12は、比較例14〜16に比べて、粗大粒子を形成し、高撹拌下(300rpm)でも一旦形成したフロックが壊れにくく(フロック強度が強い)、良好なろ過速度を示すこと、良好な濾布剥離性、高SS回収率、高い脱水性(低いケーキ含水率)を示すことがわかった。
また、表3の結果から、実施例10〜12は、比較例14〜16に比べて、安息角が低く粉体流動性が良好であることがわかった。
Figure 0004199084
本発明の両性水溶性重合体粒子は、高分子凝集剤の他に掘削、泥水処理用凝集剤、製紙用薬剤(製紙工業用地合形成助剤、濾水歩留まり向上剤、濾水性向上剤、紙力増強剤、白水中の有価物回収剤など)、原油増産用添加剤(原油の二、三次回収用添加剤)、分散剤、スケール防止剤、凝結剤、脱色剤、増粘剤、帯電防止剤および繊維用処理剤などの用途に適用できる。
フロックの大きさを判定するためのフロック粒径図である。

Claims (8)

  1. 逆相懸濁重合で得られてなり、形状が球状で、カチオンコロイド当量値(meq/g)が1.0以上4.0以下であり、かつアニオンコロイド当量値(meq/g)が−4.0以上−0.4以下であり、25℃における0.4重量%水溶液の曳糸長(A)(mm)が、4重量%の塩化ナトリウム水溶液中における0.5重量%粘度(B)(mPa・s、25℃)から求められる下記一般式(1)及び(2)で示される範囲にあることを特徴とする両性水溶性重合体(アミジン単位を有する両性ポリマーを除く)粉体粒子。

    2.03×B−42.3≦A≦2.03×B−2.3 (1)
    15≦B≦100 (2)
  2. 円形度が0.8以上1.0以下である請求項1記載の両性水溶性重合体粉体粒子。
  3. 平均粒径(μm)が150以上2,000以下であることを特徴とする請求項1または2記載の両性水溶性重合体粉体粒子。
  4. セルロースエーテル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、およびアルケンとα,β−不飽和多価カルボン酸(無水物)との共重合体またはその誘導体からなる群から選ばれる油溶性高分子物質を分散安定剤として用いてなる逆相懸濁重合で得られてなることを特徴とする請求項1〜いずれか記載の両性水溶性重合体粉体粒子。
  5. 請求項1〜いずれか記載の両性水溶性重合体粉体粒子からなることを特徴とする高分子凝集剤。
  6. 請求項記載の高分子凝集剤を下水汚泥または廃水に添加してフロックを形成した後、固液分離を行うことを特徴とする下水汚泥または廃水の処理方法。
  7. さらに、無機凝結剤および/または有機凝結剤を併用してなる請求項記載の処理方法。
  8. 請求項1〜いずれか記載の両性水溶性重合体粉体粒子からなることを特徴とする製紙用薬剤。
JP2003345422A 2003-10-03 2003-10-03 両性水溶性重合体粒子、その製造方法および処理剤 Expired - Fee Related JP4199084B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003345422A JP4199084B2 (ja) 2003-10-03 2003-10-03 両性水溶性重合体粒子、その製造方法および処理剤

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003345422A JP4199084B2 (ja) 2003-10-03 2003-10-03 両性水溶性重合体粒子、その製造方法および処理剤

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005112898A JP2005112898A (ja) 2005-04-28
JP4199084B2 true JP4199084B2 (ja) 2008-12-17

Family

ID=34538707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003345422A Expired - Fee Related JP4199084B2 (ja) 2003-10-03 2003-10-03 両性水溶性重合体粒子、その製造方法および処理剤

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4199084B2 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5512068B2 (ja) * 2006-03-24 2014-06-04 三菱レイヨン株式会社 水処理方法
JP5528660B2 (ja) * 2007-05-31 2014-06-25 三洋化成工業株式会社 高分子凝集剤
JP4733169B2 (ja) * 2007-09-28 2011-07-27 三洋化成工業株式会社 ビーズ状高分子凝集剤
JP2010053234A (ja) * 2008-08-28 2010-03-11 Hymo Corp 粉末状イオン性水溶性高分子およびその用途
JP5461158B2 (ja) * 2008-12-10 2014-04-02 三洋化成工業株式会社 高分子凝集剤
JP5431890B2 (ja) * 2008-12-10 2014-03-05 三洋化成工業株式会社 高分子凝集剤
JP5322879B2 (ja) * 2009-10-05 2013-10-23 三洋化成工業株式会社 高分子凝集剤
JP5618213B2 (ja) * 2011-05-31 2014-11-05 星光Pmc株式会社 ポリアクリルアミド系内添紙力剤および紙の製造方法
JP2020147888A (ja) * 2019-03-06 2020-09-17 荒川化学工業株式会社 製紙薬品用分散液、当該製紙薬品用分散液を含む紙力増強剤、濾水向上剤及び歩留向上剤
JP7821567B2 (ja) * 2020-05-14 2026-02-27 デクセリアルズ株式会社 排水処理剤、及び排水処理剤の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005112898A (ja) 2005-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5528660B2 (ja) 高分子凝集剤
JP4021439B2 (ja) 高分子凝集剤
AU2012324833B2 (en) Composition comprising a non-ionic surfactant and an ionic polymer
JP4733060B2 (ja) 高分子凝集剤
JP4199084B2 (ja) 両性水溶性重合体粒子、その製造方法および処理剤
JP2013215708A (ja) 両性水溶性高分子凝集剤およびそれを用いる汚泥の脱水方法
JP2005213343A (ja) 有機凝結剤および高分子凝集剤
CN101094891B (zh) 高度阳离子型的聚合物分散体、其制备方法及其用途
JP2012170853A (ja) 高分子凝集剤
JP2006167584A (ja) 汚泥または廃水の処理方法
JP2014180648A (ja) 高分子凝集剤
JP2015051428A (ja) 高分子凝集剤
JP5596662B2 (ja) 高分子凝集剤
JP5461158B2 (ja) 高分子凝集剤
JP5431890B2 (ja) 高分子凝集剤
JP4106305B2 (ja) 有機凝結剤及び高分子凝集剤
JP2004255378A (ja) 高分子凝集剤
JP4382760B2 (ja) 高分子凝集剤
JP4034719B2 (ja) 高分子凝集剤
JP4382533B2 (ja) 高分子凝集剤
JP5322879B2 (ja) 高分子凝集剤
JP2015057275A (ja) 高分子凝集剤
JP2012213769A (ja) 高分子凝集剤
JP2012183530A (ja) 高分子凝集剤
JP2012157816A (ja) 高分子凝集剤

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050801

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071129

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080317

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080701

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080901

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080930

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081002

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131010

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees