JPH02202578A - 掘削泥水用のための添加剤 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、土木工事の基礎工事、石油井戸や地熱井戸の
ポーリング等の地盤を深く掘削する場合に使用される泥
水を安定化させるための添加剤に関する。

（従来の技術） 従来より地盤を掘削するに際し、掘削時に発生する高い
摩擦熱の吸収、坑底の掘削屑の地上への搬出、坑壁の維
持あるいは崩壊性地層の崩壊を防止するために地上にて
調製された泥水組成物が掘削箇所に連続且つ循環的に注
入されている。

泥水組成物は通常、ベントナイト、アタパルジャイト、
セリナイト、含水マグネシウムケイ酸塩などの無機系泥
質、用水及び泥水を安定化させるのｔ″、丙の 従来使用されてきた掘削泥＊　ｆｆ４　ｍ　７＋ｏ剤の
うち無機系化合物としては、トリポリリン酸ナトリウム
、ヘキサメタリン酸ナトリウムなどの縮合リン耐塩；３
￥酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの炭酸アルカリ金属
塩；アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウムなどの
アルミン酸塩等がある。また有機系化合物としては、フ
ミン酸塩、リグニンスルホン酸塩、カルボキシメチルセ
ルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシエチルセルロースＣＩ
（ＥＣ）。

ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ホスホン酸類などが
あるが、それぞれ問題点を有しているものである。

即ち、縮合リン酸塩は比較的良好な評価を得てはいたが
長期間使用し続けると地中より拡散して海、湖等に流入
するとアオコ発生や赤潮などの原因物質となるため近年
その使用が著しく制限されている。ＣＭＣも比較的良好
な評価を得てはいたが、これを使用した泥水は腐敗しや
すいという重大な欠点があった。炭酸アルカリ金属塩、
アルミン酸塩、フミン酸塩、リグニンスルホン酸塩、Ｈ
ＥＣ，ＰＶＡ、ホスホン酸類などは効果の低いものであ
った。

これら従来の添加剤が有していた上記問題点を解決する
ために特開昭５５−１０４３８３号、特開昭５８−８４
８８３号、特開昭５８−２０８３７６号、特開昭５８−
２０８３７７号、特開昭５９−１３５２８０号、特開昭
８０−１３３０８５号、特開昭６０−１９９６８２号な
どにポリアクリル酸（塩）の使用が提案されている。

しかし、ポリアクリル酸（塩）は＃塩性が充分でないた
めに、例えば作泥時の用水として硬度成分含有量の多い
水あるいは海水を用いた場合や地中掘削部における泥水
に多量の地下水や海水等が流入した場合、泥水の流動性
が著しく損われ、場合によっ−Ｃはゲル化に至る結果、
掘削が困難になる。

このようなポリアクリル酸（塩）が有していた上記欠点
を改善する方法も提案されている０例えば、特開昭５８
−１２０６８３号、特開昭５８−２１９２８９号、特１
市昭６０−１８１１８７号、特開昭８１−１２０８８１
号、特開昭６２−２６・るが、これらの添加剤は幾分か
は改良されているが充分でなく且つ比較的多量の添加量
が必要であり、ポリアクリル酸（塩）の本質的な欠点が
改良されたものとは言い難い、また、特開昭５８−１０
４９８１号、特開昭６１−２４１３８２号、特開昭６２
−２１５６８１号にスルホン酸基含有共重合体の使用が
提案されている。これらの文献で開示されているスルホ
ン酸基含有共重合体は使用上初期性能面はポリアクリル
酸（塩）の本質的欠点が改善されているが、比較的加水
分解を受は易いために高温度下で長時間の使用には限界
のあるものであった。しかも、これらの文献で開示され
ているスルホン酸基含有共重合体は一般に高価で且つ比
較的多量の添加量を必要とするなどなお問題を残すもの
であった。

（発明が解決しようとする課題） 未発明は土木工事の基礎工事、石油井戸や地熱井戸のポ
ーリング等の地盤を深く掘削するときにを解消するもの
である。

したがって、本発明の目的はベントナイトなどの無機系
泥質および用水を用いて掘削するに際し、掘削泥水用の
ための添加剤として工業的に容易且つ安価に製造できる
共重合体を用いることによって、比較的少ない添加量で
も地下水、セメントなどに含まれる各種硬度成分や海水
などに起因する悪影響を防ぐことにある。

（課題を解決するための手段及び作用）大発明は。

一般式 （但し１式中Ｒ１は水素又はメチルノ、（を表わし、Ｒ
２は炭素数２〜４のフルキレン基を表わし、Ｒ３は水素
又は炭素数１〜５のアルキル基を表わし、ｎは１〜１０
０の整数を表わす、） で示されるポリアルキレングリコールモノ（メタ）アク
リル酸エステル系単量体（イ）一般式 ％式％ （但し、式中ｒは水素又はメチル基を表わし、又は水素
、−価金属、二価金属、アンモニウム基又は有機アミン
基を表わす、） で示される（メタ）アクリル酸系単量体（ロ）ｔ Ｃ）１２　　＝Ｃ−Ｃ−０→Ｒ２０←Ｒ２汽 ポリアルキレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エス
テル系単量体（イ）１０−９５重量％、（メタ）アクリ
ル酸系ｍ丑体（ロ）９０〜５　ｆｆｉ　７１％（但し、
（イ）、（ロ）の合計は１００重量％である。）の比率
で用いて導かれた共重合体（Ａ）及び／又は該共重合体
（Ａ）を更にアルカリ性物質で中和して得られた共重合
体（Ｂ）を主成分とする掘削泥水用のための添加剤に関
するものである。

未発明において用いられる単量体（イ）は、前記一般式
で示されるものであり、公知の方法で得ることができる
。単量体（イ）の例としては、ポリエチレングリコール
七ノ（メタ）アクリレートポリプロビレレンゲリコール
七ノ（メタ）アクリレート、ポリブチレングリコールモ
ノ　（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリ
コールモノ（メタ）アクリレート、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、メトキシ
ポリブチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、エ
トキシポリエチレングリコール七／（メタ）アクリレー
ト、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、エトキシポリブチレングリコールモノ（
メタ）アクリレート等を挙げることができ、これらの１
種又は２種以上を用いることができる。

単量体（ロ）は、前記一般式で示されるものである。単
量体（ロ）の例としては、アクリル酸。

メタアクリル酸並びにそれらの−価金属塩、二価金属塩
、アンモニウム塩及び有機アミン塩を挙げることができ
、これらの１種又は２種以上を用い）と共重合可能な単
量体である。単量体（ハ）の例としては、炭素数１〜２
０個の脂肪族アルコールと（メタ）アクリル酸とのエス
テル：　（メタ）アクリルアミド；マレイン酸、″フマ
ル酸、あるいはこれらの酸と炭素数１〜２０個の脂肪族
アルコールまたは炭素数２〜４個のグリコールもしくは
これらのグリコール付加モル数２〜１００のポリアルキ
レングリコールとのモノエステルあるいはジエステル；
酢酸ビニル、酢酸プロペニル等の酢酸アルケニルエステ
ル：スチレン、ｐ−メチルスチレン、スチレ゛ンスルホ
ン酸等の芳香族ヒニル；は、得られる共重合体（Ａ）又
は共重合体（Ｂ）が水溶性となる範囲の量で、単量体（
イ）、単量体（ロ）及び単量体（ハ）の合計に対して５
０ｉ量％以下の範囲で用いるものである。

共重合体（Ａ）は、単量体（イ）、単量体（ロ）及び要
すれば単量体（ハ）を前記特定比率で用いて導かれたも
のである。この比率の範囲をはずれると優れた性能の掘
削泥水用のための添加剤は得られない。

共重合体（Ａ）を製造するには、重合開始剤を用いて前
記単量体成分を共重合させればよい、共重合は溶媒中で
の重合や塊状重合等の方法により行うことができる。

溶媒中での重合は回分式でも連続式でも行うこができ、
その際使用される溶媒としては、水；　メチルアルコー
ル、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の低
級アルコール：ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロ
ヘキサン、ｎ−へキサン等；の芳香族あるいは脂肪族炭
化水素：酢酸エチル；アセトン、メチルエチルケトン等
のケトン化合物等が挙げられる。原料単量体及び得られ
る共重合体（Ａ）の溶解性並びに該共重合体（Ａ）の使
用時の便からは、水及び炭素数１〜４の低級アルコール
よりなる群から選ばれた少なくとも１種を用いることが
好ましい、炭素数１〜４の低級アルコールの中でもメチ
ルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコ
ールが特に有効である。

水媒体中で重合を行う時は１重合開始剤としてアンモニ
ウム又はアルカリ金属の過硫酸塩あるいは過酸化水素等
の水溶性の重合開始剤が使用される。この際亜硫酸水素
ナトリウム等の促進剤を併用することもできる。又、低
級アルコール、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、酢酸
エチルあるいはケトン化合物を溶媒とする重合には、ベ
ンゾイルパーオキシドやラウロイルパーオキシド等のパ
ーオキシド；クメンハイドロパーオキシド等のハイドロ
パーオキシド；アゾビスイソブチロニトリル等の脂肪族
アン化合物等が重合開始剤として用いられる。この際ア
ミン化合物等の促進剤を併用することもできる。更に、
水−低級アルコール混合溶媒を用いる場合には、上記の
種々の重合開始剤あるいは重合開始剤と促進剤の組合せ
の中から適宜選択して用いることができる０重合温度は
、用いられる溶媒や重合開始剤により適宜定められるが
、通常０−１２０℃の範囲内で行われる。

塊状重合は１重合開始剤としてベンゾイルパーオキシド
やラウロイルパーオキシド等のパーオキシド：クメンハ
イドロパーオキシド等のハイドロパーオ本シト：アゾビ
スイソブチロニトリル等の脂肪族アゾ化合物等を用い、
５０〜１５０℃の温度範囲内で行われる。

このようにして得られた共重合体（Ａ）は、そのままで
も掘削泥水用のための添加剤の主成分として用いられる
が、必要に応じて、更にアルカリ性物質で中和して得ら
れる共重合体（Ｂ）を掘削泥水用のための添加剤の主成
分として用いてもよい。

このようなアルカリ性物質としては、−価金属及び二価
金属の水酸化物、塩化物及び炭酸塩、アンモニア、有機
アミン等が好ましいものとして挙げられる。

また共重合体（Ａ）の分子量は、広い範囲のものを使用
できるが、５００〜５０，０００の範囲内のものが好ま
しい。

こうして得られる≠≠＃共重合体（Ａ）及び／又は共重
合体（日）を掘削泥水用のための添加剤として使用する
に際し、縮合リン酸塩、炭酸アルカリ金属塩、アルミン
醇塩、フミン酸塩、リグニ〉・スルホン酸塩、ＣＭＣ，
Ｔ（ＥＣ，ＰＶＡ、ホスホン酸など従来の掘削泥水用添
加剤を併用することは自由である。

（発明の効果） 本発明の≠＃＃共重合体（Ａ）及び／又は共重合体（Ｂ
）を掘削泥水用のための添加剤として使用すればその優
れた＃塩性のため、例えば泥水ｙ４製時においては用水
として清水は勿論のこと地下水や工業用水など比較的硬
度成分含有量の多い水や海水も使用できる。また掘削時
においては地下水、セメント、海水等と接触または混ざ
っても、泥水組成物のゲル化や増粘傾向がないかまたは
少なく且つ脱水量が大きく増加しないなどの理由により
、優れた泥壁を形成せしめる。また、従来のスルホン酸
基含有共重合体からなる掘削泥水用添加剤に比べ、耐熱
性が優れているため高温度で長時間の使用が可能である
。

更には低添加量でも優れた効果を発揮し、しかも安価な
ために掘削費用を大幅に低減することが可能で、工業的
利用価値が極めて大きいものである。このように本発明
の掘削泥水用のための添加剤が低添加量でも優れた効果
を発揮すると共に、地下水、セメント、海水等による悪
影響が受けにくい理由は明確ではないが、次のように推
察されている。

即ち、単量体（イ）の非イオン性の親木基と単量体（ロ
）の７ニオン性基とが顕著な相乗効果を発現し、耐塩性
に寄与しているためと考えられている。但し、この理由
のみによって本発明は何ら制限されるものではない。

（実施例） 以下、参考例及び実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらの例によって限定されるもので
はない、また、例中、特にことわりのない限り部は全て
重量部を１％は全てｉｔ％を表わすものとする。

参考例　ｌ ビルアルコール（以下、ＩＰＡと略す、）３９０部を仕
込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気中
で沸点まで加熱した０次いでメトキシポリエチレングリ
コールモノメタアクリレート（”ＮＫ−エステルＭ−９
Ｇ”新中村化学■製、エチレンオキサイドの平均Ｕ加モ
ル数９個）１３３部、メタアクリル酸２７部、ペンゾイ
ルパーオトν のベンゾイルパオキシドをＩＰＡＩＯ部に分散させたも
のを３０分毎に２回に分けて添加した。モノマーの添加
完結後、１２０分間沸点に温度を保持して重合反応を完
了させた。その後、カセイソーダ水溶液にて完全中和を
行ない、ＩＰＡを留去して共重合体（１）の水溶液を得
た。この共重合体（１）の４０％水溶液のＰＨ及び粘度
は第１表に示した通りであった。

参考例　２ 参考例１と同じ反応容器にメタノール３９０部を仕込み
、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒−ＰＥ３５０”
日本油脂■製、エチレンオキサイ条 で添加し、添加終了後更に１．３３部のアゾビスイブチ
ロニトリルをメタノール１０部にとかしたものを３０分
毎に２回に分けて添加した。モノマーの添加完結後、１
２０分間沸点に温度を保持して重合反応を完了させた。

その後、カセイソーダ水溶液にて完全中和を行ない、メ
タノールを留去して共重合体（２）の水溶液を得た。こ
の共重合体（２）の４０％水溶液のＰＨ及び粘度は第１
表１こ示した通りであった。

参考例　３ 参考例１と同じ反応容器に水５６０．７部を仕込み、攪
拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気中で９５℃
まで加熱した０次いでメトキシ牟塘＝≠ポリエチレング
リコールモノメタアクリレート（“ＮＫ−エステルＭ−
２３Ｇ”新中村化学株製、エチレンオキサイドの平均付
加モル数２３個）７５部、アクリル酸２５部及び水３０
０部から蒙る七ツマー混合溶液と５％過硫酸アンモニウ
ム水溶液３４．５部とのそれぞれを１２０分で添加し、
添加終了後更に過硫酸アンモニウム水溶液６゜８部を２
０分間で添加した。゛上記上ツマー混合溶液の添加完結
後、１２０分間９５°Ｃに温度を保持し５重合反応を完
了させた。その後、カセイソ−ダ水溶液にて完全中和を
行ない、共重合体（３）の水溶液を得た。この共重合体
（３）の４０％水溶液のＰＨ及び粘度はＥｉ’４１表に
示した通りであった。

参考例　４ 参考例１と同じ反応容器にＩＰＡ３９０部を仕込み、攪
拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気中で沸点ま
で加熱した６次いでポリプロレングリコールモノメタア
クリレート（″プレンマーーＰＰ−１０００″日本油脂
■製、プロピレンオキサイド平均付加モル数５〜６個）
９１部、アクリＡ４６９Ｍ、ベンゾイルパーオキシド４
．８０部及びＩＰＡ２４０部からなる混合物を１２０分
で添加し、添加終了後更に０．９６部のベンゾイルパー
オキシドをＩ　ＰＡ　Ｉ　０部に分散させたものを３０
分毎に２回に分けて添加した。モノマーの添加完結後、
１２０分間沸点に温度を保持して重合反応を完了させた
。その後、カセイソーダ水溶液にて完全中和を行ない、
ＩＰＡを留去して共重合体（４）の水溶液を得た。この
共重合体（４）の４０％水溶液のＰ）（及び粘度は第１
表に示した通りであつた・ 参考例　５ 参考例１と同じ反応容器に水１４１．２部及びＩＰＡ１
７０部を仕込み、攪拌下に反応容器内を窒素置換し、窒
素雰囲気中で沸点まで加熱した。

次いでメトキシ蕎零＝±イリエチレングリコールモノメ
タアクリレート（“ＮＫ−エステルＭ−２３Ｇ″′新中
村化学■製、エチレンオキサイド平均付加モル数２３個
）７２部、アクリル酸４８部、ＩＰＡ９０部及び水９０
部からなる混合物、アクリルアミド４０部、ＩＰＡ６０
部及び水６０部からなる混合物、並びに１０％過ｔ！１
ｔアンモニウム水溶液４８部のそれぞれを１２０分で添
加し、添加後、１２０分間沸点に温度を保持して重合反
応を完了させた。その後、カセイソーダ水溶液にて完全
中和を行ない、ＩＰＡを留去して共重合体（５）の水溶
液を得た。この共重合体（５）の４０％水溶液のＰＨ及
び粘度は第１表に示した通りであった。

参考例　６ 参考例１と同じ反応容器にＩＰＡ３９０部を仕込み、攪
拌下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気中で沸点ま
で加熱した０次いでメトキシ牟＃二≠ポリエチレングリ
コールモノメタアクリレート（°″ＮＫ−エステルＭ−
２３Ｇ″新中村化学株製、エチレンオキサイド平均付加
モル数２３個）８８部、アクリル酸６４部、スチレン８
部、ベンゾイルパーオキシド２．４部ＩＰＡ２４０部か
らなる混合物を１２０分で添加し、添加終了後更に０゜
４８部のベンゾイルパーオキシドをＩＰＡＩＯ部に分散
させたものを３０分毎に２回に分けて添加した。モノマ
ーの添加完結後、１２０分間沸点に係挿して重合反応を
完了させた。その後、カセイソーダ水溶液にて完全中和
を行ない、ＩＰＡを留去して共重合体（６）の水溶液を
得た。この共重合体（６）の４０％水溶液のＰＨ及び粘
度は第１表に示した通りであった。

比較参考例　１ 参考例１と同じ反応容器に水４３２．２を仕込み、攪拌
下に反応容器内を窒素置換し、窒素雰囲気中で５０°Ｃ
まで加熱した０次いでメトキシ禰＃：＝ポリエチレング
リコールモノメタアクリレート（”ＮＫ−エステルＭ−
２３Ｇ”新中村化学株製、エチレンオキサイド平均付加
モル数２３個）１６６．８部、メタアクリル酸３０．０
部、メタアクリル酸ナトリウム４．２部及び水３１４．
３部からなるモノマー混合溶液と１５％過硫酸アンモニ
ウム水溶液２３．４部と１５％亜硫酸水素ナトリウム１
部と１５％亜硫酸ナトリウム水溶液５．８部を６０分で
添加した。上記モノマ−７混合溶液の添加完結後、１２
０分間５０℃に温度を保持し、重合反応を完了せた。そ
の後、カセイソーダ水溶液にて完全中和を行ない、比較
用共重合体（１）の水溶液を得た。この比較用共重合体
（１）の４０％水溶液のｐ）（及び粘度は第１表に示し
た通りであった。

第　　１ 表 得られた掘削泥水組成物（１）のファンネル粘度※注１
）　　　　　　　　　　　　　　※注２）（ＦＶ）、１
０分ゲルストレングス（ｌＯＧｅｌ）※注３） 脱水量を測定しその結果を第２表に示した。

そ ※注１）５００ｍｌのファネル粘度計で測定した。

（単位は秒） ※注２）ファンＶＧメーターで測定した。（単位はパス
カル） ※注３）ＡＰＩ規格による一過機を用い３ｋｇ／（／の
圧力下３０分後の脱水量を測定した。

（単位はｍ文） 実施例 内径９０■φ、高さ１６０ｍｍ（７）ＳＵＳ３０４製れ
た共重合体（１）０．２部（固形分換算）をとり、デイ
シルバー攪拌羽根（羽根径４０＋ａｍφ）を用い２００
０　ｒｐ＋＊で１５分間攪拌し掘削泥水組成物（１）を
得た。

くっ し１日放置後の泥水のファネル粘度（ＦＶ）、１０分ゲ
ルストレングス（１０Ｇｅ１）　、脱水量を測定しその
結果を第２表に示した。

」直太豆スｊ 上記掘削泥水組成物（１）にアクアマリンＳ（へ州薬品
■製　人工海水の２５倍儂縮品）４部混合し１日放置後
の泥水のフ舌ル粘度（ＦＶ）、１０分ゲルストレングス
（１０Ｇｅ１）　、脱水量を測定しその結果を第２表に
示した。

と全く同様にして掘削泥水組成物を畳、これらの物性、
耐セメント性及び耐海水性を評価し、その結果を第３表
に示した。

れた共重合体（２）〜（６）を用いた他は実施例１と全
く同様にして掘削泥水組成物を得、これらの物性、耐セ
メント性および耐海水性を評価し、その結果を第２表に
示した。

ム０．２部併用して用いた他は比較例３と全く同様にし
て掘削泥水組成物を得、この物性、耐セメント性および
耐海水性を評価し、その結果を第３表に示した。

ルロースを０．１部併用して用いた他は実施例１と全く
同様にして掘削泥水組成物を得、この物性、耐セメント
性および耐海水性を評価し、その結果を第２表に示した
。

ルロース０．２部のみを用いた他は実施例１と全く同様
にして掘削泥水組成物を得、この物性、耐セメント性お
よび耐海水性を評価し、その結果を第３表に示した。

比較用共重合体（１）、メタアクリル酸単独重合体及び
アクリル酸単独重合体を用いた他は実施例１実施例１と
全く同様にして掘削泥水組成物を得、この物性、＃セメ
ント性及び耐海水性を評価し、その結果を第３表に示し
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、式中Ｒ＾１は水素又はメチル基を表わし、Ｒ＾
   ２は炭素数２〜４のアルキレン基を表わし、Ｒ＾３は水
   素又は炭素数１〜５のアルキル基を表わし、ｎは１〜１
   ００の整数を表わす。） で示されるポリアルキレングリコールモノ（メタ）アク
   リル酸エステル系単量体（イ）、 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、式中Ｒ＾４は水素又はメチル基を表わし、Ｘは
   水素、一価金属、二価金属、アンモニウム基又は有機ア
   ミン基を表わす。） で示される（メタ）アクリル酸系単量体 （ロ）を ポリアルキレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エス
   テル系単量体（イ）１０〜９５重量％、（メタ）アクリ
   ル酸系単量体（ロ）９０〜５重量％（但し、（イ）、（
   ロ）の合計は１００重量％である。）の比率で用いて導
   かれた共重合体（Ａ）及び／又は該共重合体（Ａ）を更
   にアルカリ性物質で中和して得られた共重合体（Ｂ）を
   主成分とする掘削泥水用のための添加剤。 ２、共重合体（Ａ）が、ポリアルキレングリコールモノ
   （メタ）アクリル酸エステル系単量体（イ）及び（メタ
   ）アクリル酸系単量体（ロ）を、前者５０〜８０重量％
   及び後者２０〜５０重量％（但し、両者の合計は１００
   重量％である。）の比率で用いて導かれたものである請
   求項１記載の掘削泥水用のための添加剤。 ３、掘削泥水がベントナイト泥水である請求項１〜２の
   いずれか１項に記載の掘削泥水用のための添加剤。