JPH0651877B2 - 高分子電解質ビルダ− - Google Patents

高分子電解質ビルダ−

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JPH0651877B2
JPH0651877B2 JP60245316A JP24531685A JPH0651877B2 JP H0651877 B2 JPH0651877 B2 JP H0651877B2 JP 60245316 A JP60245316 A JP 60245316A JP 24531685 A JP24531685 A JP 24531685A JP H0651877 B2 JPH0651877 B2 JP H0651877B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、リン酸塩に代替し得る水溶性高分子電解質ビ
ルダーに関する。従来洗浄剤用ビルダーとしてリン酸塩
とりわけトリポリリン酸塩が、広く使用されて来たが、
水質保全の立場から水質の富栄養化現象の要因となるこ
とが明らかとなり重大な問題となった。
このためリン酸塩に代替しうるビルダーの開発が強く要
望されてきた。
本発明は、この様な水質の富栄養化の欠点を解消し、か
つリン酸塩に代替しうる水溶性高分子ビルダーを提供す
るものである。
〔従来の技術〕
リン酸塩は、洗浄剤用ビルダーとして、水溶性であり、
硬水中の多価金属イオン封鎖能,固体粒子汚れの洗浄
力、あるいは汚れ粒子の布への再付着防止能などのいく
つかの優れた特性を有している。
これに対し、近年無機性ビルダーとして合成ゼオライト
をビルダーとして使用する事が提案され使用されている
が、これらは、リン酸塩と異なり、あくまでも水不溶性
の粒子であって、リン酸塩ビルダーの持つ特性を完備し
ているとは言いがたい。
とりわけ、合成ゼオライトビルダーは、先に述べたリン
酸塩ビルダーの優れた性能に比べ、固体粒子の汚れの洗
浄力,汚れ粒子の布への再付着防止能などに劣ることが
明らかになってきた。
一方、種々の有機性ビルダーも提案されている。例えば
米国特許第3308067号には、ポリカルボン酸のア
ルカリ金属塩が前記トリポリリン酸塩の水質へ及ぼす欠
点を解消出来、この中で最も安価なポリマレイン酸のナ
トリウム塩が有用である旨記載されている。しかしポリ
マレイン酸のナトリウム塩は、冷水中の溶解性が不十分
であるため、その有用性も限定される結果となってお
り、満足出来るものとは言い難いのである。
本発明は、リン酸塩ビルダーの持つ富栄養化の欠点を除
去し、かつリン酸塩ビルダーに匹敵する固体粒子汚れの
洗浄力を有し、さらには優れた固体粒子汚れの布への再
付着防止能、あるいは冷水への溶解性も良好であるな
ど、いくつかの特性を有する水溶性高分子電解質ビルダ
ーを提供することを目的としている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上述べた様に、従来使用されてきたリン酸塩ビルダー
は、優れた多価金属イオン封鎖能と同時に固体粒子汚れ
に対して優れた洗浄力を有していた。
リン酸塩ビルダーを含有する洗浄剤から、これらを含ま
ない洗浄剤への転換に伴う、洗浄力の低下を補う方法と
して、合成ゼオライトを配合する事が提案されたが、固
体粒子汚れの洗浄に関しては満足出来る解決策とは言い
難い。
本発明者らは、かかる問題点に着目し、リン酸塩ビルダ
ーに代替しうる程度の多価金属イオン封鎖能と固体粒子
汚れの洗浄力に優れ、かつ汚れ固体粒子の布の再付着防
止能を備えた水溶性であるビルダーを開発せんと研究を
重ね、本発明に到達した。
本発明の目的は、従来のリン酸塩ビルダーの優れた多価
金属イオン封鎖能と優れた固体粒子汚れに対する洗浄力
および汚れ固体粒子の布への再付着防止能を有する水溶
性ビルダーを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、前記目的を達成すべく、鋭意研究を重ね
た結果、スチレンスルホン酸塩の単独重合物又はスチレ
ンスルホン酸塩とカルボン酸基を有するエチレン性不飽
和単量体及び/又はカルボン酸基とヒドロキシル基を有
するエチレン性不飽和単量体との共重合物から成る水溶
性高分子電解質をビルダーとして使用することにより一
挙に問題解決しうることを見出し、この知見に基づいて
本発明を完成するに至った。
即ち、本発明はスチレンスルホン酸塩の単独重合物又
は、スチレンスルホン酸塩とカルボン酸基を有するエチ
レン性不飽和単量体及び/又はカルボン酸基とヒドロキ
シル基を有するエチレン性不飽和単量体との共重合物か
ら成る水溶性高分子電解質をビルダーとして提供するも
のである。
かかる範囲の水溶性高分子電解質は、その単量体の構成
によりビルダーとしての性能上、特徴的な挙動をとるこ
とが判明している。例えばスチレンスルホン酸塩は、高
分子鎖の水への溶解性と汚れ固体粒子の布への再付着防
止能を有しカルボン酸基は、多価金属イオン封鎖能と固
体粒子汚れの洗浄力と布への再付着防止能を有し、さら
にヒドロキシル基は、高分子鎖の水への溶解性と汚れ固
体粒子の布への再付着防止能を有することなどである。
したがってこれらの成分の構成が重要な要因であり、特
にスチレンスルホン酸とカルボン酸基を有するエチレン
性不飽和単量体との共重合物の水溶性電解質及びスチレ
ンスルホン酸とカルボン酸基を有するエチレン性不飽和
単量体とカルボン酸基とヒドロキシル基を有するエチレ
ン性不飽和単量体との共重合物の水溶性電解質が好まし
い性能を発揮する。
本発明の水溶性高分子電解質ビルダーは、種々の方法で
製造出来るが一般的には、これらの構成される単量体を
水又は他の溶媒中で重合することにより製造することが
出来る。
本発明の目的は、スチレンスルホン酸塩の単独重合物又
は、スチレンスルホン酸塩とカルボン酸基を有するエチ
レン性不飽和単量体及び/又はカルボン酸基とヒドロキ
シル基を有するエチレン性不飽和単量体との共重合物の
水溶性高分子電解質によって基本的に達成出来る。
上記カルボン酸基を有するエチレン性不飽和単量体とし
ては、アクリル酸,メタクリル酸,イタコン酸,フマー
ル酸などをあげる事が出来、これらの1種又は2種を使
用することが出来る。又カルボキシル基とヒドロキシル
基を有するエチレン性不飽和単量体としては、ヒドロキ
シエチルアクリレート,ヒドロキシエチルメタクリレー
ト,ヒドロキシプロピルアクリレート,ヒドロキシプロ
ピルメタクリレート,ジエチレングリコールモノアクリ
レート,ジエチレングリコールモノメタクリレート,ト
リエチレングリコールモノアクリレート,トリエチレン
グリコールモノメタクリレート,ポリエチレングリコー
ルモノアクリレート,ポリエチレングリコールモノメタ
クリレートなどをあげる事が出来、これらの1種又は2
種以上を使用することが出来る。
本発明の水溶性高分子電解質は、スチレンスルホン酸塩
単独、又はスチレンスルホン酸塩とカルボン酸基を有す
るエチレン性不飽和単量体及び/又はカルボン酸基とヒ
ドロキシル基を有するエチレン性不飽和単量体とを水中
で重合して、KOH,NaOH,NH4OHあるいはアミン類の水溶液
で水溶液のpHを4以上12以下好ましくはpH7.5〜1
1.0の範囲に調整することにより製造することが出来
る。
重合体中のスチレンスルホン酸塩の共重合割合として
は、重合体中、スチレンスルホン酸塩の単量体が3モル
%以上であることが望ましく、特に好ましくは重合体中
5モル%以上である。
かかるスルホン酸塩の構成比によってビルダーとしての
水溶性の付与,汚れ固体粒子の布への再付着防止効果を
発揮する。
又、重合体中のカルボン酸基の共重合割合としては、重
合体中カルボン酸塩単位が20モル%以上が望ましく、
特に好ましくは重合体中30モル%以上90モル%以内
である。
かかるカルボン酸基の構成比によって、多価金属イオン
封鎖能,固体粒子汚れの洗浄力などの効果を発揮する。
本発明の水溶性高分子電解質の重合は、これらのエチレ
ン性不飽和単量体を水中において通常のラジカル重合開
始剤、例えば、過硫酸カリウム,過硫酸アンモニウムな
どの過硫酸塩、あるいはキュメンハイドロペルオキシ
ド、t−ブチルハイドロペルオキシドの様な有機過酸化
物などと共に各成分を一括にあるいは部分的に又は、連
続的に窒素雰囲気下、撹拌しながら重合容器に導入して
重合する通常の重合方法でよい。
重合反応熱の除去などの理由から各々の成分を連続的に
導入する方法が好ましい。重合温度は、40℃〜100
℃で良い。
かかる重合方法によって得られる水溶性重合物の分子量
は、重合系内に存在する単量体の濃度,重合開始剤の使
用量,重合温度などによって左右される。
単量体の濃度は、自由に選択出来るが、一般的に5〜5
0wt%、通常10〜30wt%で実施される。単量体の高濃
度での重合は、重合系内の粘度が高くなり重合反応熱の
除去も困難となるため好ましくない。又あまりの低濃度
の重合は、経済的に不利であるとの理由で好ましくな
い。
又重合に使用するラジカル重合開始剤の使用量が多くな
ると水溶性高分子電解質の分子量は、小さくなる傾向を
示し、又ラジカル重合開始剤の使用量が少くなると水溶
性高分子電解質の分子量は大きくなる傾向を示す。
通常ラジカル重合開始剤の使用量は、単量体に対し0.
01wt%〜10wt%の範囲内で使用される。
本発明における水溶性高分子電解質を得るための方法
は、この様な方法に限定されない。
〔作用〕
本発明の水溶性高分子電解質について、そのビルダー効
果がいかなる作用機構によるものかについては、明らか
にされていない。
ただ、スチレンスルホン酸塩の単独重合物あるいはスチ
レンスルホン酸塩とカルボン酸基を有する単量体単位及
び/又はカルボン酸基とヒドロキシル基を有する単量体
単位から構成される水溶性重合物が、多価金属イオン封
鎖能,固体粒子汚れの洗浄力あるいは汚れ固体粒子の布
への再付着防止能、又は、水への溶解性など相互に作用
を及ぼしているものと考えられる。
さらに、重合物としては、生体系に対する安全性が高
く、高い安定性をも具備していることなど、ビルダーと
しては極めて有利な特性を有しているものと考えられ
る。
〔発明の効果〕
本発明の高分子電解質ビルダーを使用する種々の効果の
内、特筆すべき点は、固体粒子汚れの洗浄力及び汚れ固
体粒子の布への再付着防止効果であり、トリポリリン酸
ナトリウムと比較しても低濃度において優れている事が
あげられる。
さらに、この様な固体粒子汚れの布への再付着防止能、
低濃度域における洗浄効果など、本発明の高分子電解質
ビルダーは従来主流に使用されてきたトリポリリン酸ナ
トリウムに匹敵する、あるいはそれ以上の性能を有する
水溶性ビルダーであると言うことが出来る。
先に述べた様に、近年リン酸塩に代替する目的で、合成
ゼオライトビルダーが脚光を浴びたが、性能上満足され
ていないのが実情である。
本発明の高分子電解質ビルダーは、水溶性であることか
らも、これらに代替出来る新規なビルダーであると言う
ことが出来る。
〔実施例〕
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する
が、本発明は、これらの実施例の記載によってその範囲
が何ら限定されるものではない。
合成例1 スチレンスルホン酸ナトリウム(商品名スピノマーNaS
S、東洋曹達工業(株)製)の水溶液を過硫酸アンモニウ
ムの存在下に90℃で重合して重量平均分子量5.5×
104のスチレンスルホン酸ナトリウム重合物の20wt%
水溶液を得た。水溶液のpHは8.5であった。臭素付加
法による未反応スチレンスルホン酸ナトリウムの量は、
痕跡であり、重合率は99%以上と測定された。
合成例2 スチレンスルホン酸ナトリウム(商品名スピノマーNaS
S、東洋曹達工業(株)製)のメタクリル酸の混合水溶液
を過硫酸アンモニウムの存在下に90℃で重合して重量
平均分子量3×104のスチレンスルホン酸ナトリウム
=メタクリル酸共重合物の水溶液を得た。
未反応のメタクリル酸をガスクロマトグラフで測定し
て、メタクリル酸の重合率を求めたところ99%以上で
あることが確認された。又重合物の元素分析によって含
有硫黄量からスチレンスルホン酸ナトリウム単位18モ
ル%を含有していることが判った。
10%水酸化ナトリウム水溶液を使用してpH8.0のス
チレンスルホン酸ナトリウム=メタクリル酸ナトリウム
共重合物の20wt%水溶液を得た。
合成例3 スチレンスルホン酸ナトリウム(商品名スピノマーNaS
S、東洋曹達工業(株)製)、アクリル酸および2−ヒド
ロキシエチルメタクリレートの単量体混合物の水溶液を
過硫酸アンモニウムの存在下に90℃で重合して重量平
均分子量3×104のスチレンスルホン酸ナトリウム=
アクリル酸=2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重
合物を得た。
未反応のアクリル酸と2−ヒドロキシエチルメタクリレ
ートをガスクロマトグラフで測定して各々の単量体の重
合率を求めたが、各々99%以上であることが確認され
た。
重合物の元素分析によって含有硫黄量からスチレンスル
ホン酸ナトリウム=アクリル酸=2−ヒドロキシエチル
メタクリレートの共重合組成は、各々12.5モル%、
23.5モル%、64モル%と算出された。
〔試験方法〕
(1) カルシウムイオン封鎖能の測定方法 ビルダーのカルシウムイオン封鎖能をカルシウムイオン
選択性電極を用いてpH10,30℃の条件で測定した。
硬度100ppmの硬水中に加えられたビルダーによる系
中の遊離カルシウムイオン濃度の低下により評価した。
(2) 固体粒子汚れの水中での凝集性の測定 固体粒子汚れのモデルとして酸化鉄粒子(平均粒子径
0.2×10-4cm戸田工業製トダカラー120R)を選
び、酸化鉄粒子の水中における凝集状態を遠心式自動粒
度分布測定装置CAPA−500型(堀場製作所)を使
用して、体積基準の粒度分布から平均粒子径を求めた。
(3) 固体粒子汚染布の作成と固体粒子汚れの付着試験
方法および洗浄試験条件 固体粒子に酸化鉄粒子を選び、汚染布を作成した。汚染
布は、酸化鉄の水分散布(0.2g/)中に白布(10
cm×10cmの布)20枚を入れ、たて振盪機により30
分間汚染させて調製した。(平均反射率21.3%) 又布への汚れ付着および洗浄実験は、Terg-O-Tometer
を使用し、反転数60cpmの条件で行った。付着実験の
場合には規定条件の液500mlに対し10cm×10cmの
白布5枚を、洗浄実験の場合には、汚染布と洗浴からの
再汚染を調べるための白布を各々3枚ずつ入れて30℃
で10分間汚染操作又は洗浄操作し、3分間すすぎを行
った。又汚染には酸化鉄0.1gを超音波照射により分
散させたのち、30℃の恒温槽中にメスフラスコを24
時間静置した液を用いた。
尚、布上の酸化鉄付着量は、試験布をマッフル炉で灰化
(600℃,6時間)したのち、1:1塩酸水溶液に溶
解させ、原子吸光法により測定した。
実施例1 合成例1〜3によって製造した重合物を使用してカルシ
ウムイオン封鎖能を測定した。本発明の水溶性高分子ビ
ルダーのカルシウムイオン封鎖能を表−1に示す。
重合物の内、合成例2の本発明の重合物が、良好なイオ
ン封鎖能を示している。
実施例2 合成例1〜3によって製造した重合物を使用して、酸化
鉄粒子の水中で平均凝集粒子径を測定した。
結果を表−2に示すが、合成例1〜3の本発明の高分子
電解質ビルダーが汚れ固体粒子モデルである酸化鉄粒子
をより微粒子として安定に分散させうることは明らかで
ある。
本発明の高分子電解質ビルダーは、固体粒子汚れの水中
分散力が、ビルダーの低濃度領域において特に優れてい
る。
実施例3 合成例1〜3によって製造した重合物を使用して、酸化
鉄粒子の布への付着量を測定した。結果を表−3に示
す。
本発明の高分子電解質ビルダーの添加によって、酸化鉄
の布への付着量は著しく減少した。
実施例4 合成例2の本発明の高分子電解質ビルダーを使用して、
酸化鉄汚染布を洗浄して、洗浄前後の布に付着している
酸化鉄の分析を行って、洗浄率を調べた。
本発明の高分子電解質ビルダーが、低濃度領域におい
て、リン酸塩ビルダーであるトリポリリン酸ナトリウム
に比べ洗浄率が高い事を示している。結果を図−1に示
す。
さらに、本実施例の洗浴中に白布を入れ、白布の再汚染
現象について調べた。本発明の高分子電解質ビルダー
は、いずれのビルダー濃度においても、優れた再汚染防
止効果を示した。結果を図−2に示した。
(以上の試験は、いずれもFe2O3 50ppm,pH10,30℃の
条件下に実施した。)
【図面の簡単な説明】
図−1および図−2は各々ビルダー添加量と再付着Fe2O
3量および洗浄率の関係を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スチレンスルホン酸塩の単独重合物、又は
    スチレンスルホン酸塩とカルボン酸基を有するエチレン
    性不飽和単量体及び/又はカルボン酸基とヒドロキシル
    基を有するエチレン性不飽和単量体との共重合物から成
    る水溶性高分子電解質ビルダー。
  2. 【請求項2】カルボン酸基を有するエチレン性不飽和単
    量体が、メタクリル酸,アクリル酸,イタコン酸,フマ
    ール酸及びこれらの塩から選ばれた1種又は2種以上の
    単量体である特許請求の範囲第1項記載の水溶性高分子
    電解質ビルダー。
  3. 【請求項3】カルボン酸基とヒドロキシル基を有するエ
    チレン性不飽和単量体が、ヒドロキシエチルアクリレー
    ト,ヒドロキシエチルメタクリレート,ヒドロキシプロ
    ピルアクリレート,ヒドロキシプロピルメタクリレー
    ト,ジエチレングリコールモノアクリレート,ジエチレ
    ングリコールモノメタクリレート,トリエチレングリコ
    ールモノアクリレート,トリエチレングリコールモノメ
    タクリレート,ポリエチレングリコールモノアクリレー
    ト,ポリエチレングリコールモノメタクリレートから選
    ばれた1種又は2種以上の単量体である特許請求の範囲
    第1項記載の水溶性高分子電解質ビルダー。
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