JPH10183101A - 水性媒体用低泡性摩擦抵抗低減剤及び該低減剤を用いた水性媒体の泡立ちが少ない摩擦抵抗低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用時の発泡が少なく、低温から高温にわた
る広い温度範囲で水性媒体の摩擦抵抗を低減できる添加
剤を提供すること。 【解決手段】 （ａ）分子内に炭素数８〜２２の直鎖状
あるいは分岐鎖状の飽和及び／又は不飽和脂肪族炭化水
素基を１つ有するモノ長鎖第４級アンモニウムカチオ
ン、（ｂ）有機酸残基、及び（ｃ）低級アルコールを含
有する水性媒体用低泡性摩擦抵抗低減剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管内乱流の摩擦抵
抗を低温から高温にわたる広い温度範囲で減少させるこ
とができ、且つ、使用時の発泡が少ない低泡性摩擦抵抗
低減剤及び該低泡性摩擦抵抗低減剤を用いる泡立ちの少
ない摩擦抵抗の低減方法に関するものである。

【従来の技術】管内乱流に少量の特定物質を添加すると
摩擦抵抗が減少することは、抗力減少効果として一般に
知られている。高分子化合物を用いた場合は、ポンプや
曲がった管内を流れる際に高分子鎖の切断が起こり、抗
力減少効果を示さなくなる欠点がある。従って高分子化
合物はその機械的劣化により抗力減少剤として長期間使
用することができない。これに対して界面活性剤を添加
することによる抗力減少方法が考えられている。界面活
性剤は水性媒体中でミセルを形成して抗力減少効果を発
揮すると考えられており機械的劣化を起こさないので抗
力減少剤として長期間使用することが可能である。

【０００２】これまでに、界面活性剤を使用した抗力減
少剤について数多くの提案が行われている（特公平４−
６２３１号公報、特公平５−４７５３４号公報、特開昭
６０−１５２４４８号公報）。また、本発明者らは、こ
れらの技術に比較して、使用可能温度が広範囲である抗
力減少剤についての提案もした（特願平７−１２１３０
０号公報）。しかし、これらの界面活性剤を実際の配管
で使用した場合、ポンプの剪断力や配管中の曲がりなど
で一度空気を巻き込むと発泡が起こり、これがキャビテ
ーションの原因となる等、目的とする抗力の減少効果を
損なうばかりか、例えばクーリングタワーが泡であふれ
る等の問題もあった。

【発明が解決しようとする課題】本発明は、使用時の発
泡が少なく、低温から高温にわたる広い温度範囲で水性
媒体の摩擦抵抗を低減できる添加剤を提供することを目
的とする。又、該添加剤を用いた水性媒体の低泡性摩擦
抵抗低減方法を提供することを目的とする。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は、分子内に脂肪
族炭化水素基又はアルキレン基を有する特定の第４級ア
ンモニウムカチオンと有機酸残基にさらに低級アルコー
ルとを併用すると上記課題を効率的に解決できるとの知
見に基づいてなされたのである。すなわち、本発明は、
（ａ）下記一般式（Ｉ）で表される第４級アンモニウム
カチオン、（ｂ）有機酸残基及び（ｃ）下記一般式(II
I) で表される低級アルコールとを含有することを特徴
とする水性媒体用低泡性摩擦抵抗低減剤を提供する。

【０００４】

【化４】

【０００５】（式中、Ｒ¹ は、炭素数８〜２２の直鎖状
あるいは分岐鎖状の飽和及び／又は不飽和脂肪族炭化水
素基、Ｒ² 、Ｒ³ およびＲ⁴ は、メチル基、エチル基、
下記一般式（II）で表される基、から選ばれ、それぞれ
の基が異なってもよく、２つ以上の基が同一であっても
よい。）

【０００６】

【化５】

【０００７】（式中、ｎは１〜５、Ｙは水素又はメチル
基である。）

【化６】 Ｒ⁴ ＯＨ (III) （式中、Ｒ⁴ は、炭素数１〜４の直鎖状又は分岐状のア
ルキル基を表す。）を含有することを特徴とする水性媒
体用低泡性摩擦抵抗低減剤。本発明は、また水性媒体
に、上記摩擦抵抗低減剤を加えることを特徴とする水性
媒体の摩擦抵抗低減方法をも提供する。

【発明の実施の形態】一般式（Ｉ）及び（IV）中、Ｒ²
及びＲ³ は同一の基であるのが好ましい。Ｒ ¹ は炭素数
８〜２２の直鎖状あるいは分岐鎖状の飽和及び／又は不
飽和脂肪族炭化水素基、特にアルキル基又はアルケニル
基であり、ラウリル、ミルスチル、パルミチル、オレイ
ル、ステアリル、エルシル基等が挙げられ、特にアルケ
ニル基が好ましい。特に、Ｒ¹ が不飽和結合を少なくと
も１つ有するのが好ましい。又、一般式（II）中、Ｙは
水素が好ましく、ｎは１が好ましい。上記（ａ）成分の
一般式（Ｉ）で表される第４級アンモニウムカチオンと
しては、その塩が好ましく、特に下記一般式（IV）で表
される第４級アンモニウム塩が好ましい。塩形成アニオ
ンとしては、種々のものがあげられるが、（ｂ）成分の
有機酸残基が好ましい。

【０００８】

【化７】

【０００９】（式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 、Ｒ³ およびＲ⁴ は、
一般式（Ｉ）におけると同義であり、Ｘはハロゲン陰イ
オン、水酸基イオン及び／又は有機酸陰イオンであ
る。） 陰イオンであるＸ^- は、水酸基イオン、ハロゲン陰イオ
ン、有機酸陰イオンから選択される一種又は二種以上の
ものであり、ハロゲン陰イオンとしては、例えば塩化物
イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等が挙げられ、
有機酸陰イオンとしては、例えば有機スルホン酸陰イオ
ン又は有機カルボン酸陰イオンの１種又は２種以上の混
合物等が挙げられる。特に芳香族のスルホン酸やカルボ
ン酸が好ましく、具体的には、サリチル酸、ヒドロキシ
ナフチル酸等が挙げられる。

【００１０】本発明で用いる第４級アンモニウム塩の具
体例としては、ラウリルトリメチルアンモニウムクロラ
イド、ココイルトリメチルアンモニウムルロライド、ミ
リストイルトリメチルアンモニウムクロライド、パルミ
チルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルト
リメチルアンモニウムクロライド、オレイルトリメチル
アンモニウムクロライド、タロートリメチルアンモニウ
ムクロライド、エルシルトリメチルアンモニウムクロラ
イド、ミリストイル（ヒドロキシル）ジメチルアンモニ
ウムクロライド、パルミチル（ヒドロキシル）ジメチル
アンモニウムクロライド、ステアリル（ヒドロキシル）
ジメチルアンモニウムクロライド、オレイル（ヒドロキ
シル）ジメチルアンモニウムクロライド、タロー（ヒド
ロキシル）ジメチルアンモニウムクロライド、エルシル
（ヒドロキシル）ジメチルアンモニウムクロライド、ミ
リストイルジ（ヒドロキシル）メチルアンモニウムクロ
ライド、パルミチルジ（ヒドロキシル）メチルアンモニ
ウムクロライド、ステアリルジ（ヒドロキシエチル）メ
チルアンモニウムクロライド、オレイルジ（ヒドロキシ
エチル）メチルアンモニウムクロライド、タロージ（ヒ
ドロキシエチル）メチルアンモニウムクロライド、エル
シルジ（ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムクロラ
イド、ミリストイルトリ（ヒドロキシル）アンモニウム
クロライド、パルミチルトリ（ヒドロキシル）アンモニ
ウムクロライド、

【００１１】ステアリルトリ（ヒドロキシエチル）アン
モニウムクロライド、オレイルトリ（ヒドロキシエチ
ル）アンモニウムクロライド、タロートリ（ヒドロキシ
エチル）アンモニウムクロライド、エルシルトリ（ヒド
ロキシエチル）アンモニウムクロライド、ラウリルトリ
メチルアンモニウムヒドロキシドド、ココイルトリメチ
ルアンモニウムヒドロキシド、ミリストイルトリメチル
アンモニウムヒドロキシド、パルミチルトリメチルアン
モニウムヒドロキシド、ステアリルトリメチルアンモニ
ウムヒドロキシド、オレイルトリメチルアンモニウムヒ
ドロキシド、タロートリメチルアンモニウムヒドロキシ
ド、エルシルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ミ
リストイル（ヒドロキシル）ジメチルアンモニウムヒド
ロキシド、パルミチル（ヒドロキシル）ジメチルアンモ
ニウムヒドロキシド、ステアリル（ヒドロキシル）ジメ
チルアンモニウムヒドロキシド、オレイル（ヒドロキシ
ル）ジメチルアンモニウムヒドロキシド、タロー（ヒド
ロキシル）ジメチルアンモニウムヒドロキシド、エルシ
ル（ヒドロキシル）ジメチルアンモニウムヒドロキシ
ド、ミリストイルジ（ヒドロキシル）メチルアンモニウ
ムヒドロキシド、パルミチルジ（ヒドロキシル）メチル
アンモニウムヒドロキシド、ステアリルジ（ヒドロキシ
エチル）メチルアンモニウムヒドロキシド、オレイルジ
（ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムヒドロキシ
ド、

【００１２】タロージ（ヒドロキシエチル）メチルアン
モニウムヒドロキシド、エルシルジ（ヒドロキシエチ
ル）メチルアンモニウムヒドロキシド、ミリストイルト
リ（ヒドロキシル）アンモニウムヒドロキシド、パルミ
チルトリ（ヒドロキシル）アンモニウムヒドロキシド、
ステアリルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムヒド
ロキシド、オレイルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニ
ウムヒドロキシド、タロートリ（ヒドロキシエチル）ア
ンモニウムヒドロキシド、エルシルトリ（ヒドロキシエ
チル）アンモニウムヒドロキシド、ミリスチルトリメチ
ルアンモニウムサリチレート、パルミチルトリメチルア
ンモニウムサリチレート、ステアリルトリメチルアンモ
ニウムサリチレート、オレイルトリメチルアンモニウム
サリチレート、タロートリメチルアンモニウムサリチレ
ート、パルミチル（ヒドロキシル）ジメチルアンモニウ
ムサリチレート、ステアリル（ヒドロキシル）ジメチル
アンモニウムサリチレート、タロー（ヒドロキシル）ジ
メチルアンモニウムサリチレート、パルミチルジ（ヒド
ロキシル）メチルアンモニウムサリチレート、ステアリ
ルジ（ヒドロキシル）メチルアンモニウムサリチレー
ト、タロージ（ヒドロキシル）メチルアンモニウムサリ
チレート、ステアリルトリ（ヒドロキシル）アンモニウ
ムサリチレート、タロートリ（ヒドロキシル）アンモニ
ウムサリチレート、オレイルトリ（ヒドロキシル）アン
モニウムサリチレートなどの一種又は二種以上の混合物
があげられる。

【００１３】また（ｂ）成分の有機酸塩としては、有機
スルホン酸塩、有機カルボン酸塩等の一種又は二種以上
の混合物があげられる。有機スルホン酸塩や有機カルボ
ン酸塩は、アルキルまたはアルケニルスルホン酸のアル
カリ金属塩またはアルカリ土類金属塩、芳香族スルホン
酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩、脂肪族
カルボン酸または芳香族カルボン酸のアルカリ金属塩ま
たはアルカリ土類金属塩等であり、特に芳香族のスルホ
ン酸塩やカルボン酸塩が望ましい。これらのうち、炭素
数７〜１０の芳香族カルボン酸の塩が好ましい。具体的
には、ナトリウムヒドロキシベンゾエート、ナトリウム
ヒドロキシナフトエートなどがあげられる。これらのう
ち、サリチル酸ナトリウムが特に好ましい。尚、（ａ）
成分として、一般式（IV）で表される第４級アンモニウ
ム塩を用い、その塩形成アニオンが（ｂ）成分の有機酸
残基である場合には、（ａ）成分及び（ｂ）成分とし
て、この第４級アンモニウム塩を単独で用いることもで
き、又、さらにこの第４級アンモニウム塩に（ｂ）成分
を加えることもできる。又、（ａ）成分として、一般式
（IV）で表される第４級アンモニウム塩を用い、その塩
形成アニオンが（ｂ）成分の有機酸残基以外のものであ
る場合には、当然（ｂ）成分を併用する。

【００１４】（ｃ）成分の低級アルコールは、(III) 式
のアルキル基の炭素数が１〜４の直鎖状又は分岐状を用
いることができる。具体的には、メチルアルコール、エ
チルアルコール、プロピルアルコール、ｉｓｏ−プロピ
ルアルコール等の一種又は二種以上の混合物があげら
る。本発明は、上記（ａ）成分と（ｂ）成分と（ｃ）成
分とを併用することを必須とする。ここで、（ａ）成分
と（ｂ）成分と（ｃ）成分の割合は任意とすることがで
きるが、（ａ）／（ｂ）を９５／５〜２０／８０とする
のがよく、より好ましくは７５／２５〜３０／７０であ
る。又、｛（ａ）＋（ｂ）｝／（ｃ）を９５／５〜２０
／８０とするのが好ましく、より好ましくは９０／１０
〜３０／７０である。（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）を原体の
まま混合して製品としても良いが、水で希釈して５〜７
０重量％の水溶液とするのが好ましい。

【００１５】本発明の摩擦抵抗低減剤は、水性媒体の様
々な目的に応じてさらにアミン等の防錆剤やエチレング
リコール等の溶剤などの任意成分を含有させることがで
きる。本発明の摩擦抵抗低減剤は、上記成分の混合物と
して、又は水で希釈して上記成分を２０％以上含有する
濃縮物とすることができる。又、本発明の摩擦抵抗低減
方法を行うにあたって、本発明の摩擦抵抗低減剤をその
まま、又は所望の濃度に希釈して対象とする流体に添加
するのがよい。又、対象とする流体に成分（ａ）（ｂ）
及び（ｃ）とを別々に添加することもできる。特に、
（ａ）成分の第４級アンモニウムカチオンを水性媒体に
対して0.００１〜５％となるように添加するのが好適で
あり、より好ましくは0.０１〜１％である。（ｂ）成分
の有機酸塩の添加量は（ａ）成分に対して0.１〜５倍モ
ルが好適であり、より好ましくは0.３〜２倍モルであ
る。又、（ｃ）成分の低級アルコールを水性媒体に対
し、0.０１〜１０％、好ましくは0.０２〜５％添加する
のがよい。

【００１６】

【発明の効果】本発明の低泡性摩擦抵抗低減剤及び低減
方法は、流体輸送において配管設備費の低減、ポンプ所
要動力の低減に有効である。特に、機械的劣化がなく、
低温から高温の広い温度範囲で使用でき、流体が力を受
けた際の泡立ちが少ないことから、循環使用される流体
中、例えば、各種工業プラントの加熱、冷却系、地域冷
暖房システムさらに、ビル空調システムで利用できる。
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本
発明は、これらの例によってなんら限定されるものでは
ない。

【００１７】

【実施例】実施例１〜９ 表−１に示した各種カチオン塩、サリチル酸ナトリウム
および、エチルアルコールをスクリュー式ミキサー（ス
クリュー系：１０ｍｍ、撹拌条件：９５００ｒｐｍ×５
ｍｉｎ）を用いて試料溶液を均一化し、ウォーターバス
で所定の温度にした後、発泡容積および渦減少効果を以
下の方法で評価した。結果を表−２に示す。尚、試料溶
液の評価は次のようにして行った。 （１）発泡容積の測定 １００ｍｌ目盛り付きエプトン管に２０ｍｌの試料溶液
を採取し、１回／１秒の割合でこのエプトン管を１０回
上下に振とうし、振とう直後および10分静置後の泡の体
積を測定した。

【００１８】（２）抗力減少効果の評価 抗力減少効果の簡便な評価法である、渦減少効果*を評
価した。２００ｍｌビーカー中で６ｍｍ×３０ｍｍのス
ターラーを撹拌し、発生する渦の深さ（Ｘｃｍ）によ
り、以下の基準で判定を行った。 ０≦Ｘ≦１：◎ １＜Ｘ≦2.５：○ 2.５≦Ｘ＜４：
△ ４≦Ｘ≦５：×Ｘ はその値が小さい程、抗力減少が大きいことを意味す
る。尚、渦減少効果は、文献 C.Blais, I.Harwigsson,
M.Hellsten, J.Wollerstrand 他 1996(CESIO in Barc
elona)に記載されている。比較例１ 水性媒体用摩擦抵抗低減剤および消泡剤を用いないこと
を除き実施例１と同様にして実験を行い、同様の方法で
特性を評価した。結果を表−２に示す。比較例２〜６ 消泡剤を用いないことを除き実施例１と同様にして実験
を行い、同様の方法で特性を評価した。結果を表−２に
示す。

【００１９】

【表１】 表−１ ａ成分 種類 化合物名 a-1 オレイルジ（ヒドロキシル）メチルアンモニウムクロライド a-2 ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド a-3 タロージ（ヒドロキシル）メチルアンモニウムクロライド

【００２０】

【表２】 表−２ 実施例１〜７、比較例１〜６ (a) 成分 (b)成分 (c)成分 温度 発泡容積(ml) 渦減少 No 種類 添加量 添加量 添加量 （℃） 直後 10 分後 効 果 (ppm) (ppm) (ppm) １ a-1 500 800 300 25 5 2 ◎ ２ a-2 500 800 300 25 7 3 ○〜◎ 実３ a-3 500 800 300 25 6 2 ○ 施４ a-1 200 300 100 25 6 2 ○〜◎ 例５ a-1 800 1200 400 25 8 3 ◎ ６ a-1 500 800 300 2 9 4 ○〜◎ ７ a-1 500 800 300 50 4 2 ◎ １ − 0 0 0 25 0 0 × 比２ a-1 500 0 300 2 57 36 ○〜◎ 較３ a-1 500 0 300 25 47 32 ◎ 例４ a-2 500 0 300 25 51 34 ○〜◎ ５ a-3 500 0 300 25 45 34 ○ ６ a-1 500 0 300 50 42 25 ◎

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）下記一般式（Ｉ）で表される第４
   級アンモニウムカチオン、（ｂ）有機酸残基、 【化１】 （式中、Ｒ¹ は、炭素数８〜２２の直鎖状あるいは分岐
   鎖状の飽和及び／又は不飽和脂肪族炭化水素基、Ｒ² 、
   Ｒ³ およびＲ⁴ は、メチル基、エチル基、下記一般式
   （II）で表される基から選ばれ、それぞれの基が異なっ
   てもよく、２つ以上の基が同一であってもよい。） 【化２】 （式中、ｎは１〜５、Ｙは水素又はメチル基である。）
   及び（ｃ）下記一般式(III) で表される低級アルコール 【化３】 Ｒ⁴ ＯＨ (III) （式中、Ｒ⁴ は、炭素数１〜４の直鎖状又は分岐状のア
   ルキル基を表す。）を含有することを特徴とする水性媒
   体用低泡性摩擦抵抗低減剤。
2. 【請求項２】 （ａ）一般式（Ｉ）で表される第４級ア
   ンモニウムカチオンの塩、（ｂ）有機酸塩及び（ｃ）一
   般式(III) で表される低級アルコールとを含有する請求
   項１記載の低泡性摩擦抵抗低減剤。
3. 【請求項３】 水性媒体に請求項１又は２に記載の摩擦
   抵抗低減剤を加えることを特徴とする水性媒体の泡立ち
   が少ない摩擦抵抗低減方法。