JPH10316963A

JPH10316963A - 掘削泥水用分散剤

Info

Publication number: JPH10316963A
Application number: JP13018397A
Authority: JP
Inventors: Masao Ishiguro; 正雄石黒; Minoru Kuzutani; 稔葛谷; Toshio Kadoi; 寿雄角井; Yoshimitsu Sekiguchi; 義光関口
Original assignee: Lion Corp
Current assignee: Lion Corp
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】土木建築の基礎工事、石油井戸や地熱井戸の
ボーリング等の地盤の掘削に使用される安定液（泥水）
に添加することにより、セメントや海水等の有害イオン
が混入しても安定液の良好な状態が失われない分散剤を
提供する。【解決手段】（Ａ）アクリル酸、メタクリル酸及びそ
れらの塩類からなる群より選ばれる１種以上の単量体を
重合するに際し、（Ｂ）次亜リン酸及びそのナトリウム
塩から選ばれる１種以上を（Ａ）単量体に対して０．１
〜１０モル％の割合で共存させて得られるカルボン酸系
重合体を含有してなる掘削泥水用分散剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘削工法において
地盤掘削の際に用いられる泥水の安定化を目的に使用す
る分散剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より地盤を掘削するに際し、掘削時
に発生する摩擦熱の吸収、掘削屑の地上への搬出、掘削
面の維持、地下水やガスなどの噴出防止、土圧の支えな
どの目的で、ベントナイト系泥水、ポリマー系泥水など
の安定液が使用されている。

【０００３】しかし、これらの安定液（泥水）は、セメ
ント、海水、その他の電解質の混入により性能が劣化す
ることが知られている。このため、アクリル酸重合体な
どのポリカルボン酸類の分散剤を添加して安定性を高め
る方法が、数多く提案されている（特公昭４９−４６７
６３号公報、特開昭５８−１０４９８１号公報、特開昭
５８−２０８３７６号公報、特開昭５９−３８２７７号
公報、特開昭６０−１３３０８５号公報、特開昭６１−
１２０８８１号公報、特開昭６２−１９９６８２号公
報、特開昭６２−２６７３８８号公報、特開昭６４−２
９４８８号公報、特開平２−１８５５８８号公報、特開
平４−１８０９８９号公報、特開平５−９４６８号公報
等）。

【０００４】しかしながら、近年、土木建築の掘削工事
においては、掘削規模の大深度化及び大型化が進み、複
雑な施工条件下でのコンクリート打設により、安定液が
多量のセメント成分で汚染されるケースが増えて来てい
る。さらに湾岸地区での工事が増え、泥水に大量の海水
が混入する場合も多く、掘削工事用の安定液の使用条件
は非常に過酷になって来ている。その為、前述のポリカ
ルボン酸系の分散剤を使用しても、泥水がゲル化を起こ
し流動性が低下して工事が中断したり、泥水のベントナ
イトが分離して掘削屑の搬送能力が低下する等の問題が
しばしば発生しているのが現状である。

【０００５】また、油井、ガス井の掘削においても、近
年ますます深度化してきており、地下水からの塩類の混
入量が増大しているため泥水の粘性が低下し、泥水中の
水分が地層中に失われて流動性が悪化して掘削が困難と
なる。このような脱水を減少させる目的で前述の分散剤
が使用されているが、その効果は不充分である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、土木建築の
基礎工事、石油井戸や地熱井戸のボーリング等の地盤の
掘削に使用される安定液（泥水）に添加される分散剤の
上記問題点を解決し、セメントや海水等の有害イオンが
混入しても安定液の良好な状態が失われない分散剤を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決するために研究を行った結果、アクリル酸、メタク
リル酸及びそれらの塩類からなる群より選ばれる１種以
上の単量体を重合するに際し、所定量の次亜リン酸及び
／又はそのナトリウム塩を共存させて得られるカルボン
酸系重合体が、セメントや海水等の有害イオンが混入し
ても優れた分散安定性を保持し、該重合体を掘削用泥水
に添加すると泥水の安定性が飛躍的に向上することを見
い出し、本発明を完成するに至った。

【０００８】したがって、本発明は、（Ａ）アクリル
酸、メタクリル酸及びそれらの塩類からなる群より選ば
れる１種以上の単量体を重合するに際し、（Ｂ）次亜リ
ン酸及びそのナトリウム塩から選ばれる１種以上を
（Ａ）単量体に対して０．１〜１０モル％の割合で共存
させて得られるカルボン酸系重合体を含有してなる掘削
泥水用分散剤を提供する。

【０００９】また、本発明の掘削泥水用分散剤におい
て、カルボン酸系重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）は１
０００〜２００００が好ましい。

【００１０】本発明に用いられるカルボン酸系重合体
は、水溶媒中に（Ａ）単量体と（Ｂ）次亜リン酸類とを
溶解させ定法に従って重合する方法、水溶媒中に（Ａ）
単量体と（Ｂ）次亜リン酸類とを滴下して重合する方
法、又はその両者を併用して重合する方法で得ることが
できる。

【００１１】このカルボン酸系重合体はその高分子鎖の
末端に次亜リン酸が反応して導入された特殊な化学構造
になる為、従来のポリカルボン酸類の分散剤に較べて飛
躍的に優れた耐塩性を示し、掘削用泥水の分散剤として
使用した場合にセメントや海水等の有害イオンの汚染に
も耐えられるものと推察される。

【００１２】なお、本発明の分散剤を添加する対象とな
る掘削用泥水（安定液）としては、ベントナイト、アタ
パルジャイト、セリサイトなどの無機粘土質の安定液、
カルボキシメチルセルロースなどの水溶性高分子を用い
るポリマー系安定液およびこれらの混合物が挙げられ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明を詳しく説明する。
本発明で使用する（Ａ）単量体は、アクリル酸、メタク
リル酸及びそれらの塩類からなる群より選ばれる１種以
上の単量体であり、アクリル酸及びメタクリル酸のどち
らかを単独で使用しても又は両者を併用しても差し支え
なく、又それらの無機塩もしくは有機塩も使用可能であ
る。無機塩としてはナトリウム塩、カリウム塩等が使用
可能であり、有機塩としてはアンモニウム塩、モノエタ
ノールアミン塩、ジエタノールアミン塩、トリエタノー
ルアミン塩等が使用可能である。（Ａ）単量体は、単独
で使用しても２種類以上を併用しても差し支えないが、
経済的な点からは、アクリル酸またはアクリル酸ナトリ
ウムが好ましい。

【００１４】本発明で使用する、（Ａ）単量体を重合し
て得られるカルボン酸系重合体の重量平均分子量は、１
０００〜２００００、より好ましくは２０００〜１５０
００である。この範囲外では分散性能が不足し、効果が
小さい。

【００１５】本発明で使用する（Ｂ）次亜リン酸類は、
次亜リン酸又は次亜リン酸ナトリウムのどちらかを単独
で使用しても又は両者を併用しても差し支えない。その
使用量は（Ａ）単量体成分に対して０．１〜１０モル
％、より好ましくは０．５〜８モル％である。０．１モ
ル％未満では耐塩性が不足し、１０モル％を超えると基
本的な分散力が低下し、必要添加量が多くなるからであ
る。

【００１６】本発明における重合方法としては、所定の
反応容器に溶媒としての水と、本発明における重合体の
構成成分である（Ａ）単量体と（Ｂ）次亜リン酸類と
を、（Ａ）単量体及び（Ｂ）次亜リン酸類の合計濃度が
５〜８０重量％、好ましくは１０〜７０重量％となるよ
うに仕込み、公知慣用の重合開始剤を（Ａ）アクリル酸
類に対して０．０５〜１０重量％、より好ましくは０．
１〜７重量％使用して反応温度３０〜１１０℃、反応時
間０．５〜１２時間の条件下で行う。もちろん、（Ｂ）
次亜リン酸類、（Ａ）単量体、及び重合開始剤は反応条
件に応じて、分割添加、連続滴下で反応系に仕込むこと
も可能である。

【００１７】重合開始剤としては公知のものが使用可能
であり、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナト
リウム、過硫酸カリウム等の過酸化物、これらの過酸化
物との組み合わせで通常使用される各種のレドックス開
始剤、または、２，２−アゾビス（アミジノプロパン）
塩酸塩のようなアゾ系開始剤がいずれも使用可能であ
る。

【００１８】本発明における構成成分である（Ａ）単量
体を用いて重合した後、水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウム、アンモニア、モノエタノールアミン、ジエタノー
ルアミン、トリエタノールアミン等の塩基を加えて中和
することも可能であり、その中和率にも特に制限はない
が、経済的な点から水酸化ナトリウムを使用するのが好
ましい。

【００１９】本発明においては、水溶液重合で得られる
カルボン酸系重合体の水溶液は、そのまま掘削泥水用分
散剤として使用可能である。また、乾燥後、適宜、粉砕
して粉末または粒状にして使用しても良い。

【００２０】本発明の分散剤の使用量（純分）は、使用
する水に対して０．０１〜５重量％、好ましくは０．１
〜３重量％である。０．０１重量％未満では充分な効果
が得られず、又、５重量％を超える量を使用しても使用
量に応じた効果が得られないので経済的に不利である。

【００２１】本発明の分散剤を使用するに際し、従来、
掘削泥水用添加剤として使用されている縮合リン酸塩、
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、エチレングリコール、防黴剤等を適
宜使用することも可能である。

【００２２】

【実施例】次に、実施例について比較例と併せて説明す
る。なお、以下の実施例等において、特に言及する場合
を除き、「重量％」および「重量部」は、それぞれ
「％」および「部」と略記する。

【００２３】〔製造例１〕撹拌機、温度計、環流冷却
器、滴下ロート、及び窒素導入管を備えた装置に、水１
５０部を仕込み、窒素気流下で１００℃まで加熱した。
ついで、撹拌下で１００℃に保ちながら、これにアクリ
ル酸３５３．５部および次亜リン酸ナトリウム１７．３
部（４モル％量対アクリル酸）を水に溶解させた単量体
水溶液４６０部と、過硫酸アンモニウム５．６部を水に
溶解させた開始剤水溶液９０部をそれぞれ３時間かけて
連続滴下した。さらに同温度で１時間保温して重合を完
結させた。冷却後、４０％水酸化ナトリウム４７１部を
加えて中和し、水で希釈して固形分濃度４０％、ｐＨ＝
７．６のアクリル酸重合体（Ｓ−１）を得た。

【００２４】〔製造例２〜７〕単量体の種類、開始剤の
種類および使用量、次亜リン酸ナトリウムの使用量、ｐ
Ｈ（単量体中のカルボン酸の中和率）、又は中和に用い
たアルカリの種類を下記の表１に示した条件に変えた以
外は、製造例１と同様の操作を行い、固形分濃度４０％
のカルボン酸系重合体（Ｓ−２〜Ｓ−７）を得た。

【００２５】〔製造例８〕撹拌機、温度計、環流冷却
器、滴下ロート、及び窒素導入管を備えた装置に、水１
５０部と次亜リン酸ナトリウム３０．３部（７モル％量
対アクリル酸）を仕込み撹拌して溶解させた後、窒素気
流下で９０℃まで加熱した。ついで、撹拌下で９０℃に
保ちながら、これにアクリル酸３５３．５部を溶解させ
た単量体水溶液４４２部と、過硫酸アンモニウム５．６
部を溶解させた開始剤水溶液９０部をそれぞれ４時間か
けて連続滴下した。その後、製造例１と同様の操作を行
い、固形分濃度４０％のアクリル酸重合体（Ｓ−８）を
得た。

【００２６】〔製造例９〕撹拌機、温度計、環流冷却
器、滴下ロート、及び窒素導入管を備えた装置に、水１
５０部を仕込み、窒素気流下で８０℃まで加熱した。つ
いで、撹拌下で８０℃に保ちながら、アクリル酸ナトリ
ウム４６１部および次亜リン酸１２．９部（４モル％量
対アクリル酸）を溶解させた単量体水溶液９１０部と、
過硫酸ナトリウム５．８部を溶解させた開始剤水溶液１
００部をそれぞれ５時間かけて連続滴下した。さらに同
温度で１時間保温して重合を完結させた。冷却後、水で
希釈して固形分４０％、ｐＨ＝９．５のアクリル酸重合
体（Ｓ−９）を得た。

【００２７】〔比較製造例１〕次亜リン酸ナトリウムを
使用せず、過硫酸アンモニウムを３３．６部使用した以
外は製造例１と同様の操作を行い、アクリル酸重合体
（Ｈ−１）を得た。

【００２８】〔比較製造例２〕次亜リン酸ナトリウムを
使用せず、亜硫酸水素ナトリウム２０．４部を単量体水
溶液に溶解し、過硫酸アンモニウムを２２．４部使用し
た以外は製造例１と同様の操作を行い、アクリル酸重合
体（Ｈ−２）を得た。

【００２９】〔比較製造例３〕撹拌機、温度計、環流冷
却器、滴下ロート、及び窒素導入管を備えた装置に、水
１００部を仕込み、窒素気流下で８０℃まで加熱した。
ついで、撹拌下で８０℃に保ちながら、これにアクリル
酸３５３．５部を水に溶解させた単量体水溶液４６０部
と、過硫酸アンモニウム３３．６部を水に溶解させた開
始剤水溶液９０部、及び１０％過酸化水素水５０部をそ
れぞれ３時間かけて連続滴下した。さらに同温度で１時
間保温して重合を完結させた。冷却後、４０％水酸化ナ
トリウム４７１部を加えて中和し、水で希釈して固形分
濃度４０％、ｐＨ＝７．６のアクリル酸重合体（Ｈ−
３）を得た。

【００３０】なお、比較製造例１〜３で合成したアクリ
ル酸重合体Ｈ−１〜Ｈ−３は、本発明の効果を示すため
の比較用重合体である。各製造例の製造条件と、得られ
たカルボン酸系重合体の重量平均分子量を表１に示す。

【００３１】

【表１】サンプ単量体組成開始剤の種類次亜リン重合後の重量平均ル名（モル％）および使用量酸類の種中和剤の分子量 (モル％)^*1 類および種類と中使用量和率 (モル％)^*1 (％)^*2 Ｓ−１ AA;100 APS;0.5 SHP;4 NaOH; 96 6300 Ｓ−２ AA;100 SPS;1.0 SHP;1 NaOH; 98 11200 Ｓ−３ AA;100 KPS;0.1 SHP;7 NaOH;100 3700 Ｓ−４ AA;100 APS;0.5 SHP;4 NH₃ ;100 6400 Ｓ−５ AA;100 SPS;0.3 SHP;5 NaOH; 75 5100 Ｓ−６ AA;95 MAA; 5 SPS;0.1 SHP;8 NaOH; 25 3300 Ｓ−７ AA;80 MAA;20 SPS;0.8 SHP;2 KOH ; 90 8100 Ｓ−８ AA;100 APS;0.5 SHP;7 NaOH; 97 14000 Ｓ−９ AA-Na;100 SPS;0.4 HPA;4 − 5800 Ｈ−１ AA;100 APS;3.0 − NaOH; 96 9100 Ｈ−２ AA;100 APS;2.0 SBS;4.0 − NaOH; 96 5900 Ｈ−３ AA;100 APS;3.0 HPO;3.0 − NaOH; 96 6800 ＊１）モノマーに対するモル％＊２）単量体中のカルボン酸の中和率

【００３２】尚、表１中の略号は以下の通りである。（単量体）ＡＡ：アクリル酸、ＭＡＡ：メタクリル酸、
ＡＡ−Ｎａ：アクリル酸ナトリウム（開始剤）ＡＰＳ：過硫酸アンモニウム、ＳＰＳ：過硫
酸ナトリウム、ＫＰＳ：過硫酸カリウム、ＳＢＳ：亜硫
酸水素ナトリウム、ＨＰＯ：過酸化水素、（次亜リン酸類）ＳＨＰ：次亜リン酸ナトリウム、ＨＰ
Ａ：次亜リン酸

【００３３】〔実施例１〕得られたカルボン酸系重合体
の、掘削泥水用分散剤としての性能を次の方法で調べ
た。なお、ベントナイトは群馬産（３００メッシュ）、
カルボキシメチルセルロースはエーテル化度１．３０、
重合度約１００のものを用いた。

【００３４】１リットルのプラスチック製容器に、水道
水５００部、ベントナイト１０部、及び掘削泥水用分散
剤として製造例１で得たアクリル酸重合体（Ｓ−１）１
部をとり、ディゾルバー撹拌羽根（直径４０ｍｍ）を用
いて３０００ｒｐｍで５分間撹拌した。その後、カルボ
キシメチルセルロース１．５部を加え３０００ｒｐｍで
２０分間撹拌して掘削泥水用組成物１を得た。得られた
掘削泥水用組成物１の掘削泥水の耐セメント性および耐
海水性を、次の条件で評価した。

【００３５】＜対セメント性試験＞前記の掘削泥水用組
成物１にセメント２５部を加えて３０００ｒｐｍで３分
間撹拌し、２４時間静置した後、下記の（１）〜（３）
の試験項目を評価し、その結果を表２に示した。（１）ファンネル粘度（ＦＶ）：５００ｍｌのファンネ
ル粘度計で測定した。単位は秒で、実用に適するのは、
２１〜３４秒である。（２）１０分ゲルストレングス（１０−Ｇｅｌ）：ファ
ンＶＧメーターで測定した。単位はｌｂ／１００ｆｔ²
で、実用に適するのは、１．０〜２．５ｌｂ／１００ｆ
ｔ²である。（３）脱水量：ＡＰＩ規格による濾過機を用い、３ｋｇ
／ｃｍ²の圧力下３０分後の脱水量を測定した。単位は
ｍｌで、実用に適するのは２０ｍｌ以下である。

【００３６】＜対海水性試験＞前記の掘削泥水用組成物
１にアクアマリンＳ（八州薬品（株）製人工海水、２５
倍濃縮品）２０部を加えて３０００ｒｐｍで３分間撹拌
し、２４時間静置した後、前記の対セメント性試験と同
様の（１）〜（３）の試験項目を評価し、その結果を表
２に示した。

【００３７】〔実施例２〜９〕製造例２〜９で得たカル
ボン酸系重合体（Ｓ−２〜Ｓ−９）を用いて実施例１と
全く同様の方法で掘削泥水用分散剤としての性能評価を
行い、その結果を表２に示した。

【００３８】〔比較例１〜３〕本発明の効果を示すため
に比較製造例１〜３で得たカルボン酸系重合体（Ｈ−１
〜Ｈ−３）を用いて実施例１と全く同様の方法で掘削泥
水用分散剤としての性能評価を行い、その結果を表２に
示した。

【００３９】

【表２】分散耐セメント性 ^*2 耐海水性 ^*3 実験No. 剤 ^*1 ＦＶ 10−Ｇｅｌ脱水量ＦＶ 10−Ｇｅｌ脱水量 (秒) (lb/100ft²) (ｍｌ) (秒) (lb/100ft²) (ｍｌ) 実施例1 S-1 25.7 1.0 8.6 24.3 1.0 8.9 実施例2 S-2 29.2 1.5 10.2 25.1 1.0 9.1 実施例3 S-3 25.6 1.0 9.0 23.6 1.5 8.3 実施例4 S-4 25.3 1.0 9.3 23.7 1.0 10.5 実施例5 S-5 25.7 1.0 8.5 24.2 1.0 8.6 実施例6 S-6 24.9 2.0 10.3 24.0 1.5 9.7 実施例7 S-7 24.3 2.0 10.0 23.1 2.0 10.1 実施例8 S-8 23.5 1.5 9.1 22.7 1.5 9.5実施例9 S-9 26.0 1.0 9.5 24.8 1.0 9.0 比較例1 H-1 19.8 3.5 48 20.1 4.0 66 比較例2 H-2 19.9 3.0 36 20.2 3.5 57 比較例3 H-3 20.3 5.0 75 20.5 5.0 80 ＊１）分散剤使用量：水に対して０.２％＊２）セメント汚染率：水に対して５％＊３）海水汚染率：水に対して５０％

【００４０】〔実施例１０〜１８〕掘削泥水用分散剤と
してのカルボン酸系重合体の使用量を２部に変更した以
外は実施例１〜９の方法と同じ操作を行い、掘削泥水用
組成物１０〜１８を調製し、次の方法でセメントと海水
が共存する状態での安定性を評価した。＜対セメント／海水性試験＞前記で得られた掘削泥水用
組成物１０〜１８に、セメント１５部及びアクアマリン
Ｓ２０部を加えて３０００ｒｐｍで３分間撹拌し、２４
時間静置した後、実施例１の対セメント性試験と同様の
（１）〜（３）の試験項目を評価し、その結果を表３に
示した。

【００４１】〔比較例４〜６〕本発明の効果を示すため
に比較製造例１〜３で得たカルボン酸系重合体（Ｈ−１
〜Ｈ−３）を用いて実施例１０〜１８に示した方法と全
く同様の方法で掘削泥水用分散剤としての性能評価を行
い、その結果を表３に示した。

【００４２】

【表３】分散剤 ^*1 耐（セメント ^*2／海水 ^*3）性実験No. ＦＶ 10−Ｇｅｌ脱水量 (秒) (lb/100ft²) (ｍｌ) 実施例10 Ｓ−１ 24.2 1.5 12.0 実施例11 Ｓ−２ 24.3 1.5 14.5 実施例12 Ｓ−３ 24.2 2.0 12.6 実施例13 Ｓ−４ 23.6 2.0 11.3 実施例14 Ｓ−５ 23.7 1.5 11.7 実施例15 Ｓ−６ 22.5 1.5 10.8 実施例16 Ｓ−７ 25.1 2.0 13.3 実施例17 Ｓ−８ 23.8 1.5 12.7 実施例18 Ｓ−９ 24.0 2.0 11.0 比較例４Ｈ−１ゲル化のため測定不可比較例５Ｈ−２ゲル化のため測定不可比較例６Ｈ−３ゲル化のため測定不可＊１）分散剤使用量：水に対して０.４％＊２）セメント汚染率：水に対して３％＊３）海水汚染率：水に対して５０％

【００４３】

【発明の効果】本発明の分散剤を地盤掘削の際に用いら
れる泥水に使用すると、セメントや海水等の有害イオン
が混入しても優れた分散安定性を保持し、泥水の安定性
が飛躍的に向上する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関口義光東京都墨田区本所一丁目３番７号ライオン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）アクリル酸、メタクリル酸及びそ
れらの塩類からなる群より選ばれる１種以上の単量体を
重合するに際し、（Ｂ）次亜リン酸及びそのナトリウム
塩から選ばれる１種以上を（Ａ）単量体に対して０．１
〜１０モル％の割合で共存させて得られるカルボン酸系
重合体を含有してなる掘削泥水用分散剤。
【請求項２】カルボン酸系重合体の重量平均分子量
（Ｍｗ）が１０００〜２００００である請求項１記載の
掘削泥水用分散剤。