JPS6032892A - 炭素質微粉体の水スラリ−用分散剤 - 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】 （イ）技術分野 本発明は低粘度で流動性が良く、ポンピング可能な炭素
質微粉体の高濃度水スラリーを製造可能にする分散剤に
関する。

（ロ）従来技術 近年の著しい石油価格の高ｎＹ＆に加えて原油埋蔵量の
低下ちるいは外交戦略に使用するなどエネルギー源の枢
要を石油に依存する体制から、石油、石炭、原子力、天
然ガス、水力など多種多様のエネルギーをそれぞれの利
点を生かして使用するように変化しつつある。特に石炭
及び従来エネルギー源としての利用の少なかった石油の
蒸留残渣である石油コークスは単位熱量当シの価格が安
く、エネルギーに変えるための既存技術も多いため、重
要なエネルギー源として注目されるようになったＯ しかし、石炭及び石油コークスは固体であるために輸送
、貯蔵、燃焼など取扱上並びに使用上、多くの問題点を
有している。これら炭素質固体を燃料とする場合、燃焼
速度や燃焼効率を向上させるために、通常微粉化するが
、炭素質微粉体の取シ扱いは公害の発生、自然発火の危
険などがあシ、石炭の場合はさらに、採炭地からの搬出
、貨車や船への積み下し、貯炭場への積、み付けなど輸
送上解決すべき多くの問題がある。この輸送上の問題解
決とハンドリングコストの低減を図る一方法として、炭
素質微粉体を水、メタノール、燃料油などの液体中に分
散させてパイプライン輸送する方法が提案されている。

炭素質微粉体を水に分散させた炭素質微粉体水スラリー
は媒体の水が比較的入手しやすく非常に安価であるため
実用価値が高く、石炭を水スラリーにして輸送する方法
は一部で実用化されている。

しかし、この炭素質微粉体水スラリーは炭素質微粉体濃
度を高くすると流動性を急速に失い、湿潤微粉体の集塊
物に変わるため、従来、その濃度を５０数−以上にする
ことができなかった。炭素質微粉体水スラリーの輸送コ
ストの低減および燃焼性の向上を図るためには、高濃度
でかつ流動性の良い炭素質微粉体水スラリーを得ること
が必要でおる・炭素質微粉体水スラリーに分散作用を示
す界面活性剤を添加することによシ、分散状態が改善さ
れ、炭素質微粉体の濃度を高めるととができる。シカシ
ながう、アル−キルベンゼンスルホン酸塩のような一般
の低分子量界面活性剤あるいはポリメタクリル酸のよう
な力ｋｇン酸系高分子化合物では、その性能が不十分で
あシ、炭素質微粉体の種類によシ差があるが、固壓分濃
度が６５チ程度を超えると流動性が極度に低下し、実用
に適するものが得られない。

ｆ）発明の目的 本発明の目的は、炭素質微粉体の水スラリーに添加した
場合に流動性が改善さ・れ、特に固型分濃度が６５％以
上の高濃度であっても良好な流動性を示し、目？ンビン
グが容易な炭素質微粉体水スラリーｅＪＪ造することの
できる分散剤を提供するにある。

に）本発明の構成 本発明に係る炭素質微粉体を含有する水スラリー用分散
剤は、分散剤の有効成分として、（４）共重合性二重結
合を有する芳香族スルホン酸又はその塩２０〜９５モル
チ及びω）共重合性Ｎ−アルケニルピロリドン５〜８０
モルチを構成単量体成分として含有し、任意に５モルチ
以下の多官能性単量体を含有する水溶性アニオン共重合
体を含むことを特徴とする。

（ホ）実施態様 本発明の分散剤が適用できる炭素質微粉体はエネルギー
源として使用できるものであれば特に制限がなく、例え
ば褐炭、亜瀝青炭１．ｒＩＭ青炭１無煙炭等の各種の石
炭、これら各種の石炭から製造さ′Ｉ″Ｌ、たコークス
、石油コークス、化学ゾラントから副生ずるカーボンブ
ラック、有機物を炭化して得られるカーボンブラックな
どを必要に応じテ粉砕して得られる炭素質微粉体が挙げ
られる。炭素質微粉体の粒度は実質的に粒径１　ｗｒｒ
ｎ以上のものがなければ使用できるが、一般に粒度が小
さい程、炭素質微粉体水スラリーの分散安定性が良く々
る傾向があるので）２００メツシユパス（約７４μ以下
）が５０重量％以上のものが好ましく、特に６５〜９５
重量係の重置部にあるものが望ましいＯ本発明の炭素質
微粉体水スラリー用分散剤は共重合性二重結合を有する
芳香族スルホン酸又はその塩（Ｎと共重合性Ｎ−アルケ
ニルピロリドン（Ｂ）’を主要な単量体成分とし、任意
成分として多官能性単量体（Ｃ）や他の共重合性単量体
を含む水溶性アニオン共重合体を有効成分とする。

炭素質微粉体を水中に、詩に高濃度に分散させ良好な安
定性を保持し、スラリーの粘度を低下させて良好な流動
性を得るために、分散剤には炭素質微粉体に吸着し、そ
の表面に適度の厚さの含水吸着層を形成することが要求
される。従って分散剤は炭素質微粉体に対する適度な親
和性と、水に対する適度な親和性、すなわち水溶性を有
することが重要である。そのため、本発明に用いる水溶
性アニオン共重合体中の成分Ａの割合は２０〜９５モル
係の範囲が適当であシ、特に４０〜９０モル係の範、囲
が好ましい。Ａ成分の含有量がこの割合よシ少ない場合
は共重合体と炭素質微粉体との間の親和性が小さく、分
散剤の効果が不十分てちゃ、一方、多い場合は親和性が
大き過ぎるため、炭素質微粉体粒子の表面に強く吸着し
、吸着層の厚さが薄くなるので、分散剤の効果が十分に
発揮されない。共重合体中の成分Ｂは共重合体の炭素質
微粉体に対する親和性と水溶性をコントロールする必須
の成分であシ、その割合は５〜８０モルチが適当であシ
、好ましくは１０〜６０モル係の範囲である。本発明に
用いる共重合体の分子量は約１０００〜５０万が適当で
あシ、約３０００〜４０万の範囲が好ましい。また、共
重合体の分子構造も炭素質微粉体に対する吸着状態に影
響を与え、直鎖状構造よフも多分枝鎖構造の方が効率よ
く吸着するため、分散剤としての効果が大きい傾向があ
るので、水溶性を維持できる範囲内で任意成分の多官能
性単量体を架橋成分として含む共重合体が好ましい。本
発明で用いる共重合体は酸型でも塩型でもよいが、好ま
しくは少なくともスルホン酸基の半分以上が中和された
塩である。このような共重合体中に含まれるカチオンは
リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属イ
オン、マグネシウムなどのアルカリ土類金属イオン、ア
ンモニウムイオン及び有機アンモニウムイオンが適当で
アク、好ましくはナトリウム、カリウム及びアンモニウ
ムの各イオンである。

本発明に用いる共重合体を構成する成分Ａは、共重合性
二重結合と芳香族スルホン酸骨格を有する不飽和芳香族
スルホン酸又はその塩であフ、具体例トシて、スチレン
スルホン酸、α−メチルスチレンスルホン酸、ベンゼン
核にメチル基に有ｆるメチル置換スチレンスルホン酸、
ビニルナフタリンスルホン酸及びそれらの塩が挙げられ
る。これらの中でも入手の容品さからスチレンスルホン
酸及びその塩が好適である。塩を形成するカチオンは共
重合体を構成するカチオンと本質的に同一である。

本発明で用いる共重合体を構成する成分Ｂはピロリドン
環の窒素原子が共重合体不飽和結合を有する炭素数２〜
４のアルケニル基によジ置換された化合物であル、具体
例としてＮ−ビニルピロリドン、Ｎ−アリルぎロリドン
、Ｎ−イングロベニルピロリドン、Ｎ−（２−）ｆルー
２−７’ロ被ニル）−ピロリドンなどが挙げられる。成
分ＢとしてＨ−ビニルピロリドンが好ましい。本発明に
用いる共重合体はその分散剤としての性能を低下させな
い限度において、成分Ｂの一部を他の共重合し得る単量
体に置換えることができる。

本発明に用いる共重合体は前記成分Ａ及びＢを必須成分
とし、所望により多官能性単量体を成分Ｃとして含有す
ることができる。成分ＩＪｊ架橋剤として作用し、得ら
れる共重合体の８分子構造を多分枝鎖状に変え、また平
均分子量を高くするので、分子構造と平均分子量を考慮
して適宜使用される。

成分Ｃは重合反応において広く架橋剤として使用される
多官能単量体であれば、特に制限されることなく使用で
きる。このような単量体の例としてメチレンビスアクリ
ルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、ジエ
チレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリ
コールジメタクリレート、トリノチロールプロパンジメ
タクリレート、トリメチロールプロｌ母ントリメタクレ
ート、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレートｆｘ、ト
カ挙げられる。共重合体中の成分Ｃの割合は多過ぎると
水溶性が低下し、水膨潤性あるいは水不溶性の共重合体
となシ、少ないときは成分Ｃを含まない共重合体と同様
の性能を示すようになる。従って、共重合体中の成分Ｃ
の割合は零又は約５モルチ以下が適当であシ、好ましく
は０．０１〜３モルチの範囲である。

本発明の炭素質微粉体の水スラリー用分散剤は前記の成
分Ａ及びＢを必須成分とし、所望によシ架橋剤として成
分Ｃを含有する水溶性アニオン共重合体を有効成分とす
るが、任意に分散性能を有する界面活性剤を含有するこ
とができる。このような界面活性剤の例として、アルキ
ルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキル
エーテル硫酸エステル塩などのアニオン界面活性剤及び
ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチ
レンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂
肪酸アミドなどの非イオン界面活性剤が挙けられる。ま
た酸化アルキレン重合体、例えば、ポリオキシプロピレ
ン−ポリオキ７エチレンエーテル、ポリエチレンイミン
に酸化プロピレンと酸化エチレンを付加して得られるポ
リエーテルなどの分散性能を有する比較的分子量の太き
い、Ｉ？リエーテル化合物を併用することもできる。こ
れらの分散性能を有する任意成分は水溶性アニオン共重
合体１００重量部当シ、約１００重量部以下１好ましく
は約６０重量部以下が適当である。

本発明の炭素質微粉体の水スラリー用分散剤はその製造
上、輸送上、貯蔵上及び使用上の事情によシ粉末状、塊
状、ペースト状、液状など任意の形態が採用できるが、
特に粉末状が好適である・本発明の炭素質微粉体の水ス
ラリー用分散剤は分散安定性、粘度低下（流動性向上）
などの分散性能がすぐれているため、従来の水スラリー
用分散剤よシも少ない使用量で同程度の分散安定性及び
流動性が得られ、また従来よシも高濃度の水スラリーが
製造できるなどの利点を有する。従って、炭素質微粉体
の水スラリーを製造するための分散剤の使用量は水スラ
リー中、０．０５〜３重量％、好ましくは０．１〜２重
量％の範囲が適当でおる。

また、本発明の分散剤を用いれば、炭素質微粉体の種類
、平均粒径、粒度分布などにより異なるが、水スラリー
中の炭素質微粉体の濃度が８０重量−近くで、分散安定
性がよく、粘度が低くて流動性のよいものを製造するこ
とができる。水スラリー中の炭素質微粉体の濃度は好ま
しくは６０〜７５重量％でるる。

炭素質微粉体、分散剤、水の混合順は任意であシ、炭素
質微粉体を乾式粉砕法と湿式粉砕法とのいずれの方法で
得るかによって適宜の方法を選べばよい。たとえば、乾
式粉砕法で炭素質微粉体を得た場合は、分散剤を水に溶
解または分散させ、これに微粉体を加えて適当な混合装
置によシ高濃度水スラリーを調製すればよい。また、湿
式粉砕法を採用する場合は、湿式粉砕に用いる水中に分
散剤を予め添加するようにしてもよいし、湿式粉砕中も
しくは粉砕後に添加するようにしてもよい。

（へ）実施例 次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが
、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではな
い。実施例において使用した炭素質微粉体の種類と粒度
を表−１に、使用した石炭の一般的性状を表−２に、及
び使用した共重合体の種、類を表−３に示す。

以下余白 実施例 所定量の分散剤を水に溶解させ、これに炭素質微粉体を
所定量（乾燥基準）になるよう室温にて少量ずつ加えた
。全量加え終った後、ホモミキサー（特殊機化工製）に
て３０００ｒｐｍで１０分間攪拌して高濃度水スラリー
を約５００．９’調製し、２５℃にて粘度を測定した。

測定結果を分散剤の種類とともに表−４ないし表−７に
示す。表中、エトキシレートはポリオキシエチレンアル
キルエーテル（アルキル基（７）炭Ｘ数１２〜１５、酸
化エチレン付加モル数９）である。粘度の低いものが流
動性のよい仁とを示す。

実験Ａ１は参考データであシ、実験Ａ２　、３　、９゜
２７及び３０は比較データである。

以下余白 表−５（大同炭）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 共重合体を構成する単量体成分として、囚共重合性二重
   結合を有する芳香族スルホン酸又はその塩２０〜９５モ
   ル係及び（Ｂ）共重合性Ｎ−アルケニルピロリドン５〜
   ８０モルチを含有する水溶性アニオン共重合体を有効成
   分とする炭素質微粉体の水スラリー用分散剤。