JP2003251106A - 粒状高分子凝集剤の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水溶性アクリル系モノマーの水溶液中の溶液
重合による粒状高分子凝集剤の製造法において、重合後
得られるポリマー含水ゲルの破砕を容易化し、かつ重合
時および破砕時の副反応を抑えることにより、高品質の
凝集剤を得る方法を提供する。 【解決手段】 モノマー水溶液へオキシエチレン鎖とオ
キシプロピレン鎖を含む非イオン性界面活性剤をモノマ
ー重量の０．１〜５％の量で添加し、得られた含水ゲル
を粉砕し、乾燥する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水浄化、汚泥の脱水な
どに用いられるアクリル系高分子凝集剤の製造法に関す
る。特に粒状物もしくは粉末への解砕が容易で、凝集剤
としての性能にすぐれた粒子状の高分子凝集剤の製造法
に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】アクリル系高分子凝集剤は、
水溶性の中性、カチオン性もしくはアニオン性のアクリ
ルモノマーを水溶液中の溶液重合によって製造される。
重合物は弾力性の粘着性を有する含水ゲルである。この
含水ゲルから含水率の低い粒状もしくは粉末状の凝集剤
を得るためには、ゲルの破砕次いで乾燥が必要である。
ところがゲルの破砕には多量のエネルギーを必要とし、
局部的な発熱のため分子鎖の切断による分子量の低下
や、分子間の架橋が促進されて水に対する溶解度が低下
するなど品質が劣化する傾向がある。

【０００３】本出願人の特開昭６１−１５５４０５号
は、モノマー水溶液中へ非イオン系界面活性剤、具体的
にはＨＬＢ１２のポリオキシエチレンジスチレン化フェ
ニルエーテルを添加することによって重合体の架橋反応
による水溶性の低下を防止し、かつ重合体ゲルの粘着防
止を図っている。

【０００４】本出願人の特開昭６０−１４９６１３号
は、重合途中のフィルム状モノマー溶液が流動性を失っ
た時点で表面を水に難溶または不溶のポリエーテル化合
物で被覆することを提案している。ポリエーテル化合物
の被覆により水分の蒸発が防止され、また空気中の酸素
との接触が遮断されるほか、重合終了後ゲルの破砕に際
して滑剤または粘着防止剤としても役立つとしている。

【０００５】上記のように、これら先行技術はポリマー
含水ゲルそのものを破砕し易くし、少ないエネルギー消
費量をもって粒度分布幅の狭い粒子状凝集剤を製造する
技術に関するものではないから、そのような技術を提供
する課題は依然として存在する。

【０００６】

【課題の解決方法】本発明は、高分子凝集剤製造のため
のモノマー水溶液へオキシエチレン鎖とオキシプロピレ
ン鎖を含む非イオン性界面活性剤を添加することによっ
て破砕が容易な、つまり少ないエネルギー量をもって破
砕することができるポリマー含水ゲルを得ることができ
るとの新知見を基礎としている。

【０００７】そこで本発明は、（ａ）Ｎ，Ｎ−ジアルキ
ルアミノアルキル（メタ）アクリレートの水溶性酸付加
塩もしくは４級アンモニウム塩、（ｂ）Ｎ−（Ｎ’，
Ｎ’−ジアルキルアミノアルキル）（メタ）アクリルア
ミドの水溶性酸付加塩もしくは４級アンモニウム塩、
（ｃ）（メタ）アクリルアミド、そのモノ−またはジア
ルキル誘導体、（ｄ）（メタ）アクリル酸もしくはその
水溶性金属塩、及び（ｅ）２−（メタ）アクリロイルア
ミノプロパンスルホン酸からなる群より選ばれたモノマ
ーまたはそれらの混合物を水溶液中で重合し、得られた
ポリマー含水ゲルを破砕し、破砕したゲルを乾燥する工
程を含む粒状高分子凝集剤を製造する方法に関する。

【０００８】本発明の特徴は、前記モノマー水溶液へオ
キシエチレン鎖とオキシプロピレン鎖を含む非イオン性
界面活性剤をモノマー重量の０．１〜５％添加すること
にある。

【０００９】上のモノマーに関し、アルキル基は炭素数
３までのアルキル、具体的にはメチル、エチル、ｎ−プ
ロピルまたはｉ−プロピルを意味し、アクリル酸または
メタクリル酸を集合的に（メタ）アクリル酸と呼び、そ
れから誘導されるアシル基の名称もこれに做う。

【００１０】本発明の利益は、ポリマー含水ゲルの解砕
が容易なこと、従って解砕に要するエネルギー消費が少
なくてすみ、ポリマー分子鎖の切断、架橋などによる品
質低下が少ないこと、解砕は湿式で行われるので微粉の
発生が少ないことである。他の利益は説明が進むにつれ
明らかになるであろう。

【００１１】

【最良の実施形態】モノマー（ａ）ないし（ｅ）は高分
子凝集剤の原料モノマーとして広く知られている。それ
らの典型例は、（ａ）モノマーでは２−（Ｎ，Ｎ−ジメ
チルアミノ）エチルメタクリレートの塩酸塩および塩化
メチル４級化物、２−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）エチ
ルアクリレートの塩酸塩および塩化メチル４級化物であ
る。硫酸塩などの他の水溶性酸付加塩および塩化ベンジ
ルのような他の４級化で４級化した塩でもよい。

【００１２】モノマー（ｂ）の典型例は、Ｎ，Ｎ−ジメ
チル−Ｎ−（２−アクリロイルアミノエチル）アミンお
よびＮ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−（２−メタクリロイルアミ
ノエチル）アミンの水溶性酸付加塩または４級アンモニ
ウム塩である。酸塩を形成する酸および４級アンモニウ
ム塩を形成する４級化剤は（ａ）モノマーについて述べ
た種類のものでよい。

【００１３】（ｃ）モノマーの典型例は、アクリルアミ
ド、モノメチルアクリルアミドおよびジメチルアクリル
アミドである。（ｄ）モノマーの典型例はアクリル酸、
メタクリル酸、それらのアルカリ金属塩特にナトリウム
塩である。

【００１４】これらのうち（ａ）モノマーおよび（ｂ）
モノマーはカチオン性であり、（ｃ）モノマーは中性で
あり、（ｄ）モノマーおよび（ｅ）モノマーはアニオン
性である。これらのモノマーの単独重合および共重合に
よって、カチオン性、アニオン性、中性または両性高分
子凝集剤を製造することができる。

【００１５】モノマーの重合は水溶液中の溶液重合であ
る。溶液中のモノマー濃度は重合物の乾燥によって蒸発
すべき水分の量と、重合熱の発散の効率のバランスを考
慮して、一般に５０〜８５重量％の範囲内であることが
好ましい。

【００１６】過酸化物系またはアゾ系開始剤を使用する
熱重合も可能であるけれども、紫外線ランプの下を走行
するエンドレスベルト上にモノマー溶液を連続的にフィ
ルム状に供給し、重合物を含水ゲルとして回収する方法
が効率的である。このような連続式光重合方法は古くか
ら知られており、例えば先に引用した本出願人の特開６
１−１５５４０５号にも開示されている。

【００１７】光重合は光重合開始剤（増感剤）を必要と
する。任意の公知の開始剤、例えばベンゾフェノン系、
ベンゾイン系、アントラキノン系、アゾ系な開始剤など
を使用することができる。光重合技術そのものは当業者
によく知られているので、これ以上の説明は不必要であ
ろう。

【００１８】本発明の特徴とすることろはモノマー水溶
液へオキシエチレン鎖とオキシプロピレン鎖を含む非イ
オン性界面活性剤の一定量を添加し、その状態でモノマ
ー水溶液を含水ゲルの状態まで重合することにある。非
イオン界面活性剤には種々のタイプのものが知られてい
るが、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型、ポリ
オキシアルキレンアルキルフェニルエーテル型、ポリオ
キシアルキレン高級脂肪酸エステル型、ポリオキシアル
キレンソルビタン脂肪酸エステル型などのポリオキシア
ルキレン鎖を含むものが好ましい。これらの活性剤にお
いては、親水性基であるオキシエチレン鎖と、親油性基
である炭素数３以上のオキシアルキレン鎖の割合を調節
することにより、親水性を比較的低い領域に調節するこ
とができる。例えば高級アルコール、高級脂肪酸、ノニ
ルフェノールのような活性水素化合物にエチレンオキシ
ド（ＥＯ）とプロピレンオキシド（ＰＯ）をランダムま
たはブロックとして付加するに当って、ＥＯの付加モル
数に対するＰＯの付加モル数の比ＰＯ／ＥＯを小さくす
ると親水性が高くなり、反対に大きくすると親水性が低
くなる。親水性の比較的高い界面活性剤は本発明にとっ
ては好ましくなく、親水性が比較的低い活性剤が効果的
である。その理由は、親水性の高い活性剤は単分子ある
いはミセルとしてモノマー水溶液に溶解するのに対し、
親水性の低い活性剤はモノマー溶液に乳化状態で分散
し、重合後の含水ゲルに微小液滴として内包される結果
となり、ゲルの粉砕時の破壊応力が界面活性剤の液滴と
ポリマーゲルの界面に集中する結果ゲルの粉砕が容易に
なるものと考えられる。また一部の界面活性剤はゲルの
表面へ滲出し、その重合装置や粉砕装置への付着を少な
くする効果もある。

【００１９】本発明において使用するのに適した親水性
の比較的低い非イオン性界面活性剤は、オキシエチレン
鎖１〜１５重量％とオキシプロピレン鎖７０〜９９重量
％を含むのが適当である。この場合ＨＬＢは通常６以下
になる。

【００２０】親水性の低い界面活性剤の添加はそれを含
む高分子凝集剤の性能にも良い効果をもたらす。これは
一つには主成分のポリマーと共にこの界面活性剤が凝集
フロックに吸着され、フロックを疎水化するためと考え
られる。さらに重合時および粉砕時に分子鎖の切断、架
橋などの副反応が抑えられた結果、分子量分布の比較的
狭い高品質の製品が得られるためと考えられる。

【００２１】モノマー水溶液への上記界面活性剤の添加
量は、モノマー重量の０．１〜５％の範囲内が適当であ
る。この界面活性剤が室温でペースト状もしくは固体で
ある場合は、これをメタノールなどの水混和性の重合反
応に不活性な溶剤に一旦溶解してモノマー水溶液へ攪拌
しながら添加するのが良い。

【００２２】重合反応後のゲルの塊は、乾燥前に使用し
て適した寸法に破砕される。この場合ゲルの塊を最終寸
法まで一挙に細断するのではなく、段階的に、例えば三
段階で順次に細断するのが良い。このようにして所望寸
法に細断されたゲルは、その水分を例えば約１０％以下
に減らすため乾燥され、出荷される。乾燥した粒子が界
面活性剤を含むため固結したり流動性が低下するおそれ
がある場合には、滑剤として微粉末シリカ（ホワイトカ
ーボン）などを少量（１％以下）加えることによって防
止することができる。

【００２３】

【実施例】以下の限定を意図しない実施例によって本発
明を具体的に説明する。実施例中の％は特記しない限り
重量基準による。

【００２４】（重合反応装置）ステンレス鋼製の巾４５
０ｍｍ、有効長３，０００ｍｍのエンドレスベルトに、
表面にアルミニウムを蒸着した四フッ化エチレン−エチ
レン共重合体フィルムを装着し、下方向から温水または
冷水を前記エンドレスベルトに噴霧しうる構造としたも
のを重合用の可動式支持体とし、窒素ガスで完全に充満
され、気相中の酸素量が１体積％以下である室内に設置
し、５０ｍｍ／分の低速度で稼動せしめ、ベルトの下方
から１５℃の水を噴霧した。また、可動式支持体の上部
には紫外線照射源として低圧水銀ランプを設置し、有効
長１，５００ｍｍのステンレス鋼製エンドレスベルトの
部分に低圧水銀ランプより３００〜４６０ｎｍの波長
で、１５Ｗ／ｍ²の照射エネルギーを照射し、残りの有
効長１，５００ｍｍのステンレス鋼製エンドレスベルト
の部分に３００〜４６０ｎｍの波長で、２５Ｗ／ｍ²の
照射エネルギーを照射するようにした。

【００２５】（モノマー溶液の調製）モノマー溶液約４
０ｋｇを表１の配合に従って調製した。このモノマー溶
液を窒素ガスにより充分脱気して溶存酸素１ｍｇ／ｌ以
下とした。

【００２６】（重合操作）調製したモノマー溶液を、稼
動状態にある前記ベルト上に１３．５ｋｇ／時間の速度
で該ベルトの一端から定量供給し、紫外線照射による重
合を行なった。前記条件においては、モノマー溶液がベ
ルト上で重合に供される時間は６０分間、重合時におけ
る、モノマー溶液層の厚さは１０ｍｍであった。モノマ
ー溶液供給開始から６０分後にエンドレスベルトの他端
より、１０ｍｍの厚さのシート状重合体ゲルが得られ
た。

【００２７】（重合体の粉砕）エンドレスベルトの他端
より連続的に得られた重合体ゲルシートを空気中に連続
的に取り出した後、波長２００〜６００ｎｍの高圧水銀
ランプより１，９００Ｗ／ｍ²の照射エネルギーを約
２．０分間照射した後、直ちに１５℃の冷風を当てて冷
却して、破砕機に供給し、３×５×１０ｍｍの角状の重
合体ゲルにカットした。次いで、約１５℃の冷風を通じ
ながら、約３ｍｍφのスクリーンをセットした竪型剪断
機にて細粒化し、続いて約２ｍｍφのスクリーンおよび
約１ｍｍφのスクリーンをセットした竪型剪断機にこの
順に通して切断し、約１ｍｍφに細粒化した重合体ゲル
を得た。得られた約１ｍｍφに整った細粒化した重合体
ゲルを通風式バンド型乾燥機により８０℃で１３分間乾
燥したところ、水分１０％以下の粉粒体が得られた。

【００２８】（重合体の製造に対する評価）各条件によ
って得られた重合体の固有粘度、重合体ゲルに関する作
業性を評価し、結果を表２に示した。

【００２９】（凝集剤としての性能評価）高分子凝集剤
の性能評価については次の手順に従って行ない、結果
を、表３〜５に示した。 １．３００ｍｌのビーカーに汚泥を２００ｍｌ採取し、
高分子凝集剤０．２％水溶液を所定量添加し、ジャーテ
スターで３０秒間撹拌する。撹拌速度は表３、４で２０
０ｒｐｍ、表５で８００ｒｐｍとした。 ２．凝集させたフロックの大きさを目視にて観察する。 ３．内径７０ｍｍのブフナー漏斗に８０メッシュのナイ
ロン製の濾布を敷き、凝集させた汚泥を濾過する。所定
時間（３０秒）の濾液量を計測する。 ４．重力濾過後のケーキを２０ｃｍ四方の濾布ではさみ
０．１ＭＰａ１分、０．３ＭＰａ１分の圧力でプレス脱
水し、脱水後のケーキ含水率を測定する。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｆ 20/00 Ｃ０８Ｆ 20/00 Ｆターム(参考） 4D015 BA06 BA10 BA11 BA17 BB06 CA11 DB09 DB13 DB14 DB15 DB16 DB30 DC02 DC06 DC07 DC08 EA07 EA35 FA03 FA19 4J011 PA90 PB40 PC02 QA02 QA06 UA01 4J100 AJ02P AL08P AM19P BA31P BA55P FA02 FA19 JA18

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキル
   （メタ）アクリレートの水溶性酸付加塩もしくは４級ア
   ンモニウム塩、 （ｂ）Ｎ−（Ｎ’，Ｎ’−ジアルキルアミノアルキル）
   （メタ）アクリルアミドの水溶性酸付加塩もしくは４級
   アンモニウム、 （ｃ）（メタ）アクリルアミド、そのモノ−またはジア
   ルキル誘導体、 （ｄ）（メタ）アクリル酸もしくはその水溶性金属塩、
   及び （ｅ）２−（メタ）アクリロイルアミノプロパンスルホ
   ン酸よりなる群から選ばれたモノマーまたはそれらの混
   合物を水溶液中で重合し、得られたポリマー含水ゲルを
   破砕し、破砕したゲルを乾燥する工程を含む粒状高分子
   凝集剤の製造法において、 前記モノマー水溶液へオキシエチレン鎖とオキシプロピ
   レン鎖を含む非イオン性界面活性剤をモノマー重量の
   ０．１〜５％添加することを特徴とする粒状高分子凝集
   剤の製造法。
2. 【請求項２】前記非イオン性界面活性剤は、オキシエチ
   レン鎖１〜１５重量％とオキシプロピレン鎖７０〜９９
   重量％を含んでいる請求項１の方法。
3. 【請求項３】前記モノマーの重合は光重合である請求項
   １の方法。
4. 【請求項４】光重合は、紫外線ランプの下を走行するエ
   ンドレスベルト上にモノマー水溶液を連続的に注加する
   ことによって行われる請求項１ないし３のいずれかの方
   法。