JP6516354B2 - 非イオン性界面活性剤およびイオン性ポリマーを含む組成物 - Google Patents
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Description
(i)非イオン性界面活性剤R1-O-A-O-R2
(式中、
- 残基-O-A-O-は、(C2〜C6)-アルキレングリコールまたは少なくとも2種の異なる(C2〜C6)-アルキレングリコールの混合物に由来するモノマー単位を含むポリアルキレングリコールHO-A-OHに由来し;
- R1は、-H、-(C8〜C20)-アルキル、-(C8〜C20)-アルケニル、-(C=O)-(C8〜C20)-アルキルおよび-(C=O)-(C8〜C20)-アルケニルからなる群から選択され、
- R2は、-H、-(C1〜C6)-アルキル、-ベンジル、-(C=O)-(C8〜C20)-アルキルおよび-(C=O)-(C8〜C20)-アルケニルからなる群から選択される);および
(ii)水溶性または水膨潤性イオン性ポリマー(これは、好ましくは、(i)架橋モノマーを含まない、または(ii)モノマー組成物中のモノマーの合計含有量に対して50ppm以下の架橋モノマーを含有するモノマー組成物に由来する)を含む組成物に関する。これに関して、モノマーの重合後に、すなわち、ポリマー類似反応(polymer-analogous reaction)にさらなる反応物質を添加することによって、架橋が達成される場合、前記反応物質の量はモノマー組成物中のモノマーの合計含有量に対して最大で50ppmである。
(i)好ましくは、ポリエチレングリコール部分が、エーテル結合によって、飽和または不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコールのヒドロキシル基に結合するように、飽和または不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコールを、エチレンオキシドでエーテル化することによって得られる、エトキシル化された、飽和または不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコール(ここで、ポリエチレングリコール部分は、好ましくは、2から25個のエチレンオキシド単位(-CH2CH2O-)、より好ましくは、2から20個のエチレンオキシド単位を含む);
(ii)好ましくは、ポリアルキレングリコール部分が、エーテル結合によって、飽和または不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコールのヒドロキシル基に結合するように、飽和または不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコールを、逐次的または同時にエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドでエーテル化することによって得られる、エトキシル化およびプロポキシル化された、飽和または不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコール(ここで、ポリアルキレングリコール部分は、好ましくは、2から130個のエチレンオキシド単位(-CH2CH2O-)および1から60個のプロピレンオキシド単位(-CH2CH(CH3)O-)を含み;ここで、単位(-CH2CH2O-)および(-CH2CH(CH3)O-)は、任意の順序で、または2つの別々のブロックの形態で存在してよく;このタイプの界面活性剤は、例えば、「Antispumin(登録商標)HE」および「Plurafac(登録商標)」の商品名で知られており市販されている);
(iii)好ましくは、タイプ(i)のエトキシル化された、飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコールならびに/またはタイプ(ii)のエトキシル化およびプロポキシル化された飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコールを、-(C1〜C6)-アルキルハライドもしくはベンジルハライド、好ましくは、n-ブチルハライドもしくはベンジルハライドで、塩基の存在下でエーテル化することによって得られる、-(C1〜C6)-アルキルもしくはベンジル基、好ましくは、n-ブチルもしくはベンジル基によってエンドキャップ(end-cap)された、タイプ(i)のエトキシル化された、飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコールならびに/またはタイプ(ii)のエトキシル化およびプロポキシル化された飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコール(このタイプの例には、「Dehypon(登録商標)LT」の商品名で知られており市販されている界面活性剤および「Plurafac(登録商標)」の商品名で知られており市販されているエンドキャップされた界面活性剤が含まれる)。
(iv)好ましくは、ポリアルキレングリコール部分が、エーテル結合によって、グリコールの少なくとも1個のヒドロキシル基と結合するように、好ましくは、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコールおよびトリエチレングリコールからなる群から選択されるグリコールを、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドでエーテル化することによって得られるエトキシル化およびプロポキシル化されたグリコール(ここで、反応生成物は、好ましくは、1から130個のエチレンオキシド単位(-CH2CH2O-)および1から60個のプロピレンオキシド単位(-CH2CH(CH3)O-)を含み;ここで、単位(-CH2CH2O-)および(-CH2CH(CH3)O-)は、任意の順序で存在してよく、好ましくは、2つ以上の別々のブロックの形態で存在してよく;このタイプの例には、「Pluronic(登録商標)」の商品名で知られており市販されている界面活性剤が含まれる);ならびに
(v)好ましくは、
- タイプ(I)もしくは(II)もしくは(IV)の非イオン性界面活性剤を、飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪酸でエステル化する工程;または
- 飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪酸を、ポリエチレングリコール部分が、エステル結合によって、飽和もしくは不飽和(C8〜C18)-脂肪酸のヒドロキシル基と結合するように、エチレンオキシドでエトキシル化する工程(ここで、ポリエチレングリコール部分は、好ましくは、2から25個のエチレンオキシド単位(-CH2CH2O-)、より好ましくは、2から20個のエチレンオキシド単位を含む);または
- ポリアルキレングリコール部分が、エステル結合によって、飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪酸のヒドロキシル基に結合するように、飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪酸を、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドで逐次的もしくは同時にアルコキシル化する工程(ここで、ポリアルキレングリコール部分は、好ましくは、2から130個のエチレンオキシド単位(-CH2CH2O-)および1から60個のプロピレンオキシド単位(-CH2CH(CH3)O-)を含み;ここで、単位(-CH2CH2O-)および(-CH2CH(CH3)O-)は、任意の順序で存在してよく、好ましくは、2つ以上の別々のブロックの形態で存在してよい)
によって得られる、飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪酸およびタイプ(I)もしくは(II)の非イオン性界面活性剤のエステルならびに/または飽和もしくは不飽和(C8〜C20)-脂肪酸およびタイプ(IV)の非イオン性界面活性剤のモノもしくはジエステル
からなる群から選択される。
R1は、-H、-(C8〜C20)-アルキル、-(C8〜C20)-アルケニル、-(C=O)-(C8〜C20)-アルキルおよび-(C=O)-(C8〜C20)-アルケニルからなる群から選択され、
R2は、-H、-(C1〜C6)-アルキル、-ベンジル、-(C=O)-(C8〜C20)-アルキルおよび-(C=O)-(C8〜C20)-アルケニルからなる群から選択され、
oおよびpは、0から130の整数であり、oおよびpの合計は、2から130の範囲内であり、
qおよびrは、0から60の整数であり、qおよびrの合計は、0から60の範囲内であり、
好ましくは、R1およびR2が両方ともHである場合、qおよびrの合計は、0でなくてもよいことを条件とする)。
a)1種もしくは複数の非イオン性エチレン性不飽和モノマー、および/または
b)1種もしくは複数の陽イオン性エチレン性不飽和モノマー、および/または
c)1種もしくは複数の陰イオン性エチレン性不飽和モノマー
を含有するモノマー組成物に由来する。
R3は、水素またはC1〜C3-アルキルを意味し、
R4およびR5は、互いに独立に、水素、-(C1〜C5)-アルキルまたは-(C1〜C5)-ヒドロキシアルキルを意味する)。
Z1は、O、NHもしくはNR9を意味し、R9は、C1〜C3-アルキルであり、
R6は、水素またはC1〜C3-アルキルを意味し、
R7は、C2〜C6-アルキレンを意味し、
R8は、水素、C8〜C32-アルキル、C8〜C32-アリールおよび/またはC8〜C32-アラルキルを意味し、
nは、1から50の間の整数を意味する)。
R10は、水素またはC1〜C3アルキルを意味し、
Z2は、O、NHまたはNR11を意味し、R11は、C1〜C3アルキルであり、
Y0は、1個または複数のヒドロキシ基で場合によって置換されているC2〜C6アルキレンを意味し、
Y1、Y2、Y3は、互いに独立に、C1〜C6アルキルを意味し、
X-は、ハロゲン、疑似ハロゲン、アセテートまたはSO4CH3 -を意味する)。
(c1)エチレン性不飽和カルボン酸およびカルボン酸無水物、特に、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、グルタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸ならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、それらのアルカリ土類金属塩、およびそれらのアンモニウム塩;
(c2)エチレン性不飽和スルホン酸、特に、脂肪族および/または芳香族ビニルスルホン酸、例えば、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アクリルおよびメタクリルスルホン酸、特に、スルホエチルアクリレート、スルホエチルメタクリレート、スルホプロピルアクリレート、スルホプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-メタクリルオキシプロピルスルホン酸および2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、ならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、それらのアルカリ土類金属塩、およびそれらのアンモニウム塩;
(c3)エチレン性不飽和ホスホン酸、特に、例えば、ビニル-およびアリル-ホスホン酸、ならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、それらのアルカリ土類金属塩、およびそれらのアンモニウム塩、ならびに
(c4)スルホメチル化および/またはホスホノメチル化アクリルアミドならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、それらのアルカリ土類金属塩、およびそれらのアンモニウム塩
からなる群から選択される。
- 1から100質量%、好ましくは1から99質量%、より好ましくは5から95質量%、最も好ましくは20から95質量%、特には40から80質量%の範囲内の量の陽イオン性モノマー;
- 0から99質量%、好ましくは1から99質量%、より好ましくは5から95質量%、最も好ましくは5から80質量%、特には20から60質量%の範囲内の量の非イオン性モノマー;および
- 0から30質量%の範囲内、好ましくは0から20質量%の範囲内、より好ましくは0から10質量%の範囲内、最も好ましくは0から5質量%の範囲内、特には0質量%の量の陰イオン性モノマー
を含むモノマー組成物に由来する。
- 1から100質量%、好ましくは5から70質量%、より好ましくは5から40質量%の範囲内の量の陰イオン性モノマー、および
- 0から99質量%、好ましくは30から95質量%、より好ましくは60から95質量%の範囲内の量の非イオン性モノマー、および、場合によって
- 0から30質量%の範囲内、好ましくは0から20質量%の範囲内、より好ましくは0から10質量%の範囲内、最も好ましくは0から5質量%の範囲内、特には0質量%の量の陽イオン性モノマー
を含むモノマー組成物に由来する。
- 30から100質量%、より好ましくは50から100質量%、最も好ましくは75から100質量%の(アルカ)アクリルアミドアルキルトリアルキルアンモニウムハライド、(アルカ)アクリロイルオキシアルキルトリアルキルアンモニウムハライド、アルケニルトリアルキルアンモニウムハライド、および/またはジアルケニルジアルキルアンモニウムハライド、ならびに
- 0から70質量%、より好ましくは0から50質量%、最も好ましくは0から25質量%の非イオン性コモノマー
に由来する。
- エチレン性不飽和カルボン酸およびカルボン酸無水物、特にアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、グルタコン酸、マレイン酸および無水マレイン酸、フマル酸ならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、それらのアルカリ土類金属塩、およびそれらのアンモニウム塩;
- エチレン性不飽和スルホン酸、特に脂肪族および/または芳香族ビニルスルホン酸、例えばビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アクリルおよびメタクリルスルホン酸、特にスルホエチルアクリレート、スルホエチルメタクリレート、スルホプロピルアクリレート、スルホプロピルメタクリレート、2-ヒドロキシ-3-メタクリルオキシプロピルスルホン酸および2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、ならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、それらのアルカリ土類金属塩、およびそれらのアンモニウム塩;
- エチレン性不飽和ホスホン酸、特に、例えば、ビニル-およびアリル-ホスホン酸ならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、それらのアルカリ土類金属塩、およびそれらのアンモニウム塩;
- スルホメチル化および/またはホスホノメチル化アクリルアミドならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、それらのアルカリ土類金属塩、およびそれらのアンモニウム塩
に由来する、少なくとも30質量%、好ましくは、少なくとも50質量%、より好ましくは100質量%の陰イオン性モノマー単位に由来する。
(i) a)1種もしくは複数の非イオン性エチレン性不飽和モノマー、および/または
b)1種もしくは複数の陽イオン性エチレン性不飽和モノマー、および/または
c)1種もしくは複数の陰イオン性エチレン性不飽和モノマー、
d)場合によって、イオン性ポリマー性分散剤、および
e)場合によって、非イオン性界面活性剤R1-O-A-O-R2
を含む水性反応混合物を、断熱ゲル重合によるラジカル重合にかける工程を含み、ここで、イオン性ポリマー性分散剤、非イオン性界面活性剤R1-O-A-O-R2および非イオン性、陰イオン性および陽イオン性エチレン性不飽和モノマーは、上記に記載されたとおり定義される。
(ii)工程(i)から得られたゲルを粉砕または細断する工程
をさらに含み;
工程(ii)は、標準の産業装置中で実施することができる。
(iii)工程(ii)から得られた生成物を、70℃から150℃の範囲内の温度で乾燥する工程
をさらに含む。
(iv)工程(iii)から得られた生成物を磨砕する工程
をさらに含む。
(v)非イオン性界面活性剤R1-O-A-O-R2を添加する工程
をさらに含む。
(a)場合によって、特に本発明による組成物が固体形態で提供される場合、本発明による組成物を水と混合することによって水中水ポリマー分散液を調製する工程、および
(b)水中水ポリマー分散液を導入することによって、水性懸濁液またはスラリー、好ましくは下水汚泥を凝集させる工程、および
(c)好ましくはデカンター、チャンバーフィルタープレスまたはベルトフィルタープレスを使用することによって、水性懸濁液またはスラリーを脱水する工程
を含む。
(a)場合によって、特に本発明による組成物が固体形態で提供される場合、本発明による組成物を水と混合することによって水中水ポリマー分散液を調製する工程、および
(b)水中水ポリマー分散液を水性セルロース懸濁液に添加する工程
を含む。
以下の実施例は、本発明をさらに例示するが、その範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
実験室試験を、下記に記載されるふるい法によって、汚泥サンプル(Dusseldorf-llverichにおける中央廃水処理工場から得た)を脱水することによって実施した。
比較用凝集助剤:アクリルアミドの陽イオン性アクリル酸誘導体とのコポリマー
本発明の凝集助剤:アクリルアミドの陽イオン性アクリル酸誘導体とのコポリマーおよび乾燥プロセスの前にコポリマーの調製プロセスにおいて使用される0.5%の非イオン性界面活性剤(C12〜C18脂肪アルコール、エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドの反応生成物)。
実施例1の本発明の凝集助剤を、3つの異なる廃水処理工場(WWTP)で試験した。2つの工場は、それぞれ137,000および120,000人口当量の設計能力を有する純粋に市営の汚泥処理工場である。3つ目の処理工場は、1,200 000人口当量の設計能力を有する。
設計能力 住民120万人
この新しい設備において、流入水は、産業からの75%および都市ソースからの25%からなる。生物学的プロセスを、高負荷および低負荷レンジに分ける。得られた過剰な汚泥を、デカンターを使用して濃縮し、次いで、消化槽に送る。
1)比較用凝集助剤を使用した場合の脱泡剤のためのポンプ:50ストローク/分
2)本発明の凝集助剤を使用した場合の脱泡剤のためのポンプ:25ストローク/分
要約すると、追加の脱泡剤の用量を、半分に削減することができた。
設計能力 住民137 000人
主として、都市廃水を、この処理工場で処理する。生物学的の戻り汚泥を、デカンターを使用して濃縮し、次いで、消化槽に送る。20日の消化期間の後、220g/m3の凝集助剤を供給し、KHD社の最新の高性能デカンターで脱水する。
1)比較用凝集助剤を使用した場合の最大処理能力:27m3/時
2)実施例1の本発明の凝集助剤を使用した場合の最大処理能力:32m3/時。
すなわち、19%の性能増加。
設計能力 住民120 000人
この下水工場は、ほとんど家庭下水のみを処理している。汚泥は、生物学ステージで処理され、浮選で濃縮され、消化槽に送られる。適切な滞留時間の後、汚泥を脱水する。次いで、163g/m3の凝集助剤を添加し、43m3/時の処理能力を有する最新の高性能デカンターを使用することによって脱水を実施する。泡を立てる強い傾向があるので、Ashlandからの脱泡剤(鉱油中のポリエチレンワックスの懸濁液)を供給する。
1)比較用の凝集助剤を使用する場合の脱泡剤のためのポンプのための出力:120%
2)本発明の凝集助剤を使用する場合の脱泡剤のためのポンプのための出力:20%
実施例2〜4において、より低い分離率または乾燥固体などのデカンターにおける排水挙動に対する悪影響は観測されなかった。
一連の実験(アクリルアミドおよび種々のイオン性コモノマーの重合反応)において、望ましくないゲル形成に対する(出発原料に含有された、かつ/または所定量で特に添加された)架橋剤の影響を研究した。
Claims (8)
- (i)エトキシル化およびプロポキシル化された、飽和または不飽和(C8〜C20)-脂肪アルコールからなる、非イオン性界面活性剤;および
(ii)水溶性または水膨潤性イオン性ポリマー
を含み、
前記水溶性または水膨潤性イオン性ポリマーが、
a)1種もしくは複数の非イオン性エチレン性不飽和モノマー、および/または
b)1種もしくは複数の陽イオン性エチレン性不飽和モノマー、および/または
c)1種もしくは複数の陰イオン性エチレン性不飽和モノマー
を含有するモノマー組成物に由来し、
前記陽イオン性エチレン性不飽和モノマーが、一般式(III)
R 10 は、水素もしくはC 1 〜C 3 -アルキルを意味し;
Z 2 は、NHもしくはNR 11 を意味し、R 11 は、C 1 〜C 3 -アルキルであり;
Y 0 は、場合によって1個もしくは複数のヒドロキシ基で置換されているC 2 〜C 6 -アルキレンを意味し、
Y 1 、Y 2 、Y 3 は、互いに独立に、C 1 〜C 6 -アルキルを意味し、
X - は、ハロゲン、疑似ハロゲン、アセテートもしくはSO 4 CH 3 - を意味する)
によるモノマーであり、
前記水溶性または水膨潤性イオン性ポリマーが、
(i)架橋モノマーを含まない、または
(ii)モノマー組成物中のモノマーの合計含有量に対して50ppm以下の架橋モノマーを含有する
モノマー組成物に由来し、
前記非イオン性界面活性剤が、組成物の合計質量に対して0.05質量%から2.0質量%の量で存在し、
前記非イオン性界面活性剤の前記イオン性ポリマーに対する相対質量比が、0.05:100から2:100の範囲内である、組成物。 - 固体である、請求項1に記載の組成物。
- 前記非イオン性界面活性剤が、14を上回らないHLBを有し、かつ/または前記イオン性ポリマーが、水溶性もしくは水膨潤性である、請求項1または2に記載の組成物。
- 前記非イオン性エチレン性不飽和モノマーが、
(a1)一般式(I)による非イオン性モノマー
R3は、水素もしくはC1〜C3-アルキルを意味し、
R4およびR5は、互いに独立に、水素、C1〜C5-アルキルもしくはC1〜C5-ヒドロキシアルキルを意味する);および
(a2)一般式(II)による非イオン性両親媒性モノマー
Z1は、O、NHもしくはNR9を意味し、R9は、C1〜C3-アルキルであり、
R6は、水素もしくはC1〜C3-アルキルを意味し、
R7は、C2〜C6-アルキレンを意味し、
R8は、水素、C8〜C32-アルキル、C8〜C32-アリールおよび/もしくはC8〜C32-アラルキルを意味し、
nは、1から50の間の整数を意味する)
からなる群から選択され;
前記陰イオン性エチレン性不飽和モノマーが、
(c1)エチレン性不飽和カルボン酸、カルボン酸無水物、ならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびアンモニウム塩、
(c2)エチレン性不飽和スルホン酸ならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびアンモニウム塩、
(c3)エチレン性不飽和ホスホン酸ならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびアンモニウム塩、ならびに
(c4)スルホメチル化および/もしくはホスホノメチル化アクリルアミドならびにそれらの水溶性アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびアンモニウム塩
からなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。 - イオン性ポリマー性分散剤をさらに含有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の組成物。
- (i)
a)1種もしくは複数の非イオン性エチレン性不飽和モノマー、および/または
b)1種もしくは複数の陽イオン性エチレン性不飽和モノマー、および/または
c)1種もしくは複数の陰イオン性エチレン性不飽和モノマー、
d)場合によって、イオン性ポリマー性分散剤、および
e)場合によって、非イオン性界面活性剤
を含む水性反応混合物を、断熱ゲル重合によるラジカル重合にかける工程;
(ii)場合によって、工程(i)から得られたゲルを粉砕または細断する工程;
(iii)工程(i)もしくは(ii)から得られた物質を、70から150℃の温度で乾燥させる工程;
(iv)場合によって、工程(iii)から得られた物質を磨砕する工程;ならびに
(v)非イオン性界面活性剤を添加する工程
を含み、ここで、工程(v)は、工程(i)の前、工程(iv)の後および/または間の任意の時点で実施される、請求項1から5のいずれか一項に記載の組成物を得るための方法。 - - 固体の沈降、浮選または濾過における凝集助剤としての、
- 増粘剤としての、または
- 製紙における添加剤としての、
請求項1から5のいずれか一項に記載の組成物の使用。 - 廃水を浄化または飲用水を調整するための凝集助剤としての請求項1から5のいずれか一項に記載の組成物の使用。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP11008418 | 2011-10-19 | ||
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