JPH02129287A - 掘削泥水用添加剤 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、土木工事の基礎工事、石油井戸や地熱井戸の
ポーリング等の地盤を深く掘削する場合に使用される泥
水を安定化させるための添加剤に関する。

（従来の技術） 従来よシ地盤を掘削するに際し、掘削時に発生する高い
摩擦熱の吸収、坑底の掘削屑の地上への搬出、坑壁の維
持あるいは崩壊性地層の崩壊を防止するために地上にて
調製された泥水組成物が掘削箇所に連続且つ循環的に注
入されている。

泥水組成物は通常、ベントナイト、アタパルジャイト、
セリナイト、含水マグネシウムケイ酸塩などの無機系泥
質、用水および泥水を安定化させるための掘削泥水用添
加剤を用いて作泥される。

従来使用されてきた掘削泥水用添加剤のうち無機系化合
物としては、トリポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリ
ン酸ナトリウムなどの縮合リン酸塩；炭酸ナトリウム、
炭酸カリウムなどの炭酸アルカリ金属塩；アルミ酸ナト
リウム、アルミン酸カリウムなどのアルミン酸塩等があ
る。また、有機系化合物としては、フミン酸塩、リグニ
ンスルホン酸塩、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ
）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリビニ
ルアルコール（ＰＶＡ）、ホスホン酸類などがあるが、
それぞれ問題点を有しているものである。

即ち、縮合リン酸塩は比較的良好な評価を得てはいたが
長期間使用し続けると地中よシ拡散して海、湖等に流入
するとアオコ発生や赤潮などの原因物質となるため近年
その使用が著しく制限されている。ＣＭＣも比較的良好
な評価を得てはいたが、これを使用した泥水は腐敗しや
すいという重大な欠点があった。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、Ｈ
ＥＣ，ＰＶＡ、ホスホン酸類などは効果の低いものであ
った。

これら従来の添加剤が有していた上記問題点を解決する
ために特開昭５５−１０４３８３号、特開昭５８−８４
８８３号、特開昭５８−２０８３７６号、特開昭５８−
２０８３７７号、特開昭５９−１３５２８０号、特開昭
６０−１３３０８５号、特開昭６０−１９９６８２号な
どにポリアクリル酸（塩）の使用が提案されている。

しかし、ポリアクリル酸（塩）は耐塩性が充分でないた
めに、例えば作泥時の用水として硬度成分含有量の多い
水あるいは海水を用いた場合や地中掘削部における泥水
に多量の地下水や海水等が流入した場合、泥水の粘性が
著しく損われ場合によってはゲル化に至る結果、掘削が
困難になる。

このようなポリアクリル酸（塩）が有していた上記欠点
を改善する方法も提案されている。例えば特開昭５８−
１２０６８３号、特開昭５８−２１９２８９号、特開昭
６０−１８１１８７号、特開昭６１−１２０８８１号、
特開昭６２−２６７３８８号にポリアクリル酸（塩）に
他の成分を併用して成る掘削泥水用添加剤が提案されて
いるが、これらの添加剤は幾分かは改良されているが充
分でなく且つ比較的多量の添加量を必要であシ、ポリア
クリル酸（塩）の本質的な欠点が改良されたものとは言
い難い。また、特開昭５８−１０４９８１号、特開昭６
１−２４１３８２号、特開昭６２−２１５６８１号にス
ルホン酸基含有共重合体の使用が提案されている。スル
ホン酸基含有共重合体は使用上初期性能面はポリアクリ
ル酸（塩）の本質的欠点が改善されているが、比較的加
水分解を受は易いために高温度下で長時間の使用には限
界のあるものであった。しかもスルホン酸基含有共重合
体は一般に高価で且つ比較的多量の添加量を必要とする
などなお問題を残すものであった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は土木工事の基礎工事、石油井戸や地熱井戸のポ
ーリング等の地盤を深く掘削するときに使用される泥水
を安定化させるため添加される従来の掘削泥水用添加剤
が有していた上記問題点を解消するものである。

掘削泥水用添加剤として工業的に容易且つ安価に製造で
きる共重合体を用いることによって、比較な 的り執添加量でも地下水、セメントなどに含まれる各種
硬度成分や海水などに起因する悪影響を防ぐことにある
。

（課題を解決するだめの手段および作用）本発明は一般
式 ％式％ （但し式中、Ａ１およびＡ２はそれぞれ独立に水素、メ
チル基または−ｃｏｏｘ２を表わし且つＡ１およびＡ２
は同時に−ｃｏｏｘ”となることはなく、Ａ３は水素、
メチル基または−ＣＨ２ＣＯＯＸ’を表わし且つＡ３が
−ＣＨｔＣ○ＯＸ３の場合にはＡ１およびＡ２はそれぞ
れ独立に水素またはメチル基を表わし、 ＸＩ　、　ＸｊｌおよびＸ３はそれぞれ独立にまたは一
緒に水素、１価金属、２価金属、アンモニウム基または
有機アミン基を表わす。） で示される不飽和カルボン酸系単量体（Ｉ）　４０〜９
９．５モル係および一般式 ％式％ （但し式中、Ｒ１は水素またはメチル基を表わし、Ｚは
水酸基、スルホン酸基もしくはその１例会２価金属塩、
アンモニウム塩、有機アミン塩を表わす。） で示される不飽和（メタ）アリルエーテル系単量体（ｎ
）ｏ、ｓ〜６０モル係からなる単量体成分よシ導かれた
平均分子量がｉ、ｏｏｏ〜５０，０００の水溶性共重合
体間からなる掘削泥水用添加剤に関するものである。

本発明に用いられる前記一般式で示される不飽和カルボ
ン酸系単量体（＋）としては、例えばアクリル酸、メタ
クリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコ
ン酸、シトラコン酸あるいはそれ等の酸の１価金属、２
価金属、アンモニア、有機アミンによる部分中和物もし
くは完全中和物があげられる。１価金属としてはナトリ
ウム、カリウム等があげられ、２価金属としては、カル
シウム、マグネシウム、亜鉛等があげられる。また、有
機アミンとしてはモノメチルアミン、ジメチルアミン、
トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン
、トリエチルアミン等のアルキルアミン類；モノエタノ
ールアミン、ジェタノールアミン、トリエタノールアミ
ン、モノイソプロパツールアミン、ジメチルエタノール
アミン等のアルカノールアミン類；ピリジン等をあげる
ことができる。中でもアクリル酸および／またはマレイ
ン酸あるいはそれ等の１価金属による部分中和物もしく
は完全中和物が特に好ましい。

不飽和単量体（ＩＩ）としてはグリセロールモノアリル
エーテル、グリセロールモノメタアリルエーテル：３−
アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸、３−
メタアリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸、
３−アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンリン酸、３−
メタアリロキシ−２−ヒドロキシプロパンリン酸、３−
アリロキシ−２−ヒドロキシプロパン亜リン酸、３−メ
タアリロキシ−２−ヒドロキシプロパン亜リン酸あるい
はそれ等の酸の１価金属、２価金属、アンモニア、有機
アミンによる部分中和物もしくは完全中和物があげられ
る。１価金属としてはナトリウム、カリウム等があげら
れ、２価金属としてはカルシウム、マグネシウム、亜鉛
等があげられる。また有機アミンとしてはモノメチルア
ミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチル
アミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアルキ
ルアミン類、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、イソプロパツールアミン、
ジメチルエタノールアミン等のアルカノールアミン類、
ピリジン等をあげることができる。

中でも安価かつ工業的に最も入手しやすいグリセロール
モノアリルエーテル、３−アリロキシ−２−ヒドロキシ
プロパンスルホン酸および３−アリロキシ　　　　　　
　　−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸の１価金属に
よる部分中和物もしくは完全中和物が特に好ましい。

本発明に用いる水溶性共重合体図は前記不飽和カルボン
酸系単量体（１）　４０〜９９．５モル係および不飽和
（メタ）アリルエーテル系単量体（ＩＩ）０．５〜６０
モル係からなる単量体成分よυ導かれ且つ平均分子量が
１，０００〜５０．０００の範囲内にあることが必要で
ある。単量体成分の組成および平均分子量のうちのいず
れか一方でも上記規定の範囲を外れた場合は掘削泥水用
添加剤として高度の性能を発現しりる水溶性共重合体図
は得られなくなり、例えば低添加量では地下水、海水等
を用いての調泥は困難となるし、また掘削時に於ては地
下水、セメント、海水流入による悪影響が防止できなく
なる。更には耐熱性に於ても問題が生じるものである。

本発明に用いられる水溶性共重合体図を得るには、これ
ら不飽和カルボン酸系単量体（りおよび不飽和（メタ）
アリルエーテル系単量体（ｎ）からなる単量体成分を公
知の技術で重合すればよい。

例えば水溶液重合の場合、過硫酸ナトリウム、過硫酸カ
リウム等の過硫酸塩；過酸化水素；２，２’−アゾビス
（２−アミジノプロパン）塩酸塩、４．４’−アゾビス
−４−シアノバレリン酸等の水溶性アゾ化合物などを重
合触媒として常法により製造することができる。また、
メタノール、イソプロピルアノリコール等のアルコール
系、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系、
ベンゼン、キシレン、トルエン等の芳香族系またはメチ
ルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系
などの有機溶剤中での重合の場合、過酸化ベンゾイル、
過酸化ラウロイル、過酢酸等の有機過酸化物；アゾビス
イソブチロニトリル、２．２’−アゾビス（４−メトキ
シ−２，４−ジメチルバレロニトリル）等の油溶性アゾ
化合物などを重合触媒として常法により製造することが
できる。

また、水溶性共重合体図を得るに際し、本発明の効果を
損なわない範囲内で不飽和カルボン酸系単量体（Ｉ）お
よび／または不飽和（メタ）アリルエーテル系単量体（
ｎ）と共重合可能な他の単量体を共重合することは勿論
可能である。共重合可能な他の単量体としては、例えば
（メタ）アクリルアミド、ｔ−ブチル（メタ）アクリル
アミドなどのアミド系単量体；（メタ）アクリル酸エス
テル、スチレン、２−メチルスチレン、酢酸ビニルなど
の疎水性単量体；ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸
、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、２−アク
リルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、スルホエ
チル（メタ）アクリレート、スルホプロピル（メタ）ア
クリレート、２−ヒドロキシスルホプロピル（メタ）ア
クリレート、スルホエチルマレイミドあるいはそれらの
１価金属、２価金属、アンモニア、有機アミンによる部
分中和物や完全中和物などの不飽和スルホン酸系単量体
；２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ポリエ
チレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロ
ピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、アリルア
ルコール、ポリエチレングリコールモノアリルエーテル
、ポリプロピレングリコールモノアリルエーテル、３−
メチル−３−ブテン−１−オール（イソプレノール）、
ポリエチレンクリコールモノイソプレノールエーテル、
ポリプロピレングリコールモノイソプレノールエーテル
、３−メチル−２−ブテン−１−オール（プレノール）
、ポリエチレングリコールモノプレノールエーテル、ポ
リプロピレングリコールモノプレノールエーテル、２−
メチル−３−ブテン−２−オール（イソプレンアルコー
ル）、ポリエチレンクリコールモノイソプレンアルコー
ルエーテル、ポリプロピレングリコールモノイソプレン
アルコールエーテル、α−ヒドロキシアクリル酸、Ｎ−
メチロール（メタ）アクリルアミド、グリセロールモノ
（メタ）アクリレート、ビニルアルコールなどの水酸基
含有不飽和単量体；ジメチルアミノエチル（メタ）アク
リレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルア
ミドなどのカチオン性単量体；（メタ）アクリロニトリ
ルなどのニトリル系単量体；（メタ）アクリルアミドメ
タンホスホン酸、（メタ）アクリルアミドメタンホスホ
ン酸メチルエステル、２−（メタ）アクリルアミド−２
−メチルプロパンホスホン酸などの含リン単量体；エチ
レン、プロピレン、１−ブテン、イソブチレン、α−ア
ミレン、２−メチル−１−ブテン、３−メチル−１−ブ
テン（α−インアミレン）、１−ヘキセン、１−ヘプテ
ンなどのα−オレフィン系単量体などをあげることがで
きる。これらの単量体を用いる場合は、本発明の特徴を
充分発揮させるために全単量体中の３０モル係未満とす
るのが好ましい。

こうして得られる水溶性共重合体間を掘削泥水用添加剤
として使用するに際し、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、ＣＭＣ，ＨＥＣ，ＰＶＡ。

ホスホン酸など従来の掘削泥水用添加剤を併用すること
は自由である。

（発明の効果） 本発明の水溶性共重合体間を掘削泥水用添加剤として使
用すればその優れた耐塩性のため、例えは ば泥水調製時においソ煽水として清水は勿論のこと地下
水や工業用水など比較的硬度成分含有量の多い水や海水
も使用できる。また掘削時においては地下水、セメント
、海水等と接触または混ざっても、泥水組成物のゲル化
や増粘傾向がないかまたは少く、且つ脱水量が大きく増
加しないなどの理由によシ、優れた泥壁を形成せしめる
。また、従来のスルホン酸基含有共重合体からなる掘削
泥水用添加剤に比べ、耐熱性が優れているため高温度で
長時間の使用が可能である。

更には低添加量でも優れた効果を発揮し、しかも安価な
ために掘削費用を大幅に低減することが可能で、工業的
利用価値が極めて大きいものである。このように本発明
の掘削泥水用添加剤が低添加量でも優れた効果を発揮す
ると共に、地下水、セメント、海水等による悪影響が受
けにくい理由は明確ではないが、次のように推察されて
いる。

即ちアリルエーテル系単量体（ｎ）中の水酸基が不飽和
カルボン酸系単量体（１）のアニオン性基と顕著な相剰
効果を発現し、耐塩性に寄与しているためと考えられて
いる。但し、この理由のみによって本発明は何ら制限さ
れるものではない。

以下、参考例および実施例を挙げて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれらの例によって限定されるもの
ではない。また例中、特にことわりのない限υ部は全て
重量部、係は全て重量％を表わすものとする。

参考例１ 温度計および還流冷却器を備えた容量１１のガラス製丸
底フラスコに脱イオン水１７５部をと９９５℃まで昇温
した。撹拌下、３７係アクリル酸ナトリウム水溶液３７
１．９部、８０％アクリル酸水溶液１８．７部、２５％
３−アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸ナ
トリウム水溶液３６３．９部、１５係過硫酸ナトリウム
水溶液４３．１部および５係過酸化水素水４１．７部を
各々別々の滴下ノズルよシ２時間で滴下した。尚、重合
中の温度は９５℃となるようにコントロールした。滴下
終了後、同温度に３０分間保持し重合を完結した。冷却
後、４８％水酸化ナトリウム水溶液を用いてｐＨ１０に
なるように完全中和した。

得られた水溶性共重合体間であるアクリル酸／３−アリ
ロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸＝８０／２
０　（モル比）共重合体のナトリウム塩（水溶性共重合
体（１））の平均分子量は第１表に示した通Ｄ４，００
０であった。

参考例２〜１８および比較参考例１〜１７参考例１の方
法に準じて水溶性共重合体（２）〜α秒および比較用水
溶性ポリマー（１）〜αηを得た。これらのポリマーの
平均分子量は第１表および第２表に示した通シであった
。

実施例１ 内径９０ｍｚφ、高さ１６０罷のＳＵＳ　３０４製タン
クに脱イオン水１００部、ベントナイト６部および掘削
泥水用添加剤として参考例１で得られた水溶性共重合体
穴である水溶性共重合体（１）　０．２部をとり、デイ
シルバー撹拌羽根（羽根径４０ｍ１φ）を用い２０００
　ｒｐｍで１５分間撹拌し掘削泥水組法−１）５０Ｑｃ
ｃのファンネル粘度計で測定した。（単位は秒） 注−１１）　　ファンＶＧメーターで測定した。（単位
はパスカ３０分後の脱水量を測定した。（単位はｍｌ）
耐セメント性試験 上記掘削泥水組成物（１）にセメント５部混合し１日放
置後の泥水のファンネル粘度（ＦＶ）、１０分ゲルスト
レングス（１０Ｇｅｌ）、脱水量を測定しその結果を第
１表に示した。

耐海水性試験 上記掘削泥水組成物（１）にアクアマリンＳ（へ州薬品
■製人工海水の２５倍濃縮品）４部混合し１日放置後の
泥水のファンネル粘度（ＦＶ）、１０分ゲルストレング
ス（１０Ｇｅｌ）、脱水量を測定しその結果を第１表に
示した。

実施例２〜１８ 掘削泥水用添加剤として参考例２〜１８で得られた水溶
性共重合体穴である水溶性共重合体（２）〜αＱを用い
た他は実施例１と全く同様にして掘削泥水組成物を得、
これらの物性、耐セメント性および耐海水性を評価し、
その結果を第１表に示した。

実施例１９ 掘削泥水用添加剤としてカルボキシメチルセルロースを
０．１部併用して用いた他は実施例１と全く同様にして
掘削泥水組成物を得、この物性、耐セメント性および耐
海水性を評価し、その結果を第１表に示した。

比較例１〜１７ 掘削泥水用添加剤として比較参考例１〜１７で得た比較
用水溶性ポリマー（１１〜（１７）を用いた他は実施例
１と全く同様にして掘削泥水組成物を得、これらの物性
、耐セメント性および耐海水性を評価し、その結果を第
２表に示した。

比較例１８ 掘削泥水用添加剤としてアルミン酸ナトリウム０、２部
併用して用いた他は比較例７と全く同様にして掘削泥水
組成物を得、この物性、耐セメント性および耐海水性を
評価し、その結果を第２表に示した。

比較例１９ 掘削泥水用添加剤としてカルボキシメチルセルロースの
みを用いた他は実施例１と全く同様にして掘削泥水組成
物を得、この物性、耐セメント性および耐海水性を評価
し、その結果を第２表に示した。

比較例２０ 掘削泥水用添加剤を全く使用しなかった他は、実施例１
と全く同様にして掘削泥水組成物を得、この物性、耐セ
メント性および耐海水性を評価し、その結果を第２表に
示した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し式中、Ａ＾１およびＡ＾２はそれぞれ独立に水素
   、メチル基または−ＣＯＯＸ＾２を表わし且つＡ＾１お
   よびＡ＾２は同時に−ＣＯＯＸ＾２となることはなく、
   Ａ＾３は水素、メチル基または−ＣＨ＿２ＣＯＯＸ＾３
   を表わし且つＡ＾３が−ＣＨ＿２ＣＯＯＸ＾３の場合に
   はＡ＾１およびＡ＾２はそれぞれ独立に水素またはメチ
   ル基を表わし、 Ｘ＾１、Ｘ＾２およびＸ＾３はそれぞれ独立にまたは一
   緒に水素、１価金属、２価金属、アンモニウム基または
   有機アミン基を表わす。） で示される不飽和カルボン酸系単量体（１）４０〜９９
   ．５モル％および一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し式中、Ｒ＿１は水素またはメチル基を表わし、Ｚ
   は水酸基、スルホン酸基もしくはその１価金属塩、２価
   金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩または（亜）リ
   ン酸基もしくはその１価金属塩、２価金属塩、アンモニ
   ウム塩、有機アミン塩を表わす。） で示される不飽和（メタ）アリルエーテル系単量体（I
   I）０．５〜６０モル％からなる単量体成分より導かれ
   た平均分子量が１，０００〜５０，０００の水溶性共重
   合体（Ａ）からなる掘削泥水用添加剤。 ２、不飽和カルボン酸系単量体（ I ）がアクリル酸（
   塩）および／またはマレイン酸塩である請求項１記載の
   掘削泥水用添加剤。 ３、不飽和（メタ）アリルエーテル系単量体（II）がグ
   リセロールモノアリルエーテルおよび／または３−アリ
   ロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（塩）であ
   る請求項１記載の掘削泥水用添加剤。 ４、掘削泥水がベントナイト泥水である請求項１〜３の
   いずれか１項に記載の掘削泥水用添加剤。