(57)【要約】【課題】  少量添加で摩擦抵抗低減効果を発揮し、起泡抑制のために消泡剤を添加しても摩擦抵抗低減効果を維持でき、さらには水中のバクテリア等による分解が抑制された水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物を提供することを目的とする。【解決手段】  エチレン性不飽和単量体を重合して得られ、官能基として４級アンモニウム塩を有し、液温２０℃条件下の０．５質量％水溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上である水溶性ポリマーを含有することを特徴とする水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物に関する。また、前記水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物を、水系媒体及び水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物の全量に対して、固形分で０．０１０〜０．１００質量％添加することを特長とする水系媒体の摩擦低減方法に関する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エチレン性不飽和単量体を重合して得られ、官能基として４級アンモニウム塩を有し、液温２０℃条件下の０．５質量％水溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上である水溶性ポリマーを含有することを特長とする水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物。
【請求項２】
水溶性ポリマーが、エチレン性不飽和単量体の全量に対して、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位１０モル％以上を含有することを特長とする請求項１記載の水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物を、水系媒体及び水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物の全量に対して、固形分で０．０１０〜０．１００質量％となるように添加することを特長とする水系媒体の摩擦低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物および水系媒体の摩擦低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水等の液体を配管で送液する場合、配管内に乱流が発生し、摩擦抵抗を生じることはよく知られており、摩擦抵抗を低減させる添加剤が数多く提案されている。例えば、対イオン存在下でせん断力を加えることで棒状ミセルを形成するカチオン性界面活性剤が挙げられる（例えば、特許文献１、２を参照）。さらに、水溶性高分子と陰イオン界面活性剤の併用（例えば、特許文献３を参照）、２種以上の界面活性剤の併用（例えば、特許文献４、５を参照）等も提案されている。これらは送液に対する添加量が少量でも摩擦抵抗低減効果が認められ有効であるが、界面活性剤であるが故に、一度空気を巻き込むと激しく起泡し、さらにクーリングタワーで激しく泡立つため、開放系循環システムに用いた場合、大きな問題が発生する。起泡の問題を解決すべく、消泡剤の添加を試みると、界面活性剤の棒状ミセル形成を阻害するためか、摩擦抵抗低減効果が著しく低下するため、解決できない。
【０００３】
また、特定の高分子化合物も摩擦抵抗低減効果が認められている（例えば特許文献６、７を参照）。これらの高分子化合物はノニオン性であり、例えば水媒体中に長時間放置すると、水中に存在するバクテリアによって分解され、摩擦抵抗低減効果が経時で低下する問題が発生する。以上のように、開放系循環システムにおいては、満足する性能が得られていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３１１４３１号公報
【特許文献２】特開平１１−２９７５８号公報
【特許文献３】特開２００２−２０７２５号公報
【特許文献４】特開２００２−１８８０７４号公報
【特許文献５】特開２００３−２９２９３４号公報
【特許文献６】米国特許第３９６１６３９号明細書
【特許文献７】特開昭５６−２８２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、少量添加で摩擦抵抗低減効果を発揮し、起泡抑制のために消泡剤を添加しても摩擦抵抗低減効果を維持でき、さらには水中のバクテリア等による分解が抑制された水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行なった結果、エチレン性不飽和単量体を重合して得られ、官能基として４級アンモニウム塩を有し、液温２０℃条件下の０．５質量％水溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上である水溶性ポリマーを用いることで、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、エチレン性不飽和単量体を重合して得られ、官能基として４級アンモニウム塩を有し、液温２０℃条件下の０．５質量％水溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上である水溶性ポリマーを含有することを特徴とする水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物である。
【０００８】
水溶性ポリマーは、エチレン性不飽和単量体の全量に対して、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位１０モル％以上を含有することが好ましい。
【０００９】
本発明は、エチレン性不飽和単量体を重合して得られ、官能基として４級アンモニウム塩を有し、液温２０℃条件下の０．５質量％水溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上である水溶性ポリマーを含有する水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物を、水系媒体及び水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物の全量に対して、固形分で０．０１０〜０．１００質量％となるように添加することを特長とする水系媒体の摩擦低減方法に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、少量添加で摩擦抵抗低減効果を発揮し、起泡抑制のために消泡剤を添加しても摩擦抵抗低減効果を維持でき、さらには水中のバクテリア等による分解が抑制された水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明における水溶性ポリマーは、エチレン性不飽和単量体を重合して得られ、官能基として４級アンモニウム塩を有し、液温２０℃条件下の０．５質量％水溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上であることが特徴である。
【００１３】
本発明における水溶性ポリマーは、４級アンモニウム塩を導入することで、抗菌・殺菌効果により、水中のバクテリア等によるポリマーの分解が抑制されることが期待される。
【００１４】
４級アンモニウム塩の導入方法としては、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体を単独もしくは他のエチレン性不飽和単量体と共重合するか、もしくは３級アミノ基を含有するエチレン性不飽和単量体を単独もしくは他のエチレン性不飽和単量体と共重合した後、３級アミノ基を４級アンモニウム塩にする方法が挙げられ、これらは特に制限されるものではない。
【００１５】
４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体としては、例えば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートのメチルクロライド塩、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートのメチルクロライド塩、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド塩、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートのベンジルクロライド塩等が挙げられるが、重合の容易さの観点からジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートのメチルクロライド塩、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートのメチルクロライド塩が好ましく、さらにはジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートのメチルクロライド塩が好ましい。
【００１６】
３級アミノ基を含有するエチレン性不飽和単量体としては、例えば、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートが挙げられ、得られる水溶性ポリマーの水に対する溶解度の観点からジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートが好ましい。３級アミノ基を４級化する方法としては、例えばメチルクロライドやベンジルクロライドの添加が挙げられる。
【００１７】
水溶性ポリマー中の４級アンモニウム塩の量は特に限定されないが、抗菌・殺菌効果を考慮すると、水溶性ポリマーは、エチレン性不飽和単量体の全量に対して、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位を１０モル％以上、より好ましくは２０〜９０モル％含有することが好ましい。すなわち、エチレン性不飽和単量体の全量に対して、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体１０モル％以上を重合するか、もしくは、３級アミノ基を含有するエチレン性不飽和単量体１０モル％以上を重合し、３級アミノ基を４級化することによって得られる。
【００１８】
本発明において、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体もしくは３級アミノ基を含有するエチレン性不飽和単量体以外のエチレン性不飽和単量体として、これらのエチレン性不飽和単量体と共重合可能であり、さらに重合によって得られるポリマーが水溶性であれば特に限定されるものではない。例えば、直鎖状、分岐状または環状のアルキル鎖を有する（メタ）アクリル酸エステル類、スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物、ビニルピロリドン等の複素環式ビニル化合物、ヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、酢酸ビニルやアルカン酸ビニルに代表されるビニルエステル類、モノオレフィン類（エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等）、共役ジオレフィン類（ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等）、アクリロニトリル等のシアン化ビニル化合物、アミド基もしくは置換アミド基含有α，β−エチレン性不飽和化合物（アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド等）、アクロレインやダイアセトンアクリルアミド等のカルボニル基含有エチレン性不飽和単量体等が挙げられる。これらのエチレン性不飽和単量体は、１種単独もしくは２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、得られるポリマーの水溶性および高分子量化の容易さの観点から、アクリルアミド、メタクリルアミドが好ましく、さらにはアクリルアミドが好ましい。
【００１９】
また、必要に応じて、グリシジル（メタ）アクリレート等のエポキシ基含有α，β−エチレン性不飽和化合物、ビニルトリエトキシシランやγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の加水分解性アルコキシシリル基含有α，β−エチレン性不飽和化合物、多官能ビニル化合物（エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、アリル（メタ）アクリレート、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレート等）等の架橋性モノマーを共重合体に導入してもよい。
【００２０】
本発明において、エチレン性不飽和単量体の重合方法は、ラジカル重合、イオン重合等の公知の方法で行われ、特に限定されるものではない。
【００２１】
本発明における水溶性ポリマーは、液温２０℃条件下の０．５質量％水溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上であることが特徴である。０．５質量％水溶液粘度が１２００〜２５００ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。液温２０℃条件下の０．５質量％水溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓ未満でも、若干の摩擦抵抗低減効果は認められるが、水溶性ポリマーの添加量が多く必要となり、経済的にも好ましくない。液温２０℃条件下の０．５質量％水溶液粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上の水溶性ポリマーを得るには、重量平均分子量３００万以上に調整することが好ましく、６００〜１５００万とすることがより好ましい。水溶性ポリマーの分子量を高分子化する方法としては、ラジカル重合又はイオン重合時に使用する重合開始剤の使用量をエチレン性不飽和単量体の全量に対し、０．００１〜０．５質量％としたり、ラジカル重合又はイオン重合を行なう際の重合温度を比較的低温である４０〜８０℃とする方法があげられる。重合開始剤は、公知のものを用いることができ、特に限定されない。
【００２２】
本発明の水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、消泡剤（鉱物油系、シリコーン系、ポリエーテル系単独およびこれらの混合物）、防錆剤、エチレングリコールやグリセリン等の不凍液等を添加することも可能である。棒状ミセルを形成することで摩擦抵抗低減効果を発現する従来の界面活性剤は、消泡剤を添加すると摩擦抵抗低減効果が低減する問題を抱えていたが、本発明の水溶性ポリマーは、消泡剤を添加しても摩擦抵抗低減効果は維持される点も特長と言える。
【００２３】
本発明の水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物は、水系媒体及び水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物の全量に対して、固形分で０．０１０〜０．１００質量％となるように添加することが好ましく、０．０２０〜０．０８０質量％となるように添加することがより好ましい。水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物の添加量が固形分で０．０１０質量％より少ないと、摩擦低減効果が十分でなくなり、水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物の添加量が固形分で０．１００質量％より多いと、泡立ちが発生した場合、消泡しにくくなる傾向が見られる。
【実施例】
【００２４】
以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。実施例および比較例の物性および評価方法は以下のようにした。
【００２５】
（０．５質量％水溶液粘度）
０．５質量％前後の水溶液３種を調整後、ＪＩＳ  Ｋ  ６７２６の粘度測定方法（２０℃、ブルックフィールド粘度計、１０ｒｐｍ、Ｎｏ．３ローター）に準じて測定した。
【００２６】
（摩擦抵抗低減効果）
ビーカー（直径８０ｍｍ×高さ１０５ｍｍ、目盛により３００ｍｍまで計測可能）に２０℃のイオン交換水３００ｇを入れ、マグネチックスターラーを用いて７００ｒｐｍで攪拌した。本発明の水溶性ポリマーを添加していき、発生する渦の高さが０ｍｍになるまでの水溶性ポリマー添加量を測定した。なお、水溶性ポリマーを添加しない場合は、渦の高さは４０ｍｍであった。
【００２７】
（消泡剤添加時の摩擦抵抗低減効果持続性）
渦の高さが０ｍｍになった状態で、疎水性シリカと鉱物油からなる消泡剤（サンノプコ株式会社製、ノプコ８０３４Ｌ）を０．０２ｇ添加し、５分間攪拌した後、渦が発生していないものを○、渦が再度発生したものを×とした。
【００２８】
（実施例１）
アクリルアミドおよびジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロライド塩の共重合体（ダイヤニトリックス株式会社製、ダイヤフロックＫＰ２０４Ｂ、エチレン性不飽和単量体の全量に対する４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位の量（以下、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位の量という）１０モル％以上、０．５質量％水溶液粘度２０００ｍＰａ・ｓ）を０．８質量％水溶液に調整し添加したところ、０．８質量％水溶液２６．７ｇで渦の高さは０ｍｍとなった。樹脂固形分の添加量としては、０．０６５質量％であった。表１に摩擦抵抗低減効果、消泡剤添加時の摩擦抵抗低減効果持続性についての測定結果を示す。
【００２９】
（実施例２）
アクリルアミドおよびジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロライド塩の共重合体（ダイヤニトリックス株式会社製、ダイヤフロックＫＰ２０４ＢＳ、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位の量１０モル％以上、０．５質量％水溶液粘度２２１０ｍＰａ・ｓ）を０．５質量％水溶液に調整し添加したところ、０．５質量％水溶液１３．１ｇで渦の高さは０ｍｍとなった。樹脂固形分の添加量としては、０．０２１質量％であった。表１に摩擦抵抗低減効果、消泡剤添加時の摩擦抵抗低減効果持続性についての測定結果を示す。
【００３０】
（実施例３）
アクリルアミドおよびジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロライド塩の共重合体（ダイヤニトリックス株式会社製、ダイヤフロックＫＰ１２００Ｈ、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位の量１０モル％以上、０．５質量％水溶液粘度１３００ｍＰａ・ｓ）を０．７質量％水溶液に調整し添加したところ、０．７質量％水溶液１７．３ｇで渦の高さは０ｍｍとなった。樹脂固形分の添加量としては、０．０３８質量％であった。表１に摩擦抵抗低減効果、消泡剤添加時の摩擦抵抗低減効果持続性についての測定結果を示す。
【００３１】
（実施例４）
アクリルアミドおよびジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロライド塩の共重合体（ダイヤニトリックス株式会社製、ダイヤフロックＫＰ２０５ＢＳＳ、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位の量１０モル％以上、０．５質量％水溶液粘度２２２０ｍＰａ・ｓ）を０．５質量％水溶液に調整し添加したところ、０．５質量％水溶液１２．５ｇで渦の高さは０ｍｍとなった。樹脂固形分の添加量としては、０．０２０質量％であった。表２に摩擦抵抗低減効果、消泡剤添加時の摩擦抵抗低減効果持続性についての測定結果を示す。
【００３２】
（実施例５）
アクリルアミドおよびジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロライド塩の共重合体（ダイヤニトリックス株式会社製、ダイヤフロックＫＰ１２２０Ｓ、４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位の量１０モル％以上、０．５質量％水溶液粘度１７５０ｍＰａ・ｓ）を０．６質量％水溶液に調整し添加したところ、０．６質量％水溶液２２．１ｇで渦の高さは０ｍｍとなった。樹脂固形分の添加量としては、０．０４１質量％であった。表２に摩擦抵抗低減効果、消泡剤添加時の摩擦抵抗低減効果持続性についての測定結果を示す。
【００３３】
（比較例１）
対イオン存在下でせん断力を加えることで棒状ミセルを形成するカチオン性界面活性剤として、エチレンオキサイド付加型アンモニウムクロライド（ライオン株式会社製、エソカードＯ／１２）、対イオンとしてサリチル酸ナトリウム（カチオン性界面活性剤の１．５モル）を混合し、１０質量％に調整した。１０質量％水溶液を１．０ｇ添加すると渦の高さは０ｍｍとなった。固形分の添加量としては、０．０３３質量％。その後、消泡剤を添加すると、再度渦が発生し、最終的には渦の高さが１５ｍｍとなった。表３に摩擦抵抗低減効果、消泡剤添加時の摩擦抵抗低減効果持続性についての測定結果を示す。
【００３４】
（比較例２）
ジメチルアミノエチルメタクリレートメチルクロライド塩の重合体（４級アンモニウム塩を含有するエチレン性不飽和単量体単位の量１００モル％、０．５質量％水溶液粘度９００ｍＰａ・ｓ）を１．３質量％水溶液に調整し添加したところ、１．３質量％水溶液２８．９ｇで渦の高さは０ｍｍとなった。樹脂固形分の添加量としては、０．１１４質量％であった。表３に摩擦抵抗低減効果、消泡剤添加時の摩擦抵抗低減効果持続性についての測定結果を示す。
【００３５】
【表１】
2010275358.tif 000002
【００３６】
【表２】
2010275358.tif 000003
【００３７】
【表３】
2010275358.tif 000004
【００３８】
表１及び表２に示したように、実施例１〜５で得られた水系媒体用配管内摩擦抵抗低減剤組成物は、ポリマー添加量が少量で摩擦抵抗低減効果を発現し、さらに消泡剤を添加しても効果を維持していることがわかる。一方、表３の比較例１は添加量が少量で摩擦抵抗低減効果を発現しているが、消泡剤を添加すると大幅に摩擦抵抗低減効果が低下している。また、比較例２は摩擦抵抗低減効果を発揮するのに必要なポリマー添加量が多く、経済的に難がある。