(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水、軽油又はＡ重油、および両親媒性物質を含むエマルジョン燃料であって、前記両親媒性物質がポリアクリル酸系吸水性樹脂またはマレイン酸系吸水性樹脂を含む吸水性樹脂骨格と親油性骨格とを有することを特徴とする、エマルジョン燃料。
【請求項２】
前記軽油又はＡ重油１００重量部に対し、水が１０〜１００重量部含まれている、請求項１記載のエマルジョン燃料。
【請求項３】
前記水１００重量部に対し、前記両親媒性物質が０．１〜５重量部含まれている、請求項１または２記載のエマルジョン燃料。
【請求項４】
前記両親媒性物質が、炭素数８〜３２の範囲にある長鎖アルキル基を含んでいる、請求項１から３のいずれか一項に記載のエマルジョン燃料。
【請求項５】
前記エマルジョンの粒径が１〜１０μｍの範囲にある、請求項１から４のいずれか一項に記載のエマルジョン燃料。
【請求項６】
前記エマルジョン燃料を構成するエマルジョンがＷ／Ｏ型エマルジョンである、請求項１から５のいずれか一項に記載のエマルジョン燃料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エマルジョン燃料に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽油、重油等を燃料とする熱機関は、自動車をはじめとして航空機、発電、船舶等多岐にわたっている。これらの熱機関からは窒素酸化物（ＮＯＸ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）、ＣＯおよび煤等が排出されるが、地球温暖化対策の観点から、前記排出物の排出量規制がなされている。そこで、これらの燃料に水を添加したエマルジョン燃料が注目されている。エマルジョン燃料は、燃焼時の燃費を高め、ＮＯＸ、ＳＯＸや煤の発生を抑えるという効果を有する。
【０００３】
従来提案されているエマルジョン燃料としては、界面活性剤を使用してエマルジョンを形成した、Ｏ／Ｗ型エマルジョン燃料がある（例えば、特許文献１参照）。この場合、一般には界面活性剤の添加量を多くしなければならず、そのため、コストアップや、燃焼性や環境負荷等に影響を与えることが指摘されていた。また、界面活性剤を多量に添加しても、エマルジョンの安定性は必ずしも満足のいくものではなかった。そこで、両親媒性物質を用いることで、経時安定性に優れたＯ／Ｗ型エマルジョンを提供することが検討されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、Ｏ／Ｗ型エマルジョンは、水の連続層の中に油滴が分散しているので、燃料の配管や燃焼装置に水が直接触れることとなる。さらに、軽油、重油等に不純物として含まれる硫黄分等が、水の存在により硫酸等の酸性物質となり、水が直接触れる前記配管や燃焼装置の腐食を引き起こしかねない。また、水が連続層であると、液の表面張力が大きくなり、そのために流動性が十分得られず、燃焼装置に水のみが噴霧されると燃焼の均一性が阻害されてしまうというおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３１００８１号公報
【特許文献２】特開２００６−２４１４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、経時安定性および燃焼性に優れたエマルジョン燃料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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明のエマルジョン燃料は、水、燃料および両親媒性物質を含むエマルジョン燃料であって、前記両親媒性物質が吸水性樹脂骨格と親油性骨格とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、分散状態の経時安定性および燃焼性に極めて優れたエマルジョン燃料を、容易に低コストで提供することができる。また、水相の種類にかかわらず安定化しやすいので、幅広い成分のエマルジョン燃料に適用することができる。前記エマルジョン燃料を用いることにより、燃焼を燃焼効率が良好に低温域で行うことができるので、ＮＯＸ、ＳＯＸ等の発生濃度を低減させることができ、かつ、使用する熱機関の耐久年数の向上も期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１で得られたエマルジョンの安定性試験の結果を示す写真である。
【図２】図２は、実施例２で得られたエマルジョンの安定性試験の結果を示す写真である。
【図３】図３は、実施例３で得られたエマルジョンの安定性試験の結果を示す写真である。
【図４】図４は、実施例４で得られたエマルジョンの安定性試験の結果を示す写真である。
【図５】図５は、実施例５で得られたエマルジョンの安定性試験の結果を示す写真である。
【図６】図６は、比較例１で得られたエマルジョンの安定性試験の結果を示す写真である。
【図７】図７は、比較例２で得られたエマルジョンの安定性試験の結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のエマルジョン燃料において、前記吸水性樹脂骨格が、ポリアクリル酸系吸水性樹脂またはマレイン酸系吸水性樹脂を含んでいることが好ましい。
【００１１】
本発明のエマルジョン燃料において、前記燃料１００重量部に対し、水が１０〜１００重量部含まれていることが好ましい。
【００１２】
本発明のエマルジョン燃料において、前記水１００重量部に対し、前記両親媒性物質が０．１〜５重量部含まれていることが好ましい。
【００１３】
本発明のエマルジョン燃料は、前記両親媒性物質が、炭素数８〜３２の範囲にある長鎖アルキル基を含んでいることが好ましい。
【００１４】
本発明のエマルジョン燃料は、前記エマルジョンの粒径が１〜１０μｍの範囲にあることが好ましい。
【００１５】
本発明のエマルジョン燃料は、前記エマルジョン燃料を構成するエマルジョンがＷ／Ｏ型エマルジョンであることが好ましい。
【００１６】
つぎに、本発明について詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の記載により制限されない。
【００１７】
本発明のエマルジョン燃料は、水、燃料および両親媒性物質を含むエマルジョン燃料であって、前記両親媒性物質が吸水性樹脂骨格と親油性骨格とを有している。前記燃料としては、重油、軽油等の石油留分、植物油等、内燃機関で使用可能なすべての燃料を使用することができる。
【００１８】
前記吸水性樹脂骨格を構成する吸水性樹脂は、親水性の直鎖状あるいは分岐状の高分子の架橋体である。前記吸水性樹脂は、オングストローム単位の三次元網目構造を有する多孔質体で、水性溶液と接触すると、水に溶けようとする力で吸水するが、分子間に架橋構造があるために吸水は抑制され、そのバランスにより、一定量吸水した膨潤状態のヒドロゲルになる。
【００１９】
吸水性樹脂としては、でんぷん−アクリル酸グラフト系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系、酢酸ビニル−アクリル酸塩系、イソブチレン−マレイン酸系、ポリ−Ｎ−ビニルアセトアミド系およびポリグルタミン酸系と、多くの種類が開発され、上市されているが、その用途に応じて、幹となる親水性樹脂の種類と架橋密度を選択することができる。親水性樹脂の種類を変えることにより、水性溶液に対する吸水能力を変化させることができ、また、架橋密度を変えることにより、水を吸って膨潤したゲルの強度を変えることができる。
【００２０】
前記吸水性樹脂骨格としては、ＮＯＸ、ＳＯＸを発生させないという観点から、ポリアクリル酸系吸水性樹脂またはマレイン酸系吸水性樹脂が好ましい。これらの吸水性樹脂は、高温においても保水が維持されやすいという点からも好ましい。特に、合成が容易であり安価であるという観点から、ポリアクリル酸系吸水性樹脂がより好ましい。
【００２１】
両親媒性物質は、前記吸水性樹脂骨格を構成する吸水性樹脂と、親油性骨格である後述の長鎖モノマーとを、常法に従って結合させて得ることができる。前記両親媒性物質において、アクリル酸量は、３０〜４５％の範囲であることが好ましい。アクリル酸量が少ないと、水を３０％添加した系では上部の油層が多くなる。また、アクリル酸５０％では、エマルジョンの形成が困難となる。
【００２２】
骨格内にエチレングリコール、プロピレングリコール、二級水酸基ユニットを持つ架橋モノマーを共重合すると、エマルジョンの安定性が悪くなる傾向にある。架橋モノマーの量は１〜１０％の範囲であることが好ましい。架橋モノマー量を減らしていくと、安定性が悪くなる傾向にある。また、増やしていくと粘度の上昇やゲル化が起こる場合もある。
【００２３】
長鎖モノマーとしては、ある程度長鎖であって油になじむものであればよいが、炭素数は８〜３２の範囲にある長鎖アルキル基を含んでいることが好ましい。炭素数１８のアルキル基を含むモノマーは、市販品を容易に入手することができる。
【００２４】
前記両親媒性物質の調製において、フェノキシエチルアクリレートを加えることで、エマルジョン燃料の経時安定性を向上させることができる。前記両親媒性物質中の含有量が５〜２０％の範囲となるように、フェノキシエチルアクリレートを加えることが好ましい。
【００２５】
前記エマルジョン燃料において、前記燃料１００重量部に対し、水が１０〜１００重量部含まれていることが好ましい。前記範囲であると、コストと燃焼効率とのバランスの点から好ましい。すなわち、水の含有量が少なすぎると、水添加のない燃料と比較して燃焼時に発生する熱量の減少量が小さく、燃焼温度領域の低温化の幅は小さくなりやすい。そのため、ＮＯＸやＳＯＸの発生量抑制も十分ではない。水の含有量が多すぎると、燃焼温度は下がりＮＯＸやＳＯＸの発生量は抑制できるものの、燃焼効率の点で不十分となる傾向にある。また、エマルジョンの分散が不安定になりやすい。前記燃料１００重量部に対し、水が２０〜６０重量部含まれていることがより好ましく、水が４０〜５０重量部含まれていることがさらに好ましい。
【００２６】
前記エマルジョン燃料において、前記水１００重量部に対し、前記両親媒性物質が０．１〜５重量部含まれていることが好ましい。前記範囲であると、コストとエマルジョンの安定性とのバランスの点から好ましい。前記水１００重量部に対し、前記両親媒性物質が０．５〜４重量部含まれていることがより好ましく、前記両親媒性物質が１〜３重量部含まれていることがさらに好ましい。
【００２７】
前記エマルジョン燃料は、Ｗ／Ｏ型エマルジョンであることが好ましい。本発明においては、前記吸水性樹脂骨格が水を強固に取り込むことができるので、Ｗ／Ｏ型エマルジョンとして、衝撃等によっても離水しにくく、安定した分散状態を得ることができる。分散状態が安定しているので、得られるエマルジョン燃料は、経時安定性および燃焼性に優れ、長期の保存にも耐えることが可能となり、加熱による油水分離も起こりにくい。また、水相が油相中に存在するので、タンクや配管内の金属部分に水分が触れないため、錆や腐食を防ぐこともできる。
【００２８】
本発明のエマルジョン燃料は、広いｐＨ域において安定に得ることができる。一般的な界面活性剤を使用したエマルジョンの場合には水相のｐＨに依存して安定性等に変化が生じやすいが、本発明のエマルジョン燃料に使用する両親媒性物質は吸水性樹脂骨格を有しているので、水を取り込むという点でｐＨ依存は少なく、より広いｐＨ域において安定性に優れたエマルジョン燃料を得ることができる。
【００２９】
本発明のエマルジョン燃料は、水、燃料および前記両親媒性物質を公知の乳化手段を用いて乳化することにより製造される。乳化手段としては、例えば、ホモミキサー、ラインミキサー、超音波乳化機等の乳化機や分散機が挙げられる。エマルジョンの粒子径は、より経時安定性の優れたエマルジョン燃料を得る観点から、１〜１０μｍの範囲にあることが好ましく、１〜５μｍであることがより好ましい。
【実施例】
【００３０】
つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は、下記の実施例および比較例によってなんら限定ないし制限されない。また、各実施例および各比較例における各種特性および物性の測定および評価は、下記の方法により実施した。
【００３１】
（粘度）
粘度は、特に断らない限り、Ｂ型粘度計およびローターＮｏ．２を用い、２５±０．５℃下にて測定した。
【００３２】
（エマルジョン安定性評価）
エマルジョンを調製後、蓋つきのガラス瓶（胴径約５０ｍｍ、高さ約１００ｍｍのマヨネーズ瓶）に移し、（ａ）室温で１時間、（ｂ）８０℃１０分後に室温で１時間、（ｃ）３８℃３日間、（ｄ）３８℃１ヶ月間放置した後の状態を、それぞれ目視により評価した。
判定基準
ＡＡ：分離は見られない。
Ａ：上部にオイル層がわずかに見られる。
Ｂ：上部にオイル層が見られるが、軽く振ると均質に戻る。
Ｃ：下層に水層が見られる。
Ｄ：下層に水層が顕著に見られる。
【００３３】
［製造例１］
アクリル酸４０部、ステアリルアクリレート４０部、１，６−ヘキサンジアクリレート１０部、フェノキシエチルアクリレート１０部を、トルエン１００部およびイソプロパノール２００部中でアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）を触媒として用い、窒素気流下で７０℃３時間かけて、攪拌しながら重合した。さらに３０分おきに２回ＡＩＢＮを少量加えて反応させ、残存モノマーを減少させ、アクリル樹脂溶液を得た。得られたアクリル樹脂溶液は、固形分２５％、粘度６５．０ｍＰａ・ｓであり、このアクリル樹脂は吸水性樹脂骨格と親油性骨格とを有する両親媒性物質であった。
【００３４】
［製造例２］
アクリル酸３０部、ステアリルアクリレート６０部、１，６−ヘキサンジアクリレート１０部をヘプタン１００部およびイソプロパノール２００部中でアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）を触媒として用い、窒素気流下で７０℃３時間かけて、攪拌しながら重合した。さらに３０分おきに２回ＡＩＢＮを少量加えて反応させ、残存モノマーを減少させ、アクリル樹脂溶液を得た。得られたアクリル樹脂溶液は、固形分２５％、粘度３０．０ｍＰａ・ｓであり、このアクリル樹脂は吸水性樹脂骨格と親油性骨格とを有する両親媒性物質であった。
【００３５】
［実施例１］
Ａ重油（粘度６ｍＰａ・ｓ）９５．５ｇ、水５０．０ｇに対して、製造例１で合成したアクリル樹脂溶液６．０ｇ（固形分１．５ｇ）を加え、ホモジナイザーを用いて１０，０００ｒｐｍで１分間攪拌したところ、粘度５２．５ｍＰａ・ｓ（＝５２．５ｃＰ）の薄く着色したエマルジョンが得られた。エマルジョンのｐＨは４．２４であった。得られたエマルジョンを蓋付きのガラス瓶に移し、経時変化を観察した。
【００３６】
［実施例２］
Ａ重油（粘度６ｍＰａ・ｓ）９７．０ｇ、水５０．０ｇに対して、製造例１で合成したアクリル樹脂溶液４．０ｇ（固形分１．０ｇ）を加え、ホモジナイザーを用いて１０，０００ｒｐｍで１分間攪拌したところ、粘度３４．０ｍＰａ・ｓの薄く着色したエマルジョンが得られた。エマルジョンのｐＨは４．７５であった。得られたエマルジョンを蓋付きのガラス瓶に移し、経時変化を観察した。
【００３７】
［実施例３］
Ａ重油（粘度６ｍＰａ・ｓ）９９．１ｇ、水１０．０ｇに対して、製造例１で合成したアクリル樹脂溶液１．２ｇ（固形分０．３ｇ）を加え、ホモジナイザーを用いて１０，０００ｒｐｍで１分間攪拌したところ、粘度１０．５ｍＰａ・ｓの薄く着色したエマルジョンが得られた。エマルジョンのｐＨは５．２２であった。得られたエマルジョンを蓋付きのガラス瓶に移し、経時変化を観察した。
【００３８】
［実施例４］
Ａ重油（粘度６ｍＰａ・ｓ）９９．７ｇ、水１０．０ｇに対して、製造例１で合成したアクリル樹脂溶液０．４ｇ（固形分０．１ｇ）を加え、ホモジナイザーを用いて１０，０００ｒｐｍで１分間攪拌したところ、粘度９．５ｍＰａ・ｓの薄く着色したエマルジョンが得られた。エマルジョンのｐＨは５．５５であった。得られたエマルジョンを蓋付きのガラス瓶に移し、経時変化を観察した。
【００３９】
［実施例５］
Ａ重油（粘度６ｍＰａ・ｓ）８５．０ｇ、水１００．０ｇに対して、製造例１で合成したアクリル樹脂溶液２０．０ｇ（固形分５．０ｇ）を加え、ホモジナイザーを用いて１０，０００ｒｐｍで１分間攪拌したところ、粘度１６．５ｍＰａ・ｓの薄く着色したエマルジョンが得られた。エマルジョンのｐＨは３．８であった。得られたエマルジョンを蓋付きのガラス瓶移し、経時変化を観察した。
【００４０】
［比較例１］
Ａ重油（粘度６ｍＰａ・ｓ）１００．０ｇ、水５０．０ｇに対して、非イオン性界面活性剤である「レオドール」ＳＰ−Ｏ３０Ｖ（花王（株）製）１．５ｇを加え、ホモジナイザーを用いて１０，０００ｒｐｍで１分間攪拌したところ、粘度４１．５ｍＰａ・ｓの薄く着色したエマルジョンが得られた。エマルジョンのｐＨは５．７０であった。得られたエマルジョンを蓋付きのガラス瓶に移し、経時変化を観察した。
【００４１】
［比較例２］
Ａ重油（粘度６ｍＰａ・ｓ）１００．０ｇ、水５０．０ｇに対して、下記一般式で表されるポリオキシエチレン硬化ひまし油の誘導体のうちエチレンオキシドの平均付加モル数Ｅが１０である誘導体（ＨＣＯ−１０）１．５ｇを加え、ホモジナイザーを用いて１０，０００ｒｐｍで１分間攪拌したところ、粘度２０．５ｍＰａ・ｓの薄く着色したエマルジョンが得られた。エマルジョンのｐＨは６．１１であった。得られたエマルジョンを蓋付きのガラス瓶に移し、経時変化を観察した。
【化１】
0005537958.tif 000002
【００４２】
表１および図１〜７に、実施例１〜５および比較例１、２で得られたエマルジョンの安定性試験の結果を示す。図１〜７は、エマルジョンの安定性試験での写真であり、各図において、（ａ）は室温で１時間後、（ｂ）は８０℃の環境下に１０分間放置してから室温で１時間後、（ｃ）は３８℃の環境下に３日間放置した後、（ｄ）は３８℃の環境下に１か月間放置した後である。
【００４３】
実施例１（図１）、比較例１（図６）および比較例２（図７）は、Ａ重油と水との比率および両親媒性物質の添加量（固形分）を揃えた例である。組成比が同等の場合、吸水性樹脂骨格と親油性骨格を有している両親媒性物質を使用した実施例１では、比較例に比べ、エマルジョンの安定性が優れていることがわかる。特に、３８℃の環境下で３日間放置した後のエマルジョンの安定性において、比較例１および２では、下層に水層が見られる。水層が顕著に見られるということは、エマルジョンが崩壊して水が分離されていることを意味する。実施例１では、３８℃で１ヶ月放置したサンプルにおいても、水層はわずかであり、攪拌等の作用を加えることで、長期に亘り安定な分散状態を維持することが期待できる。
【００４４】
実施例２（図２）は、実施例１に比べて両親媒性物質の添加量が少ない例である。実施例２は、実施例１に比べると長期間での安定性は若干劣る。３８℃の環境下での３日後において、上層にオイル層は見られるものの、このオイル層は、瓶を軽く振ると消失し、容易に分散状態に戻る。実施例３（図３）および実施例４（図４）は、水の比率が小さい例である。安定性評価の１時間放置後の（ａ）および（ｂ）において、上層にオイル層が見られ、３８℃の環境下で３日間放置後では、Ａ重油本来の色が現れている。これは、水が取り込まれたエマルジョンが沈降した状態となっているからであると考えられる。
【００４５】
実施例３および実施例４では、３８℃の環境下で３日および１ヶ月放置したサンプルにおいても、攪拌等の作用を加えることで、長期に亘り安定な分散状態を維持することが期待できる。実施例５（図５）は、水の比率が大きい例である。３８℃の環境下で３日間放置後、下層に水が出ている。同じく１か月後では、上部にオイル層が見られ、下層の水層の割合が増加している。水の比率の大きいこの系は、本来はＷ／Ｏ型エマルジョンとしては、安定的に存在しにくい。しかし、オイル層と水層以外の液の色には殆ど変化が見られず、また、前記１ヶ月後のサンプルを数回振ると、再度、薄く着色したエマルジョンになった。
【００４６】
【表１】
0005537958.tif 000003
【００４７】
［実施例６〜１２］
（電解質の添加、ｐＨ変化時の安定性変化について）
Ａ重油（粘度６ｍＰａ・ｓ）６５．８ｇ、水３０ｇに対して、製造例１で合成したアクリル樹脂溶液４ｇ（固形分１ｇ）および非イオン性界面活性剤である「レオドール」ＳＰ−Ｏ３０Ｖ（花王（株）製）（添加剤Ａ）０．２ｇを加えた。水としては、蒸留水（実施例６）、０．１％食塩水（実施例７）、０．５％食塩水（実施例８）、３．０％食塩水（実施例９）、ｐＨがそれぞれ４、７、９．５の電解水（実施例１０、１１、１２）を使用した。ホモジナイザーを用いて１０，０００ｒｐｍで１分間攪拌したところ、各々について薄く着色したエマルジョンが得られた。得られたエマルジョンを蓋付きのガラス瓶に移し、経時変化を観察した。表２に示すように、この条件においては、水に電解質が含まれていたり、ｐＨが変化した場合であっても、蒸留水と同等の安定性が得られていることがわかる。
【００４８】
【表２】
0005537958.tif 000004
【００４９】
［実施例１３〜１５、比較例３〜５］
表３に示す組成のＡ重油および水に、製造例２で合成した両親媒性物質であるアクリル樹脂溶液４ｇ（固形分１ｇ）をそれぞれ加え、ホモジナイザーを用いて１０，０００ｒｐｍで１分間攪拌し、３種類のエマルジョンを得た（実施例１３、１４、１５）。また、前記アクリル樹脂溶液に換えて、前記ＨＣＯ−１０を１ｇ加え、同様にして３種類のエマルジョンを得た（比較例３、４、５）。得られたエマルジョンを蓋付きのガラス瓶に移し、室温で１ヶ月後と、８０℃で１０分加熱後に室温で１ヶ月後のエマルジョンについて、経時変化を観察した。表３に示すように、製造例２の両親媒性物質を使用したエマルジョンでは、この条件で１ヶ月後であっても、下層に水層が見られなかった。ただし、実施例１４のエマルジョンは、両水準において、水層は見られなかったものの、水泡が観察された。一方、比較例のエマルジョンは、いずれの組成においても下層に水層が見られた。吸水性樹脂骨格と親油性骨格を有している両親媒性物質を使用した実施例では、比較例に比べ、エマルジョンの安定性が優れていることがわかる。
【００５０】
【表３】
0005537958.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のエマルジョン燃料は、分散状態の経時安定性および燃焼性に優れるため、ボイラー、発電機、燃焼炉、焼却炉等、幅広い用途に適用できる。また燃料として廃油を利用することも可能であり、焼却炉用に使用すれば省エネ効果も得ることができる。
【図１】
0005537958.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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