(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ−アルキルアクリルアミド、架橋剤および促進剤を含有する水溶液に３５℃以上、窒素雰囲気下で、触媒を添加し撹拌した後、注型と同時に架橋して得られる感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物において、Ｎ−ビニルピロリドンを共重合成分として用いたことを特徴とする感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
【請求項２】
主成分のＮ−アルキルアクリルアミドとして、アクリルアミド、Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを単独または併用して用いたことを特徴とする請求項１記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
【請求項３】
Ｎ−ビニルピロリドンの使用量がＮ−アルキルアクリルアミド１００重量部に対して０．１重量部〜１００重量部の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
【請求項４】
架橋剤がＮ，Ｎ'−メチレンビスアクリルアミドであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
【請求項５】
促進剤がテトラメチルエチレンジアミンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
【請求項６】
触媒が過硫酸アンモニウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
【請求項７】
Ｎ−アルキルアクリルアミド、架橋剤および促進剤を含有する水溶液に35℃以上、窒素雰囲気下で、触媒を添加し撹拌した後、注型と同時に架橋する感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法において、Ｎ−ビニルピロリドンを共重合成分として用いることを特徴とする感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
【請求項８】
主成分のＮ−アルキルアクリルアミドとして、アクリルアミド、Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを単独または併用して用いたことを特徴とする請求項７記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
【請求項９】
Ｎ−ビニルピロリドンの使用量がＮ−アルキルアクリルアミド１００重量部に対して０．１重量部〜１００重量部の範囲であることを特徴とする請求項７又は８記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
【請求項１０】
架橋剤がＮ，Ｎ'−メチレンビスアクリルアミドであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
【請求項１１】
促進剤がテトラメチルエチレンジアミンであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
【請求項１２】
触媒が過硫酸アンモニウムであることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物及びその製造方法に関し、詳細には、下水処理場や食品関連工場などから排出される難脱水性スラリーの脱水等に用いられる吸水性ゲル組成物及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場や食品関連工場から排出される難脱水性スラリーは、多くは、凝集剤、例えば、硫酸アルミニウム（硫酸バンド）、ポリ塩化ナトリウム（ＰＡＣ）の他、塩化第二鉄、ポリ鉄等の無機凝集剤やポリアクリルアミド等の有機高分子凝集剤が、単独または混合で、かつ種々の形態で用いられていて、微細粒子の凝集、粗大化が計られ、その後に、沈降による固液分離もしくは圧搾などの機械的な圧力により、凝集体からの脱水が行われている。
【０００３】
しかしながら、上記の無機凝集剤を用いると、アルミニウムや鉄イオンが水酸化物となって、凝集体を生成するため、水分を多く含むことにより、脆弱な凝集体を形成することになる。
また、高分子凝集剤を用いると、親水性の高分子が微細粒子間に架橋的吸着して凝集体を生成するが、この際に、多量の水を包含することから、その後の固液分離を困難にするという不都合があった。
このため、固液分離を行うに際しては、固液分離を容易にするための濾過剤及び濾過助剤選択が重要で、これらの要件を充足した、強固で且つ脱水性の容易な技術が望まれていた。
【０００４】
このような要望から、転移温度以下では吸水し、転移温度以上では排水する機能を有する感温性を有する多孔質吸水性ゲルを用いることによって、下水処理場や食品関連工場などから排出される難脱水性スラリーの機械的脱水処理法に代わる新しい概念の脱水法が期待されている。
また、ポリＮ−イソプロピルアクリルアミドからなり、転移温度を境に親水性から疎水性に変わる感温性ポリマーまたは感温性を有する多孔質吸水性ゲルを用いた固液分離技術が発明されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２３７５０６号公報（第１−２頁）
【特許文献２】
特願２００１−２９８６００号公報（第１−２頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のポリＮ−イソプロピルアクリルアミドからなる感温性ポリマーの場合は、有機スラリーと顆粒状の感温性ポリマーの分離が困難であり、感温性を有する多孔質吸水性ゲルを用いたものでも、ゲル表面の平滑性とゲル強度の不足により感温性を有する多孔質吸水性ゲルと有機スラリーの分離が不充分であった。また、ゲル強度を上げるためには水溶液に溶解するモノマー濃度を上げる必要があるが、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドは水１００重量部に対して１５重量部程度しか溶解せず、有機スラリーと分離可能な強度の感温性を有する多孔質吸水性ゲルを得ることができなかった。
本発明は、従来の技術の不足点を克服し、下水処理場や食品関連工場などから排出される難脱水性スラリーの脱水等に用いられる容易に有機スラリーと分離できる感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来の技術の不足点を克服すべく鋭意検討の結果、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドとＮ−ビニルピロリドンを共重合させて得られた感温性を有する多孔質吸水性ゲルが、Ｎ−ビニルピロリドンを共重合させることで摩擦係数が小さくなり平滑性に優れ、Ｎ−ビニルピロリドンを添加することで水に対するＮ−イソプロピルアクリルアミドの溶解度が増大し強度の大きい感温性を有する多孔質吸水性ゲルを得られ、容易に有機スラリーとゲルを分離できることを見いだし、本発明を成すに至った。
即ち本発明は、以下の通りである。
【０００８】
（１）Ｎ−アルキルアクリルアミド、架橋剤および促進剤を含有する水溶液に３５℃以上、窒素雰囲気下で、触媒を添加し撹拌した後、注型と同時に架橋して得られる感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物において、Ｎ−ビニルピロリドンを共重合成分として用いたことを特徴とする感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
（２）主成分のＮ−アルキルアクリルアミドとして、アクリルアミド、Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを単独または併用して用いたことを特徴とする前記（１）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
【０００９】
（３）Ｎ−ビニルピロリドンの使用量がＮ−アルキルアクリルアミド１００重量部に対して０．１重量部〜１００重量部の範囲であることを特徴とする前記（１）又は（２）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
（４）架橋剤がＮ，Ｎ'−メチレンビスアクリルアミドであることを特徴とする前記（１）〜（３）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
（５）促進剤がテトラメチルエチレンジアミンであることを特徴とする前記（１）〜（３）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
（６）触媒が過硫酸アンモニウムであることを特徴とする前記（１）〜（３）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物。
【００１０】
（７）Ｎ−アルキルアクリルアミド、架橋剤および促進剤を含有する水溶液に35℃以上、窒素雰囲気下で、触媒を添加し撹拌した後、注型と同時に架橋する感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法において、Ｎ−ビニルピロリドンを共重合成分として用いることを特徴とする感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
（８）主成分のＮ−アルキルアクリルアミドとして、アクリルアミド、Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミドを単独または併用して用いたことを特徴とする前記（７）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
【００１１】
（９）Ｎ−ビニルピロリドンの使用量がＮ−アルキルアクリルアミド１００重量部に対して０．１重量部〜１００重量部の範囲であることを特徴とする前記（７）又は（８）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
（１０）架橋剤がＮ，Ｎ'−メチレンビスアクリルアミドであることを特徴とする前記（７）〜（９）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
（１１）促進剤がテトラメチルエチレンジアミンであることを特徴とする前記（７）〜（９）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
（１２）触媒が過硫酸アンモニウムであることを特徴とする前記（７）〜（９）の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造方法。
【００１２】
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物は、Ｎ−アルキルアクリルアミドとＮ−ビニルピロリドンを共重合させることにより、平滑性とゲル強度に優れ、有機スラリーとの分離が容易な感温性を有する多孔質吸水性ゲルとすることができた。
詳細には、Ｎ−ビニルピロリドンを添加することでＮ−イソプロピルアクリルアミドの水に対する溶解度が増大し、ゲル強度を増大させることが可能となった。また、ゲル表面が滑らかになり、吸水後の脱水ケーキの掻き落としが容易となり、作業効率と感温性吸水ゲルの繰り返し使用回数が増大した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物およびその製造方法について詳細に説明する。
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物およびその製造方法に用いられるＮ−アルキルアクリルアミドとしては、特に限定されず、アクリルアミド、Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド等が挙げられ、これらを単独または併用して用いることができる。なお、アクリルアミド、Ｎ−ジメチルアクリルアミドを単独で用いた場合には、得られるゲル組成物が感温性を示さない場合がある。単独で用いることができる点でＮ−イソプロピルアクリルアミドが好ましい。
【００１４】
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物およびその製造方法に用いられるＮ−アルキルアクリルアミドとＮ−ビニルピロリドンの使用割合は、Ｎ−ビニルピロリドンがＮ−アルキルアクリルアミド１００重量部に対して０．１〜１００重量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは０．２〜２０重量部、さらに好ましくは０．５〜１５重量部の範囲である。
０．１重量部以下では吸水量増大効果がなくなり、１００重量部以上であると、転移温度以上でゲルの排水する速度が遅くなり、実用的でない。
【００１５】
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物およびその製造方法に用いられる架橋剤としては、特に限定されず、Ｎ，Ｎ'−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート等が挙げられるが、その中でも、Ｎ，Ｎ'−メチレンビスアクリルアミドが好ましい。
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物およびその製造方法に用いられる促進剤としては、特に限定されず、テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられるが、その中でも、テトラメチルエチレンジアミンが好ましい。
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物およびその製造方法に用いられる触媒としては、特に限定されず、過硫酸アンモニウム、ジクミルパーオキシド、ジ−ｔ−ブチルパーオキシド等が挙げられるが、その中でも、過硫酸アンモニウムが好ましい。
【００１６】
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造に用いられる、Ｎ−アルキルアクリルアミド、架橋剤および促進剤を含有する水溶液における、Ｎ−アルキルアクリルアミドの含有量としては、特に限定されないが、水１００重量部に対して、１〜５０ｗｔ％の範囲が好ましく、より好ましくは１０〜４０ｗｔ％、さらに好ましくは１５〜３０ｗｔ％の範囲である。
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造に用いられる、Ｎ−アルキルアクリルアミド、架橋剤および促進剤を含有する水溶液における、Ｎ−ビニルピロリドンの含有量としては、特に限定されないが、Ｎ−アルキルアクリルアミド１００重量部に対して、０．１重量部〜１００重量部の範囲が好ましく、より好ましくは０．３重量部〜２０重量部、さらに好ましくは０．５重量部〜１５重量部の範囲である。
【００１７】
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造に用いられる、Ｎ−アルキルアクリルアミド、架橋剤および促進剤を含有する水溶液における、架橋剤の含有量としては、特に限定されないが、０．００５重量部〜２０重量部の範囲が好ましく、より好ましくは０．０１重量部〜１０重量部、さらに好ましくは０．１重量部〜５重量部の範囲である。
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造に用いられる、Ｎ−アルキルアクリルアミド、架橋剤および促進剤を含有する水溶液における、促進剤の含有量としては、特に限定されないが、０．００１重量部〜１０重量部の範囲が好ましく、より好ましくは０．０１重量部〜１重量部、さらに好ましくは０．０５重量部〜０．５重量部の範囲である。
【００１８】
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の製造に使用される触媒の量としては、特に限定されないが、Ｎ−アルキルアクリルアミド１００重量部に対して０．０００１重量部〜５重量部の範囲が好ましく、より好ましくは０．００１重量部〜１重量部、さらに好ましくは０．００５重量部〜０．５重量部の範囲である。
【００１９】
本発明の感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物の大きさとしては、使用形態に応じて適宜選択されるものであり、特に限定されないが、０．００００１ｍ3〜１０ｍ3の範囲が好ましく、より好ましくは０．０００１ｍ3は〜５ｍ3、さらに好ましくは０．０１ｍ3〜１ｍ3の範囲である。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明について、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
下記配合の混合物を窒素雰囲気下、５０℃で６時間反応して、感温性を有する多孔質吸水ゲルを得た。
【００２１】
Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）      下記表１に示す量
Ｎ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）                    下記表１に示す量
Ｎ，Ｎ' −メチレンビスアクリルアミド（ＢＩＳ）        ０．９  ｇ
テトラメチルエチレンジアミン（ＴＭＥＤＡ）            ０．１１ｇ
過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）                          ０．０１ｇ
蒸留水                                            １００      ｇ
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１の配合１では、完全にモノマーが溶解せず白濁が発生した。配合１、配合５、配合６について、直径６ｍｍ、長さ３０ｍｍの円柱状のゲルを成形した。得られたゲルを７０℃に加温して完全に排水してから、１０℃〜７０℃の水の入った容器に１時間投入して、その後、ゲルを取り出し、直径を測定した結果を図１に示す。
同様の円柱状に成形したゲルを５０℃に加温して完全に排水してから、２０℃の冷水中に投入して、時間ごとにゲルの直径を測定し、ゲルの吸水速度を測定した結果を図２に示す。
【００２４】
また、吸水ゲルの摩擦係数を測定したところ、Ｎ−ビニルピロリドンを共重合させると、ゲル表面の滑らかさが増大し、摩擦係数は減少した。結果を下記表２に示した。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
配合５の厚さ６ｍｍゲルシートを作製し、２０ｃｍ2のゲルシート上に実際の無洗米製造工程で発生する含水率８９．１％の洗米排水５ｇを流し、２０℃での有機スラリーの含水率の経時変化を測定した。結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
また、配合１と配合５の各ゲルの強度を比較した。
強度の測定にはテンシロン万能試験機（ゴム圧縮）を用いた。測定条件は、ロードセル：５ＫＮ、圧縮速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ、チャートスピード：３００／ｍｉｎとした。
測定用のサンプルは、ゲルを平板状に成形したものから円柱状に打ち抜くことにより作成した。
上記の通り作成した測定サンプルは、以下の３通りの養生状態について測定した。
状態１；下記状態２のものを５０℃水浴にて６０分間エージングした後、室温（２３℃）まで下げて約１時間放置したもの。
状態２；測定サンプルを２３℃水浴にて、６０間分エージングしたもの（水浴から取出し直後に測定）。
結果を下記表４に示す。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、Ｎ−アルキルアクリルアミドとＮ−ビニルピロリドンを共重合させることにより、ゲル表面の滑らかさが増大し、摩擦係数は減少した。また、Ｎ−ビニルピロリドンを添加すると、Ｎ−アルキルアクリルアミドの水に対する溶解度が増大し、ポリマー濃度が高く、ゲル強度の大きい感温性を有する多孔質吸水性ゲル組成物を得ることができた。これにより、吸水性と作業性に優れた感温性吸水ゲルを得ることを可能とするものであり、下水処理場や食品関連工場などから排出される難脱水性スラリーの機械的脱水処理法に代わる新しい概念の脱水法への応用が期待されるので極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における温度によるゲル径の変化を示すグラフ。
【図２】実施例における時間によるゲル径の変化を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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