(57)【要約】【課題】水性媒体が配管内を流動する際の摩擦・抵抗を低減するための配管抵抗低減剤において、経時的な効果の減少が少なく、廃棄に際しての環境への負荷を小さくすることができ、また、充分な配管抵抗低減の効果を得ることのできる配管抵抗低減剤を提供する。また、これを含む水性媒体、特には、熱交換等のための循環液を提供する。【解決手段】下式（１）で表されるアミドアミンと、これを中和する酸とからなる。Ｒ１−ＣＯＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−ＮＲ２Ｒ３    （１）但し、Ｒ１：Ｃ＝８〜２４のアルキルまたはアルケニル基、Ｒ２およびＲ３：Ｃ＝１〜４のアルキル基、ｎ＝１〜４の整数。例えば、ステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミドやパルミチン酸ジメチルアミノプロピルアミドなどである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性液体が配管内を流動する際の摩擦・抵抗を低減する配管抵抗低減剤において、
下式（１）で表されるアミドアミンと、これに対して０．５〜３モル当量配合される酸とからなることを特徴とする配管抵抗低減剤。
Ｒ１−ＣＯＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−ＮＲ２Ｒ３    （１）
但し、Ｒ１：Ｃ＝８〜２４のアルキルまたはアルケニル基、
Ｒ２およびＲ３：Ｃ＝１〜４のアルキル基、
ｎ＝１〜４の整数。
【請求項２】
前記酸が、リン酸、塩酸、硫酸、酢酸、酪酸、クエン酸、乳酸、コハク酸、リンゴ酸、Ｌ−グルタミン酸、グリコール酸、アスパラギン酸、及びピロリドンカルボン酸よりなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の配管抵抗低減剤。
【請求項３】
ポリビニルピロリドン系重合体をさらに含むことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の配管抵抗低減剤。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の配管抵抗低減剤を含み、かつ、前記アミドアミンの含量が０．００５〜２０ｗｔ％であることを特徴とする配管内流動用の水性媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水性媒体が配管中を流動するにあたって管壁等から受ける摩擦・抵抗を減少させ、圧力損失を低減するための配管抵抗低減剤（ｄｒａｇ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）に関する。また、このような配管抵抗低減剤を含んだ水性媒体に関する。
【０００２】
ここでいう水性媒体には、単なる水の他に、エチレングリコール水溶液や塩水その他の水溶液、水性エマルションまたはスラリーが含まれる。水性媒体は、特には、熱交換等を行うための循環液である。なお、配管抵抗低減剤（ｄｒａｇ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）は、流れ促進剤（Ｓｔｒｏｅｍｕｎｇｓｂｅｓｃｈｌｕｅｎｉｇｅｒ）と同義である。
【０００３】
また、配管は、金属や樹脂のパイプに限らず、あらゆる管路を含むものとする。
【０００４】
【従来の技術】
配管を通じて水性媒体を輸送する際に管内に乱流とこれによる渦が生じる。すると管壁と水性媒体との摩擦・抵抗が上昇し、必要な輸送動力が大きくなるという問題を生じる。
【０００５】
この問題を解決するために、従前より、少量の高分子物質を水性媒体に添加しており、これにより摩擦抵抗を低減できることが一般に知られている。特には、配管抵抗低減剤として、高分子量のポリエチレンオキシド樹脂や、ポリアクリルアミドが一般に用いられている（非特許文献１）。これら高分子物質からなる抵抗低減剤は、消防用水の送出や水流ジェットによる切削等の用途に適している。
【０００６】
しかし、反応プラントにおける冷却水循環システムといった循環系の輸送システムにおいては、せん断力や熱酸化等により高分子物質の分子量が低下する。そのため、経時的に効果が減少するという問題があった。
【０００７】
この問題を解決するため、界面活性剤の形成するミセルを応用する方法が提案されている。例えば、セチルトリメチルアンモニウムサリシレートや、同様の化合物にパーフルオロアルキル基を含むものといった陽イオン性界面活性剤を用いることが提案されている（特許文献１〜２等）。また、オキシアルキル化第４アンモニウムその他の第４級アンモニウム塩を用いることも提案されている（特許文献３〜４等）。さらには、ｎ−ヘキサデシルジ（ヒドロキシエチル）アミンオキシドや、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロプレンラウリルジメチルアミンオキシドといった特定のアミンオキシドを用いることも提案されている（特許文献５〜６）。
【０００８】
【特許文献１】特公平４−６２３１号公報
【０００９】
【特許文献２】特開昭６０−１５８１４５号公報
【００１０】
【特許文献３】特開昭６０−１５２４４８号公報
【００１１】
【特許文献４】特公平５−４７５３４号公報
【００１２】
【特許文献５】特開昭６０−９９１９９号公報
【００１３】
【特許文献６】特開平１０−２９８５８５号公報
【００１４】
【非特許文献１】”Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｗａｔｅｒ  Ｓｏｌｕｌｂｌｅ  Ｇｕｍｓ  ａｎｄ  Ｒｅｓｉｎｓ”  ｅｄ．  ｂｙ  Ｒｏｂｅｒｔ  Ｌ．  Ｄａｖｉｄｓｏｎ，  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  １９８０，  ｐａｇｅｓ  ｏｆ  １６−１６，  １９−２３  ａｎｄ  １９−２４．
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１〜４のように四級アンモニウム塩を用いた場合、その殺菌作用が強く、廃棄に際して環境への負荷が大きいという問題がある。
【００１６】
一方、特許文献５〜６のようにアミンオキシドを用いる方法では、配管内の摩擦・抵抗を低減する効果が低いという問題がある。
【００１７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、水性媒体が配管内を流動する際の摩擦・抵抗を低減するための配管抵抗低減剤、及びこれを含む水性媒体であって、経時的な効果の減少を回避すべくミセルを形成するタイプのものにおいて、廃棄に際しての環境への負荷が小さく、かつ、充分な配管抵抗低減の効果が得られるものを提供しようとする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の配管抵抗低減剤は、水性液体が配管内を流動する際の摩擦・抵抗を低減するための配管抵抗低減剤において、下式（１）で表されるアミドアミンと、これを中和する酸とからなることを特徴とする。
【００１９】
Ｒ１−ＣＯＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−ＮＲ２Ｒ３    （１）
但し、Ｒ１：Ｃ＝８〜２４のアルキルまたはアルケニル基、
Ｒ２およびＲ３：Ｃ＝１〜４のアルキル基、
ｎ＝１〜４の整数。
【００２０】
上記構成により、経時的な効果の減少を回避すべくミセルを形成するタイプのものにおいて、廃棄に際しての環境負荷を小さくすることができ、また、充分な配管抵抗低減の効果が得られる。
【００２１】
好ましい態様においては、さらに、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）その他のポリビニルピロリドン系重合体を含む。
【００２２】
ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）系重合体を加えることで、界面活性剤と酸の高濃度溶液を均一化することができ、貯蔵安定性に優れる。また、あらかじめ均一化された組成物を調製することで、水性媒体に溶解する操作を簡便にすることができる。
【００２３】
本発明の水性媒体は、上記請求項１〜４のいずれかに記載の配管抵抗低減剤を含み、かつ、前記アミドアミンの含量が０．００５〜２０ｗｔ％であることを特徴とする。
【００２４】
０．００５ｗｔ％未満では配管抵抗低減効果が得られず、２０ｗｔ％を越えても添加量に比例した効果の上昇がなく経済的ではない。
【００２５】
アミドアミンの含量は、好ましくは０．０５〜２ｗｔ％、さらに好ましくは０．０５〜０．５ｗｔ％であり、このような範囲であると、得られる配管抵抗低減効果と、経済性との両方の観点から好ましいものとなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
上記式（１）で表されるアミドアミン（Ｒ１−ＣＯＮＨ−（ＣＨ２）ｎ−ＮＲ２Ｒ３）としては、例えば、ステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミドやパルミチン酸ジメチルアミノプロピルアミドなどが特に好ましいものとして挙げられる。
【００２７】
しかし、アミドを形成するためのカルボン酸（Ｒ１−ＣＯＯＨ）としては、ステアリン酸（Ｒ１：Ｃ＝１７）やパルミチン酸（Ｒ１：Ｃ＝１５）などに限らず、界面活性剤の製造に一般に用いられる脂肪酸であれば、いずれも使用可能である。すなわち、炭素数４〜２４のアルキル基またはアルケニル基（Ｒ１）の末端にカルボン酸基（ＣＯＯＨ）が結合したものであれば、天然物由来のもの、及び、有機合成により得られるもののいずれも使用可能である。
【００２８】
例えば、ラウリン酸（Ｒ１：Ｃ＝１１）、ミリスチン酸（Ｒ１：Ｃ＝１３）、オレイン酸（Ｒ１：Ｃ＝１７，１個の不飽和基）、リノール酸（Ｒ１：Ｃ＝１７，２個の不飽和基）、ベヘン酸（Ｒ１：Ｃ＝２０）、デカン酸（Ｒ１：Ｃ＝９）、オクタン酸（Ｒ１：Ｃ＝７）などを挙げることができる。
【００２９】
一方、３級アミン窒素に結合する２つの側鎖アルキル基（Ｒ２及びＲ３）は、炭素数１〜４の非分岐または分岐のものであり、両側鎖が同一でも異なるものであっても良い。側鎖アルキル基（Ｒ２及びＲ３）は、メチル、ｎ−プロピル、ｉｓｏ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉｓｏ−ブチル、及びｔｅｒｔ−ブチルよりなる群から２つ選ばれる任意の組み合わせである。
【００３０】
３級アミン窒素原子と、１級アミン窒素原子とを結ぶ炭素鎖（−（ＣＨ２）ｎ−）は、側鎖の飽和炭化水素基であって、炭素数が４以下のものである。
【００３１】
このようなアミドアミンに配合される酸は、アミドアミンを中和して充分な水溶性を付与するものである。水溶性の酸であれば、いずれも使用可能であり、無機酸であっても有機酸であっても良い。無機酸としては、リン酸、塩酸及び硫酸を挙げることができ、有機酸としては、酢酸、酪酸、クエン酸、乳酸、コハク酸、リンゴ酸、Ｌ−グルタミン酸、グリコール酸、アスパラギン酸、及びピロリドンカルボン酸を挙げることができる。これらを単独で、または任意に組み合わせて使用することができる。ここに挙げたような酸であれば、取り扱いが容易であり、廃棄処理も容易である。
【００３２】
中和用の酸の添加量は、上記（１）式のアミドアミンに対して、０．５〜３モル当量、好ましくは１〜２モル当量である。０．５当量未満では化合物（１）の中和度が低いため、水溶性が悪くなり、３モル当量を超えても溶解性は変化せず、添加効果が得られない。１〜２モル当量の範囲内であると、水溶性に優れるとともに、コスト増加その他の問題も生じない。
【００３３】
上記（１）式のアミドアミンに有機酸を配合した配管抵抗低減剤は、高濃度水溶液の形態に調製しておくのが好ましい。この際の高濃度水溶液の濃度は、アミドアミンの濃度が例えば１０〜３０重量％となるように調整することができる。
【００３４】
アミドアミンを水や塩水その他の水性媒体に溶解する方法は特に限定されないが、あらかじめ所定当量比の酸とともに高濃度溶液を調製しておき、この高濃度溶液の形で水性媒体に添加する方が、アミドアミンの溶解などの操作の点で有利である。
【００３５】
本発明の配管抵抗低減剤は、好ましい態様において、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）その他のポリビニルピロリドン系重合体を含む。これにより、アミドアミンと酸との高濃度溶液を均一化することができ、貯蔵安定性が優れたものとなる。また、あらかじめ均一化された高濃度溶液を調製することで、水性媒体に対する溶解操作を簡便に行うことができる。
【００３６】
ポリビニルピロリドン系重合体とは、Ｎ−ビニル−２−ピロリドンなどのビニルピロリドンの単独重合体または他のモノマーとの共重合体である。共重合する他のモノマーとしては、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、アクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基含有モノマー、アクリルアミドやその誘導体などを挙げることができる。ポリビニルピロリドン系重合体におけるビニルピロリドンの含量は、好ましくは４０％以上、特に好ましくは５０％以上である。ポリビニルピロリドン系重合体は、安全性や生体適合性が高いことで知られている。
【００３７】
単独重合体であるポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）は、一般に市販されており、市販品をそのまま用いることができる。アミドアミンに対するポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）等の配合量（アミドアミン：ＰＶＰ）は、重量比で、１０：１〜１：３である。１０：１未満では十分に均一化することが難しく、１：３を超えて添加しても効果にさらなる変化は見られない。
【００３８】
ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）等の分子量（Ｍｗ：重量平均分子量）は、特に問わないが、好ましくは１５０万以下、より好ましくは５０万以下である。重量平均分子量が１５０万を超えると粘度が高くなり、ハンドリングが悪くなる。なお、ここでいう重量平均分子量は、クロロホルムを溶媒とするＧＰＣ測定に基づき、ポリスチレン換算で求めたものである。
【００３９】
本発明の配管抵抗低減剤組成物には、さらに、必要に応じて他の成分を本発明の効果を損なわない範囲で添加することができる。それらの成分の具体例としては、水、エチレングリコール等の溶媒、アミン等の防錆剤、シリコーン等の消泡剤、グリセリン等の不凍剤、金属イオン等の抗菌剤、安息香酸等の防腐剤等が挙げられる。
【００４０】
本発明の水性媒体は、上記のような配管抵抗低減剤組成物を水系の媒体中に溶解ないし分散したものであり、水の他に、適当な塩や溶媒を含むことができる。
【００４１】
本発明の配管抵抗低減剤及び水性媒体は、媒体輸送において配管設備の低減、ポンプ所要動力の低減に有効である。特に、機械的劣化がなく、循環使用される液体中、例えば、各種工業プラントの加熱、冷却系、地域冷暖房システムで安定して利用できる。
【００４２】
次に、本発明の実施例及び比較例について、下記の表１を用いて説明する。
【００４３】
ここで用いたステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミド及びパルミチン酸ジメチルアミノプロピルアミドの合成は、ステアリン酸またはパルミチン酸と、ジメチルアミノプロピルアミンとを原料として、一般的な方法にてアミド化を行った。
【００４４】
アミド化する際には、触媒を用いずに行うこともでき、必要であればナトリウムメチラート、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ触媒、酸触媒、及び金属触媒が使用できる。
【００４５】
反応温度は、１２０〜２００℃とするのが外観の点で好ましく、さらに好ましくは１３０〜１８０℃である。反応時間は、１２時間までで充分である。なお、副生する水は、不活性ガスにより留去するのが好ましい。
【００４６】
反応の完結は、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）により確認した。
【００４７】
【表１】
2004300205.tif 000002
各実施例及び比較例では、単なる水（水道水）に、ステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミドを、酢酸またはグルタミン酸とともに所定量添加した。但し、実施例４では、これに代えて、パルミチン酸ジメチルアミノプロピルアミドを、酢酸とともに添加している。また、実施例５では、重量平均分子量５万のポリビニルピロリドンをアミドアミン２０重量部に対して７重量部の割合で添加した。
【００４８】
この添加の際、強力な撹拌により、表に示す濃度の均一な水溶液を、それぞれ調製した。ここで、実施例５のみ高濃度水溶液（アミドアミン基準で２０％）であり、下記の圧力損失の評価の前に、希釈を行った。
【００４９】
この後、まず、２４時間静置後の性状を肉眼により観察し、均一な透明溶液であるか、または２層分離しているかについて判定を行った。
【００５０】
次いで、温度調節装置により一定温度に保持された水性媒体を、ポンプで流量計を通して流し、内径１０ｍｍ、長さ１０ｍの配管中を流動させた。そして、この配管の始点に設置した圧力計と、配管の終点に設置した圧力計との読みから、圧力損失を求めた。
【００５１】
そして、各実施例及び比較例における圧力損失の程度について、比較例２における圧力損失を１００とする指数で表した。比較例２は、ステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミドの添加量が０．００１重量％（１０ｐｐｍ）であって、ミセル形成が、行われなかったか、または非常に不充分だったものである。
【００５２】
表１に示すように、実施例１では、ステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミド０．０５重量％（５００ｐｐｍ）と、これを中和する適量の酢酸とを加えた結果、均一で透明な水性媒体が得られ、圧力損失も比較例２に比べ５９％となり、充分に低減していた。
【００５３】
また、実施例２では、ステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミドの添加量を０．１重量％（１０００ｐｐｍ）と、実施例１の２倍とした結果、圧力損失が、比較例２の２７％となり、さらに顕著な圧力損失（配管抵抗）の低減効果が得られた。また、得られた水性媒体は、実施例１の場合と同様、均一で透明なものであった。
【００５４】
実施例３では、アミンアミド中和用の酸の種類を酢酸からグルタミン酸に変えた他は、実施例１と全く同様にして水性媒体を調製した。その結果、実施例１に比べ、圧力損失の低減効果は、少し低かったものの、ほぼ同様の結果が得られた。
【００５５】
一方、実施例４では、パルミチン酸ジメチルアミノプロピルアミドを０．０５重量％（５００ｐｐｍ）添加した。その結果、圧力損失の程度は、実施例２とほぼ同様であった。すなわち、アミドアミンをなす脂肪酸のアルキル鎖長は、圧力損失を低減する効果に、あまり影響しないということが知られた。
【００５６】
他方、比較例１では、中和用の酢酸の量を実施例１の１０％以下とした他は、実施例１と全く同様に水性媒体を調製した。その結果、アミドアミンの溶解が不充分で、静置後には、２層分離が見られた。また、表には示さないが、圧力損失の低減効果も、はなはだ不充分であった。
【００５７】
なお、比較例２は、前述したように、ステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミドの添加量が０．００１重量％（１０ｐｐｍ）であるため、圧力損失低減効果がほとんど見られなかった。
【００５８】
次ぎに、実施例５では、水性媒体を調製する前の高濃度水溶液を、同様に２４時間静置した後に、外観性状を観察した。高濃度水溶液中のアミドアミンの濃度は２０重量％であり、酸の種類及び、アミドアミンに対する酸の添加当量は、実施例１と全く同一である。ここで、特に、実施例５では、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）とアミドアミンとの重量比が１０：３．５となるように加えた。
【００５９】
その結果、ポリビニルピロリドンを加えた実施例５では、高濃度水溶液でも均一な透明溶液の状態が保たれた。また、圧力損失を測定すべく、アミンアミドの濃度が０．０５重量％（５００ｐｐｍ）になるまで希釈する操作も、実施例１の場合に比べて、かなり簡便に行うことができた。
【００６０】
なお、実施例５では、圧力損失が比較例２の場合の５６％となり、実施例１に比べて、若干だけ、さらに配管抵抗の低減が見られた。これは、高分子量のポリビニルピロリドンによる効果と考えられる。したがって、循環液としての長期使用後には、実施例１とほぼ同一になると考えられた。
【００６１】
【発明の効果】
経時的な効果の減少を回避すべくミセルを形成するタイプの配管抵抗低減剤（ｄｒａｇ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）において、廃棄に際しての環境負荷を小さくすることができ、また、充分な配管抵抗低減の効果を得ることができる。