(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩水溶液中、該塩水溶液に可溶な高分子分散剤を共存させ、下記一般式（１）〜（３）で表されるカチオン性単量体から選択される二種を５〜９５モル％、下記一般式（４）で表されるアニオン性単量体５〜５０モル％及び非イオン性単量体０〜９０からなる単量体混合物を、攪拌下、分散重合することによって製造される粒径１００μｍ以下の微粒子分散液からなる両性水溶性高分子を、製紙スラッジに添加し処理することを特徴とする製紙スラッジの脱水方法。
【化１】
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一般式（１）
【化２】
0003819766.tif 000020
一般式（２）
【化３】
0003819766.tif 000021
一般式（３）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ７は水素又はメチル基、Ｒ８、Ｒ９は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ１０はベンジル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化４】
0003819766.tif 000022
一般式（４）
Ｒ１１は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＡはＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ１２は水素またはＣＯＯＹ２、Ｙ１あるいはＹ２は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【請求項２】
前記高分子分散剤が、イオン性であることを特徴とする請求項１に記載の製紙スラッジの脱水方法。
【請求項３】
前記塩水溶液を構成する塩が、少なくとも一種の多価アニオン塩を含有することを特徴とする請求項１に記載の製紙スラッジの脱水方法。
【請求項４】
前記一般式（１）〜（３）で表されるカチオン性単量体が各々、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物及びアクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウム塩化物であり、アニオン性単量体が（メタ）アクリル酸及び／又はイタコン酸であり、非イオン性単量体が（メタ）アクリルアミドであることを特徴とする請求項１に記載の製紙スラッジの脱水方法。
【請求項５】
下記一般式（１）〜（３）で表されるカチオン性単量体から選択される二種を５〜９５モル％、下記一般式（４）で表されるアニオン性単量体５〜５０モル％及び非イオン性単量体０〜９０の範囲に各々あり、かつ下記単量体中のカチオン性単量体総量のモル数をＣで表し、アニオン性単量体のモル数をＡで表したとき、ＣとＡが１．０≦Ｃ／Ａ≦６．０の関係にある単量体組成からなる両性水溶性高分子とアニオン性水溶性高分子を併用し、凝集処理することを特徴とする製紙スラッジの脱水方法。
【化１】
0003819766.tif 000023
一般式（１）
【化２】
0003819766.tif 000024
一般式（２）
【化３】
0003819766.tif 000025
一般式（３）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ７は水素又はメチル基、Ｒ８、Ｒ９は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ１０はベンジル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化４】
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一般式（４）
Ｒ１１は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＡはＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ１２は水素またはＣＯＯＹ２、Ｙ１あるいはＹ２は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【請求項６】
前記アニオン性水溶性高分子が、塩水溶液中、該塩水溶液に可溶な高分子分散剤を共存させ、前記一般式（４）で表されるアニオン性単量体５〜１００モル％及び非イオン性単量体０〜９５からなる単量体混合物を、攪拌下、分散重合することによって製造される粒径１００μｍ以下の微粒子からなる分散液であることを特徴とする請求項５に記載の製紙スラッジの脱水方法。
【請求項７】
前記高分子分散剤が、イオン性であることを特徴とする請求項６に記載の製紙スラッジの脱水方法。
【請求項８】
前記塩水溶液を構成する塩が、少なくとも一種の多価アニオン塩を含有することを特徴とする請求項６に記載の製紙スラッジの脱水方法。
【請求項９】
下記一般式（１）あるいは（２）で表されるカチオン性単量体と前記一般式（３）で表されるカチオン性単量体を５〜３５モル％、下記一般式（４）で表されるアニオン性単量体５〜４０モル％及び非イオン性単量体２０〜９０モル％の範囲に各々あり、かつ下記単量体のうちカチオン性単量体総量のモル数をＣで表し、アニオン性単量体のモル数をＡで表したとき、ＣとＡが１／４≦Ｃ／Ａ＜１の関係にある単量体組成からなる両性水溶性高分子と無機凝集剤及び／又は重縮合系高分子とを併用し凝集処理した後、脱水機により脱水することを特徴とする製紙スラッジの脱水方法。
【化１】
0003819766.tif 000027
一般式（１）
【化２】
0003819766.tif 000028
一般式（２）
【化３】
0003819766.tif 000029
一般式（３）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ７は水素又はメチル基、Ｒ８、Ｒ９は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ１０はベンジル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化４】
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一般式（４）
Ｒ１１は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＡはＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ１２は水素またはＣＯＯＹ２、Ｙ１あるいはＹ２は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製紙スラッジの脱水方法に関するものであり、詳しくは特定の二種のカチオン性単量体、アニオン性単量体及び非イオン性単量体を共重合することによって製造した両性水溶性高分子を汚泥に添加、混合し脱水機により脱水する製紙スラッジの脱水方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製紙スラッジや汚泥の脱水処理には、カチオン性高分子脱水剤が単独で使用されているが、両性水溶性高分子も使用されている。たとえば三級アミノ基を有する両性高分子脱水剤（特開昭６２−２０５１１２号公報）、三級と四級を含む両性高分子脱水剤（特開平３−１８９００号公報）などが開示されている。しかし、これらの両性高分子脱水剤は必ずしも十分に満足しうるものではない。すなわち従来のカチオン性高分子脱水剤に比べて凝集力はあるものの、必要添加量が多い、ケーキ含水率が高い、ろ布からのケーキの剥離性が悪いなど、改善すべき点が多い。
【０００３】
こうした中で、両性高分子脱水剤の改良も進められている。例えばジアルキルアミノエチルアクリレ−トとジアルキルアミノエチルメタアクリレ−トのそれぞれ四級アンモニウム塩基を両方含有する両性高分子も提案されていて、特開平３−２９３１００号公報は両方を含有し、特にメタクリレ−ト１〜５モル％を含有する両性高分子脱水剤が開示されている。また、特開平７−２５６２９９号公報は、メタクリレ−ト含有率の高く、カチオン性基含有率の高い両性高分子脱水剤が開示され、特開平７−２５６３００号公報は、アクリレ−ト含有率が高く、アニオン性基含有率の高い両性高分子脱水剤が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、古紙製造排水や機械パルプ製造排水に由来する製紙スラッジや、性状の変動にも対応して良好な濾水性と脱水性を発揮し、効率良く処理が可能な製紙スラッジの脱水方法を開発することである。すなわち具体的には、アクリレ−ト系四級アンモニウム塩基含有単量体あるいはメタクリレ−ト系四級アンモニウム塩基含有単量体とベンジル基を有する四級アンモニウム塩基含有単量体、さらにアニオン性単量と非イオン性単量体からなる両性水溶性高分子を用いた製紙スラッジの脱水方法の開発である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、以下のような発明に達した。すなわち本発明の請求項１の発明は、塩水溶液中、該塩水溶液に可溶な高分子分散剤を共存させ、下記一般式（１）〜（３）で表されるカチオン性単量体から選択される二種を５〜９５モル％、下記一般式（４）で表されるアニオン性単量体５〜５０モル％及び非イオン性単量体０〜９０からなる単量体混合物を、攪拌下、分散重合することによって製造される粒径１００μｍ以下の微粒子分散液からなる両性水溶性高分子を、製紙スラッジに添加し処理することを特徴とする製紙スラッジの脱水方法に関する。
【化１】
0003819766.tif 000002
一般式（１）
【化２】
0003819766.tif 000003
一般式（２）
【化３】
0003819766.tif 000004
一般式（３）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ７は水素又はメチル基、Ｒ８、Ｒ９は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ１０はベンジル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化４】
0003819766.tif 000005
一般式（４）
Ｒ１１は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＡはＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ１２は水素またはＣＯＯＹ２、Ｙ１あるいはＹ２は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【０００６】
請求項２の発明は、前記高分子分散剤が、イオン性であることを特徴とする請求項１に記載の製紙スラッジの脱水方法である。
【０００７】
請求項３の発明は、前記塩水溶液を構成する塩が、少なくとも一種の多価アニオン塩を含有することを特徴とする請求項１に記載の製紙スラッジの脱水方法である。
【０００８】
請求項４の発明は、前記一般式（１）〜（３）で表されるカチオン性単量体が各々、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物及びアクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウム塩化物であり、アニオン性単量体が（メタ）アクリル酸及び／又はイタコン酸であり、非イオン性単量体が（メタ）アクリルアミドであることを特徴とする請求項１に記載の製紙スラッジの脱水方法である。
【０００９】
請求項５の発明は、下記一般式（１）〜（３）で表されるカチオン性単量体から選択される二種を５〜９５モル％、下記一般式（４）で表されるアニオン性単量体５〜５０モル％及び非イオン性単量体０〜９０の範囲に各々あり、かつ下記単量体中のカチオン性単量体総量のモル数をＣで表し、アニオン性単量体のモル数をＡで表したとき、ＣとＡが１．０≦Ｃ／Ａ≦６．０の関係にある単量体組成からなる両性水溶性高分子とアニオン性水溶性高分子を併用し、凝集処理することを特徴とする製紙スラッジの脱水方法である。
【化１】
0003819766.tif 000006
一般式（１）
【化２】
0003819766.tif 000007
一般式（２）
【化３】
0003819766.tif 000008
一般式（３）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ７は水素又はメチル基、Ｒ８、Ｒ９は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ１０はベンジル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化４】
0003819766.tif 000009
一般式（４）
Ｒ１１は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＡはＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ１２は水素またはＣＯＯＹ２、Ｙ１あるいはＹ２は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【００１０】
請求項６の発明は、前記アニオン性水溶性高分子が、塩水溶液中、該塩水溶液に可溶な高分子分散剤を共存させ、前記一般式（４）で表されるアニオン性単量体５〜１００モル％及び非イオン性単量体０〜９５からなる単量体混合物を、攪拌下、分散重合することによって製造される粒径１００μｍ以下の微粒子からなる分散液であることを特徴とする請求項５に記載の製紙スラッジの脱水方法である。
【００１１】
請求項７の発明は、前記高分子分散剤が、イオン性であることを特徴とする請求項６に記載の製紙スラッジの脱水方法である。
【００１２】
請求項８の発明は、前記塩水溶液を構成する塩が、少なくとも一種の多価アニオン塩を含有することを特徴とする請求項６に記載の製紙スラッジの脱水方法である。
【００１３】
請求項９の発明は、下記一般式（１）あるいは（２）で表されるカチオン性単量体と前記一般式（３）で表されるカチオン性単量体を５〜３５モル％、下記一般式（４）で表されるアニオン性単量体５〜４０モル％及び非イオン性単量体２０〜９０モル％の範囲に各々あり、かつ下記単量体のうちカチオン性単量体総量のモル数をＣで表し、アニオン性単量体のモル数をＡで表したとき、ＣとＡが１／４≦Ｃ／Ａ＜１の関係にある単量体組成からなる両性水溶性高分子と無機凝集剤及び／又は重縮合系高分子とを併用し凝集処理した後、脱水機により脱水することを特徴とする製紙スラッジの脱水方法である。
【化１】
0003819766.tif 000010
一般式（１）
【化２】
0003819766.tif 000011
一般式（２）
【化３】
0003819766.tif 000012
一般式（３）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ７は水素又はメチル基、Ｒ８、Ｒ９は炭素数１〜３のアルキルあるいはアルコキシル基、Ｒ１０はベンジル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ、Ｂは炭素数２〜４のアルキレン基またはアルコキシレン基を表わす、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は陰イオンをそれぞれ表わす。
【化４】
0003819766.tif 000013
一般式（４）
Ｒ１１は水素、メチル基またはカルボキシメチル基、ＡはＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯあるいはＣＯＯ、Ｒ１２は水素またはＣＯＯＹ２、Ｙ１あるいはＹ２は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する両性水溶性高分子は、前記一般式（１）あるいは（２）で表されるで表されるカチオン性単量体と一般式（３）で表されるからカチオン性単量体を５〜９５モル％、前記一般式（４）で表されるアニオン性単量体５〜５０モル％及び非イオン性単量体０〜９０からなる。一般的な合成法は、これら単量体を水媒体中に溶解、混合し、その水溶液ｐＨを２〜５に調整した後、窒素雰囲気中、重合開始剤を添加し共重合する。重合方法は水溶液重合、油中水型重合、油中水型分散重合あるいは塩水溶液中分散重合などを用いることができるが、好ましい形態は、塩水溶液中分散重合品である。
【００１５】
重合反応的にみれば、一般式（１）で表されるメタクリレ−ト系四級アンモニウム塩含有単量体は一般式（２）で表されるアクリレ−トメタクリレ−ト系四級アンモニウム塩含有単量体に較べ反応性がやや低下していて、特に架橋剤を共存させ架橋処理を施した両性高分子を合成する場合には、メタクリレ−トは不利で、アクリレ−トのほうが重合反応も速やかに進むため、生産性、重合度の調節など長所が多い。そのため架橋性単量体との共重合による架橋反応も起き易く、架橋度の調節もしやすい。食品工業関係排水の余剰汚泥などをベルトプレスで脱水する場合は、この架橋性両性高分子が適している。前述のようにメタクリレ−ト系四級アンモニウム塩基含有単量体は、アクリレ−ト系四級アンモニウム塩基含有単量体に較べ反応性が低く高重合度品が得られにくい。しかし、α−炭素にメチル基が結合しているため、耐加水分解性がある、α−炭素に水素が結合していないため分岐構造が起き難く、その結果、架橋による高分子の不溶化が起き難い、適度な疎水性があるなど長所もある。この高分子は、たとえば下水消化汚泥や製紙スラッジなどに優れた脱水効果がある。
【００１６】
用いるカチオン性単量体のうち、一般式（１）で表される単量体は、ジアルキルアミノアルキルメタアクリレートのモノハロゲン化物による四級アンモニウム塩である。その例としては、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、メタアクリロイルオキシ２−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウム塩化物、メタアクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウム塩化物などがあげられる。
【００１７】
また一般式（２）で表されるカチオン性単量体は、ジアルキルアミノアルキルアクリレートのモノハロゲン化物による四級アンモニウム塩である。その例としては、アククリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、アクリロイルオキシ２−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウム塩化物、アクリロイルアミノプロピルトリメチルアンモニウム塩化物などがあげられる。
【００１８】
また一般式（３）で表されるカチオン性単量体は、ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートのベンジル基を有するモノハロゲン化物による四級アンモニウム塩である。その例とし（メタ）アクリロイルオキシ２−ヒドロキシプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルアミノプロピルジメチルベンジルアンモニウム塩化物あるいは（メタ）アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウム塩化物などがあげられる。
【００１９】
さらに一般式（４）で表されるアニオン性単量体の例としては、スルフォン基でもカルボキシル基でもさしつかいなく、両方を併用しても良い。スルフォン基含有単量体の例は、ビニルスルフォン酸、ビニルベンゼンスルフォン酸あるいは２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルフォン酸などである。またカルボキシル基含有単量体の例は、メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸あるいはｐ−カルボキシスチレンなどである。
【００２０】
非イオン性水溶性高分子を重合する場合は、アクリルアミドを使用することが最も好ましいが、アクリルアミド以外の非イオン性単量体を共重合しても良い。そのような例としてＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、酢酸ビニル、アクリロニトリル、アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、アクリロイルモルホリンなどがあげられる。
【００２１】
これら単量体のうち最も好ましい単量体の組み合わせとしては、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、アクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウム塩化物、アクリル酸及びアクリルアミド、あるいはアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、アクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウム塩化物、アクリル酸及びアクリルアミドである。
【００２２】
本発明で使用する両性水溶性高分子中のカチオン性単量体のモル比は、５〜９５モル％であり、好ましくは１０〜９０モル％であり、さらに好ましくは２０〜８０モル％である。アニオン性単量体のモル比は、５〜５０モル％が好ましく、さらに好ましくは１０〜５０モル％である。非イオン性単量体のモル比は、は０〜９０モル％であり、好ましくは０〜８０モル％である。これら両性水溶性高分子の分子量としては、１００万〜２０００万であり、好ましくは３００万〜１５００万である。
【００２３】
また、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミドやエチレングリコ−ル（メタ）アクリレ−トなどの多官能性単量体、あるいはＮ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミドやＮ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミドなど熱架橋性単量体を共重合して架橋や分岐した重合体を合成し、改質することも可能である。
【００２４】
本発明で使用する両性水溶性高分子中のイオン性基は、そのバランスを調節することにより特に効果を発揮する。すなわち、一般式（１）あるいは（２）で示されるカチオン性単量体と一般式（３）で示されるカチオン性単量体との総量が５〜９５モル％、アニオン性単量体５〜５０モル％及び非イオン性単量体０〜９０からなる範囲において、更に下記の条件を満たす場合である。すなわち、両性水溶性高分子中のカチオン性単量体総量のモル数をＣで表し、アニオン性単量体のモル数をＡで表したとき、
１．０≦Ｃ／Ａ≦６．０
この意味は、カチオン性単量体のモル数が、アニオン性単量体のモル数に対し等量から６倍であることを表す。一般的に両性水溶性高分子は、重合時、ｐＨを２〜５に調節し重合する。処理対象水に添加する希釈溶液もこのｐＨになるよう考慮されている。ｐＨ５〜８付近の処理対象水に添加すると、イオンコンプレクッスを生成し、見かけ分子量の増加など種々の効果を発現する。上記比率にあるとき最もイオンコンプレクッスを生成しやすく、両性水溶性高分子として好ましい。
たま、カチオン性単量体が過剰であるため全体としてカチオン性であり、アニオン性水溶性高分子と併用する場合も優れた効果を発現する。更に分子内にアニオン性基を有するため無機凝集剤とも相互作用し、無機凝集剤と併用しても優れた効果を発揮する。
【００２５】
また一般式（１）あるいは（２）で示されるカチオン性単量体と一般式（３）で示されるカチオン性単量体との総量が１０〜４０モル％、アニオン性単量体１０〜４０モル％及び非イオン性単量体２０〜８０からなる範囲において、更に下記条件を満たす場合である。すなわち両性水溶性高分子中のカチオン性単量体総量のモル数とアニオン性単量体のモル数を下記式で表したとき、
１／４≦Ｃ／Ａ＜１
の関係にあるとき、カチオン性の無機凝集剤あるいはカチオン性の重縮合系高分子と組み合わせて使用すると効果を発揮する。この場合、両性水溶性高分子は、全体としてアニオン性が過剰になっているのでカチオン性物質と組み合わせると、難脱水性の製紙スラッジの処理に効率良く脱水することができる。
【００２６】
重合条件は通常、使用する単量体や共重合モル％によって適宜決めていき、温度としては０〜１００℃の範囲で行う。重合開始はラジカル重合開始剤を使用する。これら開始剤は油溶性あるいは水溶性のどちらでも良く、アゾ系,過酸化物系、レドックス系いずれでも重合することが可能である。油溶性アゾ系開始剤の例としては、２、２’−アゾビスイソブチロニトリル、１、１’−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）、２、２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２、２’−アゾビス（２−メチルプロピオネ−ト）、４、４−アゾビス（４−メトキシ−２、４ジメチル）バレロニトリルなどがあげられ、水混溶性溶剤に溶解し添加する。
【００２７】
水溶性アゾ系開始剤の例としては、２、２’−アゾビス（アミジノプロパン）二塩化水素化物、２、２’−アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩化水素化物、４、４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸）などがあげられる。またレドックス系の例としては、ペルオクソ二硫酸アンモニウムと亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、トリメチルアミン、テトラメチルエチレンジアミンなどとの組み合わせがあげられる。さらに過酸化物の例としては、ペルオクソ二硫酸アンモニウムあるいはカリウム、過酸化水素、ベンゾイルペルオキサイド、ラウロイルペルオキサイド、オクタノイルペルオキサイド、サクシニックペルオキサイド、t-ブチルペルオキシ２−エチルヘキサノエ−トなどをあげることができる。これら開始剤の中で最も好ましいのは、水溶性アゾ開始剤である２、２’−アゾビス（アミジノプロパン）二塩化水素化物、２、２’−アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩化水素化物である。
【００２８】
本発明で使用する両性水溶性高分子は、どのような形態でも適用可能であるが、最も好ましい製品形態としては、塩水溶液中分散重合品である。この理由としては、塩水溶液中分散重合品を水に溶解した場合、水溶液品、粉末品あるいは油中水型エマルジョン重合品に較べ水溶液粘度が低く、製紙スラッジへの分散性が良好で、その結果吸着も効率的であり、他の重合品に較べても効果が上がる。
【００２９】
塩水溶液中に分散した高分子微粒子分散液からなる水溶性高分子は、特開昭６２−１５２５１号公報などを基本にして製造することができる。すなわち塩水溶液中で該塩水溶液に可溶な高分子からなる分散剤共存下で、攪拌しながら製造された粒系１００ｍμ以下の高分子微粒子の分散液を得ることができる。高分子分散剤は、非イオン性あるいはイオン性を用いるが、イオン性高分子が好ましい。例えばジメチルジアリルアンモニウム塩化物、（メタ）アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物の単独重合体や非イオン性単量体との共重合体を使用する。
【００３０】
上記イオン性高分子の分子量としては、５、０００から３００万、好ましくは５万から１５０万である。また、非イオン性高分子分の分子量としては、１，０００〜１００万であり、好ましくは１，０００〜５０万である。これら高分子分散剤の添加量としては、単量体に対して１／１００〜１／１０であり、好ましくは２/１００〜８／１００である。
【００３１】
塩水溶液を構成する無機塩類は、多価アニオン塩類が、より好ましく、硫酸塩又は燐酸塩が適当であり、具体的には、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、燐酸水素アンモニウム、燐酸水素ナトリウム、燐酸水素カリウム等を例示することができ、これらの塩を濃度１５％以上の水溶液として用いることが好ましい。
【００３２】
本発明の製紙スラッジの脱水方法は、両性水溶性高分子を添加、混合後、アニオン性水溶性高分子を添加、混合し処理することもできる。この処理方法は両性水溶性高分子単独では処理しにくい製紙白水には効果を発揮する。アニオン性水溶性高分子は、水溶液重合品、油中水型エマルジョン品、油中水型分散重合による粉末品などどのような形態でも使用可能であるが、塩水溶液中分散重合品が好ましい。塩水溶液中に分散した高分子微粒子分散液からなる水溶性高分子は、前述の方法によって製造することができる。分散剤も同様に塩水溶液中に可溶な高分子を使用する。非イオン性ではスチレン／無水マレイン酸共重合物あるいはブテン／無水マレイン酸共重合物の完全アミド化物などである。イオン性高分子が好ましく、特にこの場合はアニオン性高分子が好ましい。すなわちアニオン性高分子の例としては、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（塩）やスチレンスルホン酸（塩）などのアニオン性単量体の（共）重合体である。さらに非イオン性の単量体であるアクリルアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアクリルアミド、アクリロニトリル、ジアセトンアクリルアミド、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレ−トのなどとの共重合体も使用可能である。
【００３３】
上記分散剤として使用するイオン性高分子の分子量、単量体に対する添加量また塩水溶液を構成する無機塩類としては、両性水溶性高分子の場合と同様である。
【００３４】
アニオン性水溶性高分子を重合するため使用するアニオン性単量体は、スルフォン基でもカルボキシル基でも使用可能であり、両方を共重合しても良い。スルフォン基含有単量体の例は、ビニルスルフォン酸、ビニルベンゼンスルフォン酸あるいは２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルフォン酸などである。またカルボキシル基含有単量体の例は、メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸あるいはｐ−カルボキシスチレンなどである。また他の非イオン性の単量体との共重合体でも良い。例えば（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、酢酸ビニル、アクリロニトリル、アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルアセトアミド、アクリロイルモルホリンなどがあげられ、これら一種または二種以上との共重合が可能である。
【００３５】
アニオン性水溶性高分子の分散液を製造する場合のアニオン性単量体のモル比は、１〜１００モル％であり、好ましくは５〜１００モル％でり、さらに好ましく１０〜１００モル％である。また、分子量としては、１００万〜２０００万であり、好ましくは５００万〜１５００万である。
【００３６】
本発明の両性水溶性高分子が有効である対象汚泥としては、製紙スラッジであり、このスラッジに対して優れた脱水効果を発揮する。その他、生物処理後の有機汚泥である下水、し尿の消化汚泥、あるいは食品工業排水の余剰汚泥などである。これら汚泥は、本発明の両性水溶性高分子分散液を水に溶解し水溶液とした後、添加し、凝集させた後、ベルトプレス、フィルタ−プレス、デカンタ−あるいはスクリュ−プレスなどの脱水機により脱水する。
【００３７】
本発明で使用する両性水溶性高分子のスラッジあるいは汚泥への添加量としては、汚泥中の固形分に対し、両性水溶性高分子単独の場合、凡そ０．１〜５％であり、好ましくは０．３〜２％である。また、アニオン性水溶性高分子と併用する場合は、両性水溶性高分子が凡そ０．１〜３％であり、好ましくは０．２〜２％である。組み合わせるアニオン性水溶性高分子は、凡そ０．１〜３％であり、好ましくは０．２〜２％である。重縮合系高分子の場合は、０．１〜５％であり、好ましくは０．３〜３％である。また無機系凝集剤の場合は、０．２〜２％であり、好ましくは０．２〜１％である。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例および比較例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制約されるものではない。
【００３９】
（合成例１）撹拌器、温度計、還流冷却器、窒素導入管を備えた五つ口セパラブルフラスコに、イオン交換水１８５．７ｇ及び６０％水溶液アクリル酸１６．３ｇを仕込み、この中に３０％水溶液の水酸化ナトリウム１６．３ｇ（対アクリル酸９０当量％）を加え中和した。その後、分散剤としてアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物単独重合物（２０％水溶液、分子量１２０万）、３０ｇ（対単量体６．０％）、硫酸アンモニウム１２５．０ｇ、アクリルアミド５０％水溶液１９．２ｇ、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、８０％水溶液６５．６ｇ及びメタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、８０％水溶液３５．２ｇを仕込み、各々完全に溶解させた。また、重合度調節剤としてイソプロピルアルコール０．２ｇを加えた。内温を３３〜３５℃に保ち、３０分間窒素置換後、開始剤として２、２’−アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩化水素化物の１％水溶液４．０ｇ（対単量体０．１％）を加え重合を開始させた。開始２．５時間後、反応物はやや粘度の上昇が観測され、２５分間その状態が継続したが、その後すぐに収まり分散液に移行した。開始８時間後、前記開始剤溶液を１．０ｇ追加しさらに８時間重合を行った。得られた分散液のしこみ単量体濃度は２０％であり、ポリマ−粒径は１０μｍ以下、分散液の粘度は５１０ｍＰａ・ｓであった。また、静的光散乱法による分子量測定器（大塚電子製ＤＬＳ−７０００）によって重量平均分子量を測定した。この試料を試作−１とする。結果を表２に示す。
【００４０】
（合成例２）撹拌器、温度計、還流冷却器、窒素導入管を備えた五つ口セパラブルフラスコに、イオン交換水１８５．０ｇ及び６０％水溶液アクリル酸１５．４ｇを仕込み、この中に３０％水溶液の水酸化ナトリウム１５．４ｇ（対アクリル酸９０当量％）を加え中和した。その後、分散剤としてアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物単独重合物（２０％水溶液、分子量１２０万）、３０ｇ（対単量体６．０％）、硫酸アンモニウム１２５．０ｇ、アクリルアミド５０％水溶液１８．２ｇ、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、８０％水溶液６２．１ｇ及びアクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウム塩化物、８０％水溶液３９．９ｇを仕込み、各々完全に溶解させた。また、重合度調節剤としてイソプロピルアルコール０．２ｇを加えた。内温を３３〜３５℃に保ち、３０分間窒素置換後、開始剤として２、２’−アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩化水素化物の１％水溶液４．０ｇ（対単量体０．１％）を加え重合を開始させた。開始２．５時間後、反応物はやや粘度の上昇が観測され、１５分間その状態が継続したが、その後すぐに収まり分散液に移行した。開始８時間後、前記開始剤溶液を１．０ｇ追加しさらに８時間重合を行った。得られた分散液のしこみ単量体濃度は２０％であり、ポリマー粒径は１０μｍ以下、分散液の粘度は４５０ｍＰａ・ｓであった。また、静的光散乱法による分子量測定器（大塚電子製ＤＬＳ−７０００）によって重量平均分子量を測定した。この試料を試作−２とする。結果を表２に示す。
【００４１】
（合成例３）撹拌器、温度計、還流冷却器、窒素導入管を備えた五つ口セパラブルフラスコに、イオン交換水１６０５．０ｇ及び６０％水溶液アクリル酸１５．４ｇを仕込み、この中に３０％水溶液の水酸化ナトリウム１４．２ｇ（対アクリル酸９０当量％）を加え中和した。その後、分散剤としてアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物単独重合物（２０％水溶液、分子量１２０万）、２７．５ｇ（対単量体５．５％）、硫酸アンモニウム１２５．０ｇ、アクリルアミド５０％水溶液１６．８ｇ、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、８０％水溶液３８．３ｇ及びアクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウム塩化物、８０％水溶液７３．３ｇを仕込み、各々完全に溶解させた。また、重合度調節剤としてイソプロピルアルコール０．２ｇを加えた。内温を３３〜３５℃に保ち、３０分間窒素置換後、開始剤として２、２’−アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩化水素化物の１％水溶液２．０ｇ（対単量体０．０５％）を加え重合を開始させた。開始２．５時間後、反応物はやや粘度の上昇が観測され、３０分間その状態が継続したが、その後すぐに収まり分散液に移行した。開始８時間後、前記開始剤溶液を１．０ｇ追加しさらに８時間重合を行った。得られた分散液のしこみ単量体濃度は２０％であり、ポリマー粒径は１０μｍ以下、分散液の粘度は６００ｍＰａ・ｓであった。また、静的光散乱法による分子量測定器（大塚電子製ＤＬＳ−７０００）によって重量平均分子量を測定した。この試料を試作−３とする。結果を表２に示す。
【００４２】
（合成例４）撹拌器、温度計、還流冷却器、窒素導入管を備えた五つ口セパラブルフラスコに、イオン交換水１９２．０ｇ及び６０％水溶液アクリル酸１０．６ｇを仕込み、この中に３０％水溶液の水酸化ナトリウム８．８ｇ（対アクリル酸９０当量％）を加え中和した。その後、分散剤としてアクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物単独重合物（２０％水溶液、分子量１２０万）、３０ｇ（対単量体６．０％）、硫酸アンモニウム１２５．０ｇ、アクリルアミド５０％水溶液１０．６ｇ、アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、８０％水溶液５３．７ｇ及びメタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物、８０％水溶液３８．４ｇを仕込み、各々完全に溶解させた。また、重合度調節剤としてイソプロピルアルコール０．２ｇを加えた。内温を３３〜３５℃に保ち、３０分間窒素置換後、開始剤として２、２’−アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩化水素化物の１％水溶液４．０ｇ（対単量体０．１％）を加え重合を開始させた。開始２．５時間後、反応物はやや粘度の上昇が観測され、２５分間その状態が継続したが、その後すぐに収まり分散液に移行した。開始８時間後、前記開始剤溶液を１．０ｇ追加しさらに８時間重合を行った。得られた分散液のしこみ単量体濃度は２０％であり、ポリマー粒径は１０μｍ以下、分散液の粘度は５１０ｍＰａ・ｓであった。また、静的光散乱法による分子量測定器（大塚電子製ＤＬＳ−７０００）によって重量平均分子量を測定した。この試料を試作−４とする。結果を表２に示す。
【００４３】
（合成例５〜６）合成例４と同様な操作により、表１に示す組成により、塩水溶液中分散重合法を用い試作−５〜試作−６を合成した。結果を表２に示す。
【００４４】
（合成例７）合成例４と同様な操作により、表１に示す組成により、塩水溶液中分散重合法を用い試作−７を合成した。結果を表２に示す。
【００４５】
（合成例８）攪拌機、還流冷却管、温度計および窒素導入管を備えた４つ口５００ｍｌセパラブルフラスコに脱イオン水：１３１．７ｇ、６０％アクリル酸：５０．０ｇ、５０％アクリルアミド：１４０．３ｇを加え、３０重量％の水酸化ナトリウム８．３ｇによりアニオン性単量の１５モル％を中和した。この溶液に硫酸アンモニウム１３５．４ｇ、また２０質量％水溶液のアクリルアミド２-メチルプロパンスルホン酸重合体（分子量：２０万、２０当量％中和物）２５．０ｇ（対単量体５．０質量％）を添加した。その後、攪拌しながら窒素導入管より窒素を導入し溶存酸素の除去を行う。この間恒温水槽により２５℃に内部温度を調整する。窒素導入３０分後、０．２質量％のペルオキソニ硫酸アンモニウム及び亜硫酸水素アンモニウムの０．２質量％水溶液をそれぞれこの順で２．５ｇ（対単量体、４０ｐｐｍ）添加し重合を開始させた。重合開始後８時間たったところで前記開始剤をそれぞれ同量追加し、さらに１５時間重合を継続させ反応を終了した。この試作品を試作−８とする。この試作−８のアクリル酸／アクリルアミドのモル比は３０／７０であり、粘度は６１０ｍＰａ・ｓであった。なお、顕微鏡観察の結果、２〜２０μｍの粒子であることが判明した。結果を表２に示す。
【００４６】
（比較合成例１〜３）上記合成例と同様な操作により、表１に示す組成により、塩水溶液中分散重合法を用い比較−１〜３を合成した。結果を表２に示す。
【００４７】
【実施例１〜６】
製紙工場より排出される製紙スラッジを用い合成例−１〜６の両性水溶性高分子につき試験した。なお製紙スラッジの性状としては以下のようである。ｐＨ５．９０、全ｓｓ分２５，５００ｍｇ／Ｌ。前記スラッジ２００ｍｌをポリビ−カ−に採取し、塩水中分散液からなる両性水溶性高分子を対液１００ｐｐｍ添加し、ビ−カ−移し変え攪拌１０回行った後、Ｔ−１１７９Ｌの濾布（ナイロン製）により濾過し、４５秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥をプレス圧４Ｋｇ／ｍ2で１分間脱水する。その後ケ−キ自己支持性（脱水ケ−キの硬さ、含水率と関係）及びケ−キ含水率（１０５℃で２０ｈｒ乾燥）を測定した。結果を表３に示す。
【００４８】
【比較例１〜２】
実施例１〜６と同様な操作によって表２の比較合成例の試料、比較−１〜比較−２の両性水溶性高分子を用いて試験を行なった。結果を表３に示す。
【００４９】
【実施例７〜１２】
異なる製紙工場の製紙スラッジ、全ｓｓ濃度、３８，５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ６．０３を用い脱水試験を行った。製紙スラッジを２００ｍｌ採取し試作−１〜６をそれぞれ製紙スラッジの液量に５０ｐｐｍ添加し、ビ−カ−移し変え攪拌１０回行った後、合成例の塩水中分散重合品、アニオン性水溶性高分子、試作−８を製紙スラッジの液量に３０ｐｐｍ添加し、ビ−カ−移し変え攪拌１０回行った後、Ｔ−１１７９Ｌの濾布（ナイロン製）により濾過し、４５秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥をプレス圧４Ｋｇ／ｍ2で１分間脱水する。その後ケ−キ自己支持性（脱水ケ−キの硬さ、含水率と関係）及びケ−キ含水率（１０５℃で２０ｈｒ乾燥）を測定した。結果を表４に示す。
【００５０】
【比較例３〜４】
実施例７〜１２と同様な操作によって表２の比較合成例の試料、比較−１あるいは比較−２の両性水溶性高分子と試作−８のアニオン性水溶性高分子を組み合わせて試験を行なった。結果を表４に示す。
【００５１】
【実施例１３〜１５】
新聞及び雑誌に由来する古紙製造排水が混入する製紙スラッジ、全ｓｓ濃度、４１，５００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．２４、につき、製紙スラッジを２００ｍｌ採取し試作−１、試作−４及び試作−７をそれぞれをそれぞれ製紙スラッジの液量に７０ｐｐｍ添加し、ビ−カ−移し変え攪拌１０回行った後、重縮合系カチオン性凝集剤（Ｑ−１０１、ハイモ株式会社製）を製紙スラッジの液量に４０ｐｐｍ添加し、ビ−カ−移し変え攪拌５回行った後、Ｔ−１１７９Ｌの濾布（ナイロン製）により濾過し、４５秒後の濾液量を測定し、実施例１〜６と同様な試験操作により脱水試験を行った。添加量は対液１００ｐｐｍとして脱水試験を行った。結果を表５に示す。
【００５２】
【比較例５〜７】
実施例１３〜１５と同様な操作によって表２の比較合成例の試料、比較−１〜比較−３の両性水溶性高分子を用いて試験を行なった。結果を表５に示す。
【００５３】
【表１】
0003819766.tif 000014
ＤＭＱ：アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物
ＤＭＣ：メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩化物
ＡＢＣ：アクリロイルオキシエチルベンジルジメチルアンモニウム塩化物
ＡＡＣ：アクリル酸、ＡＡＭ：アクリルアミド：
【００５４】
【表２】
0003819766.tif 000015
分散液粘度：ｍＰａ・ｓ、分子量：万
【００５５】
【表３】
0003819766.tif 000016
３０秒後濾液量：ｍｌ、ケーキ含水率：質量％
脱水ケーキ硬さ：○＞△＞×の順に良いことを示す。
【００５６】
【表４】
0003819766.tif 000017
３０秒後濾液量：ｍｌ、ケーキ含水率：質量％
脱水ケーキ硬さ：○＞△＞×の順に良いことを示す。
【００５７】
【表５】
0003819766.tif 000018
３０秒後濾液量：ｍｌ、ケーキ含水率：質量％
脱水ケーキ硬さ：○＞△＞×の順に良いことを示す。