水溶性高分子的溶解方法

專利名稱：水溶性高分子的溶解方法
技術領域：
本發明涉及水溶性高分子的溶解方法及水溶性高分子水溶液的制備裝置。
背景技術：
目前，聚丙烯酰胺等水溶性高分子制成稀薄的水溶液而被廣泛用于高分子凝聚劑、造紙用成品率提高劑、增稠劑、紙力增強劑等用途。水溶性高分子通常是以粉體或溶膠狀液體、乳液狀液體、鹽水分散體等較高濃度 (通常多為25質量％以上的情形)的液體形態供應于市場。因而，將這些水溶性高分子的粉體或液體用于上述各用途的情形下，通常將其進一步稀釋成希望的濃度的稀薄水溶液來使用。然而，為了將上述市售的水溶性高分子溶解于水而制成稀薄水溶液，需要30分鐘至數小時左右的較長時間，因而操作性差。而且，將水溶性高分子溶解得到的稀薄水溶液的高分子濃度低，因此，體積增大。因而，水溶性高分子的稀薄水溶液的制備裝置和制備的稀薄水溶液的貯存槽等要為大型的。其結果，這些裝置的設置面積增大。專利文獻1中記載有通過在水溶性高分子的油包水型乳液中混合稀釋水而將上述水溶性高分子溶解于水的方法。在該方法中，首先，在所述乳液中混合水以得到較高濃度的一次水溶液。然后，通過進一步加入稀釋水來制備所希望的濃度的稀薄的水溶性高分子水溶液。專利文獻1的情況下，利用上述稀釋方法可比較簡便地更徹底地稀釋水溶性高分子。然而，該方法是對水溶性高分子的油包水型乳液進行稀釋的方法。在形成乳液的油的存在成為問題的用途的情況下，不能采用該方法。專利文獻1 日本特開2001-213968號(專利權利要求書、第0004段)

發明內容
發明所要解決的問題本發明人對水溶性高分子的稀薄水溶液的制備方法進行了各種研究。即，本發明人對通過一步驟將水溶性高分子溶解于水中來制備目標濃度的水溶液的以往的方法的情況、或對以較高濃度的液體的狀態供給的水溶性高分子進一步通過一步驟進行稀釋來制備目標濃度的水溶液的以往的方法進行了研究(以下有時將上述通過一步驟將水溶性高分子溶解成目標濃度的常規的溶解方法簡記為常規溶解法)。其結果，本發明人發現用這些以往的方法得到的水溶性高分子溶液的粘度存在比水溶性高分子水溶液本來具有的粘度低的傾向。進而本發明人發現用以往的方法得到的水溶性高分子水溶液存在凝聚性等目標性能(實用性能)下降的傾向。另外，本發明人還發現用以往的方法得到的水溶性高分子水溶液存在保存穩定性差的傾向。該傾向特別在將礦物質水等低品質水用于水溶性高分子稀釋的情形中顯著。用于解決問題的手段本發明人為了闡明上述現象而進行了各種研究。其結果，想出了兩步驟溶解法，其中，首先，作為第一步驟，制備中濃度(0. 1 1質量％ )的水溶性高分子水溶液，然后，作為第二步驟，在就要使用水溶性高分子水溶液前將上述中濃度的水溶性高分子溶液稀釋成目標低濃度的水溶性高分子溶液。根據本發明的兩步驟溶解法，與通過一步驟將水溶性高分子直接溶解為目標濃度的常規的溶解方法(常規溶解法)相比較，得到的水溶性高分子水溶液可維持更高粘度，并且保存穩定性也良好。其結果，通過本溶解方法得到的水溶性高分子水溶液的實用性能也確實優異。本發明是基于上述發現而完成的。因而，本發明的目的在于，提供解決上述問題的水溶性高分子水溶液的制備方法及其制備裝置。實現上述目的的本發明涉及以下記載的內容。[1]、水溶性高分子的溶解方法，其特征在于，對于溶解有0. 3 1質量％的水溶性高分子的一次水溶液，在其使用時將其稀釋成2 30倍稀釋倍率的二次水溶液以供使用。[2]、如[1]中所述的水溶性高分子的溶解方法，其中，水溶性高分子為固體粉末。[3]、如[1]中所述的水溶性高分子的溶解方法，其中，水溶性高分子為陽離子性高分子或兩性高分子。W]、如[1]中所述的水溶性高分子的溶解方法，其中，使用管路混合器將一次水溶液稀釋成二次水溶液。[5]、水溶性高分子的溶解方法，其特征在于，具有一次水溶液制備工序，其中，制備溶解有0. 3 1質量％的水溶性高分子的一次水溶液，并將其儲存著直到使用時；和二次水溶液制備工序，其中，在使用水溶性高分子水溶液時，將上述儲存的一次水溶液稀釋成2 30倍稀釋倍率的二次水溶液以供使用。[6]、二次水溶液的使用方法，其中，將以[1]至[5]的任一項所述的溶解方法溶解的二次水溶液用于高分子凝聚劑或造紙成品率提高劑。[7]、水溶性高分子水溶液的制備裝置，其特征在于，其具有一次水溶液槽，其貯存溶解有0. 3 1質量％的水溶性高分子的一次水溶液；稀釋水供給管，其具有以規定流量輸送稀釋水的設備A ；管路混合器，其被安裝于上述稀釋水供給管；一次水溶液供給管，其連接上述一次水溶液槽與管路混合器的上游側，并且具有以規定流量將一次水溶液槽內的一次水溶液輸送到管路混合器的上游側的設備B ；控制部，其控制設備A、B的流量。發明效果本發明的水溶性高分子的溶解方法為，用水溶解固體狀的水溶性高分子或用水稀釋高濃度的水溶性高分子水溶液來預先制備中濃度(0. 3 1質量％ )的水溶性高分子的一次水溶液并儲存。然后，在使用的時期到來時，將上述儲存的一次水溶液稀釋成2 30 倍，制備目標低濃度的二次水溶液以用于各種用途。在水溶性高分子的溶解中，溶解固體狀高分子的情形下，需要長時間。但是，將預先溶解的中濃度的一次水溶液進一步稀釋來制備目標二次水溶液需要的時間短。因而，根據本發明的溶解方法，通過稀釋一次水溶液，可以在短時間制備所希望的濃度的二次水溶液。其結果，根據使用現場的目的或根據使用現場的操作條件的變化，可以簡單地且在短時間內制備任意濃度的稀釋水溶液。因而，本溶解方法可以容易地應對水溶性高分子水溶液的使用條件的變化。根據本發明的水溶性高分子的兩步驟溶解法，預先將水溶性高分子溶解成中濃度 (0. 3 1質量％ )來制備一次水溶液，使用時用水將一次水溶液稀釋成2 30倍。因而， 不必一次性制備大量的低濃度二次水溶液。其結果，不需要貯存大量的二次水溶液的大型貯存槽。即，即使在用地面積少的制備現場也可以采用本溶解方法。水溶性高分子以低于0. 3質量％的低濃度水溶液狀態保存時，溶液粘度下降。將該粘度下降了的水溶性高分子水溶液用作凝聚劑或抄紙成品率提高劑的情形下，可看到凝聚性、抄紙成品率提高性等降低的傾向。另外，用作溶劑的水為礦物質水、硬水、河水等低品質水的情況也同樣存在粘度下降的傾向。但是，當以0. 3質量％以上的中濃度的溶液狀態保存的情形下，水溶性高分子水溶液難以發生粘度下降。因而，根據本溶解方法，可以提供不使水溶性高分子溶液的粘度降低并可耐受長期使用的水溶性高分子水溶液。本發明的水溶性高分子水溶液的制備裝置的結構簡單，可以連續地制備任意低濃度的水溶性高分子水溶液。另外，改變水溶性高分子水溶液的濃度也簡單。


圖1是表示本發明的水溶性高分子水溶液的制備裝置的結構的一個例子的流程圖。附圖標記說明100水溶性高分子水溶液的制備裝置2稀釋水供給管A以規定流量輸送稀釋水的裝置4管路混合器X稀釋水的流動方向6 一次水溶液槽8 一次水溶液10 底壁12 一次水溶液供給管B輸送一次水溶液的裝置14控制部
具體實施例方式在本發明的水溶性高分子的溶解方法中，使用的水溶性高分子沒有特別限制，可以使用任意的水溶性高分子。作為本發明的水溶性高分子中的溶解方法中使用的水溶性高分子，優選將水溶性的陽離子性單體、陰離子性單體、非離子性單體均聚或共聚得到的水溶性高分子。其中，更優選以陽離子性單體為必要成分的陽離子性高分子及陽離子性單體與陰離子性單體為必要成分的兩性水溶性高分子。作為陽離子性單體，只要是具有自由基聚合性的陽離子性單體即可，在使用上沒有限制。可示例(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的叔鹽(鹽酸鹽、硫酸鹽等)。具體而言，作為(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯，可舉出(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙酯及(甲基)丙烯酸二乙基氨基-2-羥丙酯等。而且，作為陽離子性單體，可示例二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺的鹽酸鹽、硫酸鹽等叔鹽。作為二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺，可示例二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺。另外，還可例示(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的鹵化烷基加成物、鹵化芳基加成物等(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的季鹽。作為鹵化烷基加成物，有氯甲烷加成物等。作為鹵化芳基加成物，有芐基氯加成物等。另外，可例示二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺的鹵化烷基加成物、鹵化芳基加成物等季鹽。作為鹵化烷基加成物，可例示氯甲烷加成物。作為鹵化芳基加成物，可例示芐基氯加成物。其中，優選(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯的叔鹽或季鹽。再有，在本說明書中， 有時將甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯表示為(甲基)丙烯酸酯，并且，將甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺表示為(甲基)丙烯酰胺。作為陰離子性單體，只要是具有自由基聚合性的陰離子性單體即可，使用上沒有限制。作為陰離子性單體，可舉出不飽和羧酸及其鹽。具體而言，可舉出丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、衣康酸和馬來酸等。優選丙烯酸及甲基丙烯酸。作為上述不飽和羧酸的鹽，可舉出鈉鹽及鉀鹽等堿金屬鹽或銨鹽。作為非離子性單體，可舉出(甲基)丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酸甲氧基乙酯、丙烯酸丁氧基乙酯、丙烯酸乙基卡必醇酯、丙烯腈和乙酸乙烯酯等。其中，優選(甲基)丙烯酰胺。對于這些陽離子性單體、陰離子性單體和非離子性單體，通過均聚或將2種以上混合并聚合，可以制備水溶性高分子。作為水溶性高分子，優選如上所述以陽離子性單體為必要構成的水溶性高分子，或以陽離子性單體和陰離子性單體為必要構成的水溶性高分子。在制備水溶性高分子時，在使用陽離子性單體的情況下或使用陽離子性單體和陰離子性單體兩種單體的情況下，優選除上述單體外，還并用作為非離子性單體的(甲基)丙烯酰胺。通過并用非離子性單體，可以調節得到的水溶性高分子的各種物性。在并用陽離子性單體和(甲基)丙烯酰胺的情況下，(甲基)丙烯酰胺的并用比例優選為所有水溶性單體的1 90摩爾％、更優選為10 80摩爾％、特別優選20 60摩爾％。在并用陽離子性單體和陰離子性單體的情況下，(甲基)丙烯酰胺的并用比例優選為所有水溶性單體的5 80摩爾％、更優選10 70摩爾％、特別優選20 50摩爾％。水溶性高分子的重均分子量沒有特別限制，在用于高分子凝聚劑等的情形下，優選為100萬 2000萬，更優選為200萬 1000萬。水溶性高分子通常以高分子凝聚劑、高分子脫水劑、成品率提高劑、增稠劑等名稱市售。在本發明中，也可以利用這些市售的水溶性高分子。在本發明中，首先，使上述水溶性高分子溶解于水，制備0. 3 1質量％的中濃度的水溶性高分子的一次水溶液。作為溶解時使用的水沒有特別限制，可以使用自來水、礦物質水、工業水、蒸餾水、離子交換水、井水等。這些水中，優選金屬離子濃度低的中性水。作為溶解方法，優選邊攪拌邊在水中慢慢添加計算量的水溶性高分子進行溶解的方法。對于攪拌，可示例用葉輪的攪拌方法。溶解方法本身是公知的。溶解時間通常為30 分鐘以上，有時需要2 3小時左右。對于利用上述方法制備的一次水溶液，在該狀態下立即稀釋可制備二次水溶液。 或儲存一次水溶液一直到使用時期的到來。儲存方法沒有特別限制，例如容納于可防止雨水等混入的容器等中并保存在大氣環境中即可。一次水溶液中的水溶性高分子的濃度超過1質量％的情形下，水溶液的粘度高、 流動性差。其結果，容易使攪拌水溶液的攪拌機的負荷過大。且溶解水溶性高分子需要長時間。而且，一次水溶液的粘度高，因此在進行稀釋得到二次水溶液的情形中，稀釋需要較長時間。這種情形難以使用后述的管路混合器等。另一方面，一次水溶液的水溶性高分子的濃度低于0. 3質量％的情形下，可確認到該水溶性高分子水溶液隨時間的經過而發生粘度下降的傾向。然后，在制備一次水溶液后，立即或在儲存后使用時期到來時，將上述一次水溶液用水稀釋來使用。稀釋倍率優選2 30倍。作為稀釋水，可以直接使用制備一次水溶液時使用的水。優選在二次水溶液的制備中攪拌稀釋中的水溶性高分子水溶液。作為攪拌方法， 可舉出上述使用葉輪的方法等。作為優選的攪拌方法，有用管路混合器的攪拌方法。作為管路混合器，優選不帶可動部的靜態混合器。一次水溶液中的水溶性高分子以均一的狀態溶解于水，因此，一次水溶液的稀釋需要的時間短。根據處理的一次水溶液的量而不同，但是在使用具有葉輪的攪拌裝置情形下，通常可在5分鐘內、很多的情形下在1分鐘內均勻稀釋一次水溶液，從而得到二次水溶液。特別是在使用靜態混合器的情形下，在10秒鐘以內可稀釋。通過該稀釋可得到低濃度的二次水溶液。由后述的實施例的數據表明，與以一步工序將水溶性高分子直接溶解為所希望的濃度而得到的水溶性高分子水溶液的情況相比，利用上述溶解方法制備的二次水溶液粘度高且隨時間的經過其粘度下降也少。其結果，在將該二次水溶液用作凝聚劑或成品率提高劑等的情形下，顯示出凝聚效果提高和成品率提高等有利的性能。圖1表示可以適用于本水溶性高分子的溶解方法的水溶性高分子水溶液的制備裝置的一個例子。圖1中，100是水溶性高分子水溶液的制備裝置。在稀釋水供給管2中，沿稀釋水的流動方向X依次安裝有以規定流量供給稀釋水的設備A和管路混合器4。作為管路混合器，優選其內部具有攪拌漿并通過旋轉該攪拌翼攪拌流體的結構的管路混合器或靜態混合器。作為靜態混合器具有在圓筒管內部沿流動方向插入有多個折流板的結構。在靜態混合器內流動的流體反復經上述折流板分開，其結果，可混合流體。對于管路混合器本身，可以利用市售品。6是一次水溶液槽，其內部貯存有溶解有0. 3 1質量％的水溶性高分子的一次水溶液8。一次水溶液槽6的底壁10連接一次水溶液供給管12的一端，其另一端連接在上述管路混合器4的上游側。上述一次水溶液供給管12安裝有輸送一次水溶液的設備B，將一次水溶液8以規定流量供給到管路混合器4的上游側。14是控制設備A、B的輸送量的控制部，在該控制部14的控制下，設備A和B將任意規定的流量的稀釋水及一次水溶液8供給到管路混合器4。在該裝置中，通過改變設備A、B的流量，可從管路混合器4的出口側取出任意稀釋比例的二次水溶液。使用該裝置100制備二次水溶液的情形下，即使儲存中濃度的一次水溶液8的一次水溶液槽6的容積量小，但通過將其稀釋也可以得到量多的二次水溶液。因而，根據本發明的水溶性高分子的溶解方法，可減少裝置的安裝面積。其結果，本發明的水溶性高分子的溶解方法適用于以小規模使用二次水溶液的工廠或處理廠的情形。再有，在上述說明中，將設備A設置在管路混合器4的前段，但并不限定于此，也可以將設備A設置在管路混合器4的后段，此外，只要不改變本發明的宗旨，可以施加各種變形。實施例以下通過實施例具體說明本發明。本發明并不限定于這些實施例。研究例1 (溶解時間的研究)在研究水溶性高分子的溶解方法時，首先確認以下前提條件a)、b)。(a)利用本發明的兩步驟溶解法溶解水溶性高分子以制備一次水溶液所需要的溶解時間和利用常規溶解法通過一步驟溶解水溶性高分子以制備目標濃度的水溶性高分子水溶液所需要的溶解時間之間沒有大的差異；(b)使用一次水溶液制備二次水溶液的時間短且容易制備。用表1中記載的條件進行了確認試驗。即，用標記A G的水溶性高分子，利用常規溶解法制備了濃度0. 1質量％的水溶性高分子水溶液。此時，觀察了溶解開始后水溶性高分子水溶液對于時間經過的溶解狀態。另一方面，同樣地制備了 0. 5質量％、1. 0質量％、 1. 2質量％的一次水溶液。這時，與上述常規溶解法的情況同樣地，觀察了溶解開始后水溶性高分子水溶液對于時間經過的溶解狀態。將這些結果示于表2。[表1]表1溶解時間的研究條件
溶解水自來水500ml溫度25°C 士 1°C攪拌條件混凝試驗機/平型槳 18 Orpm一次溶解濃度0. 5質量°/ 、1. 0質量％、 1. 2質量％目標濃度0. 1質量％確認溶解完成的方法用83目的篩子過濾全部水溶性高分子水溶液時，歸子上沒有殘渣 (不溶物)(大約為5ml以下)。O:溶解、 Δ:稍有殘渣、 X:有可目測到的不溶解 [表 2]
表2溶解時間的測定結果
水溶性高分子溶解方法溶解濃度 [質量W溶解開始后的經過時間[分鐘]標記類別102030405060ADA系低陽離子常規0. 1XXχΔ〇〇一次0. 5XXXΔ〇〇一次1. 0XXXΔΔ〇一次1. 2XXXχχχBDA系中陽離子常規0. 1XΔ厶OO〇一次0. 5XΔΔOO〇一次1. 0XΔ厶ΔOO一次L 2Xχχχχχ
權利要求
1.水溶性高分子的溶解方法，其特征在于，對于溶解有0.3 1質量％的水溶性高分子的一次水溶液，在其使用時將其稀釋成2 30倍稀釋倍率的二次水溶液以供使用。
2.如權利要求1所述的水溶性高分子的溶解方法，其中，所述水溶性高分子為固體粉末。
3.如權利要求1所述的水溶性高分子的溶解方法，其中，所述水溶性高分子為陽離子性高分子或兩性高分子。
4.如權利要求1所述的水溶性高分子的溶解方法，其中，使用管路混合器將一次水溶液稀釋成二次水溶液。
5.水溶性高分子的溶解方法，其特征在于，具有一次水溶液制備工序，其中，制備溶解有0. 3 1質量％的水溶性高分子的一次水溶液，并將其儲存著直到使用時；和二次水溶液制備工序，其中，在使用水溶性高分子水溶液時，將所述儲存的一次水溶液稀釋成2 30倍稀釋倍率的二次水溶液以供使用。
6.二次水溶液的使用方法，其特征在于，將用權利要求1 5任一項所述的溶解方法溶解而成的二次水溶液用于高分子凝聚劑或造紙用成品率提高劑。
7.水溶性高分子水溶液的制備裝置，其具有一次水溶液槽，其貯存溶解有0.3 1質量％的水溶性高分子的一次水溶液；稀釋水供給管，其具有以規定流量輸送稀釋水的設備 A ；管路混合器，其被安裝于所述稀釋水供給管；一次水溶液供給管，其連接所述一次水溶液槽與管路混合器的上游側，并且具有以規定流量將一次水溶液槽內的一次水溶液輸送到管路混合器的上游側的設備B ；控制部，其控制設備A、B的流量。
全文摘要
本發明提供水溶性高分子的溶解方法，其特征在于，對于溶解有0.3～1質量％的水溶性高分子的一次水溶液，在其使用時將其稀釋成2～30倍稀釋倍率的二次水溶液，以供高分子凝聚劑、造紙用成品率提高劑、增稠劑、紙力增強劑等的用途。為將一次水溶液稀釋成二次水溶液，優選使用管路混合器4。通過采用所述溶解方法，可以提供在水溶性高分子水溶液的粘度不降低的情況下可耐受長期使用的水溶性高分子水溶液。
文檔編號B01D21/01GK102176960SQ20098014026
公開日2011年9月7日 申請日期2009年10月23日 優先權日2008年10月31日
發明者李巍, 森嘉男, 稻葉孝文, 都筑哲也 申請人:Mt奧科高分子株式會社