粉末からなるイオン性水溶性高分子とその製造方法およびその用途
【課題】 輸送コストや環境負荷の小さいイオン性の水溶性高分子とその製造法を提供することであり、凝集剤用途さらに詳しくは汚泥の脱水処理用途、製紙スラッジの脱水処理用途と製紙原料に添加して抄紙する方法に対して優れた機能を発揮するイオン性の水溶性高分子を提供する。
【解決手段】 界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を、乾燥工程を経ることによって造粒し製造したイオン性水溶性高分子であって、特定のイオン性を発現する粉末からなるイオン性水溶性高分子を提供することで本課題を解決できる。
【解決手段】 界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を、乾燥工程を経ることによって造粒し製造したイオン性水溶性高分子であって、特定のイオン性を発現する粉末からなるイオン性水溶性高分子を提供することで本課題を解決できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末からなるイオン性水溶性高分子とその製造方法および用途に関するものである。さらに詳しくは、特定のイオン性を発現する粉末からなるイオン性水溶性高分子とその製造方法および用途に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、イオン性の水溶性高分子は水分散性スラリーや水溶液の増粘剤、分散剤、紙力増強剤、汚泥脱水剤、製紙原料の歩留向上剤、抄紙時の濾水性向上剤などさまざまな分野で使用されており、その形態は、粉末、ペースト状水溶液、油中水型エマルジョンあるいは水性分散液など様々である。
【０００３】
汚泥の脱水処理の分野においては、汚泥の発生量の増加、汚泥性状の悪化による難脱水化が進んでおり、汚泥脱水性の改善、脱水ケーキの含水率の低下が強く求められており、製紙工業の分野では、古紙配合量の増加による原料事情の悪化、抄紙速度の増大による生産性の向上などが求められている。
【０００４】
このような要望に対し、イオン性の水溶性高分子は様々な改良が進められてきた。特許文献１には、架橋されたカチオン性の油中重合性分散体の汚泥への適用が例示されている。特許文献２には、電荷内包率３５％以上のビニル重合系架橋性水溶性イオン性高分子と、電荷内包率５以上、３５％未満のビニル重合系架橋性水溶性イオン性高分子を組み合わせた汚泥脱水剤としての適用が例示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、架橋された水溶性カチオン性の単量体重合物の油中水型エマルジョンを歩留向上剤および濾水性向上剤として抄紙工程に適用する方法が例示されている。
【０００６】
一方で、粉末状のイオン性水溶性高分子は、その他の形態のものと比較し疎水性溶媒、水あるいは分散剤といった不純物が少ない特徴があり、輸送コストや環境負荷の面で優位性があるが、改良の柔軟性が小さいといった欠点がある。
【０００７】
特許文献４には、カチオン性水溶性高分子の噴霧乾燥物について記載されており、特許文献５には、噴霧乾燥により得られた架橋されたカチオン性水溶性高分子と凝集剤としての適用が例示されている。
【０００８】
これらの噴霧乾燥で得られる粉末状のイオン性水溶性高分子について電荷内包率についての記載は無く、考慮の範疇外であることが明白である。また、一般的に油中水型エマルジョン状のイオン性水溶性高分子は水に溶解して使うことが多く、含まれる疎水性溶媒を都合よく分散させるためにＨＬＢ１０以上の界面活性剤を含有することが多いが、イオン性水溶性高分子の機能とは無関係であり、環境への負荷を高める一因である。
【特許文献１】特公平０８−１６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４３４６号公報
【特許文献３】特開平１０−１４０４９６号公報
【特許文献４】米国特許 第４０３５３１７号
【特許文献５】特表２００１−５１６７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、輸送コストや環境負荷の小さいイオン性水溶性高分子とその製造法を提供することであり、凝集剤用途さらに詳しくは汚泥の脱水処理用途、製紙スラッジの脱水処理用途と製紙原料に添加して抄紙する方法に対して優れた機能を発揮する粉末からなるイオン性水溶性高分子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討の結果、驚くべきことに特定のイオン性を発現する水溶性高分子が汚泥の脱水処理用途、製紙スラッジの脱水処理用途と製紙原料に添加して抄紙する方法に対して特に優れた機能を発揮し、界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を噴霧乾燥し造粒した粉末からなるイオン性の水溶性高分子が上記課題を解決するものであることを見出した。
【００１１】
すなわち請求項１の発明は、界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を、乾燥工程を経ることによって造粒し製造したイオン性水溶性高分子であって、イオン性水溶性高分子の電荷内包率が３５％以上９０％以下であることを特徴とする粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【００１２】
請求項２の発明は、前記乾燥工程が、噴霧乾燥であることを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【００１３】
請求項３の発明は、前記乾燥工程が、前記油中水滴型エマルジョン状液体を液状のまま直接乾燥することを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【００１４】
請求項４の発明は、前記イオン性水溶性高分子が、下記一般式（１）及び／または（２）で表わされる単量体５〜１００ｍｏｌ％、下記一般式（３）で表わされる単量体０〜５０ｍｏｌ％および水溶性の非イオン性単量体０〜９５ｍｏｌ％および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を共重合して得られることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【化１】
一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い。ＡはＯ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、Ｘ１−は陰イオンをそれぞれ表す。
【化２】
一般式（２）
Ｒ５、Ｒ６は水素又はメチル基、Ｒ７、Ｒ８は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２−は陰イオンをそれぞれ表す。
【化３】
一般式（３）
Ｒ９は水素またはＣＨ２ＣＯＯＹ２、Ｒ１０は水素、メチル基またはＣＯＯＹ２、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−であり、Ｙ１は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【００１５】
請求項５の発明は、ＨＬＢ値が１０以上の界面活性剤を含まないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【００１６】
請求項の発明は、６請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、汚泥に添加し凝集させ脱水機により脱水することを特徴とした汚泥の脱水方法である。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、製紙スラッジに添加し凝集させ脱水機により脱水することを特徴とした製紙スラッジの脱水方法である。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、抄紙前の製紙原料中に添加し使用することを特徴とした製紙方法である。
【００１９】
請求項９の発明は、無機及び／または有機のアニオン性物質と組み合わせて使うことを特徴とした、請求項８記載の製紙方法である。
【００２０】
請求項１０の発明は、前記アニオン性物質がコロイダルシリカあるいはベントナイトであることを特徴とする、請求項９記載の製紙方法である。
【００２１】
請求項１１の発明は、前記アニオン性物質が、下記一般式（３）で表わされる単量体３〜１００ｍｏｌ％と水溶性の非イオン性単量体の重合物であることを特徴とする、請求項９記載の製紙方法である。
【化３】
一般式（３）
Ｒ９は水素またはＣＨ２ＣＯＯＹ２、Ｒ１０は水素、メチル基またはＣＯＯＹ２、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−であり、Ｙ１は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
前記乾燥工程が、前記油中水滴型エマルジョン状液体を液状のまま直接乾燥することを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は、不純物の少ない粉末状の水溶性高分子であるため、輸送コストを低減することが可能であり、さらには輸送で生じる二酸化炭素の排出を低減することも可能である。また、油中水型エマルジョン状のイオン性水溶性高分子と比較し疎水性分散媒や界面活性剤の環境への排出量を削減できる。さらには、電荷内包率３５％以上の粉末からなるイオン性水溶性高分子であることから、凝集剤用途、詳しくは汚泥の脱水処理用途、製紙スラッジの脱水処理用途と製紙原料に添加して抄紙する方法に対して特に優れた機能を発揮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は、電荷内包率が３５％以上９０％以下であるイオン性の水溶性高分子である。ここで、カチオン性水溶性高分子および両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体のモル濃度の差が正である水溶性イオン性高分子の電荷内包率とは以下のように計算される。
電荷内包率[％]＝（１−α/β）×１００
αは酢酸にてｐＨ４．０に調整したイオン性水溶性高分子０．０１％水溶液をミューテック社製ＰＣＤ滴定装置（Ｍｅｕｔｅｋ ＰＣＤ ０３、Ｍｅｕｔｅｋ ＰＣＤ−Ｔｗｏ Ｔｉｔｒａｔｏｒ Ｖｅｒｓｉｏｎ２）により、滴下液：１／１０００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０秒、終点判定：０ｍｖにて滴定し、求めた滴定量である。βは酢酸にてｐＨ４．０に調整したイオン性水溶性高分子０．０１％水溶液に１／４００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を電荷の中和を行うに十分な量加え、十分に攪拌し、同様にＰＣＤ滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０秒、終点判定：０ｍｖにて滴定し、ブランク値とこの滴定量との差である。ブランク値とは酢酸にてｐＨ４．０に調整した前記１／４００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液と同量のポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を、同様にＰＣＤ滴定装置により滴下液：１／１０００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０秒、終点判定：０ｍｖにて滴定し、求めた滴定量である。
【００２４】
本発明において、両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体のモル濃度の差が負である水溶性イオン性高分子では、電荷内包率とは以下のように計算される。
電荷内包率[％]＝（１−α/β）×１００
αはアンモニアにてｐＨ１０．０に調整した水溶性イオン性高分子０．０１％水溶液をミューテック社製PCD滴定装置（Ｍｅｕｔｅｋ ＰＣＤ ０３、Ｍｅｕｔｅｋ ＰＣＤ−Ｔｗｏ Ｔｉｔｒａｔｏｒ Ｖｅｒｓｉｏｎ２）により、滴下液：１／１０００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて
滴定し、求めた滴定量である。βはアンモニアにてｐＨ１０．０に調整したイオン性水溶性高分子０．０１％水溶液に１／４００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液を電荷の中和を行うに十分な量加え、十分に攪拌し、同様にPCD滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて滴定し、この滴定量をブランク値から差し引いた値とする。ブランク値とはアンモニアにてｐＨ１０．０に調整した前記サンプルと同濃度のジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液を同様にPCD滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて滴定し、求めた滴定量である。
【００２５】
本発明におけるイオン性水溶性高分子の電荷内包率は、イオン性の発現効率に関するパラメーターであり、イオン性物質のポリビニルスルホン酸カリウムによる正滴定と逆滴定との間に大きな差が生じることが汚泥、製紙スラッジおよび製紙原料に添加した場合、効果との間に明確な相関が生じるものである。
【００２６】
電荷内包率３５％より小さいイオン性水溶性高分子を汚泥あるいは製紙スラッジに添加した場合、比較的低い添加量で凝集し含水率は低下するが、添加量の増大とともに汚泥あるいは製紙スラッジが再分散し、粘性を帯び、汚泥含水率が増大する。電荷内包率３５％以上のものを添加した場合、幅広い添加量範囲で添加の増大とともに巨大で強固なフロックを形成し、著しく汚泥あるいは製紙スラッジの含水率を低下させる。また、９０％より大きいものを添加した場合は、それ以外のものの数倍以上の薬品を添加せねば汚泥あるいは製紙スラッジの凝集挙動に全く寄与しない。
【００２７】
電荷内包率３５％より小さいイオン性水溶性高分子を製紙原料に添加し抄紙した場合、比較的低い添加量で緩やかに凝集し製紙原料の歩留率、濾水性は向上する。電荷内包率３５％以上のものを添加し抄紙した場合、より高シェアの混合条件で強固で緻密なフロックを形成し、特に製紙原料中の填料歩留率を向上させる。９０％より大きいものを添加した場合は、数倍以上の薬品を添加しても凝集挙動はそれ以外のものに大きく劣る。すなわち、好適な電荷内包率の範囲は３５％以上９０％以下の範囲である。
【００２８】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は、界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を噴霧乾燥し造粒し得ることが出来る。一般式（１）で表されるカチオン性単量体の例としては、例えばジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドやこれらのハロゲン化水素、硫酸、硝酸、有機酸等による中和塩、ハロゲン化アルキル、ベンジルハライド、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸等による四級化物、一般式（２）で表されるカチオン性単量体の例としては、ジメチルジ（メタ）アリルアンモニウム塩化物、ジ（メタ）アリルメチルベンジルアンモニウム塩化物等が挙げられ、単独で使用することも複数を同時に使用することも可能である。カチオン性単量体の量としては、重合後の水溶性高分子がカチオン性を有する範囲であれば特に制限は無いが、前記多官能性単量体を除く全単量体に対してカチオン性単量体の量が５〜９５ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。
【００２９】
前記多官能性単量体は複数の不飽和二重結合を複数有していれば特に制限はないが、Ｎ，Ｎ’−メチレンビス（メタ）アクリルアミド、トリアリルアミン、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、Ｎ−ビニル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。多官能性単量体の量としては、多官能性単量体を除く全単量体重量に対して０．１〜１００ｐｐｍの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、０．２〜５０ｐｐｍの範囲である。
【００３０】
本発明における単量体混合物水溶液は、上記単量体のほかに共重合可能なアニオン性単量体および／または水溶性の非イオン性単量体を含むことが出来る。一般式（３）で表されるアニオン性単量体の例としては、ビニルスルホン酸、ビニルベンゼンスルホン酸、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸、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が挙げられる。アニオン性単量体の量としては、前記多官能性単量体を除く全単量体に対して０〜５０ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。
【００３１】
水溶性の非イオン性単量体の例としては、（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、アクリロイルピペラジンなどが挙げられ、その量としては前記多官能性単量体を除く全単量体に対して０〜９５ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。
【００３２】
単量体水溶液混合物には前記単量体の他に、連鎖移動性を有する化合物を含むことが出来る。連鎖移動性を有する化合物の例としては、２−プパノール、２−メルカプトエタノール、メタリルスルホン酸ナトリウム、ギ酸ナトリウムなどが上げられ、目的とする重合物の組成、重合速度および分子量に応じて適宜添加する。
【００３３】
連続相を形成する水に非混和性有機液体としては、水と混合した際相分離を生じ、界面活性剤により乳化可能な有機液体であれば特に制限はないが、パラフィン類あるいは灯油、軽油、中油などの鉱油、あるいはこれらと実質的に同じ範囲の沸点や粘度などの特性を有する炭化水素系合成油、あるいはこれらの混合物があげられる。含有量としては、油中水型エマルジョン全量に対して２０重量％〜５０重量％の範囲であることが好ましい。
【００３４】
乳化に必要な界面活性剤の例としては、油中水型エマルジョンを形成するに有効な量とＨＬＢを有する少なくとも一種類の界面活性剤の例としては、ＨＬＢ３〜１０のノニオン性界面活性剤であり、その具体例としては、ソルビタンモノオレ−ト、ソルビタンジオレ−ト、ソルビタントリオレート、ソルビタンモノステアレ−ト、ソルビタンジステアレ−ト、ソルビタンモノラウレ−ト、ソルビタンジラウレ−ト、ソルビタンモノパルミテ−ト、ソルビタンジパルミテ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンステアリルエ−テル、ポリオキシエチレンラウリルエ−テル、ポリオキシエチレンセチルエ−テル、ポリオキシエチレントリデシルエ−テル、ポリオキシエチレンオレイルエ−テル、高分子非イオン性界面活性剤類などがあげられる。これら界面活性剤の添加量としては、油中水型エマルジョン全量に対して０．５〜１０重量％であり、好ましくは１〜５重量％の範囲である。
【００３５】
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。特に油中水型エマルジョン重合法を適用する場合は、２０〜８０℃、好ましくは２０〜６０℃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る。
【００３６】
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。
【００３７】
単量体の重合濃度は、乳化液重量に対して、２０〜５０重量％の範囲であり、好ましくは２５〜４０重量％の範囲であり、単量体の組成、重合法、開始剤の選択によって適宜重合の濃度と温度を設定する。これらの単量体を重合して得られるイオン性水溶性高分子の分子量は、好ましくは３００万〜２０００万の範囲である。
【００３８】
一般的な、イオン性水溶性高分子の油中水滴型エマルジョンを、凝集剤用途として水に溶解して使用する場合、親水性の強い両親媒性共重合物や親水性界面活性剤を添加して油の膜で被われたエマルジョン粒子が水になじみ易くし、中のイオン性水溶性高分子が溶解しやすくする処理を行い、水で希釈しそれぞれの用途に用いる。本発明における、油中水滴型エマルジョンにおいても、両親媒性共重合物および親水性界面活性剤を含有することも可能であるが、噴霧乾燥して得られる粉末を製造する場合、不純物が含まれることおよび、噴霧乾燥して得られる粉末を水に溶解して使用する場合、特にＨＬＢ値が１０以上の親水性界面活性剤を含有する場合、理由は明らかではないがおそらくは界面活性剤とカチオン性高分子が複合体を形成するために溶解速度が遅くなるので、含まない物のほうが好ましい。また油中水滴型エマルジョン状液体を液状のまま直接乾燥する場合、乾燥工程中に粒子同士が結着しやすくなり、粗大化し、後の粉砕工程において余分のエネルギーを費やし好ましくない。乾燥方法としては、通常の箱型乾燥機に一定時間保持し乾燥することも可能である。あるいはベルトコンベア上に油中水滴型エマルジョンを載せ、乾燥機の中を一定の滞留時間通し、乾燥することも可能である。乾燥温度は、低温で長時間乾燥するよりも、比較的高温で
短時間乾燥するほうが、不溶化などが起きにくい。すなわち１２０〜７０℃で
数分から数十分程度である。
【００３９】
本発明の汚泥の脱水方法は、請求項１〜３に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、汚泥に添加し凝集させ脱水機により脱水する方法である。汚泥の種類としては特に制限はなく、製紙排水、化学工業排水、食品工業排水などの生物処理したときに発生する余剰汚泥、あるいは都市下水の生汚泥、混合生汚泥、余剰汚泥、消化汚泥などの有機汚泥に使用することができる。
【００４０】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は、水に溶解した後、汚泥脱水および製紙スラッジに添加し凝集させ脱水機により脱水する方法である。汚泥脱水および製紙スラッジの脱水に用いる脱水機の種類としては特に制限はなく、ベルトプレス、スクリュープレス、ロータリープレス、フィルタープレスなどの圧搾脱水装置、または遠心分離機、真空濾過機などの圧力脱水装置が例として挙げられる。
【００４１】
本発明の汚泥の脱水方法および製紙スラッジの脱水方法において、特に好適に使用できる脱水機としては、請求項１〜３に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子の電荷内包率と脱水効果の挙動を考慮すると、電荷内包率が３５％以上９０％以下の範囲では、添加量の増大とともに巨大で強固なフロックを形成する特徴があり、それに伴って脱水の初期濾水量が増大することから、強固なフロックや初期脱水性能が要求されるスクリュープレス脱水機およびロータリープレス脱水機が挙げられる。
【００４２】
本発明の汚泥の脱水方法および製紙スラッジの脱水方法は、請求項１〜３に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子の他に有機もしくは無機の凝結剤を併用することが可能である。有機凝結剤の例としてはとしてはカチオン性を有する高分子が挙げられ（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クロリドといった、（メタ）アクリロイルオキシアルキルトリアルキルアンモニウムハライド類やジアリルジメチルアンモニウムクロリドといったジアリルアミン化合物などが挙げられ、無機凝結剤の例としては、ポリ塩化アルミニウムや塩化第二鉄、硫酸第二鉄といった金属塩が挙げられる。
【００４３】
本発明の製紙方法は、請求項１〜３に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、抄紙前の製紙原料中に添加し使用する方法である。製紙原料の種類に特に制限はなく、クラフトパルプ、ＢＫＰ、ＴＭＰ、ＤＩＰなどのパルプを用いることができ、電荷内包率が３５％以上９０％以下のイオン性水溶性高分子に対して、ＤＩＰなどの短繊維分を多いパルプ、ＴＭＰなどのアニオン性物質を多く含有するパルプ、あるいはパルプの他に填料を多く含む原料を用いる場合、特に好適である。
【００４４】
填料の種類は特に制限は無く、炭酸カルシウム、タルク、カオリン、酸化チタンなどが挙げられる。また、抄紙時のｐＨにも制限はなく酸性、中性条件での抄紙も可能である。本発明のイオン性水溶性高分子を用いる場合、特に炭酸カルシウムを多く使用する中性抄紙条件での填料歩留率の向上に用いることが好適である。
【００４５】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子の水溶液をパルプスラリーに添加して抄造し、紙を製造することができるが、添加場所は特に制限されないが、種箱、マシンチェスト、スクリーンの入り口あるいは出口等が想定される。イオン性水溶性高分子をパルプ重量に対し１０〜５００ｐｐｍ添加して使用することが好ましい。
【００４６】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子の水溶液を用いた製紙方法は、無機及び／または有機のアニオン性物質と組み合わせて使うことが可能である。無機のアニオン性物質の例としては、コロイダルシリカあるいはベントナイトが例示され、有機のアニオン性物質としては、一般式（３）で表せるアニオン性単量体３〜１００ｍｏｌ％と水溶性の非イオン性単量体の共重合物が例示できる。
【００４７】
一般式（３）で表されるアニオン性単量体３〜１００ｍｏｌ％と水溶性の非イオン性単量体の共重合物の形態に特に制限は無く、ペースト状水溶液、油中水滴型エマルジョン、水性分散液等が挙げられ、いずれも水に溶解した水溶液として添加できる。添加場所については特に制限はなく、イオン性水溶性高分子の添加前あるいは添加後あるいは同時に添加することが可能であるし、両者の水溶液もしくは分散液を混合して用いることも可能である。
【００４８】
（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。
【実施例１】
【００４９】
（イオン性水溶性高分子粉末の製造例１）イオン交換水４５．８５ｇ、５０重量％アクリルアミド水溶液２２０．０６ｇ、８０重量％アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド水溶液９３．７１ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液０．１９ｇおよび２−プロパノール０．１９ｇを仕込んだ水溶液混合物に、ソルビタンモノオレート５．００ｇおよび沸点１９０℃ないし２３０℃のイソパラフィン１３５．００ｇからなる混合物を加え、モノジナイザーにて１０００ｒｐｍの回転数のもとで１５分間強攪拌しモノマー乳化液を得た。このものを、十字攪拌ペラを取り付けた攪拌機、還流冷却管、温度計、窒素導入管および冷却装置を備えた四つ口セパラブルフラスコに仕込み、十字攪拌ペラで４００ｐｒｍの攪拌条件下内温３０℃で３０分間窒素置換を行った。窒素置換が完了した後、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）を０．１４８ｇ加え窒素雰囲気下３０℃で２０時間保持し重合を行い、イオン性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを得た。この油中水型エマルジョンを造粒乾燥装置内に噴霧し、造粒した粉末の水分が５重量％以下になるまで乾燥造粒し、イオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを製造例１とし物性を表１に示す。
【００５０】
（イオン性水溶性高分子粉末の製造例２）イオン交換水９９．９０ｇ、５０重量％アクリルアミド水溶液７２．７２ｇ、８０重量％アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド水溶液１８５．８０ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液１．３９ｇおよび２−プロパノール０．１９ｇを仕込んだ水溶液混合物に、ソルビタンモノオレート５．００ｇおよび沸点１９０℃ないし２３０℃のイソパラフィン１３５．００ｇからなる混合物を加え、モノジナイザーにて１０００ｒｐｍの回転数のもとで１５分間強攪拌しモノマー乳化液を得た。このものを、十字攪拌ペラを取り付けた攪拌機、還流冷却管、温度計、窒素導入管および冷却装置を備えた四つ口セパラブルフラスコに仕込み、十字攪拌ペラで４００ｐｒｍの攪拌条件下内温５０℃で３０分間窒素置換を行った。窒素置換が完了した後、ジメチル−２，２’−アゾビス（イソブチレート）を０．１４８ｇ加え窒素雰囲気下５０℃で２０時間保持し重合を行い、イオン性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを得た。この油中水型エマルジョンを造粒乾燥装置内に噴霧し、造粒した粉末の水分が５重量％以下になるまで乾燥造粒し、イオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを製造例２とし物性を表１に、このものを０．２重量％濃度となるよう水に溶解した場合の粘度の変化を図１に示す。
【００５１】
（イオン性水溶性高分子粉末の製造例３）イオン交換水を１１４．１２ｇ、５０重量％アクリルアミド水溶液を３１．０９ｇ、８０重量％アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド水溶液を２１１．８２ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液を２．７８ｇに変えたこと以外は、イオン性水溶性高分子粉末の製造例２と同様な方法でイオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを製造例３とし物性を表１に示す。
【００５２】
（イオン性水溶性高分子粉末の製造例４）イオン性水溶性高分子粉末の製造例３と同様な方法でイオン性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを得た。その後、前記油中水型エマルジョンをステンレス製の浅い容器に深さ３ｍｍに注ぎ込み、乾燥機中において１００℃で１時間乾燥した。生成した乾燥物を粉砕機により粉砕し、イオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを製造例４とし物性を表１に示す。
【００５３】
（イオン性水溶性高分子粉末の比較製造例１）イオン交換水を４５．９９ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液を０．０５ｇに変えたこと以外は、イオン性水溶性高分子粉末の製造例１と同様な方法でイオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを比較製造例１とし物性を表１に示す。
【００５４】
（イオン性水溶性高分子粉末の比較製造例２）イオン交換水を１０１．１０ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液を０．１９ｇに変えたこと以外は、イオン性水溶性高分子粉末の製造例２と同様な方法でイオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを比較製造例２とし物性を表１に示す。
【００５５】
（イオン性水溶性高分子粉末の比較製造例３）イオン交換水を１１６．７１ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液を０．１９ｇに変えたこと以外は、イオン性水溶性高分子粉末の製造例２と同様な方法でイオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを比較製造例３とし物性を表１に示す。
【００５６】
（イオン性水溶性高分子粉末の比較製造例４）イオン性水溶性高分子粉末の製造例２で示したイオン性水溶性高分子の油中水型エマルジョンにＨＬＢ１３．３のポリオキシアルキレンアルキルエーテルを添加混合した後、このものを造粒乾燥装置内に噴霧し、造粒した粉末の水分が５重量％以下になるまで乾燥造粒し、イオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを比較製造例４とし物性を表１に、このものを０．２重量％濃度となるよう水に溶解した場合の粘度の変化を図１に示す。
【００５７】
（表１）
【００５８】
（図１）
【００５９】
表１および図１で示した通り、製造例２と比較製造例４を比較すると製造例２のイオン性水溶性高分子粉末の方が、溶解開始後の０．２重量％水溶液粘度が速く上昇し、溶解速度が速いことが明白である。
【実施例２】
【００６０】
製造例２で合成した粉末からなるイオン性水溶性高分子を水で溶解し０．２重量％の水溶液を調製し汚泥の脱水試験を行った。し尿余剰汚泥（ｐＨ７．０６、全ｓｓ分４６，２５０ｍｇ／Ｌ）を２００ｍＬポリビーカーに採取し、前記製造例２のイオン性水溶性高分子粉末の溶解液を汚泥に対する高分子の重量で３７０ｐｐｍ、４００ｐｐｍおよび４３０ｐｐｍ添加し、それぞれビーカー移し変え攪拌２０回行った後、Ｔ−１１７８Ｌのナイロン濾布で濾過し、４５秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥のケーキ支持性（脱水ケーキの硬さ）を観察した後、プレス圧２ｋｇ／ｍ２で１分間脱水し濾布剥離性を確認し、ケーキ含水率（１０５℃、２０時間乾燥）を測定した。結果を表２に示す。
【００６１】
（比較例２） イオン性水溶性高分子粉末を比較製造例２としたこと以外は、実施例２と同様な方法で汚泥の脱水試験を行った。結果を表２に示す。
【００６２】
（表２）
【００６３】
表２で示した通り製造例２と比較製造例２のイオン性水溶性高分子粉末を比較すると、電荷内包率の高い製造例２イオン性水溶性高分子粉末の方が４５秒後の濾液量は多く、ケーキ支持性、濾布剥離性に優れ、脱水ケーキの含水率が大きく低減することが出来ることが明白である。
【実施例３】
【００６４】
製造例３および製造例４で合成した粉末からなるイオン性水溶性高分子を水で溶解し０．２重量％の水溶液を調製し汚泥の脱水試験を行った。食肉余剰汚泥（ｐＨ６．６４、全ｓｓ分２４，０００ｍｇ／Ｌ）を２００ｍＬポリビーカーに採取し、前記製造例３のイオン性水溶性高分子粉末の溶解液を汚泥に対する高分子の重量で４００ｐｐｍ、５００ｐｐｍおよび６００ｐｐｍ添加し、それぞれＣＳＴ１０００ｒｐｍで３０秒間攪拌混合を行った後＃２０２のナイロン濾布で濾過し、４５秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥のケーキ支持性（脱水ケーキの硬さ）を観察した後、プレス圧３ｋｇ／ｍ２で３０秒間脱水し濾布剥離性を確認し、ケーキ含水率（１０５℃、２０時間乾燥）を測定した。結果を表３に示す。
【００６５】
（比較例３） イオン性水溶性高分子粉末を比較製造例３としたこと以外は、実施例３と同様な方法で汚泥の脱水試験を行った。結果を表３に示す。
【００６６】
（表３）
【００６７】
表３で示した通り製造例３と比較製造例３のイオン性水溶性高分子粉末を比較すると、電荷内包率の高い製造例３のイオン性水溶性高分子粉末の方が特に高添加量範囲での４５秒後濾液量が極度に多く、ケーキ支持性、濾布剥離性に優れ、脱水ケーキの含水率が大きく低減することが出来ることが明白である。
【実施例４】
【００６８】
製造例１で合成したイオン性水溶性高分子粉末を水で溶解し０．２重量％の水溶液を調製し製紙スラッジの脱水試験を行った。製紙スラッジ（ｐＨ６．９０、全ｓｓ分１１，７５０ｍｇ／Ｌ）を２００ｍＬポリビーカーに採取し、アニオン性高分子凝集剤（ハイモロックＶ−３２０）の０．１重量％水溶液を汚泥に対して高分子の重量で５ｐｐｍ、１０ｐｐｍおよび２０ｐｐｍ添加した後、前記製造例１のイオン性水溶性高分子粉末の溶解液を汚泥に対する高分子の重量でそれぞれ１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ添加し、それぞれスパチュラで５０回攪拌しさらにビーカー移し変え６回行った後＃２０２のナイロン濾布で濾過し、４５秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥のケーキ支持性（脱水ケーキの硬さ）を観察した後、プレス圧４ｋｇ／ｍ２で６０秒間脱水し濾布剥離性を確認し、ケーキ含水率（１０５℃、２０時間乾燥）を測定した。結果を表４に示す。
【００６９】
（比較例４） 製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較製造例１としたこと以外は、実施例４と同様な方法で製紙スラッジの脱水試験を行った。結果を表４に示す。
【００７０】
（表４）
【００７１】
表４で示した通り製造例１と比較製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較すると、電荷内包率の高い製造例１のイオン性水溶性高分子粉末の方は４５秒後濾液量に大きな差は無いものの、ケーキ支持性、濾布剥離性に優れ、脱水ケーキの含水率が大きく低減することが出来る、カチオン性高分子の添加量を低減することが可能であることが明白である。
【実施例５】
【００７２】
製造例１で合成した粉末からなるイオン性水溶性高分子を水で溶解し０．２重量％の水溶液を調製し、カナディアンスタンダードフリーネス４００ｍｌに叩解したＬＢＫＰを用いて抄紙試験およびブリット式ダイナミックジャーテスターによる歩留試験を行った。ＬＢＫＰを１．０％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料に前記製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量で２００ｐｐｍになるように添加した後３０秒攪拌した。その後、タッピスタンダードシートマシンで坪量８０ｇ／ｍ２となるように抄紙し、得られた湿紙を４Ｋｇ／ｃｍ２で５分間プレス後、１０５℃回転式ドライヤーで３分間乾燥し手抄き紙を得た。この手抄き紙を２０℃、６５％ ＨＲの条件下に２４時間調湿した後、成紙の地合いの様子、不透明度およびＩＳＯ白色度を評価した。結果を表５に示す。
【００７３】
ＬＢＫＰを０．５％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料をブリット式ダイナミックジャーテスターに投入し、前記製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量で２００ｐｐｍになるように添加した。２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した後、攪拌回転数を８００ｒｐｍに落とし白水を１０秒間排出し、その後、３０秒間白水を回収した。回収した白水のＳＳ濃度および５２５℃で２時間灰化して得られた灰分量から、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表５に示す。
【００７４】
（比較例５） 製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較製造例１としたこと以外は、実施例５と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表５に示す。
【００７５】
（表５）
【００７６】
表５で示した通り製造例１と比較製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較すると、電荷内包率の高い製造例１のイオン性水溶性高分子粉末の方は地合い評価、不透明度、ＩＳＯ白色度、総歩留率および灰分歩留率について比較製造例１のイオン性水溶性高分子より優位にあることが明白である。
【実施例６】
【００７７】
水で２．０重量％に調整したベントナイト分散液および製造例１で合成した粉末からなるイオン性水溶性高分子を水で溶解し０．２重量％とした水溶液を調製し、カナディアンスタンダードフリーネス４００ｍｌに叩解したＬＢＫＰを用いて抄紙試験およびブリット式ダイナミックジャーテスターによる歩留試験を行った。ＬＢＫＰを１．０％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料に前記ベントナイト分散液をパルプ重量に対してベントナイト１０００ｐｐｍとなるように添加した後１５秒攪拌し、次に製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量でそれぞれ１００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍになるように添加した後さらに２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した。その後、タッピスタンダードシートマシンで坪量８０ｇ／ｍ２となるように抄紙し、得られた湿紙を４Ｋｇ／ｃｍ２で５分間プレス後、１０５℃回転式ドライヤーで３分間乾燥し手抄き紙を得た。この手抄き紙を２０℃、６５％ ＨＲの条件下に２４時間調湿した後、成紙の地合いの様子、不透明度およびＩＳＯ白色度を評価した。結果を表６に示す。
【００７８】
ＬＢＫＰを０．５％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料をブリット式ダイナミックジャーテスターに投入し、前記ベントナイト分散液をパルプ重量に対してベントナイト１０００ｐｐｍとなるように添加した後２０００ｒｐｍで１５秒攪拌し、次に製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量でそれぞれ１００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍになるように添加した。次に、２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した後、攪拌回転数を８００ｒｐｍに落とし白水を１０秒間排出し、その後、３０秒間白水を回収した。回収した白水のＳＳ濃度および５２５℃で２時間灰化して得られた灰分量から、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表６に示す。
【００７９】
（比較例６） ベントナイトを添加しないこと以外は、実施例６と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表６に示す。
【００８０】
（比較例７） 製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較製造例１としたこと以外は、実施例６と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表６に示す。
【００８１】
（表６）
【００８２】
表６で示したように、実施例６は比較例６および７と比較して、総歩留率、灰分歩留率を大きく向上する効果が得られることが明白である。特に、灰分の歩留向上効果が高い。
【実施例７】
【００８３】
水で０．２重量％に調整したアニオン性高分子（アクリル酸ナトリウム２０ｍｏｌ％−アクリルアミド８０ｍｏｌ％共重合物、０．５重量％食塩水溶液粘度１２０．０（ｍＰａ・ｓ）（食塩濃度４重量％、Ｂ型粘度計２号ローター、６０ｒｐｍ、２５℃測定））および、製造例１で合成したイオン性水溶性高分子粉末を水で溶解し０．２重量％とした水溶液を調製し、カナディアンスタンダードフリーネス４００ｍｌに叩解したＬＢＫＰを用いて抄紙試験およびブリット式ダイナミックジャーテスターによる歩留試験を行った。ＬＢＫＰを１．０％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料に前記アニオン性高分子水溶液をパルプ重量に対してアニオン性高分子１００ｐｐｍとなるように添加した後１５秒攪拌し、次に製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量でそれぞれ１００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍになるように添加した後さらに２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した。その後、タッピスタンダードシートマシンで坪量８０ｇ／ｍ２となるように抄紙し、得られた湿紙を４Ｋｇ／ｃｍ２で５分間プレス後、１０５℃回転式ドライヤーで３分間乾燥し手抄き紙を得た。この手抄き紙を２０℃、６５％ ＨＲの条件下に２４時間調湿した後、成紙の地合いの様子、不透明度およびＩＳＯ白色度を評価した。結果を表７に示す。
【００８４】
ＬＢＫＰを０．５％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料をブリット式ダイナミックジャーテスターに投入し、前記アニオン性高分子溶解液をパルプ重量に対してアニオン性高分子重量で１００ｐｐｍとなるように添加した後２０００ｒｐｍで１５秒攪拌し、次に製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量でそれぞれ１００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍになるように添加した。次に、２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した後、攪拌回転数を８００ｒｐｍに落とし白水を１０秒間排出し、その後、３０秒間白水を回収した。回収した白水のＳＳ濃度および５２５℃で２時間灰化して得られた灰分量から、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表７に示す。
【００８５】
（比較例８） アニオン性高分子を添加しないこと以外は、実施例７と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表７に示す。
【００８６】
（比較例９） 製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較製造例１としたこと以外は、実施例７と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表７に示す。
【００８７】
（表７）
【００８８】
表７で示したように、実施例７は比較例８および９と比較して、総歩留率、灰分歩留率を大きく向上する効果が得られることが明白である。実施例６と同様に、本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は特に灰分の歩留向上効果が高い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末からなるイオン性水溶性高分子とその製造方法および用途に関するものである。さらに詳しくは、特定のイオン性を発現する粉末からなるイオン性水溶性高分子とその製造方法および用途に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、イオン性の水溶性高分子は水分散性スラリーや水溶液の増粘剤、分散剤、紙力増強剤、汚泥脱水剤、製紙原料の歩留向上剤、抄紙時の濾水性向上剤などさまざまな分野で使用されており、その形態は、粉末、ペースト状水溶液、油中水型エマルジョンあるいは水性分散液など様々である。
【０００３】
汚泥の脱水処理の分野においては、汚泥の発生量の増加、汚泥性状の悪化による難脱水化が進んでおり、汚泥脱水性の改善、脱水ケーキの含水率の低下が強く求められており、製紙工業の分野では、古紙配合量の増加による原料事情の悪化、抄紙速度の増大による生産性の向上などが求められている。
【０００４】
このような要望に対し、イオン性の水溶性高分子は様々な改良が進められてきた。特許文献１には、架橋されたカチオン性の油中重合性分散体の汚泥への適用が例示されている。特許文献２には、電荷内包率３５％以上のビニル重合系架橋性水溶性イオン性高分子と、電荷内包率５以上、３５％未満のビニル重合系架橋性水溶性イオン性高分子を組み合わせた汚泥脱水剤としての適用が例示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、架橋された水溶性カチオン性の単量体重合物の油中水型エマルジョンを歩留向上剤および濾水性向上剤として抄紙工程に適用する方法が例示されている。
【０００６】
一方で、粉末状のイオン性水溶性高分子は、その他の形態のものと比較し疎水性溶媒、水あるいは分散剤といった不純物が少ない特徴があり、輸送コストや環境負荷の面で優位性があるが、改良の柔軟性が小さいといった欠点がある。
【０００７】
特許文献４には、カチオン性水溶性高分子の噴霧乾燥物について記載されており、特許文献５には、噴霧乾燥により得られた架橋されたカチオン性水溶性高分子と凝集剤としての適用が例示されている。
【０００８】
これらの噴霧乾燥で得られる粉末状のイオン性水溶性高分子について電荷内包率についての記載は無く、考慮の範疇外であることが明白である。また、一般的に油中水型エマルジョン状のイオン性水溶性高分子は水に溶解して使うことが多く、含まれる疎水性溶媒を都合よく分散させるためにＨＬＢ１０以上の界面活性剤を含有することが多いが、イオン性水溶性高分子の機能とは無関係であり、環境への負荷を高める一因である。
【特許文献１】特公平０８−１６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４３４６号公報
【特許文献３】特開平１０−１４０４９６号公報
【特許文献４】米国特許 第４０３５３１７号
【特許文献５】特表２００１−５１６７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、輸送コストや環境負荷の小さいイオン性水溶性高分子とその製造法を提供することであり、凝集剤用途さらに詳しくは汚泥の脱水処理用途、製紙スラッジの脱水処理用途と製紙原料に添加して抄紙する方法に対して優れた機能を発揮する粉末からなるイオン性水溶性高分子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意検討の結果、驚くべきことに特定のイオン性を発現する水溶性高分子が汚泥の脱水処理用途、製紙スラッジの脱水処理用途と製紙原料に添加して抄紙する方法に対して特に優れた機能を発揮し、界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を噴霧乾燥し造粒した粉末からなるイオン性の水溶性高分子が上記課題を解決するものであることを見出した。
【００１１】
すなわち請求項１の発明は、界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を、乾燥工程を経ることによって造粒し製造したイオン性水溶性高分子であって、イオン性水溶性高分子の電荷内包率が３５％以上９０％以下であることを特徴とする粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【００１２】
請求項２の発明は、前記乾燥工程が、噴霧乾燥であることを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【００１３】
請求項３の発明は、前記乾燥工程が、前記油中水滴型エマルジョン状液体を液状のまま直接乾燥することを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【００１４】
請求項４の発明は、前記イオン性水溶性高分子が、下記一般式（１）及び／または（２）で表わされる単量体５〜１００ｍｏｌ％、下記一般式（３）で表わされる単量体０〜５０ｍｏｌ％および水溶性の非イオン性単量体０〜９５ｍｏｌ％および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を共重合して得られることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【化１】
一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い。ＡはＯ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、Ｘ１−は陰イオンをそれぞれ表す。
【化２】
一般式（２）
Ｒ５、Ｒ６は水素又はメチル基、Ｒ７、Ｒ８は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２−は陰イオンをそれぞれ表す。
【化３】
一般式（３）
Ｒ９は水素またはＣＨ２ＣＯＯＹ２、Ｒ１０は水素、メチル基またはＣＯＯＹ２、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−であり、Ｙ１は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【００１５】
請求項５の発明は、ＨＬＢ値が１０以上の界面活性剤を含まないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子である。
【００１６】
請求項の発明は、６請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、汚泥に添加し凝集させ脱水機により脱水することを特徴とした汚泥の脱水方法である。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、製紙スラッジに添加し凝集させ脱水機により脱水することを特徴とした製紙スラッジの脱水方法である。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、抄紙前の製紙原料中に添加し使用することを特徴とした製紙方法である。
【００１９】
請求項９の発明は、無機及び／または有機のアニオン性物質と組み合わせて使うことを特徴とした、請求項８記載の製紙方法である。
【００２０】
請求項１０の発明は、前記アニオン性物質がコロイダルシリカあるいはベントナイトであることを特徴とする、請求項９記載の製紙方法である。
【００２１】
請求項１１の発明は、前記アニオン性物質が、下記一般式（３）で表わされる単量体３〜１００ｍｏｌ％と水溶性の非イオン性単量体の重合物であることを特徴とする、請求項９記載の製紙方法である。
【化３】
一般式（３）
Ｒ９は水素またはＣＨ２ＣＯＯＹ２、Ｒ１０は水素、メチル基またはＣＯＯＹ２、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−であり、Ｙ１は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
前記乾燥工程が、前記油中水滴型エマルジョン状液体を液状のまま直接乾燥することを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は、不純物の少ない粉末状の水溶性高分子であるため、輸送コストを低減することが可能であり、さらには輸送で生じる二酸化炭素の排出を低減することも可能である。また、油中水型エマルジョン状のイオン性水溶性高分子と比較し疎水性分散媒や界面活性剤の環境への排出量を削減できる。さらには、電荷内包率３５％以上の粉末からなるイオン性水溶性高分子であることから、凝集剤用途、詳しくは汚泥の脱水処理用途、製紙スラッジの脱水処理用途と製紙原料に添加して抄紙する方法に対して特に優れた機能を発揮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は、電荷内包率が３５％以上９０％以下であるイオン性の水溶性高分子である。ここで、カチオン性水溶性高分子および両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体のモル濃度の差が正である水溶性イオン性高分子の電荷内包率とは以下のように計算される。
電荷内包率[％]＝（１−α/β）×１００
αは酢酸にてｐＨ４．０に調整したイオン性水溶性高分子０．０１％水溶液をミューテック社製ＰＣＤ滴定装置（Ｍｅｕｔｅｋ ＰＣＤ ０３、Ｍｅｕｔｅｋ ＰＣＤ−Ｔｗｏ Ｔｉｔｒａｔｏｒ Ｖｅｒｓｉｏｎ２）により、滴下液：１／１０００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０秒、終点判定：０ｍｖにて滴定し、求めた滴定量である。βは酢酸にてｐＨ４．０に調整したイオン性水溶性高分子０．０１％水溶液に１／４００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を電荷の中和を行うに十分な量加え、十分に攪拌し、同様にＰＣＤ滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０秒、終点判定：０ｍｖにて滴定し、ブランク値とこの滴定量との差である。ブランク値とは酢酸にてｐＨ４．０に調整した前記１／４００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液と同量のポリビニルスルホン酸カリウム水溶液を、同様にＰＣＤ滴定装置により滴下液：１／１０００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０秒、終点判定：０ｍｖにて滴定し、求めた滴定量である。
【００２４】
本発明において、両性でかつカチオン性単量体とアニオン性単量体のモル濃度の差が負である水溶性イオン性高分子では、電荷内包率とは以下のように計算される。
電荷内包率[％]＝（１−α/β）×１００
αはアンモニアにてｐＨ１０．０に調整した水溶性イオン性高分子０．０１％水溶液をミューテック社製PCD滴定装置（Ｍｅｕｔｅｋ ＰＣＤ ０３、Ｍｅｕｔｅｋ ＰＣＤ−Ｔｗｏ Ｔｉｔｒａｔｏｒ Ｖｅｒｓｉｏｎ２）により、滴下液：１／１０００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて
滴定し、求めた滴定量である。βはアンモニアにてｐＨ１０．０に調整したイオン性水溶性高分子０．０１％水溶液に１／４００Ｎ ジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液を電荷の中和を行うに十分な量加え、十分に攪拌し、同様にPCD滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて滴定し、この滴定量をブランク値から差し引いた値とする。ブランク値とはアンモニアにてｐＨ１０．０に調整した前記サンプルと同濃度のジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液を同様にPCD滴定装置により、滴下液：１／１０００Ｎ ポリビニルスルホン酸カリウム水溶液、滴下速度：０．０５ｍｌ／１０ｓｅｃ、終点判定：０ｍｖにて滴定し、求めた滴定量である。
【００２５】
本発明におけるイオン性水溶性高分子の電荷内包率は、イオン性の発現効率に関するパラメーターであり、イオン性物質のポリビニルスルホン酸カリウムによる正滴定と逆滴定との間に大きな差が生じることが汚泥、製紙スラッジおよび製紙原料に添加した場合、効果との間に明確な相関が生じるものである。
【００２６】
電荷内包率３５％より小さいイオン性水溶性高分子を汚泥あるいは製紙スラッジに添加した場合、比較的低い添加量で凝集し含水率は低下するが、添加量の増大とともに汚泥あるいは製紙スラッジが再分散し、粘性を帯び、汚泥含水率が増大する。電荷内包率３５％以上のものを添加した場合、幅広い添加量範囲で添加の増大とともに巨大で強固なフロックを形成し、著しく汚泥あるいは製紙スラッジの含水率を低下させる。また、９０％より大きいものを添加した場合は、それ以外のものの数倍以上の薬品を添加せねば汚泥あるいは製紙スラッジの凝集挙動に全く寄与しない。
【００２７】
電荷内包率３５％より小さいイオン性水溶性高分子を製紙原料に添加し抄紙した場合、比較的低い添加量で緩やかに凝集し製紙原料の歩留率、濾水性は向上する。電荷内包率３５％以上のものを添加し抄紙した場合、より高シェアの混合条件で強固で緻密なフロックを形成し、特に製紙原料中の填料歩留率を向上させる。９０％より大きいものを添加した場合は、数倍以上の薬品を添加しても凝集挙動はそれ以外のものに大きく劣る。すなわち、好適な電荷内包率の範囲は３５％以上９０％以下の範囲である。
【００２８】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は、界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を噴霧乾燥し造粒し得ることが出来る。一般式（１）で表されるカチオン性単量体の例としては、例えばジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドやこれらのハロゲン化水素、硫酸、硝酸、有機酸等による中和塩、ハロゲン化アルキル、ベンジルハライド、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸等による四級化物、一般式（２）で表されるカチオン性単量体の例としては、ジメチルジ（メタ）アリルアンモニウム塩化物、ジ（メタ）アリルメチルベンジルアンモニウム塩化物等が挙げられ、単独で使用することも複数を同時に使用することも可能である。カチオン性単量体の量としては、重合後の水溶性高分子がカチオン性を有する範囲であれば特に制限は無いが、前記多官能性単量体を除く全単量体に対してカチオン性単量体の量が５〜９５ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。
【００２９】
前記多官能性単量体は複数の不飽和二重結合を複数有していれば特に制限はないが、Ｎ，Ｎ’−メチレンビス（メタ）アクリルアミド、トリアリルアミン、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、Ｎ−ビニル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。多官能性単量体の量としては、多官能性単量体を除く全単量体重量に対して０．１〜１００ｐｐｍの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、０．２〜５０ｐｐｍの範囲である。
【００３０】
本発明における単量体混合物水溶液は、上記単量体のほかに共重合可能なアニオン性単量体および／または水溶性の非イオン性単量体を含むことが出来る。一般式（３）で表されるアニオン性単量体の例としては、ビニルスルホン酸、ビニルベンゼンスルホン酸、２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸、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が挙げられる。アニオン性単量体の量としては、前記多官能性単量体を除く全単量体に対して０〜５０ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。
【００３１】
水溶性の非イオン性単量体の例としては、（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、アクリロイルピペラジンなどが挙げられ、その量としては前記多官能性単量体を除く全単量体に対して０〜９５ｍｏｌ％の範囲であることが好ましい。
【００３２】
単量体水溶液混合物には前記単量体の他に、連鎖移動性を有する化合物を含むことが出来る。連鎖移動性を有する化合物の例としては、２−プパノール、２−メルカプトエタノール、メタリルスルホン酸ナトリウム、ギ酸ナトリウムなどが上げられ、目的とする重合物の組成、重合速度および分子量に応じて適宜添加する。
【００３３】
連続相を形成する水に非混和性有機液体としては、水と混合した際相分離を生じ、界面活性剤により乳化可能な有機液体であれば特に制限はないが、パラフィン類あるいは灯油、軽油、中油などの鉱油、あるいはこれらと実質的に同じ範囲の沸点や粘度などの特性を有する炭化水素系合成油、あるいはこれらの混合物があげられる。含有量としては、油中水型エマルジョン全量に対して２０重量％〜５０重量％の範囲であることが好ましい。
【００３４】
乳化に必要な界面活性剤の例としては、油中水型エマルジョンを形成するに有効な量とＨＬＢを有する少なくとも一種類の界面活性剤の例としては、ＨＬＢ３〜１０のノニオン性界面活性剤であり、その具体例としては、ソルビタンモノオレ−ト、ソルビタンジオレ−ト、ソルビタントリオレート、ソルビタンモノステアレ−ト、ソルビタンジステアレ−ト、ソルビタンモノラウレ−ト、ソルビタンジラウレ−ト、ソルビタンモノパルミテ−ト、ソルビタンジパルミテ−ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンステアリルエ−テル、ポリオキシエチレンラウリルエ−テル、ポリオキシエチレンセチルエ−テル、ポリオキシエチレントリデシルエ−テル、ポリオキシエチレンオレイルエ−テル、高分子非イオン性界面活性剤類などがあげられる。これら界面活性剤の添加量としては、油中水型エマルジョン全量に対して０．５〜１０重量％であり、好ましくは１〜５重量％の範囲である。
【００３５】
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。特に油中水型エマルジョン重合法を適用する場合は、２０〜８０℃、好ましくは２０〜６０℃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る。
【００３６】
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。
【００３７】
単量体の重合濃度は、乳化液重量に対して、２０〜５０重量％の範囲であり、好ましくは２５〜４０重量％の範囲であり、単量体の組成、重合法、開始剤の選択によって適宜重合の濃度と温度を設定する。これらの単量体を重合して得られるイオン性水溶性高分子の分子量は、好ましくは３００万〜２０００万の範囲である。
【００３８】
一般的な、イオン性水溶性高分子の油中水滴型エマルジョンを、凝集剤用途として水に溶解して使用する場合、親水性の強い両親媒性共重合物や親水性界面活性剤を添加して油の膜で被われたエマルジョン粒子が水になじみ易くし、中のイオン性水溶性高分子が溶解しやすくする処理を行い、水で希釈しそれぞれの用途に用いる。本発明における、油中水滴型エマルジョンにおいても、両親媒性共重合物および親水性界面活性剤を含有することも可能であるが、噴霧乾燥して得られる粉末を製造する場合、不純物が含まれることおよび、噴霧乾燥して得られる粉末を水に溶解して使用する場合、特にＨＬＢ値が１０以上の親水性界面活性剤を含有する場合、理由は明らかではないがおそらくは界面活性剤とカチオン性高分子が複合体を形成するために溶解速度が遅くなるので、含まない物のほうが好ましい。また油中水滴型エマルジョン状液体を液状のまま直接乾燥する場合、乾燥工程中に粒子同士が結着しやすくなり、粗大化し、後の粉砕工程において余分のエネルギーを費やし好ましくない。乾燥方法としては、通常の箱型乾燥機に一定時間保持し乾燥することも可能である。あるいはベルトコンベア上に油中水滴型エマルジョンを載せ、乾燥機の中を一定の滞留時間通し、乾燥することも可能である。乾燥温度は、低温で長時間乾燥するよりも、比較的高温で
短時間乾燥するほうが、不溶化などが起きにくい。すなわち１２０〜７０℃で
数分から数十分程度である。
【００３９】
本発明の汚泥の脱水方法は、請求項１〜３に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、汚泥に添加し凝集させ脱水機により脱水する方法である。汚泥の種類としては特に制限はなく、製紙排水、化学工業排水、食品工業排水などの生物処理したときに発生する余剰汚泥、あるいは都市下水の生汚泥、混合生汚泥、余剰汚泥、消化汚泥などの有機汚泥に使用することができる。
【００４０】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は、水に溶解した後、汚泥脱水および製紙スラッジに添加し凝集させ脱水機により脱水する方法である。汚泥脱水および製紙スラッジの脱水に用いる脱水機の種類としては特に制限はなく、ベルトプレス、スクリュープレス、ロータリープレス、フィルタープレスなどの圧搾脱水装置、または遠心分離機、真空濾過機などの圧力脱水装置が例として挙げられる。
【００４１】
本発明の汚泥の脱水方法および製紙スラッジの脱水方法において、特に好適に使用できる脱水機としては、請求項１〜３に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子の電荷内包率と脱水効果の挙動を考慮すると、電荷内包率が３５％以上９０％以下の範囲では、添加量の増大とともに巨大で強固なフロックを形成する特徴があり、それに伴って脱水の初期濾水量が増大することから、強固なフロックや初期脱水性能が要求されるスクリュープレス脱水機およびロータリープレス脱水機が挙げられる。
【００４２】
本発明の汚泥の脱水方法および製紙スラッジの脱水方法は、請求項１〜３に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子の他に有機もしくは無機の凝結剤を併用することが可能である。有機凝結剤の例としてはとしてはカチオン性を有する高分子が挙げられ（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クロリドといった、（メタ）アクリロイルオキシアルキルトリアルキルアンモニウムハライド類やジアリルジメチルアンモニウムクロリドといったジアリルアミン化合物などが挙げられ、無機凝結剤の例としては、ポリ塩化アルミニウムや塩化第二鉄、硫酸第二鉄といった金属塩が挙げられる。
【００４３】
本発明の製紙方法は、請求項１〜３に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、抄紙前の製紙原料中に添加し使用する方法である。製紙原料の種類に特に制限はなく、クラフトパルプ、ＢＫＰ、ＴＭＰ、ＤＩＰなどのパルプを用いることができ、電荷内包率が３５％以上９０％以下のイオン性水溶性高分子に対して、ＤＩＰなどの短繊維分を多いパルプ、ＴＭＰなどのアニオン性物質を多く含有するパルプ、あるいはパルプの他に填料を多く含む原料を用いる場合、特に好適である。
【００４４】
填料の種類は特に制限は無く、炭酸カルシウム、タルク、カオリン、酸化チタンなどが挙げられる。また、抄紙時のｐＨにも制限はなく酸性、中性条件での抄紙も可能である。本発明のイオン性水溶性高分子を用いる場合、特に炭酸カルシウムを多く使用する中性抄紙条件での填料歩留率の向上に用いることが好適である。
【００４５】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子の水溶液をパルプスラリーに添加して抄造し、紙を製造することができるが、添加場所は特に制限されないが、種箱、マシンチェスト、スクリーンの入り口あるいは出口等が想定される。イオン性水溶性高分子をパルプ重量に対し１０〜５００ｐｐｍ添加して使用することが好ましい。
【００４６】
本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子の水溶液を用いた製紙方法は、無機及び／または有機のアニオン性物質と組み合わせて使うことが可能である。無機のアニオン性物質の例としては、コロイダルシリカあるいはベントナイトが例示され、有機のアニオン性物質としては、一般式（３）で表せるアニオン性単量体３〜１００ｍｏｌ％と水溶性の非イオン性単量体の共重合物が例示できる。
【００４７】
一般式（３）で表されるアニオン性単量体３〜１００ｍｏｌ％と水溶性の非イオン性単量体の共重合物の形態に特に制限は無く、ペースト状水溶液、油中水滴型エマルジョン、水性分散液等が挙げられ、いずれも水に溶解した水溶液として添加できる。添加場所については特に制限はなく、イオン性水溶性高分子の添加前あるいは添加後あるいは同時に添加することが可能であるし、両者の水溶液もしくは分散液を混合して用いることも可能である。
【００４８】
（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。
【実施例１】
【００４９】
（イオン性水溶性高分子粉末の製造例１）イオン交換水４５．８５ｇ、５０重量％アクリルアミド水溶液２２０．０６ｇ、８０重量％アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド水溶液９３．７１ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液０．１９ｇおよび２−プロパノール０．１９ｇを仕込んだ水溶液混合物に、ソルビタンモノオレート５．００ｇおよび沸点１９０℃ないし２３０℃のイソパラフィン１３５．００ｇからなる混合物を加え、モノジナイザーにて１０００ｒｐｍの回転数のもとで１５分間強攪拌しモノマー乳化液を得た。このものを、十字攪拌ペラを取り付けた攪拌機、還流冷却管、温度計、窒素導入管および冷却装置を備えた四つ口セパラブルフラスコに仕込み、十字攪拌ペラで４００ｐｒｍの攪拌条件下内温３０℃で３０分間窒素置換を行った。窒素置換が完了した後、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）を０．１４８ｇ加え窒素雰囲気下３０℃で２０時間保持し重合を行い、イオン性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを得た。この油中水型エマルジョンを造粒乾燥装置内に噴霧し、造粒した粉末の水分が５重量％以下になるまで乾燥造粒し、イオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを製造例１とし物性を表１に示す。
【００５０】
（イオン性水溶性高分子粉末の製造例２）イオン交換水９９．９０ｇ、５０重量％アクリルアミド水溶液７２．７２ｇ、８０重量％アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド水溶液１８５．８０ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液１．３９ｇおよび２−プロパノール０．１９ｇを仕込んだ水溶液混合物に、ソルビタンモノオレート５．００ｇおよび沸点１９０℃ないし２３０℃のイソパラフィン１３５．００ｇからなる混合物を加え、モノジナイザーにて１０００ｒｐｍの回転数のもとで１５分間強攪拌しモノマー乳化液を得た。このものを、十字攪拌ペラを取り付けた攪拌機、還流冷却管、温度計、窒素導入管および冷却装置を備えた四つ口セパラブルフラスコに仕込み、十字攪拌ペラで４００ｐｒｍの攪拌条件下内温５０℃で３０分間窒素置換を行った。窒素置換が完了した後、ジメチル−２，２’−アゾビス（イソブチレート）を０．１４８ｇ加え窒素雰囲気下５０℃で２０時間保持し重合を行い、イオン性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを得た。この油中水型エマルジョンを造粒乾燥装置内に噴霧し、造粒した粉末の水分が５重量％以下になるまで乾燥造粒し、イオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを製造例２とし物性を表１に、このものを０．２重量％濃度となるよう水に溶解した場合の粘度の変化を図１に示す。
【００５１】
（イオン性水溶性高分子粉末の製造例３）イオン交換水を１１４．１２ｇ、５０重量％アクリルアミド水溶液を３１．０９ｇ、８０重量％アクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド水溶液を２１１．８２ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液を２．７８ｇに変えたこと以外は、イオン性水溶性高分子粉末の製造例２と同様な方法でイオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを製造例３とし物性を表１に示す。
【００５２】
（イオン性水溶性高分子粉末の製造例４）イオン性水溶性高分子粉末の製造例３と同様な方法でイオン性水溶性高分子の油中水型エマルジョンを得た。その後、前記油中水型エマルジョンをステンレス製の浅い容器に深さ３ｍｍに注ぎ込み、乾燥機中において１００℃で１時間乾燥した。生成した乾燥物を粉砕機により粉砕し、イオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを製造例４とし物性を表１に示す。
【００５３】
（イオン性水溶性高分子粉末の比較製造例１）イオン交換水を４５．９９ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液を０．０５ｇに変えたこと以外は、イオン性水溶性高分子粉末の製造例１と同様な方法でイオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを比較製造例１とし物性を表１に示す。
【００５４】
（イオン性水溶性高分子粉末の比較製造例２）イオン交換水を１０１．１０ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液を０．１９ｇに変えたこと以外は、イオン性水溶性高分子粉末の製造例２と同様な方法でイオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを比較製造例２とし物性を表１に示す。
【００５５】
（イオン性水溶性高分子粉末の比較製造例３）イオン交換水を１１６．７１ｇ、０．２重量％メチレンビスアクリルアミド水溶液を０．１９ｇに変えたこと以外は、イオン性水溶性高分子粉末の製造例２と同様な方法でイオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを比較製造例３とし物性を表１に示す。
【００５６】
（イオン性水溶性高分子粉末の比較製造例４）イオン性水溶性高分子粉末の製造例２で示したイオン性水溶性高分子の油中水型エマルジョンにＨＬＢ１３．３のポリオキシアルキレンアルキルエーテルを添加混合した後、このものを造粒乾燥装置内に噴霧し、造粒した粉末の水分が５重量％以下になるまで乾燥造粒し、イオン性水溶性高分子の粉末を得た。このものを比較製造例４とし物性を表１に、このものを０．２重量％濃度となるよう水に溶解した場合の粘度の変化を図１に示す。
【００５７】
（表１）
【００５８】
（図１）
【００５９】
表１および図１で示した通り、製造例２と比較製造例４を比較すると製造例２のイオン性水溶性高分子粉末の方が、溶解開始後の０．２重量％水溶液粘度が速く上昇し、溶解速度が速いことが明白である。
【実施例２】
【００６０】
製造例２で合成した粉末からなるイオン性水溶性高分子を水で溶解し０．２重量％の水溶液を調製し汚泥の脱水試験を行った。し尿余剰汚泥（ｐＨ７．０６、全ｓｓ分４６，２５０ｍｇ／Ｌ）を２００ｍＬポリビーカーに採取し、前記製造例２のイオン性水溶性高分子粉末の溶解液を汚泥に対する高分子の重量で３７０ｐｐｍ、４００ｐｐｍおよび４３０ｐｐｍ添加し、それぞれビーカー移し変え攪拌２０回行った後、Ｔ−１１７８Ｌのナイロン濾布で濾過し、４５秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥のケーキ支持性（脱水ケーキの硬さ）を観察した後、プレス圧２ｋｇ／ｍ２で１分間脱水し濾布剥離性を確認し、ケーキ含水率（１０５℃、２０時間乾燥）を測定した。結果を表２に示す。
【００６１】
（比較例２） イオン性水溶性高分子粉末を比較製造例２としたこと以外は、実施例２と同様な方法で汚泥の脱水試験を行った。結果を表２に示す。
【００６２】
（表２）
【００６３】
表２で示した通り製造例２と比較製造例２のイオン性水溶性高分子粉末を比較すると、電荷内包率の高い製造例２イオン性水溶性高分子粉末の方が４５秒後の濾液量は多く、ケーキ支持性、濾布剥離性に優れ、脱水ケーキの含水率が大きく低減することが出来ることが明白である。
【実施例３】
【００６４】
製造例３および製造例４で合成した粉末からなるイオン性水溶性高分子を水で溶解し０．２重量％の水溶液を調製し汚泥の脱水試験を行った。食肉余剰汚泥（ｐＨ６．６４、全ｓｓ分２４，０００ｍｇ／Ｌ）を２００ｍＬポリビーカーに採取し、前記製造例３のイオン性水溶性高分子粉末の溶解液を汚泥に対する高分子の重量で４００ｐｐｍ、５００ｐｐｍおよび６００ｐｐｍ添加し、それぞれＣＳＴ１０００ｒｐｍで３０秒間攪拌混合を行った後＃２０２のナイロン濾布で濾過し、４５秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥のケーキ支持性（脱水ケーキの硬さ）を観察した後、プレス圧３ｋｇ／ｍ２で３０秒間脱水し濾布剥離性を確認し、ケーキ含水率（１０５℃、２０時間乾燥）を測定した。結果を表３に示す。
【００６５】
（比較例３） イオン性水溶性高分子粉末を比較製造例３としたこと以外は、実施例３と同様な方法で汚泥の脱水試験を行った。結果を表３に示す。
【００６６】
（表３）
【００６７】
表３で示した通り製造例３と比較製造例３のイオン性水溶性高分子粉末を比較すると、電荷内包率の高い製造例３のイオン性水溶性高分子粉末の方が特に高添加量範囲での４５秒後濾液量が極度に多く、ケーキ支持性、濾布剥離性に優れ、脱水ケーキの含水率が大きく低減することが出来ることが明白である。
【実施例４】
【００６８】
製造例１で合成したイオン性水溶性高分子粉末を水で溶解し０．２重量％の水溶液を調製し製紙スラッジの脱水試験を行った。製紙スラッジ（ｐＨ６．９０、全ｓｓ分１１，７５０ｍｇ／Ｌ）を２００ｍＬポリビーカーに採取し、アニオン性高分子凝集剤（ハイモロックＶ−３２０）の０．１重量％水溶液を汚泥に対して高分子の重量で５ｐｐｍ、１０ｐｐｍおよび２０ｐｐｍ添加した後、前記製造例１のイオン性水溶性高分子粉末の溶解液を汚泥に対する高分子の重量でそれぞれ１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ添加し、それぞれスパチュラで５０回攪拌しさらにビーカー移し変え６回行った後＃２０２のナイロン濾布で濾過し、４５秒後の濾液量を測定した。また濾過した汚泥のケーキ支持性（脱水ケーキの硬さ）を観察した後、プレス圧４ｋｇ／ｍ２で６０秒間脱水し濾布剥離性を確認し、ケーキ含水率（１０５℃、２０時間乾燥）を測定した。結果を表４に示す。
【００６９】
（比較例４） 製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較製造例１としたこと以外は、実施例４と同様な方法で製紙スラッジの脱水試験を行った。結果を表４に示す。
【００７０】
（表４）
【００７１】
表４で示した通り製造例１と比較製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較すると、電荷内包率の高い製造例１のイオン性水溶性高分子粉末の方は４５秒後濾液量に大きな差は無いものの、ケーキ支持性、濾布剥離性に優れ、脱水ケーキの含水率が大きく低減することが出来る、カチオン性高分子の添加量を低減することが可能であることが明白である。
【実施例５】
【００７２】
製造例１で合成した粉末からなるイオン性水溶性高分子を水で溶解し０．２重量％の水溶液を調製し、カナディアンスタンダードフリーネス４００ｍｌに叩解したＬＢＫＰを用いて抄紙試験およびブリット式ダイナミックジャーテスターによる歩留試験を行った。ＬＢＫＰを１．０％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料に前記製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量で２００ｐｐｍになるように添加した後３０秒攪拌した。その後、タッピスタンダードシートマシンで坪量８０ｇ／ｍ２となるように抄紙し、得られた湿紙を４Ｋｇ／ｃｍ２で５分間プレス後、１０５℃回転式ドライヤーで３分間乾燥し手抄き紙を得た。この手抄き紙を２０℃、６５％ ＨＲの条件下に２４時間調湿した後、成紙の地合いの様子、不透明度およびＩＳＯ白色度を評価した。結果を表５に示す。
【００７３】
ＬＢＫＰを０．５％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料をブリット式ダイナミックジャーテスターに投入し、前記製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量で２００ｐｐｍになるように添加した。２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した後、攪拌回転数を８００ｒｐｍに落とし白水を１０秒間排出し、その後、３０秒間白水を回収した。回収した白水のＳＳ濃度および５２５℃で２時間灰化して得られた灰分量から、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表５に示す。
【００７４】
（比較例５） 製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較製造例１としたこと以外は、実施例５と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表５に示す。
【００７５】
（表５）
【００７６】
表５で示した通り製造例１と比較製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較すると、電荷内包率の高い製造例１のイオン性水溶性高分子粉末の方は地合い評価、不透明度、ＩＳＯ白色度、総歩留率および灰分歩留率について比較製造例１のイオン性水溶性高分子より優位にあることが明白である。
【実施例６】
【００７７】
水で２．０重量％に調整したベントナイト分散液および製造例１で合成した粉末からなるイオン性水溶性高分子を水で溶解し０．２重量％とした水溶液を調製し、カナディアンスタンダードフリーネス４００ｍｌに叩解したＬＢＫＰを用いて抄紙試験およびブリット式ダイナミックジャーテスターによる歩留試験を行った。ＬＢＫＰを１．０％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料に前記ベントナイト分散液をパルプ重量に対してベントナイト１０００ｐｐｍとなるように添加した後１５秒攪拌し、次に製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量でそれぞれ１００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍになるように添加した後さらに２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した。その後、タッピスタンダードシートマシンで坪量８０ｇ／ｍ２となるように抄紙し、得られた湿紙を４Ｋｇ／ｃｍ２で５分間プレス後、１０５℃回転式ドライヤーで３分間乾燥し手抄き紙を得た。この手抄き紙を２０℃、６５％ ＨＲの条件下に２４時間調湿した後、成紙の地合いの様子、不透明度およびＩＳＯ白色度を評価した。結果を表６に示す。
【００７８】
ＬＢＫＰを０．５％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料をブリット式ダイナミックジャーテスターに投入し、前記ベントナイト分散液をパルプ重量に対してベントナイト１０００ｐｐｍとなるように添加した後２０００ｒｐｍで１５秒攪拌し、次に製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量でそれぞれ１００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍになるように添加した。次に、２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した後、攪拌回転数を８００ｒｐｍに落とし白水を１０秒間排出し、その後、３０秒間白水を回収した。回収した白水のＳＳ濃度および５２５℃で２時間灰化して得られた灰分量から、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表６に示す。
【００７９】
（比較例６） ベントナイトを添加しないこと以外は、実施例６と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表６に示す。
【００８０】
（比較例７） 製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較製造例１としたこと以外は、実施例６と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表６に示す。
【００８１】
（表６）
【００８２】
表６で示したように、実施例６は比較例６および７と比較して、総歩留率、灰分歩留率を大きく向上する効果が得られることが明白である。特に、灰分の歩留向上効果が高い。
【実施例７】
【００８３】
水で０．２重量％に調整したアニオン性高分子（アクリル酸ナトリウム２０ｍｏｌ％−アクリルアミド８０ｍｏｌ％共重合物、０．５重量％食塩水溶液粘度１２０．０（ｍＰａ・ｓ）（食塩濃度４重量％、Ｂ型粘度計２号ローター、６０ｒｐｍ、２５℃測定））および、製造例１で合成したイオン性水溶性高分子粉末を水で溶解し０．２重量％とした水溶液を調製し、カナディアンスタンダードフリーネス４００ｍｌに叩解したＬＢＫＰを用いて抄紙試験およびブリット式ダイナミックジャーテスターによる歩留試験を行った。ＬＢＫＰを１．０％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料に前記アニオン性高分子水溶液をパルプ重量に対してアニオン性高分子１００ｐｐｍとなるように添加した後１５秒攪拌し、次に製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量でそれぞれ１００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍになるように添加した後さらに２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した。その後、タッピスタンダードシートマシンで坪量８０ｇ／ｍ２となるように抄紙し、得られた湿紙を４Ｋｇ／ｃｍ２で５分間プレス後、１０５℃回転式ドライヤーで３分間乾燥し手抄き紙を得た。この手抄き紙を２０℃、６５％ ＨＲの条件下に２４時間調湿した後、成紙の地合いの様子、不透明度およびＩＳＯ白色度を評価した。結果を表７に示す。
【００８４】
ＬＢＫＰを０．５％濃度とした後、市販の炭酸カルシウムをパルプ重量に対して２０％、硫酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３分として８．０％）を対パルプ重量１．２％添加して硫酸でｐＨ７．５に調整した。この製紙原料をブリット式ダイナミックジャーテスターに投入し、前記アニオン性高分子溶解液をパルプ重量に対してアニオン性高分子重量で１００ｐｐｍとなるように添加した後２０００ｒｐｍで１５秒攪拌し、次に製造例１のイオン性水溶性高分子粉末溶解液をパルプ重量に対して高分子の重量でそれぞれ１００ｐｐｍおよび２００ｐｐｍになるように添加した。次に、２０００ｒｐｍで３０秒攪拌した後、攪拌回転数を８００ｒｐｍに落とし白水を１０秒間排出し、その後、３０秒間白水を回収した。回収した白水のＳＳ濃度および５２５℃で２時間灰化して得られた灰分量から、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表７に示す。
【００８５】
（比較例８） アニオン性高分子を添加しないこと以外は、実施例７と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表７に示す。
【００８６】
（比較例９） 製造例１のイオン性水溶性高分子粉末を比較製造例１としたこと以外は、実施例７と同様な方法で抄紙試験および歩留試験を行い、成紙の地合いの様子、不透明度、ＩＳＯ白色度、製紙原料の総歩留率および灰分歩留率を求めた。結果を表７に示す。
【００８７】
（表７）
【００８８】
表７で示したように、実施例７は比較例８および９と比較して、総歩留率、灰分歩留率を大きく向上する効果が得られることが明白である。実施例６と同様に、本発明の粉末からなるイオン性水溶性高分子は特に灰分の歩留向上効果が高い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を、乾燥工程を経ることによって造粒し製造したイオン性水溶性高分子であって、イオン性水溶性高分子の電荷内包率が３５％以上９０％以下であることを特徴とする粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【請求項２】
前記乾燥工程が、噴霧乾燥であることを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【請求項３】
前記乾燥工程が、前記油中水滴型エマルジョン状液体を液状のまま直接乾燥することを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【請求項４】
前記イオン性水溶性高分子が、下記一般式（１）及び／または（２）で表わされる単量体５〜１００ｍｏｌ％、下記一般式（３）で表わされる単量体０〜５０ｍｏｌ％および水溶性の非イオン性単量体０〜９５ｍｏｌ％および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を共重合して得られることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【化１】
一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い。ＡはＯ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、Ｘ１−は陰イオンをそれぞれ表す。
【化２】
一般式（２）
Ｒ５、Ｒ６は水素又はメチル基、Ｒ７、Ｒ８は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２−は陰イオンをそれぞれ表す。
【化３】
一般式（３）
Ｒ９は水素またはＣＨ２ＣＯＯＹ２、Ｒ１０は水素、メチル基またはＣＯＯＹ２、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−であり、Ｙ１は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【請求項５】
ＨＬＢ値が１０以上の界面活性剤を含まないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、汚泥に添加し凝集させ脱水機により脱水することを特徴とした汚泥の脱水方法。
【請求項７】
請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、製紙スラッジに添加し凝集させ脱水機により脱水することを特徴とした製紙スラッジの脱水方法。
【請求項８】
請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、抄紙前の製紙原料中に添加し使用することを特徴とした製紙方法。
【請求項９】
無機及び／または有機のアニオン性物質と組み合わせて使うことを特徴とした、請求項８記載の製紙方法。
【請求項１０】
前記アニオン性物質がコロイダルシリカあるいはベントナイトであることを特徴とする、請求項９記載の製紙方法。
【請求項１１】
前記アニオン性物質が、下記一般式（３）で表わされる単量体３〜１００ｍｏｌ％と水溶性の非イオン性単量体の重合物であることを特徴とする、請求項９記載の製紙方法。
【化３】
一般式（３）
Ｒ９は水素またはＣＨ２ＣＯＯＹ２、Ｒ１０は水素、メチル基またはＣＯＯＹ２、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−であり、Ｙ１は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【請求項１】
界面活性剤により水に非混和性有機液体を連続相、カチオン性単量体および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を必須として含む単量体混合物水溶液を分散相となるよう乳化し重合した後、得られる油中水滴型エマルジョン状液体を、乾燥工程を経ることによって造粒し製造したイオン性水溶性高分子であって、イオン性水溶性高分子の電荷内包率が３５％以上９０％以下であることを特徴とする粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【請求項２】
前記乾燥工程が、噴霧乾燥であることを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【請求項３】
前記乾燥工程が、前記油中水滴型エマルジョン状液体を液状のまま直接乾燥することを特徴とする請求項１に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【請求項４】
前記イオン性水溶性高分子が、下記一般式（１）及び／または（２）で表わされる単量体５〜１００ｍｏｌ％、下記一般式（３）で表わされる単量体０〜５０ｍｏｌ％および水溶性の非イオン性単量体０〜９５ｍｏｌ％および複数の不飽和二重結合を有する多官能性単量体を共重合して得られることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【化１】
一般式（１）
Ｒ１は水素又はメチル基、Ｒ２、Ｒ３は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基、Ｒ４は水素、炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシル基あるいはベンジル基であり、同種でも異種でも良い。ＡはＯ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、Ｘ１−は陰イオンをそれぞれ表す。
【化２】
一般式（２）
Ｒ５、Ｒ６は水素又はメチル基、Ｒ７、Ｒ８は炭素数１〜３のアルキル基、アルコキシ基あるいはベンジル基、Ｘ２−は陰イオンをそれぞれ表す。
【化３】
一般式（３）
Ｒ９は水素またはＣＨ２ＣＯＯＹ２、Ｒ１０は水素、メチル基またはＣＯＯＹ２、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−であり、Ｙ１は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【請求項５】
ＨＬＢ値が１０以上の界面活性剤を含まないことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、汚泥に添加し凝集させ脱水機により脱水することを特徴とした汚泥の脱水方法。
【請求項７】
請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、製紙スラッジに添加し凝集させ脱水機により脱水することを特徴とした製紙スラッジの脱水方法。
【請求項８】
請求項１〜５に記載の粉末からなるイオン性水溶性高分子を水に溶解した後、抄紙前の製紙原料中に添加し使用することを特徴とした製紙方法。
【請求項９】
無機及び／または有機のアニオン性物質と組み合わせて使うことを特徴とした、請求項８記載の製紙方法。
【請求項１０】
前記アニオン性物質がコロイダルシリカあるいはベントナイトであることを特徴とする、請求項９記載の製紙方法。
【請求項１１】
前記アニオン性物質が、下記一般式（３）で表わされる単量体３〜１００ｍｏｌ％と水溶性の非イオン性単量体の重合物であることを特徴とする、請求項９記載の製紙方法。
【化３】
一般式（３）
Ｒ９は水素またはＣＨ２ＣＯＯＹ２、Ｒ１０は水素、メチル基またはＣＯＯＹ２、ＱはＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−、ＣＯＮＨＣ（ＣＨ３）２ＣＨ２ＳＯ３−、Ｃ６Ｈ４ＣＯＯ−あるいはＣＯＯ−であり、Ｙ１は水素または陽イオンをそれぞれ表す。
【公開番号】特開２００９−２８０６４９（Ｐ２００９−２８０６４９Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３１７０５（Ｐ２００８−１３１７０５）
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【出願人】（０００１４２１４８）ハイモ株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２０日（２００８．５．２０）
【出願人】（０００１４２１４８）ハイモ株式会社 (151)
【Ｆターム（参考）】
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