JP2002265923A - 水性媒体用摩擦抵抗低減剤組成物及び該低減剤を用いた水性媒体の摩擦抵抗低減方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配管内の輸送水性媒体の渦発生を抑制し、優
れた摩擦抵抗低減効果を有する水性媒体用摩擦抵抗低減
剤を提供する。 【解決手段】 （Ａ）下記一般式（１） 【化１】Ｒ−Ｏ（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ)_n−Ｈ （１） （式中、Ｒは平均炭素数６〜２２の脂肪族基を示し、ｎ
はエチレンオキシドの平均付加モル数で０〜１２の数を
示す）で表される脂肪族含酸素化合物と、（Ｂ）アニオ
ン性界面活性剤の多価金属塩とを含有することを特徴と
する水性媒体用摩擦抵抗低減剤組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配管内の輸送水性
媒体の渦発生を抑制し、配管壁との摩擦抵抗を低減させ
る組成物及びその摩擦抵抗低減剤を用いる水性媒体の摩
擦抵抗の低減方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】水性媒体輸送時の管内乱流は、管内で渦
を発生し、これにより管壁と水性媒体との摩擦を高め、
輸送動力が大きくなるという問題を生じる。この問題を
解決するために、少量の特定物質を添加し、摩擦抵抗を
低減させることは、一般に知られている。このような摩
擦抵抗低減効果を発揮する物質、すなわち、摩擦抵抗低
減剤としては、陽イオン性界面活性剤（特公平４−６２
３１号公報、特開昭６０−１５８１４５号公報、特開昭
５８−５０１８２２号公報等）、特定の第４級アンモニ
ウム塩（特開昭６０−１５２４４８号公報、特公平５−
４７５３４号公報等）、特定のアミンオキシド（特開昭
６０−９９１９９号公報、特開平１０−２９８５８５号
公報）、イオン性界面活性剤と特定のアルコキシル化ア
ルカノールアミドからなるもの（特表平１０−５０６６
６３号公報）、両性界面活性剤とアルキルベンゼンスル
ホン酸ナトリウムからなるもの［ＪＡＯＣＳ，Ｖｏｌ．
７３，Ｎｏ．７（１９９６），ｐ．９２１〜９２８］等
が提案されている。しかしながら、これら従来の摩擦抵
抗低減剤は、いずれもその摩擦抵抗低減効果において、
未だ満足できるものではなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、配管内の輸
送水性媒体の渦発生を抑制し、優れた摩擦抵抗低減効果
を有する水性媒体用摩擦抵抗低減剤及びそれを用いた輸
送水性媒体の摩擦抵抗低減方法を提供することをその課
題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の非イオン性
化合物とアニオン性界面活性剤の多価金属塩とを組合せ
ることにより、前記課題を解決し得ることを見出し、本
発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、以下
に示す水性媒体用摩擦抵抗低減剤組成物及び水性媒体輸
送における摩擦抵抗低減方法が提供される。 （１）（Ａ）下記一般式（１）

【化２】Ｒ−Ｏ（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ)_n−Ｈ （１） （式中、Ｒは平均炭素数６〜２２の脂肪族基を示し、ｎ
はエチレンオキシドの平均付加モル数で０〜１２の数を
示す）で表される脂肪族含酸素化合物と（Ｂ）アニオン
性界面活性剤の多価金属塩とを含有することを特徴とす
る水性媒体用摩擦抵抗低減剤組成物。 （２）該多価金属塩が亜鉛塩である前記（１）に記載の
組成物。 （３）輸送用水性媒体に前記(１）又は(２）に記載の組
成物を添加して輸送することを特徴とする、水性媒体輸
送における摩擦抵抗低減方法。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明組成物の（Ａ）成分は、下
記一般式（１）で表される脂肪族含酸素化合物（アルコ
ール又はエーテル）である。

【化３】Ｒ−Ｏ（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ)_n−Ｈ （１） 前記式中、Ｒは脂肪族基を示すが、この脂肪族基にはア
ルキル基及びアルケニル基が包含される。その脂肪族の
平均炭素数は６〜２２、好ましくは８〜１８である。前
記脂肪族基の具体例としては、例えば、オクチル、デシ
ル、ラウリル、ミリスチル、パルミチル、ステアリル、
オレイル等が挙げられる。前記式中、ｎはエチレンオキ
シドの平均付加モル数で、０〜１２、好ましくは０〜９
の数を示す。前記脂肪族含酸素化合物において、ポリエ
チレンオキシド基（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ）ｎには、本発明の目的を
阻害しない程度の量でプロピレンオキシド基（Ｃ₃Ｈ
₆Ｏ）等の他のアルキレンオキシド基が含有されていて
もよい。

【０００６】本発明で用いる（Ｂ）成分のアニオン性界
面活性剤の多価金属塩において、その多価金属には、カ
ルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチ
ウム（Ｓｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃ
ｕ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、バリウム（Ｂａ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニ
ウム（Ａｌ）などが包含される。これらの多価金属は、
アニオン性界面活性剤の対イオンを形成する。

【０００７】前記アニオン性界面活性剤の具体例として
は、アルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸
塩、脂肪酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキ
ルスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、α−ス
ルホ脂肪酸エステル塩、モノアルキル燐酸エステル塩、
アルキルまたはヒドロキシアルキルエーテルスルホン酸
塩、アルキルアミドエーテル硫酸エステル塩、Ｎ−アル
キルアミドアルカノール硫酸エステル塩、アシルザルコ
シネート、Ｎ−アシルタウライド、Ｎ−アシル−Ｎ−メ
チルタウライド、脂肪酸モノグリセライド硫酸エステル
塩、アシルアミノ酸塩、アルキルイミノジカルボン酸
塩、二級アミド型Ｎ−アシルアミノ酸塩、酒石酸アルキ
ルアミド塩、リンゴ酸アルキルアミド塩、クエン酸アル
キルアミド塩等が挙げられる。特に好ましいアニオン性
界面活性剤は、α−オレフィンスルホン酸塩である。

【０００８】本発明においては、アニオン性界面活性剤
の多価金属塩としては、鋼鉄製配管の錆発生を抑制し、
媒体中での菌や藻の繁殖を抑制する点から、亜鉛塩を用
いるのが好ましい。また、この亜鉛塩にカルシウム塩や
マグネシウム塩等のアルカリ土類金属塩を混合したもの
も好ましいものである。

【０００９】本発明の組成物において、そのアニオン性
界面活性剤の多価金属塩は、あらかじめ調製したもので
あってもよく、また、組成物中で形成したものであって
もよい。組成物中で調製する場合には、酸型や、塩（ア
ルカリ金属塩、有機塩等）型のアニオン性界面活性剤と
多価金属の水溶性塩を水性媒体中に配合すればよい。こ
の場合、多価金属の水溶性塩の具体例としては、硫酸
塩、塩化物、塩化アンモニウム塩等が挙げられる。アニ
オン性界面活性剤と多価金属の水溶性塩との割合は、ア
ニオン性界面活性剤１当量当り、多価金属の水溶性塩
０．４〜２．０当量、好ましくは０．６〜１．６当量の
割合である。水性媒体中の多価金属の水溶性塩の濃度
は、その飽和濃度以下であればよい。一方、アニオン性
界面活性剤の水性媒体中濃度は、通常、７０質量％以下
である。なお、前記水性媒体は、水や水と水溶性有機溶
媒との混合物等であることができる。本発明の組成物を
調製する場合、アニオン性界面活性剤の多価金属塩を、
組成物中で形成する方法が経済性の点から好ましい。

【００１０】本発明の組成物は、固体状又は水溶液状等
の種々の形態であることができる。

【００１１】本発明の摩擦抵抗低減剤組成物において、
摩擦抵抗低減効果から、その（Ａ）成分と（Ｂ）成分と
の質量比は、好ましくは（Ｂ）／（Ａ）＝０．１〜２０
０、特に好ましくは（Ｂ）／（Ａ）＝１〜２０である。

【００１２】本発明の組成物を調製する場合、あらかじ
め調製したアニオン性界面活性剤多価金属塩を配合
（Ｂ）成分として用いる場合には、その活性剤の水溶液
に対して（Ａ）成分である脂肪族含酸素化合物を配合す
るのが好ましい。一方、組成物中又は水中で（Ｂ）成分
を調製する場合には、その（Ｂ）成分の原料となる酸型
又は多価金属塩以外の塩型の活性剤と多価金属の水溶性
塩を含む水溶液に対して、（Ａ）成分を配合するのが好
ましい。（Ａ）成分を配合する場合、その（Ａ）成分は
単独の化合物として添加してもよく又は水溶液として添
加してもよい。

【００１３】本発明の摩擦抵抗低減剤組成物は上記成分
の他に、性能が損なわない範囲で上記成分以外の界面活
性剤を添加することもできる。それらの例としては、非
イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性界面
活性剤等が挙げられる。非イオン性界面活性剤の具体例
としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリ
オキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレ
ンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、蔗糖脂肪酸
エステル、アルキルポリグルコシド、脂肪酸ジエタノー
ルアミド、脂肪酸２，３−ジヒドロキシプロピルアミ
ド、脂肪酸ポリオキシエチレンアミド、アルキルアミン
オキシド、アルキルアミドアミンオキシド、ポリオキシ
エチレン脂肪酸エステル、アルキルグルコシド脂肪酸エ
ステル、アシルグルカミド等が挙げられる。陽イオン性
界面活性剤の具体例としては、エーテル基やエステル基
で置換されていても良いモノ、ジ、トリ長鎖アルキルア
ミンの有機酸または無機酸の塩、あるいは４級アンモニ
ウム塩等が挙げられる。両性界面活性剤の具体例として
は、カルボキシベタイン、スルホベタイン、ホスホベタ
イン、アミドアミノ酸、イミダゾリニウムベタイン系界
面活性剤等が挙げられる。

【００１４】本発明の摩擦抵抗低減剤組成物は、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。

【００１５】本発明の摩擦抵抗低減剤組成物を用いて乱
流状態で管内を流れる輸送水性媒体の摩擦を低減させる
ためには、水性媒体に本発明の摩擦抵抗低減剤組成物を
添加すれば良い。この場合、その添加量は水性媒体に対
し、有効量（（Ａ）成分と（Ｂ）成分の総量）で好まし
くは０．０１〜２０質量％、特に好ましくは０．１〜２
質量％である。

【００１６】また、本発明の摩擦抵抗低減剤の添加方法
は、組成物を予め調製して添加しても良いし、（Ａ）成
分と（Ｂ）成分を前記有効量になるよう、水性媒体に対
して別々に添加しても差し支えない。

【００１７】

【発明の効果】本発明の摩擦抵抗低減剤組成物及び水性
媒体の摩擦抵抗低減方法は、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、使用中の濃度調整の必要もなく、ま
た、ｐＨや水道水、工業用水等に含有している電解質に
よる劣化もないことから、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。

【００１８】

【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例に限定されるものでは
ない。

【００１９】実施例１〜６、比較例１〜２ 表１に示す成分組成の組成物を以下の製造方法で調製
し、その摩擦抵抗低減効果を渦抑制率により以下のよう
にして評価した。渦抑制率評価は摩擦抵抗低減効果を表
す簡便評価方法であり、［ＪＡＯＣＳ，Ｖｏｌ．７３，
Ｎｏ．７（１９９６），ｐ．９２１〜９２８］にも示さ
れている。

【００２０】（製造方法）所定量の硫酸亜鉛七水和物
（関東化学（株）試薬）を所定量の水道水で溶解した水
溶液に、炭素鎖長１４〜１８（混合）のα−オレフィン
スルホン酸ナトリウム（Ｃ₁₄₈ＡＯＳ−Ｎａ、ライオン
（株）リポランＰＢ−８００）を水道水で溶解した３７
質量％水溶液を、（硫酸亜鉛）／（Ｃ₁₄₈ＡＯＳ−Ｎ
ａ）＝０．６（モル比）となるように添加して混合し、
炭素鎖長１４〜１８（混合）のα−オレフィンスルホン
酸亜鉛（Ｃ₁₄₈ＡＯＳ−Ｚｎ）１０質量％を含む水溶液
を得た。次に、この水溶液に対して、（Ａ）成分である
脂肪族含酸素化合物を含む水溶液を添加して、表１に示
す成分組成の組成物を製造した。

【００２１】（渦抑制率評価方法）２００ｍｌビーカー
（柴田科学（株）製）に所定量の水道水を入れ、所定量
の（Ｂ）成分水溶液と所定量の（Ａ）成分を添加して混
合し、表１の濃度を満たす摩擦抵抗低減剤組成物水溶液
１００ｇを得た。マグネチックスターラー（撹拌子：８
×３０ｍｍ、５５０ｒｐｍ）で撹拌したとき発生する渦
の深さ（ｍｍ）を測定し、下記式（１）より渦抑制率
（％）を算出した。 渦抑制率（％）＝１００×（ＤＶ_W−ＤＶ_DR）／ＤＶ_W （２） （式中、ＤＶ_WおよびＤＶ_DRはそれぞれ水道水および組
成物水溶液の渦の深さ（ｍｍ）を示す） 前記水溶液の温度を５〜６０℃に調整して渦抑制率を測
定したときの最大渦抑制率を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示した符号の具体的内容は以下の通
りである。 （１）Ｃ₈ＯＨ：炭素数８のアルコール （２）Ｃ₁₂ＯＨ：炭素数１２のアルコール （３）Ｃ₁₂ＥＯ₃：炭素数１２、エチレンオキシド平均
付加モル数３のポリオキシエチレンアルキルエーテル （４）Ｃ₁₆ＥＯ₃：炭素数１６、エチレンオキシド平均
付加モル数３のポリオキシエチレンアルキルエーテル （５）Ｃ_18:1ＥＯ₃：エチレンオキシド平均付加モル数
３のポリオキシエチレンオレイルエーテル （６）Ｃ_18:1ＥＯ₆：エチレンオキシド平均付加モル数
６のポリオキシエチレンオレイルエーテル （７）Ｃ₄ＯＨ：炭素数４のアルコール （８）Ｃ₈ＥＯ₁₈：炭素数８、エチレンオキシド平均付
加モル数１８のポリオキシエチレンアルキルエーテル （９）Ｃ₁₄₈ＡＯＳ−Ｚｎ：炭素数１４〜１８（混合）
のα−オレフィンスルホン酸亜鉛

【００２４】実施例７ 摩擦抵抗低減剤組成物を以下の製造方法で調製し、その
摩擦抵抗低減効果を媒体循環装置により以下のようにし
て評価した。

【００２５】（製造方法） （ｉ）所定量の硫酸亜鉛七水和物（関東化学（株）試
薬）を所定量の水道水で溶解した水溶液に、炭素鎖長１
４〜１８（混合）のα−オレフィンスルホン酸ナトリウ
ム（Ｃ₁₄₈ＡＯＳ−Ｎａ、ライオン（株）リポランＰＢ
−８００）を水道水で溶解した３７質量％水溶液を、
（硫酸亜鉛）／（Ｃ₁₄₈ＡＯＳ−Ｎａ）＝０．６（モル
比）となるように添加して混合し、炭素鎖長１４〜１８
（混合）のα−オレフィンスルホン酸亜鉛（Ｃ₁₄₈ＡＯ
Ｓ−Ｚｎ）を含む水溶液を得た。 （ii）オレイルアルコール（関東化学（株）試薬）に、
１７０℃、０．５ＭＰａの条件で触媒を用いてエチレン
オキシドをオレイルアルコールに対して３倍モル量付加
し、加圧ろ過により触媒を除いて、エチレンオキシド平
均付加モル数３のポリオキシエチレンオレイルエーテル
（Ｃ_18:1ＥＯ₃）を得た。 （iii)（ｉ）のＣ₁₄₈ＡＯＳ−Ｚｎを含む水溶液に、（i
i）のＣ_18:1ＥＯ₃を添加して混合し、Ｃ_18:1ＥＯ₃を５
質量％、Ｃ₁₄₈ＡＯＳ−Ｚｎを２０質量％含む摩擦抵抗
低減剤組成物を得た。

【００２６】（摩擦抵抗低減効果評価方法）媒体循環装
置として、媒体温度が制御できるタンク、インバータで
出力が制御できるポンプ、流量計、試験部分の直管（長
さ５ｍ、内径２．５ｃｍ）、差圧計（直管２ｍの間の差
圧を測定）を備えており、媒体は再びタンクに戻るよう
に配管が組まれているものを用いた。タンクに水道水４
９ｋｇを入れ、ポンプを運転しながら摩擦抵抗低減剤組
成物１ｋｇを添加して混合し、表２の濃度とした。媒体
温度を制御し、インバータでポンプ出力を制御して、流
速（ｕ）と差圧（ΔＰ）の関係を測定した。組成物水溶
液の密度をρ、重力加速度をｇ、差圧測定部分の長さを
Ｌ、管の内径をＤとすると、組成物水溶液の管摩擦係数
（ｆ_s）は下記式（３）より求められる。同様に水道水
の管摩擦係数（ｆ_w）を測定し、媒体の粘度をμとした
とき、下記式（４）より求めたレイノルズ数（Ｒ）との
関係式を下記式（５）として係数Ａ、Ｂを求め、ｆ_s測
定条件におけるＲからその条件に対応するｆ_wを求め
た。組成物水溶液の摩擦抵抗低減効果（％）は、水道水
に対する組成物水溶液の管摩擦係数の減少率として、下
記数式（６）のように定義した。 ΔＰ＝４ｆ（ρｕ²／２ｇ）（Ｌ／Ｄ） （３） Ｒ＝ｕＤρ／μ （４） ｆ_w＝ＡＲ^B （５） 摩擦抵抗低減効果（％）＝１００×（ｆ_w−ｆ_s）／ｆ_w （６） 水溶液温度を５〜６０℃に調整して流速１．５ｍ／ｓで
直管内に組成物水溶液を循環させたときの摩擦抵抗低減
効果を表２に示す。

【００２７】

【表２】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）下記一般式（１） 【化１】Ｒ−Ｏ（Ｃ₂Ｈ₄Ｏ)_n−Ｈ （１） （式中、Ｒは平均炭素数６〜２２の脂肪族基を示し、ｎ
   はエチレンオキシドの平均付加モル数で０〜１２の数を
   示す）で表される脂肪族含酸素化合物と（Ｂ）アニオン
   性界面活性剤の多価金属塩とを含有することを特徴とす
   る水性媒体用摩擦抵抗低減剤組成物。
2. 【請求項２】 該多価金属塩が亜鉛塩である請求項１に
   記載の組成物。
3. 【請求項３】 輸送用水性媒体に請求項１又は２に記載
   の組成物を添加して輸送することを特徴とする、水性媒
   体輸送における摩擦抵抗低減方法。