CN114641540A

CN114641540A - 用于处理和回收涂料冲洗废物的组合物和方法

Info

Publication number: CN114641540A
Application number: CN202080071813.3A
Authority: CN
Inventors: 安东尼·罗杰斯
Original assignee: Hairui R & D Department Co ltd
Current assignee: Hairui R & D Department Co ltd
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2022-06-17
Also published as: CA3150850A1; WO2021030523A1; KR20220047605A; JP2022544684A; EP4013825A1; US20220227651A1

Abstract

公开了用于清洁制造过程中使用的管线的方法和组合物。在某些实施方案中，所述方法和组合物可以在有色涂料或涂料的制造中，或在有色涂料或涂料的使用中(例如在成品汽车的制造中)特别有用。

Description

用于处理和回收涂料冲洗废物的组合物和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年8月13日提交的美国临时申请No.62/885,866的权益，其通过引用整体并入本文。

背景技术

使用或制造涂料的制造商，例如涂料制造商和/或汽车制造商，可以在颜色变化之间冲洗他们的系统，以最小化他们的设备和产品的浪费和污染。最近，钡在涂料制剂中的使用浓度增加，这可能引发对如何处理或以其他方式处置废物的监管限制。因此，仍需要用于冲洗系统和处理来自这些系统的废物料流的改进方法和组合物。

发明内容

在一些实施方案中，处理由制造设备的清洁或冲洗产生的废物料流，以便从用于清洁或冲洗制造设备的组合物中除去来自涂料制剂的涂料固体(例如无机物)和/或有机化合物。在某些实施方案中，用于清洁或冲洗制造设备的组合物是一种水性清洗溶液。

在其它实施方案中，通过提高组合物的pH、降低组合物的pH或使用氧化剂(例如漂白剂)来处理用于清洁或冲洗制造设备的水性清洗溶液。在一些实施方案中，使用强碱，例如但不限于氢氧化钠或石灰。在还有其他的实施方案中，可以用离子交换树脂处理水性清洗溶剂或废清洗溶剂。

在一个实施方案中，通过使用水性清洗溶液来清洁或冲洗制造设备。在一些实施方案中，使用的水性清洗溶液是水/溶剂混合物，有时称为DI Purge或Hydropurge。在某些实施方案中，水性清洗溶液包含水；有机溶剂；乙醚；乙二醇；乙二醇醚；表面活性剂；乙醇胺；乙醇；酯；酮；α-己基-w-羟基聚(氧基-1,2-乙二基)；单乙醇胺；苯甲醇；磷酸三(2-丁氧基乙基)酯；或其组合。

在另一个实施方案中，在制造设备中使用不同颜色制剂之前，将用于制造设备中的有色涂料制剂从制造设备中清洁或冲洗掉。

在一些实施方案中，使用助滤剂来改善废物料流中固体的过滤性或脱水性。在某些实施方案中，助滤剂是硅藻岩(diatomite)、硅藻土、珍珠岩和/或纤维素。

本发明的其他的实施方案及其特征和优点将从本文的描述中显而易见。

附图说明

图1是本公开的一个实施方案的工艺流程图，其示出了废清洗溶剂作为工艺的起始材料，用酸和/或碱进行pH调节，过滤和/或分离过程，产生涂料固体和上清液，该上清液可以用酸和/或碱进行中和或另一pH调节步骤，以提供回收的清洗溶液。

图2是本公开的一个实施方案的工艺流程图，其示出了废清洗溶剂作为工艺的起始材料，用酸进行pH调节，过滤和/或分离过程，产生涂料固体和上清液，该上清液可以用碱进行中和或另一pH调节步骤，以提供回收的清洗溶液。

图3是本公开的一个实施方案的工艺流程图，其示出了废清洗溶剂作为工艺的起始材料，其中加入石灰以沉淀涂料固体，过滤和/或分离步骤以提供涂料固体和上清液，该上清液可以通过添加CO₂进行中和或pH调节步骤、另一个过滤和/或分离步骤，以提供固体和回收的清洗溶液。

图4示出了在过滤涂料固体后，但在中和行为之前，用离子交换树脂处理过的废清洗溶剂的数字图像。

图5示出了在中和之后，用离子交换树脂处理过的废清洗溶剂的数字图像。

具体实施方式

为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考某些实施方案，并且将使用特定的语言来描述这些实施方案。然而，应该理解的是，这不旨在对本发明的范围的限制，如本文所述的本发明的原理的这样的改变和其他的修改，以及这样的其他的应用被认为是本发明所涉及的领域的技术人员通常会想到的。此外，在下面的详细描述中，对于各种特征给出了许多替代方案。应当理解，每个这样的公开的替代方案或这样的替代方案的组合可以与上面发明内容中讨论的或在下文描述的实施方案中阐述的更一般化的特征相结合，以提供本文所公开的其他的实施方案。

例如，在制造具有颜色的涂料(paints)或其他涂料(coatings)的过程中，当在颜色之间切换时，制造系统或装置可能需要被清洁，以便最小化颜色之间的污染。一些制造商用水基低挥发性有机化合物(VOC)系统冲洗制造设备的管线。一个示例包括一些制造商使用的称为

的水性清洗溶剂浓缩液。Hydrophuce可以作为浓缩液购买，用水稀释，以形成水性清洗溶液，然后冲洗通过管线一次。例如，Hydropurge浓缩液可以被稀释成9份水和1份Hydropurge浓缩液，以形成用于冲洗制造设备的管线的水性清洗溶液。可使用其他的水性清洗溶剂，例如DI Purge。

在清洗组合物被冲洗通过管线后，这产生含有用于冲洗管线的清洗组合物以及从管线中移除的材料(例如，涂料)的废物料流。通常地，产生的废物料流具有约1％至约5％的从管线移除的材料。这可以包括从管线中冲洗出的钡，且钡可以以约0.001％至约0.002％，或约0.00125％至约0.0014％的量存在。从管线中冲洗出的材料可以包括但不限于染料或颜料；金属，例如钡；和/或有机化合物，例如但不限于丙烯酸树脂、丙烯酸磁漆和/或聚氨酯。当使用时，钡可以是任何形式，例如元素钡、氧化钡、重晶石(barite)或重晶石(baryte)、硫酸钡、毒重石或碳酸钡、硝酸钡或另一种钡盐。

用于涂料或其他涂料的一些材料可能被监管。例如，具有一定水平的钡的组合物在它们的最终处置前可能需要特殊处理(handling)和/或处理(treatment)。因此，具有可用于从废物料流中移除这样的化合物的再循环或处理过程可能是有利的。在本公开的一些实施方案中，这样的再循环或处理过程可以在制造设备现场进行。在其他实施方案中，再循环或处理过程可以在距离产生废物料流的制造设备一定距离的设备处进行。

在某些实施方案中，本文所述的涂料制剂可以包含至少一种有机组分和至少一种无机组分。在某些实施方案中，有机组分可以溶解在废物料流的一个相中，而无机组分可以是悬浮的固体。在某些实施方案中，已经令人惊讶地发现，改变废物料流的pH可以有效地(i)絮凝悬浮的无机涂料组分(例如不期望的金属，如钡)，和(ii)沉淀有机涂料组分，从而通过形成大量的涂料固体从废物料流中去除这两种组分。不受任何特定理论的约束，据信絮凝效果可能是固体碱(例如，石灰)作为絮凝底物的结果。在其他的实施方案中，且仍然不受任何特定理论的约束，可能是钙影响或改善了观察到的絮凝效果。

来自一些制造厂的固体废物含有一定水平的可滤出钡，需要将废物作为危险废物处理。环境保护局(EPA)对废物(包括清单中列出的各种废物)进行监管。这些清单包括D清单、F清单、K清单、P清单和U清单。EPA将钡(化学符号“Ba”)列入D类清单，危险废物代码“D005”，监管水平为100.0mg/L或ppm。

如通过毒性特性溶出程序(TLCP)测量的，根据所公开和要求保护的方法处理后的废物料流通常具有约1ppm、低于约1ppm、低于约10ppm、低于约50ppm、低于约75ppm或低于约100ppm的钡浓度。TLCP也被称为EPA方法1311，其通过整体引用并入本文。EPA方法6010D(ICP-OES或电感耦合等离子体-光发射光谱)，通常与EPA方法1311结合使用，作为一种检测方法，EPA方法6010D也通过整体引用并入本文。当本文使用术语TLCP时，它可以指单独的EPA方法1311、与EPA方法6010D结合使用的EPA方法1311或与另一种方法结合使用的EPA方法1311。

在本公开的实施方案中可以使用任何酸。在本公开的实施方案中可以使用强酸，且在本公开的实施方案中可以使用弱酸。可以使用的酸的示例包括但不限于硫酸、磷酸、硝酸、盐酸、甲磺酸、甲酸、乙酸、弱碱的共轭酸或酸性废物料流。当使用酸时，它可用于调节组合物的pH至中性pH或酸性pH，例如，但不限于约3至约5、约4、约5至约9、约6至约8和/或约7。

在本公开的实施方案中可以使用任何碱。在本公开的实施方案中可以使用强碱，且在本公开的实施方案中可以使用弱碱。可以使用的碱的示例包括但不限于氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙、氨、氢氧化铵或弱酸的共轭碱或碱性废物料流。当使用碱时，它可用于调节组合物的pH至中性pH或碱性pH，例如但不限于约10至约14、约11至约13、约12、约12.2、约5至约9、约6至约8、和/或约7。

在本公开的实施方案中可以使用任何氧化剂。可以使用的氧化剂的示例包括，但不限于漂白剂、次氯酸盐、氯胺、高锰酸盐、臭氧或过氧化氢。

助滤剂可以包括但不限于硅藻岩、硅藻土、珍珠岩和/或纤维素。

为了促进对本发明和它的各种实施方案的进一步理解，提供了以下的具体实施例。应当理解，这些实施例是说明性的，而不限制本发明。

实施例1

冲洗制造设备管线以改变组合物

通过用9份水稀释1份

浓缩液来形成乳液，用于形成水性清洗溶液。然后将一定量的该乳液冲洗通过用于制造或应用包含一种或多种染料或颜料的组合物的制造设备的管线。组合物可以包括其他化合物，包括但不限于钡、钡盐、有机化合物、无机化合物、金属薄片、彩虹颜料(iridescent pigments)或珍珠。在冲洗制造设备后，所得的废物料流悬浮液包含一种或多种染料或颜料，以及用于组合物的其它化合物。然后将待制造或待应用的新组合物引入制造设备中。

实施例2

用于冲洗制造设备管线的组合物的处理

如上所述，在清洗或冲洗制造设备后由冲洗制造设备的管线所产生的废物料流可包括含有一种或多种染料或颜料以及用于组合物的其它化合物的悬浮液。通过添加1重量％的石灰以提高pH来破坏/分离该悬浮液。固体石灰留在悬浮液中，固体石灰作为絮凝剂(flocking agent)用于一种或多种染料、颜料或其他有机物粘附在其上。添加0.5重量％的助滤剂，并机械搅拌该组合物。然后用板框压滤机过滤组合物。固体被收集并被处理掉。然后将液体滤液处理掉，或者另外地通过将CO₂鼓泡通过滤液来中和滤液的pH。一旦滤液的pH被中和，然后滤液将再次用于冲洗制造设备。

实施例3

包含乳液的废物料流的处理

通过添加1重量％的石灰来破坏pH在约5至约9之间的乳化废物料流并将pH提高至12.2。使组合物混合10分钟。向混合物中添加0.5重量％的珍珠岩，并使其混合另外的10分钟。在乳液/混合物完成混合后，通过使用布氏漏斗过滤和真空过滤分离存在的涂料材料和过量的固体石灰。如通过TCLP测量的，包括涂料材料和固体石灰的固体具有1ppm钡的钡浓度，并作为固体无害填埋废物被处理。表1示出了通过XRF测量的该固体的组成。

表1通过X射线荧光(XRF)测量的固体废物的组成

然后通过使用扩散石鼓入CO₂来添加二氧化碳以将滤液的pH调节至6.8。在添加二氧化碳过程中和添加二氧化碳之后形成CaCO₃，并通过过滤去除沉淀。

在另一个实施方案中，除了中和步骤之外，或者代替中和步骤，可以使用离子交换树脂。在这样的实施方案中，当使用时，离子交换树脂可以通过去除相关的阴离子或阳离子(例如但不限于Cl^-、SO4^2-、Ca²⁺、Na⁺)并通过与相关的氢氧根离子或氢离子形成水来中和酸或碱。当使用离子交换树脂时且不受理论约束，使用离子交换树脂可以具有不在溶剂-水混合物中留下溶解的固体和/或盐的益处。这样的固体和/或盐会随着时间的推移而积累并影响溶解力，由于沉淀物从溶液中析出的风险而限制可以回收多少材料，并且在该方法中也不需要复杂的设备和额外的试剂，和/或额外的过滤步骤。然后可以通过本领域普通技术人员已知的方法再生离子交换树脂并重复使用。当使用离子交换树脂时，该方法可能导致盐水废物料流，该盐水废物料流可以被送至公有水处理厂(POWT)或废水处理厂。图4示出了在过滤掉涂料固体之后，但在中和之前，烧杯底部带有离子交换树脂的废清洗溶剂的数字图像。图5示出了在中和之后，烧杯底部带有离子交换树脂的废清洗溶剂的数字图像。

除非本文另有说明或者与上下文明显矛盾，在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中)，术语“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”以及类似的引用的使用应被解释为涵盖单数和复数。除非本文另有说明，否则本文中对数值范围的叙述仅旨在作为单独指代落入该范围内的每个单独数值的简写方法，并且每个单独数值并入本说明书中，如同它在本文中单独叙述一样。除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法都可以以任何合适的顺序执行。除非另有声明，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“例如(such as)”)的使用仅旨在更好地说明本发明，并不对本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为表明任何未要求保护的元素对于本发明的实施是必不可少的。

虽然已在附图和前述说明书中图示且详细地描述了本发明，但其应被认为是符合说明性的而非限制性的，应理解的是，仅示出和描述了优选实施方案，并且希望保护在本发明精神范围内的所有变化和改进。此外，本文引用的所有参考文献均表明本领域的技术水平，并通过整体引用并入本文。

Claims

1.一种用于处理包含至少一种悬浮的无机涂料组分和至少一种溶解的有机涂料组分的废物料流的方法，其包括以下步骤：

调节废物料流的pH以絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分，从而提供包含液相和固体涂料材料的组合物；

将固体材料与液相分离，以提供第一固体组合物和上清液。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用酸。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使用碱。

4.根据权利要求2所述的方法，其中使用的酸是强酸。

5.根据权利要求3所述的方法，其中使用的碱是强碱。

6.根据权利要求2所述的方法，其中使用弱酸。

7.根据权利要求3所述的方法，其中使用弱碱。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述强酸是硫酸、磷酸、硝酸、盐酸或甲磺酸。

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述强碱是氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁或氢氧化钙。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述弱酸是甲酸、乙酸或弱碱的共轭酸。

11.根据权利要求7所述的方法，其中所述弱碱是氨、氢氧化铵或弱酸的共轭碱。

12.根据权利要求3所述的方法，其中所述碱是石灰。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述石灰是1重量％。

14.根据权利要求1所述的方法，其中使用氧化剂。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述氧化剂是漂白剂、次氯酸盐、氯胺、高锰酸盐、臭氧或过氧化氢。

16.根据权利要求1所述的方法，其中使用过滤或离心来分离固体涂料材料，以提供第一固体组合物和上清液。

17.根据权利要求1所述的方法，其中使用过滤。

18.根据权利要求15所述的方法，其中使用离心。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述过滤包括离心过滤、重力过滤、真空过滤、冷过滤、热过滤、多层过滤、机械过滤、表面过滤、深度过滤或使用板框压滤机。

20.根据权利要求16或18所述的方法，其中使用助滤剂来帮助过滤。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述助滤剂是硅藻土、硅藻岩、珍珠岩或纤维素。

22.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括调节上清液pH的步骤。

23.根据权利要求22所述的方法，其中上清液的pH被调节以具有约5至约9之间的pH。

24.根据权利要求22所述的方法，其中使用石灰、CO₂、碳酸盐、碳酸氢盐或碳酸来调节pH。

25.根据权利要求22所述的方法，其中在调节上清液的pH时，形成固体CaCO₃。

26.根据权利要求25所述的方法，其中从上清液中分离所述固体CaCO₃。

27.一种在制造过程中将涂料制剂从第一颜色制剂转换为第二颜色制剂的方法，所述第一颜色制剂包括至少一种悬浮的无机涂料组分和至少一种溶解的有机涂料组分，所述方法包括以下步骤：

用第一组合物冲洗含有第一颜色制剂的管线，以提供第二组合物，

其中所述第二组合物包含悬浮的无机涂料组分和溶解的有机涂料组分；

絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分，以提供包含液体部分和涂料固体的组合物；

将第二组合物的涂料固体与液体部分分离，以提供固体部分；和

将第二颜色组分引入到制造过程的管线中。

28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括以下步骤：

调节第二组合物的液体部分的pH。

29.根据权利要求28所述的方法，其中使用碱来絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述碱是强碱。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述强碱选自由氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙或石灰组成的组。

32.根据权利要求29所述的方法，其中使用酸来絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分。

33.根据权利要求32所述的方法，其中所述酸是强酸。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述强酸是硫酸、磷酸、硝酸、盐酸或甲磺酸。

35.根据权利要求27所述的方法，其中将第二组合物的涂料固体与液体部分分离以提供固体部分的步骤包括过滤或离心。

36.根据权利要求35所述的方法，其中使用助滤剂来帮助过滤。

37.根据权利要求35所述的方法，其中所述过滤包括离心过滤、重力过滤、真空过滤、冷过滤、热过滤、多层过滤、机械过滤、表面过滤、深度过滤或使用板框压滤机。

38.根据权利要求36所述的方法，其中所述助滤剂是硅藻土、硅藻岩、珍珠岩或纤维素。

39.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用氧化剂来破坏所述第二组合物的乳液。

40.根据权利要求39所述的方法，其中所述氧化剂是漂白剂、次氯酸盐、氯胺、高锰酸盐、臭氧或过氧化氢。

41.根据权利要求28所述的方法，其中在过滤后使用C0₂来调节第二组合物的液体部分的pH。

42.一种用于处理来自冲洗系统的废物料流的方法，所述方法包括以下步骤：

提供组合物，其中所述组合物包含至少一种悬浮的无机涂料组分和至少一种溶解的有机涂料组分；

絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分，以提供包含液体部分和涂料固体的组合物；和

将组合物的涂料固体与液体部分分离。

43.根据权利要求42所述的方法，其进一步包括以下步骤：

调节组合物的液体部分的pH。

44.根据权利要求43所述的方法，其中使用酸或碱来絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述碱是强碱。

46.根据权利要求45所述的方法，其中所述强碱是氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁或氢氧化钙。

47.根据权利要求43所述的方法，其中使用酸来絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述强酸是硫酸、磷酸、硝酸、盐酸或甲磺酸。

49.根据权利要求43所述的方法，其中将组合物的涂料固体与液体部分分离以提供固体部分的步骤包括过滤或离心。

50.根据权利要求49所述的方法，其中使用助滤剂来帮助过滤。

51.根据权利要求49所述的方法，其中所述过滤包括离心过滤、重力过滤、真空过滤、冷过滤、热过滤、多层过滤、机械过滤、表面过滤、深度过滤或使用板框压滤机。

52.根据权利要求49所述的方法，其中所述助滤剂是硅藻土、硅藻岩、珍珠岩或纤维素。

53.根据权利要求43至53中任一项所述的方法，其中使用氧化剂来絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分。

54.根据权利要求53所述的方法，其中所述氧化剂是漂白剂、次氯酸盐、氯胺、高锰酸盐、臭氧或过氧化氢。

55.根据权利要求43所述的方法，其中在过滤后使用CO₂、碳酸盐或碳酸氢盐来调节组合物的液体部分的pH。

56.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中乳液包含水；有机溶剂；乙醚；乙二醇；乙二醇醚；表面活性剂；乙醇胺；乙醇；酯；酮；α-己基-w-羟基聚(氧基-1,2-乙二基)；单乙醇胺；苯甲醇；磷酸三(2-丁氧基乙基)酯；或其组合。

57.根据权利要求1所述的方法，其中调节废物料流的pH以絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分的步骤将pH调节至约3至约5之间。

58.根据权利要求57所述的方法，其中调节废物料流的pH以絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分的步骤将pH调节至约4。

59.根据权利要求1所述的方法，其中调节废物料流的pH以絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分的步骤将pH调节至约10至约14之间。

60.根据权利要求59所述的方法，其中调节废物料流的pH以絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分的步骤将pH调节至约11至约13之间。

61.根据权利要求60所述的方法，其中调节废物料流的pH以絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分的步骤将pH调节至约12。

62.根据权利要求60所述的方法，其中调节废物料流的pH以絮凝无机涂料组分并沉淀有机涂料组分的步骤将pH调节至约12.2。

63.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括向废物料流中添加离子交换树脂的步骤。

64.根据权利要求63所述的方法，其进一步包括从废物料流中过滤离子交换树脂以从废物料流中去除离子交换树脂的步骤。

65.根据权利要求64所述的方法，其进一步包括再生离子交换树脂的步骤。

66.根据权利要求42所述的方法，其进一步包括向废物料流中添加离子交换树脂的步骤。

67.根据权利要求66所述的方法，其进一步包括从废物料流中过滤离子交换树脂以从废物料流中去除离子交换树脂的步骤。

68.根据权利要求67所述的方法，其进一步包括再生离子交换树脂的步骤。

69.一种用于处理来自冲洗系统的废物料流的方法，所述方法包括以下步骤：

向包含至少一种悬浮的无机涂料组分和至少一种溶解的有机涂料组分的所述组合物中添加离子交换树脂；

从组合物的液体部分中分离离子交换树脂。

70.根据权利要求69所述的方法，其进一步包括再生离子交换树脂的步骤。

71.根据权利要求69或70中任一项所述的方法，其中废物料流是废清洗溶剂。

72.根据权利要求1所述的方法，其中包含至少一种悬浮的无机涂料组分和至少一种溶解的有机涂料组分的废物料流是废清洗溶剂。

73.根据权利要求42所述的方法，其中所述废物料流是废清洗溶剂。