JP2015511642A - 高放射率コーティング組成物およびその製造プロセス - Google Patents
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Abstract
Description
以下に、図面を参照して、本開示の実施形態を説明する。
ポリオレフィン触媒廃棄物からTiO 2 を抽出するまたは得るためのプロセス態様
図1に、ポリオレフィン触媒を含有する廃棄物源、廃棄物流、または廃棄物溶液から、本開示の実施形態に従って、高放射率コーティング、コーティング系またはコーティング組成物(以下、コーティング組成物と総称する)を調製する際に使用するためのTiO2を抽出するまたは得るためのプロセス100のフローチャートを示す。本明細書にいう廃棄物源、廃棄物流、および廃棄物溶液は可換的に使用され、限定するわけではないが、これには、重合プロセス、例えばオレフィンの重合によるポリオレフィンの生産に使用された触媒を含むプロセス流またはプロセスバッチが含まれる。廃棄物源、廃棄物流および廃棄物溶液は必ずしも処分用ではなく、消費された触媒を含有し、再使用のために再活性化することができる流れ、溶液、および供給源が含まれる。
図2に、本開示の実施形態に従ってコーティング組成物を調製または生産するためのプロセス200のフローチャートを図解する。
図3は、本開示の実施形態に従って基材にコーティング組成物を適用するためのプロセスのフローチャートである。
コーティング組成物の放射率に対するTiO 2 含量の変動の効果
この実施例では、コーティング組成物の放射率に対するTiO2含量の効果を例証する。一般論として、TiO2の量を増加させると放射率が増加し、TiO2含量を増加させた結果としてのこの放射率の増加は、400℃から1000℃では顕著であり、1100℃および1200℃ではあまり明白ではなく、1300℃では最も目立たない。これは、TiO2含量を増加させることの、放射率値に対する効果は、放射率値を決定する温度が上昇するにつれて減少することを示唆している。
各コーティング組成物(A)から(E)は、予め決定された量のセラミック前駆体と放射率向上剤とを使って調製した。使用したセラミック前駆体は、酸化アルミニウム(Al2O3)、シリコンカーバイド(SiC)、酸化クロム(Cr2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)を含んでいた。二酸化チタン(TiO2)を放射率向上剤として使用した。別段の言明がある場合を除き、セラミック前駆体および二酸化チタンは市販の供給源から得た。コーティング組成物(A)から(E)のそれぞれを調製するために使用したセラミック前駆体は約325メッシュ未満の平均粒径を有していた。
コーティング組成物(A)
コーティング組成物(A)は、重量で、約42%のAl2O3、0%のTiO2、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。
コーティング組成物(B)
コーティング組成物(B)は、重量で、約32%のAl2O3、10%のTiO2、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。
コーティング組成物(C)
コーティング組成物(C)は、重量で、約22%のAl2O3、20%のTiO2、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。
コーティング組成物(D)
コーティング組成物(D)は、重量で、約12%のAl2O3、30%のTiO2、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。
コーティング組成物(E)
コーティング組成物(E)は、重量で、約2%のAl2O3、40%のTiO2、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。
表1に示すように、コーティング組成物(A)から(E)では、TiO2含量を増加させると、放射率の増加が起こり、放射率の増加は約400℃から1000℃の温度ではとりわけ顕著であった。より具体的に述べると、約20%またはそれ以上のTiO2の重量百分率は、約1000℃において、TiO2が存在しない場合の約0.93〜0.96という放射率値と比べて、約0.98〜0.99という放射率値をもたらした。一般に、約20%またはそれ以上の重量百分率でTiO2を含めると、TiO2を除外したコーティング組成物(A)と比較して、温度に応じて、放射率値が約1%から6%増加した。どの温度でも、TiO2の添加は、放射率の増加をもたらすか、少なくとも減少をもたらさないことが観察された。
コーティング組成物の放射率に対するTiO 2 の供給源の効果
この実施例では、触媒含有廃棄物流から得たTiO2が、廃棄物ではない商業的供給源からのTiO2を含有するコーティング組成物と同じ放射率値を与えることを示す。
予め決定された量のセラミック前駆体および放射率向上剤を使って各コーティング組成物(A)から(D)を調製した。セラミック前駆体は、酸化アルミニウム(Al2O3)、シリコンカーバイド(SiC)、酸化クロム(Cr2O3)、および二酸化ケイ素(SiO2)を含んでいた。二酸化チタン(TiO2)を放射率向上剤として使用した。Al2O3、SiC、Cr2O3、およびSiO2は、実施例1において同じ材料を提供した供給源と同じ商業的供給源から得た。TiO2は、実施例1で使用したTiO2を提供する供給源と同じ商業的供給源から得るか、ポリオレフィン触媒含有廃棄物源、廃棄物流、または廃棄物溶液、例えば図1のプロセス100に関して上に説明した供給源から得た。この実施例において使用した、ポリオレフィン触媒含有廃棄物流からTiO2を得るためのプロセスの詳細を以下に説明する。コーティング組成物(A)から(D)のそれぞれを調製するために使用したセラミック前駆体および放射率向上剤は、約325メッシュ未満の平均粒径を有していた。
コーティング組成物(A)
コーティング組成物(A)は、重量で、約10%のTiO2、32%のAl2O3、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。TiO2は商業的供給源から得られた。
コーティング組成物(B)
コーティング組成物(B)は、重量で、約10%のTiO2、32%のAl2O3、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。TiO2はポリオレフィン触媒含有廃棄物流抽出プロセスから得られた。
コーティング組成物(C)
コーティング組成物(C)は、重量で、約20%のTiO2、22%のAl2O3、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。TiO2は商業的供給源から得られた。
コーティング組成物(D)
コーティング組成物(D)は、重量で、約20%のTiO2、22%のAl2O3、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。TiO2はポリオレフィン触媒含有廃棄物流抽出プロセスから得られた。
実施例2でTiO2の供給源として使用したポリオレフィン触媒含有廃棄物流は、ポリエチレン製造プロセスから得られた。
実施例1に記載したものと同じ方法で、コーティング組成物(A)から(D)を保持する試験片について、放射率値を決定した。コーティング組成物(A)から(D)のそれぞれの放射率値を示す結果を、下記表2に掲載する。結果は、10%TiO2および使用したセラミック前駆体が等しい重量分率である時、コーティング組成物(B)は、コーティング組成物(A)と、約1000℃および1300℃の温度において、同一または本質的に同一の放射率値を有し、約1100℃および1200℃の温度では、ほとんどまたはほぼ同一の放射率値を有することを示している。加えて、結果は、20%TiO2の重量分率が等しく、セラミック前駆体の重量分率が同一である時、コーティング組成物(D)は、コーティング組成物(C)と比較して、約1100℃の温度で同一の放射率値を有し、約1000℃、1200℃および1300℃の温度でほとんどまたはほぼ同一の放射率値を有することも実証している。これらの結果は、本開示において説明するようにポリオレフィン触媒含有廃棄物源からのTiO2(これは放射剤または放射率向上剤として機能する)を使って調製されたコーティング組成物が、廃棄物でない商業的供給源からのTiO2を使って調製されたコーティング組成物と比較して、放射率を測定する温度に依存して、同一、本質的に同一、ほぼ同一、または匹敵する放射率値を有することを示している。
高放射率コーティング組成物表面付着性試験
本開示の高放射率コーティング組成物と、そのコーティング組成物を適用した基材との間の結合を評価するために、実験を行った。
予め決定された量のセラミック前駆体を使ってコーティング組成物(A)および(B)を調製した。セラミック前駆体は酸化アルミニウム(Al2O3)、シリコンカーバイド(SiC)、酸化クロム(Cr2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)を含んでいた。二酸化チタン(TiO2)を放射率向上剤として使用した。Al2O3、SiC、Cr2O3、およびSiO2は市販の供給源に由来し、約425メッシュ未満の平均粒径を呈した。TiO2は、実施例2で述べたように回収ポリエチレン触媒から得られ、約65メッシュ未満の平均粒径を有した。コーティング組成物(A)から(B)におけるセラミック前駆体の含量は、次のとおりであった:
コーティング組成物(A)
コーティング組成物(A)は、重量で、約32%のAl2O3、10%のTiO2、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。
コーティング組成物(B)
コーティング組成物(B)は、重量で、約22%のAl2O3、20%のTiO2、18%のSiC、8%のCr2O3、および4%のSiO2を含んだ。
コーティングおよび基材の光学的観察、検査および測定からわかるとおり、コーティング組成物(A)および(B)はどちらも、シリカ断熱レンガ基材への良好な付着を呈した。200ミクロンのコーティング膜厚では、3000psiの最大荷重でもコーティングは基材からはがれなかった。引っ掻き試験で試験した場合、200ミクロンのコーティング膜厚は、38Nの付着強さを呈した。加えて、コーティング組成物(A)および(B)はどちらも、8サイクルの加熱および冷却による熱ショックに耐えた。
スラリー混和物の形態のコーティング組成物を本開示に従って調製した。本組成物は、約22重量%の酸化アルミニウム(Al2O3)、約18重量%のシリコンカーバイド(SiC)、約8重量%の酸化クロム(Cr2O3)、約4重量%の二酸化ケイ素(SiO2)、約20重量%の二酸化チタン(TiO2)、および約17%容積/容積のH3PO4を含有する約28重量%の水を含んだ。TiO2は、商業的供給源、または上記実施例2で述べた処理済みポリオレフィン触媒廃棄物流、またはそれら2つの供給源の併用から選択した。商業的供給源からのTiO2は、廃棄物流から回収されたTiO2より高い純度を有する。例えば、商業的供給源からのTiO2は99%を上回る純度を呈し、一方、廃棄物源からのTiO2は、上述の実施形態に従ってAl2O3に転化することができるAl(OH)3が存在するために、80%から90%の純度を有する。
乾燥混和物の形態のコーティング組成物を本開示に従って調製した。本組成物は、約30.5重量%の酸化アルミニウム(A12O3)、約25.0重量%のシリコンカーバイド(SiC)、約11.1重量%の酸化クロム(Cr2O3)、約5.6重量%の二酸化ケイ素(SiO2)、および約27.8重量%の二酸化チタン(TiO2)を含んだ。TiO2は、商業的供給源、または実施例2で述べた処理済みポリオレフィン触媒廃棄物流、または商業的供給源と廃棄物源との併用から選択した。商業的供給源からのTiO2は、廃棄物流から回収されたTiO2より高い純度を有する。例えば、商業的供給源からのTiO2は99%を上回る純度を呈し、一方、廃棄物源からのTiO2は、上述の実施形態に従ってAl2O3に転化することができるAl(OH)3が存在するために、80%から90%の純度を有する。
スラリー混和物の形態のコーティング組成物を本開示に従って調製した。本組成物は、約2重量%の酸化アルミニウム(Al2O3)、約18重量%のシリコンカーバイド(SiC)、約8重量%の酸化クロム(Cr2O3)、約4重量%の二酸化ケイ素(SiO2)、約40重量%の二酸化チタン(TiO2)、および約17%容積/容積のH3PO4を含有する約28重量%の水を含んだ。TiO2は、商業的供給源、または上記で述べた処理済みポリオレフィン触媒廃棄物流、またはそれら2つの供給源の併用から選択した。商業的供給源からのTiO2は、廃棄物流から回収されたTiO2より高い純度を有する。例えば、商業的供給源からのTiO2は99%を上回る純度を呈し、一方、廃棄物源からのTiO2は、上述の実施形態に従ってAl2O3に転化することができるAl(OH)3が存在するために、80%から90%の純度を有する。
下記表3に示す組成を有する高放射率コーティングの断熱レンガ基材に対する付着特性および粘着特性を評価するために、引っ掻き試験法(ASTM C1624−05(10))を、組成物1、2および3で行った。一般に、引っ掻き試験法は、120°の円錐角および200μmのチップ半径を有するロックウェルCダイヤモンドチップまたは超硬合金チップを含む球状円錐針で、被験コーティング−基材系を横切るように針を一定速度で引くことによって引っ掻き傷を生成させることからなる。コーティング基材系を横切るように針を引くときに、一定のまたは漸増する荷重が、固定された速度で、針によって基材に加えられる。荷重が漸増する場合、臨界荷重(Lc)は、認識できる破損が起こる最小荷重と定義される。
本開示のいくつかの実施形態によれば、1つまたはそれ以上の他のコーティング組成物の構成要素(例えばAl2O3などの充填剤)の濃度に対してTiO2濃度を(例えば湿または乾燥混和物重量百分率基準で)変化させた時に放射率がどのように影響を受けるかまたはどのように影響を受けると予想することができるかを明示するデータを参照しまたは利用することにより、考慮中のコーティング組成物についての目標放射率レベル、またはコーティング組成物の集合または群についての放射率向上の尺度を、決定または推定することができる。そのようなデータは、電子フォーマット(例えば表またはデータベース)または非電子フォーマットで保存することができる。加えて、そのようなデータは、TiO2濃度を(例えば充填剤に対する相対的基準で)変化させた時に、予め決定された期間、かなりの期間または長期間、例えば少なくとも6ヶ月、約1年、または1年を超える期間にわたって、1つまたはそれ以上のタイプの基材へのコーティング組成物付着がどのような影響を受けると予想されるかを含むことまたは明示することもできる。そのようなデータに基づいて、適当な量のTiO2を含めた結果として向上した放射率と、適当な期間にわたって望ましい基材付着特性を与えるコーティング組成物を特定し、選択し、容易に調製することができる。
以下は本開示の一実施形態である。
[1]
二酸化チタンの重量百分率がコーティング組成物の約28重量%未満かつコーティング組成物の少なくとも約10重量%である、二酸化チタンを含む放射剤の集合;および
セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドの少なくとも1つから選択されるマトリックス強度向上剤の集合の
乾燥混和物を含む、熱放射性コーティング組成物。
[2]
前記コーティング組成物が約11〜22重量%の二酸化チタンを含む、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[3]
前記コーティング組成物が少なくとも約10重量%の二酸化チタンおよび約400℃と1300℃の間の温度域において増加した放射率値を含む、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[4]
前記コーティング組成物が少なくとも約20重量%の二酸化チタンおよび約1000℃の温度において少なくとも約0.95の放射率値を含む、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[5]
前記コーティング組成物中の二酸化チタンの重量百分率が増加するにつれて、約1000℃の温度における前記コーティング組成物の放射率値が増加する、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[6]
前記放射剤の集合が、二酸化チタンに加えて、シリコンカーバイド、酸化クロム、二酸化ケイ素、酸化鉄、ボロンシリサイド、ボロンカーバイド、四ホウ化ケイ素、モリブデンジシリサイド、タングステンジシリサイド、および二ホウ化ジルコニウムからなる群より選択される少なくとも1つの放射剤を含む、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[7]
前記マトリックス強度向上剤の集合が、シリコンカーバイド、二ホウ化ハフニウム、ハフニウムカーバイド、ハフニウムナイトライド、二ホウ化タンタル、タンタルカーバイド、タンタルナイトライド、二ホウ化チタン、チタンカーバイド、チタンナイトライド、二ホウ化ジルコニウム、ジルコニウムカーバイド、およびジルコニウムナイトライドからなる群より選択される少なくとも1つのマトリックス強度向上剤を含む、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[8]
酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、および酸化ホウ素からなる群より選択される少なくとも1つの充填剤をさらに含む、上記[7]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[9]
前記コーティング組成物が溶液成分をさらに含み、前記コーティング組成物の湿混和物中の二酸化チタンの重量百分率が約20重量%未満かつ少なくとも約10重量%である、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[10]
前記コーティング組成物の湿混和物における二酸化チタンの重量百分率が約8重量%から16重量%の間にある、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[11]
前記溶液成分がバインダーを含む、上記[9]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[12]
前記バインダーがリン酸および/またはナトリウムシリケートを含む、上記[11]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[13]
酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウムおよび酸化ホウ素から選択される約2重量%から約60重量%の充填剤をさらに含む、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[14]
重量基準で約8%から30%未満のSiCを乾量基準でさらに含む、上記[1]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[15]
重量基準で約8%から約20%のSiCを乾量基準でさらに含む、上記[14]に記載の熱放射性コーティング組成物。
[16]
基材用の熱放射性コーティング組成物を調製する方法であって、
二酸化チタンを得る工程;
二酸化チタンを含む放射剤の集合を用意する工程;
セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドからなる群より選択される少なくとも1つのマトリックス強度向上剤を含むマトリックス強度向上剤の集合を用意する工程;
少なくとも1つの充填剤が酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、および酸化ホウ素からなる群より選択される、充填剤の集合を用意する工程;ならびに
前記放射剤の集合、前記マトリックス強度向上剤の集合、および前記充填剤の集合を混和する工程
を含み、少なくとも1つの充填剤が湿量基準でコーティング組成物の約2wt%から約60wt%を構成する、方法。
[17]
前記二酸化チタンが、産業廃棄物源および鉱石ベースの供給源の少なくとも1つから得られる、上記[16]に記載の方法。
[18]
前記産業廃棄物源がポリオレフィン重合プロセス廃棄物源を含む、上記[17]に記載の方法。
[19]
前記産業廃棄物源がチーグラー・ナッタ触媒含有廃棄物源を含む、上記[18]に記載の方法。
[20]
前記産業廃棄物源から二酸化チタンを得ることが、
産業廃棄物源のpHを約7.0から約9.0の間に調整すること;および
pH調整した産業廃棄物源から二酸化チタンを沈殿させること
を含む、上記[17]に記載の方法。
[21]
前記産業廃棄物源から二酸化炭素を得ることが、沈殿した二酸化チタンを熱分解プロセスに付すことをさらに含む、上記[20]に記載の方法。
[22]
前記放射剤の集合が、二酸化チタンに加えて、シリコンカーバイド、酸化クロム、二酸化ケイ素、酸化鉄、ボロンシリサイド、ボロンカーバイド、四ホウ化ケイ素、モリブデンジシリサイド、タングステンジシリサイド、および二ホウ化ジルコニウムからなる群より選択される少なくとも1つの放射剤を含む、上記[16]に記載の方法。
[23]
前記マトリックス強度向上剤の集合が、シリコンカーバイド、二ホウ化ハフニウム、ハフニウムカーバイド、ハフニウムナイトライド、二ホウ化タンタル、タンタルカーバイド、タンタルナイトライド、二ホウ化ジルコニウム、ジルコニウムカーバイド、およびジルコニウムナイトライドからなる群より選択される少なくとも1つのマトリックス強度向上剤を含む、上記[16]に記載の方法。
[24]
前記コーティング組成物の乾燥混和物が、約28重量%未満の二酸化チタンかつ少なくとも約10重量%の二酸化チタンを含む、上記[16]に記載の方法。
[25]
前記コーティング組成物の乾燥混和物が、約22重量%未満の二酸化チタンかつ少なくとも約10重量%の二酸化チタンを含む、上記[24]に記載の方法。
[26]
前記コーティング組成物の湿混和物が、約20重量%未満の二酸化チタンかつ少なくとも約10重量%の二酸化チタンを含む、上記[16]に記載の方法。
[27]
前記コーティング組成物の湿混和物が、約16重量%未満の二酸化チタンかつ少なくとも約8重量%の二酸化チタンを含む、上記[26]に記載の方法。
[28]
前記コーティング組成物中に存在する二酸化チタンの重量百分率を調整することによって、前記コーティング組成物の放射率値を増加させること
をさらに含む、上記[16]に記載の方法。
[29]
前記コーティング組成物中の二酸化チタンの重量百分率が、湿量基準で少なくとも20%であり、前記コーティング組成物が、約1000℃の温度で少なくとも約0.95の放射率値を有する、上記[28]に記載の方法。
[30]
リン酸およびナトリウムシリケートからなる群より選択される少なくとも1つのバインダーを用意すること;および
前記少なくとも1つのバインダーを前記放射剤の集合、前記マトリックス強度向上剤の集合、および前記充填剤の集合を混和して、コーティング組成物を形成させること
をさらに含む、上記[16]に記載の方法。
[31]
複数の表面を有する基材を用意すること;および
前記基材の少なくとも1つの表面に前記コーティング組成物を適用すること
をさらに含む、上記[16]に記載の方法。
[32]
前記基材が、シリカ断熱レンガ、セラミック繊維、セラミックモジュール、耐火レンガ、プラスチック耐火物、キャスタブル耐火物、耐火モルタル、ファイバーライト、セラミックタイル、ファイバーボードのアレイ、および金属からなる群より選択される、上記[31]に記載の方法。
[33]
前記基材が、炉、燃焼加熱器、セラミック自動車部品、耐火航空宇宙部品、または海洋部品の一部分を含む、上記[32]に記載の方法。
[34]
前記炉がクラッキング炉を含む、上記[33]に記載の方法。
[35]
前記コーティング組成物の湿混和物が約2重量%から約60重量%の充填剤を含有する、上記[16]に記載の方法。
[36]
重量基準で約8%から30%未満のSiCを乾量基準で用意することをさらに含む、上記[16]に記載の方法。
[37]
重量基準で約8%から約20%のSiCを乾量基準で用意することを含む、上記[36]に記載の方法。
[38]
熱放射性コーティング組成物を使って基材の熱放射率を調節するための方法であって、
目標放射率レベルまたは目標放射率調節を特定する工程;
前記目標放射率レベルまたは前記目標放射率調節を与えると予想されるコーティング組成物の二酸化チタン濃度を決定する工程;
コーティング組成物について基材の付着特性の集合を決定する工程;
決定された基材の付着特性を与えると予想されるコーティング組成物のSiC濃度を決定する工程;ならびに
決定された二酸化チタン濃度および決定されたSiC濃度を含む熱放射性コーティング組成物を用意する工程
を含む、方法。
[39]
前記決定された二酸化チタン濃度を含む熱放射性コーティング組成物を用意することが、産業廃棄物流または鉱石ベースの二酸化チタン供給源から二酸化チタンを抽出することを含む、上記[38]に記載の方法。
[40]
前記産業廃棄物流がポリオレフィン重合プロセス廃棄物源を含む、上記[39]に記載の方法。
[41]
前記ポリオレフィン重合プロセス廃棄物源がチーグラー・ナッタ触媒含有廃棄物源を含む、上記[40]に記載の方法。
[42]
前記産業廃棄物流から二酸化チタンを抽出することが、
前記産業廃棄物流のpHを約7.0から約9.0の間に調整すること;および
pH調整済みの産業廃棄物流から二酸化チタンを沈殿させること
を含む、上記[41]に記載の方法。
[43]
コーティング組成物のSiC濃度を決定することが、重量基準で約8%から30%未満という、乾量基準でのSiC濃度を選択することをさらに含む、上記[38]に記載の方法。
[44]
乾量基準でのSiC濃度が重量基準で約8%から約20%である、上記[43]に記載の方法。
Claims (44)
- 二酸化チタンの重量百分率がコーティング組成物の約28重量%未満かつコーティング組成物の少なくとも約10重量%である、二酸化チタンを含む放射剤の集合;および
セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドの少なくとも1つから選択されるマトリックス強度向上剤の集合の
乾燥混和物を含む、熱放射性コーティング組成物。 - 前記コーティング組成物が約11〜22重量%の二酸化チタンを含む、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 前記コーティング組成物が少なくとも約10重量%の二酸化チタンおよび約400℃と1300℃の間の温度域において増加した放射率値を含む、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 前記コーティング組成物が少なくとも約20重量%の二酸化チタンおよび約1000℃の温度において少なくとも約0.95の放射率値を含む、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 前記コーティング組成物中の二酸化チタンの重量百分率が増加するにつれて、約1000℃の温度における前記コーティング組成物の放射率値が増加する、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 前記放射剤の集合が、二酸化チタンに加えて、シリコンカーバイド、酸化クロム、二酸化ケイ素、酸化鉄、ボロンシリサイド、ボロンカーバイド、四ホウ化ケイ素、モリブデンジシリサイド、タングステンジシリサイド、および二ホウ化ジルコニウムからなる群より選択される少なくとも1つの放射剤を含む、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 前記マトリックス強度向上剤の集合が、シリコンカーバイド、二ホウ化ハフニウム、ハフニウムカーバイド、ハフニウムナイトライド、二ホウ化タンタル、タンタルカーバイド、タンタルナイトライド、二ホウ化チタン、チタンカーバイド、チタンナイトライド、二ホウ化ジルコニウム、ジルコニウムカーバイド、およびジルコニウムナイトライドからなる群より選択される少なくとも1つのマトリックス強度向上剤を含む、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、および酸化ホウ素からなる群より選択される少なくとも1つの充填剤をさらに含む、請求項7に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 前記コーティング組成物が溶液成分をさらに含み、前記コーティング組成物の湿混和物中の二酸化チタンの重量百分率が約20重量%未満かつ少なくとも約10重量%である、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 前記コーティング組成物の湿混和物における二酸化チタンの重量百分率が約8重量%から16重量%の間にある、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 前記溶液成分がバインダーを含む、請求項9に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 前記バインダーがリン酸および/またはナトリウムシリケートを含む、請求項11に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウムおよび酸化ホウ素から選択される約2重量%から約60重量%の充填剤をさらに含む、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 重量基準で約8%から30%未満のSiCを乾量基準でさらに含む、請求項1に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 重量基準で約8%から約20%のSiCを乾量基準でさらに含む、請求項14に記載の熱放射性コーティング組成物。
- 基材用の熱放射性コーティング組成物を調製する方法であって、
二酸化チタンを得る工程;
二酸化チタンを含む放射剤の集合を用意する工程;
セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドからなる群より選択される少なくとも1つのマトリックス強度向上剤を含むマトリックス強度向上剤の集合を用意する工程;
少なくとも1つの充填剤が酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、および酸化ホウ素からなる群より選択される、充填剤の集合を用意する工程;ならびに
前記放射剤の集合、前記マトリックス強度向上剤の集合、および前記充填剤の集合を混和する工程
を含み、少なくとも1つの充填剤が湿量基準でコーティング組成物の約2wt%から約60wt%を構成する、方法。 - 前記二酸化チタンが、産業廃棄物源および鉱石ベースの供給源の少なくとも1つから得られる、請求項16に記載の方法。
- 前記産業廃棄物源がポリオレフィン重合プロセス廃棄物源を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記産業廃棄物源がチーグラー・ナッタ触媒含有廃棄物源を含む、請求項18に記載の方法。
- 前記産業廃棄物源から二酸化チタンを得ることが、
産業廃棄物源のpHを約7.0から約9.0の間に調整すること;および
pH調整した産業廃棄物源から二酸化チタンを沈殿させること
を含む、請求項17に記載の方法。 - 前記産業廃棄物源から二酸化炭素を得ることが、沈殿した二酸化チタンを熱分解プロセスに付すことをさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記放射剤の集合が、二酸化チタンに加えて、シリコンカーバイド、酸化クロム、二酸化ケイ素、酸化鉄、ボロンシリサイド、ボロンカーバイド、四ホウ化ケイ素、モリブデンジシリサイド、タングステンジシリサイド、および二ホウ化ジルコニウムからなる群より選択される少なくとも1つの放射剤を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記マトリックス強度向上剤の集合が、シリコンカーバイド、二ホウ化ハフニウム、ハフニウムカーバイド、ハフニウムナイトライド、二ホウ化タンタル、タンタルカーバイド、タンタルナイトライド、二ホウ化ジルコニウム、ジルコニウムカーバイド、およびジルコニウムナイトライドからなる群より選択される少なくとも1つのマトリックス強度向上剤を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記コーティング組成物の乾燥混和物が、約28重量%未満の二酸化チタンかつ少なくとも約10重量%の二酸化チタンを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記コーティング組成物の乾燥混和物が、約22重量%未満の二酸化チタンかつ少なくとも約10重量%の二酸化チタンを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記コーティング組成物の湿混和物が、約20重量%未満の二酸化チタンかつ少なくとも約10重量%の二酸化チタンを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記コーティング組成物の湿混和物が、約16重量%未満の二酸化チタンかつ少なくとも約8重量%の二酸化チタンを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記コーティング組成物中に存在する二酸化チタンの重量百分率を調整することによって、前記コーティング組成物の放射率値を増加させること
をさらに含む、請求項16に記載の方法。 - 前記コーティング組成物中の二酸化チタンの重量百分率が、湿量基準で少なくとも20%であり、前記コーティング組成物が、約1000℃の温度で少なくとも約0.95の放射率値を有する、請求項28に記載の方法。
- リン酸およびナトリウムシリケートからなる群より選択される少なくとも1つのバインダーを用意すること;および
前記少なくとも1つのバインダーを前記放射剤の集合、前記マトリックス強度向上剤の集合、および前記充填剤の集合を混和して、コーティング組成物を形成させること
をさらに含む、請求項16に記載の方法。 - 複数の表面を有する基材を用意すること;および
前記基材の少なくとも1つの表面に前記コーティング組成物を適用すること
をさらに含む、請求項16に記載の方法。 - 前記基材が、シリカ断熱レンガ、セラミック繊維、セラミックモジュール、耐火レンガ、プラスチック耐火物、キャスタブル耐火物、耐火モルタル、ファイバーライト、セラミックタイル、ファイバーボードのアレイ、および金属からなる群より選択される、請求項31に記載の方法。
- 前記基材が、炉、燃焼加熱器、セラミック自動車部品、耐火航空宇宙部品、または海洋部品の一部分を含む、請求項32に記載の方法。
- 前記炉がクラッキング炉を含む、請求項33に記載の方法。
- 前記コーティング組成物の湿混和物が約2重量%から約60重量%の充填剤を含有する、請求項16に記載の方法。
- 重量基準で約8%から30%未満のSiCを乾量基準で用意することをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 重量基準で約8%から約20%のSiCを乾量基準で用意することを含む、請求項36に記載の方法。
- 熱放射性コーティング組成物を使って基材の熱放射率を調節するための方法であって、
目標放射率レベルまたは目標放射率調節を特定する工程;
前記目標放射率レベルまたは前記目標放射率調節を与えると予想されるコーティング組成物の二酸化チタン濃度を決定する工程;
コーティング組成物について基材の付着特性の集合を決定する工程;
決定された基材の付着特性を与えると予想されるコーティング組成物のSiC濃度を決定する工程;ならびに
決定された二酸化チタン濃度および決定されたSiC濃度を含む熱放射性コーティング組成物を用意する工程
を含む、方法。 - 前記決定された二酸化チタン濃度を含む熱放射性コーティング組成物を用意することが、産業廃棄物流または鉱石ベースの二酸化チタン供給源から二酸化チタンを抽出することを含む、請求項38に記載の方法。
- 前記産業廃棄物流がポリオレフィン重合プロセス廃棄物源を含む、請求項39に記載の方法。
- 前記ポリオレフィン重合プロセス廃棄物源がチーグラー・ナッタ触媒含有廃棄物源を含む、請求項40に記載の方法。
- 前記産業廃棄物流から二酸化チタンを抽出することが、
前記産業廃棄物流のpHを約7.0から約9.0の間に調整すること;および
pH調整済みの産業廃棄物流から二酸化チタンを沈殿させること
を含む、請求項41に記載の方法。 - コーティング組成物のSiC濃度を決定することが、重量基準で約8%から30%未満という、乾量基準でのSiC濃度を選択することをさらに含む、請求項38に記載の方法。
- 乾量基準でのSiC濃度が重量基準で約8%から約20%である、請求項43に記載の方法。
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