JP2020516573A - 揮発性有機化合物の排出を削減するための沈降炭酸カルシウム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第2の態様によれば、組成物からのVOCの排出を削減する方法であって、多孔性PCCを組成物に添加することを含む、方法が提供される。
本発明の第3の態様によれば、多孔性PCCを含む組成物が提供される。組成物は、例えば、ポリマー組成物であってもよい。
本発明の第4の態様によれば、多孔性PCCを含むポリマー組成物を作製する方法であって、ポリマー樹脂と多孔性PCCを混合することを含み、ポリマー樹脂を硬化することを含んでもよい、方法が提供される。
ある実施形態では、多孔性PCCは、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体を含む。
ある実施形態では、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、複数の相互連結したカルサイト結晶を含む。
ある実施形態では、カルサイト結晶は、菱面体の形態を有する。
ある実施形態では、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、凝集して、ミクロシェル(microshells)を形成する。
・VOCの吸着(例えば、組成物からの、または雰囲気からの);
・組成物からのVOCの排出の削減(例えば、多孔性PCCを含まない組成物と比較して、および/またはVOC排出を削減するための代替の製品を含む組成物と比較して);
・雰囲気中のVOC濃度の削減。
本発明の任意の特定の1つまたは複数の記載される態様に関して提供される詳細、例および選択は、本明細書でさらに記載され、本発明のすべての態様に等しく適用することになる。すべての考えられるその変形で本明細書に記載される実施形態、例および選択の任意の組み合わせは、本明細書で別段の指示がない限り、または状況により明確に矛盾しない限り、本発明に含まれる。
本発明は、したがって、VOCを保持するための多孔性PCCの使用を提供する。例えば、本発明は、VOCを吸収および/または吸着するための多孔性PCCの使用を提供する。雰囲気中のVOC濃度を削減するための多孔性PCCの使用も提供される。
ある実施形態では、VOCは、雰囲気で存在することができる。例えば、VOCは、化石燃料の燃焼による雰囲気、タバコの煙、車両からの排ガス、塗料、コーティング、接着剤またはポリマー組成物中で存在することができる。ある実施形態では、多孔性PCCは、空気浄化システムで使用することができ、例えば、空気は、多孔性PCCを通すろ過後に減少したVOCを含む。
多孔性PCCは、例えば、指定された空気体積中のVOC濃度を少なくとも約10%削減することができる。例えば、多孔性PCCは、指定された空気体積中のVOC濃度を少なくとも約15%または少なくとも約20%または少なくとも約25%または少なくとも約30%または少なくとも約35%または少なくとも約40%削減することができる。例えば、多孔性PCCは、指定された空気体積中のVOC濃度を最大で約100%、例えば最大で約95%または最大で約90%または最大で約85%または最大で約80%または最大で約75%または最大で約70%または最大で約65%または最大で約60%削減することができる。指定された空気体積中のVOC濃度は、例えば、VOCセンサーを使用して、例えば熱脱着により測定することができる(例えば、TD−GC/MS)。
組成物は、例えば、ポリマー組成物であってもよい。組成物は、例えば、塗料、コーティング(例えば、ワニス)または接着剤組成物であってもよい。
ポリマーは、例えば、熱可塑性ポリマーであってもよい。ポリマーは、例えば、エラストマー性ポリマーであってもよい。ポリマーは、例えば、ポリマーマトリックスの形態で存在してもよい。ポリマー組成物の他の成分(例えば、多孔性PCC)は、ポリマーマトリックス中に分散している。
PCCに関して使われる用語「多孔性」は、気体および/または液体がPCCを通過するのを可能にするボイドの存在を指す。特に、「多孔性」という用語は、相互連結して、PCC凝集物を形成するPCCの基本粒子間のボイドの存在を指す。
多孔性PCCは、例えば、約0.4cm3/g以下の全細孔容積を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.35cm3/g以下または約0.3cm3/g以下または約0.25cm3/g以下または約0.2cm3/g以下の全細孔容積を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.04cm3/g〜約0.4cm3/gまたは約0.045cm3/g〜約0.35cm3/gまたは約0.05cm3/g〜約0.3cm3/gまたは約0.1cm3/g〜約0.2cm3/gの範囲の全細孔容積を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約12nm以上の平均細孔径を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約12.5nm以上または約13nm以上または約13.5nm以上または約14nm以上または約14.5nm以上または約15nm以上または約15.5nm以上または約16nm以上の平均細孔径を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約20nm以下の平均細孔径を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約19.5nm以下または約19nm以下または約18.5nm以下または約18nm以下または約17.5nm以下または約17nm以下の平均細孔径を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約2nm〜約50nmまたは約5nm〜約40nmまたは約10nm〜約30nmの範囲の平均細孔径を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約12nm〜約20nmまたは約14nm〜約18nmまたは約15nm〜約17nmの範囲の平均細孔径を有し得る。
用語「沈降炭酸カルシウム(PCC)」は、合成炭酸カルシウムを指し、当技術分野において知られている任意の方法により作製することができる。
あるいは、PCCは、セッコウ(硫酸カルシウム)と炭酸アンモニウムまたは重炭酸アンモニウムとの反応により作製することができる。
あるいは、PCCは、塩化カルシウムと炭酸ナトリウムまたは炭酸アンモニウムとの反応により作製することができる。
調製プロセスでは、石灰乳は、後者と炭酸ガスとの反応により炭酸化される。3〜100%の二酸化炭素濃度を有する炭酸ガスは、首尾よく使用することができる。しかし、濃度が10〜60%、特に25〜40%である炭酸ガスを使用することが好ましく、炭酸ガスは空気で希釈されている。
いくつかの添加剤、例えば、イソアスコルビン酸を、炭酸化ステップ時にさらに添加して、得られる炭酸カルシウム粒子の黄色を低減することもできる。前記調製プロセスは、通常、スラリーの質量で例えば3〜20質量%のPCCを含む沈降炭酸カルシウムスラリーを生じる。
PCCを作製するためのプロセスは、「基本」または「1次」粒子と呼ぶことができる非常に純粋な炭酸カルシウム結晶を生じる。この状況では、「基本粒子」または「1次粒子」という用語は、物理的におよび化学的に自立した構成要素を指す。基本粒子は、使用する特定の反応プロセスに依存して、様々な異なる形状およびサイズであってもよい。様々な形態の混合物も、使用することができる。
dpは、BS4359−2から誘導される方法により測定される透過性により決定する。この方法の基礎は、ペレットの通気性の測定であり、これは、「Blaine」または「Lea & Nurse法」に類似している。dpの計算は、Carman & Malherbe式から導く。
q=PCCペレットを通過した空気体積流量(cm3/g)、
ε=気孔率、
W=PCCの質量、
L=ペレットの厚さ、
D=PCCの密度(g/cm3)、
A=ペレットの断面積(cm2)、
ds=Carman & Malherbeによる平均粒径(μm)、および
dp=平均粒径(μm)。
犬牙状結晶は、例えば、約80nm〜約300nm、例えば約100nm〜約200nmの範囲の平均1次粒径を有し得る。これは、粒子のより小さい寸法を指す。
細長い物質(例えば、犬牙状1次粒子)は、例えば、凝集して、ミクロシェルを形成し得る。
各ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、約2〜約20個の1次粒子を含み得る。例えば、各ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体は、約2〜約15個または約2〜約10個または約2〜約8個の1次粒子を含み得る。
「ナノファイバ」および「ナノチェーン様凝集体」という用語では、接頭語「ナノ」は、ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体が、少なくとも1つのナノスケールでの特徴的寸法、特に、平均して、500nm未満、例えば、250nm未満または200nm未満または100nm未満である特徴的寸法を有することを意味する。ナノファイバまたはナノチェーン様凝集体では、前記特徴的寸法は、平均直径(すなわち、dpに対応するナノファイバの幅)である。
ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体を形成する平均1次粒径(dp)は、一般に犬牙状基本粒子のより小さい寸法に、およびナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体の平均直径に近い。平均1次粒径(dp)は、例えば、犬牙状粒子のより小さい寸法と、および/またはナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体の平均直径と50%未満または25%未満または10%未満だけ異なっていてもよい。
2次構造は、例えば、様々な形でさらに凝集して、3次構造を形成し得る。
多孔性PCCは、例えば、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体のミクロシェル、犬牙状結晶のミクロシェル、ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体および犬牙状結晶のミクロシェル、またはそれらの1つもしくは複数の組み合わせを含み得る。
ナノプレートは、例えば、重ねて、「ナノプレートのアコーディオン」を形成し得る。アコーディオンの長さは、例えば、約200nm以上であってもよい。例えば、アコーディオンの長さは、約1500nm以下であってもよい。
多孔性PCCは、例えば、約0.1μm〜約10μmの範囲のd50(セディグラフ)、約0.5μm〜約15μmの範囲のd95(セディグラフ)および約0.05μm〜約5μmの範囲のd25(セディグラフ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、さらに約0.2μm〜約12μmの範囲のd75(セディグラフ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.6μm〜約4μmの範囲のd50(セディグラフ)、約1μm〜約6μmの範囲のd95(セディグラフ)および約0.1μm〜約2μmの範囲のd25(セディグラフ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約0.5μm〜約5μmの範囲のd75(セディグラフ)をさらに有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約1μm〜約2μmの範囲のd50(セディグラフ)、約3μm〜約4.5μmの範囲のd95(セディグラフ)および約0.3μm〜約1.5μmの範囲のd25(セディグラフ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約1.5μm〜約3μmの範囲のd75(セディグラフ)をさらに有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約2μm〜約8μmの範囲のd75(レーザ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約2.5μm〜約7.5μmまたは約3μm〜約7μmまたは約3.5μm〜約6.5μmまたは約4μm〜約6μmまたは約4.5μm〜約5.5μmまたは約4μm〜約5μmの範囲のd75(レーザ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約0.1μm〜約4μmの範囲のd25(レーザ)を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約0.5μm〜約3.5μmまたは約0.5μm〜約3μmまたは約1μm〜約2.5μmまたは約1μm〜約2μmまたは約1.5μm〜約2.5μmの範囲のd25(レーザ)を有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約5μm〜約10μmの範囲のd95(レーザ)、約0.5μm〜約6μmの範囲のd50(レーザ)および約0.1μm〜約4μmの範囲のd25(レーザ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約2μm〜約8μmの範囲のd75(レーザ)も有し得る。
多孔性PCCは、例えば、約6.5μm〜約8.5μmの範囲のd95(レーザ)、約2μm〜約4μmの範囲のd50(レーザ)および約1μm〜約3μmの範囲のd25(レーザ)を有し得る。多孔性PCCは、例えば、約4μm〜約6μmの範囲のd75(レーザ)も有し得る。
多孔性PCCは、例えば、セディグラフおよび/またはレーザにより測定される10μm超のサイズを有する約5質量%未満の凝集物を含み得る。例えば、多孔性PCCは、セディグラフおよび/またはレーザにより測定される10μm超のサイズを有する4質量%未満または3質量%未満または2質量%未満または1質量%未満の凝集物を含み得る。
多孔性PCCのd50、d95、d75およびd25は、それぞれ最終(例えば、3次構造)PCC材料のd50、d95、d75およびd25を指し、したがって、形成される凝集物/凝集体のサイズを指すことができる。例えば、多孔性PCCが、完全にミクロシェルからなる場合は、d50、d95、d75、およびd25は、ミクロシェルのサイズを指す。
多孔性PCCは、例えば、1次粒子の平均直径(dp)に対する凝集メジアン径(d50)の比と定義され、1より大きい、凝集率を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約2以上または約5以上または約10以上または約20以上の凝集率を有し得る。例えば、多孔性PCCは、約300以下または約100以下または約50以下の凝集率を有し得る。
多孔性PCCは、任意選択で、1つまたは複数の結晶化制御剤をさらに含み得る。結晶化制御剤は、例えば、ポリアクリル酸、その塩およびそれらの混合物、クエン酸、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリアスパラギン酸およびエチレンジアミン四酢酸(EDTA)からなる群から選択することができる。ポリアクリル酸、その塩およびそれらの混合物、およびエチレンジアミン四酢酸(EDTA)は、最も好ましい結晶化制御剤である。
結晶化制御剤は、例えば、約0.1質量%(炭酸カルシウムの質量で)以上の量で多孔性PCC中に存在してもよい。例えば、結晶化制御剤は、約0.2質量%以上または約0.25質量%以上または約0.5質量%以上の量で多孔性PCC中に存在することができる。例えば、結晶化制御剤は、約4質量%以下または約3質量%以下または約2.5質量%以下または約2質量%以下または約1質量%以下の量で多孔性PCC中に存在することができる。
LODは、以下の手順に従い決定する。
105℃で予備乾燥したはかり瓶に、約10gの沈降炭酸カルシウム粒子を0.1mg刻みの近似値で秤量し、約105℃で3時間加熱する。瓶をデシケーター内で約22℃に冷却し、0.1mg刻みの近似値で秤量する。乾燥減量は、g/kg=1000*(M1−M2)/M1として算出し、この場合M1は、乾燥前の粒子の質量(g)、M2は、乾燥後の粒子の質量(g)である。結果は、1桁のg/kgで与えられる。
本明細書に記載される任意の態様または実施形態による組成物(例えば、ポリマー組成物)を作製する方法も本明細書で提供される。方法は、例えば、ポリマー、多孔性PCCおよび任意選択の添加剤を混合することを含んでもよく、混合物を硬化することを含んでもよい。
得られるメルトは、例えば水浴で、例えば冷却され、次いで、ペレットにすることができる。得られるメルトは、カレンダー処理されて、シートまたはフィルムを形成し得る。
本明細書に記載されるポリマー組成物は、例えば、所望の形態または物品に成形することができる。ポリマー組成物の成形は、例えば、組成物を加熱して、軟化することを含み得る。本明細書に記載されるポリマー組成物は、例えば、成形(例えば、圧縮成形法、射出成形法、延伸ブロー成形、射出ブロー成形、オーバーモールディング)、押出し法、鋳造、または熱成形(themoforming)により成形することができる。
本明細書で開示される組成物は、例えば、多孔性PCC以外の任意のVOC削減剤を実質的に含まなくてもよい。用語「実質的に含まない」は、例えば、組成物の総質量を基準にして、約2質量%以下または約1質量%以下または約0.5質量%以下または約0.1質量%以下を指すことができる。
前述は、制限なしで本発明のある実施形態を広く記載する。当業者に容易に明らかなものである変形および改変は、添付の請求項で、および、添付の請求項により定義されるように、本発明の範囲内にあるものである。
65〜70℃の二本ロール機で20分間成分をブレンドすることにより表2で定めた組成物を調製し、次いで温度を30℃に下げた。組成物は、厚さを約2.2〜2.6mmに小型化した後に取り出した。組成物を180℃で成形した。
GCCフィラーは、BET表面積2m2/g、d50(セディグラフ)3μm、2μm未満の粒子38質量%(+/−5質量%)および10μm超の粒子15質量%を有するGCCである。
以下の鉱物の種々の製剤中でのVOC削減を評価した。
PCC1は、BET表面積約32m2/gおよびd50(セディグラフ)約1.4μmを有する多孔性PCCである。PCC1は、平均細孔容積約0.05cm3/gおよび平均細孔径約16.5nmを有する。
PCC2は、BET表面積約19m2/gおよびd50(レーザ)約0.5μmを有する非多孔質PCCである。PCC2は、全細孔容積約0.03cm3/gおよび平均細孔径約11nmを有する。
PCC3は、BET表面積約20m2/gおよびd50(レーザ)約0.5μmを有する非多孔質PCCである。PCC3は、全細孔容積約0.04cm3/gおよび平均細孔径約11nmを有する。
PCC4は、BET表面積約44.5m2/gおよびd50(レーザ)約3.35μmを有する多孔性PCCである。PCC4は、平均細孔容積約0.12cm3/gおよび平均細孔径約15nmを有する。
DE1は、BET表面積2m2/g、25.0μm(レーザ)未満の粒子90%、14.1μm(レーザ)未満の粒子50%および5.89μm(レーザ)未満の粒子10%を有するフラックスか焼珪藻土である。
DE2は、BET表面積1.5m2/g、27.83μm(レーザ)未満の粒子90%、15.76μm(レーザ)未満の粒子50%および6.60μm(レーザ)未満の粒子10%を有するフラックスか焼淡水珪藻土である。
GCC1は、BET表面積3m2/g、d50(セディグラフ)3.5μmおよび2μm未満の粒子32質量%を有するGCCである。
ウォラストナイト1は、BET表面積3.0m2/g、d50(レーザ)4μmおよび練磨度(Hegman)6を有するウォラストナイトである。
EPDMでは、PCC1は、VOC排出を15%削減し、他方、DE2は、VOC排出を10%削減し、PCC2、PCC3およびGCC1は、VOC排出に効果がなかったことを驚くべきことに見出した。
Claims (22)
- 揮発性有機化合物(VOC)を保持するための多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)の使用。
- 組成物からの揮発性有機化合物(VOC)の排出を削減する方法であって、多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)を前記組成物に添加することを含む、前記方法。
- 前記多孔性PCCが、約0.04cm3/g以上または約0.05cm3/g以上の全細孔容積を有する、請求項1に記載の使用または請求項2に記載の方法。
- 前記多孔性PCCが、約2nm以上または約12nm以上の平均細孔径を有する、請求項1から3までのいずれか1項に記載の使用または方法。
- 前記多孔性PCCが、約10m2/g〜約200m2/g、例えば約20m2/g〜約100m2/gのBET表面積を有する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の使用または方法。
- 前記多孔性PCCが、約0.1μm〜約10μm、例えば約0.5μm〜約5μmのd50(セディグラフ)を有する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の使用または方法。
- 前記多孔性PCCが、複数の相互連結した1次粒子から各々なるナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体を含む、請求項1から6までのいずれか1項に記載の使用または方法。
- 前記1次粒子が、カルサイト結晶、例えば菱面体の形態を有するカルサイト結晶である、請求項7に記載の使用または方法。
- 前記ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体が凝集して、ミクロシェルを形成する、請求項7または8に記載の使用または方法。
- 前記1次粒子が、約10nm〜約500nm、例えば約20nm〜約100nmの平均粒径(dp)を有する、請求項7から9までのいずれか1項に記載の使用または方法。
- 前記ナノファイバおよび/またはナノチェーン様凝集体が、約20nm〜約2000nm、例えば約200nm〜約500nmの平均長さを有する、請求項7から10までのいずれか1項に記載の使用または方法。
- 前記多孔性PCCが、結晶化制御剤を含む、請求項1から11までのいずれか1項に記載の使用または方法。
- 前記組成物が、ポリマー組成物である、請求項2から12までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記ポリマーが、ポリオキシメチレン(POM)、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム(EPDM)、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニルまたはそれらの1つもしくは複数の組み合わせである、請求項13に記載の方法。
- 前記組成物からのVOC排出が、多孔性PCCを含まない点を除き同一である比較用組成物からのVOC排出より少なくとも約10%少ない、請求項2から14までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記多孔性PCCが、雰囲気からのVOC、例えば化石燃料の煙またはタバコの煙からのVOCを保持する、請求項1から12までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記多孔性PCCが、組成物中にVOCを保持する、請求項1から12までのいずれか1項に記載の使用。
- 前記多孔性PCCが、ポリマー組成物中にVOCを保持し、例えば、前記ポリマーが、ポリオキシメチレン(POM)、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム(EPDM)、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニルまたはそれらの1つもしくは複数の組み合わせである、請求項1から12までのいずれか1項に記載の使用。
- 多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)を含むポリマー組成物。
- 前記多孔性PCCが、請求項3から12までのいずれか1項に記載されているとおりである、請求項19に記載のポリマー組成物。
- 前記ポリマーが、ポリオキシメチレン(POM)、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム(EPDM)、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリ塩化ビニルまたはそれらの1つもしくは複数の組み合わせである、請求項19または20に記載のポリマー組成物。
- 多孔性沈降炭酸カルシウム(PCC)を含むポリマー組成物を作製する方法であって、前記多孔性PCCをポリマー樹脂と混合することを含み、前記混合物を硬化することを含んでもよい、前記方法。
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