JP6009127B2 - 塗料飽和したアルカリ土類金属炭酸塩の再利用 - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、塗料飽和したアルカリ土類金属炭酸塩を再利用可能な材料に変換するためのプロセスに関する。特に、オーバースプレー塗料系から得られる、塗料飽和したアルカリ土類金属炭酸塩の再粉砕を行うプロセスを提供するものであり、純度の高い、鮮やかな白の炭酸カルシウムを必要としない製品の製造における使用に適している。
炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩は、さまざまな工業プロセスにおいて粒子状濾材として用いられている。例えば、近年、アルカリ土類金属炭酸塩は、新車のスプレー塗装時など、塗装ブースのオーバースプレーを捕集する濾過助剤として用いられている（例えば特許文献１および特許文献２参照）。
そのような塗料オーバースプレー系において、アルカリ土類金属炭酸塩は、通常、塗料のオーバースプレー粒子と完全に混ざり合って該粒子を吸着するように流動化されている。粒子状アルカリ土類金属炭酸塩の表面積は大きいため、その表面は、塗料粒子個々により湿潤され、塗料飽和したアルカリ土類金属炭酸塩の凝集体が形成する。よって、アルカリ土類金属炭酸塩の有効表面積が減少し、適切な流動化が妨げられる。続いて、塗料飽和したアルカリ土類金属炭酸塩は捕集され廃棄される。廃棄方法は現在のところ、埋め立て（それのみ単独で埋め立ててもよいし有害液体の吸収剤として埋め立ててもよい）またはコンクリートやセメント系材料の充填材料として使用することに限られている。
したがって、塗料飽和したアルカリ土類金属炭酸塩を、さまざまな用途、特に再生材料が望まれている用途において有益に再利用可能な形状に変換できる単純なプロセスが必要とされている。
本発明の実施形態は、塗料飽和した濾過助剤をさまざまな用途での再利用に適した形状に変換し、それにより埋め立て処分する廃棄物の量を低減するプロセスを含む。特に、濾材としての用途、またはアルカリ土類金属炭酸塩などの代替材料としての他の用途に適した形状に塗料飽和した濾過補助剤を変換するためのプロセスが提供される。アルカリ土類金属炭酸塩などの代替材料としての他の用途としては、特に、床張り用途（すなわちカーペットの裏張りおよびビニル床材）、接着剤、コンクリートなどが挙げられ、それら用途では、無色で繊細な再生材料が望まれる。
濾過助剤を再利用する方法は、塗料飽和した濾過助剤を用意することと、その塗料飽和した濾過助剤を再粉砕して所定のサイズにすることで再粉砕粒子を生成することとを含む。塗料飽和した濾過助剤は、単独で再粉砕してもよいし、もしくは別の材料と組み合わせて共粉砕してもよい。
別の態様では、塗料飽和した濾過助剤を再利用する方法は、塗料飽和した濾過助剤を用意することと、その塗料飽和した濾過助剤を別の材料と共粉砕して、カーペットの製造に有用な再粉砕粒子を得ることと、その再粉砕粒子を含む新品のカーペットを製造することとを含む。
別の態様では、塗料飽和した濾過助剤の再粉砕粒子を含む床材が得られ、その再粉砕粒子は、中央粒径（Ｄ５０）が約１ミクロン〜約５０ミクロンであること、２００メッシュスクリーンに保持される再粉砕粒子が約５％未満であること、およびトップカットサイズ（Ｄ９０）が約５ミクロン〜約３００ミクロンであることのうちの１つ以上により特徴付けられる。
上記需要を満たすため、塗料飽和した濾過助剤を再利用するための方法を提供する。本方法は、一般に、塗料飽和した濾過助剤を所定のサイズに再粉砕することで再粉砕粒子を生成することを含む。有利には、再粉砕粒子は、塗料のオーバースプレーを捕集する濾材としての再利用、または再生濾過助剤の使用に適している他の種類の用途、特に、カーペットの裏張り、ビニル床材、接着剤、コンクリートなどの用途に適している。
塗料飽和した濾過助剤は、エコドライスクラッバー（EcoDryScrubber、ドイツDURR社製）などのオーバースプレー塗料系の使用済みの濾過助剤から得ることができる。オーバースプレー塗料系は、主に自動車製造プロセスで用いられる。オーバースプレー塗料系は、一般に、濾過助剤を含むホッパーと、濾過素子と、濾過通気用のエアダクトとを備える。塗料のオーバースプレーは、排出気流を介してオーバースプレー塗料系に流入する。濾過助剤は、濾過素子上に周期的に堆積して濾過素子が閉塞するのを防ぐ。濾過助剤は、濾過素子より上流の排出気流内に周期的に排出されることにより、濾過素子に捕集される前に、排気に含まれる塗料オーバースプレー粒子を捕集してもよい。
濾過助剤は、塗料オーバースプレーを吸着して飽和し、これにより塗料飽和した濾過助剤が凝集する。したがって、塗料飽和した濾過助剤の有効表面積は減少し、塗料飽和した濾過助剤は肥大化して流動化が困難になる。塗料飽和した濾過助剤は、濾過素子から吹き飛ばされ、濾過系から除去および回収されて再利用に適した形状に変換される。
本明細書において、「濾過助剤」は、オーバースプレー塗料用途での使用に適した、アルカリ土類金属炭酸塩の破砕物を含む。好適なアルカリ土類金属炭酸塩としては、特に限定されることなく、炭酸カルシウムが挙げられる。好ましくは、濾過助剤は、容易に破断して微粒子になることを特徴とする高純度炭酸カルシウム、特に堆積起源の炭酸カルシウムから調製される炭酸カルシウム粒子を含む。堆積起源の炭酸カルシウムとしては、特に限定されることなく、ウーライト、ぺトロイド（petroids）、チョーク、石灰石、方解石型の結晶形と霰石型の結晶形の両方を含む大理石が挙げられる。
濾過助剤は、一般に、表面積の大きい微粒子の形状をとる。例えば、使用前の濾過助剤粒子の中央粒子径（Ｄ５０）は、約５ミクロン〜約３０ミクロンであり、好ましくは、約８ミクロン〜約２５ミクロンである。濾過助剤の粒子は、以下の性状のうちの１つ以上を有することによってさらに特徴付けることができる。トップカット（Ｄ９０）が約２０ミクロン〜約９０ミクロンであること、アルカリ土類金属炭酸塩の約９０重量％を超える（好ましくは、炭酸カルシウムの約９０重量％を超える）化学的純度の水準にあること、および水分濃度が約０．２重量％未満であること、である。
本明細書において、「塗料飽和した濾過助剤」は、塗料オーバースプレーが吸着した状態の濾過助剤粒子を意味する。塗料飽和した濾過助剤は、以下の性状のうちの１つ以上により特徴付けることができる。塗料飽和した濾過助剤の粒子の相対有効表面積（すなわち、濾過助剤粒子の最初の相対有効表面積と比較した場合）、塗料飽和した濾過助剤の粒子の中央粒径（Ｄ５０）、および塗料飽和した濾過助剤の粒子の水分含有率または塗料含有率である。
いくつかの実施形態では、塗料飽和した濾過助剤の粒子の有効表面積は、濾過助剤粒子の最初の有効表面積の約５０％未満、約３５％未満、または約２０％未満であってもよい。いくつかの実施形態では、塗料飽和した濾過助剤の粒子の中央粒子径（Ｄ５０）は、約４０ミクロン〜約１００ミクロン、約４０ミクロン〜約８０ミクロン、または約４０ミクロン〜約７０ミクロンである。いくつかの実施形態では、塗料飽和した濾過助剤の粒子の水分濃度は、約０．３重量％よりも高くてもよい。いくつかの実施形態では、塗料飽和した濾過助剤の粒子の塗料含有率は、約１重量％〜約５重量％でもよい。
塗料飽和した濾過助剤は、再粉砕されて所定のサイズの再粉砕粒子として生成されることにより、再利用に適するよう処理される。再粉砕方法としては、乾燥させて粒子サイズを減少させる従来の方法が挙げられる。それら方法としては、特に限定されることなく、ローラーミル、ハンマーミル、衝撃式ミル、遠心ミル、ジェットミル、メディアミルなどを用いる方法が挙げられる。
いくつかの実施形態においては、塗料飽和した濾過助剤は、単独で再粉砕することもできるし、１種類以上の他の材料と組み合わせて共粉砕することもできる。例えば、いくつかの実施形態では、上記再粉砕することは、塗料飽和した濾過助剤を、初使用の、または工業用途において使用後のアルカリ土類金属炭酸塩と混合し共粉砕することを含む。いくつかの実施形態では、上記再粉砕することは、塗料飽和した濾過助剤を、初使用の炭酸カルシウム、工業用途において使用後の炭酸カルシウム、またはそれらの組み合わせと混合し共粉砕することを含む。再粉砕粒子は、塗料飽和した濾過助剤を再粉砕した後に、１種類以上の他の材料と組み合わせることで複合材料を形成することもできる。しかしながら、塗料飽和した濾過助剤は、１種類以上の他の材料と混合し共粉砕するのが特に有効であると思料する。そうすることで、再粉砕のせん断力により、塗料飽和した濾過助剤に存在する厚めの塗料膜を延ばすことが可能な表面積が増加するからである。したがって、得られる再粉砕粒子の機能性を向上させることができる。
塗料飽和した濾過助剤と１種類以上の他の材料との組み合わせ比は、約１：５〜約５：１、約２：３〜約３：２、または約１：１とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、塗料飽和した濾過助剤は、再粉砕粒子または複合材料の約２０重量％〜１００重量％、約２０重量％〜約８０重量％、または約４０重量％〜約６０重量％である。
上記再粉砕することは、塗料飽和した濾過助剤を回収した場所と同じ場所で行うか、または塗料飽和した濾過助剤を別の場所に輸送してから行ってもよい。したがって、上記方法は、生産過程で出る廃棄物として塗料飽和した濾過助剤を生成する製造メーカから、塗料飽和した濾過助剤を回収することと、該塗料飽和した濾過助剤を別の施設に輸送して、再粉砕粒子または再粉砕粒子を含む複合材料に変換することとをさらに含んでもよい。
再粉砕粒子は、以下のうちの１つ以上の性状により特徴付けることができる。再粉砕粒子の中央粒子径（Ｄ５０）、再粉砕粒子のトップカットサイズ（Ｄ９０）、およびメッシュスクリーンに保持される再粉砕粒子の量、である。いくつかの実施形態では、再粉砕粒子の中央粒子径（Ｄ５０）は、約１ミクロン〜約５０ミクロン、約１ミクロン〜約２５ミクロン、または約５ミクロン〜約２５ミクロンである。いくつかの実施形態では、２００メッシュスクリーンに保持される再粉砕粒子は約５０％未満、約２５％未満、または約５％未満である。いくつかの実施形態では、再粉砕粒子のトップカットサイズ（Ｄ９０）は、約５ミクロン〜約３００ミクロン、約１０ミクロン〜約２００ミクロン、または約１５ミクロン〜約１００ミクロンである。
再粉砕粒子は、その水分含有率または塗料含有率によって特徴付けることもできる。例えば、再粉砕粒子の水分含有率は約０．２重量％以下としてもよいし、塗料含有率は約１重量％〜約５重量％としてもよい。塗料は、塗料飽和する濾過助剤に吸着されるため、塗料飽和した濾過助剤を再粉砕しても、再粉砕粒子の塗料含有率が塗料飽和した濾過助剤の塗料含有率より大幅に減少することは一般にない。
再粉砕粒子は、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩を破砕したものを用いる場合に通常得られるような白色を必要としない限りにおいて、さまざまな用途での再利用に適している。例えば、再粉砕粒子は、さまざまな床張り用途に用いることができ、その例としては、特に限定されることなく、カーペットの裏張りやビニル床の基材が挙げられる。再粉砕粒子は、コンクリートに含まれるセメントの部分的代替物として有益に用いることもできる。再粉砕粒子は、濾過助剤として再利用することもできる。例えば、塗料オーバースプレー系において、塗装飽和した濾過助剤の処理としては、濾過助剤の有効表面積を少なくとも部分的に復元し、余分な水分を除去することである。
例示的な実施形態では、再粉砕粒子は、カーペットの製造に用いられ、幅広カーペットとカーペットタイルの両方に再生含有物を使用するという高まる要望を満たしている。例えば、米国グリーンビルディング協会の環境性能評価システム（Leadership in Energy and Environmental Design）（LEED）などのイニシアチブにより、建造物における再生含有物の使用が促進されている。したがって、いくつかの実施形態では、カーペットおよび／またはカーペットの裏張りに含まれる再粉砕粒子の量は、カーペットおよび／またはカーペットの裏張りが、環境性能評価システムまたはＮＳＦ規格１４０の定める規格による認定に向けられた少なくとも一点の要件を満たすのに十分な量である。
本明細書で特定された粒子径は、レーザ回折粒径分析の分野で周知の方法（例えば、ウィスコンシン州マディソン所在のCilas Particle Size Company社製のシーラス粒径分析器（Cilas Particle Size Analyzer）を用いて測定してもよいし、またはスクリーン測定の場合は、ウェットウォッシュ（wet wash）（ASTM C-110の「生石灰、消石灰、石灰石の物理試験のための標準試験方法（Standard Test Methods for Physical Testing of Quicklime, Hydrated Lime and Limestone）」）、またはジェットシービング（jet sieving）（例えば、ニュージャージー州サミット所在のHosokawa Micron Powder Systems社製のMicron Air Jet Sieve）を用いて測定してもよい。
以下に実施例を記載して、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、特に断らない限り、「％」は重量基準であり、温度は℃基準かまたは周囲温度を示し、圧力は大気圧または略大気圧を示す。
重量ロードセル上に載置される２つのバルクサイロから石灰石粉末を供給する。サイロ１に収められている塗料飽和した石灰石粉末と、サイロ２に収められている初使用の石灰石粉末とをそれぞれ５０％の比率でローラーミルに加えた。塗料飽和した石灰石粉末は、中央粒径（Ｄ５０）が５０ミクロン、塗料含有率が３．５％、水分含有率が０．３５％のものを使用した。初使用の石灰石粉末は、中央粒子径（Ｄ５０）が２２ミクロンのものを使用した。両材料は、受入れ材料を加熱乾燥するガス燃料の空気加熱器「No. 5 Package Direct Air」を通過させてからローラーミル（Raymondモデル5488「High Side 54」）に供給した。
ローラーミルは、一体型分級システムを備えたエアスウェプト式縦型リングロールミルを用いた。「スパイダー」状にアセンブリされたアームは立軸により回転し、アームからは、ローラが取り付けられた自由揺動可能なジャーナルアセンブリが垂れ下がっている。ユニットの回転に伴い、遠心力がはたらき、ローラが縦型の破砕リングの内表面に対して動作した。アセンブリとともに回転しているプラウにより、供給材料がミルの底部から持ち上げられ、ローラと破砕リングの間に導かれてそこで粉砕された。
モデル番号９のサイクロン（Raymond社の支社であるCombustion Engineering社製）を用いて、サイズが過大なものから最終製品を分級した。ミルの出口温度は６５℃であった。破砕リングの下方から流入し上方へ流出する空気により、微粒子は分級部に送られた。分級器により粉砕された材料はサイズ分けされ、サイズが大き過ぎる粒子は破砕室に戻され、さらなる処理にかけられた。ミルは負圧条件下で作動させた。
ASTM C-110の「生石灰、消石灰、石灰石の物理試験のための標準試験方法（Standard Test Methods for Physical Testing of Quicklime, Hydrated Lime and Limestone）」を用いて粉砕材料の分析を行い、粒径、粒径分布、および水分濃度を測定した。以下の表に各実施例の結果の概要を示す。
上記表から分かるように、複合材料の再粉砕により、中央粒径（Ｄ５０）が６．９５ミクロン〜１０．１４ミクロン、トップカットサイズ（Ｄ９０）が１８．１１ミクロン〜２３．９１ミクロン、水分含有率が０．０２重量％〜０．０４重量％の粉末炭酸カルシウムが得られた。例えば、ＮＳＦ‐１４０が認定するカーペットの裏張りに用いる炭酸カルシウムは、中央粒径（Ｄ５０）が５．５ミクロン〜１０．０ミクロン、トップカットサイズ（Ｄ９０）が１５ミクロン〜２１ミクロン、水分含有率が０．１重量％未満である。
前述の詳細な説明は、限定ではなく例示と見なされること意図しており、本発明の範囲の規定は、以下に記載する特許請求の範囲およびその均等物により意図されるものであることを理解されたい。
Claims (13)
- 塗料飽和した濾過補助剤を再利用する方法であって、
粉砕されたアルカリ土類金属炭酸塩を含む濾過補助剤を備える、塗料飽和した濾過補助剤を用意することと、
前記塗料飽和した濾過補助剤を所定のサイズに再粉砕することで再粉砕粒子を生成すること、とを含む方法。 - 前記塗料飽和した濾過補助剤を再粉砕する工程は、前記塗料飽和した濾過補助剤を別の材料と混合し、共粉砕することを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記塗料飽和した濾過補助剤と前記別の材料との存在比は、１：５〜５：１である、請求項２に記載の方法。
- 前記塗料飽和した濾過補助剤と前記別の材料との存在比は、２：３〜３：２である、請求項２に記載の方法。
- 前記別の材料は、初使用の炭酸カルシウム、工業用途において使用後の炭酸カルシウム、またはそれらの組み合わせを含む、請求項２に記載の方法。
- 前記粉砕されたアルカリ土類金属炭酸塩は、炭酸カルシウムを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記再粉砕粒子を別の材料と混合して、カーペット、ビニル床材、またはコンクリートの製造に有用な複合材料を得ることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- 前記別の材料は、初使用の炭酸カルシウム、工業用途において使用後の炭酸カルシウム、またはそれらを含む、請求項７に記載の方法。
- 前記再粉砕粒子の前記所定のサイズは、
中央粒径（Ｄ５０）が１ミクロン〜５０ミクロン、
２００メッシュスクリーンに保持される前記再粉砕粒子が５０％未満、および
トップカットサイズ（Ｄ９０）が５ミクロン〜３００ミクロン、のうちの１つ以上により特徴付けられる、請求項１に記載の方法。 - 前記再粉砕粒子の前記所定のサイズは、
中央粒径（Ｄ５０）が１ミクロン〜２５ミクロン、
２００メッシュスクリーンに保持される前記再粉砕粒子が５％未満、および
トップカットサイズ（Ｄ９０）が１５ミクロン〜１００ミクロン、のうちの１つ以上により特徴付けられる、請求項１に記載の方法。 - 前記再粉砕粒子の水分含有率は、０．２重量％以下である、請求項１に記載の方法。
- 前記塗料飽和した濾過補助剤の塗料含有率は、１重量％〜５重量％である、請求項１に記載の方法。
- 前記塗料飽和した濾過補助剤を用意することは、
塗料オーバースプレー濾過器において前記濾過補助剤を用いる１つ以上の製造メーカから塗料飽和補助剤を回収することと、
前記塗料飽和した濾過補助剤を、前記１つ以上の製造メーカから別の処理施設へ輸送することと、を含む、請求項１に記載の方法。
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