JP6116902B2 - 組成物及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗装及び表面処理産業における水流からの塗料及び吹き付け残渣の改善された分離に関する。本発明は改善された脱粘着及びスラッジ分離を可能にする一方で、環境に対する影響を大きく低下させる「より環境に優しい」技術である。

車体、エンジン、並びにさまざまな工業的及び消費者用品目の吹きつけ塗装は、塗料吹きつけブースと呼ばれる特化された囲いの中で行われている。これらのブースは、作業者の安全性を増大させるとともに、仕上げられた塗装品への汚染による悪影響を最小化させるという両方の目的のための、塗装作業のための制御された作業領域を提供する。ブースは、サイズやデザインの点で大幅に変化し得るが、全てのブースは実際の塗装が行われる作業領域、及び空気から過剰吹き付け塗料が除去される背後区域／ブース下部領域を有する。小さい、又は生産量の少ないシステムでは、塗料を運ぶ空気を一連の使い捨てフィルターに通過させて抜くことで達成される。より一般的には、ブース換気扇により生成される移動空気流が、塗料の過剰吹き付け分を、再循環する水のカーテンに通過させるか、又は水を噴霧することにより抜き取り、効果的に空気から塗料粒子を水相へと取り除く。水及び取り除かれた塗料粒子は、汚水盆に運ばれ、そこで塗料粒子が水から分離され、水をリサイクルすることができるとともに、塗料の固体を安全に廃棄することができる。

塗料は、定義から高接着性の膜を形成する物質である。塗料は、盛り上がることのできる露出されたいかなるブース表面にも容易に接着し易く、最終的に、水流及び空気の流れを低下させ、排液管を塞ぎ、ポンプ及びプラグのスクリーンを損傷する。これはブースの効率を低下させ、及び操業費用を著しく増大させる。従って、通常、再循環水には「脱粘着剤」という化学物質が添加される。これらはブースの除去効率を改善するように作用し、ブース表面に塗料が接着することを防止し、及び再循環水流からの塗料固体の収集及び除去を助ける。

過去において、溶媒をベースとする塗料、又は油性塗料が、吹き付けブースにおいて最も一般的に使用されていた。近年、環境に対する意識が高まり、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）の放出可能量を限定する規制がなされた。これにより、水性塗料の使用が増加する一方で、既存の溶剤型塗料からＶＯＣを削減するよう改善されることとなった。これらの物質は、溶剤型塗料ほど粘着性は高くはないが、水から分離することは極めて困難であり、また、その界面活性剤の投入量に起因して、はるかに顕著な量の泡を形成する傾向があり、溶剤型のそれと比較して異なる処理を必要とする。

従って、従来の塗料の粘着性を低下させるばかりではなく、泡の制御というニーズに対応でき、改善された新たな水性塗料、及びＨＡＰＳ相溶溶剤型塗料（有害大気汚染物質（Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ａｉｒ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ）により規制される物質をまったく含まない塗料）の回収を改善可能な「脱粘着剤」に係る需要が発生した。最近の経済問題及び環境意識の高まりから、これらの製品は、費用対効果が高く、且つ、「環境に優しい」持続可能な態様で用いなければならなくなってきた。

水膨潤性粘土、マニッヒ（Ｍａｎｎｉｃｈ）型のポリマー、及び７を超えるｐＨにおいて金属水酸化物を形成する両性金属塩を含む様々な化学物質が、湿式吹き付けブースの含水過剰吹き付け塗料の処理剤として提案されてきた。

例えば、米国特許第４，５６４，４６４号は、水溶性リン酸塩などの適切な粘度低下剤、及び水質調整剤を含む、ポンプで移送可能なヘクトライト（ｈｅｃｔｏｒｉｔｅ）粘土を含むスラリーの使用を教示している。このタイプの処理は、油性及び水性の両方の塗料を処理できる一方、脱水の困難な過剰量のスラッジを発生し、意図しない生物成長を促す傾向がある。

米国特許第４，８８８，３８６号は、溶媒性及び水性の両方の塗料を非常に効率よく処理するため、メラミン−ホルムアルデヒド系ポリマーと、ポリビニルアルコール及びスチレン・アクリレート共重合体とを併用することを教示している。しかしながら、マニッヒ型のポリマーと同様に、組成物中に存在する低レベルの遊離ホルムアルデヒドにより、作業者の被曝が懸念された。加えて、これらの物質は、容易に生物分解されないためにスラッジの廃棄が問題となる。

米国特許第５，０６８，２７９号は、安全性の向上及びＶＯＣの低減のため、高活性のメラミン−ホルムアルデヒド系脱粘着剤から遊離ホルムアルデヒドを捕捉する方法を教示している。これにより処理された製品は、全ての種類の塗料について性能が良く、現在の世界標準となっている。しかしながら、これは「旧」技術とみなされ、ホルムアルデヒド及び生物分解性に対する懸念は解消されていない。

米国特許第５，２５０，１８９号は、水性塗料の回収を改善するため、好ましくは指定されたｐＨ及びアルカリ性範囲にあるクロロヒドロキシアルミニウム（ＡＣＨ）などの、多塩基性アルミニウム塩を使用することを教示している。これは水性塗料の回収性に優れるが、当該処理は、油性塗料の場合、アルミニウム塩の親水性に起因して、脱粘着が不良となる。

より最近の新手法である、米国特許第６，６７３，２６３号は、酸性条件下において、クロロヒドロキシアルミニウム（ＡＣＨ）の希薄溶液に、微量（＜０．５％）のキチン系ポリマー（キトサン）を配合することを教示している。キトサンは、ｐＨが増大するにつれて部分的にアルミニウム塩と架橋反応し、凝固剤としての効果を増大させる。キトサンの添加が組成物に「環境に優しい」化学的性質を与える、とされている。

中国特許第１９１９４７５号は、水溶性カチオン性デンプンをブースの再循環水ポンプの取り込み口へ供給すること、並びに、アルミニウム塩及び／又はポリアミド系凝集剤を戻り配管へ供給すること、を教示している。これは、顕著に「より環境に優しい」アプローチと考えられ、一見本発明と同様に見受けられる。しかしながら、当該中国特許においては、３成分が本来的に非相溶性であることを認識しており、そのため、各成分を別々に、別々の供給点から、別々のポンプにより供給することが必要とされている。これは、プロセスに必要以上の困難を課すものである。というのも、効率的に脱粘着し、塗料固体を収集するためには、各成分が、まず、ある程度固定された比率で相互作用しなければならないからである。これらを別々に供給した場合、必要な比率を、継続的に達成することがはるかに困難となる。

従って、あらゆる塗料の脱粘着及び回収を効果的に行い得る、単一成分で、費用対効果が高く、「環境に優しい」持続可能な化学的性質が必要とされている。

本発明は以下の主要な態様を記載する：
１．本発明の利点は、塗装及び表面処理プロセスでの水の再循環における脱粘着性を改善することである。
２．本発明の利点は、塗料及び表面処理プロセスにおける、再循環水からの塗料の分離を改善することである。
３．本発明の利点は、環境に対する影響がはるかに少ないグリーンな技術である一方で、脱粘着性を改善するとともに、塗装及び表面処理プロセスにおける、再循環水からの塗料の分離を改善することである。
４．本発明の利点は、各種類似形態により種々の塗料及び表面処理製品に対して効果的に作用することである。

本発明は、過剰に吹き付けられた塗料を処理するための組成物を包含する。本組成物は以下のものを含む：（ａ）置換度が０．０１〜１．０のカチオン化デンプンの１〜３５％溶液；（ｂ）クロロヒドロキシアルミニウム、ポリ塩化アルミニウム又はポリ硝酸アルミニウムなどの多塩基性金属塩の１〜５０％溶液；及び（ｃ）少なくとも０．１％の水酸基の官能基を含み、２．５×１０^５以上の分子量の水溶性ポリマー（又は共重合体若しくは三元重合体）の０．１〜３５％溶液。これらの物質は、混合されて、１〜６０重量％のカチオン化された成分、５〜７５％の多塩基性金属塩、及び０．１〜２０％のポリマーを含む最終組成物を与える。好適な組成物は、３５〜５５重量％のカチオン化成分、４５〜６５重量％の多塩基性金属塩、及び０．１〜５重量％のポリマーを含む。本組成物は、塗料吹きつけブース中の再循環水系に加えられて、油性（ＳＢ）及び水性（ＷＢ）塗料を処理することのできる液体濃縮物として特に有用である。

本発明の他の実施形態は、循環水系において過剰に吹き付けられた塗料粒子を処理する方法を含む。かかる方法においては、過剰に吹き付けられた塗料が、以下のものを含む組成物を含有する水系と接触させられる：（ａ）カチオン化デンプンの水溶液、（ｂ）金属錯塩、（ｃ）少なくとも０．１％の水酸基の官能基を有するポリマーの溶液、及び（ｄ）水。ここで、組成ａ、ｂ、及びｃの全てが単一の液体濃縮物生成物に含まれ、水系に一定の比率で同時に加えられる。上記の本組成物は、過剰に吹き付けられた塗料粒子を脱粘着化して、凝固させるように作用する。上記の方法は、処理された過剰に吹き付けられた塗料粒子を、水から分離する工程を含んでいてもよい。

安定で効果的な組成物を形成するための３成分の組み合わせは自明ではない。上記ポリマーはアルミニウム塩と部分的に架橋することが可能でなければならないが、不溶性のゲルを形成するほどであってはならない。上記デンプンは、塗料固体との相互作用を可能とするための十分なカチオン電荷を有さなければならないが、前記ポリマーの水酸基の官能基と反応するほどの十分な電荷を有してはならない。上記アルミニウム塩は、ポリマー上の水酸基と十分に架橋できる程度に多塩基性でなければならない。安定な生成物を提供するために、個別の生成物は互いに適合しなければならない。それらは、プロセスの水の中に供給されるまでに相互作用することがないように、特定の順序、所定のｐＨ範囲で特定の割合で供給されなければならない。

上述したように、本発明は、以下の一般的構造を有するカチオン性デンプンの水溶液を含む：

本発明は、多塩基性アルミニウム塩、及び、約５．０を超えるｐＨにおいて、アルミニウム塩と架橋するのに十分な量の水酸基の官能基を含むポリマーも含む。

アミラム（ａｍｙｌｕｍ）とも称されることがあるデンプンは、グリコシド結合により結合された多数のグルコース単位を含む多糖炭水化物である。デンプンは、全ての緑色植物によりエネルギー貯蔵として産生され、人類の主要な食物源である。純粋なデンプンは、冷水又はアルコールに不溶の白色の無味・無臭の粉末である。デンプンは、直鎖状でらせん状のアミロース、及び分岐状のアミロペクチンの２種類の分子により構成される。植物によるが、通常、デンプンは２０〜２５％のアミロース及び７５〜８０％のアミロペクチンを含む。

本発明において言及される基本のデンプンは、限定はされないが、小麦、トウモロコシ、タピオカ、ジャガイモ、米、サツマイモ、サゴ、ヤエナリ、及びクズウコンなどの通常に工業的に用いられるデンプン源から誘導され得る。

デンプンは、種々の方法によりカチオン化され得る。本発明においては、デンプンのカチオン化に用いられる方法はいずれでもよい。デンプンは、効果的な置換度を有し、任意の方法により製造され、商業的供給者から容易に入手可能である必要がある。カチオン性デンプンの置換度は、無水グルコース単位あたりの置換基の平均数で表され、通常、最大値は３である（上記化学式は、単に情報として掲載され、オリジナルのアミロース単位に生じ得る分岐は全く考慮されていない）。カチオン化の工程により、陽電荷を強く帯びたポリマーが生成され、当該強い陽電荷が、溶解性を改善し、陰電荷を帯びた表面と相互作用する。この工程は、存在する水酸基の官能基にアミン官能基も加え、両方の側基に反応性の化学的性質を添える。本発明で用いられるカチオン性デンプンは、０．０１〜１．０の置換度を有し、凝集剤としての使用に適する。カチオン性デンプンは、固体分１〜３５％の水溶液として提供される。好適な製品はＤｏｂｅｒ、Ａｌｃｏ、又はＩＳＣから商業的に入手可能である。

カチオン化され、同様の性能を提供する他の物質としては、グァーガム、アラビア・ゴム、ヒドロキシエチルセルロース、及びメチルセルロースゴムが挙げられる。本発明の組成物は、多塩基性金属塩を含んでおり、水性塗料、又はラテックス型の塗料を処理する場合において有用であり、アルカリ性から中性のｐＨで、架橋されたゲルを形成する水酸基の官能基を含むポリマー性凝集剤と相互作用し得る。好適な実施形態は、限定はされないが、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、ポリケイ酸硫酸アルミニウム（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｍｉｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｓｕｌｆａｔｅ：ＰＡＳＳ）、ポリ硝酸アルミニウム、ポリヒドロキシクロロ硫酸アルミニウム（ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｙｃｈｌｏｒｏｓｕｌｆａｔｅ）及びクロロヒドロキシアルミニウムなどのポリマー性アルミニウム錯塩を含む。この塩は、固体分１〜５０％の水溶液として提供される。

本組成物は、少なくとも０．１％の水酸基の官能基を含み、２．５×１０^５以上の分子量の天然又は合成のポリマー性凝集剤も含む。このポリマーは、容易に生物分解され、中性又はアルカリ性ｐＨで、両性金属のポリマー性塩錯体と反応して架橋したゲルを形成し得るものである。好適なものとしては、アクリルアミドなどの合成ポリマー（又は共重合体若しくは三元重合体）又はキトサン若しくはグァーガムなどの天然ポリマーを含むことができる。

本発明の組成物は典型的には、第一に、必要量のデンプンを混合器の取り付けられた反応容器に加えることにより調製される。当該混合器を起動し、デンプン溶液のｐＨを５．５〜６に調整する必要がある場合には希硫酸を加える（必要な場合には、限定はされないが、塩酸、硝酸、リン酸、又は酢酸などの他の酸も使用できる）。強力に混合しながら、前記ポリマー性凝集剤をデンプン溶液に加え、均一になるまで混合する（１００ｒｐｍで、１５〜３０分で十分である）。

デンプン・ポリマー溶液が完全に混合された後に、撹拌を継続しながら多塩基性金属塩が混合物に加えられる。この時点で顕著な濃化（ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ）が確認される場合がある。得られた混合物の混合を更に１５〜３０分、又は均一になるまで継続する。

本発明の組成物は、好適には液体濃縮物として調製される。この濃縮物は、次いで、塗料吹きつけブースの循環水系に加えられ、過剰に吹き付けられた塗料固体のための主要な脱粘着添加物及び／又は凝固添加物として使用される。かかる系での使用濃度は、典型的には、水流及び塗料投入量を基準として１０〜１，０００ｐｐｍの範囲である。

本発明の適用においては、再循環水系のｐＨが、好適には６．０〜１０．０、より好適には７．５〜９．０の間に維持される。本発明の組成物はわずかに酸性であるために、時間が経過すると、その使用が再循環水系のｐＨに影響を与えるため、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ソーダ灰、又はメタケイ酸ナトリウムなどの通常用いられる手法・手段により、ｐＨを定期的に調整する必要がある。

本発明においては、上述した脱粘着組成物は、塗料ブースの再循環水系に供給される。過剰に吹き付けられた塗料は、ブースの洗浄機部分の再循環水と接触する。本発明の組成物を含む水と接触した場合、前記過剰に吹き付けられた塗料は、急速に脱粘着化され凝集し、スラッジ層として水系から分離する。

加えて、 共凝集剤として作用させるとともに、再循環水系からの塗料固体のより急速な分離を促進するために、他のポリマー性化合物も本発明の組成物と併用することができる。好適な実施形態は高分子量のアクリルアミドポリマーを含む 。これらはアミン又は水酸基の官能基を含む共重合体を含む。

上述した事項については、以下の実施例を参照することによってより詳細に理解できる。尚、以下の実施例は、本発明を実施するための方法を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。

本発明の有効性を実証するために、以下の操作を行った。各試験において、２００ｍＬの冷水道水を、磁気撹拌子の取り付けられた１パイントのガラスのジャーの開口部に導入した。高速で撹拌しながら、評価する生成物をジャーに０．２ｍＬ加え、必要に応じて苛性ソーダによりｐＨを８〜９に調整した。撹拌を続けながら、１０〜１２滴（０．５ｍＬ）の市販品の自動車用塗料の混合物を渦の中に混合した。サンプルを３０秒間混合した後、Ｎａｌｃｏ ＵＬＴＩＭＥＲ７７５７の１％溶液を１．５ｍＬ、塗料固体の分離を促進するために加え、更に３０秒間混合した後、撹拌を停止した。サンプルを３０秒間静置した後、サンプルの粘着性と最終的な水の性質を評価した。油性下塗り、及び水性下塗りの混合物をそれぞれ用いて、各組成物について分離試験を行った。

実施例１
この実施例は、処理剤「Ａ」として記載された本発明の組成物の有効性を実証する。

実施例２
次の実施例は、本発明の組成物の性能における各成分の重要性を実証する。実施例２では、前記ポリマー性成分を除去し、前記カチオン性デンプン及び前記クロロヒドロキシアルミニウム（ＡＣＨ）のみを残した（この実施例及び以下の全実施例では、等しい量の活性固体を維持するために、残りの化学物質の量を増量した）。

実施例３
実施例３では、前記カチオン性デンプン成分を除去し、前記ポリマー及びクロロヒドロキシアルミニウム（ＡＣＨ）のみを残した。

実施例４
実施例４では、前記クロロヒドロキシアルミニウム（ＡＣＨ）を除去し、前記ポリマーとカチオン化デンプンのみを残した。

Claims (2)

1. 油性塗料及び水性塗料を含む循環水系に添加される組成物であって、置換度が０．０１〜１．０であるカチオン性デンプン、クロロヒドロキシアルミニウム、並びに、アクリルアミドの合成ポリマー、キトサン、及びグァーガムからなる群から選択され、少なくとも０．１％の水酸基の官能基を含み、且つ、２．５×１０ ^５ 以上の分子量を有するポリマーを含み、前記組成物に基づいて、１〜６０重量％の前記カチオン性デンプン、５〜７５重量％の前記クロロヒドロキシアルミニウム、及び、０．１〜２０％の前記ポリマーをそれぞれ含む、組成物。
2. 置換度が０．０１〜１．０であるカチオン性デンプン、クロロヒドロキシアルミニウム、並びに、アクリルアミドの合成ポリマー、キトサン、及びグァーガムからなる群から選択され、少なくとも０．１％の水酸基の官能基を含み、且つ、２．５×１０ ^５ 以上の分子量を有するポリマーを含む組成物であって、前記組成物に基づいて、１〜６０重量％の前記カチオン性デンプン、５〜７５重量％の前記クロロヒドロキシアルミニウム、及び、０．１〜２０％の前記ポリマーをそれぞれ含む組成物を用いて、６．０〜１０．０のｐＨを有する循環水系における油性塗料及び水性塗料を処理する方法。