TWI390027B - Dust suppression treatment method - Google Patents

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TWI390027B TW095123210A TW95123210A TWI390027B TW I390027 B TWI390027 B TW I390027B TW 095123210 A TW095123210 A TW 095123210A TW 95123210 A TW95123210 A TW 95123210A TW I390027 B TWI390027 B TW I390027B
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Description

塵埃抑制處理方法
本發明係關於使用由防塵效果高，對環境負擔少之聚四氟乙烯(以下稱做PTFE)之水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑組成物之塵埃抑制處理方法。進而更詳細地，本發明係關於使用含氟乳化劑之含有量為特定範圍之聚四氟乙烯(以下稱做PTFE)，由其水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑組成物之塵埃抑制處理方法，以及使用對環境負擔少之聚四氟乙烯(以下稱做PTFE)之水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑組成物之塵埃抑制處理物。
抑制產生塵埃物質之塵埃此一技術，係由於健康上、安全上、環境上及其他的要求下，為了生活或是產業的一種重要技術。
該塵埃抑制技術，於特公昭52－32877號公報中提案有將PTFE與粉末狀物質混合，再藉由將該混合物於約20~200℃之溫度下施以壓縮－剪切作用，而使PTFE原纖化，而抑制粉末狀物質之塵埃。
於相同之提案記載有
此處所揭示之PTFE，其組成為聚四氟乙烯之單聚合物，型態為細微粉末或乳膠之鐵氟龍(登記商標)6，或鐵氟龍(登記商標)30，以及組成為聚四氟乙烯之改性聚合物，型態為相同之細微粉末之鐵氟龍(登記商標)6C等。
於特開平8－20767號公報，提案有使用含有相對於PTFE為1.0重量%以上之碳氫化合物系之陰離子界面活性劑之水性乳膠，安定性更佳之塵埃抑制方法，顯示對於水泥具有塵埃抑制效果。
根據同一公報
PTFE之粒子，於美國專利第2,559,752號公報所揭示之乳化聚合法，亦即藉由將四氟乙烯壓入水溶性聚合起始劑，以及含有使全氟烷基成為疏水性基之陰離子界面活性劑(以下稱做含氟乳化劑)做為乳化劑之水性媒體中，並使其聚合，而可以水性乳膠之型態被製造，但為增加安定性進而添加了乳化安定劑。
然而，這些塵埃抑制處理劑大量的被使用於肥料、土質安定劑、土壤改良劑、進而使用於煤灰等掩埋材料，因擴大了塵埃抑制處理劑之適用範圍，變得擔憂對環境之影響。
PTFE水性分散液中所含做為乳化劑之界面活性劑(含氟乳化劑)，係於聚合時使用之物質，但擔憂因其之難分解性對環境之影響。另外，因非生物可分解性而被分類為環境污染物質，可能產生污染地下水、湖泊、河川的可能性。
於是，本發明之發明者們，專析致力於開發具有塵埃抑制效果，且無須擔憂對環境的影響，而可抑制塵埃之方法，遂完成本發明。
專利文件1：特公昭52－32877號公報專利文件2：特開平8－20767號公報專利文件3：美國專利第2,559,752號公報
本發明之發明者們，雖知PTFE水性分散液中所含做為乳化劑之界面活性劑(含氟乳化劑)，係為得到PTFE水性分散液於聚合時所不可欠缺者，但著眼於其難分解性對環境之影響的擔憂，遂進行引起環境問題可能性低之塵埃抑制處理方法的開發。
亦即，本發明係使用引起環境問題可能性低之PTFE水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑組成物，提供塵埃抑制效果與過去方法同樣高，且引起環境問題可能性低之發塵性物質之塵埃抑制處理方法以及發塵性物質之塵埃抑制處理物為目的。
本發明係提供將由含氟乳化劑之含有率為50ppm以下之聚四氟乙烯之水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑組成物與發塵性物質混合，藉由對該混合物於約20~200℃之溫度下施以壓縮－剪切作用，將聚四氟乙烯原纖化，而抑制發塵性物質之塵埃之發塵性物質之塵埃抑制處理方法。
其特徵為使用含氟乳化劑之含有率為50ppm以下，平均粒徑為0.1~0.5 μ m之PTFE水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑組成物，發塵性物質之塵埃抑制處理方法係本發明所希望之型態。
本發明進而提供藉由上述之塵埃抑制處理方法，而得被抑制塵埃之發塵性物質的塵埃抑制處理物。
依據本發明，使用引起環境問題可能性低之PTFE水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑組成物，而提供塵埃抑制效果與過去方法同樣高，且引起環境問題可能性低之發塵性物質之塵埃抑制處理方法。
依據本發明，提供經由可選擇的發塵性物質之塵埃抑制處理方法處理後，發塵被抑制，且引起環境問題可能性低之發塵性物質的塵埃抑制處理物。
本發明係提供將由含氟乳化劑之含有率為50ppm以下之聚四氟乙烯之水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑組成物與發塵性物質混合，藉由對該混合物於約20~200℃之溫度下施以壓縮－剪切作用，將聚四氟乙烯原纖化，而抑制發塵性物質之塵埃之發塵性物質之塵埃抑制處理方法，以及發塵性物質的塵埃抑制處理物。
本發明之PTFE，可舉出稱做單聚合物之四氟乙烯(TFE)之單聚合物(PTFE)，及稱做改性聚合物之含有1%以下的共聚單體之四氟乙烯之共聚合物(改性PTFE)。PTFE為TFE之單聚合物為佳。
由改性的PTFE水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑，與PTFE水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑相比塵埃抑制效果低，為得到同樣的塵埃抑制效果，屢屢必需使用50%以上大量的處理劑。
本發明之含氟聚合物水性分散液中之含氟聚合物，平均粒徑為0.1~0.5 μ m，而以0.1~0.3 μ m之膠體粒子為佳。平均粒徑未達0.1 μ m之膠體粒子之防塵性低，而相反的，平均粒徑超過0.5 μ m之膠體粒子之水性分散液會有安定性低之缺點。
比重係2.27以下，2.22以下為佳，希望是2.20以下更佳。比重超過2.27時，聚四氟乙烯亦會有防塵性低之缺點。
本發明並未特別限定含氟聚合物水性分散液中之含氟聚合物之濃度，但為增高對塵埃發生物質之含氟聚合物的分散效果，濃度以低者為佳。相反的，因運輸含氟聚合物水性分散液時，以濃度愈高者愈能夠節省運輸成本，一般希望是10重量%以上，在20~70重量%範圍更佳。但因更高的濃度會損及含氟聚合物水性分散液之安定性而不希望採用。因而，做為製品而販售之塵埃抑制處理劑組成物中之含氟聚合物之濃度，為20~70重量%，與塵埃發生物質混合時，可再將其以水稀釋，成為5重量%以下之含氟聚合物濃度而加以使用。
本發明之含氟聚合物水性分散液之含氟乳化劑，因擔憂其具難分解性而對環境產生蓄積，而期望為低含有率，以實用的去除方法，可製造安定的含氟乳化劑之含有率為50ppm以下為佳。
獲得本發明之含氟乳化劑含有率為50ppm以下的含氟聚合物水性分散液之方法並無特別限定，但可藉由例如美國專利第2,559,752號公報所揭示之乳化聚合法，亦即藉由將四氟乙烯壓入水溶性聚合起始劑，以及含有使全氟烷基成為疏水性基之陰離子界面活性劑(含氟乳化劑)做為乳化劑之水性媒體中，並使其聚合而得，及自含有相對於含氟聚合物重量為約0.02~1重量%之含氟乳化劑(銨鹽以及/或鹼鹽形式之全氟辛酸)之水性分散液，將含氟乳化劑以周知之去除方法，例如特表2005－501956號(WO 2003/020836)，以及特表2002－532583號(WO 00/35971)所記載之使其與有效量的陰離子交換體接觸而分離去除之方法，或是美國專利第4,369,226號公報所記載之藉由薄膜超過濾將含氟聚合物水性分散液去除之方法而得。含氟乳化劑之去除方法並未限定於這些方法。
PTFE水性分散液所含做為乳化劑之界面活性劑(含氟乳化劑)，於聚合時因為反應不活化性而為不可欠缺者，但因其之難分解性而擔憂對環境之影響，固期望盡可能自塵埃抑制處理劑中去除。另外，含氟乳化劑係為高價值物質而希望加以回收再利用。
於上述之獲得本發明之含氟聚合物水性分散液之乳化聚合法中，可選擇美國專利第2,559,752號所揭示之乳化劑而使用做為乳化劑，但為達本發明之目的，特別以使用有非鏈轉移性乳化劑之稱的乳化劑為佳，可舉出例如碳數為6~20左右者，更佳者為碳數6~12左右，以F(CF2 )n(CH2 )mCOOH(m：0或1，n：6~20)所示之含氟烷酸烴酸或其鹽類，含氟烷基磺酸或其鹽類等。鹽類可舉出鹼金屬鹽、銨鹽、胺鹽等。具體而言可舉出全氟庚酸、全氟辛酸以及這些酸之鹽類、2－全氟己基乙磺酸以及其鹽等，但未限定於這些物質。
進而，本發明之含氟聚合物水性分散液，為提高含氟聚合物水性分散液之安定性亦可含有乳化安定劑。乳化安定劑以碳氫化合物系之陰離子界面活性劑為佳。因該界面活性劑與原本即為土壤中成分之鈣、鋁以及鐵，形成對水具不溶性或難溶性之鹽，即可迴避因界面活性劑所引起河川、湖泊以及地下水之污染。
此類碳氫化合物系之陰離子界面活性劑，可舉出例如高級脂肪酸鹽類、高級醇硫酸酯鹽類、液體脂肪油硫酸酯鹽類、脂肪族醇磷酸酯鹽類、二鹽基性脂肪酸酯磺酸鹽類、烷基丙烯磺酸鹽類等，特別是聚氧乙烯烷基苯醚乙烯磺酸(聚氧乙烯之n為1~6，烷基之碳數為8~11)、烷基苯磺酸(烷基之碳數為10~12)、以及二烷基磺琥珀酸醚(烷基之碳數為8~10)等之Na、K、Li以及NH4 鹽，因能夠給予PTFE水性乳膠高機械安定性，故可例示為合適者。
乳化安定劑的添加量係PTFE之每一重量為1.0重量%以上，以1.5~5重量%之範圍為佳。於添加量未滿1.0重量%時，含氟聚合物水性分散液之安定效果低，另外，添加量為10重量%以上時，不利於經濟上之考量。
本發明之塵埃抑制處理方法係將PTFE與發塵性物質混合，藉由對該混合物於20~200℃之溫度下施以壓縮－剪切作用，將PTFE原纖化，而抑制發塵性物質之塵埃的一種方法。例如於專利第2827152號、專利第2538783號等方法中，使用由含氟乳化劑之含有率為50ppm以下之PTFE水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑為佳。
本發明所使用之塵埃抑制處理劑組成物，可使用記載於特開2000－185956號、特開2000－185959號、以及特開2002－60738號之原纖化性PTFE。
特定之聚四氯乙烯，在如同上述適當的條件下施以壓縮－剪切作用時，原纖化後會超微細纖維化為如同蜘蛛網般，但本發明之發塵性物質之塵埃抑制處理物，被認為是發塵性物質被捕捉凝集於蜘蛛網般的超微細纖維中而抑制塵埃。
本發明中被塵埃抑制處理之發塵性物質，係無機以及/或有機之發塵性物質，並未特別限定其物質、形狀等。本發明對於發塵性粉末狀物質之發塵性物質，亦具適用的效果。特別適合的發塵性物質，可舉出例如普通水泥、礬土水泥等水泥類，氫氧化鈣、生石灰粉末、碳酸鈣、白雲石、菱鎂礦、滑石、矽石、螢石等礦物粉末，高嶺土、膨潤土等黏土礦物粉，於鋼鐵等金屬、非金屬製造過程中副產品之渣粉末、石炭、廢棄物等的燃燒粉末，石膏粉末、粉末狀金屬、碳黑、活性碳粉、金屬氧化物等製陶粉末、顏料等，亦即，固體粒子狀物質飛散浮游於空氣中，而產生塵埃之所有物質均可列舉。
本發明之塵埃抑制處理方法，於建材領域、土壤安定材料領域、固化材料領域、肥料領域、燒成灰以及有害物質掩埋處理領域、防爆領域、化妝品領域、對於各種塑膠類之充填材料領域等進行塵埃抑制處理，適合使用於獲得發塵性物質之塵埃抑制處理物。
 實施例
以下，舉實施例以及比較例將本發明更詳細說明，但本發明並未限定於此說明。
依據下述之方法測定本發明中之各物性。
(1)含氟聚合物粒子之平均粒徑使用粒徑分析儀UPA150 Model No.9340(日機裝公司製)測定含氟聚合物粒子之平均粒徑。
(2)發塵性粉體之粒徑以(股份有限)堀場製作所製雷射折射/亂射式粒度分布測定器，使用乙醇為分散媒而測定。
(3)含氟聚合物之標準比重以ASTM D－4894進行測定。
將藉由乳化聚合所得之PTFE水性分散體，使用純水調整濃度為15重量%。其後，加入聚乙烯容器(容量1000 ml)約750 ml以手劇烈震盪，使聚合體凝集。自水分離出之聚合體粉末於150℃下乾燥16小時。將乾燥後之樹脂粉末12.0 g，置入直徑為2.85 cm圓筒型中，逐漸增加壓力使30秒後最終壓力達350kg/cm2 ，並保持於350kg/cm2 之最終壓力2分鐘。將所得之預備成型體以380℃下30分鐘燒成後，以1分鐘降溫1℃之比例冷卻至294℃，保持於294℃ 1分鐘後，自空氣爐中取出，冷卻至室溫(23＋/－1℃)而為標準試料。於室溫(23＋/－1℃)下相對於同體積之水之重量，將該標準試料之重量比做為標準比重。
將此標準比重做為平均分子量之目標，普通標準比重低者，分子量大。
(4)氟樹脂水性分散液中之含氟乳化劑濃度將氟樹脂水性分散液置於－20℃冷凍庫中冷凍，含氟聚合體因凝集而與水分離。將容器內物質全部移至左斯勒萃取器，以約80 ml之甲醇進行7小時之萃取。經量筒量取適當液體後之檢體液以色層分析儀進行測定，而計算出氟樹脂水性分散液中之含氟乳化劑濃度。
(5)落下粉塵量自內徑為39 cm，高度為59cm之圓筒容器頂部投入口，使200g試料自然落下，於自底面算起高45cm之位置，藉由散射光式數位粉塵計測定容器內浮游粉塵量(相對濃度(CPM：Count per Minute))。將浮游粉塵量之測定為試料投入後之1分鐘內連續測定5次，減去試料投入前之測定值(暗計值)後之幾何平均值，做為該試料之「落下粉塵量」。幾何平均值x係以下述之式計算。
log x＝1/5．Σ log(xi－d)
其中，xi為各別之浮游粉塵量，d為暗計值。
(原料)
於本發明實施例以及比較例中所用之原料如下所述。
(1)PTFE水性分散液(I)(含平均粒徑為0.2 μ m，樹脂固型分濃度為30重量%，含氟乳化劑之含有量為21 ppm，比重為2.19，陰離子系界面活性劑相對於PTFE之重量為3.5重量%)(2)PTFE水性分散液(II)(三井杜邦化學氟化學製，312－J，含有含氟乳化劑之含有量為1040ppm，比重為2.19，陰離子系界面活性劑相對於PTFE之重量為3.0重量%)(3)粉末生石灰(CaO 93.5%，MgO 4.2%)全部通過300 μ m之標準網篩，150 μ m之標準網篩殘分為0.04%，90 μ m之標準網篩殘分為0.17%，90 μ m之標準網篩通過分為99.83%之粉末生石灰(4)普通水泥(NPC)(太平洋水泥製)(5)II型無水石膏(平均粒徑9.0 μ m，最大粒徑101 μ m)(6)高爐石粉(平均粒徑8.9 μ m，最大粒徑100 μ m)
(實施例1)
將1000 g粉末生石灰投入容積為5公升之小型土壤混合機中，以回轉數140r.p.m.攪拌同時，緩慢投入分散於98.8g清水後之1.67g PTFE水性分散液(I)(相對生石灰相當於PTFE樹脂固形分為0.05質量%)。
自投入開始約1分鐘後因生石灰之水合反應熱，而開始產生水蒸氣，之後約2分鐘，水分全部因與生石灰之水合作用生成氫氧化鈣而使用殆盡，不再產生水蒸氣。自攪拌開始5分鐘後停止混合機之攪拌。此時的溫度以水銀溫度計測量為95℃。此經塵埃抑制處理之生石灰，含有因水合反應而新生成之氫氧化鈣約30%，為生石灰與氫氧化鈣之混合物。測定經塵埃抑制處理之生石灰的落下粉塵量。結果示於表1。
(實施例2)
除使用分散於99.3g清水後之1.00g PTFE水性分散液(I)(相對生石灰相當於PTFE樹脂固形分為0.03質量%)之外，與實施例1進行相同之塵埃抑制處理而得生石灰。測定所得之經塵埃抑制處理之生石灰的落下粉塵量。結果示於表1。
(實施例3)
為利用生石灰之水合反應來加溫普通水泥(發塵性粉體)，進行塵埃抑制處理之方法。
將100 g粉未生石灰投入容積為5公升之小型土壤混合機中，以回轉數140r.p.m.攪拌同時，緩慢投入分散於35.0g清水後之1.67g PTFE水性分散液(I)(相對生石灰相當於PTFE樹脂固形分為0.50質量%)。
自投入開始約1分鐘後因生石灰之水合反應熱，而開始產生水蒸氣，之後約2分鐘，水份全部因與生石灰之水合作用生成氫氧化鈣而使用殆盡，不再產生水蒸氣。自攪拌開始5分鐘後停止混合機之攪拌。此時的溫度以水銀溫度計測量為95℃。經塵埃抑制處理之生石灰，含有因水合反應而新生成之氫氧化鈣，為生石灰與氫氧化鈣之小丸子狀混合物。將其做為母體混合物之母體，以小型土壤混合機(回轉數140r.p.m.)攪拌同時，緩慢投入900g普通水泥。投入普通水泥後，約5分鐘停止混合機之攪拌。此時的溫度以水銀溫度計測量為57℃。測定該經塵埃抑制處理之普通水泥的落下粉塵量。結果示於表1。
(實施例4~6)
如表1所示，將200 g發塵性粉體以電熱式乾燥機，預先加熱至90℃。再將加溫後之發塵性粉體20 g，與表1所示之固形分比例(質量%)之PTFE水性分散液(I)，加入以電熱式乾燥機預先加熱為90℃，容量為1公升之硏缽中約5分鐘，得混合攪拌之混合物。將所得之混合物做為母體，並加入加熱後剩餘之180g發塵性粉體於該母體，混合攪拌約5分鐘，得經塵埃抑制處理之發塵性粉體。測定所得之發塵性粉體的落下粉塵量。結果示於表1。
(比較例1)
測定生石灰的落下粉塵量。結果示於表1。
(比較例2)
測定普通水泥的落下粉塵量。結果示於表1。
(比較例3)
測定II型無水石膏的落下粉塵量。結果示於表1。
(比較例4)
測定高爐石粉的落下粉塵量。結果示於表1。
(參考例1)
除使用分散於98.8g清水後之1.67g PTFE水性分散液(II)(相對生石灰相當於PTFE樹脂固形分為0.05質量%)之外，與實施例1進行相同之塵埃抑制處理而得生石灰。測定所得之經塵埃抑制處理之生石灰的落下粉塵量。結果示於表1。
(參考例2)
除使用分散於99.3g清水後之1.00g PTFE水性分散液(II)(相對生石灰相當於PTFE樹脂固形分為0.03質量%)之外，與實施例1進行相同之塵埃抑制處理而得生石灰。測定所得之經塵埃抑制處理之生石灰的落下粉塵量。結果示於表1。
(參考例3~5)
除使用PTFE水性分散液(II)之外，其於進行與實施例4~6相同之塵埃抑制而得發塵性粉體。測定所得之發塵性粉體的落下粉塵量。結果示於表1。
根據本發明，使用引起環境問題可能性低之PTFE水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑，提供塵埃抑制效果與過去方法同樣高，且引起環境問題可能性低之發塵性物質之塵埃抑制處理方法以及發塵性物質之塵埃抑制處理物。

Claims (3)

  1. 一種發塵性物質之塵埃抑制處理方法，其係將由含氟乳化劑之含有率為50ppm以下之聚四氟乙烯之水性分散液所構成之塵埃抑制處理劑組成物與發塵性物質混合，藉由對該混合物於約20~200℃之溫度下施以壓縮一剪切作用，將聚四氟乙烯原纖化，而抑制發塵性物質之塵埃，其特徵為聚四氟乙烯之平均粒徑為0.1~0.5μm、比重為2.27以下。
  2. 如申請專利範圍第1之發塵性物質之塵埃抑制處理方法，其中，該發塵性物質係發塵性粉末狀物質。
  3. 一種塵埃抑制處理物，其係根據如申請專利範圍第1或2項之塵埃抑制處理方法，而使發塵性物質之塵埃被抑制。
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