JP5905025B2 - 廃コーティング塗料の再生利用 - Google Patents
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Description
本出願は、係属中の2007年9月12日に出願された米国特許出願第11/854,044号の部分係属出願である。
該当せず。
a)充填剤及び廃コーティングの水性分散物を提供すること;
b)充填剤及びコーティング粒子の顕著な凝集を引き起こすことなく、均一に混合するのに十分な量の第一の凝集剤を分散物に加えることであって、第一の凝集剤は綿状凝集剤であり;
c)第一の凝集剤を加えた後に、第一の凝集剤の存在下で、充填剤及びコーティング廃棄物の綿状凝集を開始するのに十分な量の第二の凝集剤を前記混合物に加えることであって、この第二の凝集剤は、第一の凝集剤の反対の電荷のものであり;及び
d)任意に、所望の粒径を持つ綿状塊を提供するために、新鮮な充填剤及びコーティング廃棄物の綿状凝集した混合物をせん断すること。
a)陰イオン性に分散されたコーティング廃棄物及び分散されていない又は分散された充填剤粒子の水性スラリを提供すること;
b)低分子量組成物をこの分散物に加えることであって、添加される低分子量組成物は、少なくとも部分的にこの分散物の電荷を中和し;
c)高度の混合下に、第一の凝集剤をこの分散物に加えることであって、この第一の凝集剤は綿状凝集剤であり;
d)高度の混合下に、第二の凝集剤をこの分散物に加えることであって、この第二の凝集剤は、以下のものより成るリストから選ばれる1物件を含み:綿状凝集剤、凝固剤、微小粒子、及びそれらの任意の組み合わせ;及び
e)任意に、所望の粒径を持つ綿状塊を提供するために、新鮮な充填剤及びコーティング廃棄物の綿状凝集した混合物をせん断すること。
廃コーティング塗料サンプルが製紙工場から得られた。廃コーティング塗料の固体分は5.76%であった。18%の固体を含む新鮮な充填剤も、同じ製紙工場から得られ、及びそれは、Specialty Minerals社(SMI)により製造されたAlbacar LOであった。この廃コーティング塗料は、次いで新鮮な充填剤と、20/80の質量比率で混合された。固体含有量を10%にするために、水道水を混合物に加えた。300mLの混合物を800rpmで撹拌した。撹拌によりかなりの量の泡が発生した。十分な量のシリコンを主成分とする消泡剤が、泡を消すために加えられた。5.5ポンド/トンのNalco凝固剤DEV120がゆっくりと混合物に加えられ、次いで、5ポンド/トンのNalco凝集剤DEV115が加えられた。次いで、3.0ポンド/トンのNalco凝集剤DEV125がゆっくりと混合物中に加えられた。全ての化学物質の用量は、廃コーティング/充填剤混合物中の固体の1トン当たりの生成物の質量に基づく。凝固剤及び凝集剤の用量は、発泡を最小化するように注意深く選ばれた。凝集剤DEV125の添加後に、この混合物を1500rpmで2分間撹拌した。図1は、廃コーティング塗料だけの場合、新鮮な充填剤だけの場合、廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤の混合物の場合、及び処理された混合物の粒径分布を示す。処理後に、この粒径は顕著に大きくなり、このことはシート強度を改善するために有益であると考えられる。凝固剤DEV120は、約0.7dL/gのRSVを持つ陽イオン性ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)であり、Nalco社(ネーパービル(Naperville)、イリノイ州、アメリカ合衆国)から入手可能である。凝集剤DEV115は、約32dL/gのRSVを持ち、及び電荷量が29モル%である、陰イオン性アクリル酸ナトリウム−アクリルアミド共重合体であり、Nalco社(ネーパービル(Naperville)、イリノイ州、アメリカ合衆国)から入手可能である。凝集剤DEV125は、約25dL/gのRSVを持ち、及び電荷量が10モル%である、陽イオン性アクリルアミド−ジメチルアミノエチルアクリレート−メチルクロリド4級塩共重合体であり、Nalco社(ネーパービル(Naperville)、イリノイ州、アメリカ合衆国)から入手可能である。
実施例1に記載されている、処理前及び処理後の廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤の20/80の混合物のサンプルを1500rpmで15分間遠心分離した。遠心分離後に、未処理の混合物の上澄みは濁っており、一方、処理後の混合物の上澄みは澄明であった。未処理混合物の上澄みに含まれる粒子の粒径分布が図3に示される。この粒子の粒径は、廃コーティング塗料からの結合剤と一致すると考えられる。
3μLの0.1%ナイルレッド(Nile red)エタノール溶液を、実施例2に記載されている、遠心分離された未処理混合物からの3mLの上澄みに加え及び蛍光スペクトルを測定した。溶液に含まれていたOBA(光学的光沢剤)の蛍光を差し引いた後に、図4に示されるように顕著な蛍光の発光があった。実施例2に記載されている、遠心分離された処理済混合物の上澄みについても同じ実験を行った。この場合には、検出できる蛍光はなく、及びその結果も図4に示されている。ナイルレッド染料は、疎水性固体に吸着されたときに蛍光を放射する。したがって、この結果は、廃コーティング顔料に含まれていた疎水性物質の実質的に全てが、処理後には上澄みに含まれないことを示す。
10μLの0.1%ナイルレッドエタノール溶液を、実施例1に記載されている処理済混合物のスラリ3mLと混合した。共焦点レーザ走査型顕微鏡を用いて、488nmでのレーザ励起で、放射光に530nm以上の波長の光を通すロング・パス・フィルタを使用して、粒子の蛍光イメージを測定した。同時に、同じ充填剤粒子の反射光イメージも測定した。結果が図5に示されている。このイメージは、疎水性結合剤粒子が充填剤表面に堆積していることを明確に示している。
実施例5の目的は、実施例1に記載されている、廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤の処理済混合物が、堆積物をまったく引き起こさないことを実証することである。1400mLの0.6%固体セルロース繊維製紙原料が300rpmで撹拌された。この製紙原料は、25%の軟材及び75%硬材から成っていた。質量により30%の充填剤が、次いで製紙原料に加えられた。この実験で試験されたこの充填剤は100%廃コーティング塗料、20/80の質量比率の廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤の混合物、及び処理済の20/80の質量比率の廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤の混合物であった。この処理プロセスは実施例1に述べられている。プローブ表面上への堆積物の量を記録するためにNalcoDRMプローブが製紙原料中に挿入された。TheNalcoDRMプローブは、米国特許第7,842,165号に記載されているような、堆積量をμg単位で測定するための処理済石英結晶の微量天秤である。約30分後に、廃コーティング塗料に付随する陰イオン性電荷の中和を助けるために、5ポンド/トンのNalco凝固剤N−2030が製紙原料に加えられた(このことは、これらの成分の抄紙機への保持を改善するためにも行われるであろう)。Nalco凝固剤N−2030は、約0.7dL/gのRSVを有する、陽イオン性ポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)であり、Nalco社(ネーパービル(Naperville)、イリノイ州、アメリカ合衆国)から入手可能である。N−2030の用量は製紙原料中の固体全体のトン当たりの生成物の質量に基づく。結果は図6に示される。5ポンド/トンのN−2030を、100%廃コーティング塗料を含む製紙原料に注入後、堆積物は顕著であった。20/80の質量比率の廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤を含む製紙原料では、堆積物はより少なかったが、いまだに顕著であった。しかしながら、廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤の処理済混合物を含む製紙原料では、顕著な量の堆積は記録されなかった。
実施例6の目的は、廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤の処理済混合物の手漉き紙の物理的特性に与える影響を実証することである。この実施例で研究された充填剤及び廃コーティングは、実施例1に記載されているものと同一である:未処理の20/80の質量比率の廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤、処理済の20/80の質量比率の廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤、及び100%の新鮮な充填剤である。20/80の質量比率の廃コーティング塗料及び新鮮な充填剤を処理するプロセスは、実施例1に記載されている。2.5%稠度の濃い紙料は、75%ユーカリ硬材ドライラップパルプ及び25%松軟材ドライラップパルプから調製された。硬材及び軟材の両方はバレー・ビーター(Valley Beater)(Voith Sulzerより、アップルトン(Appleton)、ウイスコンシン州)により、400mLカナダ標準ろ水度(Canadian Standard Freeness)(TAPPI試験方法T227om−94)まで精製した。この濃い紙料は水道水で0.6%稠度まで希釈された。手漉き紙は、適正な量の0.6%稠度製紙原料及び充填剤を、排水を防ぐために、プラスチックの固体シートにより、底部スクリーンを覆ったDynamic Drainage Jar中で、800rpmで撹拌して調製した。手漉き紙の目的の秤量80gsmであった。手漉き紙の充填剤含有量を変化させるために、異なる量の充填剤が、製紙原料中に加えられた。このDynamic Drainage Jar及びミキサーはPaper Chemistry Consulting Laboratory社(カーメル(Carmel)、ニューヨーク州)から入手可能である。混合後30秒で、12ポンド/トンのStalok400デンプン(Tate and Lyle,(ジケーター(Decatur)、イリノイ州)から入手可能)及び2ポンド/トンのNalsize(登録商標)7542(Nalco社(ネーパービル(Naperville)、イリノイ州、アメリカ合衆国)から入手可能である)ASAエマルションが製紙原料に加えられた。ASAエマルションは、以下の手順により調製された:300mLのOster(登録商標)混合カップ中で、28gのNalsize(登録商標)7542を、186gの6.0%固体Stalok 400デンプン溶液に加え、及び66gの脱イオン水により溶液の全重量を280gとした。Osterizer(登録商標)混合機により、この混合物を高速で90秒間撹拌した。このエマルションを、Stalok 400デンプン溶液で事後希釈しデンプン対ASAの質量比率を3:1にした。45秒間混合し、1ポンド/トンの陽イオン性綿状凝集剤Nalco61067を加えた。綿状凝集剤Nalco61067は、約25dL/gのRSV、及び10モル%の電荷量を持つ、陽イオン性アクリルアミド−ジメチルアミノエチルアクリレート−メチルクロリド4級塩共重合体であり、Nalco社(ネーパービル(Naperville)、イリノイ州、アメリカ合衆国)から入手可能である。20/80の廃コーティング塗料/新鮮な充填剤の混合物については、混合後15秒で、2ポンド/トンのNalco凝固剤2030(Nalco社(ネーパービル(Naperville)、イリノイ州、アメリカ合衆国)から入手可能である。)も加えた。
Claims (12)
- 製紙プロセスの紙シートに廃コーティングを組み込む方法であって、以下の、
少なくともセルロース繊維及び水、充填剤粒子、ならびに以前の製紙コーティングプロセスからの廃コーティングを含む製紙原料を提供すること、
混合物を形成するために廃コーティング及び未使用の充填剤粒子を混合すること、
任意に、この混合物に消泡剤を加えること、
陽イオン性試薬をこの混合物に添加すること、
充填剤及びコーティング廃棄物の、凝集を引き起こすことなく、均一に混合するのに十分な量の第一の凝集剤をこの混合物に加えることであって、第一の凝集剤は綿状凝集剤であり、
第一の凝集剤を加えた後に、第一の凝集剤の存在下で、充填剤及びコーティング廃棄物の綿状凝集を開始するのに十分な量の第二の凝集剤を、前記混合物に加えることであって、この第二の凝集剤は、第一の凝集剤の反対の電荷のものであり、未使用の充填剤及びコーティング廃棄物の綿状凝集した混合物が、充填剤の材料を規定し、
任意に、所望の粒径を持つ綿状塊を提供するために、未使用の充填剤及びコーティング廃棄物の綿状凝集した混合物をせん断すること、及び、
充填剤材料を製紙原料中に混合すること、
を含む方法。 - 前記廃コーティングが、前記廃コーティングの質量の20%〜50%の水を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング廃棄物が、以下の、沈降炭酸カルシウム、粉末炭酸カルシウム、カオリン粘土、酸化チタン、プラスチック顔料、及びそれらの任意の組み合わせより成るリストからの少なくとも1つの顔料を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング廃棄物が、以下の、デンプン、スチレン−ブタジエン樹脂、スチレン−アクリレート共重合体、スチレン−アクリル酸樹脂、及びそれらの任意の組み合わせより成るリストから選ばれる1つである結合剤を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記陽イオン性試薬が、以下のデンプン、凝集剤、凝固剤、及びそれらの任意の組み合わせより成るリストから選ばれる、請求項1に記載の方法。
- 前記第一の凝集剤が、陽イオン性、及び陰イオン性ポリマより成る群から選ばれ、前記第一の凝集剤は綿状凝集剤である、請求項1に記載の方法。
- 前記第二の凝集剤が、微小粒子;凝固剤;陽イオン性、及び陰イオン性ポリマ;並びにそれらの混合物より成る群から選ばれる、請求項1に記載の方法。
- 前記第一の凝集剤が陰イオン性であり、及び前記第二の凝集剤が陽イオン性である、請求項1に記載の方法。
- 前記綿状凝集したコーティング廃棄物及び未使用の充填剤の混合物が、10〜70μmの粒径中央値を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング廃棄物が、少なくとも1つの顔料及び少なくとも1つの結合剤を含み、100%の前記顔料及び結合剤が、充填剤物質と綿状凝集した、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング廃棄物中の固体含有量が、0.5%〜10%である請求項2に記載の方法。
- 充填剤粒子及びコーティング粒子の相対的な量が、50〜98%の充填剤粒子、及び2%〜50%の廃コーティング粒子である、請求項1に記載の方法。
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