KR20010049205A

KR20010049205A - 코팅된 활성탄

Info

Publication number: KR20010049205A
Application number: KR1020000006020A
Authority: KR
Inventors: 힐트직로렌스에이취.; 톨레스에드워드디.; 워커데이비드알.비.
Original assignee: 루케 존 이에; 웨스트바코 코포레이션
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2001-06-15
Also published as: US7179382B2; JP2001152025A; MXPA00001414A; US20030118823A1; CA2298232A1; CN1296859A; EP1103522A1; US20030082382A1

Abstract

활성탄의 흡착 속도 또는 용량의 감소없이 더스팅에 의한 제품 마모를 본질적으로 제거하거나 상당히 감소시키기 위한 입상 또는 형상화된 활성탄상에 중합체 코팅재를 적용하기 위한 방법이 개시된다. 중합체 코팅재가 건조된 후, 모든 잔류 탄소 더스트가 제거된다. 개시된 방법의 결과인 신규한 제품이 또한 개시된다.

Description

코팅된 활성탄{COATED ACTIVATED CARBON}

발명의 분야

본 발명은 개선된 더스팅 특성을 갖는 활성탄 펠릿 및 활성 입자에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 마멸로 인해 더스트 마모되기 쉬운 활성탄에 관한 것으로 더스팅은 제품의 손실로 귀착되어 종종 제품의 최종 사용에 관한 다른 문제를 초래한다.

종래 기술

활성탄은 그 높은 흡착력때문에 액체 및 가스로부터 불순물의 제거 및 유용한 물질의 회수에 오랫동안 사용되어 왔다. 일반적으로, "활성화"는 세공 구조가 강화되는 여러 과정 모두를 말한다. 전형적인 상업적 활성탄 생성물은 적어도 300 ㎡/g의 표면적(B.E.T. 모델에서 사용된 질소 흡착으로 측정됨)을 나타낸다. 본 개시의 목적을 위해, 용어 "활성탄" 및 "활성화 탄"은 번갈아 사용된다. 전형적인 활성화 과정은 수지 부산물, 석탄, 석탄 코크스, 석유 코크스, 아탄, 중합체 물질, 그리고 펄프 및 종이, 펄프 생산의 잔유물, 목재(나무 부스러기, 톱밥, 및 목분 등), 과피( 아몬드 피 및 코코넛 피 등), 인, 및 과실의 씨(올리브 및 체리 스톤 등)를 포함하는 리그노셀룰로오스 물질 등의 탄소원의 열적(산화 가스를 사용한) 또는 화학적(보통 인산 또는 염화아연 등의 금속염을 사용한) 처리를 포함한다.

인산(H₃PO₄)을 사용한 목재기재 탄소의 화학적 활성화는 탄소의 탈색화 및 가스 흡착 능력을 개선한 미국 특허 제 Re. 31,093에 개시된다. 또한, 미국 5,162,286은 과피, 과실의 씨, 및 인 등의 특히 조밀하고 비교적 높은(30%) 리그닌량을 함유하는 목재기재 재료의 인산 활성화를 교시한다. 리그노셀룰로오스 재료의 인산 활성화는 또한 고활동도 및 고밀도의 탄소를 제조하는 단계로서 미국 5,204,310에 교시된다.

또한, 미국 4,769,359는 NaOH 및 KOH의 혼합물로 석탄 코크스 및 목탄, 갈탄 또는 아탄을 처리하고 불활성 분위기하에서 적어도 500℃로 가열하여 활성탄을 제조하는 것을 교시한다. 미국 5,102,855는 인산 또는 인산 암모늄으로 신문지 및 면의 잔솜털를 처리하여 넓은 표면적의 활성탄을 제조하는 것을 개시한다. 석탄형 피치는 미국 5,143,889에서 NaOH 및/또는 KOH로 처리하여 활성탄을 제조하기 위한 선구물질로서 사용된다.

하지만, 활성탄 제품이 제조되면, 그 사용 전 및 중에 상당히 분해될 수도 있다. 그러한 활성탄 물질의 취급 및 실제 사용 중의 마멸은 더스트 형태의 재료의 손실로 귀착한다. 제품의 그러한 "더스팅"은 그 상대적 경도 및 그 형태 뿐만 아니라 공장의 창고 내외로 이동시킴에 있어, 수송을 위한 적재 및 수취인에 의한 하적에 있어 공장에서 어떻게 취급되는 지, 그리고 제품의 사용시 수취인에 의해 어떻게 취급되는 지의 함수이다. 자동자의 캐니스터에서의 사용같은 특정 이용에 있어서는, 활성탄은 일정한 진동을 받기 쉬어 충돌, 제품의 수명 동안 지속되는 더스팅에 의한 제품의 분해를 견딜 수 있어야 한다.

활성탄 재료의 경도는 주로 전형적 목재기재 활성탄보다 더 단단한 전형적 석탄기재 활성탄 등의 선구 재료의 경도의 함수이다. 입자 활성탄의 형태 또한 선구 재료의 형상의 함수이다. 입상 활성탄 형상의 불규칙성, 즉, 다수의 날카로운 에지 및 모서리의 유효성은 더스팅 문제의 원인이 된다. 물론, 활성탄의 상대적 경도 및 형상은 모두 변경되기 쉽다. 예컨대, 미국 특허 제 4,677,086호, 제 5,324,703호, 및 제 5,538,932호는 리그노셀룰로오스 선구물질로부터 고밀도의 펠릿형 생성물을 제조하기 위한 방법을 교시한다. 또한, 미국 특허 제 5,039,651호는 "정제, 판, 펠릿, 조개탄 등"의 형태로 셀룰로오스 및 전분 선구물질로부터 형상화된된 활성탄을 제조하기 위한 방법을 교시한다. 또한, 미국 특허 제 4,221,695는 방향족 화합물 및 탄화수소 사슬의 중합체 또는 공중합체와 석유 피치를 혼합 용해시키고, 결과의 혼합물을 물에 분산시켜 비드를 발생시키고, 이 비드에 대해 방향족 탄화수소의 제거, 불용해성화, 탄화, 및 최종적인 활성화의 일련의 처리를 하여 비드 형태의 "인공 기관용 흡착제"를 제조하는 것을 개시한다.

하지만, 활성탄의 경도 및 형상에 영향을 미치는 이들 및 다른 방법에도 불구하고, 제품의 더스팅은 특정 이용에서 계속 문제가 되고 있다. 예컨대, 상기한 미국 특허 제 4,221,695호에서, 특허권자들은 석유피치기재 활성탄의 통상적 비드를 혈액이 직접 주입되는 탄소 더스트가 완전히 없지는 않는 인공기관에서 흡착제로서의 사용을 의도한 것으로 기술한다. 그들은 상당한 더스트가 활성탄의 제조 과정에서 물질내부로 잠입하고, 성형된 비드가 세척 및 다른 처리를 받을 때 상당한 더스트가 형성되는 것을 관찰한다. 특허권자는 흡착제 표면에 대한 막형성 물질의 적용은 "바랄 것이 없으며", 이는 적용된 물질이 흡착제상에 흡착되는 물질의 흡착 속도를 감소시키고 흡착되는 그러한 물질의 분자 크기를 제한하는 작용을 하기 때문이라고 기재한다.

본 발명은 활성탄의 흡착속도 또는 용량의 감소없이 더스팅에 의한 제품 마모를 본질적으로 제거하거나 상당히 감소시키기 위한 개선된 더스팅 특성을 갖는 활성탄을 제조함을 목적으로 한다.

도 1은 표 3에 보고된, 여러 공급원의 중합체 코팅된, 형상화된 활성탄의 부탄 작업 용량(BWC)값 뿐만 아니라 그 각각의 BWC값에 대한 중합체 코팅의 효과를 그래프로 나타낸 설명이다.

도 2는 표 3에 보고된, 여러 공급원의 중합체 코팅된, 형상화된 활성탄의 초기 더스트값 뿐만 아니라 그 각각의 초기 더스트 값에 대한 중합체 코팅의 효과를 그래프로 나타낸 설명이다.

도 3은 표 3에 보고된, 여러 공급원의 중합체 코팅된, 형상화된 활성탄의 더스트율 값 뿐만 아니라 그 각각의 더스트율 값에 대한 중합체 코팅의 효과를 그래프로 나타낸 설명이다.

발명의 개요

입상 및 형상화된 활성탄의 더스팅에 의한 제품 마모는, 사실, 활성탄의 흡착 속도 또는 용량의 감소없이, 입상 또는 형상화된 활성탄상에, 연속적 중합체 코팅의 적용에 의해, 상당히 감소되거나, 본질적으로 제거될 수 있는 것이 발견되었다. 적용된 중합체 코팅재가 건조된 후에, 모든 잔류 탄소 더스트가 제거된다. 중합체 코팅된 입상 또는 형상화된 활성탄 생성물은 15 g/100g보다 큰 부탄 활동도를 나타낸다. 바람직하게는, 중합체 코팅된 입상 또는 형상화된 활성탄은 또한 9.0g/dL보다 큰 부탄 작업 용량을 나타낸다.

바람직한 구체예의 설명

특히, 더스트 자동차 탄소 펠릿은 취급하는 물질에서 및 카니스터에의 이용에서 가능성있는 문제를 제기한다. 최종 제품상에 가시적 중합체 코팅을 적용한 후 모든 잔류 더스트를 제거하는 단계에 기초한 방법이 개시된다. 제품은 모두 표준 더스트 마모 시험의 검출 한계 이하인, ≤0.3 mg/dL의 "초기 더스트"값과 ≤0.01 mg/min/dL의 "더스트율" 값에 의해 보여지는 바와 같이, 더스트가 없는 것으로 여겨진다. 제품은 검출가능한 값이지만 미코팅 활성탄의 더스트율보다 극적으로 낮고 실시예에 따르는 표에 기록된 바와 같이, 본 발명으로 처리된 활성탄의 가장 높은 더스트율 값인 ≤0.06 mg/min/dL의 "더스트율"값에 의해 보여지는 바와 같이 "본질적으로" 더스트가 없다. 상기 기록된 종래 기술의 교시를 기준으로 의외이고 예기치치 않은 것이지만, 부탄 흡착 및 작업 용량 특성의 보유는 코팅 펠릿의 중요한 특성이다. 이하의 실시예에서 보는 바와 같이, 코팅 펠릿은 미코팅 펠릿 부탄 활동도의 94-100%를 그리고 미코팅 펠릿 부탄 작업 용량(BWC)의 88-100%를 보유하였다. 예컨대, 본 발명의 코팅 형상화된 및 입상 활성탄은 15 g/100g보다 큰, 바람직하게는 25 g/100g보다 큰, 더욱 바람직하게는 35 g/100g보다 큰, 훨씬 더 바람직하게는 45 g/100g보다 큰, 훨씬 더 바람직하게는 55 g/100g보다 큰, 훨씬 더 바람직하게는 65 g/100g보다 큰, 그리고 가장 바람직하게는 75 g/100g보다 큰 부탄 활동도를 가질 것이다. 또한, 본 발명의 코팅 형상화된 및 입상 활성탄은 9.0 g/dL보다 큰, 바람직하게는 10.0 g/dL보다 큰, 더욱 바람직하게는 11.0 g/dL보다 큰, 훨씬 더 바람직하게는 12.0 g/dL보다 큰, 훨씬 더 바람직하게는 13.0 g/dL보다 큰, 훨씬 더 바람직하게는 14.0 g/dL보다 큰, 그리고 가장 바람직하게는 15.0 g/dL보다 큰 부탄 작업 용량을 가질 것이다.

부가적인 특징은 이 코팅은 펠릿에 제품 청결에 주의를 촉구하는 광택성 및 매력적인 외관을 제공한다는 것이다. 코팅의 광택성은 펠릿에 적용되는 중합체 및 유제 형태의 막형성 성질에서 기인한다. 본 발명의 조성물 및 방법에 의해 제공되는, 첨가된 편의, 및 가능한 이익은 코팅 재료의 자연색 또는 중합체 유제에 대한 안료 및 광학적 증백제 등의 착색제의 첨가에 의해 달성된다. 특히, 독특한 탄소 제품은 컬러-코딩을 통해 확인될 수 있다. 컬러-코딩은 제품의 이용, 플랜트 기원, 소비자 지정, 또는 바라는 모든 지정과 관련될 수 있다.

코팅 형상화된 및 입상 활성탄은 또한 급속하게 젖거나 가라앉기보다는 오히려 물위에 뜨는 것으로 증명되는 것과 같이 소수성이다. 코팅된 활성탄 펠릿을 사용한 실험에서, 물에 놓았을 때 26 초 안에 미코팅 펠릿의 절반이 가라앉은 반면, 코팅 펠릿은 물에 침투하지 않고 6 일 이상 떠 있었다. 액체수로 인한 습윤화 및 세공 충전에 대한 저항성은 상당히 대용량의 탄화수소 저장에의 이용에 있어서 증기 흡착기 단위를 위해 특히 유용할 수 있다. 그러한 이용에서, 흡착기는 때때로 물로 넘쳐 고온 지점을 퀀칭하나, 흡착기는 탄소 세공내에 보유되는 물로 인해 재이용되기 어려운 경향이 있다. 코팅 형상화된 또는 입상 활성탄의 다른 가능성있는 사용법은 물로부터 미량의 유기 화합물의 제거를 위한 것으로서, 펠릿내의 물의 농도를 제한하는 것은 유기 화합물의 흡착에 대한 선택성을 증가시킬 것이다. 코팅재는 흡착되는 미량의 유기 화합물에 더 투과성이고 주요 성분에 덜 투과성이도록 맞춰져, 활성탄의 흡착 용량을 개선할 수 있다.

본 발명의 유제코팅된 광택성 펠릿과 전술한 분산코팅된 펠릿의 외관상 차이는 코팅재를 적용할 때 사용되는 중합체의 다른 형태때문이다. 유제의 입자 크기는 분산에서보다 작으며, 따라서 담체 액체가 건조될 때 모세관력의 작용때문에 유제는 연속적 막을 형성한다. 분산은 건조에 의해 연속적 막을 형성하지 않고, 원래의 분산 입자와 크기에서 유사한 분리된(즉, 불연속) 중합체 입자를 뒤에 남긴다. 다른 한편, 연속적, 유제적용된 중합체 막은, 광택성 외관, 코팅의 완전성, 펠릿 더스트의 감소, 및 소수성을 제공하지만, 분산적용된 비연속 막은 그렇지 않다.

또한, 형상화된 또는 입상 탄소상에 중합체 유제의 적용 결과인 중합체 막은 연속적 막인 반면, 탄소 재료의 표면 형상의 불규칙성에 의존하여 다공성 또는 비다공성일 수 있다. 다공성 연속적 막의 외관은 형상화된 활성탄상에서보다 더 불규칙하게 형상화된 입상 활성탄에서 더욱 자주 발생한다.

본 발명의 방법은 활성탄 재료를 코팅하여 활성탄 재료의 더스트 마모를 본질적으로 제거하기 위한 방법으로 기술될 수 있으며, 다음 단계를 포함한다:

(a) 주위온도 이상의 처리 온도에서 난류 상태에 있는 동안 활성탄 재료의 노출된 표면상에 중합체 유제를 분무하는 단계; 그리고

(b) 주위 온도 이상에서 코팅된 활성탄 재료를 건조하는 단계.

방법은 선택적으로 주위 온도 이상까지 활성탄 재료를 예열하는 초기 단계를 포함할 수 있다. 또한, 청구된 발명의 방법은

(c) 모든 잔류 더스트를 제거함에 의한 건조 코팅된 활성탄 재료의 더스트-제거 단계를 더 포함할 수 있다.

당업자가 평가하듯이 처리 시간 및 처리 온도 등의 여러 처리 조건이 일반적으로 상호의존적이다. 이들 조작 조건도 코팅되는 탄소 재료의 성질(형상화된 또는 입상, 석탄기재 또는 리그노셀룰로오스기재 등) 및 코팅 재료의 성질(상대적 휘발성, 점도 등)에 의존할 수도 있다. 따라서, 코팅 적용 및 코팅 건조 단계를 위한 온도 범위는 주위온도 내지 약 280℉(138℃)로 범위를 정할 수 있고, 처리 시간은 약 5 분 내지 약 12 시간으로 정할 수 있다. 형상화된 또는 입상 활성탄 재료 및 코팅 재료의 대부분의 조합을 위해, 코팅 및 건조 단계를 위한 바람직한 조작 온도 범위는 약 30 분 내지 약 6 시간 동안 약 175℉(80℃) 내지 약 250℉(121℃)이다.

활성탄 재료의 난류 상태는 여러 공지의 수단에 의해 유도될 수 있다. 예컨대, 입상 또는 형상화된(보통 펠릿) 형태의 탄소 재료를 회전 텀블러내에, 혼합장치내에, 또는 유동화 베드 상에 위치시킬 수 있다. 활성탄 재료가 적용될 때 코팅 재료는 활성탄 재료의 표면적상에 비교적 균일한 코팅을 보증하기 위해서는 정적이기보다는 동적 상태에 있는 것이 중요하지만, 동적 상태가 어떻게 달성되는 지는 중요하지 않다.

본 발명의 방법의 제품은 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값을 나타내고 중합체의 연속적 막으로 코팅된 표면을 갖는 활성탄 재료를 포함하는 물질의 조성물로 기술될 수 있으며, 상기 중합체 막은 더스팅으로부터 기인하는 활성탄 재료의 마모를 본질적으로 제거하기 위해 사용할 수 있고 여기서 코팅된 활성탄 재료는 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값의 90 내지 100%의 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값을 각각 나타낸다.

청구한 발명에 유용한 코팅 물질은 연속적 막을 형성할 수 있는 것이다. 특히, 적당한 코팅 물질인 중합체, 공중합체, 및 중합체 혼합물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 폴리스티렌, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리부타디엔, 및 폴리부텐 등의 폴리올레핀, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 및 폴리아크릴산 등의 폴리아크릴산계, 폴리테트라플루오로에틸렌, 트리플루오로에틸렌, 염화비닐, 플루오로비닐리덴, 플루오로부틸렌, 및 플루오로프로필렌 등의 할로겐치환 알칸, 및 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 스티렌 부타디엔, 개질 폴리부타디엔, 에폭사이드, 개질 알키드, 폴리에스테르, 전분, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트, 질산 셀룰로오스, 셀룰로오스 트리아세테이트, 프탈레이트, 셀룰로오스 프로피오네이트 모포리노부티레이트, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 에틸렌 비닐 아세테이트, 아크릴 공중합체, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 글리콜, 폴리이민, 폴리부티렌, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 에스테르, 폴리알킬설파이드, 폴리아릴설파이드, 에테르, 폴리비닐 에스테르, 폴리알킬설파이드, 폴리아릴설파이드, 리그노설포네이트, 폴리아크릴아미드, 시아노아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리실록산, 메타크릴로니트릴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 피리딘, 폴리비닐 벤젠, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 피롤리덴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 알코올, 염화 폴리비닐, 폴리비닐 포름알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리카보네이트, 및 염화 폴리비닐리덴을 포함하는 다른 중합체를 포함한다.

여기에 기술된 형상화된 또는 입상 활성탄 재료는 석탄, 펄프 및 종이, 펄프 생산의 잔류물, 목재(나무 부스러기, 톱밥, 및 목분 등), 과피(아몬드 피 및 코코넛 피 등), 인, 및 과실의 씨(올리브 및 체리 스톤 등)를 포함하는 리그노셀룰로오스 물질, 석유, 뼈, 및 혈액을 포함하는 임의의 공지의 활성탄 선구물질로부터 유도된다.

다음의 실시예는 본 발명의 프로세스에 따라 처리된 물질의 방법 및 특성을 기술한다.

실시예 1

두가지 형태의 코팅재를 더스트가 없는 탄소를 제공하는 Westvaco Corporation BAX 1100 활성탄의 펠릿: 즉, 고밀도 폴리에틸렌(ChemCor polyethylene emulsion Poly Emulsion 325N35) 및 아미노에틸아미노프로필폴리실록산(General Electric silicone emulsion SM2059)에 적용하였다. 폴리프로필렌과 폴리스티렌을 포함하는 다른 중합체들이 대체 코팅 물질로 채택될 수 있다. 내마멸성, 투과성, 그리고 다공성 등의 코팅성질 또한 입자무게, 밀도, 입자크기, 및/또는 가교결합도에 대해 더 향상될 수 있다.

활성탄 펠릿을 회전 실린더내에서 섞고 열 공기총을 사용하여 초기에 250°F(121℃)까지 가열함으로써 코팅하였다. 그 후 활성탄을 뜨거운 공기 흐름하에 약 150°F(66℃)에서 유지시키면서 중합체 유제를 탄소위에 연속적 용량으로 분무하였다. (폴리에틸렌 용액의 유제는 3.5중량% 고체였다. 폴리실록산 용액의 유제는 3.9중량% 고체였다.) 그 후 코팅된 활성탄을 220°F(105℃)에서 밤새도록 건조시켰다. 건조후, 더스트 마모 테스트(아래에 설명됨)의 처음 10-20분간 진동과 공기흐름 처리를 가함으로써 펠릿 외면의 잔류 더스트를 제거하였다. 최종 코팅 생성물은 미코팅 재료의 투박한 외관과 비교할때, 윤이나며, 매끈한 외관을 가진다.

표 1은 미코팅 및 코팅 펠릿에 대해 더스트 마모, 및 부탄 성질들을 비교하고 있다. 분무용으로 단지 탈이온화수만 사용한 기준 시료에 대한 데이타는 또한 더스트 성질에서 변화에 대한 중합체 코팅의 중요성을 증명하기 위해 포함되어 있다. 더스트 마모율을 30분 테스트에서 투-포인트법(two-point method)으로 측정하였다(아래에 설명됨).

초기 더스트 및 더스트율 값을 "Standard Test Method for Dusting Attrition of Granular Carbon" (ASTM D5159-91)의 변형된 3-필터형으로 측정하였다. 1.0dL의 탄소 시료를 테스트 셀 홀더에 0.250mm의 구멍을 가진 스크린위에 놓고 40 m/s/s RMS 가속 진동을 걸고 10분 간격으로 7L/min의 공기를 아래로 흘렸다. 시료 스크린 아래 놓아둔 유리섬유 필터가 시료로부터 더스트를 모은다. 진동 및 공기흐름 단계를 세번 각각 다른 필터로 시행한다. 더스트율은 다음의 식으로 계산된다:

더스트율 (mg/분/dL), DR = 0.0732 w₃

여기서 w₃는 세번째 필터의 밀리그램 중량 증가이다.

이 식으로부터의 더스트율은 세번의 추가적인 10분 테스트 간격으로부터의 필터 중량 데이타를 사용하는 표준 ASTM 방법에 의해 얻어진 더스트율의 표준 편차 ±13%내에 있다.

초기 더스트는 첫번째 필터에 대한 밀리그램 중량 증가, w₁에서 10분(10 ×DR)이내에 마모된 더스트의 양을 빼는 것으로 계산한다.

초기 더스트 (mg/dL) = w₁- 10DR

두번째 필터의 중량 증가, w₂는 이 계산에 직접 적용되지 않는다는 것을 주목하라. 그러나, w₂값은 시료에 대한 더스트율 감지 한계가 0중량 증가를 나타냄으로써 도달되는지 또는 마이너스 중량 증가를 나타냄으로써 도달되는지를 확인하는데 유용하다.

더스트율에서의 고유 에러는 계산용 식의 편미분 에러 분석에 의해서 ±0.01 mg/dL이 되며 이 과정에서 소수 네째 자리 그램 저울의 0.1mg 판독능력이 요구된다. 또한, 초기 더스트에서의 고유 에러는 ±0.3 mg/dL이다. 그러므로, 비감지 더스트율값은 0.01mg/분/dL이며 초기 더스트값은 0.3mg/dL가 된다.

초기 더스트의 감소와 비교해볼때, 더스트율에서의 가파른 감소는 형상화된 또는 입상 활성탄 재료을 코팅하는 발명의 좀더 중요한 특징이다. 정의에 의해, 0.01mg/분/dL 이하의 더스트율은 초기 더스트가 테스트의 감지 한계에 대한 마모 테스트에서 제거되는 것을 의미하며, 초기 더스트가 다른 수단에 의해 쉽게 제거될 것 같다는 것을 증명한다.

대체방법으로, 더스트율에서의 가파른 감소없이 초기 더스트를 완전히 제거하는 것은 비교적 덜 유용한 것으로 이해되는데 왜냐하면 더스트는 진동, 교반 또는 그것에 작용하는 다른 원동력으로부터의 입자간 운동에 대해 시료가 노출되었을때 쉽게 다시 생길 것으로 생각되기 때문이다.

부탄 활동도 및 부탄작업용량(BWC)값은 미국 특허번호 5,204,310에 개시된 방법에 따라 결정되었으며 그러한 설명은 여기에서의 참고문헌에 의해 통합된다.

실시예 1에서의 데이타는 중합체 코팅의 결과로서, 처리된 시료가 비감지 범위에서 초기 더스트 및 더스트율값을 나타내는 것을 보여준다.

실시예 2

또 다른 테스트는 변형된 형태의 ASTM D3802-79(볼 팬 경도(ball pan hardness))인 표준 펠릿 경도 테스트(CTC Procedure 960-130)에 의해 측정할때, 유사하게 코팅된 활성탄 펠릿(Westvaco Corporation BAX 1500)은 증가된 내마멸성을 나타냄을 보여준다. 펠릿 경도 테스트는 스테인레스 스틸 볼(3/4 인치 직경 10개 및 1/2인치 직경 20개)을 가진 Ro-Tap Sieve Shaking Machine에서 시료(2mm의 성형된 탄소 펠릿)를 흔드는 것을 포함하며 상당하는 6개의 체 높이(총 높이)네스트(#6, #8, #10, #12, #14, #18, 그리고 #60으로 이루어짐)의 바닥에 있는 특수 팬에서 모은 입자의 평균 입자크기에서의 변화로 파손된 펠릿의 양을 측정하는 것을 포함한다. 단계 1: 표준 체 분석을 시료재료 100g 에 대해 실시하고 각 체 위의 재료의 일부의 무게를 잰다. 단계 2: 그 후 그 부분을 특수 팬에서 30 강철 볼과 조합하고, 특수 팬을 20분동안 Ro-Tap상에서 흔들고, 그 후 흔든 시료를 체 네스트의 맨 위의 체에 쏟아 붓는다. 단계 2에 대한 Ro-Tap 시간이 10분인 것을 제외하고, 단계 1과 2를 반복한다. 평균 입자 크기를 계산한다. 강도의 값을 연마후의 평균 입자 직경을 초기 평균 입자 직경으로 나누고 그 몫에 100을 곱함으로써 결정한다.

한 발명-제조 시료("런 3A")는 실시예 1의 중합체 적용 방법을 사용한 10개의 반복 제조의 복합체였다. 다른 발명-제조 시료("런 3B")는 다르게 제조되었다. 리프터를 가진 좀더 큰 2ft 직경의 회전 실린더를 사용하였고, 시료를 초기에 직접적인 뜨거운 공기 흐름보다는 간접 및 직접 불꽃 버너로 가열하였다. 더스트 제거 단계는 적용되지 않았다.

표 2는 미코팅 및 코팅 펠릿에 대한 경도, 부탄 그리고 더스트 마모 성질을 비교하고 있다. 더스트 데이타를 3-필터 테스트법으로 측정하였다.

증가된 경도는 코팅하기전 68.6 경도의 직경 2mm BAX 1500 펠릿으로 증명되었다. 약 1-3 중량% 폴리에틸렌으로 코팅된 펠릿은 99.9-100.0의 경도를 가지며, 테스트에서 평균 입자 크기에서의 변화가 없음을 나타낸다. 미코팅 펠릿과 비교할때, 코팅 펠릿은 부탄작업용량의 97-100%를 유지한다.

실시예 3

더스트 마모를 감소 또는 제거하는 발명의 방법이 다양한 상업적 활성탄에 적용될 수 있음을 보이기 위해, 형상화된 상업적 석탄 기재 활성탄 시료(Kuraray 3GX) 및 형상화된 상업적 올리브 피트 기재 활성탄 펠릿(Norit CNR 115)을 폴리에틸렌(9.0중량% 유제 고체)으로 코팅하였고 유사하게 코팅된 형상화된 상업적 목재 기재 활성탄(Westvaco Corporation BAX 1500)과 비교하였다. 중합체 코팅재는 핵심 성질에 심각한 영향을 주지 않고 더스트를 감소시키기 위한 목재 기재 BAX 1100 및 BAX 1500 펠릿으로 앞서 나타낸 것과 동일한 이익을 갖는다.

코팅재를 실시예 1의 상기한 방법으로 적용시켰다. 분석하기전 더스트 제거 단계를 적용하지 않았다. 중합체 로딩량(코팅재 중량%)을 시료를 932℉(500℃)로 가열하고 알려진 폴리에틸렌 함량의 탄소로 보정된 탄화수소 분석기로 휘발된 성분의 양을 측정함으로써 결정하였다.

결과를 표 3과 도 1, 2, 그리고 3에 나타내었다.

각각의 미코팅 기준 탄소와 비교할때, 초기 더스트 및 더스트율은 가파르게 감소된다. 부피 기준으로, 부탄작업용량 및 부탄 활동도는 영향을 받지 않는다.

실시예 4

본 발명에서, 아크릴 공중합체는 상기한 폴리에틸렌 및 실리콘 재료 외에 활성탄 코팅재료의 또 다른 예이다. BAX 1100 및 BAX 1500 활성탄 펠릿을 Westvaco Corporation에 의해 제조된 아크릴 공중합체 염용액, 즉 JONREZE-2062로 실험실에서 코팅하였다.

코팅재를 실시예 1의 상기한 방법으로 적용하였다. 미코팅 BAX 1500의 두 시료의 성질을 평가한 후, 플랜트 제조한 동일한 BAX 1500의 두 시료를 9.0중량% 고체 아크릴 공중합체 유제로 코팅하였다. 유사하게, 미코팅 BAX 1100의 한 시료의 성질을 측정한 후, 플랜트 제조한 동일한 BAX 1100의 한 시료를 6.0중량% 고체 아크릴 공중합체 유제로 코팅하였다. 더스트 제거 단계는 코팅된 제품을 분석하기 전에 적용시키지 않았다. BAX 1500에 대한 코팅재 로딩량을 시료를 932℉(500℃)로 가열하고 알려진 아크릴 공중합체 함량의 탄소로 보정된 탄화수소 분석기로 휘발된 성분의 양을 측정함으로써 결정하였다. BAX 1100에 대한 코팅재 로딩량을 코팅된 시료의 습량기준 중량 증가와 적용된 유제 분무 양으로부터 유도하였다. 아크릴 공중합체 코팅재는 표 4에 나타낸 것처럼, 핵심 성질에 대해 심각한 영향을 주지 않고 더스트를 감소시키기 위한 폴리에틸렌 및 실리콘으로 앞서 나타낸 것과 동일한 이익을 갖는다.

데이타는 활성탄에 형성된 BAX 1500상의 1.6중량% 중합체 코팅재가 단지 BWC에서 사소한 손실을 가진채 더스트를 본질적으로 제거했음을 보이고 있다. 훨씬 더 놀라운 것은 동일한 활성탄 재료상의 3.4 중량% 코팅재가 BWC에서 사소한 손실을 가진채 더스트를 완전히 제거시킨다는 것이다. 또한, 활성탄에 형성된 BAX 1100의 4.3 중량% 코팅재는 단지 6.4%의 BWC 감소로, 더스트를 완전히 제거시킨다.

그러므로, 출원인 발명의 주 내용은 다음과 같다:

(1) 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄작업용량값을 보이며 중합체의 연속막으로 코팅된 표면을 갖는 활성탄 재료를 포함하는 물질의 조성물(상기 중합체 막은 더스팅 결과 활성탄 재료의 마모를 본질적으로 제거하는데 사용할 수 있고, 코팅된 활성탄 재료가 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄작업용량값의 적어도 90%인 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄작업용량값을 각각 보임);

(2) 중합체의 연속막으로 활성탄 재료 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄작업용량값을 보이는 활성탄 재료의 더스트 마모를 본질적으로 제거하는 방법(여기서 코팅된 활성탄 재료는 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄작업용량값의 적어도 90%인 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄작업용량값을 각각 보임);

(3) 아래의 단계들로 이루어진, 활성탄 재료를 코팅함으로써 활성탄 재료의 더스트 마모를 본질적으로 제거하는 방법:

(a) 주위 온도보다 높은 공정 온도에서 난류 상태에 있는 활성탄 재료의 노출된 표면위에 중합체의 유제를 분무하는 단계; 그리고

(b) 주위 보다 높은 온도에서 코팅된 활성탄 재료를 건조하는 단계; 그리고

(4) 중합체의 연속막으로 코팅된 표면을 가지는 활성탄 재료를 포함하는 물질의 조성물(상기 중합체 막은 더스팅으로 인한 활성탄 재료의 마모를 본질적으로 제거하는데 사용가능하고 코팅된 활성탄은 15g/100g보다 더 큰 부탄 활동도값을 보임).

본 발명의 바람직한 구체예가 설명되었으나, 다양한 변화, 적용, 그리고 변경은 발명의 사상과 첨부된 청구항의 범위로부터 벗어나지 않은채 이루어졌다는 것을 이해해야 한다. 그러므로, 발명은 바람직한 구체예와 도면에서 나타낸 설명된 발명의 세부사항에 제한되지 않으며 그러한 세부사항에서의 변형은 당업자에게 곧 감지될 수 있을 것이다. 그러므로, 청구항은 당해 기술에 대해 향상이 이루어진 범위와 일치한다.

본 발명에 따라 입상 또는 형상화된 활성탄상에 중합체 코팅재를 적용하므로써, 활성탄의 흡착속도 또는 용량의 감소없이 더스팅에 의한 제품 마모를 본질적으로 제거하거나 상당히 감소시킬 수 있게 되었다.

Claims

초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값을 나타내고 중합체의 연속적 막으로 코팅된 표면을 갖는 활성탄 재료를 포함하는 물질의 조성물로서, 상기 중합체 막은 더스팅으로부터 기인하는 활성탄 재료의 마모를 본질적으로 제거하기 위해 사용할 수 있고 여기서 코팅된 활성탄 재료는 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값의 적어도 90%의 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값을 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 활성탄 재료를 포함하는 물질의 조성물.
제 1 항에 있어서, 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값이 각각 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값의 적어도 95%인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서, 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값이 각각 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값의 적어도 98%인 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서, 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값이 각각 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값의 적어도 100%인 것을 특징으로 하는 조성물.
중합체의 연속적 막으로 활성탄 재료 표면을 코팅하는 단계를 포함하는, 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값을 나타내는 활성탄 재료의 더스트 마모를 본질적으로 제거하기 위한 방법으로서, 코팅된 활성탄 재료가 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값의 적어도 90%의 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값을 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 활성탄 재료의 더스트 마모를 본질적으로 제거하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서, 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값이 각각 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값의 적어도 95%인 것을 특징으로 하는 방법.
제 6 항에 있어서, 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값이 각각 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값의 적어도 98%인 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 최종의, 코팅후 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값이 각각 초기의, 코팅전 부탄 활동도 및 부탄 작업 용량값의 적어도 100%인 것을 특징으로 하는 방법.
활성탄 재료를 코팅하여 활성탄 재료의 더스트 마모를 본질적으로 제거하기 위한 방법으로서,

(a) 주위온도 이상의 처리 온도에서 난류 상태에 있는 동안 활성탄 재료의 노출된 표면상에 중합체 유제를 분무하는 단계; 그리고

(b) 주위 온도 이상에서 코팅된 활성탄 재료를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 9 항에 있어서,

(c) 모든 잔류 더스트를 제거함에 의한 건조 코팅된 활성탄 재료의 더스트제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 9 항에 있어서, 주위 온도 이상에서 활성탄 재료를 예열하는 초기 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 9 항에 있어서, 처리 온도가 약 1 분 내지 약 12 시간 동안 주위온도 내지 약 280℉(130℃)에서 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 12 항에 있어서, 처리 온도가 약 5 분 내지 약 6 시간 동안 약 100℉(38℃) 내지 약 250℉(121℃)에서 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 중합체가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 폴리스티렌, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리부타디엔, 폴리부텐, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리테트라플루오로에틸렌, 트리플루오로에틸렌, 염화비닐, 플루오로비닐리덴, 플루오로부틸렌, 플루오로프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 스티렌 부타디엔, 개질 폴리부타디엔, 에폭사이드, 개질 알키드, 폴리에스테르, 전분, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트, 질산 셀룰로오스, 셀룰로오스 트리아세테이트, 프탈레이트, 셀룰로오스 프로피오네이트 모포리노부티레이트, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 에틸렌 비닐 아세테이트, 아크릴 중합체 및 공중합체, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 글리콜, 폴리이민, 폴리부틸렌, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 에스테르, 폴리알킬설파이드, 폴리아릴설파이드, 리그노설포네이트, 폴리아크릴아미드, 시아노아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리실록산, 메타크릴로니트릴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 피리딘, 폴리비닐 벤젠, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 피롤리덴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 알코올, 염화 폴리비닐, 폴리비닐 포름알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리카보네이트, 및 염화 폴리비닐리덴으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 14 항에 있어서, 중합체가 아크릴 중합체 및 폴리에틸렌으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서, 활성탄 재료가 석탄, 리그노셀룰로오스 물질, 석유, 뼈, 및 혈액으로 구성되는 군의 일원으로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 16 항에 있어서, 리그노셀룰로오스 물질이 펄프, 종이, 펄프 생산의 잔류물, 나무 부스러기, 톱밥, 목분, 과피, 인, 및 과실의 씨로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 5 항에 있어서, 중합체가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 폴리스티렌, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리부타디엔, 및 폴리부텐, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리테트라플루오로에틸렌, 트리플루오로에틸렌, 염화비닐, 플루오로비닐리덴, 플루오로부틸렌, 플루오로프로필렌, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 스티렌 부타디엔, 개질 폴리부타디엔, 에폭사이드, 개질 알키드, 폴리에스테르, 전분, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트, 질산 셀룰로오스, 셀룰로오스 트리아세테이트, 프탈레이트, 셀룰로오스 프로피오네이트 모포리노부티레이트, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 에틸렌 비닐 아세테이트, 아크릴 중합체 및 공중합체, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 글리콜, 폴리이민, 폴리부틸렌, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 에스테르, 폴리알킬설파이드, 폴리아릴설파이드, 리그노설포네이트, 폴리아크릴아미드, 시아노아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리실록산, 메타크릴로니트릴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 피리딘, 폴리비닐 벤젠, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 피롤리덴, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 알코올, 염화 폴리비닐, 폴리비닐 포름알데히드, 폴리포름알데히드, 폴리카보네이트, 및 염화 폴리비닐리덴으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 중합체가 폴리실록산, 아크릴 공중합체 및 폴리에틸렌으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 활성탄 재료가 석탄, 리그노셀룰로오스 물질, 석탄, 뼈, 및 혈액으로 구성되는 군의 일원으로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 20 항에 있어서, 리그노셀룰로오스 물질이 펄프, 종이, 펄프 생산의 잔류물, 나무 부스러기, 톱밥, 목분, 과피, 인, 및 과실의 씨로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
중합체의 연속적 막으로 코팅된 표면을 갖는 활성탄 재료를 포함하는 물질의 조성물로서, 상기 중합체 막이 더스팅으로부터 기인하는 활성탄 재료의 마모를 본질적으로 제거하기 위해 사용할 수 있고 코팅된 활성탄이 15 g/100g보다 큰 부탄 활동도값을 나타내는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 22 항에 있어서, 코팅된 활성탄이 25 g/100g보다 큰 부탄 활동도값을 나타내는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 23 항에 있어서, 코팅된 활성탄이 35 g/100g보다 큰 부탄 활동도값을 나타내는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 24 항에 있어서, 코팅된 활성탄이 45 g/100g보다 큰 부탄 활동도값을 나타내는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 25 항에 있어서, 코팅된 활성탄이 55 g/100g보다 큰 부탄 활동도값을 나타내는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 26 항에 있어서, 코팅된 활성탄이 65 g/100g보다 큰 부탄 활동도값을 나타내는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 27 항에 있어서, 코팅된 활성탄이 75 g/100g보다 큰 부탄 활동도값을 나타내는 것을 특징으로 하는 조성물.
제 22 항에 있어서, 0.06 ㎎/min/dL보다 크지 않은 더스트율 값을 포함하는 것을 더욱 특징으로 하는 조성물.
제 1 항에 있어서, 또한 0.06 ㎎/min/dL보다 크지 않은 더스트율 값을 포함하는 것을 더욱 특징으로 하는 조성물.