説明

非混和性ポリマー混合物成分としての塗料の再利用方法

塗料ポリマー相を含む第1ポリマー成分、及び前記第1ポリマー成分に対して非混和性であってポリオレフィン又はポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択される第2ポリマー成分を含む、非混和性ポリマー混合物である。また、塗料ポリマー相を含む第1ポリマー成分と、前記第1ポリマー成分に対して非混和性であってポリオレフィン又はポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択される第2ポリマー成分とを混合することによる塗料の再利用方法が提供される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願に係る関連出願
本願は2005年12月9日付の米国特許仮出願第60/748612号の優先権を伴う。その出願に開示された内容は、参照として本願に併合されるものである。
【背景技術】
【0002】
米国環境保護庁によれば、必要とされない塗料は米国における住宅の家庭有害廃棄物の最大構成要素である。米国では毎年約130万m(3,400万ガロン)の売れ残り塗料が発生すると推定されている。しかし、この推定量には、土建業者、小売業者の色の間違い、塗料製造業者、民間企業や他の民間事業、学校、及び他の公的機関が発生する相当な量の廃棄塗料は含まれていない。
【0003】
この塗料小売業者による廃棄塗料の流れの主要な構成要素は、色の間違いや他の誤りによって返品された容器いっぱいの未使用塗料から構成される。最終的な処理費用は、1容器当たりの再利用又は有害廃棄物処理費用とすると、小売業者にとって非常に高額である。この塗料の大部分は再混合し、政府や民間団体が使用する塗料に転換することができ、特に未使用のものは小売業者に返還できるものである。しかし、現時点での再混合塗料の市場における採算性は未だ証明されていない。
【0004】
現在、ラテックス塗料が市場で最も一般的な塗料である。1997年には、約59,000トン(130万ポンド)のラテックス塗料の回収及び再利用のために27万ドルが支出された。使用済みラテックス塗料の量は毎年増加しており、2003年には、ラテックス塗料の回収量は約91,000トン(200万ポンド)に増加した。
【0005】
国内の固体廃棄物の流れにおける廃棄及び必要とされないラテックス塗料は、その多量さのために、再利用材料として魅力あるものとなっている。さらに、埋立地やごみ焼却炉へのルート上で漏出し、設備の汚染を引き起こす傾向があることから、多くの管轄区域で廃棄塗料の液体状態での処分が禁止されている。
【0006】
ラテックス塗料は59.3%の水、15.7%濃度のラテックスポリマー、12.5%濃度の二酸化チタン、12.5%濃度の体質顔料、及び1.1%濃度のエチレングリコールから構成される。しかし、1980年代以前はラテックス塗料に防腐剤として水銀が使用されていた。そのため、再利用施設へ回収された液体廃棄塗料は、再使用又は非伝統的製品に使用するために再利用するか、埋め立てるか、又は有害廃棄物とするかについて決定する前に、水銀や他の汚染物質に対する試験を行わなければならない。1980年代より後に製造されたラテックス塗料は、有害廃棄物埋立地へ処分されることなく乾燥した固体状態で合法的に処理される。廃棄塗料を固体状態に乾燥させても、水分と安全な非有機性揮発物質の一部しか環境中に放出されない。しかし、これには気象条件及び安全性の理由により時間と相当の努力を要する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
したがって、この材料を再利用するための事前対策として自発的に行われ、かつ同時に経済的利益を生み出すような再利用プログラム及び技術の開発が必要とされている。そのようなプログラムは廃棄物の流れから未使用塗料が占める多くの割合を除去し、義務的な又は特別な課税計画の必要性をなくすことができるものでければならない。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は非混和性ポリマー混合物の製造のために再利用塗料を利用する。提供される非混和性ポリマー混合物は、塗料ポリマー相を有する第1ポリマー成分と、前記第1ポリマー成分に対して非混和性であってポリオレフィン及びポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択される第2ポリマー成分とを有する。
【0009】
一実施形態は、塗料ポリマー相を有する第1ポリマー成分と、前記第1ポリマー成分に対して非混和性であってポリオレフィン及びポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択される第2ポリマー成分との混合による塗料の再利用方法を含む。
【0010】
さらに他の実施形態は、非混和性ポリマー混合物の製品を含み、前記混合物は塗料ポリマー相を有する第1ポリマー成分と、前記第1ポリマー成分に対して非混和性であってポリオレフィン及びポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択される第2ポリマー成分とを有する。
【0011】
さらに他の実施形態は、塗料の再利用方法を用いて成形された製品を含み、前記方法は塗料ポリマー相を有する第1ポリマー成分と、前記第1ポリマー成分に対して非混和性であってポリオレフィン及びポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択される第2ポリマー成分とを混合する方法を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明は塗料をポリマー成分の1つとして用いて形成される着色された非混和性ポリマー混合物を提供する。本発明に係る非混和性ポリマー混合物は、塗料ポリマー相を含む第1ポリマー成分と、前記第1ポリマー成分に対して非混和性であってポリオレフィン及びポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択される第2ポリマー成分とを有する。
【0013】
第1ポリマー成分は、好適には水性塗料、油性塗料、又は溶剤系塗料から得られる塗料ポリマー相を含む。好適には、前記塗料は廃棄物処理施設又は小売業者や消費者の必要としない在庫から直接回収される。前記塗料は液体又は乾燥した状態で回収される。一実施形態において、前記塗料は液体の状態で回収され、液状の前記第2非混和性ポリマー成分と混合される。他の実施形態において、前記塗料は液体の状態で回収され、前記第2非混和性ポリマー成分とのメルトブレンドの前に、水分、油分、及び/又は溶剤含量を低減するために乾燥される。
【0014】
一実施形態において、前記第1ポリマー成分はラテックス塗料ポリマー相であって、好適にはつや消しラテックス塗料又はつや出しラテックス塗料から得られる。ここで用いられる「つや出し塗料」及び「つや出しラテックス塗料」という用語は、中程度及び高程度のつや出し塗料を含む。
【0015】
前記塗料のポリマー相は一般的に、アクリレート類、ビニルアクリレート類、酢酸ビニル類、スチレンアクリレート類、ポリウレタン類、エポキシ類、ネオプレン類、ポリエステル類、及びアルキドポリエステル類を含む1以上のポリマーから形成される。アクリレート及び/又はポリエステルポリマーを含有する塗料が好ましい。前記塗料ポリマー相は非混和性ポリマー成分との混合の前に、他の混和性ポリマーと混合することができる。混和性混合物の例は、ポリスチレン/ポリフェニレンオキサイド及びポリカーボネート/アクリロニトリルブダジエンスチレンを含む。
【0016】
前記塗料ポリマー相は、本発明の非混和性ポリマー混合物を形成するために第2非混和性ポリマー成分と混合される。前記第2ポリマー成分はポリオレフィン及びポリメチルメタクリレート(PMMA)から選択される。典型的なポリオレフィンはポリエチレン及びポリプロピレンを含む。好適には、前記第2ポリマー成分はPMMA及び高密度ポリエチレン(HDPE)から選択される。好ましい混合物はつや出し塗料及びPMMAから得られるラテックス塗料ポリマー相を含む。
【0017】
一実施形態が含む塗料/第2ポリマー成分の混合物の割合は、20/80、30/70、及び35/65から選択され、そのうち35/65の割合が好ましい。一実施形態において、前記第2ポリマー成分は約65〜約80重量%のPMMA又はHDPEを含む。他の実施形態において、前記第1ポリマー成分は約65重量%のPMMAを含む。
【0018】
また、前記ポリマー混合物から形成された製品が提供される。好ましい製品は通常、ポリオレフィン又はPMMAから形成された製品を含む。例えば、PMMAの典型的な用途は耐衝撃性を有するガラス代替品である。典型的なHDPE製品は包装用品、好適には容器、包装用バッグ、シュリンクフィルム、買い物袋、及び工業用ライナーを含む。
【0019】
また、本発明は塗料ポリマー相を含む第1ポリマー成分と、前記第1ポリマー成分に対して非混和性であってポリオレフィン又はPMMAから選択される第2ポリマー成分とを混合することによる塗料の再利用方法を含む。一実施形態において、前記第1ポリマー成分及び第2非混和性ポリマー成分は、混合前は共に液状である。他の実施形態は、前記第2非混和性ポリマー成分と前記塗料ポリマー相とを混合した後に、前記塗料ポリマー相の水分、油分、及び/又は溶剤含量を低減することを含む。例えば、前記塗料ポリマー相の水分、油分、及び/又は溶剤含量は、前記第1ポリマー成分/第2非混和性ポリマー成分混合物を加熱及び/又は吸引することによって除去される。前記塗料ポリマー相の水分、油分、及び/又は溶剤含量を低減するための典型的な装置は、例えばライストリッツ社(Leistritz Corp.)製のツインスクリュー押出機、及び塗料蒸発分離装置を含む。一実施形態において、前記第1ポリマー成分及び第2非混和性ポリマー成分は共に液状であり、ツインスクリュー押出機内で押出しの直前に混合される。
【0020】
他の実施形態は前記ポリマー混合物から製品を成形する段階を含む。一実施形態において、前記成形段階は、射出成形、ブロー成形、熱成形、回転成形、又は押出成形を含む。他の実施形態は本発明の方法によって成形された製品を含む。
【0021】
以下に開示する各実施形態は非限定的であって、本発明の一態様を説明するものである。
【実施例1】
【0022】
例1:塗料の準備及び分析
13缶の使用済み塗料を回収し、つや出しの内容によって、つや出し又はつや消しに分類した。高程度及び中程度のつや出し塗料はつや出しとし、つや消し塗料はつや消しとして分類した。
【0023】
各缶から少量ずつサンプルを回収し、重量を測定した後、質量変化の測定のため5日後に再び重量を測定した。この予備実験に続いて、つや出し及びつや消し塗料の両方のサンプルを25×55cmのテフロンベーキングシート上に流し、室温で一晩乾燥させて表面に薄層又は固体層を形成し、85℃の精密機械対流オーブン(Precision Mechanical Convectional Oven)内に12時間置いた。塗料がトレーからきれいに剥がれるようになるまで、各サンプルにつき12時間単位で繰り返し置いた。総乾燥時間はつや出しの内容によって異なった。つや消し塗料の総乾燥時間は3〜4日であったが、つや出し塗料の総乾燥時間は5〜7日であった。
【0024】
形成されたつや出し塗料の固体シートは、さらに10枚の5×9cmの断片に切断され、A〜Jと標識された。これらの矩形サンプルの初期の質量を測定した。前記サンプルは、さらに85℃のフィッシャー・サイエンティフィック・アイソテンプ・オーブン(Fisher Scientific Isotemp Oven)内で24時間単位で乾燥させ、各単位時間経過後に質量を測定した。サンプルは各単位時間経過後の質量変化が極小になるまで乾燥した。各サンプルにつき、長さ、幅、及び高さを測定し、密度を計算した。
【0025】
つや出し及びつや消し塗料の平均重量損失を測定するための予備実験の結果、平均重量損失はつや出し塗料が48.2%、つや消し塗料が47.0%であった。表1は5日間の乾燥時間経過後に回収された13の塗料サンプルの重量損失を示す。つや消し塗料は3サンプルのみであるが、つや消し塗料はつや出し塗料よりもセラミック含量が高いため、つや出し塗料よりも重量パーセント損失が少ないと仮定された。
【0026】
表1.5日間の乾燥時間経過後における重量パーセント損失
【0027】
【表1】

表2はA〜Jと標識されたつや出し塗料10サンプルについて算出された密度を示す。つや出しサンプルの平均密度は1.45g/cmである。図1はサンプルのうちA及びBの2サンプルについて、180時間に及ぶ乾燥時間の関数とした質量損失を示す。予測された通り、曲線は所定の減少率で漸近的に水平になるまで減少し、重量変化が極小になる。
【0028】
表2.乾燥させたつや出し塗料の密度
【0029】
【表2】

【実施例2】
【0030】
例2:ポリマー混合物の準備及び分析
実験の第2フェーズは、乾燥させた固体ラテックス塗料の様々な組成物をHDPE又はPMMAと混合し、塗料/ポリマー混合物を製造することに関する。
【0031】
組成物の割合は、100%HDPE及び100%PMMAのほか、つや消し/HDPE、つや出し/HDPE、つや消し/PMMA、及びつや出し/PMMAについて、20/80重量%、30/70重量%、及び35/65重量%の割合を準備した。これらの混合物を、ブラベンダー・インテリ−トルク・プラスチ−コーダー(Brabender Inteli−Torque Plasti−Corder)押出機を用いて、50RPM、温度180℃で同時押出した。前記押出物は一旦冷却され、ネルモア(Nelmor)粉砕機に入れられた。各混合物は、ネグリボッシ(Negri Bossi)V55−200射出成形機を用いて205℃で引張試験片に射出成形された。
【0032】
MTS Qテスト/25エリート・コントローラ(Elite Controller)を用いて、ASTM D638に従い引張機械的性質を測定した。破損時の係数、極限応力、及び歪率を算出した。各組成物につき5つの試験片の平均結果を示す。
【0033】
TAインスツルメントQ1000示差走査熱量計をDSCモード(MDSC)に調整して用い、乾燥窒素雰囲気下で熱的性質を測定した。約8mgの35/65つや出し/HDPE及び35/65つや出し/PMMAサンプルが標準アルミニウムパンに封入され、クリンプによって密閉された。毎40秒2℃に調整すると同時に、各サンプルにつき3℃/分でDSCスキャンを行った。つや出し/HDPEサンプルは温度幅−20〜200℃でスキャンされ、つや出し/PMMAサンプルは温度幅−20〜160℃でスキャンされた。各サンプルは各温度幅において、加熱、冷却、さらに再加熱された。
【0034】
表3はつや出し/HDPE、つや消し/HDPE、つや出し/PMMA、及びつや消し/PMMAの平均引張機械的性質(破損時の係数、極限応力、及び極限歪)を示す。すべての試験片が破損したわけではないが、破損時の歪が示されている。数値は試験終了前の最高歪率を表す。100%HDPE、つや出し/HDPE、つや消し/HDPE、及びつや出し/PMMAの組成物は、5つの試験片のいずれも破損しなかった。しかし、つや消し/PMMA組成物は、35/65%つや消し/PMMA組成物では5つの試験片のいずれも破損しなかったが、30/70%及び20/80%つや消し/PMMA組成物ではいくつかのサンプルが破損した。100%PMMA組成物では、5つの試験片すべてが破損した。つや出し/PMMA混合物では、破損時の歪率が純粋なPMMAよりも高かった。
【0035】
表3.つや出し及びつや消し塗料/HDPEポリマー混合物、及び、つや出し及びつや消し塗料/PMMAポリマー混合物のさまざまな組成物における平均引張特性
【0036】
【表3】

図2及び図3はそれぞれ、引張係数を塗料含量の関数としてグラフ化し、その引張係数についてつや出し/HDPE混合物とつや消し/HDPE混合物との間、及び、つや出し/PMMAとつや消し/PMMA混合物との間の比較を示したものである。100%HDPEの引張係数(720MPa)は20%のつや消し又はつや出し塗料の添加によって劇的に増加するが、その後720MPaに向かって減少する。35%つや消し塗料を添加すると、引張係数は720MPaよりも低下する。図3に示されるように、PMMAにつや消し塗料を添加すると、引張係数はいずれも100%PMMAの引張係数(3,480MPa)よりも増加する。しかし、つや出し塗料はそれと反対の効果を示し、つや出し塗料を添加すると、引張係数はいずれも3,480MPaから減少する。
【0037】
図4は極大引張強度を塗料含量の関数としてグラフ化し、その極大引張強度についてつや出し/HDPE混合物とつや消し/HDPE混合物との間、及び、つや出し/PMMAとつや消し/PMMAとの間の比較を示したものである。極大引張強度は、つや出し塗料含量と共に純粋なHDPEの14.5MPaから増加するが、つや消し塗料を添加してもほぼ一定である。PMMAの極大引張強度は、つや出し塗料の添加によって65.0MPaから直線的に減少し、つや消し塗料の添加によってほぼ直線的に減少する。
【0038】
図5及び図6はそれぞれ、つや出し及びつや消し塗料/HDPE混合物、及び、つや出し及びつや消し塗料/PMMA混合物の応力−歪み曲線を表す。つや出し及びつや消し塗料/HDPE混合物は純粋なHDPEと類似の態様を示す。この結果は、いくつかの適用において塗料/HDPE混合物をHDPEに置換可能であることを示唆する。しかし、破損時の歪によって区切られた応力−歪み曲線の下の領域から明らかなように、つや出し及びつや消し塗料/PMMA混合物はかなり増加したタフネス値を有する。塗料/PMMA混合物の増強されたタフネスという驚くべき結果は、純粋なPMMAに代わる強化された代替品を提供する。
【0039】
図7及び図8はそれぞれ、35/65重量%のつや出し/HDPE及びつや出し/PMMA混合物の示差走査熱量測定(DSC)の結果を示す。両サンプルの総熱流及び派生した反転熱流が温度に対してプロットされている。図6において、つや出し/HDPEサンプルでは、14℃で塗料成分のガラス転移が起こり、約129℃でHDPE成分の溶融転移が起こる。図7において、つや出し/PMMAサンプルでは、14℃で塗料成分のガラス転移が起こり、約104℃でPMMA成分の溶融転移が起こる。
【0040】
上述した好ましい実施形態の例及び詳細な説明は、特許請求の範囲によって定義される本発明を限定するものではなく、むしろ例示するものであると解されるべきである。容易に理解されることであるが、特許請求の範囲に記載される本発明を逸脱することなく、上述した特徴について多数の変形例及び組み合わせを利用することができる。そのような変形例は本発明の趣旨及び範囲を逸脱するものとはみなされず、そのような変形例はすべて請求項の範囲に含まれるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】2種類の塗料サンプルA及びBの質量損失を乾燥時間の関数として示す。
【図2】塗料/HDPE混合物の引張係数を塗料重量パーセントの関数として示したグラフ。
【図3】塗料/PMMA混合物の引張係数を塗料重量パーセントの関数として示したグラフ。
【図4】塗料/PMMA混合物及び塗料/HDPE混合物の極大引張強度を塗料重量パーセントの関数として示す。
【図5】つや出し及びつや消し塗料/HDPE混合物の応力−歪み曲線を示す。
【図6】つや出し及びつや消し塗料/PMMA混合物の応力−歪み曲線を示す。
【図7】35/65重量%のつや出し塗料/HDPE混合物の示差走査熱量測定(DSC)の結果を示す。
【図8】35/65重量%のつや出し塗料/PMMA混合物の示差走査熱量測定(DSC)の結果を示す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)塗料ポリマー相を有する第1ポリマー成分と、
(b)前記第1ポリマー成分に対して非混和性であって、ポリオレフィン及びポリメチルメタクリレート(PMMA)からなる群より選択される第2ポリマー成分と
を有する非混和性ポリマー混合物。
【請求項2】
前記塗料が、水性塗料、油性塗料、及び溶剤系塗料からなる群より選択される請求項1に記載の混合物。
【請求項3】
前記水性塗料がラテックス塗料である請求項2に記載の混合物。
【請求項4】
前記ラテックス塗料が、つや消し塗料及びつや出し塗料からなる群より選択される請求項3に記載の混合物。
【請求項5】
前記ポリオレフィンが高密度ポリエチレン(HDPE)である請求項1に記載の混合物。
【請求項6】
前記ラテックス塗料がつや出し塗料であり、かつ前記第2ポリマー成分がPMMAである請求項3に記載の混合物。
【請求項7】
前記第2ポリマー成分が、約65〜約80重量%PMMAを含む請求項5に記載の混合物。
【請求項8】
前記第2ポリマー成分が、約65重量%PMMAを含む請求項7に記載の混合物。
【請求項9】
前記第2ポリマー成分が、約65〜約80重量%HDPEを含む請求項5に記載の混合物。
【請求項10】
前記第1ポリマー成分が、前記ポリマー相に対して混和性であるポリマーをさらに含む請求項1に記載の混合物。
【請求項11】
前記第1ポリマー成分がラテックス塗料ポリマー相からなる請求項1に記載の混合物。
【請求項12】
前記塗料ポリマー相が、アクリレート類、ビニルアクリレート類、酢酸ビニル類、スチレンアクリレート類、ポリウレタン類、エポキシ類、ネオプレン類、アルキドポリエステル類、又はそれらの組み合わせを含む請求項1に記載の混合物。
【請求項13】
(a)塗料ポリマー相を有する第1ポリマー成分と、
(b)前記第1ポリマー成分に対して非混和性であって、ポリオレフィン及びポリメチルメタクリレート(PMMA)からなる群より選択される第2ポリマー成分と
を混合することを含む塗料の再利用方法。
【請求項14】
前記第1ポリマー成分及び前記第2ポリマー成分が、混合前において共に液状である請求項13に記載の方法。
【請求項15】
前記塗料が、水性塗料、油性塗料、及び溶剤系塗料からなる群より選択される請求項13に記載の方法。
【請求項16】
前記水性塗料がラテックス塗料である請求項15に記載の方法。
【請求項17】
前記ポリオレフィンが高密度ポリエチレン(HDPE)である請求項13に記載の方法。
【請求項18】
前記ラテックス塗料が、つや消し塗料、中程度のつや出し塗料、及びつや出し塗料からなる群より選択される請求項16に記載の方法。
【請求項19】
前記ポリマー混合物で製品を成形することをさらに含む請求項13に記載の方法。
【請求項20】
前記成形段階が、射出成形、ブロー成形、熱成形、回転成形、又は押出成形を含む請求項19に記載の方法。
【請求項21】
請求項1に記載のポリマー混合物を含む製品。
【請求項22】
前記製品が、ガラスに代わる、及び包装用品に代わる耐衝撃性代替品からなる群から選択される請求項21に記載の製品。
【請求項23】
前記包装用品が、容器、包装用バッグ、シュリンクフィルム、買い物袋、及び工業用ライナーからなる群より選択される請求項22に記載の製品。
【請求項24】
請求項13に記載の方法によって成形された製品。
【請求項25】
前記製品が、ガラスに代わる、及び包装用品に代わる耐衝撃性代替品からなる群から選択される請求項24に記載の製品。
【請求項26】
前記製品が、容器、包装用バッグ、シュリンクフィルム、買い物袋、及び工業用ライナーからなる群より選択される請求項25に記載の製品。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公表番号】特表2009−518528(P2009−518528A)
【公表日】平成21年5月7日(2009.5.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−544675(P2008−544675)
【出願日】平成18年12月11日(2006.12.11)
【国際出願番号】PCT/US2006/061870
【国際公開番号】WO2007/087095
【国際公開日】平成19年8月2日(2007.8.2)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.テフロン
【出願人】(593040184)ラトガーズ,ザ ステイト ユニバーシティ (1)
【氏名又は名称原語表記】RUTGERS,The State University
【Fターム(参考)】