(57)【要約】      （修正有）【課題】幅広い温度範囲（例えば約４００℃から約１３００℃）にわたって望ましい機械的強度特性および放射率を呈する熱放射性コーティング組成物を提供する。【解決手段】二酸化チタンの重量百分率がコーティング組成物の約２８重量％未満かつコーティング組成物の少なくとも約１０重量％である、二酸化チタンを含む放射剤の集合；およびセラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドの少なくとも１つから選択されるマトリックス強度向上剤の集合の乾燥混和物を含む、熱放射性コーティング組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化チタンの重量百分率がコーティング組成物の約２８重量％未満かつコーティング
組成物の少なくとも約１０重量％である、二酸化チタンを含む放射剤の集合；および
セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドの少なく
とも１つから選択されるマトリックス強度向上剤の集合の
乾燥混和物を含む、熱放射性コーティング組成物。
【請求項２】
前記コーティング組成物が約１１〜２２重量％の二酸化チタンを含む、請求項１に記載
の熱放射性コーティング組成物。
【請求項３】
前記コーティング組成物が少なくとも約１０重量％の二酸化チタンおよび約４００℃と
１３００℃の間の温度域において増加した放射率値を含む、請求項１に記載の熱放射性コ
ーティング組成物。
【請求項４】
前記コーティング組成物が少なくとも約２０重量％の二酸化チタンおよび約１０００℃
の温度において少なくとも約０．９５の放射率値を含む、請求項１に記載の熱放射性コー
ティング組成物。
【請求項５】
前記コーティング組成物中の二酸化チタンの重量百分率が増加するにつれて、約１００
０℃の温度における前記コーティング組成物の放射率値が増加する、請求項１に記載の熱
放射性コーティング組成物。
【請求項６】
前記放射剤の集合が、二酸化チタンに加えて、シリコンカーバイド、酸化クロム、二酸
化ケイ素、酸化鉄、ボロンシリサイド、ボロンカーバイド、四ホウ化ケイ素、モリブデン
ジシリサイド、タングステンジシリサイド、および二ホウ化ジルコニウムからなる群より
選択される少なくとも１つの放射剤を含む、請求項１に記載の熱放射性コーティング組成
物。
【請求項７】
前記マトリックス強度向上剤の集合が、シリコンカーバイド、二ホウ化ハフニウム、ハ
フニウムカーバイド、ハフニウムナイトライド、二ホウ化タンタル、タンタルカーバイド
、タンタルナイトライド、二ホウ化チタン、チタンカーバイド、チタンナイトライド、二
ホウ化ジルコニウム、ジルコニウムカーバイド、およびジルコニウムナイトライドからな
る群より選択される少なくとも１つのマトリックス強度向上剤を含む、請求項１に記載の
熱放射性コーティング組成物。
【請求項８】
酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、および酸化ホ
ウ素からなる群より選択される少なくとも１つの充填剤をさらに含む、請求項７に記載の
熱放射性コーティング組成物。
【請求項９】
前記コーティング組成物が溶液成分をさらに含み、前記コーティング組成物の湿混和物
中の二酸化チタンの重量百分率が約２０重量％未満かつ少なくとも約１０重量％である、
請求項１に記載の熱放射性コーティング組成物。
【請求項１０】
前記コーティング組成物の湿混和物における二酸化チタンの重量百分率が約８重量％か
ら１６重量％の間にある、請求項１に記載の熱放射性コーティング組成物。
【請求項１１】
前記溶液成分がバインダーを含む、請求項９に記載の熱放射性コーティング組成物。
【請求項１２】
前記バインダーがリン酸および／またはナトリウムシリケートを含む、請求項１１に記
載の熱放射性コーティング組成物。
【請求項１３】
酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウムおよび酸化ホウ
素から選択される約２重量％から約６０重量％の充填剤をさらに含む、請求項１に記載の
熱放射性コーティング組成物。
【請求項１４】
重量基準で約８％から３０％未満のＳｉＣを乾量基準でさらに含む、請求項１に記載の
熱放射性コーティング組成物。
【請求項１５】
重量基準で約８％から約２０％のＳｉＣを乾量基準で含む、請求項１４に記載の熱放射
性コーティング組成物。
【請求項１６】
基材用の熱放射性コーティング組成物を調製する方法であって、
二酸化チタンを得る工程；
二酸化チタンを含む放射剤の集合を用意する工程；
セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドからなる
群より選択される少なくとも１つのマトリックス強度向上剤を含むマトリックス強度向上
剤の集合を用意する工程；
少なくとも１つの充填剤が酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化
カルシウム、および酸化ホウ素からなる群より選択される、充填剤の集合を用意する工程
；ならびに
前記放射剤の集合、前記マトリックス強度向上剤の集合、および前記充填剤の集合を混
和する工程
を含み、少なくとも１つの充填剤が湿量基準でコーティング組成物の約２ｗｔ％から約６
０ｗｔ％を構成する、方法。
【請求項１７】
前記二酸化チタンが、産業廃棄物源および鉱石ベースの供給源の少なくとも１つから得
られる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記産業廃棄物源がポリオレフィン重合プロセス廃棄物源を含む、請求項１７に記載の
方法。
【請求項１９】
前記産業廃棄物源がチーグラー・ナッタ触媒含有廃棄物源を含む、請求項１８に記載の
方法。
【請求項２０】
前記産業廃棄物源から二酸化チタンを得ることが、
産業廃棄物源のｐＨを約７．０から約９．０の間に調整すること；および
ｐＨ調整した産業廃棄物源から二酸化チタンを沈殿させること
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記産業廃棄物源から二酸化チタンを得ることが、沈殿した二酸化チタンを熱分解プロ
セスに付すことをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記放射剤の集合が、二酸化チタンに加えて、シリコンカーバイド、酸化クロム、二酸
化ケイ素、酸化鉄、ボロンシリサイド、ボロンカーバイド、四ホウ化ケイ素、モリブデン
ジシリサイド、タングステンジシリサイド、および二ホウ化ジルコニウムからなる群より
選択される少なくとも１つの放射剤を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記マトリックス強度向上剤の集合が、シリコンカーバイド、二ホウ化ハフニウム、ハ
フニウムカーバイド、ハフニウムナイトライド、二ホウ化タンタル、タンタルカーバイド
、タンタルナイトライド、二ホウ化ジルコニウム、ジルコニウムカーバイド、およびジル
コニウムナイトライドからなる群より選択される少なくとも１つのマトリックス強度向上
剤を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記コーティング組成物の乾燥混和物が、約２８重量％未満の二酸化チタンかつ少なく
とも約１０重量％の二酸化チタンを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記コーティング組成物の乾燥混和物が、約２２重量％未満の二酸化チタンかつ少なく
とも約１０重量％の二酸化チタンを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記コーティング組成物の湿混和物が、約２０重量％未満の二酸化チタンかつ少なくと
も約１０重量％の二酸化チタンを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
前記コーティング組成物の湿混和物が、約１６重量％未満の二酸化チタンかつ少なくと
も約８重量％の二酸化チタンを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記コーティング組成物中に存在する二酸化チタンの重量百分率を調整することによっ
て、前記コーティング組成物の放射率値を増加させること
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
前記コーティング組成物中の二酸化チタンの重量百分率が、湿量基準で少なくとも２０
％であり、前記コーティング組成物が、約１０００℃の温度で少なくとも約０．９５の放
射率値を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
リン酸およびナトリウムシリケートからなる群より選択される少なくとも１つのバイン
ダーを用意すること；および
前記少なくとも１つのバインダーを前記放射剤の集合、前記マトリックス強度向上剤の
集合、および前記充填剤の集合を混和して、コーティング組成物を形成させること
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項３１】
複数の表面を有する基材を用意すること；および
前記基材の少なくとも１つの表面に前記コーティング組成物を適用すること
をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項３２】
前記基材が、シリカ断熱レンガ、セラミック繊維、セラミックモジュール、耐火レンガ
、プラスチック耐火物、キャスタブル耐火物、耐火モルタル、ファイバーライト、セラミ
ックタイル、ファイバーボードのアレイ、および金属からなる群より選択される、請求項
３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記基材が、炉、燃焼加熱器、セラミック自動車部品、耐火航空宇宙部品、または海洋
部品の一部分を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記炉がクラッキング炉を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記コーティング組成物の湿混和物が約２重量％から約６０重量％の充填剤を含有する
、請求項１６に記載の方法。
【請求項３６】
重量基準で約８％から３０％未満のＳｉＣを乾量基準で用意することをさらに含む、請
求項１６に記載の方法。
【請求項３７】
重量基準で約８％から約２０％のＳｉＣを乾量基準で用意することを含む、請求項３６
に記載の方法。
【請求項３８】
熱放射性コーティング組成物を使って基材の熱放射率を調節するための方法であって、
目標放射率レベルまたは目標放射率調節を特定する工程；
前記目標放射率レベルまたは前記目標放射率調節を与えると予想されるコーティング組
成物の二酸化チタン濃度を決定する工程；
コーティング組成物について基材の付着特性の集合を決定する工程；
決定された基材の付着特性を与えると予想されるコーティング組成物のＳｉＣ濃度を決
定する工程；ならびに
決定された二酸化チタン濃度および決定されたＳｉＣ濃度を含む熱放射性コーティング
組成物を用意する工程
を含む、方法。
【請求項３９】
前記決定された二酸化チタン濃度を含む熱放射性コーティング組成物を用意することが
、産業廃棄物流または鉱石ベースの二酸化チタン供給源から二酸化チタンを抽出すること
を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記産業廃棄物流がポリオレフィン重合プロセス廃棄物源を含む、請求項３９に記載の
方法。
【請求項４１】
前記ポリオレフィン重合プロセス廃棄物源がチーグラー・ナッタ触媒含有廃棄物源を含
む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記産業廃棄物流から二酸化チタンを抽出することが、
前記産業廃棄物流のｐＨを約７．０から約９．０の間に調整すること；および
ｐＨ調整済みの産業廃棄物流から二酸化チタンを沈殿させること
を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
コーティング組成物のＳｉＣ濃度を決定することが、重量基準で約８％から３０％未満
という、乾量基準でのＳｉＣ濃度を選択することをさらに含む、請求項３８に記載の方法
。
【請求項４４】
乾量基準でのＳｉＣ濃度が重量基準で約８％から約２０％である、請求項４３に記載の
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、さまざまなタイプの基材に適用することができる高放射率コーティ
ングのための組成物、および高放射率コーティング組成物を製造するためのプロセスに関
する。より具体的に述べると、本開示は、（１）強度特性が向上している高放射率コーテ
ィング組成物、（２）二酸化チタン（ＴｉＯ２）が放射率向上剤として使用されている高
放射率コーティング組成物、および（３）産業廃棄物源または産業廃棄物流を使って高放
射率コーティング組成物を費用効果的に生産するための製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
世界中でエネルギー需要が増加しエネルギーコストが上昇していることから、エネルギ
ー使用者にとってエネルギーを節減または節約する必要性は、とりわけ産業団体では、必
然的に増大している。多くの場合、燃焼加熱器または炉を使用する産業、例えば精錬所お
よび石油化学コンビナートでは、燃焼加熱器効率を最大にすることで、燃料消費量を低減
しようとする試みがなされてきた。高放射率コーティング技術は、さまざまな高温用途に
とって、プロセス信頼性や安全な操業を損なうことなく、放射伝熱を効果的に増加させ、
エネルギーを節減するための、実証済み手段になっている。
【０００３】
放射率（記号εまたはｅで表される）は、放射によってエネルギーを放出する表面の相
対的能力と広く定義することができる。より具体的に述べると、放射率は、特定材料によ
って放射されるエネルギーと同温度の黒体によって放射されるエネルギーとの比と定義す
ることができる。放射率の上昇は熱効率の増加に対応する。高温燃焼加熱器または炉用途
における高放射率コーティングに起因すると考えられる熱効率の増加は、燃焼加熱器また
は炉の性能または出力の増加および／または燃料消費量および総エネルギー需要の減少を
もたらす。
【０００４】
高放射率コーティングの利益および利点は、高放射率コーティングの性能を改良しよう
という長年にわたるさまざまな研究開発努力につながってきた。特に、ａ）放射伝熱を増
加させるために放射率値を向上させ、ｂ）基材へのコーティング付着を改良し、ｃ）多重
高温サイクル下でのコーティング寿命を延長し、ｄ）放射剤の劣化を低減するために、放
射率向上剤（「放射剤（emissivity agent）」）を含む放射性コーティング組成物を開発
するための研究が行われてきた。
【０００５】
現在、数種類の高放射率コーティング組成物が市販されている。それらの組成物中の放
射剤は、さまざまな供給源に由来しうる。よく使用される放射剤の一つはシリコンカーバ
イド（ＳｉＣ）であり、これは、中等度の温度までは、良好な放射率向上性能を示すこと
ができる。しかし、高い操業温度を伴う用途（例えば燃焼加熱器、炉、予熱器、改質装置
、他の耐火物用途、または航空宇宙用途）における放射剤としてのＳｉＣの使用は、コー
ティング組成物の放射率および機械的強度の経時的な本質的減少に、そしてそれゆえに、
放射剤としてのＳｉＣに依拠するコーティング組成物の性能または機能の総合的減少また
は劣化に、つながりうる。
【０００６】
１９９２年８月に公表された「Thermal Degradation Study of Silicon Carbide Threa
ds Developed for Advanced Flexible Thermal Protection Systems」と題するNASA Tech
nical Memorandum 130952において、Ｈ．Ｋ．ＴｒａｎとＰ．Ｍ．Ｓａｗｋｏは、４００
℃を上回る温度ではＳｉＣからＳｉＯ２への表面転移が観察されることを見いだした。Ｓ
ｉＣからＳｉＯ２への表面転移は、ＳｉＣ結合の温度誘発性分解と、それに続くＳｉＯ２
の形成によるものであった。高温におけるＳｉＣの分解反応は、次のように図解すること
ができる：ＳｉＣ＋Ｏ２→ＳｉＯ２＋ＣＯ２
【０００７】
そのようなＳｉＣの分解は、著しい材料収縮、意図せぬＳｉＯ２不動態化、およびコー
ティング組成物寿命の短縮という望ましくない結果をもたらしうる。したがって、高放射
率コーティング組成物のための改良された放射剤が、特に高温における放射性コーティン
グの放射剤性能の改良に関して、必要とされている。残念ながら、高放射率コーティング
組成物に関する先行研究は、一定の物質が放射率値の向上に関して著しい影響力を潜在的
に有しうることを充分に考慮または認識することができていなかった。
【０００８】
上記に加えて、高放射率コーティング性能の態様は研究され改良されつつあるものの、
高放射率コーティング組成物を製造するための既存のプロセスは、そのような組成物の生
産の一定の経済的態様を適正に考慮しまたは対処することができていない。特に、より良
い性能を有する高放射率コーティングを開発するために、さまざまな努力が為されてきた
が、そのような努力は、そのようなコーティング組成物の生産コストおよび高放射率コー
ティング製品の最終価格をほとんど無視しているか、または不可避的に増加させた。した
がって、高放射率コーティング組成物を、より費用効果の高い方法で、調製、製造、また
は調合する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】NASA Technical Memorandum 130952, 「Thermal Degradation Study of Silicon Carbide Threads Developed for Advanced Flexible Thermal Protection Systems」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願に記載する主題の実施形態は、幅広い温度範囲（例えば約４００℃から約１３００
℃）にわたって望ましい機械的強度特性および放射率を呈する熱放射性コーティングに向
けられる。割れおよびコーティングが適用された基材からの剥離を呈する他の放射性コー
ティングとは異なり、本明細書に記載する主題の実施形態は、室温からデコーキングサイ
クルにおいて典型的に使用される温度、例えば約１０００℃から約１６００℃またはそれ
以上までの反復温度サイクルに、割れまたは基礎を成す基材からの剥離を起こさずに耐え
る。同時に、本明細書に記載する実施形態によるコーティング組成物は、望ましい放射率
、例えば０．９９程度の高い放射率を呈する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一態様において、本明細書に記載する実施形態は、二酸化チタンの重量百分率がコーテ
ィング組成物の約２８重量％未満かつコーティング組成物の少なくとも約１０重量％であ
る、二酸化チタンを含む放射剤の集合(set)と、セラミックボライド(ceramic borides)、
セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドの少なくとも１つから選択される
マトリックス強度向上剤の集合との乾燥混和物を含む、熱放射性コーティングに向けられ
る。記載する主題のこの態様のいくつかの実施形態では、コーティングが乾量基準で３０
ｗｔ％未満のＳｉＣを含む。
【００１２】
もう一つの態様において、本明細書に記載する実施形態は、基材用の熱放射性コーティ
ング組成物を調製する方法であって、二酸化チタンを得る工程；二酸化チタンを含む放射
剤の集合を用意する工程；セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミッ
クナイトライドからなる群より選択される少なくとも１つのマトリックス強度向上剤を含
むマトリックス強度向上剤の集合を用意する工程；少なくとも１つの充填剤(filler)が酸
化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、および酸化ホウ素
からなる群より選択される、充填剤の集合を用意する工程；ならびに前記放射剤の集合、
前記マトリックス強度向上剤の集合、および前記充填剤の集合を混和する工程を含み、充
填剤が湿量基準(wet basis)でコーティング組成物の約２ｗｔ％から約６０ｗｔ％を構成
する方法に向けられる。記載する主題のこの態様のいくつかの実施形態では、コーティン
グ組成物が乾量基準(dry basis)で３０ｗｔ％未満のＳｉＣを含むように、ＳｉＣが用意
される。
【００１３】
さらにもう一つの態様において、開示の実施形態は、熱放射性コーティング組成物を使
って基材の熱放射率を調節するための方法であって、目標放射率レベルまたは目標放射率
調節を特定する工程；目標放射率レベルまたは目標放射率調節を与えると予想されるコー
ティング組成物の二酸化チタン濃度を決定する工程；コーティング組成物について基材付
着特性の集合を決定する工程；決定された基材付着特性の集合を与えると予想されるコー
ティング組成物のＳｉＣ濃度を決定する工程；ならびに決定された二酸化チタン濃度およ
び決定されたＳｉＣ濃度を含む熱放射性コーティング組成物を用意する工程を含む方法に
向けられる。記載する主題のこの態様のいくつかの実施形態では、決定されたＳｉＣ濃度
が乾量基準で３０ｗｔ％未満のＳｉＣである。
【００１４】
もう一つの態様において、放射剤または放射率向上剤として使用される二酸化チタンは
、ポリオレフィン重合プロセスからの二酸化チタン含有廃棄物流から得られる。
【００１５】
図面において、同一の参照番号は類似する要素を特定している。図面中の要素のサイズ
および相対的位置は、必ずしも正確な縮尺では描かれていない。例えば、さまざまな要素
の形状および角度は正確な縮尺では描かれておらず、これらの要素の一部は、図面の読み
やすさを改善するために、恣意的に拡大され配置されている。さらに、図示した要素の特
定形状は、その特定要素の実際の形状に関して何らかの情報を伝えようと意図しているわ
けではなく、それらは単に、図面において容易に認識できるように選択されただけである
。
以下に、図面を参照して、本開示の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の実施形態に従って高放射率コーティング組成物を調製する際に使用するためのＴｉＯ２をポリオレフィン触媒廃棄物から抽出するまたは得るためのプロセスのフローチャートである。
【図２】本開示の実施形態に従って高放射率コーティング組成物を調製または生産するためのプロセスのフローチャートである。
【図３】本開示の実施形態に従って基材に高放射率コーティング組成物を適用するためのプロセスのフローチャートである。
【図４Ａ】擬似デコーキング条件に付した後の、基材に適用されたコーティング組成物の横断面の写真である。
【図４Ｂ】擬似デコーキング条件に付した後の、基材に適用されたコーティング組成物の横断面の写真である。
【図４Ｃ】擬似デコーキング条件に付した後の、基材に適用されたコーティング組成物の横断面の写真である。
【図５Ａ】１０００℃温度域で操業した後の、市販のＳｉＣ含有コーティング組成物がコーティングされた高温炉の内壁表面の写真である。
【図５Ｂ】１０００℃温度域で操業した後の、市販のＳｉＣ含有コーティング組成物がコーティングされた高温炉の内壁表面の写真である。
【図５Ｃ】１０００℃温度域で操業した後の、市販のＳｉＣ含有コーティング組成物がコーティングされた高温炉の内壁表面の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書では例示のために本開示の具体的実施形態を記載したが、本開示の要旨および
範囲から逸脱することなく、さまざまな変更を加えうることは理解されるであろう。した
がって、添付のクレームによって限定される場合を除けば、本開示が限定されることはな
い。
【００１８】
以下の説明では、開示する主題のさまざまな態様の完全な理解が得られるように、一定
の具体的詳細を説明する。しかし開示する主題は、これらの具体的詳細を伴わずに実施し
うる。いくつかの例では、本明細書に開示する主題の実施形態を含む、周知の構造と、セ
ラミック前駆体を混合し、二酸化チタンを回収し、基材に高放射率コーティングを適用す
る方法とが、本開示の他の態様の説明を不明瞭にするのを避けるために、詳細には説明さ
れていない。
【００１９】
文脈上別段の必要がある場合を除き、本明細書およびそれに続く特許請求の範囲の全体
を通して、用語「を含む（comprise）」とその変形（例えば「comprises」および「compr
ising」）は、非排他的（open）包含的（inclusive）に、すなわち「を含むが、それらに
限定されない」と解釈されるものとする。
【００２０】
本明細書の全体を通して、「一実施形態」または「ある実施形態」への言及は、その実
施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特質が少なくとも１つの実施形態
に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通してさまざまな場所に、「
一実施形態において」または「ある実施形態において」という語句が使われていても、そ
れは、必ずしも全てが同じ態様を指しているわけではない。さらにまた、それら特定の特
徴、構造、または特質は、本開示の１つまたはそれ以上の態様において、任意の適切な方
法で組み合わせることができる。
【００２１】
本開示の実施形態は、ＴｉＯ２が単に充填材として使用されていた先行高放射率コーテ
ィング組成物とは対照的に、二酸化チタン（ＴｉＯ２）が放射率向上剤として使用されて
いる高放射率コーティング組成物に向けられる。しかし高温条件下において、本発明者ら
は、ＴｉＯ２が温度誘発性ＴｉＯ２微細構造変換ゆえに放射率向上特性を呈することを観
察した。ＴｉＯ２にはアナターゼ、ルチル、ブルッカイトという３つの天然形がある。ア
ナターゼは、そのＵＶ吸収特性ゆえに、主に光触媒用途に使用されている。アナターゼは
７００℃を上回る温度では変換を起こしてルチルを生成し、ルチルは、顔料、化粧品およ
びセラミック産業においてよく使用されている。ルチルは高温において安定であり、良好
なエネルギー放射剤であることが、本発明者らによって観察されている。ブルッカイトは
、その入手可能性が限られているので、ほとんど利用されていない。
【００２２】
先行コーティング組成物における充填剤としてのＴｉＯ２の使用は、ＴｉＯ２コストが
高いことから、典型的には、コーティング組成物の価格に悪影響を与えていた。本開示の
実施形態は、放射剤または放射率向上剤としてＴｉＯ２を含むコーティング組成物であっ
て、そのＴｉＯ２が、コーティング組成物におけるＴｉＯ２の総合的機能または特質を含
まずに費用効果的に得られるものを提供する。本開示の特定実施形態はＴｉＯ２を含有す
るコーティング組成物であって、ＴｉＯ２が産業廃棄物源、例えばポリオレフィン触媒の
生産と関連する廃棄物流から得られるものを提供する。そのようなタイプの廃棄物源から
ＴｉＯ２を得ることはＴｉＯ２のコストの低下をもたらし、それが、そのようなＴｉＯ２
を含む高放射率コーティング組成物の生産の経済的態様を改良する。産業廃棄物源からＴ
ｉＯ２を得るためのプロセス、方法、または技法は、高放射率コーティング組成物製造プ
ロセスの態様に関連して、以下に詳述する。
【００２３】
以下にさらに詳しく説明するように、本開示の高放射率コーティング、コーティング系
またはコーティング組成物を、本明細書では「コーティング組成物」という。加えて、別
段の言明がある場合を除き、全ての百分率（％）は重量対重量パーセントであり、重量％
、％（ｗ／ｗ）、ｗｔ％または単に％とも表現する。用語「湿混和物(wet admixture)」
は、溶解状態にある、または溶液に関して、コーティング組成物の構成要素(constituent
s)または構成成分(components)の相対重量百分率を指し、用語「乾燥混和物(dry admixtu
re)」は、水およびあらゆる液状試薬から分離された、または水およびあらゆる液状試薬
を添加する前の、乾燥コーティング組成物の構成要素(constituents)または構成成分(com
ponents)の相対百分率を指す。湿混和物重量百分率と乾燥混和物重量百分率とがどのよう
に関係し、またはそれらがどのように変換可能であるかは、当業者には理解されるであろ
う。
【００２４】
本開示に関して、用語「集合(set)」は、公知の数学的定義に従って（例えばAn Introd
uction to Mathematical Reasoning: Numbers, Sets, and Functions, 「Chapter 11 : P
roperties of Finite Sets」 by Peter J. Eccles, Cambridge University Press(1998)
）に記載されている方法（例えば１４０ページに示されているもの）に相当する方法で）
、数学的に少なくとも１の濃度（cardinality）（集合の元の数）を呈する空でない元の
有限構成と定義される（すなわち、本明細書において定義される集合は、単項集合もしく
は一元集合、または多元集合であることができる）。
【００２５】
本開示のコーティング組成物は（湿混和物中に）（１）ＴｉＯ２を含まない、約２重量
％から６０重量％の充填剤の集合または群；（２）ＴｉＯ２を含み、さらにシリコンカー
バイド（ＳｉＣ）および／または酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）を含むことができる、約５重
量％から７０重量％の放射剤または放射率向上剤の集合または群、（３）約５重量％から
２０重量％のマトリックス強度向上剤の集合または群、および（４）約２重量％から３０
重量％のバインダーの集合または群を含む。
【００２６】
本開示にいう充填剤は、充填剤より高価な構成成分の高放射率コーティング組成物にお
ける消費量を低下させるために、他の材料に加えられる材料である。限定するわけではな
いが、本開示において有用な充填剤には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ
素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、および酸化
ホウ素（Ｂ２Ｏ３）などがある。
【００２７】
本開示にいう放射剤または放射率向上剤は、その放射剤または放射率向上剤が添加され
る高放射率コーティング組成物の放射率を増加させる材料である。限定するわけではない
が、好適な放射剤または放射率向上剤には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、シリコンカーバ
イド（ＳｉＣ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ
２Ｏ３）、ボロンシリサイド（Ｂ４Ｓｉ）、ボロンカーバイド（Ｂ４Ｃ）、四ホウ化ケイ
素（ＳｉＢ４）、モリブデンジシリサイド（ＭｏＳｉ２）、タングステンジシリサイド（
ＷＳｉ２）、および二ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）などがある。
【００２８】
本明細書にいうマトリックス強度向上剤または熱強度向上剤は、そのようなマトリック
ス強度または熱強度向上剤を含む高放射率コーティング組成物の応力および熱応力に対す
る耐性を増加させる材料である。限定するわけではないが、さまざまな実施形態において
、有用なマトリックス強度向上剤または熱強度向上剤には、セラミックボライド、セラミ
ックカーバイド、および／またはセラミックナイトライド（例えば超高温セラミックス（
ＵＨＴＣ）などがあり、これらは、高い融点、実質的な化学的不活性、および極限的熱環
境において比較的良好な耐酸化性を呈する。特定実施形態において、マトリックス強度向
上剤は、限定するわけではないが、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、二ホウ化ハフニウム
（ＨｆＢ２）、ハフニウムカーバイド（ＨｆＣ）、ハフニウムナイトライド（ＨｆＮ）、
二ホウ化タンタル（ＴａＢ２）、タンタルカーバイド（ＴａＣ）、タンタルナイトライド
（ＴａＮ）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、チタンナイト
ライド（ＴｉＮ）、二ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、ジルコニウムカーバイド（Ｚｒ
Ｃ）、およびジルコニウムナイトライド（ＺｒＮ）を含む。加えて、一定の実施形態では
、バインダー、例えば限定するわけではないが、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、ナトリウムアル
ミノシリケートおよび／またはカリウムアルミノシリケートを含めて、例えばＡｌ２（Ｈ
２Ｐ２Ｏ７）、Ａｌ（ＰＯ３）３、ＡｌＰＯ４、および／またはＫＡｌＳｉ３Ｏ８を形成
させることによって、熱強度を向上させることもできる。バインダーの具体例は、リン酸
（Ｈ３ＰＯ４）およびナトリウムシリケートを含有する水溶液である。
【００２９】
本発明者らは、コーティング組成物の放射率、基材への付着、および温度安定性の間に
構成要素依存的なトレードオフが存在しうることに気付いた。言い換えると、コーティン
グ組成物中の特定構成要素の重量百分率を調整すると、コーティング組成物の放射率、温
度安定性、および付着能に変化が起こりうる。放射率、コーティング付着または粘着、な
らびに高温熱安定性および化学安定性を同時に向上させるために、本開示によるいくつか
のコーティング組成物実施形態は、１つまたはそれ以上の他のコーティング組成物の構成
要素、例えばＡｌ２Ｏ３の重量百分率に対して、特定重量百分率のＴｉＯ２を含む、また
は確立する。例えば、特定コーティング組成物実施形態は、湿混和物に対して重量で少な
くとも約８％から１０％のＴｉＯ２を含む。上記に加えて、または上記に代えて、本開示
によるコーティング組成物実施形態は、湿混和物に対して重量で約２０％未満から２２％
未満のＴｉＯ２を含むことができ、Ａｌ２Ｏ３の重量百分率は、所与のＴｉＯ２重量百分
率の選択に基づいて確立または調整することができる。一定の実施形態では、さまざまな
放射率およびマトリックス付着能が得られるように、Ａｌ２Ｏ３およびＴｉＯ２の重量百
分率を変化させまたは調整することができる。いくつかの実施形態において、とりわけＴ
ｉＯ２がＴｉＯ２の廃棄物源から回収される場合は、ＴｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の湿混和
物重量百分率をそれぞれ約２０％および２２％と選択することができる。ＴｉＯ２が商業
的供給源から得られる実施形態では、ＴｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の湿混和物重量百分率を
、それぞれ約１８％および１６％と選択することができる。特定実施形態では、ＴｉＯ２
およびＡｌ２Ｏ３の湿混和物重量百分率を、それぞれ約１０％および３２％と選択するこ
とができる。前記３つの実施形態では、乾量基準で、ＳｉＣが、３０ｗｔ％未満、約２０
ｗｔ％未満、約８ｗｔ％と３０ｗｔ％未満との間、および約８ｗｔ％と約２０ｗｔ％との
間の量で存在する。ある具体的実施形態では、ＳｉＣ含量が乾量基準で約１４ｗｔ％であ
る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、マトリックス強度向上剤の集合または群の使用が、コーティ
ング組成物のマトリックス内での強度ならびに付着を改良する。より具体的には、マトリ
ックス強度向上剤が、作業温度または操業温度で分解して、他のコーティング組成物の構
成要素、例えば充填剤と共に、新しい、改変された、または再調合されたマトリックスを
形成または創出する能力を有する。そのようなマトリックス強度向上剤は、１つまたはそ
れ以上のセラミックボライド、セラミックカーバイド、またはセラミックナイトライドを
含むことができる。多くの実施形態において、ＳｉＣは、約４００℃を上回る温度におい
てＳｉＯ２およびＣＯ２に分解して、酸化アルミニウムおよび二酸化ケイ素と共に新しい
マトリックス（Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＳｉＣ）を形成することができるマトリックス強
度向上剤として作用する。Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＳｉＣセラミックマトリックスは、機
械的強度、すなわちコーティング中の粒子間の結合強度を向上させるのに役立つ。コーテ
ィング中に存在するＳｉＣが多いほど、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＳｉＣマトリックスの生
成量が増える。本発明者らは、生成したＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＳｉＣマトリックスが元
のマトリックスの強度を増加させうることを観察したが、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＳｉＣ
マトリックスが多すぎるとマトリックスに欠陥が生じうることも観察した。コーティング
組成物中のＳｉＣ含量が一定のレベルになると、これらのマトリックス欠陥が優勢になり
、コーティング組成物の収縮によって証明されるとおり、機械的強度の低減を引き起こす
であろう。そのような収縮は、コーティングが適用された基材にコーティングを付着させ
た時に、コーティング組成物の割れおよび剥離を引き起こしうる。さらにまた、より多く
のＳｉＣがＳｉＯ２に分解して、分解反応からより多くのＣＯ２が生成するほど、より多
くのＣＯ２がコーティング組成物全体に拡散しようとすることが観察された。このＣＯ２
拡散は、コーティング組成物表面下の小さな気泡または空隙によって証明される。これら
の小さな気泡または空隙もコーティング組成物の機械的強度を低下させ、それがコーティ
ング組成物の実用寿命を短縮しうる。
【００３１】
図４Ａおよび図４Ｂに、基材に適用され、ナフサクラッキング炉における多重デコーキ
ングサイクルをシミュレートした条件（すなわち室温と１６００℃で１時間の保持との間
を２２サイクル）に付した後の、本明細書に記載する実施形態によるコーティング組成物
の横断面の写真を示す。図４Ａおよび図４Ｂでは、コーティング組成物と基礎を成す基材
との間の分離は見られない。図４Ｃは、基材に適用され、５回の、図４Ａおよび図４Ｂの
試料と同じ擬似デコーキングサイクルに付した、市販の高放射率コーティング組成物の横
断面の写真を示す。図４Ｃの試料は、コーティングと基材との間に目に見える割れを示し
、コーティングと基材との間の剥離を証明している。
【００３２】
上記に加えて、または上記に代えて、一定の実施形態において、マトリックス強度向上
剤は、二ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ２）、ハフニウムカーバイド（ＨｆＣ）、ハフニウム
ナイトライド（ＨｆＮ）、二ホウ化タンタル（ＴａＢ２）、タンタルカーバイド（ＴａＣ
）、タンタルナイトライド（ＴａＮ）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）、チタンカーバイド
（ＴｉＣ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、二ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、ジル
コニウムカーバイド（ＺｒＣ）、およびジルコニウムナイトライド（ＺｒＮ）の１つまた
はそれ以上を含むことができる。
【００３３】
上に言明したように、本開示のコーティング組成物は、バインダーまたは結合剤として
役立つ１つまたはそれ以上の化学品または物質を含むことができる。そのようなバインダ
ーは、コーティング組成物とそのコーティング組成物が適用される基材との間の結合を促
進する。さらにまた、前記バインダーは、コーティングの分子間（例えばＡｌ２Ｏ３分子
とＡｌ２Ｏ３分子の間）の結合を促進することによって、コーティング組成物のサポート
を容易にし、または実現し、それが、コーティング組成物マトリックスそのもののマトリ
ックス構造の創出を容易にする。多くの実施形態では、バインダーがＨ３ＰＯ４を含有す
る水溶液であるか、またはそれを含む。基材のタイプに応じてさまざまな実施形態では、
バインダーがナトリウムシリケート（Ｎａ２ＳｉＯ３）であるか、またはそれを含む。一
定の実施形態では、バインダーが、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＳｉＣマトリックスのサポー
トを容易にし、または実現する。
【００３４】
本開示による高放射率コーティング組成物の一実施形態は、約２．８％から７５％のＡ
ｌ２Ｏ３、約１３．９％から２７．８％のＴｉＯ２、約８．３％から２５．０％のＳｉＣ
、約４．２％から１１．１％の酸化クロムＣｒ２Ｏ３、および約５．６％のＳｉＯ２の乾
燥混和物を含み、ここで上記百分率のそれぞれは重量百分率である。溶液型またはスラリ
ー型（湿混和物）である対応するコーティング組成物は、重量百分率基準で、約２％から
５４％のＡｌ２Ｏ３、約１０％から４０％のＴｉＯ２、約６％から１８％のＳｉＣ、約３
％から８％のＣｒ２Ｏ３、約４％のＳｉＯ２、および約２％から２８％のＨ３ＰＯ４を含
有する水を含む。
【００３５】
上記に加えて、着色されたコーティング組成物を形成させるために、着色剤をコーティ
ング組成物に含めることができる。限定するわけではないが、着色剤の例には、カドミウ
ムイエロー、カドミウムオレンジ、カドミウムレッド、カドミウムオレンジディープ、カ
ドミウムリトポンオレンジ、およびカドミウムリトポンレッドなどがある。着色剤の範囲
または希釈率は、着色剤の製造者の仕様書から得ることができる。耐火物用途における高
温強度を向上させることが公知である安定剤も、必要に応じて、コーティング組成物に組
み込むことができる。限定するわけではないが、安定剤の例には、ベントナイト、カオリ
ン、マグネシウムアルミナシリカ粘土、安定化酸化ジルコニウム、板状アルミナ、および
他のボールクレー安定剤などがある。
【００３６】
高放射率コーティング組成物製造プロセスの態様
ポリオレフィン触媒廃棄物からＴｉＯ２を抽出するまたは得るためのプロセス態様
図１に、ポリオレフィン触媒を含有する廃棄物源、廃棄物流、または廃棄物溶液から、
本開示の実施形態に従って、高放射率コーティング、コーティング系またはコーティング
組成物（以下、コーティング組成物と総称する）を調製する際に使用するためのＴｉＯ２
を抽出するまたは得るためのプロセス１００のフローチャートを示す。本明細書にいう廃
棄物源、廃棄物流、および廃棄物溶液は可換的に使用され、限定するわけではないが、こ
れには、重合プロセス、例えばオレフィンの重合によるポリオレフィンの生産に使用され
た触媒を含むプロセス流またはプロセスバッチが含まれる。廃棄物源、廃棄物流および廃
棄物溶液は必ずしも処分用ではなく、消費された触媒を含有し、再使用のために再活性化
することができる流れ、溶液、および供給源が含まれる。
【００３７】
第１プロセス部分１１０では、ＴｉＯ２および／またはそこからＴｉＯ２を得るまたは
抽出することができる１つまたはそれ以上の形態の１つまたはそれ以上のＴｉ化合物また
は組成物を含む少なくとも１つの供給源、流れ、または溶液、例えばＴｉＯ２および／ま
たはそこからＴｉＯ２を得るまたは抽出することができる１つまたはそれ以上の形態の１
つまたはそれ以上のＴｉ化合物または組成物を含む廃棄物源、廃棄物流、または廃棄物溶
液を、用意し、または得る。
【００３８】
本開示の実施形態では、ポリエチレン重合プロセスと関連する触媒を含有する廃棄物源
、廃棄物流、または廃棄物溶液を用意する。そのような触媒含有廃棄物源、廃棄物流、ま
たは廃棄物溶液はＴｉＯ２を含みまたは保持することができる。さまざまな実施形態にお
いて、ＴｉＯ２を含む触媒含有廃棄物源、廃棄物流、または廃棄物溶液は、チーグラー・
ナッタ触媒が関与するプロセス、例えばチーグラー・ナッタ触媒の調製および使用と関連
するプロセスから得ることができる。
【００３９】
一定の実施形態において、触媒含有廃棄物源は、単独重合、または他のオレフィンの共
重合、例えばポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン、ポリシクロオレフィン
、ポリクリタジエン（polycritadiene）、ポリイソプロペン、無定形ポリ−α−オレフィ
ンおよびポリアセチレンなどが関与するプロセスから得ることができる。さまざまな実施
形態において、好適な触媒含有廃棄物源、廃棄物流、または廃棄物溶液は、上記に加えて
、または上記に代えて、充分な量または実質的な量のＴｉＯ２をそこから得るまたは抽出
することができ、一般に簡単なかつ／または経済的な抽出プロセスを必要とする、ＴｉＯ
２に富む供給源および／またはＴｉ包含供給源を含む触媒系を利用する他のプロセスから
得ることができる。
【００４０】
特定実施形態において、ＴｉＯ２を含む供給源、流れ、または溶液は、イルメナイト型
鉱石（すなわち鉱石ベースのＴｉＯ２源）から得ることができる。例えば、ＴｉＯ２を含
む供給源、流れ、または溶液は、メンブレンベースの電気透析プロセス（例えば米国特許
第４，１０７，２６４号明細書に記載されているメンブレンベースの電気透析プロセス）
または有機リン酸抽出プロセス（例えば米国特許第４，１６８，２９７号明細書に記載さ
れている不純物除去のための有機リン酸抽出プロセスなど）を使って、イルメナイト型鉱
石から得ることができる。加えて、またはもう一つの選択肢として、具体的実施形態にお
いて、第１プロセス部分１１０において用意されるＴｉＯ２を含む供給源、流れ、または
溶液は、ＴｉＯ２顔料生産プロセス、例えば米国特許第５，０９４，８３４号明細書に記
載のＴｉＯ２顔料生産プロセスから得ることもできる。
【００４１】
第２プロセス部分１２０では、公知の量および濃度の塩基性溶液または塩基性物質を、
考慮中のＴｉＯ２供給源（例えば触媒含有廃棄物および／または鉱石ベースのＴｉＯ２源
）に導入または添加することにより、触媒含有廃棄物源のｐＨ値を調整する。代表的実施
形態において、塩基性溶液は、限定するわけではないが、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）
および水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）の一方を含むことができる。例えば、ＮａＯＨ
の添加により、触媒含有廃棄物源、廃棄物流、または廃棄物溶液のｐＨを約１．０から９
．０または約２．０から８．０、または約２．０から７．０に調整することができる。触
媒含有廃棄物源、廃棄物流、または廃棄物溶液のｐＨを調整するために使用される１つま
たはそれ以上の他の塩基性溶液は、好ましくは、ＴｉＯ２と反応しない。
【００４２】
第３プロセス部分１３０では、考慮中の（ｐＨ調整済み）ＴｉＯ２源、例えば触媒含有
廃棄物および／または鉱石ベースのＴｉＯ２供給源から、ＴｉＯ２を沈殿または分離させ
る。多くの実施形態では、処理済みＴｉＯ２源を、沈降させ、ＴｉＯ２の沈殿を容易にし
、または実現する。沈降または沈殿、それゆえに完全な分離のために見越しておく継続時
間は、所望の分離を達成するのに要求されるとおりに調整または選択することができる。
例えば、ＴｉＯ２源は、約１０時間、１２時間、１５時間、またはそれ以上にわたって沈
降させることができる。
【００４３】
第４プロセス部分１４０では、沈殿したＴｉＯ２を回収し、不純物除去、例えば塩化ナ
トリウム（ＮａＣｌ）などの塩類の除去のために、充分に洗浄する。いくつかの実施形態
では、収集した沈殿ＴｉＯ２を脱イオン水で、例えば約３回から６回またはそれ以上洗浄
する。洗浄に続いて、沈殿ＴｉＯ２を酸素の存在下で熱処理することで、ＴｉＯ２をルチ
ルに熱分解し、かつ／または揮発性画分を除去する。この熱処理プロセスは約９００℃か
ら約１１００℃の温度で行うことができる。熱処理の温度は調整することができ、典型的
には、約１６６０±１０℃であるＴｉＯ２の融点より低い。か焼または熱処理プロセスの
継続時間は約４時間、５時間、またはそれ以上（例えば約７時間以上）とすることができ
る。
【００４４】
第５プロセス部分１５０では、か焼反応または熱処理プロセスの完了後に、結果として
得られたＴｉＯ２を収集する。収集されたＴｉＯ２を冷却してもよく、その後、約６５メ
ッシュ未満の平均粒径まで粉砕する。ＴｉＯ２を他の平均粒径または等価なＵＳふるい系
列または６５メッシュより大きいもしくは小さいタイラーメッシュサイズに容易に粉砕で
きることは、当業者には理解されるであろう。
【００４５】
高放射率コーティング組成物を調製または生産するためのプロセスの態様
図２に、本開示の実施形態に従ってコーティング組成物を調製または生産するためのプ
ロセス２００のフローチャートを図解する。
【００４６】
図２を参照して説明する実施形態では、コーティング組成物を調製または生産するため
のプロセス２００がバッチ式で行われる。本明細書に記載するコーティング組成物を調製
する実施形態は、バッチ式プロセスに限定されるわけではなく、連続プロセスも使用でき
ることを理解すべきである。第１プロセス部分２１０では、混合容器または混合タンクを
用意する。混合容器は、その中の粒子または内容物の混合および分配が容易になるように
構成される。多種多様な混合容器が当分野では公知である。一般にそのような混合容器に
は、少なくとも何らかの形態のインペラ、撹拌機、および／またはバッフルが装備され、
場合によってはさらに、回転ブレードが装備される。
【００４７】
第２プロセス部分２２０では、コーティング組成物を調製するために使用される予め決
定された量のセラミック前駆体、放射剤または放射率向上剤、およびマトリックス強度向
上剤を混合容器に導入する。そのようなセラミック前駆体には、酸化アルミニウム（Ａｌ
２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（
ＣａＯ）、および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）から選択される充填剤が含まれる。例示的放射
剤または放射率向上剤には二酸化チタン（ＴｉＯ２）が含まれ、いくつかの実施形態では
、さらなる放射率向上剤が、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）
、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、ボロンシリサイド（Ｂ４Ｓｉ）、
ボロンカーバイド（Ｂ４Ｃ）、四ホウ化ケイ素（ＳｉＢ４）、モリブデンジシリサイド（
ＭｏＳｉ２）、タングステンジシリサイド（ＷＳｉ２）、および二ホウ化ジルコニウム（
ＺｒＢ２）から選択される。マトリックス強度向上剤の例には、シリコンカーバイド（Ｓ
ｉＣ）、二ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ２）、ハフニウムカーバイド（ＨｆＣ）、ハフニウ
ムナイトライド（ＨｆＮ）、二ホウ化タンタル（ＴａＢ２）、タンタルカーバイド（Ｔａ
Ｃ）、タンタルナイトライド（ＴａＮ）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）、チタンカーバイ
ド（ＴｉＣ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、二ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、ジ
ルコニウムカーバイド（ＺｒＣ）、およびジルコニウムナイトライド（ＺｒＮ）が含まれ
る。多くの実施形態では、セラミック前駆体、放射剤または放射率向上剤、およびマトリ
ックス強度向上剤が、一様な混合を保証するために選択された特別なまたは予め決定され
た平均粒径を有する。例えば、セラミック前駆体、放射剤または放射率向上剤、およびマ
トリックス強度向上剤は、約６５メッシュ、約２００メッシュ、または約３２５メッシュ
の粒径を有しうる。
【００４８】
第３プロセス部分２３０では、コーティング組成物の構成成分を、約２５０ミクロンよ
り大きい残渣を実質的に含まないよく混合された混合物が生産されるように意図された混
合パラメータの集合に従って、混合容器中で撹拌または配合する。
【００４９】
第４プロセス部分２４０では少なくとも１つのバインダーを混合容器に添加する。前述
のように、バインダーはコーティング組成物マトリックスをサポートし、コーティング組
成物とコーティング組成物が適用される基材または表面との間の結合を促進するのを助け
る。したがってバインダーはコーティング組成物が適用される基材のタイプに基づいて選
択される。いくつかの実施形態では、基材がシリカ断熱レンガ、セラミック繊維、セラミ
ックモジュール、耐火レンガ、プラスチック耐火物、キャスタブル耐火物、ファイバーラ
イト（fiberlite）、セラミックタイル、ファイバーボードのアレイ、および耐火モルタ
ルの少なくとも１つから選択される場合に、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）を含有する水溶液をバ
インダーとして使用することができる。リン酸の濃度は、例えば約１０％、１５％、また
は２０％容積／容積の範囲になるように選ぶことができる。いくつかの実施形態では、基
材が金属である場合に、ナトリウムシリケート（Ｎａ２ＳｉＯ３）が好適なバインダーで
ある。
【００５０】
第５プロセス部分２５０では、混合容器へのバインダーの添加に続いて、セラミック前
駆体およびバインダーを含む混合物内容物を、約２５０ミクロンより大きくない残渣によ
って証明される一様なバインダー分散系が得られるように撹拌するか、かき混ぜる。
【００５１】
第６プロセス部分２６０では、結果として得られたコーティング組成物を混合容器から
収集する。コーティング組成物は、コーティング組成物を貯蔵し、含有し、受容し、また
は保持するための予め定められた容積を有するバケツまたは個別容器に移すことができる
。
【００５２】
基材にコーティング組成物を適用するためのプロセスの態様
図３は、本開示の実施形態に従って基材にコーティング組成物を適用するためのプロセ
スのフローチャートである。
【００５３】
第１プロセス部分３１０では、基材が用意される。基材は、シリカ断熱レンガ、セラミ
ック繊維、セラミックモジュール、耐火レンガ、プラスチック耐火物、キャスタブル耐火
物、耐火モルタル、ファイバーライト、セラミックタイル、ファイバーボードのアレイ、
および金属の少なくとも１つから選択することができる。基材は、炉（例えばクラッキン
グ炉）の内壁（inner lining）、構造、および／または部品、燃焼加熱器、予熱器、改質
装置、現場の他の耐火装置、セラミック自動車部品、耐火航空宇宙部品、または使用時に
高温にさらされる海洋部品であることができる。
【００５４】
第２プロセス部分３２０では、基材をコーティング用に調製する。特定実施形態では、
コーティングに先だって、基材をキュアリングし、焼成し、または清浄化する。例えば基
材は、湿気および化学品を除去するために、ある具体的継続時間にわたって、所望の温度
に加熱することによって、キュアリングすることができる。いくつかの実施形態では、基
材とコーティング組成物との間の結合に悪影響を及ぼしまたは干渉しうる塵埃または粒子
を除去するために、集塵装置を使って、基材を清浄化する。
【００５５】
第３プロセス部分３３０では、本開示の実施形態によるコーティング組成物を用意する
。コーティング組成物は、本明細書に記載する方法と同一または類似する方法で調製する
ことができ、スラリーの形態をとりうる。コーティング組成物中の粒子または沈渣が貯蔵
中に沈降しうるので、使用に先だって、必要であれば、完全な粒子分散を保証するために
コーティング組成物をかき混ぜる。現場作業で基材にコーティング組成物を適用する前に
コーティング組成物を撹拌するために、ポータブル電動ミキサーを使用することができる
。他のタイプのミキサーまたはかき混ぜ機もしくは撹拌機も使用できることが理解される
。
【００５６】
第４プロセス部分３４０では、コーティング組成物を制御された方法で基材の表面に適
用する。コーティング組成物は、関連分野の当業者には公知の方法（すなわち表面コーテ
ィング方法）を使って基材の表面に適用することができる。例示的方法には、ブラシ、ブ
レード、または噴霧機による適用が含まれる。
【００５７】
第５プロセス部分３５０では、コーティングされた基材を乾燥プロセスに付す。例えば
、基材上のコーティングを約１日から３日またはそれ以上にわたって乾燥させる。
【００５８】
以下の代表的実施例１〜３では、本開示に記載するタイプのコーティング組成物の効果
、機能、および／または特性を例証する。本開示の範囲が以下の代表的実施例に限定され
ないことは、当業者には理解されるであろう。
【実施例】
【００５９】
実施例１
コーティング組成物の放射率に対するＴｉＯ２含量の変動の効果
この実施例では、コーティング組成物の放射率に対するＴｉＯ２含量の効果を例証する
。一般論として、ＴｉＯ２の量を増加させると放射率が増加し、ＴｉＯ２含量を増加させ
た結果としてのこの放射率の増加は、４００℃から１０００℃では顕著であり、１１００
℃および１２００℃ではあまり明白ではなく、１３００℃では最も目立たない。これは、
ＴｉＯ２含量を増加させることの、放射率値に対する効果は、放射率値を決定する温度が
上昇するにつれて減少することを示唆している。
【００６０】
図２の第２プロセス部分に従ってコーティング組成物を調製する際にＴｉＯ２を放射剤
または放射率向上剤として使用した場合に、ＴｉＯ２含量がコーティング組成物の放射率
に及ぼす効果を調べるための実験を行った。
【００６１】
５つの放射性コーティング組成物（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、および（Ｅ）を調
製した。コーティング組成物のそれぞれを調製した後、それらを、所定の寸法を持つ断熱
レンガの試験片にスプレーすることによって適用した。高放射率コーティング組成物のス
プレーコーティングは、市販の吹き付け器を使って行った。滑らかで良好な塗り坪を達成
するために、コーティング組成物のバルク密度を約１．５０〜１．７０ｋｇ／Ｌに制御し
た。約１〜２ｍｍのノズル径および約４〜５バールの圧力を使用した。ノズルとコーティ
ング表面との間の距離は約５０ｃｍに維持した。断熱レンガは２０×２０×２．５ｃｍで
あり、約１．８ｋｇ／ｍ２のコーティング率を使用した。コーティングを硬化させるため
に、コーティングされた基材を８００℃の高温炉で５時間加熱した後、コーティングを周
囲温度まで冷ました。コーティングし冷却した基材を試験して、それらの放射率を決定し
た。
【００６２】
放射率は、標準的な高温計を使って測定した。各基材試料を表示の温度まで加熱し、基
材の温度を測定し、高温計が正しい温度を表示するように、放射率値を調整した。４００
℃から１３００℃までにわたる温度におけるコーティング組成物（Ａ）から（Ｅ）のそれ
ぞれの放射率値を測定した。各試験片に同じ技法を使用する限り、他の方法または技法を
代替的に使用することで放射率値を測定しうることもまた、当業者には理解される。
【００６３】
コーティング組成物（Ａ）から（Ｅ）の調製
各コーティング組成物（Ａ）から（Ｅ）は、予め決定された量のセラミック前駆体と放
射率向上剤とを使って調製した。使用したセラミック前駆体は、酸化アルミニウム（Ａｌ
２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（
ＳｉＯ２）を含んでいた。二酸化チタン（ＴｉＯ２）を放射率向上剤として使用した。別
段の言明がある場合を除き、セラミック前駆体および二酸化チタンは市販の供給源から得
た。コーティング組成物（Ａ）から（Ｅ）のそれぞれを調製するために使用したセラミッ
ク前駆体は約３２５メッシュ未満の平均粒径を有していた。
【００６４】
湿混和物基準で、最終コーティング組成物（Ａ）から（Ｅ）のそれぞれにおけるＴｉＯ
２の重量百分率は、約１０％と４０％の間でさまざまであったが、ＳｉＣ、Ｃｒ２Ｏ３、
およびＳｉＯ２の重量百分率は一定に保たれた。さらに、充填剤の量を減少させてＴｉＯ
２の量を増加させた時の放射率に対するＴｉＯ２含量の硬化を評価するために、Ａｌ２Ｏ
３の重量百分率を、増加するＴｉＯ２の重量百分率に対して、約４２％と２％の間で減少
するように変動させた。
【００６５】
コーティング組成物（Ａ）から（Ｅ）のそれぞれにおけるセラミック前駆体の含量は次
のとおりであった：
コーティング組成物（Ａ）
コーティング組成物（Ａ）は、重量で、約４２％のＡｌ２Ｏ３、０％のＴｉＯ２、１８
％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。
コーティング組成物（Ｂ）
コーティング組成物（Ｂ）は、重量で、約３２％のＡｌ２Ｏ３、１０％のＴｉＯ２、１
８％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。
コーティング組成物（Ｃ）
コーティング組成物（Ｃ）は、重量で、約２２％のＡｌ２Ｏ３、２０％のＴｉＯ２、１
８％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。
コーティング組成物（Ｄ）
コーティング組成物（Ｄ）は、重量で、約１２％のＡｌ２Ｏ３、３０％のＴｉＯ２、１
８％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。
コーティング組成物（Ｅ）
コーティング組成物（Ｅ）は、重量で、約２％のＡｌ２Ｏ３、４０％のＴｉＯ２、１８
％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。
【００６６】
上述の、予め決定された量のセラミック前駆体および放射率向上剤を、混合タンクに導
入し、次に撹拌することで、約２５０ミクロンより大きい残渣が存在しないことによって
証明される一様な混合を達成した。撹拌に続いて、約１７％容積／容積のリン酸（Ｈ３Ｐ
Ｏ４）を含有する水溶液をバインダーとして混合タンクに導入した。より具体的には、約
２８重量％の、１７％容積／容積のＨ３ＰＯ４を含有する水溶液を、撹拌した混合物に添
加することで、合計１００重量％にした。その結果得られた混合物を数分間撹拌し、そこ
からコーティング組成物を得た。
【００６７】
上述の技法を使ってコーティング組成物を基材に適用した。
【００６８】
結果
表１に示すように、コーティング組成物（Ａ）から（Ｅ）では、ＴｉＯ２含量を増加さ
せると、放射率の増加が起こり、放射率の増加は約４００℃から１０００℃の温度ではと
りわけ顕著であった。より具体的に述べると、約２０％またはそれ以上のＴｉＯ２の重量
百分率は、約１０００℃において、ＴｉＯ２が存在しない場合の約０．９３〜０．９６と
いう放射率値と比べて、約０．９８〜０．９９という放射率値をもたらした。一般に、約
２０％またはそれ以上の重量百分率でＴｉＯ２を含めると、ＴｉＯ２を除外したコーティ
ング組成物（Ａ）と比較して、温度に応じて、放射率値が約１％から６％増加した。どの
温度でも、ＴｉＯ２の添加は、放射率の増加をもたらすか、少なくとも減少をもたらさな
いことが観察された。
【００６９】
コーティング組成物（Ｃ）、（Ｄ）、および（Ｅ）は、最も高い放射率値を異なる温度
で生じることがわかった。これらのコーティング組成物は、約２０％またはそれ以上のＴ
ｉＯ２および約２２％未満のＡｌ２Ｏ３を含んでいた。さらに、約４００℃から１１００
℃の温度では、少なくとも約１０％のＴｉＯ２重量百分率が、望ましい放射率の増加、す
なわちそれぞれ０．０３および０．０１放射率単位を引き起こすことがわかった。
【００７０】
【表１】
2018184615.tif 000002
【００７１】
上に挙げた組成物の構成要素の乾燥混和物重量百分率は、例えば２８重量％のＨ３ＰＯ
４含有水溶液を混合タンクまたは容器に添加したことを考慮して、全部で７２％のパーセ
ント乾燥重量に対して、明記された湿重量百分率を標準化することなどによって算出でき
ることは、当業者には理解されるであろう。
【００７２】
実施例２
コーティング組成物の放射率に対するＴｉＯ２の供給源の効果
この実施例では、触媒含有廃棄物流から得たＴｉＯ２が、廃棄物ではない商業的供給源
からのＴｉＯ２を含有するコーティング組成物と同じ放射率値を与えることを示す。
【００７３】
放射剤または放射率向上剤として使用されるＴｉＯ２の供給源が、図２の第２プロセス
部分２２０に従って調製されるコーティング組成物の放射率に及ぼす効果を比較する実験
を行った。
【００７４】
４つの放射性コーティング組成物（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）を調製した。
コーティング組成物のそれぞれの調製後に、上記実施例１に記載したものと同じ基材およ
び技法を使って、コーティング組成物を適用した。次に、約４００℃から１３００℃まで
にわたる温度におけるコーティング組成物（Ａ）から（Ｄ）のそれぞれの放射率値を、上
記実施例１で説明した方法と同じ方法で測定した。
【００７５】
コーティング組成物（Ａ）から（Ｄ）の調製
予め決定された量のセラミック前駆体および放射率向上剤を使って各コーティング組成
物（Ａ）から（Ｄ）を調製した。セラミック前駆体は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）
、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、および二酸化ケイ素（Ｓ
ｉＯ２）を含んでいた。二酸化チタン（ＴｉＯ２）を放射率向上剤として使用した。Ａｌ
２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｒ２Ｏ３、およびＳｉＯ２は、実施例１において同じ材料を提供した
供給源と同じ商業的供給源から得た。ＴｉＯ２は、実施例１で使用したＴｉＯ２を提供す
る供給源と同じ商業的供給源から得るか、ポリオレフィン触媒含有廃棄物源、廃棄物流、
または廃棄物溶液、例えば図１のプロセス１００に関して上に説明した供給源から得た。
この実施例において使用した、ポリオレフィン触媒含有廃棄物流からＴｉＯ２を得るため
のプロセスの詳細を以下に説明する。コーティング組成物（Ａ）から（Ｄ）のそれぞれを
調製するために使用したセラミック前駆体および放射率向上剤は、約３２５メッシュ未満
の平均粒径を有していた。
【００７６】
湿混和物基準で、最終コーティング組成物（Ａ）および（Ｂ）のそれぞれにおけるＴｉ
Ｏ２の重量百分率は約１０％に維持し、最終コーティング組成物（Ｃ）および（Ｄ）のそ
れぞれのＴｉＯ２重量百分率は約２０％に維持した。コーティング組成物（Ａ）および（
Ｂ）では、Ａｌ２Ｏ３の重量百分率を約３２ｗｔ％に維持した。コーティング組成物（Ｃ
）および（Ｄ）についてはＡｌ２Ｏ３重量百分率を約２２ｗｔ％に維持した。ＳｉＣ、Ｃ
ｒ２Ｏ３、およびＳｉＯ２の重量百分率を、コーティング組成物（Ａ）から（Ｄ）につい
て、一定に保持した。コーティング組成物（Ａ）から（Ｄ）のそれぞれにおけるセラミッ
ク前駆体の含量または量およびＴｉＯ２の供給源は次のとおりであった：
コーティング組成物（Ａ）
コーティング組成物（Ａ）は、重量で、約１０％のＴｉＯ２、３２％のＡｌ２Ｏ３、１
８％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。ＴｉＯ２は商業的供
給源から得られた。
コーティング組成物（Ｂ）
コーティング組成物（Ｂ）は、重量で、約１０％のＴｉＯ２、３２％のＡｌ２Ｏ３、１
８％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。ＴｉＯ２はポリオレ
フィン触媒含有廃棄物流抽出プロセスから得られた。
コーティング組成物（Ｃ）
コーティング組成物（Ｃ）は、重量で、約２０％のＴｉＯ２、２２％のＡｌ２Ｏ３、１
８％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。ＴｉＯ２は商業的供
給源から得られた。
コーティング組成物（Ｄ）
コーティング組成物（Ｄ）は、重量で、約２０％のＴｉＯ２、２２％のＡｌ２Ｏ３、１
８％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。ＴｉＯ２はポリオレ
フィン触媒含有廃棄物流抽出プロセスから得られた。
【００７７】
ポリオレフィン触媒含有廃棄物流からのＴｉＯ２の抽出
実施例２でＴｉＯ２の供給源として使用したポリオレフィン触媒含有廃棄物流は、ポリ
エチレン製造プロセスから得られた。
【００７８】
ポリエチレン触媒含有廃棄物流または流出物（以下「ＰＥ触媒廃棄物」）をポリエチレ
ン製造プロセスから収集した。水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含有する溶液を導入する
ことによって、ＰＥ触媒廃棄物のｐＨを、約２．０から７．０に調整した。ｐＨ調整を行
うとＴｉＯ２およびＡｌ（ＯＨ）２が析出し、その混合物を終夜、沈降させた。塩化ナト
リウム（ＮａＣｌ）などの塩を除去するためにＴｉＯ２を含有する沈殿部分を脱塩水で約
４〜５回、充分に洗浄した。洗浄したＴｉＯ２を、次に、約５００℃で終夜乾燥し、揮発
性画分を除去すると共に、ＴｉＯ２がそのルチル形にあることを保証するために、約１０
００℃で約５時間か焼した。その結果得られたＴｉＯ２を約６５メッシュ未満の平均粒径
に粉砕した。
【００７９】
セラミック前駆体およびＴｉＯ２を混合タンクに導入し、その中で撹拌した。撹拌に続
いて、約１７％容積／容積のリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を含有する水溶液を混合タンクに導入
して、バインダーとした。より具体的には、約２８重量％の、１７％容積／容積のＨ３Ｐ
Ｏ４を含有する水溶液を、撹拌したセラミック前駆体およびＴｉＯ２に添加することで、
合計１００重量％にした。その結果得られた混合物を数分間撹拌し、そこからコーティン
グ組成物を得た。
【００８０】
上記実施例１で説明したものと同じ技法を使って、同じタイプの基材に混合物を適用し
た。
【００８１】
結果
実施例１に記載したものと同じ方法で、コーティング組成物（Ａ）から（Ｄ）を保持す
る試験片について、放射率値を決定した。コーティング組成物（Ａ）から（Ｄ）のそれぞ
れの放射率値を示す結果を、下記表２に掲載する。結果は、１０％ＴｉＯ２および使用し
たセラミック前駆体が等しい重量分率である時、コーティング組成物（Ｂ）は、コーティ
ング組成物（Ａ）と、約１０００℃および１３００℃の温度において、同一または本質的
に同一の放射率値を有し、約１１００℃および１２００℃の温度では、ほとんどまたはほ
ぼ同一の放射率値を有することを示している。加えて、結果は、２０％ＴｉＯ２の重量分
率が等しく、セラミック前駆体の重量分率が同一である時、コーティング組成物（Ｄ）は
、コーティング組成物（Ｃ）と比較して、約１１００℃の温度で同一の放射率値を有し、
約１０００℃、１２００℃および１３００℃の温度でほとんどまたはほぼ同一の放射率値
を有することも実証している。これらの結果は、本開示において説明するようにポリオレ
フィン触媒含有廃棄物源からのＴｉＯ２（これは放射剤または放射率向上剤として機能す
る）を使って調製されたコーティング組成物が、廃棄物でない商業的供給源からのＴｉＯ
２を使って調製されたコーティング組成物と比較して、放射率を測定する温度に依存して
、同一、本質的に同一、ほぼ同一、または匹敵する放射率値を有することを示している。
【００８２】
【表２】
2018184615.tif 000003
【００８３】
上に挙げた組成物の構成要素の乾燥混和物重量百分率は、例えば２８重量％のＨ３ＰＯ
４含有水溶液を混合容器に添加したことを考慮して、全部で７２％のパーセント乾燥重量
に対して、明記された湿重量百分率を標準化することなどによって算出できることは、当
業者には理解されるであろう。
【００８４】
実施例３
高放射率コーティング組成物表面付着性試験
本開示の高放射率コーティング組成物と、そのコーティング組成物を適用した基材との
間の結合を評価するために、実験を行った。
【００８５】
この実施例では、以下のパラグラフで述べるように、２つのコーティング組成物を調製
した。
【００８６】
コーティング組成物（Ａ）および（Ｂ）の調製
予め決定された量のセラミック前駆体を使ってコーティング組成物（Ａ）および（Ｂ）
を調製した。セラミック前駆体は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド
（ＳｉＣ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含んでいた。二酸
化チタン（ＴｉＯ２）を放射率向上剤として使用した。Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｒ２Ｏ３
、およびＳｉＯ２は市販の供給源に由来し、約４２５メッシュ未満の平均粒径を呈した。
ＴｉＯ２は、実施例２で述べたように回収ポリエチレン触媒から得られ、約６５メッシュ
未満の平均粒径を有した。コーティング組成物（Ａ）から（Ｂ）におけるセラミック前駆
体の含量は、次のとおりであった：
コーティング組成物（Ａ）
コーティング組成物（Ａ）は、重量で、約３２％のＡｌ２Ｏ３、１０％のＴｉＯ２、１
８％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。
コーティング組成物（Ｂ）
コーティング組成物（Ｂ）は、重量で、約２２％のＡｌ２Ｏ３、２０％のＴｉＯ２、１
８％のＳｉＣ、８％のＣｒ２Ｏ３、および４％のＳｉＯ２を含んだ。
【００８７】
セラミック前駆体およびＴｉＯ２を混合タンクに導入し、その中で撹拌した。撹拌に続
いて、約１７％容積／容積のリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を含有する水溶液を混合タンクに導入
して、バインダーとした。より具体的には、約２８重量％の、１７％容積／容積のＨ３Ｐ
Ｏ４を含有する水溶液を、撹拌したセラミック前駆体に添加することで、合計１００重量
％にした。その結果得られた混合物を２５ｒｐｍで数分間撹拌してから、コーティング組
成物を収集した。
【００８８】
この実施例では、シリカ断熱レンガを基材として使用した。コーティング組成物の適用
に先だって、集塵装置を使って基材を清浄化した。２．５ミリメートル吹き付け器を使用
し、制御された方法で、コーティング組成物を基材にスプレーした。より具体的には、吹
き付け器の圧力を約５〜６バールとし、適用されるコーティングの量を約１〜１．６ｋｇ
／ｍ２とした。
【００８９】
付着性試験に先だって、コーティングされた基材を約８００℃で約５時間加熱した。加
熱した基材を、次に、周囲温度まで冷ました。
【００９０】
付着性試験は、ナフサクラッキング炉で行われるデコーキングサイクルをシミュレート
するように計画した。ナフサクラッキング炉の操業では、炉が約１１００℃の操業温度に
加熱され、典型的には１稼働年で８回のデコーキングサイクルがある。デコーキングサイ
クル中は、約１１００℃の操業温度に加熱された炉が周囲温度に冷まされる。周囲温度へ
の冷却後に、炉は再び操業温度まで加熱されて、２サイクル目を開始する。それゆえに、
放射性コーティング組成物が典型的な年間デコーキング条件下で少なくとも１年の稼働年
数を有することを立証するために、コーティングされた基材を約５時間にわたって約１６
００℃（これはナフサクラッキング炉の実際の操業温度より約４５％高い）まで加熱する
ことによって付着性試験を行い、次に加熱された基材を周囲温度に冷却することで、１デ
コーキングサイクルをシミュレートした。この擬似デコーキングサイクルを８回繰り返し
た。１回のデコーキングサイクルの完了に続いて、基材上のコーティングを、収縮および
割れについて観察した。光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、および／または別の観察技法を
使って、表面の態様および基材へのコーティング組成物の界面付着を評価することができ
る。この実施例では、加熱および冷却プロセス、それに続くコーティングおよび基材の光
学的観察、検査および測定によるコーティング組成物表面の状態および界面付着の評価を
、８回繰り返した。コーティング組成物（Ａ）および（Ｂ）を適用した耐熱レンガの横断
面の写真を、図４Ａおよび図４Ｂに提示する。
【００９１】
コーティングと基材との間の付着の品質を評価するために、コーティング組成物（Ａ）
および（Ｂ）を、ＡＳＴＭ番号Ｃ１６２４−０５に従って２タイプの付着性試験に付した
。１つ目の試験は、コーティングに付着させたドリーを利用するプルオフ試験であった。
プルオフ試験では、ドリーに、ドリーを付着させた表面から離れる方向の力を加えた。付
着性試験の実行に役立つデバイスの一例は、ニューヨーク州オグデンズバーグのＤｅＦｅ
ｌｓｋｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手することができるＰｏｓｉＴｅｓｔ（登録商
標）プルオフ式付着性試験機である。２つ目の試験は、ＡＳＴＭ  Ｃ１６２４−０５に従
って機械的破損モードを評価するための引っ掻き試験であった。
【００９２】
結果
コーティングおよび基材の光学的観察、検査および測定からわかるとおり、コーティン
グ組成物（Ａ）および（Ｂ）はどちらも、シリカ断熱レンガ基材への良好な付着を呈した
。２００ミクロンのコーティング膜厚では、３０００ｐｓｉの最大荷重でもコーティング
は基材からはがれなかった。引っ掻き試験で試験した場合、２００ミクロンのコーティン
グ膜厚は、３８Ｎの付着強さを呈した。加えて、コーティング組成物（Ａ）および（Ｂ）
はどちらも、８サイクルの加熱および冷却による熱ショックに耐えた。
【００９３】
図４Ｃは、湿量基準で約２３ｗｔ％のＳｉＣ含量を有する、ＳＺＥＴがＱＺという商品
名で販売している市販の高放射率コーティング組成物の光学像である。市販のコーティン
グは、基材とコーティングとの間の割れによって証明されるとおり、基材から剥離した。
開示する実施形態のコーティング組成物と同じレベルの基材付着、耐熱性、および機械的
特性を呈さない高放射率コーティングでコーティングされた表面では、そのような剥離が
明白になる。図５Ａ〜図５Ｃは、１２００℃で３年間の操業後の、市販の高放射率コーテ
ィング組成物でコーティングされたナフサクラッキング炉の内壁表面の写真である。図５
Ａ〜図５Ｃに示すコーティング組成物は、最初の３ヶ月間の操業中は満足できる性能を呈
し、その間は３％から４％のエネルギー節減が観察されたが、最初の３ヶ月が過ぎた後は
、エネルギー節減が約０．５％に低下したことによって証明されるとおり、性能が劇的に
低下した。加えて、３ヶ月の稼働後は、基礎を成す基材からのコーティング表面のある程
度の剥離も観察された。３年にわたるそのような操業後に、図５Ａ〜図５Ｃに示すコーテ
ィングは、乾量基準で、約２２％のＳｉＣ含量を有していた。この量に基づくと、炉壁に
最初に適用されたコーティング組成物は、乾量基準で約３０％から４０％のＳｉＣを含有
していたと見積もられる。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、市販のコーティングの付着特性およ
び熱特性が充分でないために、コーティングは、基礎を成す基材から剥離し始めているか
、剥離してしまっている。理論に束縛されることは望まないが、図５Ａ〜図５Ｃにおける
コーティングの剥離によって証明される性能の低下は、元のコーティングのＳｉＣ含量が
乾量基準で３０％またはそれ以上であることの結果であると考えられる。
【００９４】
これらの結果は、乾量基準で３０％未満のＳｉＣを含有するコーティング組成物（Ａ）
および（Ｂ）が、シリカ断熱レンガ基材への良好な付着を促進し、維持し、ナフサクラッ
キング炉の少なくとも１稼働年をシミュレートした条件下で良好な耐熱性を有し、維持す
ることを示している。図４Ｃに図示した市販のコーティング組成物とは異なり、コーティ
ング組成物（Ａ）および（Ｂ）は、８回の擬似デコーキングサイクル後も、それぞれの基
材から剥離しなかった。加えて、これらの結果は、コーティング組成物（Ａ）および（Ｂ
）にまたがるＴｉＯ２重量百分率範囲±この範囲の極値に対して約５％から２０％（例え
ば約１０％から１５％）の重量百分率変動に包含されるＴｉＯ２重量百分率と、乾量基準
で３０％未満のＳｉＣとを含む、本開示のコーティング組成物が、向上した放射率と望ま
しい基材付着特性との両方を与えうることを示している。例えば、少なくとも約８％から
１０％のＴｉＯ２の湿混和物重量百分率、または約２２％未満から２３％未満のＴｉＯ２
湿混和物重量百分率、または約１０％から２０％の間のＴｉＯ２の湿混和物重量百分率と
、乾量基準で３０％未満、さらには乾量基準で約２０％未満のＳｉＣ含量を有する本開示
のコーティング組成物は、向上した放射率および望ましい基材付着特性を与える。本開示
の代表的コーティング組成物実施形態では、ＴｉＯ２重量百分率を、ある特定コーティン
グ組成物から別の特定コーティング組成物へと変化させる時に、組成物の構成要素の特定
集合の重量百分率（例えばＡｌ２Ｏ３の重量百分率）を相応に調整することができ、した
がって他の組成物の構成要素の重量百分率は一定のままに保つことができる。
【００９５】
上に挙げた組成物の構成要素の乾燥混和物重量百分率は、例えば２８重量％のＨ３ＰＯ
４含有水溶液を混合容器に添加したことを考慮して、全部で７２％のパーセント乾燥重量
に対して、明記された湿重量百分率を標準化することなどによって算出できることは、当
業者には理解されるであろう。
【００９６】
実施例１〜３に報告した結果は、驚くべきであり、かつ／または予想外であった。それ
らの結果は、ＴｉＯ２が熱放射性コーティング組成物中の放射率向上剤として作用できる
こと、および産業廃棄物源または産業廃棄物流、例えばポリオレフィン重合プロセスに関
連するものから得られるＴｉＯ２は、向上した放射率（例えば０．０１から０．０６放射
率単位またはそれ以上の増加）ならびにかなりの回数の熱サイクルおよび／または長期間
にわたって剥離を呈さない基材への付着特性を有するコーティング組成物を生産するため
に使用することができることを示している。さらにまた、特定実施形態において、本明細
書に記載する実施形態に従って向上した放射率と基材付着特性との両方を与えるコーティ
ング組成物は、乾量基準で約３０％を上回るＳｉＣと、適当な放射率向上を与えるために
湿混和物基準で２０％から２２％のＴｉＯ２（例えば約２０％未満のＴｉＯ２）かつ少な
くとも約８％から１０％のＴｉＯ２とを含む必要がない。同様に、本開示の特定実施形態
によるコーティング組成物は、乾量基準で約３０％を上回るＳｉＣと、適当な放射率向上
を与えるために乾燥混和物基準で、２７％から３０％のＴｉＯ２（例えば約２７％未満か
ら２９％未満（例えば約２８％未満）のＴｉＯ２）かつ少なくとも約１１％のＴｉＯ２と
を含む必要がない。一定の実施形態において、本開示の実施形態によるコーティング組成
物は、乾量基準で３０％未満のＳｉＣと、湿混和物基準で約８％から１６％の間のＴｉＯ
２、または乾燥混和物基準で約１１％から２２％の間のＴｉＯ２を含むことができる。
【００９７】
本開示によって提供されるコーティング組成物の代表的実施例を下記実施例４〜６で説
明する。本開示の範囲が以下の組成物に限定されないことは、当業者には理解されるであ
ろう。
【００９８】
実施例４
スラリー混和物の形態のコーティング組成物を本開示に従って調製した。本組成物は、
約２２重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、約１８重量％のシリコンカーバイド（
ＳｉＣ）、約８重量％の酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、約４重量％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ
２）、約２０重量％の二酸化チタン（ＴｉＯ２）、および約１７％容積／容積のＨ３ＰＯ
４を含有する約２８重量％の水を含んだ。ＴｉＯ２は、商業的供給源、または上記実施例
２で述べた処理済みポリオレフィン触媒廃棄物流、またはそれら２つの供給源の併用から
選択した。商業的供給源からのＴｉＯ２は、廃棄物流から回収されたＴｉＯ２より高い純
度を有する。例えば、商業的供給源からのＴｉＯ２は９９％を上回る純度を呈し、一方、
廃棄物源からのＴｉＯ２は、上述の実施形態に従ってＡｌ２Ｏ３に転化することができる
Ａｌ（ＯＨ）３が存在するために、８０％から９０％の純度を有する。
【００９９】
コーティング組成物は図２のプロセス２００を使って調合した。
【０１００】
本コーティング組成物は、約１．５〜１．６ｋｇ／リットルの密度、約１０００℃で約
０．９７より高い放射率、約１２００℃で約０．８５より高い放射率（実施例１の説明に
従って測定した場合）を有し、光学的観察によれば、コーティングされた基材に対して良
好な表面付着を呈した。吹き付け器を使って本コーティング組成物を基材に直接適用した
。その改良された放射率および付着能ゆえに、この実施例で述べるコーティング組成物で
コーティングされた表面を含む炉では、その燃料ガス消費量の減少量が、望ましくは約４
％、または約３０〜３２トン／時間の炉処理量で約１００〜２００キログラムの燃料ガス
／時間になるであろう。算出される燃料消費量の減少は、ナフサ供給原料処理量が約３０
〜３２トン／時間であり、通常の燃料消費量が約５トン／時間の燃料ガスであるクラッキ
ング炉に基づいている。この実施例のコーティングを適用した後は、炉の燃料ガス消費量
が、約１００〜２００キログラム／時間または約２％から４％、減少した。この燃料ガス
の節減はデコーキングサイクルを１０回反復した後も一定のままだった。
【０１０１】
実施例５
乾燥混和物の形態のコーティング組成物を本開示に従って調製した。本組成物は、約３
０．５重量％の酸化アルミニウム（Ａ１２Ｏ３）、約２５．０重量％のシリコンカーバイ
ド（ＳｉＣ）、約１１．１重量％の酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、約５．６重量％の二酸化
ケイ素（ＳｉＯ２）、および約２７．８重量％の二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含んだ。Ｔ
ｉＯ２は、商業的供給源、または実施例２で述べた処理済みポリオレフィン触媒廃棄物流
、または商業的供給源と廃棄物源との併用から選択した。商業的供給源からのＴｉＯ２は
、廃棄物流から回収されたＴｉＯ２より高い純度を有する。例えば、商業的供給源からの
ＴｉＯ２は９９％を上回る純度を呈し、一方、廃棄物源からのＴｉＯ２は、上述の実施形
態に従ってＡｌ２Ｏ３に転化することができるＡｌ（ＯＨ）３が存在するために、８０％
から９０％の純度を有する。
【０１０２】
コーティング組成物は図２のプロセス２００を使って調合した。ただし、プロセス部分
２４０は省いた。セラミック前駆体、すなわちＡｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ
２、および商業的供給源からの放射率向上性ＴｉＯ２は、約３２５メッシュ未満の平均粒
径を有し、一方、実施例２に従って処理されたポリオレフィン触媒含有廃棄物流からのＴ
ｉＯ２は、約６５メッシュ未満の平均粒径を有した。
【０１０３】
輸送および貯蔵が容易なように、乾燥混和物の形態のコーティング組成物を調製した。
基材をコーティングする前に、乾燥コーティング混和物を、１７容量％の濃度のリン酸水
溶液と、制御された方法で（例えばミキサーの構成に応じて）よく混合することで、セラ
ミック前駆体の粉末または粒子が凝集したり、混合容器の側面に張り付いたりするのを防
止した。
【０１０４】
調製したコーティングを、炉の内壁を形成する断熱レンガに適用した。この炉は、約４
５０℃で操業した場合、元々は約１．２５トン／時間の燃料ガスを消費した。本コーティ
ングは、コーティングされた炉を約４５０℃で操業した場合に、放射率０．９８を有し、
それが約４％または５０ｋｇ／時間の燃料ガス消費量につながった。
【０１０５】
実施例６
スラリー混和物の形態のコーティング組成物を本開示に従って調製した。本組成物は、
約２重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、約１８重量％のシリコンカーバイド（Ｓ
ｉＣ）、約８重量％の酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、約４重量％の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２
）、約４０重量％の二酸化チタン（ＴｉＯ２）、および約１７％容積／容積のＨ３ＰＯ４
を含有する約２８重量％の水を含んだ。ＴｉＯ２は、商業的供給源、または上記で述べた
処理済みポリオレフィン触媒廃棄物流、またはそれら２つの供給源の併用から選択した。
商業的供給源からのＴｉＯ２は、廃棄物流から回収されたＴｉＯ２より高い純度を有する
。例えば、商業的供給源からのＴｉＯ２は９９％を上回る純度を呈し、一方、廃棄物源か
らのＴｉＯ２は、上述の実施形態に従ってＡｌ２Ｏ３に転化することができるＡｌ（ＯＨ
）３が存在するために、８０％から９０％の純度を有する。
【０１０６】
コーティング組成物は図２のプロセス２００を使って調合した。
【０１０７】
本コーティング組成物は、約１．５〜１．６ｋｇ／リットルの密度、約１０００℃で約
０．９８より高い放射率、約１２００℃で約０．８６より高い放射率（実施例１に従って
測定）を有し、コーティングされた基材に対して極めて良好な表面付着を有した。上記実
施例１で述べたように吹き付け器を使って本コーティング組成物を断熱レンガ基材に直接
適用した。本コーティング組成物は、露出表面に適用した場合、炉における少なくとも約
２０％の熱損失低下に寄与した。この２０％という熱損失の低下は、コーティング組成物
の適用前および適用後の炉の外表面の温度を決定し、従来の熱伝達法則を適用して炉壁を
通した伝導および周囲条件（例えば室温および風速）における炉壁表面における対流によ
る熱損失の差を算出することに基づいた。
【０１０８】
実施例７
下記表３に示す組成を有する高放射率コーティングの断熱レンガ基材に対する付着特性
および粘着特性を評価するために、引っ掻き試験法（ＡＳＴＭ  Ｃ１６２４−０５（１０
））を、組成物１、２および３で行った。一般に、引っ掻き試験法は、１２０°の円錐角
および２００μｍのチップ半径を有するロックウェルＣダイヤモンドチップまたは超硬合
金チップを含む球状円錐針で、被験コーティング−基材系を横切るように針を一定速度で
引くことによって引っ掻き傷を生成させることからなる。コーティング基材系を横切るよ
うに針を引くときに、一定のまたは漸増する荷重が、固定された速度で、針によって基材
に加えられる。荷重が漸増する場合、臨界荷重（Ｌｃ）は、認識できる破損が起こる最小
荷重と定義される。
【０１０９】
引っ掻き試験におけるコーティング損傷の推進力は、弾塑性圧入応力、摩擦応力および
残留内部応力の組み合わせである。低荷重レジームでは、これらの応力が、基材にまだ完
全に付着したままであるコーティングのコンフォーマルまたは引張割れをもたらす。これ
らの応力の発生が第１臨界荷重を定義する。高荷重レジームでは、もう一つの臨界荷重が
定義され、それが、スポーリング、座屈またはチッピングによる基材からのコーティング
の脱離の発生に対応する。
【０１１０】
この実施例では、ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＳＡ  Ｒｅｖｅｔｅｓｔ引っ掻き
試験機（ＲＳＴ）を使って、各試料で３回の引っ掻きを行った。ＲＳＴは、軟質基材上の
ハードコーティングならびに硬質基材上のソフトコーティングの付着／粘着強さを試験す
るのに適している。１２０°の円錐角を有する硬質金属チップを使って測定を行った。試
験条件およびパラメータを表３に列挙する。測定後に各試料をダスタースプレーで清浄化
し、針との初期接触点と、基材からのコーティングの剥離が起こった場所との間の距離を
測定した。適用した力／距離曲線を使って、剥離が起こった場所に対応する荷重を決定し
た。各試料について剥離が起こった時の荷重を下記表４に報告する。
【０１１１】
上記実施例１で述べた技法を使って各コーティング組成物を調製した。実施例３で述べ
たように湿コーティング組成物を断熱レンガ基材に適用することによって、各試料を調製
した。引っ掻き試験の前に、コーティングを１２００℃で５時間焼いた。焼いたコーティ
ングは２００マイクロメーター厚だった。
【０１１２】
【表３】
2018184615.tif 000004
【０１１３】
【表４】
2018184615.tif 000005
【０１１４】
表４に報告する結果は、２１．４Ｎから３８．８Ｎまでの範囲にわたる荷重で試料組成
物が基材から剥離したことを示している。これらの結果は断熱レンガ基材への試料組成物
の付着の代表例である。
【０１１５】
コーティング組成物の調合、調製、または選択の追加態様
本開示のいくつかの実施形態によれば、１つまたはそれ以上の他のコーティング組成物
の構成要素（例えばＡｌ２Ｏ３などの充填剤）の濃度に対してＴｉＯ２濃度を（例えば湿
または乾燥混和物重量百分率基準で）変化させた時に放射率がどのように影響を受けるか
またはどのように影響を受けると予想することができるかを明示するデータを参照しまた
は利用することにより、考慮中のコーティング組成物についての目標放射率レベル、また
はコーティング組成物の集合または群についての放射率向上の尺度を、決定または推定す
ることができる。そのようなデータは、電子フォーマット（例えば表またはデータベース
）または非電子フォーマットで保存することができる。加えて、そのようなデータは、Ｔ
ｉＯ２濃度を（例えば充填剤に対する相対的基準で）変化させた時に、予め決定された期
間、かなりの期間または長期間、例えば少なくとも６ヶ月、約１年、または１年を超える
期間にわたって、１つまたはそれ以上のタイプの基材へのコーティング組成物付着がどの
ような影響を受けると予想されるかを含むことまたは明示することもできる。そのような
データに基づいて、適当な量のＴｉＯ２を含めた結果として向上した放射率と、適当な期
間にわたって望ましい基材付着特性を与えるコーティング組成物を特定し、選択し、容易
に調製することができる。
【０１１６】
前述の課題の少なくとも１つに対処するために、本開示の特定実施形態を上に記載した
。一定の実施形態に関連する特徴、機能、プロセス、プロセス部分、利点、および代替的
選択肢を、これらの実施形態との関連において説明したが、他の実施形態もそのような利
点を呈しうるし、本開示の範囲に包含されるために全ての実施形態が必ずしもそのような
利点を呈する必要があるわけではない。上に開示した特徴、機能、プロセス、プロセス部
分、利点、およびその代替的選択肢を望ましく組み合わせて異なる方法、プロセス、シス
テム、または用途にしうることは、理解されるであろう。上に開示した特徴、機能、プロ
セス、プロセス部分またはその代替的選択肢ならびに現時点では予測または予期できない
さまざまな代替的選択肢、当業者が後に加えうる変更、変形または改良は、下記のクレー
ムに包含される。
【０１１７】
上述のさまざまな実施形態を組み合わせてさらなる実施形態を提供することができる。
本明細書中で言及しかつ／または出願データシートに列挙されている米国特許、米国特許
出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許刊行物は全て、参照によ
りそのまま本明細書に組み込まれる。実施形態の態様は、必要であれば、さまざまな特許
、出願および刊行物の概念を使用してさらなる実施形態を提供するために、変更すること
ができる。
【０１１８】
これらの改変および他の改変は、上の詳細な説明に照らして、実施形態に加えることが
できる。一般に以下のクレームでは、使用される用語を、クレームを本明細書に開示した
具体的実施形態に限定すると解釈するのではなく、そのクレームに付与される均等の全範
囲に沿って考えうる全ての実施形態を包含すると解釈すべきである。したがってクレーム
が本開示によって限定されることはない。
【図１】
2018184615.tif 000006
【図２】
2018184615.tif 000007
【図３】
2018184615.tif 000008
【図４Ａ】
2018184615.tif 000009
【図４Ｂ】
2018184615.tif 000010
【図４Ｃ】
2018184615.tif 000011
【図５Ａ】
2018184615.tif 000012
【図５Ｂ】
2018184615.tif 000013
【図５Ｃ】
2018184615.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月29日(2018.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化チタンの重量百分率がコーティング組成物の約２８重量％未満かつコーティング組成物の少なくとも約１０重量％である、二酸化チタンを含む放射剤の集合；および
セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドの少なくとも１つから選択されるマトリックス強度向上剤の集合の
乾燥混和物を含む、熱放射性コーティング組成物。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
これらの改変および他の改変は、上の詳細な説明に照らして、実施形態に加えることができる。一般に以下のクレームでは、使用される用語を、クレームを本明細書に開示した具体的実施形態に限定すると解釈するのではなく、そのクレームに付与される均等の全範囲に沿って考えうる全ての実施形態を包含すると解釈すべきである。したがってクレームが本開示によって限定されることはない。
以下は本開示の一実施形態である。
［１］
二酸化チタンの重量百分率がコーティング組成物の約２８重量％未満かつコーティング組成物の少なくとも約１０重量％である、二酸化チタンを含む放射剤の集合；および
セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドの少なくとも１つから選択されるマトリックス強度向上剤の集合の
乾燥混和物を含む、熱放射性コーティング組成物。
［２］
前記コーティング組成物が約１１〜２２重量％の二酸化チタンを含む、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［３］
前記コーティング組成物が少なくとも約１０重量％の二酸化チタンおよび約４００℃と１３００℃の間の温度域において増加した放射率値を含む、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［４］
前記コーティング組成物が少なくとも約２０重量％の二酸化チタンおよび約１０００℃の温度において少なくとも約０．９５の放射率値を含む、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［５］
前記コーティング組成物中の二酸化チタンの重量百分率が増加するにつれて、約１０００℃の温度における前記コーティング組成物の放射率値が増加する、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［６］
前記放射剤の集合が、二酸化チタンに加えて、シリコンカーバイド、酸化クロム、二酸化ケイ素、酸化鉄、ボロンシリサイド、ボロンカーバイド、四ホウ化ケイ素、モリブデンジシリサイド、タングステンジシリサイド、および二ホウ化ジルコニウムからなる群より選択される少なくとも１つの放射剤を含む、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［７］
前記マトリックス強度向上剤の集合が、シリコンカーバイド、二ホウ化ハフニウム、ハフニウムカーバイド、ハフニウムナイトライド、二ホウ化タンタル、タンタルカーバイド、タンタルナイトライド、二ホウ化チタン、チタンカーバイド、チタンナイトライド、二ホウ化ジルコニウム、ジルコニウムカーバイド、およびジルコニウムナイトライドからなる群より選択される少なくとも１つのマトリックス強度向上剤を含む、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［８］
酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、および酸化ホウ素からなる群より選択される少なくとも１つの充填剤をさらに含む、上記［７］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［９］
前記コーティング組成物が溶液成分をさらに含み、前記コーティング組成物の湿混和物中の二酸化チタンの重量百分率が約２０重量％未満かつ少なくとも約１０重量％である、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［１０］
前記コーティング組成物の湿混和物における二酸化チタンの重量百分率が約８重量％から１６重量％の間にある、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［１１］
前記溶液成分がバインダーを含む、上記［９］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［１２］
前記バインダーがリン酸および／またはナトリウムシリケートを含む、上記［１１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［１３］
酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウムおよび酸化ホウ素から選択される約２重量％から約６０重量％の充填剤をさらに含む、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［１４］
重量基準で約８％から３０％未満のＳｉＣを乾量基準でさらに含む、上記［１］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［１５］
重量基準で約８％から約２０％のＳｉＣを乾量基準でさらに含む、上記［１４］に記載の熱放射性コーティング組成物。
［１６］
基材用の熱放射性コーティング組成物を調製する方法であって、
二酸化チタンを得る工程；
二酸化チタンを含む放射剤の集合を用意する工程；
セラミックボライド、セラミックカーバイド、およびセラミックナイトライドからなる群より選択される少なくとも１つのマトリックス強度向上剤を含むマトリックス強度向上剤の集合を用意する工程；
少なくとも１つの充填剤が酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、および酸化ホウ素からなる群より選択される、充填剤の集合を用意する工程；ならびに
前記放射剤の集合、前記マトリックス強度向上剤の集合、および前記充填剤の集合を混和する工程
を含み、少なくとも１つの充填剤が湿量基準でコーティング組成物の約２ｗｔ％から約６０ｗｔ％を構成する、方法。
［１７］
前記二酸化チタンが、産業廃棄物源および鉱石ベースの供給源の少なくとも１つから得られる、上記［１６］に記載の方法。
［１８］
前記産業廃棄物源がポリオレフィン重合プロセス廃棄物源を含む、上記［１７］に記載の方法。
［１９］
前記産業廃棄物源がチーグラー・ナッタ触媒含有廃棄物源を含む、上記［１８］に記載の方法。
［２０］
前記産業廃棄物源から二酸化チタンを得ることが、
産業廃棄物源のｐＨを約７．０から約９．０の間に調整すること；および
ｐＨ調整した産業廃棄物源から二酸化チタンを沈殿させること
を含む、上記［１７］に記載の方法。
［２１］
前記産業廃棄物源から二酸化炭素を得ることが、沈殿した二酸化チタンを熱分解プロセスに付すことをさらに含む、上記［２０］に記載の方法。
［２２］
前記放射剤の集合が、二酸化チタンに加えて、シリコンカーバイド、酸化クロム、二酸化ケイ素、酸化鉄、ボロンシリサイド、ボロンカーバイド、四ホウ化ケイ素、モリブデンジシリサイド、タングステンジシリサイド、および二ホウ化ジルコニウムからなる群より選択される少なくとも１つの放射剤を含む、上記［１６］に記載の方法。
［２３］
前記マトリックス強度向上剤の集合が、シリコンカーバイド、二ホウ化ハフニウム、ハフニウムカーバイド、ハフニウムナイトライド、二ホウ化タンタル、タンタルカーバイド、タンタルナイトライド、二ホウ化ジルコニウム、ジルコニウムカーバイド、およびジルコニウムナイトライドからなる群より選択される少なくとも１つのマトリックス強度向上剤を含む、上記［１６］に記載の方法。
［２４］
前記コーティング組成物の乾燥混和物が、約２８重量％未満の二酸化チタンかつ少なくとも約１０重量％の二酸化チタンを含む、上記［１６］に記載の方法。
［２５］
前記コーティング組成物の乾燥混和物が、約２２重量％未満の二酸化チタンかつ少なくとも約１０重量％の二酸化チタンを含む、上記［２４］に記載の方法。
［２６］
前記コーティング組成物の湿混和物が、約２０重量％未満の二酸化チタンかつ少なくとも約１０重量％の二酸化チタンを含む、上記［１６］に記載の方法。
［２７］
前記コーティング組成物の湿混和物が、約１６重量％未満の二酸化チタンかつ少なくとも約８重量％の二酸化チタンを含む、上記［２６］に記載の方法。
［２８］
前記コーティング組成物中に存在する二酸化チタンの重量百分率を調整することによって、前記コーティング組成物の放射率値を増加させること
をさらに含む、上記［１６］に記載の方法。
［２９］
前記コーティング組成物中の二酸化チタンの重量百分率が、湿量基準で少なくとも２０％であり、前記コーティング組成物が、約１０００℃の温度で少なくとも約０．９５の放射率値を有する、上記［２８］に記載の方法。
［３０］
リン酸およびナトリウムシリケートからなる群より選択される少なくとも１つのバインダーを用意すること；および
前記少なくとも１つのバインダーを前記放射剤の集合、前記マトリックス強度向上剤の集合、および前記充填剤の集合を混和して、コーティング組成物を形成させること
をさらに含む、上記［１６］に記載の方法。
［３１］
複数の表面を有する基材を用意すること；および
前記基材の少なくとも１つの表面に前記コーティング組成物を適用すること
をさらに含む、上記［１６］に記載の方法。
［３２］
前記基材が、シリカ断熱レンガ、セラミック繊維、セラミックモジュール、耐火レンガ、プラスチック耐火物、キャスタブル耐火物、耐火モルタル、ファイバーライト、セラミックタイル、ファイバーボードのアレイ、および金属からなる群より選択される、上記［３１］に記載の方法。
［３３］
前記基材が、炉、燃焼加熱器、セラミック自動車部品、耐火航空宇宙部品、または海洋部品の一部分を含む、上記［３２］に記載の方法。
［３４］
前記炉がクラッキング炉を含む、上記［３３］に記載の方法。
［３５］
前記コーティング組成物の湿混和物が約２重量％から約６０重量％の充填剤を含有する、上記［１６］に記載の方法。
［３６］
重量基準で約８％から３０％未満のＳｉＣを乾量基準で用意することをさらに含む、上記［１６］に記載の方法。
［３７］
重量基準で約８％から約２０％のＳｉＣを乾量基準で用意することを含む、上記［３６］に記載の方法。
［３８］
熱放射性コーティング組成物を使って基材の熱放射率を調節するための方法であって、
目標放射率レベルまたは目標放射率調節を特定する工程；
前記目標放射率レベルまたは前記目標放射率調節を与えると予想されるコーティング組成物の二酸化チタン濃度を決定する工程；
コーティング組成物について基材の付着特性の集合を決定する工程；
決定された基材の付着特性を与えると予想されるコーティング組成物のＳｉＣ濃度を決定する工程；ならびに
決定された二酸化チタン濃度および決定されたＳｉＣ濃度を含む熱放射性コーティング組成物を用意する工程
を含む、方法。
［３９］
前記決定された二酸化チタン濃度を含む熱放射性コーティング組成物を用意することが、産業廃棄物流または鉱石ベースの二酸化チタン供給源から二酸化チタンを抽出することを含む、上記［３８］に記載の方法。
［４０］
前記産業廃棄物流がポリオレフィン重合プロセス廃棄物源を含む、上記［３９］に記載の方法。
［４１］
前記ポリオレフィン重合プロセス廃棄物源がチーグラー・ナッタ触媒含有廃棄物源を含む、上記［４０］に記載の方法。
［４２］
前記産業廃棄物流から二酸化チタンを抽出することが、
前記産業廃棄物流のｐＨを約７．０から約９．０の間に調整すること；および
ｐＨ調整済みの産業廃棄物流から二酸化チタンを沈殿させること
を含む、上記［４１］に記載の方法。
［４３］
コーティング組成物のＳｉＣ濃度を決定することが、重量基準で約８％から３０％未満という、乾量基準でのＳｉＣ濃度を選択することをさらに含む、上記［３８］に記載の方法。
［４４］
乾量基準でのＳｉＣ濃度が重量基準で約８％から約２０％である、上記［４３］に記載の方法。
【外国語明細書】
2018184615000001.pdf