(57)【要約】  繊維セメント適用においてセルロース繊維を処理するなど、広範囲のシラン処理操作のための低ＶＯＣシラノール添加剤を提供する。シラノール添加剤は、触媒存在下、シランを加水分解することにより作製してから、加水分解反応により遊離されるアルコールなどのＶＯＣを実質的に全て除去して、低ＶＯＣおよび／または実質的にアルコールを含まないシラノール添加剤を生成することにより作製する。低ＶＯＣシラノール添加剤は、製造施設においてＶＯＣ放出を増加させることなく、種々の工業的プロセスに使用できる。該シラノール添加剤は、従来の多くのシラン処理プロセスにおいてシランを加水分解するために必要とされる反応時間をなくすために、処理表面に直接適用することができる。該シラノール添加剤を、処理基材を含有する溶液に添加するか、または表面処理として直接適用することができる。
2008505892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シラン含有化合物および触媒を用意すること；
予め決められた量のシラン含有化合物および触媒の各々を混合容器に移すこと；
混合容器中で、シラン含有化合物および触媒を水と混合させること；
予め決められた処理条件下で、触媒を用いてシラン含有化合物を加水分解することにより、シラノールおよび１種以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む混合物を形成すること；および
低ＶＯＣシラノール添加剤を形成するために前記混合物から少なくとも相当部分のＶＯＣを除去すること、を含む低ＶＯＣ含量を有するシラノール添加剤を製造する方法。
【請求項２】
製造プロセスにおいて低ＶＯＣシラノール添加剤を用いることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記低ＶＯＣシラノール添加剤が、約９０重量％以上のシラノールを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記混合物から少なくとも相当部分のＶＯＣを除去することが、前記混合物中の約５０重量％以上のＶＯＣを除去することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ＶＯＣが、アルコール類、アミン類、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
シラン含有化合物が、ｎ−オクチルエトキシシラン、ｎ−オクチルメトキシシラン、シラン類、アルコキシシラン類、アルキルアルコキシシラン類、ハロゲン化オルガノシラン類、カルボキシル化オルガノシラン類、エポキシアルコキシシラン、シリコーンエマルジョン、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項７】
触媒が、硫酸、塩酸、硝酸、酢酸、ギ酸、クエン酸、リン酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
加水分解の反応時間が触媒を用いない同じ加水分解反応の反応時間の約５分の１になるように、触媒はシランの加水分解を促進させる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
シラン含有化合物中のシランの約５％以下が混合物中で加水分解されないままであるように、触媒がシランの加水分解を促進させる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
シラン含有化合物および触媒を供給することが、別々のバルク保存容器内で前記化合物および触媒を回分することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記混合物からのＶＯＣの除去が、前記混合物からＶＯＣを除去するために、ワイプ膜分離器を用いることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記混合物が、約１ｌｂ／分以上の流速、減圧下、約４０〜６０℃の温度でワイプ膜分離器に導入され、前記分離器は約０．５ｍ2〜１０ｍ2の表面積を有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
繊維セメント製造、パルプおよび製紙製造、織物製造、印画紙製造、ビルディング製品製造、インク製造、鉱物材料加工および改質、並びに感圧接着剤製造からなる群から選択される製造方法における添加剤として低ＶＯＣシラノール溶液を用いることをさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
混合容器に移される予め決められた量のシラン含有化合物が、混合容器中のシラン含有化合物、触媒および水の全重量の約０．１重量％〜７５重量％である請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
混合容器に移される予め決められた量の触媒が、混合容器中のシラン含有化合物、触媒および水の全重量の約０．０１重量％〜２０重量％である請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
除去されたＶＯＣを、現場外廃棄、再生利用または燃料としての使用のために廃棄物用容器に入れる請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
シラン含有化合物および前記触媒を個々の保存容器から混合容器に直接移すことができるように、シラン含有化合物および触媒のための保存容器と、混合容器とをラインで接続する請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
シラノールを含む混合物を、ＶＯＣの除去のために分離器に直接移すことができるように、混合容器と、分離器とをラインで接続する請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
低ＶＯＣシラノール添加剤をセルロース繊維を処理するプロセスに加えて、繊維の疎水性を増加させる請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
低ＶＯＣシラノール添加剤を無機基材を処理するプロセスに加えて、基材の１以上の性質を改変させる請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
低ＶＯＣシラノール添加剤を、織物繊維を処理するプロセスに加えて繊維に対する疎水性を付与する請求項２に記載の方法。
【請求項２２】
低ＶＯＣシラノール添加剤を、スラリー中の繊維を処理するために、繊維セメントスラリーに加える請求項２に記載の方法。
【請求項２３】
低ＶＯＣシラノール添加剤を、接着剤を製造するプロセスに加える請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
シラン含有化合物および触媒を用意すること；
予め決められた量のシラン含有化合物および触媒の各々を混合タンクに移すこと；
機械的ミキサーを用いて、混合タンク中で、シラン含有化合物および触媒を水と一緒に混合させること；
予め決められた処理条件下で、触媒を用いてシラン含有化合物を加水分解することにより、シラノールおよび１種以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む混合物を形成し、混合物が約１ガロンを超える容量を有すること；および
低ＶＯＣシラノール溶液を形成するために、混合物から少なくとも相当部分のＶＯＣを除去すること、を含む低ＶＯＣ含量のシラノール溶液を製造する方法。
【請求項２５】
前記混合物からの少なくとも相当部分のＶＯＣの除去が、前記混合物からアルコール性ＶＯＣを除去するために分離器を用いることを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
シラン含有化合物および触媒を用意することは、別々の保存タンク中で前記化合物および触媒を回分することを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
シラノールおよびＶＯＣを含む混合物が予め選択された率で分離器に移すことができるように、混合タンクと分離器とを相互連結する請求項２７に記載の方法。
【請求項２８】
ＶＯＣを除去し、廃棄用保存容器中に保存する請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
除去されたＶＯＣを、前記分離器から前記容器に直接移すことができるように、前記分離器が、前記廃棄用保存容器と流体連絡している請求項２９に記載の方法。
【請求項３０】
実質的にアルコールを含まないシラノール添加剤を供給すること；
シラノール添加剤をセルロース繊維を含む繊維セメントスラリーに加え、ここでシラノール添加剤は、繊維の疎水性を増加させるように繊維を処理すること；
繊維セメントスラリーを、予め選択された形状およびサイズの繊維セメント製品へ形成すること；
繊維セメント複合材料を形成するために繊維セメント製品を硬化させること、を含む繊維強化セメント複合材料を製造する方法。
【請求項３１】
シラノール添加剤が、セルロース繊維の乾燥重量の約０．５重量％から１０重量％である請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
親水性官能基はセルロース繊維表面上のヒドロキシル基に結合し、疎水性官能基はそれから水を撥水させるように、シラノール添加剤中のシラノールが、親水性官能基および疎水性官能基を有する請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
予め選択された形状およびサイズの前記繊維セメント製品が、ハトシェク、フォードリニアー、マッザおよびマグナニからなる群から選択されるスラリー脱水プロセスにより形成される請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
予め選択された形状およびサイズの繊維セメント製品を、押出し成形、引抜成形、共押出し成形、射出成形、ロール成形または鋳造成形からなる群から選択されるペースト形状プロセスにより形成する請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
シラノールを含む予め形成された溶液を用意し、ここで該溶液は約５０重量％以上のシラノールを含むこと；
シラノールを表面上の親水性官能基と反応させて、親水性官能基を結合させ、増大した疎水性を有する親水性表面を生じさせるような条件下で、前記溶液を前記表面に適用すること、を含む表面の撥水性を増加させるために親水性表面を処理する方法。
【請求項３６】
前記親水性表面が、セルロース繊維の表面を含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記親水性表面が、砂、粉砕シリカ、クレイ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カルシウム水和物、炭酸カルシウム、パーライト、火山灰、ボトムアッシュ、フライアッシュ、高炉スラグ、珪藻土、非晶質シリカ、もみ殻灰、ガラス類、セラミックス、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩鉱物、およびそれらの混合物からなる群から選択される無機材料の表面を含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記予め形成された溶液を供給することが、シランと水とを反応させて、シラノールおよびエタノールを含む水溶液を形成し、該水溶液からエタノールの少なくとも相当部分を除去することを含む請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
約５０重量％以上のシラノールを含む溶液であって、該溶液は疎水性基および親水性基を含むシラノール化合物を含み、該親水性基は、表面をより疎水性にするために親水性表面に結合するようにされている溶液。
【請求項４０】
水溶液である請求項３８に記載の溶液。
【請求項４１】
実質的にアルコールを含まない請求項３８に記載の溶液。
【請求項４２】
約２５重量％以下のシランを含む請求項３８に記載の溶液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にシラン処理操作に関し、詳しくは種々の工業用用途で使用される低ＶＯＣシラノール添加剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
シランは一般に、ある所望の性質を材料に付与するために、種々の材料に対する処理剤として使用されている。シラン化合物は、広範囲にわたってカップリング剤として使用されており、有機ポリマーとガラスまたは金属などの無機基材との間の接着を増強させる。シランはまた、強化ポリマー系に使用されるシリカなどの無機添加剤の表面を処理するために使用される。シランの他の商業用途としては、繊維用抗菌処理剤として織物産業、表面化学、インク調合剤、およびシリコーンゴムの製造における使用が挙げられる。シランはまた、コーティングガラス繊維およびガラス表面または架橋ポリエチレンパイプに使用されており、ポリマーの耐高温性および耐化学薬品性を改善させる。参照として本明細書に組み込む米国特許第６，６７６，７４５号に記載されているように、ある種の形態のシランはまた、繊維の耐水性を増加させるためにセルロース繊維のサイズ剤として使用できる。
【０００３】
多くのこれらの適用において、シランの加水分解は、シランと種々の材料との間で相互作用を生じるのに必要とされることが一般に認められている。典型的なシラン処理プロセスにおいて、シランを混合物に添加し、加水分解して、１以上のＳｉ−ＯＨ基を含有する化合物であるシラノールを形成する。このシラノールは、処理表面に直接結合するか、または自己縮合反応させてシロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合を含有する化合物を得ることができる。しかしながら、シラン加水分解プロセスは、シランの低反応性のため緩慢となることがあり、加水分解されるシランの量は、種々の処理条件により影響を受けることがある。さらに、シラン加水分解反応は、典型的にアルコールなどの１種以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を遊離するので、現場の適切な放出管理を必要とする。その結果、大規模な工業的シラン処理プロセスの効率と有効性は、主としてシラン加水分解時にシラノールが形成される量および割合が変化すること、ＶＯＣ副産物の過剰な放出が懸念されることによって最適とはならないことが多い。
【０００４】
シランがセルロース繊維用サイズ剤として繊維スラリーに添加されるある種の製造適用において、大量のシランが加水分解されず、十分迅速にセルロース繊維と反応できず、機械流出液中に未反応シランを損失することとなり、その処理プロセスの効率を減少させる。さらにシランを工業規模の水溶液と混合する場合、大量のＶＯＣ副産物がシランの加水分解中に遊離し、このような副産物の放出は現場で適切に管理する必要があり、そのためシラン処理プロセスが複雑になり、費用がかかる。
【０００５】
前述のことから、種々の工業適用に関してより効率的で有効かつ環境にやさしい大規模シラン処理プロセスの必要性があることがわかる。最後に、シランからシラノールの形成により生じるＶＯＣ副産物の管理と取扱いにおいて、より効率的でコスト効果の高い方法が特に必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様において、本発明の好ましい実施形態は、低ＶＯＣ含量を有するシラノール添加剤を製造する方法を提供する。この方法は、シラン含有化合物および触媒を用意すること；予め決められた量のシラン含有化合物および触媒の各々を混合容器に移すこと；混合容器中で、シラン含有化合物および触媒を水と混合すること；予め決められた処理条件下で、触媒を用いてシラン含有化合物を加水分解することにより、シラノールおよび１種以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む混合物を形成すること、低ＶＯＣシラノール添加剤を形成するように該溶液から少なくとも相当部分のＶＯＣを除去することを含む。一実施形態において、この方法は、該シラノール添加剤を容器に移すことをさらに含む。
【０００７】
一実施形態において、低ＶＯＣシラノール添加剤は約９０重量％以上のシラノールを含む。別の実施形態において、混合物のＶＯＣの少なくとも相当部分の除去は、混合物中のＶＯＣの約５０重量％以上を除去することを含む。除去されるＶＯＣは、アルコール、アミンおよびそれらの混合物からなる群から選択されることが好ましい。一実施形態において、除去されるＶＯＣは、エタノール、メタノール、プロパノール、ブタノール、それらの知られた異性体、およびそれらの混合物からなる群から選択される。幾つかの実施形態において、ワイプ膜分離器が混合物からＶＯＣを除去するのに用いられる。混合物は、約１  ｌｂ／分以上の流速で、また減圧下で約４０〜６０℃の温度でワイプ膜分離器に導入され、また該分離器は約０．５ｍ２〜１０ｍ２の表面積を有することが好ましい。除去されたＶＯＣは、現場外の廃棄用廃棄物容器に入れることが好ましい。
【０００８】
ある実施形態において、シラン含有化合物は、ｎ−オクチルエトキシシラン、ｎ−オクチルメトキシシラン、シラン、アルコキシシラン、アルキルアルコキシシラン、ハロゲン化オルガノシラン、カルボキシル化オルガノシラン、エポキシアルコキシシラン、シリコーンエマルジョン、およびそれらの混合物からなる群から選択される。一実施形態において、触媒は、硫酸、塩酸、硝酸、酢酸、ギ酸、クエン酸、リン酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される。一実施形態において、加水分解反応時間が、触媒を用いない同じ加水分解反応の反応時間の約５分の１になるように、触媒はシランの加水分解を促進させる。別の実施形態において、シラン含有化合物中のシランの約５％以下が、混合物中で加水分解されないままであるように、触媒はシランの加水分解を促進させる。さらに別の実施形態において、シラン含有化合物および触媒の供給は、別々のバルク保存容器内で該化合物および触媒を回分することを含む。さらに別の実施形態において、個々の保存容器から混合容器にシラン含有化合物および触媒を直接移すことができるように、シラン含有化合物および触媒のための保存容器を、混合容器とラインで接続する。混合容器に移される、予め決められた量のシラン含有化合物は、混合容器中のシラン含有化合物、触媒および水の全重量の約０．１重量％〜７５重量％であることが好ましい。混合容器に移される、予め決められた量の触媒が、混合容器中のシラン含有化合物、触媒および水の全重量の約０．０１重量％〜２０重量％であることが好ましい。
【０００９】
ある実施形態において、この方法は、基材を処理するプロセスなど、低ＶＯＣシラノール添加剤を処理プロセスに加えることをさらに含む。一実施形態において、低ＶＯＣシラノール溶液は、繊維セメント製造、織物製造、印画紙製造、ビルディング製品製造、インク製造、鉱物材料加工および改質、並びに感圧テープ接着剤製造からなる群から選択される製造プロセスにおける添加剤として使用できる。低ＶＯＣシラノール添加剤は、繊維の疎水性を増加させるためにセルロース繊維を処理するプロセスに添加できる。したがって、低ＶＯＣシラノール添加剤は、限定はしないが、布、織物、製紙、板紙、木材、木材複合材料、およびセルロース含有セメント系複合体など、セルロース含有材料に対するサイズ剤または疎水性剤としての有用性があると思われる。低ＶＯＣシラノール添加剤を、無機基材処理プロセスに加えて、基材をさらに疎水性にするために基材の外面および／または内面（例えば、空隙または細孔）などの基材の１以上の特性を改質できる。低ＶＯＣシラノール添加剤はまた、抗菌剤を繊維に適用するために織物繊維を処理するプロセスに加えることができる。低ＶＯＣシラノール添加剤を、感圧接着剤を製造するプロセスに加えることができる。低ＶＯＣシラノール添加剤はまた、繊維を処理するための繊維セメントスラリーおよび該スラリー中のセメントおよび粉砕シリカなどの他の成分に加えて、繊維セメント物品をさらに耐水性にすることができる。
【００１０】
別の態様において、本発明の好ましい実施形態は、低ＶＯＣ含量を有するシラノール溶液を製造する方法を提供する。この方法は、シラン含有化合物および触媒を用意すること；予め決められた量のシラン含有化合物および触媒の各々を混合タンクに移すこと；機械的ミキサーを用いて混合タンク中で、シラン含有化合物および触媒を水と一緒に混合させること；触媒を用いてシラン含有化合物を加水分解することにより、シラノールおよび１種以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む混合物を形成することを含む。混合物は、約１ガロン以上の容量を有することが好ましい。この方法は、更に低ＶＯＣシラノール溶液を形成するために混合物から少なくとも相当部分のＶＯＣを除去すること、および低ＶＯＣシラノール溶液を処理プロセスに添加することを含む。一実施形態において、混合タンクは５５ガロンタンクである。別の実施形態において、混合物からエタノールを除去するために分離器を用いる。さらに別の実施形態において、シラン含有化合物および触媒は、別々の保存タンクで回分される。シラノールおよびＶＯＣを含む混合物を、予め選択された率で分離器に移すことができるような様式で、混合タンクが分離器と相互連結されることが好ましい。ＶＯＣは、分離器により除去され、廃棄用保存容器に保存されることが好ましい。一実施形態において、除去されたＶＯＣを、分離器から廃棄用保存容器に直接移すことができるように、分離器は廃棄用保存容器と流体連絡する。
【００１１】
さらに別の態様において、本発明の好ましい実施形態は、繊維強化セメント複合材料の製造方法を提供する。この方法は、実質的にＶＯＣを含まないシラノール添加剤を供給すること；該シラノール添加剤を、セルロース繊維を含む繊維セメントスラリーに加え、該シラノール添加剤は、繊維の疎水性を増加させる様式で繊維を処理すること；該繊維セメントスラリーを、予め選択された形状およびサイズの繊維セメント製品へ形成すること；繊維セメント製品を硬化させて繊維セメント複合材料を形成すること、を含む。一実施形態において、シラノール添加剤は、セルロース繊維の乾燥重量の約５重量％である。別の態様において、親水性官能基が、セルロース繊維表面上のヒドロキシル基に結合し、疎水性官能基が、それから水を撥水するように、シラノール添加剤中のシラノールは、親水性官能基と疎水性官能基を有する。幾つかの実施形態において、予め選択された形状およびサイズの繊維セメント製品は、ハシェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）プロセスにより形成される。一定の他の実施形態において、繊維セメント製品は、押出しプロセス、成形プロセスまたは鋳造プロセスによって形成される。
【００１２】
さらに別の態様において、本発明の好ましい実施形態は、表面の撥水性を増加させるために親水性表面を処理する方法を提供する。この方法は、シラノールを含む溶液を用意すること、およびシラノールが表面上の親水性官能基と反応して、親水性官能基を連合させ疎水性を増した親水性表面を生じるような条件下で、表面に該溶液を適用することを含む。一実施形態において、その親水性表面には、セルロース繊維の表面が含まれる。別の実施形態において、シラノール溶液は、シランと水を反応させてシラノールとエタノールを含む水溶液を形成し、該水溶液から少なくとも相当部分のエタノールを除去することによって用意される。
【００１３】
さらに別の態様において、本発明の好ましい実施形態は、約５０重量％を超えるシラノールを含む溶液が用意される。一実施形態において、該溶液は、疎水性官能基と親水性官能基とを含有するシラノール化合物を含み、該親水性基は、表面がより疎水性になるように親水性表面に結合して作用する。一実施形態において、該溶液は水溶液である。別の実施形態において、該溶液は、実質的にアルコールを含まない。さらに別の実施形態において、該溶液は、５重量％以下のシランを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施形態は、種々の工業適用に使用できる低ＶＯＣ含量を有するシラノール添加剤を提供する。図１は、好ましい一実施形態の低ＶＯＣシラノール添加剤を製造するための好ましいプロセス１００を図式的に示すフローチャートである。図１に示されるように、プロセス１００は、シラノール添加剤を形成するために必要とされる原材料を用意することを含むステップ１１０により開始する。一実施形態において、ステップ１１０は、別々の保存容器内でシラン含有化合物、触媒および水を回分することを含む。ある実施形態においては、シラン含有化合物および触媒を、別のバルク保存用タンクに移す。他の実施形態において、それらは、製造開始時からの元の容器に維持される。
【００１５】
シラン含有化合物としては、限定はしないが、ｎ−オクチルエトキシシラン、ｎ−オクチルメトキシシラン、シラン、アルコキシシラン、アルキルアルコキシシラン、ハロゲン化オルガノシラン、カルボキシル化オルガノシラン、エポキシアルコキシシラン、シリコーンエマルジョン、およびそれらの混合物が挙げられる。触媒は、シランと水との間の加水分解反応を触媒できる酸または塩基でよい。触媒としては、限定はしないが、硫酸、塩酸、硝酸、酢酸、ギ酸、クエン酸、リン酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、および水酸化カルシウムが挙げられる。水は、新鮮な水道水または脱イオン水であることが好ましい。
【００１６】
図１に示されるように、プロセス１００は、シランと水との間の加水分解反応を実施するためにデザインされて予め決められた処理条件下で、予め決められた量のシラン含有化合物、触媒および水を混合することを含むステップ１２０に続く。シラノールおよびエタノール、メタノール、または他のアルコールなど、１種以上の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む水性混合物を形成するためにシランを加水分解することが好ましい。一実施形態において、反応開始混合物は、約０．１重量％〜７５重量％、好ましくは約２０重量％〜７０重量％、より好ましくは約５０重量％のシラン含有化合物；約０．０１重量％〜７０重量％、好ましくは約０．１重量％〜５重量％、より好ましくは約０．５重量％の触媒；および約２５重量％〜９０重量％、より好ましくは約５０重量％の水を含む。別の実施形態において、シラン含有化合物、触媒および水は、温度が、約２０℃から１５０℃の間、好ましくは約７０℃から９０℃の間、より好ましくは８０℃で；圧が、約１０気圧以下、好ましくは約０気圧〜３気圧、より好ましくは約１気圧で；約１０〜１，０００分間、好ましくは約３００〜６００分間、より好ましくは約４８０分間、ブレーズミキサー中で一緒に混合する。
【００１７】
図１に示されたプロセス１００のステップ１３０において、ステップ１２０のシラン加水分解により形成されたＶＯＣ副産物を混合物から除去する。ＶＯＣ副産物としては、限定はしないが、メタノールまたはエタノールなどのアルコールが挙げられる。一実施形態において、ＶＯＣ副産物は、デカンタ、エバポレータ、蒸留装置、フラッシュエバポレータ、遠心分離器などを用いることにより混合物から除去され、また分離される。一実施形態において、約０．５ｍ２〜１０ｍ２またはそれ以上の壁面積を有するワイプフィルム分離器が使用される。シラノールおよびＶＯＣ副産物を含む混合物は、約１ｌｂ／分の流速で、分離器のジャケット温度が約８０℃〜１８０℃である場合、約５０℃〜６０℃の温度でワイプフィルムエバポレータまたは分離器に導入される。一実施形態において、分離器の壁は、約０．５ｍ２の面積を有し、ブレードは、壁から混合物を拭い去るために約２０ｒｐｍの速度で壁を一定に回転させる。分離器中の反応混合物の滞留時間は、約５秒から６０秒であることが好ましい。
【００１８】
一実施形態において、ＶＯＣ副産物は、エタノールなど、主としてアルコールである。アルコールは、分離機のフィルムから蒸発させ、約５０〜３００ミリバールの減圧で除去する。反応混合物からの全アルコールの除去は、好ましくは、混合物中に元から存在したアルコールの５０重量％を超える量、より好ましくは約９０重量％〜９９．９重量％である。続いて残りの実質的にアルコールを含まないシラノール溶液を、約０．７ｌｂ／分の流速で分離機の底から取り出す。一実施形態において、シラノール溶液は、好ましくは約５重量％未満、より好ましくは約１重量％未満のＶＯＣ含量を有する。別の実施形態において、シラノール溶液は、約５０重量％を超えるシラノールを有する。
【００１９】
さらに図１に示されるように、プロセス１００は、保存容器中に実質的にアルコールを含まない、および／または低ＶＯＣのシラノール溶液を保存することを含むステップ１４０に続く。一実施形態において、低ＶＯＣシラノール溶液は、バッチ保存用タンクに１週間まで保存できる。別の実施形態において、低ＶＯＣシラノール溶液は、より小型の個々の容器に詰められる。ステップ１５０において、シラノール溶液は、添加剤として種々の製造過程で加えられる。
【００２０】
ある実施形態において、低ＶＯＣ含量を有するシラノール溶液は、シラノールが繊維の疎水性を改善するサイズ剤として作用するセルロース繊維処理プロセスで添加剤として使用される。低ＶＯＣシラノール添加剤はまた、セルロース繊維の処理においてヒドロパルパー、未加工ストックチェスト、または精製ストックチェストでの繊維に適用できる。低ＶＯＣシラノール添加剤はまた、他の成分と共に回分でき、処理または改変セルロース繊維および他の成分を含むことができる。さらに、低ＶＯＣシラノール添加剤はまた、未硬化シート形態でもオートクレーブされてもよい成形繊維セメント製品をコーティングするために使用できる。
【００２１】
他のある実施形態において、低ＶＯＣおよび／または低アルコール含量を有するシラノール添加剤は、繊維セメント調合剤に加えられる。シラノール添加剤は、好ましくは調合剤中の繊維の約０．０５重量％から１０重量％の間、より好ましくは約５重量％である。シラノール添加剤は、好ましくは全調合剤の約０．０１重量％から２重量％の間、より好ましくは約０．３重量％である。繊維セメント技術において、シラノール添加剤は、限定はしないが、ハシェック、押出し、マッザ（ｍａｚｚａ）、鋳造、ツインワイヤ、および長網形成などのプロセスに使用できる。シラノール添加剤は、中密度繊維板（ＭＤＦ）、パーティクルボード、配向性ボード（ＯＳＢ）、または他の木材複合体などの他の繊維および木材技術における添加剤としても使用できる。シラノール添加剤は、コンクリート、レンガおよび他のビルディング／建築材に関連する調合剤中の添加剤としても使用できる。低ＶＯＣシランはまた、限定はしないが、砂、粉砕シリカ、クレイ、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カルシウム水和物、炭酸カルシウム、パーライト、火山灰、ボトムアッシュ、フライアッシュ、高炉スラグ、珪藻土、非晶質シリカ、もみ殻灰、ガラス、セラミックスおよびそれらの混合物、またはセメント複合体またはプラスチックにおける充填剤として使用されるのが知られている他のケイ酸塩もしくはアルミノケイ酸塩鉱物など、無機性鉱物原材料を改変するために使用できる。
【００２２】
図２は、シラン処理プロセスからＶＯＣ放出を実質的に減少させるように、種々の工業的シラン処理操作に使用できる低ＶＯＣシラノール添加剤を製造するのに設計されたシステム２００を図式的に示している。図２に示されるように、システム２００は一般に、シラン化合物を保存するように構成された第１の保存用タンク２０２、触媒を保存するように構成された第２の保存用タンク２０４、および水保存用タンクまたは外部水源に直接接続された配管でもよい水源２０６が含まれる。システム２００は、シラン化合物、触媒、水を受け、シランを加水分解するために予め決められた条件下で、これら成分を混合するように構成された混合用タンク２０８をさらに含む。一実施形態において、機械ミキサー２１０は、混合プロセスを促進し、制御するために混合タンク２０８に取り付けられている。好ましくは、混合タンク２０８は、シラン化合物および触媒を、予め決められた速度および量で混合タンク２０８に移すことができる導管２１２でシラン保存用タンク２０２と触媒保存用タンク２０４とに流体連絡されている。ある実施形態では、種々のフローメーターおよびバルブが、移動プロセスを促進させ、制御するために導管２１２に接続されている。
【００２３】
また図２に示されているように、システム２００は、混合タンク内でシランの加水分解から生じるアルコールなどのＶＯＣを除去し、分離するように構成されている分離器２１４をさらに含む。分離器２１４は、混合タンク２０８、廃棄物処分用タンク２１６、および製造物保存用タンク２１８と流体連絡される。一実施形態において、混合タンク２０８内での加水分解反応が完了したら、シラノールおよびエタノールを含む混合物を分離器２１４に移す。分離器２１４は、混合物からエタノールを除去するように設計されている。エタノールを、現場外の廃棄のために廃棄物保存用タンク２１６に移すことが好ましい。エタノールおよび／または他のＶＯＣは、製造施設でのＶＯＣ放出量を実質的に減少させるために密閉容器内で捕捉されることが有利である。生成した低ＶＯＣシラノール溶液を、種々の製造プロセスに使用するために分離器２１４から保存容器２１８に移す。一定の実施形態において、水源２０６はまた、水を加えるか、または使用前にシラノール溶液を希釈するために製造物保存用タンク２１８と流体連絡させることができる。
【００２４】
システム２００では、低ＶＯＣシラノール溶液をバッチで調製し、その後の使用のために保存できると好都合である。装置およびプロセスは、バッチまたは連続プロセスで大容量の低ＶＯＣシラノールを製造するために設定されるような製造規模とされる。一実施形態において、シラン保存用タンクは、約５５ガロンの容量を有し、触媒保存用タンクは、約１ガロンの容量を有し、混合用タンクは、約５０ガロンの容量を有し、廃棄物保存用タンクおよびシラノール製造物用タンクは、それぞれ約５５ガロンの容量を有する。シラノール添加剤は、１０ガロンから４０ガロンの容量の範囲でバッチ内で製造できるが、より大容量の低ＶＯＣシラノールは、本明細書に開示されたプロセスを規模アップすることにより製造できる。さらに、除去されたＶＯＣは密閉容器内に捕捉され、これらは、現場外処分され、ＶＯＣ構成成分（典型的には、アミンまたはエタノール、メタノール、プロピルアルコール、ブタノールまたはそれらの異性体などのアルコール）を再生するために再処理され、または燃料として燃焼される。この様式でのＶＯＣ放出の捕捉により、商業規模でのシラン使用による環境への影響を大いに減じ、あるプロセスを地域の大気保全規制に対し良好に適応させることができる。
【００２５】
図３は、代表的なシラン加水分解反応３００を示しており、一実施形態のシラン化合物３０２が、酸または塩基触媒３０６の存在下、水３０４と反応してシラノール３０８およびエタノールなどの1種以上のアルコール３１０を形成する。図３に示されるように、シラン化合物３０２は、４個から１２個の範囲の炭素、好ましくは８個の炭素の炭化水素鎖（Ｒ）に結合したシリコン原子を含む。幾つかの実施形態において、炭化水素鎖（Ｒ）は、それに結合した１以上の疎水性官能基を有する。シラン化合物はまた、各々が１個から４個の炭素を有する炭素鎖を含む３つの加水分解可能な基（Ｒ１）を含む。加水分解可能な基は、加水分解され、セルロース繊維上のヒドロキシル基などのように、基材上の親水性基への結合に適する−ＯＨなどの親水性官能基を形成するよう構成される。一実施形態において、長鎖炭素（Ｒ）は、一般に疎水性であり、親水性官能基（ＯＨ）が基材に一旦結合したら、基材からの水の撥水を補助する。
【００２６】
図４は、繊維セメント製品を製造するプロセス４００を図式的に示すフローチャートであり、好ましい実施形態の低ＶＯＣシラノール添加剤は、製品に加えられたセルロース繊維を処理するために使用され、製品の水透過性を減少させる。図４に示されるように、プロセス４００は、繊維に疎水性を付与するためにセルロース繊維を、低ＶＯＣシラノール添加剤で処理するステップ４１０から開始する。シラノールは、−ＯＨなどの親水性官能基が、繊維表面上のヒドロキシル基に直接結合して連結する一方、疎水性官能基が、繊維表面から水を撥水させるような疎水性官能基と親水性官能基とを有することが好ましい。一実施形態において、シラノール添加剤は、該添加剤をスラリーに直接添加することにより繊維セメントスラリー混合物中のセルロース繊維に適用する。シラノール添加剤の用量は変えられる。一実施形態において、この用量は、オーブンで乾燥したセルロース繊維の約０．０１重量％から５０重量％の範囲以内である。より好ましくは、この用量は繊維重量の約１重量％から１０重量％の間である。さらに好ましくは、この用量は繊維重量の約１重量％から５重量％の間である。プロセス４００は、シラノール添加剤により処理されたセルロース繊維を含有する混合物を未硬化形状品に形成するステップ４２０に続く。未硬化の成形品は、ハシェック機、押出しプロセスなどを用いて形成できる。未硬化の成形品は引き続いて、ステップ４３０において硬化繊維セメント品に形成する。繊維が低ＶＯＣシラノール添加剤で処理された繊維セメント品の製造法についてのある実施形態は、マークレイの米国特許第６，６７６，７４５号に開示されており、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
【００２７】
表１は、シラノール添加剤もしくは従来のシランで処理された繊維、または未処理の繊維が加えられている繊維セメント品の所定の物性の比較を示している。表１に示されるように、シラノール添加剤もしくはシランで処理された繊維セメント品は、処理していない繊維が加えられた同じ製品と比較して、水透過性、ウィッキング、および水分移動の有意な減少を示す。また、シラノール処理繊維が加えられたサンプルは、シラン処理繊維が加えられた同じ繊維セメント品と比較して、より大きな凍結融解ＭＯＥ保持率を示すことが表１に示されている。
【００２８】
【表１】
2008505892.tif 000003
【００２９】
シランは、種々の表面処理適用のための添加剤として通常使用されている。シラン処理プロセスは一般に、水中でシランを加水分解して、１以上のＳｉ−ＯＨ基を含有する化合物であるシラノールを形成することを含む。シラン加水分解反応は、副産物としてエタノールなどのＶＯＣを遊離することが知られている。シラン処理プロセスからのＶＯＣ放出は、一般的な環境懸念事項であり、適切に制御し、管理しなければならない。典型的には、現場でのＶＯＣを適切に処分するためのシラン処理操作には、特別な認可と装置を得なければならない。本発明の好ましい実施形態は、ＶＯＣ放出が製造現場での懸念事項でなくなるように種々の工業的シラン処理プロセスに使用できる低ＶＯＣシラノール添加剤を提供する。さらに、従来のシラン処理プロセスにおいては、シランを溶液に添加し、加水分解してから、基材表面と反応させる。シラン加水分解は比較的反応速度が遅いことから、大量のシランがしばしば未反応のままであり、不良な製造効率およびロスを生じる。これは、ハシェックプロセスまたはフォードリニア（Ｆｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ）プロセスなどのスラリー脱水プロセスを用いて製造されるセルロース繊維を含有する繊維セメント製品または他の複合体の製造において特に問題となる。好ましい実施形態のシラノール添加剤を水性スラリーに添加して、スラリー中の有機および無機充填剤、繊維、セメント、または他の材料と直接反応させることができると有利である。これは、シラン加水分解反応が既に完了したシラン処理プロセスをスピードアップし、その効率を改善する。
【００３０】
上記のシラノール添加剤および製造方法の好ましい実施形態は、限定はしないが、ビルディング製品、コンクリート、織物、インク、塗料、コーティング剤、製紙、接着剤、パルプおよび製紙繊維、植物繊維、木材、木材複合製品の製造など、広範囲な産業への適用性を有する。上記に示された実施形態は、本発明の一定の好ましい実施形態の例として提供される。当業者により本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変化および変更がここに示された実施形態から可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の好ましい一実施形態の低ＶＯＣシラノール添加剤を製造するための好ましい方法を図式的に示すフローチャートである。
【図２】図１の低ＶＯＣシラノール添加剤を製造するシステムの図解例である。
【図３】代表的なシラン加水分解反応を例示する図式である。
【図４】繊維セメント製品の製造において低ＶＯＣシラノール添加剤を加える方法を模式的に示すフローチャートである。
【図１】
2008505892.tif 000004
【図２】
2008505892.tif 000005
【図３】
2008505892.tif 000006
【図４】
2008505892.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月6日(2007.7.6)
【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】請求項２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２７】
シラノールおよびＶＯＣを含む混合物が予め選択された率で分離器に移すことができるように、混合タンクと分離器とを相互連結する請求項２５に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２９】
除去されたＶＯＣを、前記分離器から前記容器に直接移すことができるように、前記分離器が、前記廃棄用保存容器と流体連絡している請求項２８に記載の方法。
【国際調査報告】
2008505892.tif 000008
2008505892.tif 000009
2008505892.tif 000010
2008505892.tif 000011
2008505892.tif 000012
2008505892.tif 000013