(57)【要約】  本発明は、産業廃棄物であるアルミニウムドロスを使用して、難燃特性、断熱特性及び表面保護特性を有する組成物を調製することに関する。当該組成物は、アルミニウムドロス粒子を酸と反応させ、さらに、結果として生じる反応混合物に乾燥プロセスを受けさせることによって調製される。当該組成物、及び、当該組成物から調製されたか又は当該組成物で被覆された物は、強化された難燃特性、断熱特性及び表面保護特性を有する。本発明は、建築産業において使用するための建築材料を調製する、及び、保護コーティングを形成するのに有用である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
難燃特性を有する組成物を調製する方法であって、アルミニウムドロス粒子を酸と反応させるステップ、及び、結果として生じる反応混合物に乾燥プロセスを受けさせるステップを含む方法。
【請求項２】
前記乾燥プロセスは、受動的プロセス、能動的な乾燥プロセス、又は、受動的な乾燥プロセスと能動的な乾燥プロセスとの組み合わせである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルミニウムドロス粒子は、２ｍｍ以下のサイズを有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり５０〜１０００ｍＬである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり１００〜３５０ｍＬである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウムドロス粒子及び前記酸は、１０〜１５分間混ぜ合わせることによって反応させられる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記反応は、５０〜９０℃の範囲内にある温度に達する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記反応は、６５〜７５℃の範囲内にある温度に達する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記酸は鉱酸である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸はリン酸である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記酸は、少なくとも５０ｗ／ｗ％の濃度を有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記反応混合物は、前記乾燥プロセスを受けさせられる前に物に加えられる、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応混合物は、噴霧、こて塗り、鋳型成形又は形成によって加えられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応混合物は、受動的に乾燥させられる、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記乾燥プロセスは、少なくとも１２時間にわたって発生する、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記乾燥プロセスは、少なくとも２４時間にわたって発生する、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記組成物は、断熱特性及び／又は表面保護特性を有する、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
アルミニウムドロス粒子を酸と反応させ、さらに、結果として生じる反応混合物に乾燥プロセスを受けさせることによって調製される、難燃特性を有する組成物。
【請求項１９】
前記乾燥プロセスは、受動的プロセス、能動的な乾燥プロセス、又は、受動的な乾燥プロセスと能動的な乾燥プロセスとの組み合わせである、請求項１８に記載の組成物。
【請求項２０】
前記アルミニウムドロス粒子は、２ｍｍ以下のサイズを有する、請求項１８又は１９に記載の組成物。
【請求項２１】
前記反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり５０〜１０００ｍＬである、請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２２】
前記反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり１００〜３５０ｍＬである、請求項１８乃至２１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２３】
前記アルミニウムドロス粒子及び前記酸は、１０〜１５分間混ぜ合わせることによって反応させられる、請求項１８乃至２２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２４】
前記反応は、５０〜９０℃の範囲内にある温度に達する、請求項１８乃至２３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２５】
前記反応は、６５〜７５℃の範囲内にある温度に達する、請求項１８乃至２４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２６】
前記酸は鉱酸である、請求項１８乃至２５のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２７】
前記酸はリン酸である、請求項１８乃至２６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２８】
前記酸は、少なくとも５０ｗ／ｗ％の濃度を有する、請求項１８乃至２７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２９】
前記反応混合物は、前記乾燥プロセスを受けさせられる前に物に加えられる、請求項１８乃至２８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３０】
前記反応混合物は、噴霧、こて塗り、鋳型成形又は形成によって加えられる、請求項２９に記載の組成物。
【請求項３１】
前記反応混合物は、受動的に乾燥させられる、請求項１８乃至３０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３２】
前記乾燥プロセスは、少なくとも１２時間にわたって発生する、請求項１８乃至３１のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３３】
前記乾燥プロセスは、少なくとも２４時間にわたって発生する、請求項１８乃至３２のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３４】
断熱特性及び／又は表面保護特性を有する、請求項１８乃至３３のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項３５】
組成物を含む物であって、前記組成物は、難燃特性を有し、アルミニウムドロス粒子を酸と反応させ、さらに、結果として生じる反応混合物に乾燥プロセスを受けさせることによって調製される、物。
【請求項３６】
前記乾燥プロセスは、受動的プロセス、能動的な乾燥プロセス、又は、受動的な乾燥プロセスと能動的な乾燥プロセスとの組み合わせである、請求項３５に記載の物。
【請求項３７】
前記組成物で被覆される、請求項３５又は３６に記載の物。
【請求項３８】
前記反応混合物は、噴霧、こて塗り、鋳型成形又は形成によって加えられる、請求項３７に記載の物。
【請求項３９】
所望の形状に鋳造された前記組成物を含む、請求項３５又は３６に記載の物。
【請求項４０】
建築材料である、請求項３５乃至３９のいずれか一項に記載の物。
【請求項４１】
前記アルミニウムドロス粒子は、２ｍｍ以下のサイズを有する、請求項３５乃至４０のいずれか一項に記載の物。
【請求項４２】
前記反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり５０〜１０００ｍＬである、請求項３５乃至４１のいずれか一項に記載の物。
【請求項４３】
前記反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり１００〜３５０ｍＬである、請求項３５乃至４２のいずれか一項に記載の物。
【請求項４４】
前記アルミニウムドロス粒子及び前記酸は、１０〜１５分間混ぜ合わせることによって反応させられる、請求項３５乃至４３のいずれか一項に記載の物。
【請求項４５】
前記反応は、５０〜９０℃の範囲内にある温度に達する、請求項３５乃至４４のいずれか一項に記載の物。
【請求項４６】
前記反応は、６５〜７５℃の範囲内にある温度に達する、請求項３５乃至４５のいずれか一項に記載の物。
【請求項４７】
前記酸は鉱酸である、請求項３５乃至４６のいずれか一項に記載の物。
【請求項４８】
前記酸はリン酸である、請求項３５乃至４７のいずれか一項に記載の物。
【請求項４９】
前記酸は、少なくとも５０ｗ／ｗ％の濃度を有する、請求項３５乃至４８のいずれか一項に記載の物。
【請求項５０】
前記反応混合物は、受動的に乾燥させられる、請求項３５乃至４９のいずれか一項に記載の物。
【請求項５１】
前記乾燥プロセスは、少なくとも１２時間にわたって発生する、請求項３５乃至５０のいずれか一項に記載の物。
【請求項５２】
前記乾燥プロセスは、少なくとも２４時間にわたって発生する、請求項３５乃至５１のいずれか一項に記載の物。
【請求項５３】
表面が、腐食及び／又は分解から保護される、請求項３５乃至５２のいずれか一項に記載の物。
【請求項５４】
前記組成物によって断熱される、請求項３５乃至５３のいずれか一項に記載の物。
【請求項５５】
物に耐火性を提供する方法であって、アルミニウムドロス粒子を酸と反応させ、さらに、結果として生じる反応混合物に乾燥プロセスを受けさせることによって調製された難燃性の組成物を前記物に加えるステップを含む方法。
【請求項５６】
前記乾燥プロセスは、受動的プロセス、能動的な乾燥プロセス、又は、受動的な乾燥プロセスと能動的な乾燥プロセスとの組み合わせである、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記アルミニウムドロス粒子は、２ｍｍ以下のサイズを有する、請求項５５又は５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり５０〜１０００ｍＬである、請求項５５乃至５７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
前記反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり１００〜３５０ｍＬである、請求項５５乃至５８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記アルミニウムドロス粒子及び前記酸は、１０〜１５分間混ぜ合わせることによって反応させられる、請求項５５乃至５９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６１】
前記反応は、５０〜９０℃の範囲内にある温度に達する、請求項５５乃至６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６２】
前記反応は、６５〜７５℃の範囲内にある温度に達する、請求項５５乃至６１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６３】
前記酸は鉱酸である、請求項５５乃至６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６４】
前記酸はリン酸である、請求項５５乃至６３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６５】
前記酸は、少なくとも５０ｗ／ｗ％の濃度を有する、請求項５５乃至６４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６６】
前記反応混合物は、噴霧、こて塗り、鋳型成形又は形成によって加えられる、請求項５５乃至６５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６７】
前記反応混合物は、受動的に乾燥させられる、請求項５５乃至６６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
前記乾燥プロセスは、少なくとも１２時間にわたって発生する、請求項５５乃至６７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６９】
前記乾燥プロセスは、少なくとも２４時間にわたって発生する、請求項５５乃至６８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７０】
前記組成物の断熱及び／又は表面保護を提供する、請求項５５乃至６９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７１】
難燃性組成物を調製するためのアルミニウムドロス粒子と酸との反応生成物の使用。
【請求項７２】
断熱組成物を調製するためのアルミニウムドロス粒子と酸との反応生成物の使用。
【請求項７３】
表面保護組成物を調製するためのアルミニウムドロス粒子と酸との反応生成物の使用。
【請求項７４】
前記アルミニウムドロス粒子は、２ｍｍ以下のサイズを有する、請求項７１乃至７３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項７５】
前記反応生成物は、１ｋｇのドロスあたり５０〜１０００ｍＬの液体量を有する反応混合物から調製される、請求項７１乃至７４のいずれか一項に記載の使用。
【請求項７６】
前記反応生成物は、１ｋｇのドロスあたり１００〜３５０ｍＬの液体量を有する反応混合物から調製される、請求項７１乃至７５のいずれか一項に記載の使用。
【請求項７７】
前記反応生成物は、１０〜１５分間混ぜ合わされた反応混合物から調製される、請求項７１乃至７６のいずれか一項に記載の使用。
【請求項７８】
前記反応生成物は、５０〜９０℃の範囲内にある温度に達した反応混合物から調製される、請求項７１乃至７７のいずれか一項に記載の使用。
【請求項７９】
前記反応生成物は、６５〜７５℃の範囲内にある温度に達した反応混合物から調製される、請求項７１乃至７８のいずれか一項に記載の使用。
【請求項８０】
前記酸は鉱酸である、請求項７１乃至７９のいずれか一項に記載の使用。
【請求項８１】
前記酸はリン酸である、請求項７１乃至８０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項８２】
前記酸は、少なくとも５０ｗ／ｗ％の濃度を有する、請求項７１乃至８１のいずれか一項に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、難燃特性、断熱特性及び表面保護特性を有する、アルミニウムドロスから調製される組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウムの溶融製錬及び再溶融のプロセスは、多くの産業廃棄物をもたらす。アルミニウムドロスは、アルミニウムの溶融製錬又は再溶融から残る有害廃棄物である。
【０００３】
２つのタイプの一般的に生じるアルミニウムドロスは、ブラックドロス及びホワイトドロスである。ホワイトドロスは、２つの主要な成分であるアルミニウム金属（Ａｌ（ｍ））及び酸化アルミニウムを含み、さらに、炉並びに後のドロスパン内の状況、処理されている金属源及び合金に応じて、より少ない量の他の成分を含み得る。これらの他の成分は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化アルミニウム（Ａｌ４Ｃ３）及び氷晶石（ＮＡ３ＡｌＦ６）を含む。氷晶石は、多くの場合、セルから生じる溶融金属に付随し、ＡｌＮ及びＡｌ４Ｃ３は、炉又はドロススキムパン内で発生するテルミットの反応に付随する。
【０００４】
アルミニウムドロスの再利用
アルミニウムドロスは、セラミック産業、鉄鋼産業及びセメント産業において多くの応用を有し、例えば、鉄鋼産業において、アルミニウムドロスは、細かく砕き、溶剤として使用することができる。アルミニウムドロスからさらなるＡｌ（ｍ）を回収するための種々のプロセスが記載されてきたが、ほとんどのアルミニウムドロスの応用は、かなりの量のＡｌ（ｍ）を有するアルミニウムドロスを要求する。
【０００５】
或いは、アルミニウムドロスは、中性又は不活性にされ、次に、埋め立てごみとして処分される。
【０００６】
特許文献１は、アルミニウムドロスにリン酸を添加して、湿った荒粉をもたらすプラスチック組成物を提供するプロセスを教示している。この荒粉は、肥料としての使用のために１．６ｍｍ〜２．４ｍｍの粒径を有する顆粒化されたものを形成するまで撹拌される。
【０００７】
特許文献２は、任意で、０．８ｍｍを超える粒径を除去するためにアルミニウムドロスを予め処理すること、（回転式）スクリーン洗浄装置内で約１時間の期間、希酸においてドロスを洗浄すること及び／又はサイクロン洗浄すること、並びに、生成される水溶液から粒子を収穫することを記載している。粒子は、サンドブラストのための媒体として提唱される。粒子に対して述べられる他の使用は、顆粒化された過リン酸肥料において、並びに、耐火煉瓦を含む煉瓦における添加剤／充填剤として、塗装又は道路用材料、農業又は家庭用排水タイル及び塗料を含む。
【０００８】
特許文献３は、アルミニウムドロスのかすをスラリー化すること（アルミニウムドロスは粉砕され且つＡｌ粒子を除去するためにスクリーニングされる）、そのスラリーを加熱及び撹拌すること、次に、そのスラリーを３０〜９９ｗｔ％の硫酸と反応させることを記載している。次に、液相において反応を維持しながら圧力及び温度が上げられ、その反応により、硫酸アルミニウムが生じる。
【０００９】
特許文献４は、アルミニウム残留灰（ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｒｅｓｉｄｕｅ  ａｓｈ）のか焼を記載し、さらに、耐火材料としての生成物を提唱している。アルミニウム残留灰は、アルミニウムスラグからアルミニウム金属を分離し且つ再利用によってアルミニウムスラグを処理した後で生じる残材として記載されている。
【００１０】
延焼防止
建設産業においては、難燃剤が建築材料に添加され、火事の事象におけるその損傷を遅らせ、さらに、その建物の居住者の安全な脱出を可能にしている。難燃剤は、複合材料に組み込むことができるか、又は、建築材料の表面に対するコーティングとして塗ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＵＳ４，４７５，９４０
【特許文献２】ＮＺ２３８１７８
【特許文献３】ＵＳ４，３２０，０９８
【特許文献４】ＵＳ２００５００１６３９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
残ったアルミニウムドロスから有用な生成物を得ること、又は、少なくとも、残ったドロスを埋め立てごみとして処理することに代わる有用な案を提供することが本発明の目的である。
【００１３】
難燃特性及び／若しくは断熱特性及び／若しくは表面保護特性を有する生成物を提供すること、又は、少なくとも、有用な選択肢を一般利用者に提供することが本発明の別の独立した目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の広い態様において、本発明は、難燃特性、断熱特性及び／又は表面保護特性を有する組成物を調製する方法を提供し、当該方法は、アルミニウムドロス粒子を酸と反応させるステップ、及び、結果として生じる反応混合物に乾燥プロセスを受けさせるステップを含む。
【００１５】
別の態様において、本発明は、アルミニウムドロス粒子を酸と反応させ、さらに、結果として生じる反応混合物に乾燥プロセスを受けさせることによって調製される、難燃特性、断熱特性及び／又は表面保護特性を有する組成物を提供する。
【００１６】
別の態様において、本発明は、組成物を含む物を提供し、上記の組成物は難燃特性、断熱特性及び／又は表面保護特性を有し、アルミニウムドロス粒子を酸と反応させ、さらに、結果として生じる反応混合物に乾燥プロセスを受けさせることによって調製される。
【００１７】
上記の物は、上記の組成物で被覆されてもよく、又は、所望の形状に鋳造された上記の組成物を含んでもよい。
【００１８】
別の態様において、本発明は、物に耐火性を提供する方法を提供し、当該方法は、アルミニウムドロス粒子を酸と反応させ、さらに、結果として生じる反応混合物に乾燥プロセスを受けさせることによって調製された難燃性組成物を物に加えるステップを含む。
【００１９】
乾燥プロセスは、受動的プロセスであってもよく、能動的な乾燥プロセスを含んでもよく、又は、受動的な乾燥と能動的な乾燥との組み合わせであってもよい。
【００２０】
好ましい実施形態において、上記の物は、建築材料である。
【００２１】
別の態様において、本発明は、難燃特性、断熱特性及び／又は表面保護特性を有する組成物を調製するためのアルミニウムドロス粒子と酸との反応生成物の使用を提供する。
【００２２】
好ましくは、アルミニウムドロス粒子は、２ｍｍ以下のサイズを有する。
【００２３】
好ましくは、上記の反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり５０〜１０００ｍＬであり、より好ましくは、１ｋｇのドロスあたり１００〜３５０ｍＬである。
【００２４】
アルミニウムドロス粒子及び酸は、好ましくは、１０〜１５分間混ぜ合わせることによって反応させられる。その反応は、例えば６５〜７５℃の範囲内にある温度等、５０〜９０℃の範囲内にある温度に達してもよい。
【００２５】
好ましくは、酸は、リン酸等の鉱酸である。好ましくは、酸は、少なくとも５０ｗ／ｗ％の濃度を有する。
【００２６】
反応混合物は、任意で、例えば噴霧、こて塗り、鋳型成形又は形成によって、乾燥プロセスを受けさせられる前に物に加えられてもよい。好ましくは、反応混合物は、受動的に乾燥させられる。乾燥プロセスは、例えば少なくとも２４時間にわたって等、少なくとも１２時間にわたって発生してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】対照のせっこうボード（右）に対する、実施例３において記載される本発明の組成物で被覆したせっこうボード（左）の燃焼試験を連続して示した図である。
【図２】対照の中密度繊維板（ＭＤＦ）（右）に対する、実施例４において記載される本発明の組成物で被覆したＭＤＦ（左）のプロパンバーナー燃焼試験を示した図である。
【図３】対照のウールポリエステルの天井用断熱材（ｃｅｉｌｉｎｇ  ｂａｔｔ）（右）に対する、実施例５において記載される本発明の組成物が注入されたウールポリエステルの天井用断熱材（左）の燃焼試験を示した図である。
【図４】対照のポリスチレンブロック（右）に対する、実施例６において記載される本発明の組成物で被覆したポリスチレンブロック（左）の燃焼試験を示した図である。
【図５】実施例７において記載される熱伝達を記録するために使用される熱結合（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｕｐｌｅ）を含む、本発明の組成物が付着された鋼板の燃焼試験に対する仕組みを示した図である。
【図６】実施例７において記載される本発明の組成物が付着された鋼板の燃焼試験に対する結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
ホワイトドロスは、アルミニウム溶融製錬プロセスの間の炉のスキミングによって生じる。ホワイトドロスは、炉内で直接形成されたのではなく処理プロセスの間に導入される酸化化合物を含み得る。ホワイトドロスは、典型的には、塩フラックスを含有しない。
【００２９】
例証的なホットドロスプロセスにおいて、ドロスは、ドロス用バケツ内にスキミングされ、次に、そのバケツに回転プロセスを受けさせる。次に、（Ａｌ（ｍ））がドロス用バケツから回収され、さらに、集水ソー（ｓｏｗ）内に溢流される。次に、より少ない（Ａｌ（ｍ））量を有する残りのドロスがわきに置かれて冷却させられる。
【００３０】
冷却すると、このドロスは、コールドドロスプロセスを使用して容易に破壊される。これは、種々の機械的プロセスによって行うことができる。この段階にて、負に帯電した残りの（Ａｌ（ｍ））は、渦電流セパレータを使用してアルミニウムドロスから分離することができる。次に、さらに（Ａｌ（ｍ））が激減した処理されたドロスが回収され、それは、１０〜１５ｍｍまでの粒径を有し得る。渦電流セパレータを使用して処理されたドロスは、破砕される必要があり、一般的には、二度渦電流セパレータにおいて処理される必要はないが、場合によっては、これは要求され得る。
【００３１】
機械的プロセスは本質的には粉末を生じるため、ドロスの粉も、空気で運ばれるドロス粒子を回収するバグハウス濾過を使用して回収することができる。
【００３２】
ブラックドロスは、ホワイトドロスと同じ様式で機械的に処理されるが、ドロスが炉から生じる場合、冷却させられ、さらに、一般的には回転炉内で発生する再溶融の段階にて、ドロスに塩が添加される。この回収は芒硝プロセスと呼ばれ、ドロスを非常に有毒にする。しかし、オーストラリアのＷｅｓｔｏｎ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ社によって使用されるもの等、一部のプロセスにおいて、芒硝は次に洗浄される。芒硝は、洗浄プロセスの後でさえも塩を保持してもよい。
【００３３】
本発明は、難燃性且つ断熱性の製品を形成するために使用することができる反応混合物を生成するためのアルミニウムドロス粒子の酸との反応を含む。
【００３４】
本発明においてホワイトドロスを使用することが有利である。ブラックドロスの使用は、同じ激しい発熱反応をもたらすことはない。しかし、その反応は、実質的により多い酸を添加することによってブラックドロスを使用して達成することができる。反応の強度は、乾燥した組成物の多孔度及び構造保全に影響を及ぼし得る。
【００３５】
本発明のプロセスにおいて有用なアルミニウムドロス粒子は、１０ｍｍより多く１ｍｍ未満に及ぶ粒径を有し得る。１０ｍｍ以下、特に２ｍｍ以下の粒径を有するアルミニウムドロスの使用は、本発明において特に有用であるということが分かってきている。アルミニウムドロス粒子は、当技術分野において既知のいかなる手段によってもサイズ決定することができる。例えば、ドロスは、空気洗浄によってふるいにかけるか、キッチン用こし器又は他の適切な目のこし器を使用してふるいにかけて所望の粒径を達成することができ、或いは、振動台又は鉱石ふるいを使用することができる。
【００３６】
定義
本明細書において使用される場合、「アルミニウムドロス」という用語は、アルミニウム溶融製錬又は再溶融プロセスの副産物を意味する。
【００３７】
本明細書において使用される場合、「反応混合物」という用語は、その可塑性又は予備乾燥の状態におけるアルミニウムドロスと酸との混合物を意味する。
【００３８】
本明細書において使用される場合、「乾燥した組成物」という用語は、その乾燥した状態におけるアルミニウムドロスと酸との反応生成物を意味する。
【００３９】
本発明者は、アルミニウムドロス粒子を酸と反応させることによって、優れた難燃特性、断熱特性及び表面保護特性を有する組成物を生成することができるということを発見している。
【００４０】
酸
好ましくは、酸は鉱酸である。リン酸が好ましいが、硝酸、塩酸及び硫酸等の他の酸が使用されてもよいということが正しく理解されることになる。利用される酸は、有利に、例えば８０％ｗ／ｗ以上又は９０％ｗ／ｗ以上等、５０％ｗ／ｗ以上の濃度であってもよい。
【００４１】
反応混合物
典型的には、反応混合物は、アルミニウムドロス粒子を酸と混ぜ合わせることによって調製されてもよい。任意に、アルミニウムドロス粒子は、第一に、酸と混ぜ合わせる前にサイズ決定することができる。任意に、アルミニウムドロス粒子は、第一に、酸を添加する前に水で湿らせることができる。有利に、反応混合物の液体量は、１ｋｇのドロスあたり１００〜３５０ｍＬ等、１ｋｇのドロスあたり５０〜５５０ｍＬである。
【００４２】
混ぜ合わせると、自発的な発熱反応が発生する。その反応は活発であってもよく、さらに、５０〜９０℃の温度における上昇を引き起こし得る。この反応は、緩徐化の前に数分間進行してもよい。
【００４３】
任意で、乾燥プロセスに先立ち、反応混合物は、強化された難燃性又は断熱性が所望される表面に対するコーティングとして塗ることができる。或いは、反応混合物は、反応容器又は所望の形状の型において定着することが可能にされてもよい。
【００４４】
反応混合物は、反応混合物からの水の蒸発を可能にすることによって受動的に、又は、例えばヘアドライヤー若しくはソフトフレームを使用することにより例えば温風を含む空気を反応混合物にかけて、反応混合物内に保持された水分を蒸発させることによって能動的に乾燥させることができるということが正しく理解されることになる。乾燥の間、反応混合物は、撹拌又は邪魔されない。反応混合物の乾燥は、例えば１２時間、２４時間又は４８時間等、数時間発生してもよい。
【００４５】
コーティングとしての反応混合物の適用
表面に対するコーティングとして反応混合物を塗ることが所望される場合、反応混合物は、丈夫な噴霧装置、こて塗り、鋳型成形及び形成を含む多くの手段を使用して塗ることができる。反応混合物は「自給式（ｓｅｌｆ−ｐｒｉｍｅ）」である、すなわち、基板の表面処理は必要ではないということを意味しているけれども、反応混合物が加えられる表面は、乱切、研磨又はサンドブラストによって予め処理することができるということが正しく理解されることになる。加えて、表面は、反応混合物の適用に先立ち、結合剤又は接着剤を表面に加えるによって処理することができる。例えば、ゴム加工された結合剤を、可撓性のために、及び、表面への反応混合物の接着を改善するために使用することができる。
【００４６】
追加的なコーティング
任意で、さらなるコーティングを乾燥した組成物に加えて、その生成物を密封し且つそれを耐候性にすることができ、その結果、表面張力をかなり改善する。
【００４７】
一実施形態において、さらなるコーティングは、さらなる防火を提供することができる。例えば、さらなるコーティングは発泡性防炎ペイントであり得る。例えば、さらなるコーティングは、ＣＡＰ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ａｕｓｔｒａｌｉａによって生成されるＣＡＰ５０８等、耐火性のアクリルえのぐであり得る。
【００４８】
一実施形態において、さらなるコーティングは、Ｖｉｐｏｎｄ’ｓ  Ｐａｉｎｔｓ  Ａｕｓｔｒａｌｉａによって生成されるもの等、アクリル性水性塗料であり得る。任意で、アクリル性水性塗料の２つのコーティングを塗ることができる。アクリル性水性塗料のコーティングは、費用効果の高い高品質の、乾燥した組成物を密封する手段である。アクリル性コーティングは、他のコーティングの選択肢よりも少ない有害な環境的影響を有するため好ましい。加えて、アクリル性コーティングは、表面処理を必要とすることなく乾燥した組成物に容易に結合し、さらに、構造保全、表面の可撓性及び防水性を提供する。
【００４９】
任意で、特に基板が金属である場合に、アクリル性金属下塗り剤等の下塗り剤を、反応混合物の適用に先立ち基板に添加することができる。下塗り剤は、水性系を金属に加えることの結果として発生し得るいかなるショックラスト（ｓｈｏｃｋ  ｒｕｓｔ）反応も回避することに寄与し得る。
【００５０】
使用及び生成物
反応混合物は、多くの有用な生成物に適応することができる。
【００５１】
一実施形態において、組成物は、構造用鋼を含むがそれに限定されない種々の用途における工業用鋼、オイル及びガスの船に高い耐火性を提供することができる。例えば、当該組成物は、パイプ保護、タンク保護、電気パネルの保護及び機関室の保護を提供することができる。
【００５２】
加えて、当該組成物は、防錆又は密封用コーティングとして使用することができる。錆により損なわれる表面の表面保護は、波形鉄板の屋根等、錆つく表面への当該組成物の適用によって達成することができる。当該組成物は、錆を密封し、さらなる酸化を防ぎ且つ錆穴を埋める。当該組成物は、分解に対して表面を密封するように作用することもできる。例えば、アスベスト含有基板への当該組成物の適用は、表面の分解及びアスベスト粒子の移動を防ぐことができる。当該組成物は、表面を断熱にするようにも作用する。
【００５３】
反応混合物からより純度の高い液体をデカントして、マルプ（ｍａｌｐ）（重い塗料）を生成することも可能である。マルプは、例えばブラシ又はローラーによって、種々の表面に塗ることができる。マルプも、強力な接着性質を有して自給式であり、さらに、防水コーティングによって被覆されている場合でさえもいかなる火炎伝播も可能にしない。
【００５４】
材料を被覆して改善された耐火性を達成する場合、結果として生じる耐火性はコーティングの厚さ次第であるということが正しく理解されることになる。その結果、適用されるコーティングの厚さを調整して、所望の耐火性を達成することができる。例えば、マルプに対するコーティングの厚さは、３ｍｍ等、１〜１０ｍｍの範囲内にあり得る。当技術分野において既知であるように、塗料に対するコーティングの厚さは、ミクロンの厚さの範囲内にあり得る。コーティング、マルプ及び塗料は自給式であるため、適用前に表面を処理する必要はない。
【００５５】
反応混合物を、所望の形状に鋳型成形し且つ乾燥させて、耐火性のブロックを生成することもできる。そのように生成されたブロックは熱を反射し、従って、例えば炉及び炉の裏張内の耐火煉瓦として等、断熱材として、又は、多くの太陽放射を受ける領域において冷たい歩行面を提供することにおいて有用でもある。
【００５６】
本発明のプロセスは、以下において詳細に記載されるように、乾燥した組成物の固体のブロックを生成する能力を有するけれども、石灰及びセメントも、炉及び炉の裏張内で使用されるように、キャスタブルから耐火煉瓦の範囲における使用のために乾燥した組成物に組み込むことができるということが構想される。
【００５７】
乾燥した組成物のブロックを加工処理して粉末又は顆粒状にし、さらに、懸濁物質として、塗料、コーティング又は建築材料の熱定格及び耐火性を強化するように、塗料又は他の保護コーティング内に添加するか、又は、せっこうボード等の現存する建築材料に組み込むことができる。
【００５８】
布及び断熱ウール等の多孔性材料に当該反応混合物を注入することができ、次に、その多孔性材料を乾燥させて、その多孔性材料に強化された耐火性を提供することができるということも示されることになる。
【００５９】
次に、本発明は、以下の非限定的な実施例を参考にして説明される。
【実施例１】
【００６０】
反応混合物の調製
４ｍｍの平均粒径を有するホワイトアルミニウムドロス２ｋｇをＷｅｓｔｏｎ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ａｕｓｔｒａｌｉａから得た。ドロスをキッチン用こし器に通すことによってサイズ決定し、次に、大きなミキシングボウル内に置き、さらに、少量の水で湿らせた。アンモニアガスの発生を観察した。他のガスが、水に対するドロスの曝露によって放出されるであろうことも予想される。
【００６１】
次に、２５０グラムのリン酸（食品グレード８０％ｗ／ｗ）をすぐに添加し、さらに、その成分をこてで混ぜ合わせて反応混合物を生成した。酸が添加されて最初の３０秒以内に、アルミニウムドロスと酸との発熱反応によって、温度が上昇しさらに硫化水素ガスが生成された。次に、酸がミキシングボウル内の材料全てと接触するように、反応混合物を徹底的に混ぜ合わせた。材料の泡立ちが１分以内に始まり、さらに、ミキシングボウルから生じる蒸気を見ることができた。
【実施例２】
【００６２】
マルプの調製
ブラックアルミニウムドロスをオーストラリア（Ｗｅｓｔｏｎ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ社）から得た。小麦粉こし器に通すことによって粒径を減らした。１ｋｇのアルミニウムドロスを、１３０ｍＬの水を使用して湿らせた。次に、１２０ｍＬの８０％食品グレードのリン酸を添加し、さらに、液体になるまで撹拌した。発熱反応は事実上すぐにあった。撹拌を続けて、酸がドロスの全てと接触するのを確実にした。硫化水素の辛みの臭いを、発熱反応から放出されているとして認識した。
【００６３】
組成物の温度の著しい上昇が、３分後に発生し始めた。追加の２５０ｍＬの水を添加する前に、撹拌をさらに３から４分間続けて、濃い塗料（マルプ）の濃度を達成した。
【実施例３】
【００６４】
せっこうボード
実施例２において調製したマルプを、塗料ばけを使用してせっこうボード（標準的な５ｍｍのＧｉｂ（登録商標）ボード）に塗った。せっこうボード上に表面処理は使用しなかったが、マルプはよく結合した。せっこうボード上に置かれると、発熱反応は劇的に遅くなった。組成物のさらなる被覆を適用して、その被覆を約０．７５ｍｍの厚さのコーティングに至らせた。これを一晩乾燥させた。
【００６５】
次の朝、火炎伝播及び破壊の試験を、プロパンガスバーナーを使用して実行した。この仕組みは図１において示されている。プロパントーチを、４から５分間約２０ｍｍの距離にてボードに集中させた。次に、酸素アセチレントーチを組成物に集中させて、さらに３分間温度を上げた。被覆のないせっこうボード（対照試料）の対照試料に同じプロセスを受けさせた。
【００６６】
結果：
乾燥した組成物又は下にあるせっこうボードの強熱は観察されなかった。いくらかの変色又は膨れが、１０００℃を超えると推定される超高温を用いて、乾燥した組成物に対して発生しているように思われた。しかし、乾燥した組成物は依然として残った。
【００６７】
被覆のないせっこうボード（対照試料）は、著しい火炎伝播と共に６０秒以内に消え、後に炎によって破壊された。
【００６８】
燃焼試験を開始して１０分後、せっこうボードのうち、炎が集められた箇所のすぐ裏側の領域は、手で触ることができる程度に温かかった。せっこうボードに対するさらなる影響はなく、乾燥した組成物は、試験の間じゅうせっこうボードに結合したままであった。
【００６９】
従って、１ｍｍ未満の厚さの組成物のコーティングはせっこうボードの保護をもたらし、火炎伝播は観察されず、さらに、せっこうボードへの浸透又は乾燥した組成物の消滅は観察されなかった。試験の間じゅう、せっこうボードの裏面は手で触ることができる程度に温かいままであった。
【実施例４】
【００７０】
ＭＤＦ
実施例１において記載されているように調製した反応混合物を、４ｍｍのコーティングとして中密度繊維板（ＭＤＦ）に、ＭＤＦの先立つ処理を行うことなく塗った。そのコーティングを１２時間乾燥させた。図２は、いかなる延焼も生じなかった燃焼試験を示している。
【実施例５】
【００７１】
ウールポリエステルの天井用断熱材
反応混合物を、実施例１において記載されているように調製した。発熱反応が進行中になると、２５０ｍＬの水を添加し、発熱反応を遅らせたが、それを停止することはなかった。ウールの断熱材の末端を、反応混合物に繰り返し浸漬させて、コーティングを生成した。コーティングには、乾燥するのに１２時間を与えて、図３において示されているように燃焼試験を実行した。対照試料のウールの断熱材は煙を出し且つ黒焦げになり、注入されたウールの断熱材はバーナーに対する耐性を強化させた。
【００７２】
材料の粒径が著しく小さい場合、材料を単に表面上に噴霧し、保護コーティングを形成することができ、或いは、より小さい粒径を使用することによって、改善された繊維の浸透が可能にされ得るということが構想される。
【実施例６】
【００７３】
ポリスチレンブロック
反応混合物を、実施例１において記載されているように調製し、さらに、こて塗りによって、６０ｍｍのポリスチレンボードに３ｍｍの厚さのコーティングで塗った。そのコーティングには、乾燥するのに１２時間を与えて、図４において示されているように燃焼試験を実行した。本発明のコーティングによって保護されていないポリスチレンの対照試料は、炎の下、急速に融けたが、本発明のコーティングによって保護されたポリスチレンボードは無傷のままであった。
【実施例７】
【００７４】
鋼の裏張りを有したセメント混合ブロック
反応混合物を、実施例１において記載されているように調製し、さらに、ポリカーボネートプラスチックの所定のサイズに構築された型に注いだ。型は２８ｍｍの厚さを有したが、いかなる所望のサイズ又は形状の型を、本発明のこの態様における使用のために形成することができ、所望の耐火性に応じて３００ｍｍまで又はそれ以上の厚さを有する型を含むということが正しく理解されることになる。反応混合物は、適度に平らに流れ、ハンドトロウェルを使用して平らにし、型において均一の厚さを与えた。
【００７５】
反応混合物は、数分間型の中で反応し続けて蒸気を生成しただけでなく、硫化水素を放出し続けた。反応は型内で遅くなったと目に見えてわかると、均一の厚さを与えるためにさらなる手によるこて塗りが要求された。次に、曝露された表面をこてを用いてでこぼこにして、結合表面を提供した。１０分以内に、反応混合物は部分的に乾燥した。
【００７６】
乾燥した組成物は、２４℃の室温において一晩型の中に残し、次に、ブロックを形成するために型から取り出し、さらに２４時間乾燥させた。乾燥した組成物は、セラミックスと類似しており、軽くたたいた場合、カリカリしたセラミック音を聞くことができた。次に、ウレタンアクリル性水性塗料（Ｖｉｐｏｎｄ’ｓ  Ｐａｉｎｔｓ  Ａｕｓｔｒａｌｉａ）の２つの上塗りを、乾燥した組成物に直接塗り、下塗り又は表面処理は要求されなかった。次に、塗装した表面を乾燥させた。
【００７７】
乾燥した組成物の観察によって、材料構造は、予め形成されたセメントブロックと類似しており、その表面じゅうに小さく且つ一貫した空隙を有したということが示された。ブロックの詳細な調査によって、これらの空隙は、乾燥した組成物の全体にわたって続くということが示された。
【００７８】
アクリル性塗料と反応混合物との即座の結合を実証した結合試験において、さらなる反応混合物の薄いコーティングを、ブロックの表面の３分の１に直接被覆して、１ｍｍ未満の厚さを有した。この薄いコーティングは、キッチン用こし器を通過したＷｅｓｔｏｎ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ａｕｓｔｒａｌｉａから得たホワイトドロスから、上記と同じ水とリン酸との混合プロセスを使用して生成した。反応混合物の薄いコーティングを、塗装されたブロックの表面に単にはけで塗り、さらに、その全体を一晩乾燥させた。
【００７９】
反応混合物のコーティングを鋼板に塗り、さらに、１２時間乾燥させた。次に、４ｍｍのコーティングをブロックの結合表面に添加し、次に、予め被覆した鋼板を、動かないように小さいおもしと共に上に置いた。次に、その全体を乾燥させ、さらに、確実な結合をもたらせた。
【００８０】
結果：
熱結合をブロックの前面に配置し、別の熱結合を、炎が前面にぶつかることになるスポットのちょうど裏に配置した。熱結合Ｔ１（前の結合）及びＴ２（裏の結合）を、読取りを行った表面に対する圧力の下一貫した様式で置いた。従って、２つの熱結合間の距離は、ブロック及び鋼板の厚さであった。プロパントーチを、前面の５０ｍｍ内に、ちょうど前の熱結合を置いた所に配置した。ブロックを通る熱伝達を記録し、さらに、結果が、図６において示されている。約２．３０ｐｍ、３ｐｍ及び４．５０ｐｍでのデータの山形に折れた部分は、熱源の取替え又は再位置決めを示している。
【００８１】
燃焼試験によって、１０００℃を超える温度に達する前面の熱にもかかわらず、非常に遅い熱の伝達があったということが示された。前面は赤く燃え、ブラストヒート（ｂｌａｓｔ  ｈｅａｔ）と呼ばれるものが適用されているにもかかわらず、表面の材料の目に見える構造的な分解は観察されなかった。前面上の記録された最大温度は１１０７℃であり、裏面上の記録された最大温度は９８℃であった（図６）。
【００８２】
このプロセスの間のガスの発生は予想されるけれども、ガスが放出されているとは観察されなかった。
【００８３】
本発明は特定の実施形態及び実施例を参考にして記載されてきたけれども、本発明は、多くの他の形で具体化されてもよいということが当業者によって正しく理解されることになる。
【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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【国際調査報告】
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