JP2024506785A - 陸屋根又は平坦勾配屋根用の屋根葺きシステム及びインシュレーション要素 - Google Patents

陸屋根又は平坦勾配屋根用の屋根葺きシステム及びインシュレーション要素 Download PDF

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JP2024506785A
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mmol
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ヨハンソン、ドルテ バルトニク
ニコリック、ミロスラフ
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ロックウール アクティーゼルスカブ
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Abstract

本発明は、熱及び/又は音響インシュレーション材を備えた建物の陸屋根又は平坦勾配屋根用の屋根葺きシステムであって、構造支持体、デッキ、任意選択で蒸気制御層、防水膜、ならびに、鉱物繊維、好ましくは石綿繊維、及び硬化水性バインダーで作られた結合鉱物繊維製品である、少なくとも1つのインシュレーション要素からなり、水性バインダー組成物が硬化前に、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/gのカルボン酸基含量を有する、1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、インシュレーション要素が70kg/m3~250kg/m3の嵩密度を有する、屋根葺きシステムに関する。

Description

本発明は、構造支持体と、デッキと、任意選択で蒸気制御層と、防水膜と、好ましくは石綿繊維である鉱物繊維およびフェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの硬化した水性バインダー組成物で作られた結合鉱物繊維製品(a bonded mineral fibre product)である少なくとも1つのインシュレーション要素からなる、熱及び/又は音響インシュレーション材を有する建物の陸屋根(a flat roof)又は平坦勾配屋根(a flat inclined roof)用の屋根葺きシステムに関する。さらに、本発明は、好ましくは石綿繊維である鉱物繊維と、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの硬化した水性バインダー組成物とで作られた、屋根葺きシステム用のインシュレーション要素に関する。
陸屋根及び平坦勾配屋根は、先行技術において、例えば膜屋根(membrane roof)システムとしてよく知られているが、この膜屋根システムは、主要な断熱材が配置される位置に応じて、一般に以下のタイプに分けられる:保温屋根、反転保温屋根、屋上庭園又は緑化屋根、及び保冷屋根。
この頃の膜屋根システムは、設計寿命中に起こり得るあらゆる気象条件から陸屋根又は平坦勾配屋根を保護するために使用されるシングルプライ屋根葺きシステムとして建設されることが多い。
一般的なシングルプライ屋根葺きシステムは、構造支持材、連続支持材を提供するデッキ、蒸気制御層(必要な場合)、断熱材、防水膜、耐交通又は耐荷重仕上げ(機能的及び/又は審美的な理由で必要な場合)を含む。
最近のほとんどの陸屋根及び平坦勾配屋根は、いわゆる保温屋根として設計されている。このような保温屋根において、主要な断熱材は、屋根カバー、すなわち防水膜の直下に配置される。このため、寒い天気でもデッキは暖かく保たれ、換気をしなくても結露を防ぐことができる。インシュレーション材に侵入する水蒸気を制御するため、任意で、水蒸気制御層がデッキの上に設けられる。水蒸気制御層を設けることは、膜屋根を高水準でインシュレーションするための、非常に信頼性が高く、費用対効果の高い方法である。
シングルプライ屋根葺きシステムを取り付けるための3つの主な選択肢は、機械的締結、接着/コールドグルー、バラストであり、これらによってインシュレーション材及び膜を同じ又は異なる方法で取り付けることができる。
先行技術に記載されている各種システムは、建物の陸屋根又は平坦勾配屋根の屋根葺きシステムに有用であり、結合鉱物繊維製品のインシュレーション要素を使用している。
特定の場合において、鉱物繊維、例えばガラス繊維の層をインシュレーション要素全体にわたって不織フリース又は薄織物として使用し、それによってインシュレーション要素と防水膜の間に挟み込むことも知られている。複数のインシュレーション要素を並べて配置して形成されたパネルは、その全領域にわたって広がる不織フリース又は薄織物の層を有してもよい。フリース又は薄織物は、接触面間に塗布された接着剤によって要素(複数)に接着されてもよい。フリース又は薄織物は、パネル内のボードの位置を保持し、1つの要素にかかる力を隣接する要素に伝達できるようにすることで機械的強度を向上させることができる。フリース又は薄織物は、例えば0.5mm未満、例えばわずか0.1mmの平均孔径又は隣接繊維間の距離を有する小さな孔を有する。
最新の屋根葺きシステムでは、防水膜の接着/結合のためにインシュレーション要素層の適切な表面を提供するために、薄織物及び織物で上張りされた又はビチューメンコーティングされた屋根板が使用される。これらのシステムを使用することは可能であるが、接着剤がインシュレーション要素層に分散する可能性があるという欠点がある。このような分散した接着剤は、前記インシュレーション層のインシュレーション及び/又は減衰特性を著しく低下させる。さらに、接着剤が分散すると、接着剤の消費量が多くなり、接着強度が制御できなくなるため、システムのコストが高くなる。
最後に、通常、有機接着剤であるこのような接着剤は、特に上述したビチューメンコーティングされた屋根板の場合、インシュレーション要素の耐火性を低下させる。
例えば、特許文献1は、鉱物繊維コアと、コアの上に重なり樹脂によってコアに結合されてパネルを形成する布地と、鉱物繊維コアに浸透する接着剤によってパネルに接合される、布地の上に重なる水分/水不透過性シートとを備える屋根葺きシステムを開示している。この複合屋根システムは陸屋根及び平坦勾配屋根に広く使用されているが、前述のようにいくつかの欠点がある。
屋根葺きシステムの別の例が特許文献2に開示されている。この屋根葺きシステムは、2つの層を含む、断熱及び/又は防音用のインシュレーション要素を含み、そのうちの少なくとも1つの層は、鉱物繊維、特に石綿繊維でできており、第2の層は、少なくとも1つの布地でできており、接着剤によって第1の層の主表面に固定され、それによって第2の層は充填剤を備え、充填剤は第2の層に一定の浸透性を与える。
保温屋根にかかるいかなる荷重も断熱材を介して構造体に伝わるため、剛性の高い材料が必要である。製品によって支持力が異なり、選択した熱施工値(thermal installation value)を達成するために、より大きい又はより小さい厚さが必要となるため、上記の選択は重要である。建物の陸屋根又は平坦勾配屋根の屋根葺きシステムを設計及び計画する際には、この点を考慮する必要がある。
インシュレーション製品には基本的に以下の2つのクラスがある:
例えば、ポリイソシアヌレート(PIR:Polyisocyanurate)、発泡ポリスチレン(EPS:Expanded Polystyrene)、押出ポリスチレン(XPS:Extruded Polystyrene)などの多孔性材料;
鉱物綿(MW:mineral wool)、特に石綿などの繊維状材料。
後者の鉱物綿製品は、その優れた熱及び音響特性、ならびに機械的強度及び優れた耐火性でよく知られている。この製品は、鉱物繊維及びバインダーで作られた結合鉱物繊維製品とも呼ばれ、このような製品に対するそれぞれの要件は、非特許文献1に規定されている。
鉱物繊維製品は一般に、人造ガラス質繊維(MMVF:man-made vitreous fibre)、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維、玄武岩繊維、スラグウール、鉱物綿、及び石綿を含み、これらは硬化した熱硬化性高分子バインダーによって結合されている。熱又は音響インシュレーション製品として使用する場合、結合鉱物繊維マットは一般に、適切な原材料で作られた溶融物を、従来の方法、例えば紡績カッププロセス又はカスケードロータプロセスによって繊維に変換することによって製造される。繊維は成型チャンバーに吹き込まれ、空気中でまだ熱いうちにバインダー溶液が噴霧され、走行コンベア上でマット又はウェブとしてランダムに堆積される。次に、繊維マットは硬化炉に移され、加熱された空気がマットを通して吹き付けられて、バインダーを硬化させ、鉱物繊維を互いに強固に結合させる。
最良のバインダーは、経済的に生産することができ、バインダーとして使用する前に尿素で広げることができる、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂である。しかし、ホルムアルデヒド排出の削減又は撤廃を目指す既存の法律及び法律案により、ホルムアルデヒドフリーのバインダー、例えばポリカルボキシポリマー及びポリオール又はポリアミンをベースとしたバインダー組成物が開発されるようになった。
非フェノール-ホルムアルデヒドバインダーの別の群は、脂肪族及び/又は芳香族無水物とアルカノールアミンとの付加/脱離反応生成物である。これらのバインダー組成物は水溶性であり、硬化速度及び硬化密度の点で優れた結合特性を示す。
これらのバインダーの製造に使用される出発材料のいくつかはかなり高価な化学薬品であるため、経済的に製造されるホルムアルデヒドフリーのバインダー、場合により、無添加ホルムアルデヒドバインダー(NAF:non-added formaldehyde binder)とも呼ばれるバインダーを提供する必要性が存在し続けている。
鉱物繊維を原料とする既知の水性バインダー組成物に関するさらなる効果は、これらのバインダーの製造に使用される出発材料の少なくとも大部分が化石燃料に由来することである。消費者は、完全に又は少なくとも部分的に再生可能な材料から製造された製品を好む傾向にあり、したがって、少なくとも部分的に再生可能な材料から製造された鉱物綿用バインダーを提供する必要がある。
既知の鉱物繊維用水性バインダー組成物に関するさらなる効果は、腐食性及び/又は有害な成分を含むことである。このため、鉱物綿製品の製造に関わる機械に腐食を防ぐための保護措置が必要であり、この機械を扱う人の安全対策も必要である。このことはコスト増大及び健康問題につながり、したがって、腐食性材料及び/又は有害材料の含有量を低減したバインダー組成物を使用した鉱物繊維製品を提供する必要がある。
一方、大部分が再生可能な出発材料をベースとする、鉱物繊維製品用バインダーが数多く提供されている。多くの場合、大部分が再生可能な資源をベースとするこれらのバインダーはまた、ホルムアルデヒドフリーである。
しかし、これらのバインダーの多くは、比較的高価な基本材料をベースにしているため、まだ比較的高価である。さらに、これまでのところ、これらのバインダーは最終的な鉱物繊維製品に十分な強度特性を長期にわたって与えることはできない。
陸屋根又は平坦勾配屋根用の屋根葺きシステムは、30年以上の耐用年数で建設されるため、耐久性のある材料が必要とされる。このような屋根の荷重は断熱材を介して構造体に伝達されるため、結合鉱物繊維製品は、荷重ケースのほとんど、特に圧力荷重に耐えることができる必要があり、例えば、建設中に時々生じる軽い徒歩での往来、特に後の点検中の個々の検査目的での往来に耐え、さらに、時間がたつにつれて発生する可能性が高い全天候条件、特に風荷重に耐える必要がある。したがって、屋根葺きシステムのインシュレーション材として使用される鉱物繊維製品は、密度の問題である特定の堅牢性を必要とし、そのため、このような製品の密度は、一般的に、例えば70kg/m~約250kg/mの範囲にあり、経時的にも特定の強度特性を提供する。
上記のフェノール-ホルムアルデヒド樹脂又は尿素拡張フェノール-ホルムアルデヒド樹脂を使用した結合鉱物繊維製品のインシュレーション要素は、経時的な強度の低下、すなわち経年劣化に関する場合に優れていることが知られており、そのため何十年にもわたって使用されてきた。先行技術のホルムアルデヒドフリー又は無添加ホルムアルデヒドバインダー(NAF)の使用は、嵩密度が約60kg/m未満の軽量製品、例えば空洞又は空間に設置され、その後被覆され、製品が荷重を吸収する必要がなく、又は特定の機械的耐性を提供する必要がない製品では実現可能であることが証明されている。しかし、これらのホルムアルデヒドフリーのバインダーは、荷重及び機械的応力に耐えなければならないインシュレーション要素の場合、比較的経年劣化しやすく、したがって時間の経過とともにその堅牢性が失われるため、非常に重要であると考えられている。
国際公開第98/31895号 国際公開第2013/034376号
欧州規格EN13162:2015「建築用断熱製品-工場製造鉱物綿(MW)製品(Thermal insulation products for buildings-Factory made mineral wool(MW)products)」
したがって、本発明の目的は、このような屋根葺きシステムに適用可能であり、バインダーのための高価及び/もしくは有害な材料、ならびに/又は高価及び/もしくは有害なバインダーそれ自体の使用を回避する、鉱物繊維要素を有する屋根葺きシステムを提供することである。本発明のさらなる目的は、バインダーのための高価及び/もしくは有害な材料を使用することなく、ならびに/又は高価及び/もしくは有害なバインダーそれ自体を使用することなく、屋根葺きシステムに適用可能な鉱物繊維要素を提供することである。
本発明によれば、屋根葺きシステムは、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの硬化した水性バインダー組成物を有する鉱物繊維のインシュレーション要素であって、水性バインダー組成物が硬化前に、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、インシュレーション要素が70kg/m~250kg/mの嵩密度を有する、インシュレーション要素を含む。
さらに、本発明によれば、屋根葺き用インシュレーション要素は、鉱物繊維、好ましくは石綿繊維、及びバインダーから作られ、水性バインダー組成物は硬化前に、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、インシュレーション要素が70kg/m~250kg/mの嵩密度を有する。
前述したように、鉱物繊維及びバインダーで作られたインシュレーション要素を得ることが可能であり、このインシュレーション要素は、陸屋根又は平坦勾配屋根用の屋根葺きシステムに使用するのに必要な機械的安定性を提供し、それによって、インシュレーション要素は有害なバインダーを含有せず、一方ではフェノール及びホルムアルデヒドを含まず、バインダーは高い耐老化性を有し、屋根葺きシステムの耐用年数の間、強度の低下はわずかであることが見出された。さらに、先行技術で使用されているホルムアルデヒドなしのバインダー、例えば既存のNAFバインダーと比較して、バインダーの量を減らすことができる。
本発明は、添付の図面を参照して以下にさらに説明される。
第1の実施形態の陸屋根用屋根葺きシステムの一部を示す断面図。 第2の実施形態の陸屋根用屋根葺きシステムの一部を示す断面図。 屋根葺きシステムに使用されるインシュレーション要素の層間剥離強度と、先行技術によるインシュレーション要素の層間剥離強度との比較を示す略図。 屋根葺きシステムに使用されるインシュレーション要素のエージング後の層間剥離強度と、先行技術によるインシュレーション要素のエージング後の層間剥離強度との比較を示す略図。 屋根葺きシステムに使用されるインシュレーション要素の圧縮強度と、先行技術によるインシュレーション要素の圧縮強度との比較を示す略図。 屋根葺きシステムに使用されるインシュレーション要素のエージング後の圧縮強度と、先行技術によるインシュレーション要素のエージング後の圧縮強度との比較を示す略図。 可能性のあるリグノスルホン酸リグニン構造の一部分を示す。
一実施形態において、インシュレーション要素は、屋根葺きシステムについて記載した好ましい特徴のいずれかを有していてよい。
好ましくは、インシュレーション要素は、2~8重量%、好ましくは2~5重量%の範囲内の強熱減量(LOI)を有する。バインダー含量はLOIとされ、欧州規格EN13820:2003に従って決定される。バインダーには、油及び他のバインダー添加剤が含まれる。
好ましい実施形態によれば、屋根葺きシステムは、欧州規格EN826:2013に従って測定される50~130kPaの圧縮強度を有するインシュレーション要素を備える。
別の実施形態によれば、屋根葺きシステムは、欧州規格EN1607:2013に従って測定された20~50kPaの層間剥離強度を有するインシュレーション要素を備える。
結合鉱物繊維製品のこのようなインシュレーション要素は、その優れた耐火性で知られており、一般的に、他の方法で処理されていない場合又はコーティングもしくは化粧材で被覆されていない場合、欧州規格EN13501-1:2018に従ってEuroclass A1に分類される。
一実施形態において、本発明による鉱物綿製品は、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含む鉱物繊維を含む。
特に、本発明の第1の態様によれば、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む、鉱物繊維製品であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、
水性バインダー組成物が、500以下の分子量Mを有するエポキシ化合物から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維製品が提供される。
特に、本発明の第1の態様によれば、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む、鉱物繊維製品であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、
水性バインダー組成物が、
アルデヒド、式R-[C(O)Rのカルボニル化合物から選択されるカルボニル化合物であって、式中、Rは、飽和又は不飽和の、直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素ラジカル、5又は6個の炭素原子からなる1つ以上の芳香族環を含むラジカル、4又は5個の炭素原子と酸素、窒素又は硫黄原子とを含有する1つ以上の芳香族複素環を含むラジカルを示し、Rラジカルが他の官能基を含有することが可能であり、Rは、水素原子又はC~C10アルキルラジカルを示し、xは、1~10の範囲で変動する前記カルボニル化合物
から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維製品が提供される。
特に、本発明の第1の態様によれば、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む、鉱物繊維製品であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、
水性バインダー組成物が、ポリアミンから選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維製品が提供される。
特に、本発明の第1の態様によれば、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む、鉱物繊維製品であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、
水性バインダー組成物が、単糖及びオリゴ糖類から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維製品が提供される。
一実施形態において、本発明による鉱物綿製品は、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシイソプロピル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アジパミド架橋剤、例えばN,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジパミド及び/又は
多官能性有機アミン、例えばアルカノールアミン、ジアミン、例えばヘキサメチルジアミンからなる基、及び/又は
反応性官能基、例えばカルボジイミド基、例えば無水物基、例えばオキサゾリン基、例えばアミノ基、例えばエポキシ基を含有する、500超の分子量を有するエポキシ化合物、例えば脂肪酸トリグリセリドをベースとするエポキシ化油、又は1つ以上の可撓性オリゴマーもしくはポリマー、例えば低Tgアクリル系ポリマー、例えば低Tgビニル系ポリマー、例えば低Tgポリエーテル、及び/又は
多官能性カルボジイミド、例えば脂肪族多官能性カルボジイミドの形態の1つ以上の架橋剤、及び/又は
PrimidXL-552
から選択される1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、
水性バインダー組成物が、
500以下の分子量Mを有するエポキシ化合物、
アルデヒド、式R-[C(O)Rのカルボニル化合物から選択されるカルボニル化合物であって、式中、Rは、飽和又は不飽和の、直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素ラジカル、5又は6個の炭素原子からなる1つ以上の芳香族環を含むラジカル、4又は5個の炭素原子と酸素、窒素又は硫黄原子とを含有する1つ以上の芳香族複素環を含むラジカルを示し、Rラジカルが他の官能基を含有することは可能であり、Rは、水素原子又はC~C10アルキルラジカルを示し、xは、1~10の範囲で変動する前記カルボニル化合物、
ポリアミン
から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維を含む。
任意選択で、水性バインダー組成物は、追加的に、
1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)を含む。
一実施形態において、本発明による鉱物綿製品は、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)と、
1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)とを含む鉱物繊維を含む。
特に、本発明の第1の態様によれば、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む、鉱物繊維製品であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)と、
1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)とを含み、
水性バインダー組成物が、500以下の分子量Mを有するエポキシ化合物から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維製品が提供される。
特に、本発明の第1の態様によれば、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む、鉱物繊維製品であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)と、
1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)とを含み、
水性バインダー組成物が、
アルデヒド、式R-[C(O)Rのカルボニル化合物から選択されるカルボニル化合物であって、式中、Rは、飽和又は不飽和の、直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素ラジカル、5又は6個の炭素原子からなる1つ以上の芳香族環を含むラジカル、4又は5個の炭素原子と酸素、窒素又は硫黄原子とを含有する1つ以上の芳香族複素環を含むラジカルを示し、Rラジカルが他の官能基を含有することは可能であり、Rは、水素原子又はC~C10アルキルラジカルを示し、xは、1~10の範囲で変動する前記カルボニル化合物
から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維製品が提供される。
特に、本発明の第1の態様によれば、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む、鉱物繊維製品であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)と、
1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)とを含み、
水性バインダー組成物が、ポリアミンから選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維製品が提供される。
特に、本発明の第1の態様によれば、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む、鉱物繊維製品であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)と、
1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)とを含み、
水性バインダー組成物が、単糖及びオリゴ糖類から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維製品が提供される。
一実施形態において、本発明による鉱物綿製品は、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含み、この鉱物繊維は、
成分(i)であって、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態である、前記成分(i)と、
成分(ii)であって、β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤、及び/又は
反応性官能基、例えばカルボジイミド基、例えば無水物基、例えばオキサゾリン基、例えばアミノ基、例えばエポキシ基を含有する、500超の分子量を有するエポキシ化合物、例えば脂肪酸トリグリセリドをベースとするエポキシ化油、又は1つ以上の可撓性オリゴマーもしくはポリマー、例えば低Tgアクリル系ポリマー、例えば低Tgビニル系ポリマー、低Tgポリエーテル、及び/又は
多官能性カルボジイミド、例えば脂肪族多官能性カルボジイミドの形態の1つ以上の架橋剤、及び/又は
PrimidXL-552
から選択される1つ以上の架橋剤の形態である、前記成分(ii)と、
1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)とを含み、
水性バインダー組成物が、
500以下の分子量Mを有するエポキシ化合物、
アルデヒド、式R-[C(O)Rのカルボニル化合物から選択されるカルボニル化合物であって、式中、Rは、飽和又は不飽和の、直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素ラジカル、5又は6個の炭素原子からなる1つ以上の芳香族環を含むラジカル、4又は5個の炭素原子と酸素、窒素又は硫黄原子とを含有する1つ以上の芳香族複素環を含むラジカルを示し、Rラジカルが他の官能基を含有することは可能であり、Rは、水素原子又はC~C10アルキルラジカルを示し、xは、1~10の範囲で変動する前記カルボニル化合物、
ポリアミン
から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維を含む。
好ましい実施形態において、本発明によるインシュレーション要素に使用されるバインダーは、本発明による屋根葺きシステムに使用され、ホルムアルデヒドフリーである。
本出願の目的上、用語「ホルムアルデヒドフリー」は、鉱物綿製品からのホルムアルデヒドの放出が5μg/m/時未満、好ましくは3μg/m/時未満である鉱物綿製品を特徴付けるために定義される。好ましくは、試験はアルデヒド放出試験ISO16000に従って実施される。
好ましい実施形態において、バインダーはフェノールフリーである。
本出願の目的上、用語「フェノールフリー」は、水性バインダー組成物が、15重量%の乾燥固形分バインダー含量を有する水性組成物の総重量を基準として0.25重量%以下、例えば0.1重量%以下、例えば0.05重量%以下の量でフェノール
を含有するように定義される。
一実施形態において、バインダー組成物は添加ホルムアルデヒドを含有しない。
一実施形態において、バインダー組成物は添加フェノールを含有しない。
本発明の目的上、用語「単糖及びオリゴ糖類」は、10個以下のサッカリド単位を有する単糖及びオリゴ糖類を含むものと定義される。
本発明の目的上、用語「糖」は、10個以下のサッカリド単位を有する単糖及びオリゴ糖類を含むものと定義される。
成分(i)
成分(i)は、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態である。
リグニン、セルロース及びヘミセルロースは、植物細胞壁における3つの主要な有機化合物である。リグニンはセルロース繊維を一緒に保持する接着剤と考えることができる。リグニンは親水基と疎水基の両方を含有する。リグニンは、セルロースに次いで世界で2番目に多く存在する天然ポリマーであり、世界全体で10億トンを超え、バイオマスに含有される全炭素量の20~30%を占めると推定されている。
リグノスルホン酸塩プロセスは、大量のスルホン酸塩基を導入することで、リグニンを水だけでなく酸性水溶液にも溶けるようにする。リグノスルホン酸塩はスルホン酸塩として最大8%の硫黄を有するが、クラフトリグニンは1~2%の硫黄を有し、ほとんどがリグニンに結合している。リグノスルホン酸塩の分子量は15.000~50.000g/molである。多数のイオン化スルホン酸塩基と一緒にしたリグニンの一般的な疎水性コアは、このリグニンを界面活性剤として魅力的なものにしており、セメントなどの分散によく利用されている。
リグニンベースの付加価値製品を製造するには、まずリグニンをバイオマスから分離しなければならず、この分離のためにいくつかの方法を用いることができる。クラフト及び亜硫酸パルプ化プロセスは、木材からリグニンを効果的に分離することで知られており、そのため世界中で使用されている。クラフトリグニンは、NaOHとNa2Sの助けを借りて木材から分離される。亜硫酸塩パルプ化プロセスから得られるリグニンはリグノスルホン酸塩と呼ばれ、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、又はアンモニウムを含有する亜硫酸及び/又は亜硫酸塩を様々なpHレベルで使用することにより製造される。現在、リグノスルホン酸塩は市販リグニンの総市場の90%を占めており、世界全体でのリグノスルホン酸塩の年間総生産量は約180万トンである。リグノスルホン酸塩は一般にスルホン基が多く、したがって、クラフトリグニンよりも硫黄の量が多い。スルホン化基が存在するため、リグノスルホン酸塩はアニオン性に帯電し、水溶性である。リグノスルホン酸塩の分子量(Mw)は、クラフトリグニンの分子量と同程度か、それよりも大きくてもよい。リグノスルホン酸塩は、その固有の特性から、動物飼料、殺虫剤、界面活性剤、石油掘削時の添加剤、コロイド懸濁液中の安定剤、コンクリート混和剤中の可塑剤などの幅広い用途を持つ。しかし、新しいパルプミルの大半は、パルプ生産にクラフト技術を採用しているため、クラフトリグニンの方が付加価値生産に利用しやすい。
しかし、リグノスルホン酸塩とクラフトリグニンは、分離プロセス、したがって異なる官能基分布に由来する、異なる特性を有している。リグノスルホン酸塩中に高レベルのスルホン基があり、一般に4つのC9単位に対して少なくとも1つ存在するため、リグノスルホン酸塩は水中の全てのpHレベルで強く帯電している。このイオン化可能な官能基の多さは、他の技術的リグニンと比較した違いのほとんどを説明することができる。電荷密度が高いことが、クラフトリグニンに比べて水への溶解が容易であり、溶液中の固形分含量が多いことを可能にする。また、同じ理由で、リグノスルホン酸塩は、同じ固形分含量でクラフトリグニンに比べて溶液粘度が低くなり、取り扱い及び加工が容易になり得る。一般的に用いられるリグノスルホン酸塩のモデル構造を図7に示す。
一実施形態において、成分(i)は、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.05~0.6mmol/g、例えば0.1~0.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する。
一実施形態において、成分(i)は、成分(i)の数平均分子量を考慮した巨大分子あたり1.8個未満、例えば1.4個未満、例えば1.1個未満、例えば0.7個未満、例えば0.4個未満、の平均カルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態である。
一実施形態において、成分(i)は、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.3~2.5mmol/g、例えば0.5~2.0mmol/g、例えば0.5~1.5mmol/gのフェノール性OH基の含量を有する。
一実施形態において、成分(i)は、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として1.0~8.0mmol/g、例えば1.5~6.0mmol/g、例えば2.0~5.0mmol/gの脂肪族OH基の含量を有する。
一実施形態において、成分(i)は、リグノスルホン酸アンモニウム及び/又はリグノスルホン酸カルシウム、及び/又はリグノスルホン酸マグネシウム、ならびにそれらの任意の組み合わせを含む。
一実施形態において、成分(i)はリグノスルホン酸アンモニウム及びリグノスルホン酸カルシウムを含み、NH4対Ca2+のモル比は5:1~1:5、特に3:1~1:3の範囲である。
本発明の目的において、リグノスルホン酸塩という用語は、スルホン化クラフトリグニンを包含する。
一実施形態において、成分(i)はスルホン化クラフトリグニンである。
一実施形態において、水性バインダー組成物は、リグノスルホン酸塩及び糖の重量を基準として0~5重量%、例えば5重量%未満、例えば0~4.9重量%、例えば0.1~4.9重量%の量で添加糖を含有する。
一実施形態において、水性バインダー組成物は、成分(i)及び(ii)の総重量を基準として50~98重量%、例えば65~98重量%、例えば80~98重量%の量の成分(i)、すなわちリグノスルホン酸塩を含む。
一実施形態において、水性バインダー組成物は、成分(i)、(ii)及び(iii)の乾燥重量を基準として50~98重量%、例えば65~98重量%、例えば80~98重量%の量で成分(i)を含む。
本発明の目的上、リグニン官能基の含量は、特性評価法として31P NMRを用いて決定される。
31P NMRのためのサンプル調製は、ホスフィチル化試薬として2-クロロ-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサホスホラン(TMDP:2-chloro-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaphospholane)を用い、内部標準としてコレステロールを用いて行う。統合はGranataとArgyropoulosの研究(J.Agric.Food Chem.43:1538-1544)に従う。
成分(ii)
成分(ii)は、1つ以上の架橋剤の形態である。
一実施形態において、成分(ii)は、β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤及び/又はオキサゾリン架橋剤から選択される1つ以上の架橋剤を含む。
β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤は、酸官能性巨大分子の硬化剤である。この架橋剤は、硬質であり、耐久性があり、耐食性があり、耐溶剤性の架橋ポリマーネットワークを提供する。β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤は、複数のエステル結合を形成するエステル化反応によって硬化すると考えられている。β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤のヒドロキシ官能性は、最適な硬化反応を得るために、平均で少なくとも2、好ましくは2超、より好ましくは2~4であるべきである。
オキサゾリン基含有架橋剤は、1分子中に1つ以上のオキサゾリン基を含有するポリマーであり、一般に、オキサゾリン含有架橋剤は、オキサゾリン誘導体を重合することにより容易に得ることができる。米国特許出願第6818699号明細書には、そのようなプロセスの開示がある。
一実施形態において、成分(ii)は、反応性官能基、例えばカルボジイミド基、例えば無水物基、例えばオキサゾリン基、例えばアミノ基、例えばエポキシ基、例えばβ-ヒドロキシアルキルアミド基を含有する、500超の分子量を有する1つ以上のエポキシ化合物、例えば脂肪酸トリグリセリドをベースとするエポキシ化油、又は1つ以上の可撓性オリゴマーもしくはポリマー、例えば低Tgアクリル系ポリマー、例えば低Tgビニル系ポリマー、例えば低Tgポリエーテルである。
一実施形態において、成分(ii)は、脂肪アミンからなる群から選択される1つ以上の架橋剤である。
一実施形態において、成分(ii)は、脂肪アミドの形態の1つ以上の架橋剤である。
一実施形態において、成分(ii)は、ポリカプロラクトンなどのポリエステルポリオールから選択される1つ以上の架橋剤である。
一実施形態において、成分(ii)は、デンプン、変性デンプン、CMCからなる群から選択される1つ以上の架橋剤である。
一実施形態において、成分(ii)は、脂肪族多官能性カルボジイミドなどの多官能性カルボジイミドの形態の1つ以上の架橋剤である。
一実施形態において、成分(ii)は、CX100、NeoAdd-Pax521/523などのアジリジンの形態の1つ以上の架橋剤である。
一実施形態において、成分(ii)は、メラミン系架橋剤、例えばヘキサキス(メチルメトキシ)メラミン(HMMM:hexakis(methylmethoxy)melamine)系架橋剤から選択される1つ以上の架橋剤である。
そのような化合物の例は、Picassian XL 701、702、725(Stahl Polymers社)、例えばZOLDINE(登録商標)XL-29SE(Angus Chemical社)、例えばCX300(DSM社)、例えばCarbodilite V-02-L2(日清紡ケミカル株式会社)である。
一実施形態において、成分(ii)は、以下の構造を有するPrimidXL552である:
成分(ii)は、上述した化合物の任意の混合物であってよい。
一実施形態において、本発明によるバインダー組成物は、成分(i)の乾燥重量を基準として1~50重量%、例えば4~20重量%、例えば6~12重量%の量で成分(ii)を含む。
一実施形態において、成分(ii)は、
β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシイソプロピル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アジパミド架橋剤、例えばN,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジパミド及び/又は
多官能性有機アミン、例えばアルカノールアミン、ジアミン、例えばヘキサメチルジアミンからなる基、及び/又は
反応性官能基、例えばカルボジイミド基、例えば無水物基、例えばオキサゾリン基、例えばアミノ基、例えばエポキシ基を含有する、500超の分子量を有するエポキシ化合物、例えば脂肪酸トリグリセリドをベースとするエポキシ化油、又は1つ以上の可撓性オリゴマーもしくはポリマー、例えば低Tgアクリル系ポリマー、例えば低Tgビニル系ポリマー、低Tgポリエーテル、及び/又は
多官能性カルボジイミド、例えば脂肪族多官能性カルボジイミドの形態の1つ以上の架橋剤から選択される1つ以上の架橋剤の形態である。
一実施形態において、成分(ii)は、
β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシイソプロピル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アジパミド架橋剤、例えばN,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジパミドから選択される1つ以上の架橋剤を含む。
一実施形態において、成分(ii)は、成分(i)の乾燥重量を基準として2~90重量%、例えば6~60重量%、例えば10~40重量%、例えば25~40重量%の量で成分(ii)を含む。
バインダー組成物の成分(iii)
任意選択で、バインダー組成物は、成分(iii)を含んでもよい。成分(iii)は、1つ以上の可塑剤の形態である。
一実施形態において、成分(iii)は、ポリオール、例えば炭水化物、水素化糖、例えばソルビトール、エリスリトール、グリセロール、モノエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエーテル、ポリエーテル、フタル酸及び/又は酸、例えばアジピン酸、バニリン酸、乳酸及び/又はフェルラ酸、アクリルポリマー、ポリビニルアルコール、ポリウレタン分散体、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、ラクトン、ラクタム、ラクチド、遊離カルボキシ基を有するアクリル系ポリマー及び/又は遊離カルボキシ基を有するポリウレタン分散体、ポリアミド、アミド、例えばカルバミド/尿素、又はそれらの任意の混合物からなる群から選択される1つ以上の可塑剤の形態である。
一実施形態において、成分(iii)は、炭酸塩、例えば炭酸エチレン、炭酸プロピレン、ラクトン、ラクタム、ラクチド、リグニンに類似した構造を有する化合物、例えばバニリン、アセトシリンゴン、融合助剤として使用される溶媒、例えばアルコールエーテル、ポリビニルアルコールからなる群から選択される1つ以上の可塑剤の形態である。
一実施形態において、成分(iii)は、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエーテル、ポリエーテル、水素化糖、フタル酸エステル及び/又は他のエステル、融合助剤として使用される溶媒、例えばアルコールエーテル、アクリルポリマー、ポリビニルアルコールからなる群から選択される1つ以上の非反応性可塑剤の形態である。
一実施形態において、成分(iii)は、炭酸塩、例えば炭酸エチレン、炭酸プロピレン、ラクトン、ラクタム、ラクチド、ジ-又はトリカルボン酸、例えばアジピン酸又は乳酸、及び/又はバニリン酸及び/又はフェルラ酸、ポリウレタン分散体、遊離カルボキシ基を有するアクリル系ポリマー、リグニンに類似した構造を有する化合物例えばバニリン、アセトシリンゴンからなる群から選択される1つ以上の反応性可塑剤である。
一実施形態において、成分(iii)は、脂肪アルコール、モノヒドロキシアルコール、例えばペンタノール、ステアリルアルコールからなる群から選択される1つ以上の可塑剤の形態である。
一実施形態において、成分(iii)は、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエーテル、及び/又はポリオールの形態の1つ以上の可塑剤、例えば1,1,1-トリス(ヒドロキシメチル)プロパン、及び/又はトリエタノールアミンからなる群から選択される1つ以上の可塑剤を含む。
本発明の別の特に驚くべき態様は、100℃を超える沸点、特に140~250℃の沸点を有する可塑剤の使用が、本発明による鉱物繊維製品の機械的特性を大きく改善するが、それらの沸点の観点から、これらの可塑剤は、鉱物繊維と接触するバインダーの硬化中に少なくとも部分的に蒸発する可能性が高い。
一実施形態において、成分(iii)は、100℃を超える、例えば110~380℃、より好ましくは120~300℃、より好ましくは140~250℃の沸点を有する1つ以上の可塑剤を含む。
本発明によるバインダー組成物におけるこれらの可塑剤の有効性は、硬化プロセス中のリグニンの移動性を増加させる効果に関連すると考えられる。硬化プロセス中のリグニンの移動性の増加は、効果的な架橋を促進すると考えられる。
一実施形態において、成分(iii)は、150~50000g/mol、特に150~4000g/mol、より特に150~1000g/mol、好ましくは150~500g/mol、より好ましくは200~400g/molの平均分子量を有する1つ以上のポリエチレングリコールを含む。
一実施形態において、成分(iii)は、4000~25000g/mol、特に4000~15000g/mol、より特に8000~12000g/molの平均分子量を有する1つ以上のポリエチレングリコールを含む。
一実施形態において、成分(iii)は、硬化プロセス中に成分(i)及び/又は成分(ii)と共有結合を形成することができる。そのような成分は、蒸発せず、組成物の一部として残るが、望ましくない副作用、例えば吸水を硬化製品に導入しないように効果的に変化するであろう。このような成分の非限定的例は、遊離カルボキシル基を有するカプロラクトン及びアクリル系ポリマーである。
一実施形態において、成分(iii)は、脂肪アルコール、モノヒドロキシアルコール、例えばペンタノール、ステアリルアルコールからなる群から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、アルコキシレート、例えばエトキシレート、例えばブタノールエトキシレート、例えばブトキシトリグリコールからなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、1つ以上のプロピレングリコールから選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、1つ以上のグリコールエステルから選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、アジピン酸塩、酢酸塩、安息香酸塩、シクロ安息香酸塩、クエン酸塩、ステアリン酸塩、ソルビン酸塩、セバシン酸塩、アゼライン酸塩、酪酸塩、吉草酸塩からなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、アルキル又はアリール置換フェノールなどのフェノール誘導体からなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、シラノール、シロキサンからなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、硫酸塩、例えばアルキル硫酸塩、スルホン酸塩、例えばアルキルアリールスルホン酸塩、例えばアルキルスルホン酸塩、リン酸塩、例えばトリポリリン酸塩;例えばトリブチルリン酸塩からなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、1つ以上のヒドロキシ酸から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、モノマーアミド、例えばアセトアミド、ベンズアミド、脂肪酸アミド、例えばトール油アミドからなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、第四級アンモニウム化合物、例えばトリメチルグリシン、ジステアリルジメチルアンモニウムクロリドからなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、植物油、例えばヒマシ油、パーム油、アマニ油、トール油、大豆油からなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、トール油の形態である。
一実施形態において、成分(iii)は、水素化油、アセチル化油からなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、1つ以上の脂肪酸メチルエステルから選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、アルキルポリグルコシド、グルコナミド、アミノグルコースアミド(aminoglucoseamide)、スクロースエステル、ソルビタンエステルからなる群から選択される1つ以上の可塑剤から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエーテルからなる群から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、トリエタノールアミンからなる群から選択される。
一実施形態において、成分(iii)は、プロピレングリコール、フェノール誘導体、シラノール、シロキサン、ヒドロキシ酸、植物油、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエーテル、及び/又はポリオールの形態の1つ以上の可塑剤、例えば1,1,1-トリス(ヒドロキシメチル)プロパン、トリエタノールアミン、又はそれらの任意の混合物の形態である。
驚くべきことに、本発明によるバインダー組成物に可塑剤を含有させると、本発明による鉱物繊維製品の機械的特性が強く改善されることが見出された。
可塑剤という用語は、材料をより柔らかくし、(ガラス転移温度Tgを低下させることによって)より柔軟にし、加工しやすくするために材料に添加される物質を指す。
成分(iii)は、上述した化合物の任意の混合物であってよい。
一実施形態において、成分(iii)は、成分(i)の乾燥重量を基準として0.5~60、好ましくは2.5~25、より好ましくは3~15重量%の量で存在する。
一実施形態において、成分(iii)は、成分(i)、(ii)及び(iii)の乾燥重量を基準として0.5~60、好ましくは2.5~25、より好ましくは3~15重量%の量で存在する。
成分(i)及び(iia)を含むバインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む鉱物繊維製品
一実施形態において、本発明は鉱物繊維であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
1つ以上の改質剤の形態の成分(iia)とを含み、
好ましくは、
水性バインダー組成物が、500以下の分子量Mを有するエポキシ化合物から選択される架橋剤を含まないことを条件とし、
及び/又は、水性バインダー組成物が、
アルデヒド、式R-[C(O)Rのカルボニル化合物から選択されるカルボニル化合物であって、式中、Rは、飽和又は不飽和の、直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素ラジカル、5又は6個の炭素原子からなる1つ以上の芳香族環を含むラジカル、4又は5個の炭素原子と酸素、窒素又は硫黄原子とを含有する1つ以上の芳香族複素環を含むラジカルを示し、Rラジカルが他の官能基を含有することは可能であり、Rは、水素原子又はC~C10アルキルラジカルを示し、xは、1~10の範囲で変動する前記カルボニル化合物
から選択される架橋剤を含まないことを条件とし、
及び/又は、水性バインダー組成物が、ポリアミンから選択される架橋剤を含まないことを条件とし、
及び/又は、水性バインダー組成物が、単糖及びオリゴ糖類から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、鉱物繊維用のバインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む鉱物繊維製品に関する。
本発明者らは、優れたバインダー特性は、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、1つ以上の改質剤の形態の成分(iia)と、任意選択で上述及び後述の他の成分のいずれかとを含む2成分系によっても達成されることを見出した。
一実施形態において、成分(iia)は、反応性官能基、例えばカルボジイミド基、例えば無水物基、例えばオキサゾリン基、例えばアミノ基、例えばエポキシ基、例えばβ-ヒドロキシアルキルアミド基を含有する、500超の分子量を有するエポキシ化合物、例えば脂肪酸トリグリセリドをベースとするエポキシ化油、又は1つ以上の可撓性オリゴマーもしくはポリマー、例えば低Tgアクリル系ポリマー、例えば低Tgビニル系ポリマー、例えば低Tgポリエーテルからなる群から選択される1つ以上の化合物の形態の改質剤である。
一実施形態において、成分(iia)は、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、脂肪アミンからなる群から選択される1つ以上の改質剤である。
一実施形態において、成分(iia)は、脂肪族多官能性カルボジイミドなどの多官能性カルボジイミドから選択される1つ以上の改質剤である。
成分(iia)は、上述した化合物の任意の混合物であり得る。
特定の理論に拘束されることを望むものではないが、本発明者らは、成分(i)及び(iia)、ならびに任意選択でさらなる成分を含む鉱物繊維用のバインダー組成物によって達成される優れたバインダー特性は、少なくとも部分的に、成分(iia)として使用される改質剤が少なくとも部分的に可塑剤及び架橋剤の機能を果たすという効果によるものであると考える。
一実施形態において、バインダー組成物は、成分(iia)を、成分(i)の乾燥重量を基準として1~40重量%、例えば4~20重量%、例えば6~12重量%の量で含む。
さらなる成分
いくつかの実施形態において、本発明による鉱物繊維製品は、さらなる成分を含むバインダーの硬化から生じるバインダー組成物と接触した鉱物繊維を含む。
一実施形態において、バインダー組成物は、無機酸、例えば硫酸、スルファミン酸、硝酸、ホウ酸、次亜リン酸、及び/又はリン酸、及び/又はそれらの任意の塩、例えば次亜リン酸ナトリウム、及び/又はアンモニウム塩、例えば硫酸、スルファミン酸、硝酸、ホウ酸、次亜リン酸、及び/又はリン酸のアンモニウム塩、及び/又はポリリン酸ナトリウム(STTP:sodium polyphosphate)、及び/又はメタリン酸ナトリウム(STMP:sodium metaphosphate)、及び/又はオキシ塩化リンから選択される触媒を含む。このような触媒の存在は、本発明によるバインダー組成物の硬化特性を改善することができる。
一実施形態において、バインダー組成物は、ルイス付加物を形成するドナー化合物から電子対を受容することができるルイス酸から選択される触媒、例えばZnCl2、Mg(ClO4)2、Sn[N(SO2-n-C8F17)2]4から選択される触媒を含む。
一実施形態において、バインダー組成物は、金属塩化物、例えばKCl、MgCl2、ZnCl2、FeCl3及びSnCl2、又はそれらの付加物、例えばAlCl3付加物、例えばBF3付加物、例えばBF3エチルアミン錯体から選択される触媒を含む。
一実施形態において、バインダー組成物は、有機金属化合物、例えばチタネート系触媒及びスズ系触媒から選択される触媒を含む。
一実施形態において、バインダー組成物は、キレート剤、例えば遷移金属、例えば鉄イオン、クロムイオン、マンガンイオン、銅イオン、及び/又は過酸化物、例えば有機過酸化物、例えばジクミルペルオキシドから選択される触媒を含む。
一実施形態において、本発明によるバインダー組成物は、亜リン酸塩、例えば亜リン酸アルキル、例えば亜リン酸アリール、例えば亜リン酸トリフェニルから選択される触媒を含む。
一実施形態において、本発明によるバインダー組成物は、三級アミン、例えばトリス-2,4,6-ジメチルアミノメチルフェノールの群から選択される触媒を含む。
一実施形態において、バインダー組成物は、1つ以上のシランの形態のさらなる成分(iv)をさらに含む。
一実施形態において、バインダー組成物は、1つ以上のカップリング剤、例えば有機官能性シランの形態のさらなる成分(iv)を含む。
一実施形態において、成分(iv)は、有機官能性シラン、例えば第一級又は第二級アミノ官能化シラン、エポキシ官能化シラン、例えばポリマー性又はオリゴマー性エポキシ官能化シラン、メタクリレート官能化シラン、アルキル及びアリール官能化シラン、尿素官能化シラン又はビニル官能化シランからなる群から選択される。
一実施形態において、バインダー組成物は、塩基、例えばアンモニア、例えばアルカリ金属水酸化物、例えばKOH、例えば土類アルカリ金属水酸化物、例えばCa(OH)2、例えばMg(OH)2、例えばアミン又はそれらの任意の塩の群から選択される1つ以上の成分の形態の成分(v)をさらに含む。
一実施形態において、バインダー組成物は、成分(i)の乾燥重量を基準として、特に5~40重量%、例えば10~30重量%、15~25重量%の量で、尿素の形態のさらなる成分をさらに含む。
一実施形態において、バインダー組成物は、スクロース、還元糖、特にデキストロース、ポリ炭水化物、及びそれらの混合物、好ましくはデキストリン及びマルトデキストリン、より好ましくはグルコースシロップ、より好ましくは、DE=30~100未満、例えばDE=60~100未満、例えばDE=60~99、例えばDE=85~99、例えばDE=95~99のデキストロース当量値を有するグルコースシロップからなる群から選択される1つ以上の炭水化物の形態のさらなる成分をさらに含む。
一実施形態において、バインダー組成物は、成分(i)の乾燥重量を基準として5~50重量%、例えば5~50重量%未満、例えば10~40重量%、例えば15~30重量%の量で、スクロース及び還元糖からなる群から選択される1つ以上の炭水化物の形態のさらなる成分をさらに含む。
一実施形態において、本発明による鉱物繊維製品は、1つ以上のシリコーン樹脂の形態のさらなる成分を含むバインダー組成物と接触した鉱物繊維を含む。
一実施形態において、本発明によるバインダー組成物は、1つ以上の反応性又は非反応性シリコーンの形態のさらなる成分(vi)を含む。
一実施形態において、成分(vi)は、バインダー組成物の構成成分の少なくとも1つと反応することができる少なくとも1つのヒドロキシル、カルボキシル又は無水物、アミン、エポキシ又はビニル官能基を有する、オルガノシロキサン残基、特にジフェニルシロキサン残基、アルキルシロキサン残基、好ましくはジメチルシロキサン残基で構成された主鎖から構成されるシリコーンからなる群から選択され、バインダー固形分を基準として、好ましくは0.025~15重量%、好ましくは0.1~10重量%、より好ましくは0.3~8重量%の量で存在する。
一実施形態において、本発明による鉱物繊維製品は、1つ以上の鉱物油の形態のさらなる成分を含むバインダー組成物と接触した鉱物繊維を含む。
本発明の文脈において、バインダー成分の総乾燥重量を基準として50重量%以上の糖含量を有するバインダー組成物は、糖ベースのバインダーであると考えられる。本発明の文脈において、バインダー成分の総乾燥重量を基準として50重量%未満の糖含量を有するバインダー組成物は、非糖ベースのバインダーであると考えられる。
一実施形態において、バインダー組成物は、非イオン性及び/又はイオン性乳化剤、例えばポリオキシエチレン(4)ラウリルエーテル、例えば大豆レシチン、例えばドデシル硫酸ナトリウムの形態である1つ以上の表面活性剤の形態のさらなる成分をさらに含む。
リグニンベースのスルホン化製品をバインダーに使用すると、いくつかのバインダー及び最終製品の親水性が増大することがあり、このことは、1つ以上の疎水性剤、例えば1つ以上の鉱物油、例えば1つ以上のシリコーン油、例えば1つ以上のシリコーン樹脂を添加するべきであることを意味する。
一実施形態において、水性バインダー組成物は、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有するリグノスルホン酸リグニンの群から選択される1つ以上のリグニンの形態の成分(i);及び/又は
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii);
1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii);
1つ以上のカップリング剤、例えば有機官能性シランの形態の成分(iv);
任意選択で、塩基、例えばアンモニア、例えばアルカリ金属水酸化物、例えばKOH、例えば土類アルカリ金属水酸化物、例えばCa(OH)2、例えばMg(OH)2、例えばアミン又はそれらの任意の塩の群から選択される1つ以上の化合物の形態の成分;
任意選択で、尿素の形態の成分;
任意選択で、より反応性のある又は非反応性シリコーンの形態の成分;
任意選択で、炭化水素油;
任意選択で、1つ以上の表面活性剤;
水から本質的になる。
一実施形態において、水性バインダー組成物は、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有するリグノスルホン酸リグニンの群から選択される1つ以上のリグニンの形態の成分(i);及び/又は
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii);
1つ以上のカップリング剤、例えば有機官能性シランの形態の成分(iv);
任意選択で、塩基、例えばアンモニア、例えばアルカリ金属水酸化物、例えばKOH、例えば土類アルカリ金属水酸化物、例えばCa(OH)2、例えばMg(OH)2、例えばアミン又はそれらの任意の塩の群から選択される1つ以上の化合物の形態の成分;
任意選択で、尿素の形態の成分;
任意選択で、より反応性のある又は非反応性シリコーンの形態の成分;
任意選択で、炭化水素油;
任意選択で、1つ以上の表面活性剤;
水から本質的になる。
本発明者らは、驚くべきことに、上述した水性バインダー組成物の硬化をもたらすバインダーと接触した鉱物繊維を含む鉱物繊維製品が、新しく製造した時及びエージング後の条件の両方において、非常に高い安定性を有することを見出した。
さらに、本発明者らは、230℃超の硬化温度を使用することにより、さらに高い製品安定性が得られ得ることを見出した。
したがって、一実施形態において、本発明は、上述した水性バインダー組成物の硬化から生じるバインダーと接触した鉱物繊維を含む鉱物繊維製品であって、230℃超の硬化温度が使用される、鉱物繊維製品に関する。
本発明者らはさらに、鉱物繊維製品の安定性が、以下の手段によってさらに向上し得ることを見出した:
硬化時間を長くすることを意味するラインキャパシティ(line capacity)の低下
シリコーン樹脂の添加
多量の架橋剤の添加
2種類以上の架橋剤の組み合わせの添加
少量のカチオン種、例えば多価金属イオン、例えばカルシウム及び/又は有機カチオン種、例えばアミン及び/又は有機修飾無機化合物、例えばアミン修飾モンモリロナイト粘土の添加。
鉱物繊維製品の製造方法
本発明はまた、鉱物繊維をバインダー組成物で結合させることによる鉱物繊維製品の製造方法を提供する。
したがって、本発明はまた、鉱物繊維製品の製造方法であって、
リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/g、例えば0.03~1.4mmol/g、例えば0.075~2.0mmol/g、例えば0.075~1.4mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と;
1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)と;
任意選択で、1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)とを含み、
好ましくは、
水性バインダー組成物が、500以下の分子量MWを有するエポキシ化合物から選択される架橋剤を含まないことを条件とし、及び/又は
水性バインダー組成物が、
アルデヒド、式R-[C(O)Rのカルボニル化合物から選択されるカルボニル化合物であって、式中、Rは、飽和又は不飽和の、直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素ラジカル、5又は6個の炭素原子からなる1つ以上の芳香族環を含むラジカル、4又は5個の炭素原子と酸素、窒素又は硫黄原子とを含有する1つ以上の芳香族複素環を含むラジカルを示し、Rラジカルが他の官能基を含有することは可能であり、Rは、水素原子又はC~C10アルキルラジカルを示し、xは、1~10の範囲で変動する前記カルボニル化合物
から選択される架橋剤を含まないことを条件とし、及び/又は
水性バインダー組成物が、ポリアミンから選択される架橋剤を含まないことを条件とし、及び/又は
水性バインダー組成物が、単糖及びオリゴ糖類から選択される架橋剤を含まないことを条件とする、バインダー組成物に、鉱物繊維を接触させる工程を含む方法に関する。
硬化
ウェブは、バインダー成分の化学的及び/又は物理的反応によって硬化する。
一実施形態において、硬化は硬化装置内で行われる。
一実施形態において、硬化は、100~300℃、例えば170~270℃、例えば180~250℃、例えば190~230℃の温度で行われる。
一実施形態において、硬化は、150~300℃、例えば170~270℃、例えば180~250℃、例えば190~230℃の温度で動作する鉱物綿製造用の従来の硬化炉内で行われる。
一実施形態において、硬化は、30秒~20分、例えば1分~15分、例えば2分~10分の時間行われる。
硬化プロセスは、バインダーを繊維に適用した直後に開始してもよい。硬化は、バインダー組成物が物理的及び/又は化学的反応を受け、化学的反応の場合、通常、バインダー組成物中の化合物の分子量が増加し、それによりバインダー組成物の粘度が、通常、バインダー組成物が固体状態に至るまで増加するプロセスとして定義される。
鉱物繊維製品
本発明は、水性バインダー組成物の硬化から生じる硬化バインダー組成物と接触した鉱物繊維を含む鉱物繊維製品に関する。
用いられる鉱物繊維は、人造ガラス質繊維(MMVF)、ガラス繊維、セラミック繊維、玄武岩繊維、スラグ繊維、岩石繊維、石材繊維(stone fibres)及びその他のいずれであってもよい。これらの繊維は、ウール製品、例えば石綿製品などとして存在してもよい。
繊維/メルト組成
人造ガラス繊維(MMVF)は、任意の適切な酸化物組成を有してもよい。繊維は、ガラス繊維、セラミック繊維、玄武岩繊維、スラグ繊維、岩石又は石材繊維であってよい。繊維は、好ましくは、一般に岩石繊維、石材繊維又はスラグ繊維として知られている種類のものであり、最も好ましくは石材繊維である。
石材繊維は一般に、以下の酸化物を含む(単位:重量%):
SiO:30~51
Al:12~30
CaO:8~30
MgO:2~25
FeO(Fe2O3を含む):2~15
NaO+K2O:10以下
CaO+MgO:10~30。
好ましい実施形態において、MMVFは、酸化物として計算された以下のレベルの元素を有する(単位:重量%):
SiO:少なくとも30、32、35又は37;51、48、45又は43以下
Al:少なくとも12、16又は17;30、27又は25以下
CaO:少なくとも8又は10;30、25又は20以下
MgO:少なくとも2又は5;25、20又は15以下
FeO(Fe2O3を含む):少なくとも4又は5;15、12又は10以下
FeO+MgO:少なくとも10、12又は15;30、25又は20以下
NaO+KO:0又は少なくとも1;10以下
CaO+MgO:少なくとも10又は15;30又は25以下
TiO:0又は少なくとも1;6、4又は2以下
TiO+FeO:少なくとも4又は6;18又は12以下
:0又は少なくとも1;5又は3以下
:0又は少なくとも1;8又は5以下
その他:0又は少なくとも1;8又は5以下。
本発明の方法によって製造されたMMVFは、好ましくは以下の組成を有する(単位:重量%):
SiO 35~50
Al 12~30
TiO 最大2
Fe 3~12
CaO 5~30
MgO 最大15
NaO 0~15
K2O 0~15
最大3
MnO 最大3
最大3。
MMVFの別の好ましい組成は、以下の通りである(単位:重量%):
SiO 39~55%、好ましくは39~52%
Al 16~27%、好ましくは16~26%
CaO 6~20%、好ましくは8~18%
MgO 1~5%、好ましくは1~4.9%
NaO 0~15%、好ましくは2~12%
O 0~15%、好ましくは2~12%
O (NaO+KO)10~14.7%、好ましくは10~13.5%
0~3%、好ましくは0~2%
Fe (鉄合計)3~15%、好ましくは3.2~8%
0~2%、好ましくは0~1%
TiO 0~2%、好ましくは0.4~1%
その他 0~2.0%。
ガラス繊維は、一般的に以下の酸化物を含む(単位:重量%):
SiO:50~70
Al:10~30
CaO:27以下
MgO:12以下。
ガラス繊維は、以下の酸化物も含んでいてよい(単位:重量%):
NaO+KO:8~18、特にNaO+KOはCaO+MgOより多い
:3~12。
いくつかのガラス繊維組成物は、Al:2%未満を含有することができる。
鉱物繊維製品を製造するための適切な繊維形成方法及びその後の生産工程は、当該技術分野において従来から行われているものである。一般に、バインダーは、鉱物溶融物のフィブリル化の直後に、空中の鉱物繊維に噴霧される。水性バインダー組成物は通常、乾燥ベースで結合鉱物繊維製品の0.1~18重量%、好ましくは0.2~8重量%の量で適用される。
噴霧コーティングされた鉱物繊維ウェブは、一般に、熱気流によって硬化炉で硬化される。熱気流は、硬化炉の長さ方向の特有の区域において、下方から、もしくは上方から、又は交互の方向から、鉱物繊維ウェブに導入することができる。
一般的に、硬化炉は約100℃~約300℃、例えば170℃~270℃、例えば180℃~250℃、例えば190℃~230℃の温度で操作される。一般に、硬化炉の滞留時間は、例えば製品密度に応じて、30秒~20分、例えば1分~15分、例えば2分~10分である。
所望により、鉱物綿ウェブは、硬化前に成形プロセスに供されてもよい。硬化炉から出てきた結合鉱物繊維製品は、例えば、バット、スラブ、シート、プレート、ストリップの形態で所望の形式に切り出すことができる。
本発明によれば、結合鉱物繊維製品を、例えばガラス表面処理マット及び他の織布又は不織布材料などの、適切な複合層又はラミネート層と組み合わせることによって、複合材料を製造することも可能である。
本発明による鉱物繊維製品は、一般に、70~250kg/m3の範囲内の密度を有する。鉱物繊維製品は、一般に、2.0~8.0重量%、好ましくは2.0~5.0重量%の範囲内の強熱減量(LOI)を有する。
バインダー組成物の調製のためのリグニン成分の使用
本発明はまた、鉱物綿用バインダー組成物の調製のための、成分(i)について上述した特徴を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態のリグニン成分の使用に関する。
一実施形態において、バインダー組成物は、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーである。
一実施形態において、本発明は、好ましくはフェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーである、鉱物綿用バインダー組成物の調製のための、上述した成分(i)の特徴を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態のリグニン成分の使用に関し、それによって、このバインダー組成物は、上記で定義した成分(ii)及び任意選択で(iii)をさらに含み、好ましくは、
水性バインダー組成物が、500以下の分子量MWを有するエポキシ化合物から選択される架橋剤を含まないことを条件とし、及び/又は
水性バインダー組成物が、
アルデヒド、式R-[C(O)Rのカルボニル化合物から選択されるカルボニル化合物であって、式中、Rは、飽和又は不飽和の、直鎖状、分岐状又は環状の炭化水素ラジカル、5又は6個の炭素原子からなる1つ以上の芳香族環を含むラジカル、4又は5個の炭素原子と酸素、窒素又は硫黄原子とを含有する1つ以上の芳香族複素環を含むラジカルを示し、Rラジカルが他の官能基を含有することは可能であり、Rは、水素原子又はC~C10アルキルラジカルを示し、xは、1~10の範囲で変動する前記カルボニル化合物
から選択される架橋剤を含まないことを条件とし、及び/又は
水性バインダー組成物が、ポリアミンから選択される架橋剤を含まないことを条件とし、及び/又は
水性バインダー組成物が、単糖及びオリゴ糖類から選択される架橋剤を含まないことを条件とする。
一実施形態において、本発明は、好ましくはフェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーである、バインダー組成物の調製のための、上述した成分(i)の特徴を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態のリグニン成分の使用に関し、それによって、バインダー組成物は、上記で定義した成分(iia)をさらに含む。
実施例
以下の実施例において、本発明の定義に該当するいくつかのバインダーを調製し、先行技術によるバインダーと比較した。
本発明によるバインダー及び先行技術によるバインダーについて、それぞれ以下の特性を決定した:
バインダー成分固形分含量
硬化前の所定のバインダー溶液中の各成分の含量は、成分の無水物量に基づく。
リグノスルホン酸塩は、ボレガード社(Borregaard)[ノルウェー所在]及びリグノテック社(Lignotech)[米国フロリダ州所在]から固形分含量約50%の液体として供給された。PrimidXL552はエムスケミー エージー社(EMS-CHEMIE AG)から供給され、シラン(モメンティブ(Momentive)VS-142 40%活性)はモメンティブ社(Momentive)から供給され、簡単にするために100%として計算した。シリコーン樹脂BS1052は、ワッカーケミー エージー社(Wacker Chemie AG)から供給された。NH4OH 24.7%はユニバー社(Univar)から供給され、供給された形態で使用した。PEG200、尿素、KOHペレット、1,1,1-トリス(ヒドロキシメチル)プロパンは、シグマアルドリッチ社(Sigma-Aldrich)から供給され、簡単にするため無水とした。
バインダー固形分
硬化後のバインダーの含量を「バインダー固形分」と呼ぶ。
円盤状の石綿サンプル(直径:5cm;高さ:1cm)を石綿から切り出し、580℃で少なくとも30分間熱処理して、全ての有機物を除去した。スズ箔容器内の熱処理した石綿円盤上にバインダー混合物のサンプル(約2g)を分配することによって、バインダー混合物の固形分を測定した。石綿円盤を入れたスズ箔容器の重量を、バインダー混合物の添加前と添加直後に測定した。このようなスズ箔容器にバインダー混合物を装填した石綿円盤2枚を製造し、200℃で1時間加熱した。冷却後、室温で10分間保管した後、サンプルを秤量し、2つの結果の平均としてバインダー固形分を算出した。次に、必要量の水と10%aqのシラン(モメンティブVS-142)で希釈することにより、所望のバインダー固形分を有するバインダーを製造することができた。
機械的強度の研究
棒材試験
バインダーの機械的強度を棒材試験で試験した。各バインダーについて、バインダーと、石綿紡績製造からの石綿ショット(shot)との混合物から16本の棒材を製作した。
15%の乾燥固形物を有するこのバインダー溶液(16.0g)のサンプルをショット(80.0g)とよく混合した。次に、得られた混合物を、小棒材を作るための耐熱シリコーンフォームの4つのスロットに充填した(フォームあたり4×5スロット;スロット上部の寸法:長さ=5.6cm、幅=2.5cm;スロット下部の寸法:長さ=5.3cm、幅=2.2cm;スロット高さ=1.1cm)。次に、スロットに入れた混合物を、適当な大きさの平坦な金属棒材でプレスし、平らな棒材表面を作った。各バインダーから16本の棒材をこの仕方で製造した。次に、得られた棒材を、一般的に225℃で硬化させた。硬化時間は1時間であった。室温まで冷却した後、容器から棒材を慎重に取り出した。これらの棒材のうちの5本を、水浴中で80℃にて3時間エージングさせた。調製した棒材を硬化させるこの方法を、例えば表1.1、1.2、1.4、1.5、1.6で使用した。表1.3における結果は、90℃で2時間の前準備工程を含み、続いて225℃で1時間硬化させるが、残りの手順は同じである、わずかに異なる方法に基づいたものである。
3日間乾燥させた後、エージングさせた棒材と5本のエージングさせていない棒材を、Bent Tram機械上で三点曲げ試験(試験速度:10.0mm/分;破断レベル:50%;公称強度:30N/mm2;支持距離:40mm;最大撓み:20mm;公称eモジュール:10000N/mm2)で破壊し、機械的強度を調査した。棒材は「上面」を上にして(すなわち、寸法の長さ=5.6cm、幅=2.5cmの面を上にして)機械内に配置した。
バインダーの例、基準バインダー(尿素で変性したフェノール-ホルムアルデヒド樹脂、PUFレゾール)
このバインダーは、PUFレゾールである尿素で変性されたフェノール-ホルムアルデヒド樹脂である。
フェノール-ホルムアルデヒド樹脂は、37%aqのホルムアルデヒド(606g)とフェノール(189g)を、46%aqの水酸化カリウム(25.5g)の存在下、反応温度84℃にて、反応させた後に毎分約1℃の速度で加熱することにより調製した。樹脂の耐酸性が4となり、フェノールの大部分が変換されるまで、84℃で反応を続ける。次に尿素(241g)を添加し、混合物を冷却する。
耐酸性(AT:acid tolerance)は、混合物が濁る(バインダーが沈殿する)ことなく、一定量のバインダーを酸で希釈できる回数を表す。硫酸を使用してバインダー製造の停止基準を決定し、4未満の耐酸性がバインダー反応の終了を示す。
ATを測定するために、2.5mLの濃硫酸(99%超)を1Lのイオン交換水で希釈して滴定液を作る。次に、調査するバインダー5mLを室温でこの滴定液で滴定し、バインダーを手動で振ってバインダーを揺らし続ける。好ましい場合、磁気撹拌器及び磁気スティックを使用する。滴定は、バインダーにわずかな曇りが現れ、バインダーを振っても消えないようになるまで続ける。
耐酸性(AT)は、滴定に使用した酸の量(mL)をサンプルの量(mL)で割って算出する:
AT=(使用した滴定体積(mL))/(サンプル体積(mL))
得られた尿素変性フェノール-ホルムアルデヒド樹脂を使用し、25%aqのアンモニア(90mL)及び硫酸アンモニウム(13.2g)、続いて水(1.30kg)を添加することでバインダーを作る。
次にバインダー固形分を上記のように測定し、混合物を機械的測定に必要な量の水及びシランで希釈した(15%のバインダー固形分の溶液、0.5%のバインダー固形分のシラン)。
バインダーの例、基準バインダー(アルカリ酸化リグニンをベースとするバインダー)
3267kgの水を6000lリアクターに充填し、続いて287kgのアンモニア水(24.7%)を充填する。次に1531kgのリグニンUPM BioPiva 100を30分~45分かけてゆっくりと添加する。混合物を40℃に加熱し、その温度で1時間保持する。1時間後、不溶化したリグニンを確認する。これは、ガラス板又はヘグマンゲージ上で溶液をチェックすることによって行うことができる。不溶化したリグニンは、褐色のバインダー中の小さな粒子として見られる。溶解工程中に、リグニン溶液は褐色から光沢のある黒色に変化する。リグニンが完全に溶解した後、1リットルの消泡剤(foam dampening agent)(NCAA-ヴェロダン(NCAA-Verodan)社製Skumdaemper 11-10)を添加する。バッチの温度を40℃に維持する。次に、307.5kgの35%過酸化水素の添加を開始する。過酸化水素は200~300l/時の速度で投入する。過酸化水素の最初の半分を200l/時の速度で添加し、その後、添加速度を300l/時に上げる。
過酸化水素の添加中、最終反応温度が65℃になるように、加熱又は冷却によって、反応混合物の温度を制御する。
最終製品をCOOH基含量、乾燥固形物、pH、粘度及び残留H2O2について分析した。この酸化リグニン60g(固形分18.2%)を1.4gのPrimidXL552(固形分100%)及び2.8gのPEG200(固形分100%)と混合した。0.6gのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)と17.4gの水を添加し混合して、固形分15%を得た後、棒材試験で機械的特性の試験に使用した。
本発明によるバインダー組成物
以下において、バインダー例の項目番号は、表1-1~1-6で使用した項目番号に対応する。
本発明によるバインダーに使用した全てのリグノスルホン酸塩のカルボン酸基含量を、31P NMRを用いて測定したところ、全ての実施例において、リグノスルホン酸塩リグニンの乾燥重量を基準として0.05~0.6mmol/gの範囲であった。
「実施例2」
30.0gのリグノスルホン酸塩溶液(固形分50%)に、0.4gのNH4OH(24.7%)を添加して混合し、続いて1.9gのPrimidXL552(固形分100%)を添加して混合した。最後に、0.7gのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)及び64.3gの水を添加して混合し、固形分15%を得た後に、棒材試験における機械的特性の試験に使用した。
「実施例11」
30.0gのリグノスルホン酸塩溶液(固形分50%)に、0.4gのNH4OH(24.7%)を添加して混合し、続いて2.1gのPrimidXL552(固形分100%)及び3.4gのPEG200(固形分100%)を添加して混合した。最後に、0.7gのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)及び61.8gの水を添加して混合し、固形分15%を得た後に、棒材試験における機械的特性の試験に使用した。
「実施例15」
30.0gのリグノスルホン酸塩溶液(固形分50%)に、0.4gのNH4OH(24.7%)を添加して混合し、続いて2.9gのPrimidXL552(固形分100%)と3.4gのPEG200(固形分100%)を添加して混合した。最後に、0.8gのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)及び67gの水を添加して混合し、15%の固形分を得た後に、棒材試験で機械的特性の試験に使用した。
「実施例30」
30.0gのリグノスルホン酸塩溶液(固形分50%)に、0.4gのNH4OH(24.7%)を添加して混合し、続いて2.9gのPrimidXL552(固形分100%)及び3.4gの1,1,1トリス(ヒドロキシメチル)プロパン(固形分100%)を添加して混合した。最後に、0.8gのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)及び67gの水を添加して混合し、15%の固形分を得た後に、棒材試験で機械的特性の試験に使用した。
「実施例33」
100.0gのリグノスルホン酸塩溶液(固形分50%)に、0.3gのペレット状KOHを添加して混合し、次に、10.8gのPrimidXL552(固形分100%)及び11.3gのPEG200(固形分100%)を添加して混合した。最後に、2.6gのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)及び228gの水を添加して混合し、15%の固形分を得た後に、棒材試験で機械的特性の試験に使用した。
「実施例41」
30.0gのリグノスルホン酸塩溶液(固形分50%)に、0.4gのNH4OH(24.7%)を添加して混合し、続いて1.9gのPrimidXL552(固形分100%)及び1.7gのPEG200(固形分100%)ならびに1.7gの尿素(固形分100%)を添加して混合した。最後に、0.7gのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)及び60.5gの水を添加して混合し、15%の固形分を得た後に、棒材試験で機械的特性の試験に使用した。
機械的特性を表1.1~1.6に示す。簡略化のため、乾燥リグニン100gを基準として他の全ての成分の量を再計算した。
表1.1からわかるように、基準バインダーと同等レベルの高い機械的特性(棒材試験における非エージング及びエージング強度)を得るには、架橋剤(PrimidXL552)と可塑剤(PEG200)の組み合わせが必要である(基準バインダーに対して11及び15対2及び9)。
表1.2及び1.3は、様々な可塑剤(13及び15対30)又は可塑剤の組み合わせ(34対41)が使用可能であり、PEG200が好ましい可塑剤であることを示している。
表1.4は、シランの添加が、基準バインダーと同レベルのエージング強度の達成に役立ち得ることを示している。
表1.5は、バインダーは塩基がなくても高い強度を持つが、非永久塩基(NH4OH)又は永久塩基(KOH)を配合物に添加すると、強度を大きく変えることなく製造設備を腐食から保護できることを示している。
表1.6は、様々なリグノスルホン酸塩が使用できることを示している。
このことは全体として、リグニンをベースとする再生可能材料を多く含有する、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーのバインダー組成物をベースとする鉱物綿製品を製造することができ、この鉱物綿製品は基準システムと同等の機械的特性を持ち、より単純で安価な方式で製造することができることを意味する。
「実施例47及び49」
以下では、バインダー例の項目番号は、表2で使用した項目番号に対応する。
本発明によるバインダーのために使用した全てのリグノスルホン酸塩のカルボン酸基含量は、31P NMRを用いて測定したところ、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.05~0.6mmol/gの範囲であったが、実施例47、49及び54のために使用したこの特定のバッチでは、0.14mmol/gであった。
「実施例47」
30.0gのリグノスルホン酸塩溶液(固形分50%)に、0.4gのNH4OH(24.7%)を添加して混合し、続いて0.7gのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)及び68.9gの水を添加して混合し、固形分15%を得た後に、棒材試験で機械的特性の試験に使用した。
「実施例49」
30.0gのリグノスルホン酸塩溶液(固形分50%)に、0.4gのNH4OH(24.7%)を添加して混合し、続いて6.0gのPrimidXL552(固形分100%)を添加して混合した。最後に、1.0gのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)及び102.6gの水を添加して混合し、15%の固形分を得た後に、棒材試験で機械的特性の試験に使用した。
機械的特性を表2に示す。簡略化のため、乾燥リグニン100gを基準として他の全ての成分の量を再計算した。
表2からわかるように、リグノスルホン酸塩と架橋剤(PrimidXL552)の組み合わせでは、架橋剤の量が多いほど機械的特性が向上する。
実施例:石綿製品の試験
工場で製造された鉱物綿(MW)製品の製品規格であるEN13162:2012+A1:2015に準拠して、製品の特性(関連する機械的特性に加えて、石綿製品の他の基本特性を意味する)を試験した。
試験は、スラブ上で実施し、異なる試験方法のそれぞれについてEN13162に規定されている、寸法規格及び1回の試験結果を得るのに必要な試験片の数に従った試験片を切り出した。得られた機械的特性の記載された値のそれぞれは、EN13162に従ったより多くの結果の平均である。
寸法
製品及び試験片の寸法は、関連する試験方法EN822:2013:「建築用途の断熱製品-長さ及び幅の決定(Thermal insulating products for building applications-Determination of length and width)」及びEN823:2013:「建築用途の断熱製品-厚さの決定(Thermal insulating products for building applications-Determination of thickness)」に従って実施した。
バインダー含量(強熱減量)
バインダー含量の測定は、EN13820:2003:「建築用途の断熱材料-有機含量の決定(Thermal insulating materials for building applications-Determination of organic content)」に従って実施され、バインダー含量は、規格に規定された所定の温度(500±20℃)で燃焼した有機材料の量として定義される。試験では、全ての有機物が燃焼除去されていることを確実にするため、特定の温度(590±20℃、恒量になるまで少なくとも10分間以上)を使用した。強熱減量の決定は、製品全体の厚さを含むことを確実にするコルクボーラーを使用して試験片の上に均等に分散させた8~20個の切り出し(最低8個の切り出し)に対応する少なくとも10gの綿からなる。バインダー含量をLOIとする。バインダーは、油及び他のバインダー添加剤を含む。
「実施例54」
実施例54のバインダーを使用し、硬化炉温度を255℃に設定して石綿製品を製造した。
730.0kgのリグノスルホン酸アンモニウムを混合容器に入れ、そこに8.5lのNH4OH(24.7%)を添加して撹拌した。その後、151kgのPrimidXL552溶液(既製の水中31重量%溶液)及び43kgのPEG200(固形分100%)を添加して混合し、続いて13kgのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)及び40kgのシリコーン(ワッカー(Wacker)BS1052、水中12%)を添加した。
本実施例からのバインダーを使用して、インシュレーション要素の強熱減量(LOI)が3.5重量%である、厚さ100mm、密度145kg/m3の高密度石綿製品を製造した。硬化炉の温度は255℃に設定した。
「実施例55」
実施例55のバインダーを使用し、硬化炉温度を255℃に設定して石綿製品を製造した。
609.0kgのリグノスルホン酸アンモニウムを混合容器に入れ、そこに8lのNH4OH(24.7%)を添加して撹拌した。その後、384kgのPrimidXL552溶液(既製の水中31重量%溶液)を添加し混合し、続いて14kgのシラン(モメンティブVS-142 40%活性、水中10%)を添加した。
本実施例からのバインダーを使用して、厚さ100mm、密度145kg/m3、強熱減量(LOI)3.5重量%の高密度石綿製品を製造した。硬化炉の温度は255℃に設定した。
比較例
対照として、鉱物繊維製品の比較例を用意した。比較例Aは、従来のフェノール-尿素-ホルムアルデヒドバインダー(PUF:phenol-urea-formaldehyde)を含有する石綿製品を示し、比較例Bは、譲受人の先行技術の1つである無添加ホルムアルデヒドバインダー(NAF)を用いて製造された石綿製品を示す。
比較例A(PUF)
このバインダーは、PUFレゾールである尿素で変性されたフェノール-ホルムアルデヒド樹脂である。
フェノール-ホルムアルデヒド樹脂は、37%aqのホルムアルデヒド(606kg)とフェノール(189kg)を、46%aqの水酸化カリウム(25.5kg)の存在下、反応温度84℃にて、反応させた後に毎分約1℃の速度で加熱することにより調製した。樹脂の耐酸性が4となり、フェノールの大部分が変換されるまで、84℃で反応を続ける。次に尿素(241kg)を添加し、混合物を冷却する。
耐酸性(AT)は、混合物が濁る(バインダーが沈殿する)ことなく、一定量のバインダーを酸で希釈できる回数を示す。硫酸を使用してバインダー製造の停止基準を決定し、4未満の耐酸性がバインダー反応の終了を示す。
ATを測定するために、2.5mLの濃硫酸(99%超)を1Lのイオン交換水で希釈して滴定液を作る。次に、調査するバインダー5mLを室温でこの滴定液で滴定し、バインダーを手動で振ってバインダーを揺らし続ける。好ましい場合、磁気撹拌器及び磁気スティックを使用する。滴定は、バインダーにわずかな曇りが現れ、バインダーを振っても消えないようになるまで続ける。
耐酸性(AT)は、滴定に使用した酸の量(mL)をサンプルの量(mL)で割って算出する:
AT=(使用した滴定体積(mL))/(サンプル体積(mL))
得られた尿素変性フェノール-ホルムアルデヒド樹脂を使用し、25%aqのアンモニア(90L)及び硫酸アンモニウム(13.2kg)、続いて水(1300kg)を添加することでバインダーを作る。
次にバインダー固形分を上記のように測定し、混合物を機械的測定に必要な量の水及びシランで希釈した。
この先行技術のバインダー組成物で100mmの鉱物綿を結合した鉱物繊維製品を調製した。鉱物繊維製品の密度は145kg/m3であった。強熱減量は3.5重量%であった。鉱物繊維製品中の硬化したバインダー組成物の割合は、0.1重量%の鉱油により、3.4重量%であった。
比較例B(NAF)
水(30.0kg)中の、75.1%aqのグルコースシロップ(19.98kg;したがって事実上15.0kgのグルコースシロップ)、50%aqの次亜リン酸(0.60kg;したがって事実上0.30kg、4.55molの次亜リン酸)及びスルファミン酸(0.45kg、4.63mol)の混合物を、透明な溶液が得られるまで室温で撹拌した。次に、28%aqのアンモニア(0.80kg;したがって事実上0.22kg、13.15molアンモニア)をpH=7.9になるまで滴下添加した。次に、バインダー固形分を測定した(21.2%)。適切なバインダー組成(15%バインダー固形分溶液、0.5%のバインダー固形分のシラン)を得るために、バインダー混合物を水(0.403kg/kgバインダー混合物)及び10%aqのシラン(0.011kg/kgバインダー混合物、モメンティブVS-142)で希釈した。最終的なバインダー混合物のpHは7.9であった。
厚さ100mm、密度145kg/m3、3.5重量%のLOIの鉱物繊維製品を調製した。
上記の説明で述べた鉱物繊維製品を製造するための一般的な方法を使用する。
図1は、構造支持体2と、蒸気制御層3と、インシュレーション要素4と、被覆防水膜20とを含む、第1の実施形態の陸屋根1の一部を示す。インシュレーション要素4は、鉱物繊維及びバインダーで作られた結合鉱物繊維製品である。
被覆防水膜20は、接着剤9を介してインシュレーション要素4に接続されており、接着剤9は膜20の一体部分であり得る。接着剤9は、屋根ふき作業で通常使用されるバーナーにより活性化されるビチューメン接着剤であってもよく、すなわち、膜20は燃やされてインシュレーション要素4に付けられる。インシュレーション要素4内の点線は、溶融ビチューメン接着剤9が硬化して膜20とインシュレーション要素4とを接続する前に、溶融ビチューメン接着剤9が拡散する領域10を示す。
図2は、構造支持体2と、蒸気制御層3と、インシュレーション要素4と、防水膜(図示されていないが、図1と同等)とを含む、本発明の第2の実施形態による陸屋根1の一部を示す。インシュレーション要素4は、石綿繊維とバインダーとを含む第1の層5と、573MPaの弾性率を有するガラスフリースの織物で作られた第2の層6と含む。ガラスフリースの引張強度は71Nである。
第1の層5は、第2の層6の主表面7に対して主に垂直な繊維配向を有する1つ以上のラメラによって表される。ラメラ、したがって第1の層5は、110kg/mの密度及び150mmの一般的な厚さを有する。鉱物繊維は、第2の層6が接着剤9を介して第1の層5の表面8に固定される前に、硬化炉で硬化される接着剤を介して互いに接続される。この特別な実施形態における接着剤9は、好ましくは2成分接着剤としてのメラミン尿素ホルムアルデヒド、水性アクリル接着剤、フェノールホルムアルデヒド粉末バインダー、水性ネオプレンフォーム接着剤、ポリアミド系粉末接着剤、好ましくは2成分接着剤としてのポリウレタン接着剤、ポリウレタン水分硬化性接着剤、又は好ましくは1成分水分硬化性接着剤としてのシーリング変性バインダーから選択されてもよい。ただし、好ましくは、この特別な実施形態における接着剤9は、インシュレーション要素4の鉱物繊維を接続するために利用されるバインダー組成物に等しい。
これらの接着剤9は全て、鉱物繊維との良好な接続を構築し、これらの接着剤9は全て、ラメラの領域及び織物の領域においてほぼ閉じた層を構築することができ、それによりラメラの主表面7に平行な方向においてインシュレーション要素4を強化する。
接着剤9は、第2の層6に向けられた第1の層5の主表面8に近い領域10と、第1の層5に向けられた第2の層6の主表面7に近い領域11とに部分的に配置され、接着剤9は第1の層5と第2の層6とを接続し、第2の層6に垂直に向けられた力が接着剤9と組み合わされた第2の層6の引張強度及び/又は第1の層5の繊維の撓みによって補償され得るようにする。第2の層6に垂直に向けられた例えば80kPaの力は、インシュレーション要素4(第1及び第2の層5、6)の5%未満、したがって第1の層5の厚さ150mmに対して7.5mm以下の限定的な変形を引き起こす。第2の層6の厚さはおよそ1mm以下であるため、この計算では無視することができる。十分な量の接着剤9が第1の層5の繊維の間に配置され、それによって接着剤9が繊維を取り囲み、第1の層5に固定された接着剤9の層を形成する。
接着剤9は、2つの層5と6との間に80g/mの量の液状接着剤によりアクリル接着剤として配置される。十分な量の接着剤9が、第1の層5及び第2の層6に拡散する。したがって、接着剤9は、第1の層5と第2の層6とを接続する層を構築し、層5、6両方に固定される。
本発明によれば、インシュレーション要素4に使用されるバインダーは、例えば上述の実施例54に従う1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の第1の成分を含む。図3による略図は、本発明によるインシュレーション要素4の層間剥離強度の絶対値(グラフC2)を、(比較例Aに続く)グラフAに示される従来のフェノール-尿素-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素の層間剥離強度の絶対値、及び(比較例Bに続く)グラフBに示される譲受人の先行技術の1つである無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素の層間剥離強度の絶対値と比較して示している。
層間剥離強度は、EN1607:2013に従って測定し、最初の初期測定は、インシュレーション要素4の製造の直後又はすぐ後に、非エージングサンプルに対して実施する。この初期試験と代表的な数のサンプルのそれぞれの平均結果は、略図のx軸上の時間「0」に示されている。この時間「0」は、それぞれ、以下の説明による加速エージング試験の開始日「0」に対応する。
建築物の耐用年数中に水分及び加熱にさらされる鉱物繊維製品の耐エージング性を決定するために、機械的特性に重点を置いたこのような鉱物繊維製品が、加速エージングに供される。耐エージング性は、製品が元の機械的特性を維持する能力として定義され、元の強度の百分率でエージングされた強度として計算される。試験手順は、いわゆるノルドテスト方法NTビルド434:1995.05に準拠し、28日まで延長される。
この方法の目的は、インシュレーション材料を温度と熱の上昇による加速エージングにさらすことである。この方法は、インシュレーション板として製造される全てのインシュレーション材料に適用できる。この方法は予測を示すものではなく、すなわち耐用年数の評価を意図したものではないが、この方法によるエージングが調査対象の材料の特性に大きな変化を引き起こさないことが、十分な性能を発揮するための前提条件となる。20年超にわたるノルドテスト法の経験は、特に屋根葺きシステムに使用するインシュレーション要素としての鉱物繊維製品の十分な機械的性能を保証するための信頼できるデータが得られることを証明している。
この方法によれば、代表的な数の試験片を、気候室内で70±2℃及び95±5%の相対湿度(RH)にて7日間、14日間、及び28日間、熱-水分作用にさらす。その後、試験片を、23±2℃及び50±5%のRHで少なくとも24時間放置し、乾燥させて、機械的性能試験のために調製する。例えば、EN1607:2013に従って層間剥離強度を測定するか、又は下記で詳細に説明する通りEN826:2013に従って圧縮強度を測定する。
次に、相対的耐エージング性を、時間「0」で測定した初期絶対値を基準として%単位で計算する。7日間、14日間及び28日間の加速エージングについて結果が記録され、例示されている。
図3~図6及びここに示した実施例に関して、インシュレーション要素4は、譲受人又は関連会社で市販されている結合鉱物繊維屋根製品であり、前述の異なるバインダータイプで製造され、その機械的特性について試験されたものである。当該製品は、約145kg/mの目標密度及び約3.5重量%の強熱減量(LOI)を提供する。
次の表Iは、図3に従った層間剥離強度[kPa]EN1607を示す。
表Iは、初期及び加速エージング後に、本発明によるインシュレーション要素4(C)の絶対層間剥離強度を、フェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(A)及び無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(B)と比較して示す。対応するグラフを図3に示す。
以下の表IIは、表Iに従った相対層間剥離強度を、図4に従った初期値(initial)に対する%で示す。
表IIは、本発明によるインシュレーション要素4(C)の相対層間剥離強度を、フェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(A)及び無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(B)と比較して示している。対応するグラフを図4に示す。
表I及び特に表IIでは、本発明によるインシュレーション要素4(C;C)の層間剥離強度は、フェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(A;A)の層間剥離強度とそれほど変わらないことがわかる。さらに、無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(B;B)の層間剥離強度の損失は、本発明によるインシュレーション要素4(C;C)の層間剥離強度よりもはるかに大きいことがわかる。
表II及び図4から、本発明によるインシュレーション要素4(C)の相対層間剥離強度を、フェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(A)又は無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(B)と比較して、見ることができる。比較するインシュレーション要素4は全て、前述の説明に従ってエージングプロセスにさらした。
特に、表II及び図4から、本発明によるインシュレーション要素4(C)の層間剥離強度の相対値は、フェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(A)の層間剥離強度の値とほぼ等しく現れ、初期にはわずかに高いままであることさえわかる。
以下の表IIIは、図5による絶対圧縮強度[kPa]EN826を示す。
表IIIは、本発明によるインシュレーション要素4(C)の絶対圧縮強度を、フェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(A)及び無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(B)と比較して示している。対応するグラフを図5に示す。
図5は、本発明によるインシュレーション要素4の圧縮強度(グラフC)を、グラフBに示す鉱物繊維及び無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素の圧縮強度、ならびにグラフAに示す鉱物繊維及びフェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素の圧縮強度と比較して示す。
圧縮強度はEN826に従って測定され、圧縮強度は、インシュレーション要素4の製造直後と、加速エージングを含みインシュレーション要素4の製造から7日後、14日後、28日後に測定されることがわかる。
以下の表IVは、表IIIに従った相対圧縮強度を、図6に従った初期値に対する%で示す。
表IVは、本発明によるインシュレーション要素4(C)の相対圧縮強度を、フェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(A)及び無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(B)と比較して示す。対応するグラフを図6に示す。
図6から、本発明によるインシュレーション要素4(C)の相対圧縮強度は、フェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(A)又は無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(B)と比較して、導き出され得る。比較する全てのインシュレーション要素は、前述した工程を含むエージングプロセスにさらした。
さらに、図6から、本発明によるインシュレーション要素4(C)の圧縮強度の相対的変化は、フェノール-ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(A)の圧縮強度の相対的変化と比較して、ある程度類似しており、特に28日後の残存強度は、無添加ホルムアルデヒドバインダーを含有するインシュレーション要素(B)のものよりも有意に高いことがわかる。
したがって、測定値により、本発明によるバインダー及びそのバインダーを用いて製造された各々のインシュレーション要素は、最先端のフェノール-ホルムアルデヒドバインダーと同程度に良好な高い耐エージング性を提供することが証明された。

Claims (33)

  1. 熱及び/又は音響インシュレーション材を有する建物の陸屋根又は平坦勾配屋根用の屋根葺きシステムであって、屋根葺きシステムは、構造支持体と、デッキと、任意選択で蒸気制御層と、防水膜と、好ましくは石綿繊維である鉱物繊維およびフェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの硬化した水性バインダー組成物で作られた結合鉱物繊維製品である少なくとも1つのインシュレーション要素とからなり、前記水性バインダー組成物が硬化前に、
    リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/gのカルボン酸基含量を有する、1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、
    1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、
    前記インシュレーション要素が、70kg/m~250kg/mの嵩密度を有する、屋根葺きシステム。
  2. 前記水性バインダー組成物が1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)をさらに含む、請求項1に記載の屋根葺きシステム。
  3. 前記インシュレーション要素が、2~8重量%、好ましくは2~5重量%の範囲内の強熱減量(LOI)を有する、請求項1又は2に記載の屋根葺きシステム。
  4. 欧州規格EN826:2013に従って測定される50~130kPaの圧縮強度を有するインシュレーション要素を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  5. 欧州規格EN1607:2013に従って測定される20~50kPaの層間剥離強度を有するインシュレーション要素を有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  6. 成分(i)が、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.05~0.6mmol/gのカルボン酸基含量を有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  7. 成分(i)が、成分(i)の数平均分子量を考慮した巨大分子あたり1.8個未満、例えば1.4個未満、例えば1.1個未満、例えば0.7個未満、例えば0.4個未満の、平均カルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態である、請求項1から6のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  8. 成分(i)が、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.3~2.5mmol/g、例えば0.5~2.0mmol/g、例えば0.5~1.5mmol/gのフェノール性OH基の含量を有する、請求項1から7のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  9. 成分(i)が、リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として1.0~8.0mmol/g、例えば1.5~6.0mmol/g、例えば2.0~5.0mmol/gの脂肪族OH基の含量を有する、請求項1から8のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  10. 前記成分(i)が、リグノスルホン酸アンモニウム及び/又はリグノスルホン酸カルシウム、及び/又はリグノスルホン酸マグネシウム、ならびにそれらの任意の組み合わせを含む、請求項1から9のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  11. 成分(i)が、リグノスルホン酸アンモニウム及びリグノスルホン酸カルシウムを含み、NH 対Ca2+のモル比が、5:1~1:5、特に3:1~1:3の範囲である、請求項1から10のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  12. 前記水性バインダー組成物が、リグノスルホン酸塩及び糖の重量を基準として0~5重量%未満の量で添加された糖を含む、請求項1から11のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  13. 前記水性バインダー組成物が、成分(i)及び(ii)の乾燥重量を基準として50~98重量%、例えば65~98重量%、例えば80~98重量%の量の成分(i)を含む、請求項1から12のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  14. 前記成分(ii)が、
    β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤、及び/又は
    オキサゾリン架橋剤、及び/又は
    多官能性有機アミン、例えばアルカノールアミン、ジアミン、例えばヘキサメチルジアミンからなる基、及び/又は
    反応性官能基、例えばカルボジイミド基、例えば無水物基、例えばオキサゾリン基、例えばアミノ基、例えばエポキシ基を含有する、500超の分子量を有するエポキシ化合物、例えば脂肪酸トリグリセリドをベースとするエポキシ化油、又は1つ以上の可撓性オリゴマーもしくはポリマー、例えば低Tgアクリル系ポリマー、例えば低Tgビニル系ポリマー、例えば低Tgポリエーテル、及び/又は
    脂肪アミンからなる群から選択される1つ以上の架橋剤;及び/又は
    脂肪アミドの形態の1つ以上の架橋剤;及び/又は
    ポリカプロラクトンなどのポリエステルポリオールから選択される1つ以上の架橋剤;及び/又は
    デンプン、変性デンプン、CMCからなる群から選択される1つ以上の架橋剤;及び/又は
    多官能性カルボジイミド、例えば脂肪族多官能性カルボジイミドの形態の1つ以上の架橋剤;及び/又は
    メラミン系架橋剤、例えばヘキサキス(メチルメトキシ)メラミン(HMMM)系架橋剤から選択される1つ以上の架橋剤
    から選択される1つ以上の架橋剤の形態である、請求項1から13のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  15. 前記成分(ii)が、β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤及び/又はオキサゾリン架橋剤から選択される1つ以上の架橋剤を含む、請求項1から14のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  16. 成分(ii)を、成分(i)の乾燥重量を基準として1~50重量%、例えば4~20重量%、例えば6~12重量%の量で含む、請求項1から15のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  17. 前記成分(ii)が、
    β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシイソプロピル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アジパミド架橋剤、例えばN,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジパミド及び/又は
    多官能性有機アミン、例えばアルカノールアミン、ジアミン、例えばヘキサメチルジアミンからなる基、及び/又は
    反応性官能基、例えばカルボジイミド基、例えば無水物基、例えばオキサゾリン基、例えばアミノ基、例えばエポキシ基を含有する、500超の分子量を有するエポキシ化合物、例えば脂肪酸トリグリセリドをベースとするエポキシ化油、又は1つ以上の可撓性オリゴマーもしくはポリマー、例えば低Tgアクリル系ポリマー、例えば低Tgビニル系ポリマー、例えば低Tgポリエーテル、及び/又は
    多官能性カルボジイミド、例えば脂肪族多官能性カルボジイミドの形態の1つ以上の架橋剤
    から選択される1つ以上の架橋剤の形態である、請求項1から16のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  18. 前記成分(ii)が、
    β-ヒドロキシアルキルアミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシイソプロピル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アミド架橋剤、例えばN-(2-ヒドロキシエチル)アジパミド架橋剤、例えばN,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシエチル)アジパミドから選択される1つ以上の架橋剤を含む、請求項1から17のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  19. 成分(ii)を、成分(i)の乾燥重量を基準として2~90重量%、例えば6~60重量%、例えば10~40重量%、例えば25~40重量%の量で含む、請求項1から18のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  20. 成分(iii)が、
    脂肪アルコール、モノヒドロキシアルコール、例えばペンタノール、ステアリルアルコールからなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    アルコキシレート、例えばエトキシレート、例えばブタノールエトキシレート、例えばブトキシトリグリコールからなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    プロピレングリコールの形態の1つ以上の可塑剤;及び/又は
    グリコールエステルの形態の1つ以上の可塑剤;及び/又は
    アジピン酸塩、酢酸塩、安息香酸塩、シクロ安息香酸塩、クエン酸塩、ステアリン酸塩、ソルビン酸塩、セバシン酸塩、アゼライン酸塩、酪酸塩、吉草酸塩からなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    アルキル又はアリール置換フェノールなどのフェノール誘導体からなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    シラノール、シロキサンからなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    硫酸塩、例えばアルキル硫酸塩、スルホン酸塩、例えばアルキルアリールスルホン酸塩、例えばアルキルスルホン酸塩、リン酸塩、例えばトリポリリン酸塩からなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    ヒドロキシ酸の形態の1つ以上の可塑剤;及び/又は
    モノマーアミド、例えばアセトアミド、ベンズアミド、脂肪酸アミド、例えばトール油アミドからなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    第四級アンモニウム化合物、例えばトリメチルグリシン、ジステアリルジメチルアンモニウムクロリドからなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    植物油、例えばヒマシ油、パーム油、アマニ油、大豆油からなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    トール油、及び/又は
    水素化油、アセチル化油からなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    酸メチルエステルから選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    アルキルポリグルコシド、グルコンアミド、アミノグルコースアミド、スクロースエステル、ソルビタンエステルからなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエーテルからなる群から選択される1つ以上の可塑剤;及び/又は
    ポリオール、例えばグリセロール、例えば1,1,1-トリス(ヒドロキシメチル)プロパンの形態の1つ以上の可塑剤;及び/又は
    トリエタノールアミンの形態である、請求項1から19のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  21. 成分(iii)が、プロピレングリコール、フェノール誘導体、シラノール、シロキサン、ヒドロキシ酸、植物油、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエーテル、トリエタノールアミン、又はそれらの任意の混合物の形態である、請求項1から20のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  22. 成分(iii)が、100~380℃、より好ましくは120~300℃、より好ましくは140~250℃の沸点を有する1つ以上の可塑剤を含む、請求項1から21のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  23. 成分(iii)が、150~50000g/mol、特には150~4000g/mol、より特には150~1000g/mol、好ましくは150~500g/mol、より好ましくは200~400g/molの平均分子量を有する1つ以上のポリエチレングリコールを含む、請求項1から22のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  24. 前記成分(iii)が、成分(i)の乾燥重量を基準として0.5~60、好ましくは2.5~25、より好ましくは3~15重量%の量で存在する、請求項1から23のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  25. 前記バインダー組成物が硬化前に、1つ以上のカップリング剤、例えば有機官能性シランの形態のさらなる成分(iv)を含む、請求項1から24のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  26. 前記バインダー組成物が硬化前に、塩基、例えばアンモニア、例えばアルカリ金属水酸化物、例えばKOH、例えば土類アルカリ金属水酸化物、例えばCa(OH)、例えばMg(OH)、例えばアミン又はそれらの任意の塩の群から選択される1つ以上の成分の形態の成分(v)をさらに含む、請求項1から25のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  27. 前記バインダー組成物が硬化前に、特に、成分(i)の乾燥重量を基準として5~40重量%、例えば10~30重量%、例えば15~25重量%の量で、尿素の形態のさらなる成分を含む、請求項1から26のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  28. 前記バインダー組成物が硬化前に、1つ以上のより反応性のある又は非反応性シリコーンの形態のさらなる成分(vi)を含む、請求項1から27のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  29. 前記インシュレーション要素が、アンモニア酸化リグニン(AOL)を含有しない、請求項1から28のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム。
  30. 好ましくは石綿繊維である鉱物繊維及び、フェノールフリーかつホルムアルデヒドフリーの硬化水性バインダー組成物で作られ、前記水性バインダー組成物が硬化前に、前記リグノスルホン酸リグニンの乾燥重量を基準として0.03~2.0mmol/gのカルボン酸基含量を有する1つ以上のリグノスルホン酸リグニンの形態の成分(i)と、1つ以上の架橋剤の形態の成分(ii)とを含み、前記インシュレーション要素が、70kg/m~250kg/mの嵩密度を有する、請求項1から29のいずれか1項に記載の屋根葺きシステム用のインシュレーション要素。
  31. 前記水性バインダー組成物が、1つ以上の可塑剤の形態の成分(iii)をさらに含む、請求項30に記載のインシュレーション要素。
  32. 請求項2から29のいずれか1項に記載のインシュレーション要素の特徴をさらに含む、請求項30又は31に記載のインシュレーション要素。
  33. 石綿繊維とバインダーとを含む第1の層と、ガラスフリースで作られた第2の層と含み、それによって前記第2の層は、接着剤により前記第1の層の主表面に固定され、それによって前記第1の層は、前記第2の層の主表面に対して主に垂直な繊維配向を有する少なくとも1つのラメラで作られ、それによって前記第1の層は、硬化バインダーを含有し、前記接着剤は、前記第2の層に向けられた前記第1の層の主表面に近い繊維間の領域と、前記第1の層に向けられた前記第2の層の主表面に近い領域とに部分的に配置され、前記接着剤が、前記第1の層と前記第2の層とを接続し、前記第2の層に垂直に向けられた力が、前記接着剤と組み合わされた前記第2の層の引張強度及び/又は前記第1の層の前記繊維の撓みによって補償され得るようにし、前記インシュレーション要素の厚さの5%以下の最大の変形を引き起こすことを特徴とする、請求項1から29のいずれか1項に記載の屋根葺きシステムのための請求項30又は32に記載のインシュレーション要素。
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