KR100491197B1 - 발수성조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물을 폴리부틸렌 또는 알키드 수지와 같은 유기 중합체 및 다음 화학식의 알콕시실란과 혼합함으로써 형성된 조성물에 관한 것이다.
RnSi (OR')4-n
위의 화학식에서,
R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 라디칼, 탄소수 2 내지 8의 알케닐 라디칼, 페닐, 클로로프로필 또는 트리플루오로프로필이고,
n은 1 또는 2이고,
R'는 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼이다.
당해 조성물은 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는다. 이는 통상적으로 유화되어 셀룰로오즈 또는 석조 표면을 발수성이 되도록 처리하는 데 사용된다.

Description

발수성 조성물
본원은 "발수성 조성물"이란 발명의 명칭으로 1995년 6월 6일자로 허여되어 소유권자들에게 공동 양도된 미국 특허 제5,421,866호와 관련이 있다.
본 발명은 유기규소 화합물 및 폴리부틸렌 또는 알키드 수지와 같은 유기 중합체를 함유하는 발수성 조성물에 관한 것이다.
본 발명자들은 예기치 않게 상기 미국 특허 문헌의 발수성 조성물에 대한 개선점을 발견하였다. 미국 특허의 발수성 조성물은 필수 성분으로서 (i)알콕시 실란, (ii)실란 커플링제, (iii)폴리부틸렌 및 (iv)물을 사용한다. 실란 커플링제는 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란이다.
실란 (i) 및 (ii)를 0.5:1 내지 3:1의 몰 비로 사용한다. 실란은 냉 혼합물로서 도입되지만, 바람직하게는 먼저 제한수, 즉 화학량론적 양 미만의 물과 반응하여 가수분해반응의 부산물로서 형성된 알콜, 즉 R'OH를 함유하는 부분 가수분해물을 형성한다. 따라서, (i) 알콕시 실란과 (ii) 실란 커플링제를 물의 존재하에 혼합할 경우, 반응 생성물이 형성된다.
그러나, 매우 놀랍게도, 반응성 아미노 또는 4급 암모늄 작용성 그룹을 함유하는 실란(ii)를 제거할 경우, 발수 효율성(WRE: water repellent effectiveness), 배수성(WE: water exclusion), 발수성(WR: water repellency), 흡수성(WA: water absorption) 및 비이딩(beading)이 상당히 개선된다는 사실이 본 발명에 이르러 밝혀졌다.
이와 같이, 본 발명에 따른 발수성 조성물은 미국 특허 제5,421,866호의 조성물과 유사한 면이 있으나, 본 발명의 발수성 조성물은 상기 특허 문헌의 조성물에서 필수적인 "아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는다".
본 발명은 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는 발수성 조성물에 관한 것이다. 당해 조성물은 폴리부틸렌 또는 알키드 수지와 같은 유기 중합체 0.1 내지 70중량%; 화학식 RnSi(OR')4-n의 알콕시실란 0.1 내지 70중량%; 및 잔여량(조성물 100% 기준)의 물을 함유한다. 바람직하게는, 유기 중합체와 알콕시실란을 합한 양은 본 발명의 조성물의 총 중량의 3.0중량%에 달한다.
조성물은 임의 성분으로서 유기 왁스 0 내지 70중량%, 바람직하게는 3 내지 70중량%; 폴리실록산 0 내지 70중량%, 바람직하게는 3 내지 70중량%; 비이딩제 0 내지 20중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20중량%; 촉매 0 내지 2중량%, 바람직하게는 0.1 내지 2중량%; 본 발명의 조성물에 600g/l 미만의 휘발성 유기 화합물(VOC) 함량을 제공하는 양의 용매; 계면활성제 0 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%; 방부제 0 내지 1중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1중량%; 소포제; 살백분병균제 및 자외선 흡수제/자외선 안정화제를 포함한다.
본 발명에 적합한 유기 중합체 중의 하나는 수 평균 분자량(Mn)이 200 내지 2,300, 바람직하게는 1,500 미만, 가장 바람직하게는 1,000 미만인 폴리부틸렌 중합체 또는 올리고머이다. 이러한 중합체 및 올리고머는 당해 분야에 공지되어 있으며, 다수가 각종 분자량 및 말단 그룹 혼합물로서 시판되고 있다. 본 발명자들은 수소가 일반적으로 셀룰로오즈 또는 석조 기재에서 발견되는 하이드록실 그룹에 결합된 말단 그룹을 갖는 비교적 저분자량, 즉 Mn이 1,000 미만인 폴리부틸렌 중합체가 본 발명에서 특히 우수한 발수성 조성물을 제공함을 밝혀내었다. 따라서, 바람직한 폴리부틸렌 중합체는 에폭시, 할라이드, 알콕시페닐렌, 하이드록실, 카복실, 클로로실릴, 이소시아네이토, 아미노 또는 아미도와 같은 작용성 그룹을 함유하는 하나 이상의 말단 그룹을 함유한다. 가장 바람직한 말단 그룹은 에폭시 그룹이다.
본 발명에 적합한 기타 유기 중합체에는 일반적으로 프탈산 함량에 의해 정의되는 장유 알키드 수지(즉, 지방산 오일 55중량% 이상 함유); 중유 알키드 수지(즉, 지방산 오일 35 내지 55중량% 함유); 및 단유 알키드 수지(즉, 지방산 오일 35중량% 미만 함유)와 같은 오일계로서 분류되는 알키드 수지; 및 톨유 지방산(TOFA) 알키드 수지; 대두유(SOYA) 알키드 수지; 아마인유 알키드 수지; 식물성 오일 알키드 수지;해양 오일 알키드 수지; 코코낫유 알키드 수지 및 피마자유 알키드 수지와 같은 오일형 알키드 수지를 포함하는 알키드 수지가 있다.
로진 개질된 알키드 수지, 페놀성 개질된 알키드 수지, 로진-페놀성 개질된 알키드 수지, 탄화수소 개질된 알키드 수지 및 스티렌 개질된 알키드 수지와 같은 개질된 알키드 수지도 또한 사용할 수 있다. 알키드 수지는 용매계 알키드 수지, 수 분산성 알키드 수지, 수용성 단량체 개질된 알키드 수지 또는 공기 건조된 알키드 수지일 수 있다.
대표적인 알키드 수지는 노쓰 캐롤라이나주 더햄 소재의 레이크홀드 케미칼즈, 인코포레이티드(Reichhold Chemicals, Inc.)에 의해 상표명 Arolon™, AroplazYM, Beckosol™ 및 Kelsol으로 시판되고 있다.
본 발명의 가장 바람직한 알키드 수지는 이들의 외부 내구성 및 색 안정성 때문에 중유 알키드 수지, 대두유(SOYA) 알키드 수지 및 톨유 지방산(TOFA) 알키드 수지이다.
본원에는 또한 실리콘 개질된 알키드 수지가 포함되며, 이의 대표적인 예는 미국 특허 제3,015,637호 및 제3,284,384호에 더 상세히 기술되어 있다. 이들 특허는 또한 일반적으로 알키드 수지에 대해 더 상세히 기술하고 있다. 알키드 수지는 문헌[참조: Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Volume 1, Second Edition, Pages 644-679, John Wiley & Sons, (1985); and Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Volume 2, Forth Edition, Pages 53-85, John Wiley & Sons, (1992)]에 보다 상세히 기술되어 있다. 이와 같이, 본원에서 사용된 용어 "알키드 수지"는 다가 알콜과 다염기산의 반응 생성물, 즉 폴리에스테르를 의미하나, 폴리에스테르는 장쇄 지방산과 같은 일염기산을 함유한다.
본원에서 사용되는 알콕시실란은 단일 알콕시실란 또는 알콕시실란의 혼합물이다. 이는 화학식 RnSi(OR')4-n을 갖는다. 당해 화학식에서, R은 탄소수 1 내지 10, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼, 탄소수 2 내지 8의 알케닐 라디칼, 페닐, 클로로프로필 또는 트리플루오로프로필이며, n은 1 또는 2이고, R'는 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼이다. 그러나, 바람직하게는, R은 메틸 또는 이소부틸 라디칼이고, R'는 메틸 또는 에틸 라디칼이다.
적합한 몇몇 알콕시실란에는 메틸트리메톡시실란(MTMS), 메틸트리에톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리부톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란(IBTES), 부틸트리에톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디이소부틸디메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디부틸디에톡시실란 및 디헥실디메톡시실란이 있다.
본 발명에 따라 사용되는 임의 성분중에 유기 왁스가 있다. 유기 왁스는 바람직하게는 카나우바 왁스 또는 석유와 합성 왁스의 혼합물이다. 더욱 특히, 유기 왁스는 파라핀 및 폴리에틸렌 왁스를 둘 다 포함하는 혼합물이다. 폴리에틸렌 왁스는 고밀도 또는 저밀도 폴리에틸렌 왁스이거나 고밀도 및 저밀도 폴리에틸렌 왁스의 혼합물일 수 있다. 전형적인 유기 왁스 및 본 발명에 따라 특히 적합한 것으로 밝혀진 유기 왁스는 위스콘신주 라신 소재 에스시 존슨 앤드 선 인코퍼레이티드(SC Johnson & Sons Inc.)의 등록 상표명인 JONWAXR 125이다. JONWAXR 125는 폴리에틸렌과 파라핀 왁스로 이루어진 고체 함량 35%의 수성 에멀젼으로서 시판된다. 다른 혼합된 파라핀 및 폴리에틸렌 유형의 왁스를 또한 사용할 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 또 다른 임의 성분은 폴리실록산이다. 적합한 폴리실록산 중의 하나는 화학식 HOMe2SiO(Me2SiO)xSiMe2OH의 실란을 말단 폴리디메틸실록산(여기서, Me는 메틸이고, x는 전형적으로는 10 내지 1,000이다)이다. 일반적으로, 이러한 실란올 유체는 25℃에서 측정한 점도가 15 내지 2,000cst(mm2/s)범위이다. 말단 실란올은 이들 폴리디메틸실록산 유체가 약 산성 및 염기성 조건하에 축합이 잘 일어나도록 한다. 말단 그룹을 수분에 노출시킬 경우, 급속한 가교결합 반응이 일어난다.
이러한 실란을 유체의 예에는 25℃에서 측정한 점도가 55 내지 90mm2/s이고 하이드록실 함량이 1 내지 2.5중량%인 하이드록실 말단 폴리디메틸실록산; 25℃에서 측정한 점도가 1,800 내지 2,200mm2/s인 하이드록실 말단 폴리디메틸실록산; 25℃에서 측정한 점도가 3,500 내지 4,500mm2/s인 하이드록실 말단 폴리디메틸실록산; 및 말단 그룹의 85 내지 95%가 실란올이고 말단 그룹의 5 내지 15%가 트리메틸실옥시이고 25℃에서 측정한 점도가 11,000 내지 14,000mm2/s인 폴리디메틸실록산이 있다.
또 다른 적합한 플리실록산은 실리콘 수지이다. 가장 바람직한 것은 25:19:37:19의 몰 비의 CH3SiO3/2 단위, (CH3)2SiO2/2 단위, C6H5SiO3/2 단위 및 (C6H5)2SiO2/2 단위로 필수적으로 이루어지고 하이드록실 함량이 0.5 내지 3.0중량%인 하이드록실 작용성 오가노실록산 수지 공중합체의 용매 용액이다.
유용한 특정 실리콘 수지 중의 하나는 CH3SiO3/2 단위, (CH3)2SiO2/2 단위, C6H5SiO3/2 단위 및 (C6H5)2SiO2/2 단위를 25:19:37:19의 몰 비로 갖고 하이드록실 함량이 0.5중량%인 하이드록실 작용성 오가노실록산 수지 공중합체 50중량% 고체를 함유하는 1:1 크실렌:톨루엔 용액이다.
또 다른 적합한 실리콘 수지는 CH3SiO3/2 단위, (CH3)2SiO2/2 단위, C6H5SiO3/2 단위 및 (C6H5)2SiO2/2 단위를 25:19:37:19의 몰 비로 갖고 하이드록실 함량이 3.0중량%인 하이드록실 작용성 오가노실록산 수지 공중합체 60중량% 고체를 함유하는 톨루엔 용액이다.
제3특정 실리콘 수지는 CH3SiO3/2 단위, (CH3)2SiO2/2 단위, C6H5SiO3/2 단위 및 (C6H5)2SiO2/2 단위를 25:19:37:19의 몰 비로 갖는 하이드록실 작용성 오가노실록산 수지 공중합체 50중량% 고체를 함유하는 크실렌 용액이다.
유용한 기타 실리콘 수지의 예에는 수지상 공중합체의 수 평균 분자량이 1,200 내지 10,000dalton이 되도록 하는 몰 비로 SiO4/2 단위 및 하나 이상의 R3SiO1/2 단위, R2SiO2/2 단위 및 RSiO3/2 단위를 갖는 오가노실록산 수지상 공중합체가 포함된다. R은 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼; 페닐, 톨릴 및 크실릴과 같은 아릴 라디칼; 비닐 및 알릴과 같은 알케닐 라디칼; 또는 트리플루오로프로필 라디칼이다.
사용할 수 있는 3종의 특정 수지상 공중합체는 다음과 같다:
1. SiO4/2 단위 mol당 트리오가노실옥시 단위 0.7mol의 몰 비로 트리오가노실옥시 단위 R3SiO1/2와 SiO4/2 단위의 유기 용매 가용성(즉, 바람직하게는 벤젠) 수지 공중합체. R은 상기 정의한 바와 같다. 이 수지의 수 평균 분자량은 실리케이트 수지 표준을 사용하여 겔 투과크로마토그래피를 기준으로 하여 5,000dalton이다. 트리오가노실옥시 단위는 트리메틸실옥시 단위 및 디메틸실옥시 단위이고 수지는 1.4 내지 2.2중량% 규소 결합된 비닐 라디칼이다.
II. (i) R3SiO1/2와 SiO4/2 단위를 갖는 실란을 함유 수지상 공중합체성 실록산; 화학식 RmHnSiO(4-m-n)/2의 유기수소 폴리실록산(여기서, m 및 n은 합이 4 미만, 바람직하게는 1.9 내지 2.1인 양의 정수이다); 및 유기 용매로 이루어진 산성 균질 혼합물을 형성시키고, (ii) 혼합물을 가열하여 실질적으로 모든 유기 용매를 제거함으로써 제조되는 수지상 공중합체성 실록산. R은 상기 정의한 바와 같다. R은 또한 베타페닐에틸 및 베타페닐프로필과 같은 아릴알킬 라디칼; 또는 사이클로펜틸, 사이클로헥실 및 사이클로헥세닐과 같은 지환족 라디칼일 수 있다.
III. 수 평균 분자량이 1,200 내지 10,000dalton이 되도록 하는 몰 비로 R3SiO1/2 단위 및 SiO4/2 단위를 포함하는 실록산 수지 공중합체. 바람직하게는, 몰비는 0.7:1.0이고 수 평균 분자량은 5,000이다. R은 상기 정의한 바와 같다. 수지는 2.5중량%의 규소 결합된 OH 그룹을 함유한다. 수지는 또한 R2SiO2/2 단위 및 RSiO3/2 단위를 함유할 수 있다.
이러한 실리콘 수지는 미국 특허 제2,504,388호; 제2,676,182호; 제2,706,190호; 제3,079,281호; 제4,310,678호 및 제4,322,518호를 포함하는 다수의 특허 문헌에 상세히 기술되어 있다.
또 다른 적합한 폴리실록산은 C6H5SiO3/2 단위 72.5mol%; C3H7SiO3/2 단위 27.5mol% 및 OH 그룹 5중량%를 함유하는 고체 플레이크 비극성 실세스퀴옥산 수지이다. 이러한 유형의 수지상 조성물은 Ph는 페닐이고, Pr은 프로필이고, x:y 비는 7:3인 식 (PhSiO3/2)x(PrSiO3/2)yOH로 나타낼 수 있다.
또 다른 적합한 폴리실록산은 (A) 유기 용매의 존재하에 하나 이상의 오가노클로로실란을 가수분해시켜 실리콘 수지 가수분해물 용액을 형성시켜 상기 실리콘 수지 가수분해물의 잔여 가수분해성 클로라이드 함량이 백만 중량부당15 내지 100부가 되도록 하고, (B) 상기 가수분해물 용액을 스트립핑하여 이의 유기 용매 함량을 감소시키고, (C) 단계(B)로 부터 생성된 용액을 하나 이상의 음이온성 계면활성제를 사용하여 물에 유화시켜 균질한 에멀젼을 형성시킴으로써 제조되는 수성 실리콘 수지 에멀젼이며, 단 단계(B)에 따라 용매 함량을 감소시킴으로써 기재에 도포하여 건조시킬 경우 연속막을 형성시키는 에멀젼이 수득된다.
실리콘 가수분해물은 2개 이상의 단위, 예를 들어 MeSiO3/2 단위, Me2SiO2/2 단위, PhMeSiO2/2 단위, PhSiO3/2 단위, Ph2SiO2/2 단위 및 PrSiO3/2 단위를 포함하며, 여기서, Me는 메틸이고, Ph는 페닐이고, Pr은 프로필이고, 실리콘의 하이드록실 함량은 0.5 내지 6.0중량%이다.
이러한 수성 실리콘 수지 에멀젼은 미국 특허 제5,300,327호에 더 상세히 기술되어 있다.
본 발명에 사용되는 또다른 임의 성분은 비이딩제이다. 대표적인 예에는 스테아르산염, 예를 들어 스테아르산알루미늄 및 스테아르산마그네슘; 붕산염, 예를 들어 붕산나트륨; 및 소수성 실리카가 있다. 이들 물질은 소적구를 형성함으로써 표면으로부터 수막이 발산(shedding)하는 것을 돕는다.
또 다른 임의 성분은 촉매이다. 대표적인 촉매의 예에는 금속 티타네이트, 예를 들어 디부틸주석 디라우레이트(DBTDL) 및 디부틸주석 디아세테이트(DBTDA); 산, 예를 들어 아세트산; 및 아민, 예를 들어 트리에탄올아민(TEA), 모르폴린 및 디에틸아민을 포함하는 염기이다. 이러한 촉매는 알콕시실란을 가수분해 및 축합에 의해 수지상 생성물로 전환시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 임의 성분은 용매이다. 대표적인 용매의 예는, 유기 용매, 예를 들어 이소프로판올 및 미네랄 스피릿; 글리콜 에테르, 예를 들어 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)에 의해 상표명 DowanolR로 시판되는 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르; 및 폴리글리콜, 예를 들어 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜이다.
본 발명에서 사용되는 또 다른 임의 성분은 계면활성제이다. 가장 바람직한 것은 저 HLB 및 고 HLB 비이온성 계면활성제의 혼합물이다. 본원에서 사용된 "HLB"는 친수성-친유성 평형치를 의미한다. 저 HLB 비이온성 계면활성제는 10.5 미만, 바람직하게는 6.0 미만의 HLB치를 갖는다. 이러한 항목의 대표적인 유화제는 다음과 같다: (a) 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르로서 HLB치가 4.9이며 델라웨어주 윌밍턴 소재의 아이시아이 아메리카즈 인코퍼레이티드(ICI Americas Inc.) 제품인 Brij™ 52; (b) 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르로서 HLB치가 4.9이며 델라웨어주 윌밍턴 소재의 아이시아이 아메리카즈 인코퍼레이티드 제품인 Brij™ 72; (c) 솔비탄 스테아레이트로서 HLB치가 4.7이며 델라웨어주 윌밍턴 소재의 아이시아이 아메리카즈 인코퍼레이티드 제품인 Arlacel™ 60; (d) 글리세롤 모노스테아레이트로서 HLB치가 3.9이며 뉴저지주 페어런 소재의 론자 인코퍼레이티드(Lonza Inc.) 제품인 AldoR MS; (e) 프로필렌 글리콜 모노스테아레이트로서 HLB치가 3.0이며 뉴저지주 페어런 소재의 론자 인코퍼레이티드 제품인 AldoR PGHMS; (f) 에틸렌 글리콜 모노스테아레이트로서 HLB치가 2.9이며 일리노이주 거니 소재의 피피지/메이저(PPG/Mazer) 제품인 MapegR EGMS; (g) 디에틸렌 글리콜 모노스테아레이트로서 HLB치가 4.7이며 일리노이주 스커키 소재의 호닥 케미칼 코포레이션(Hodag™ Chemical Corp.) 제품인 Hodagl™ DGS; (h) 폴리옥시에틸렌 스테아릴 아민으로서 HLB치가 4.9이며 싸우스 캐롤라이나주 그린빌 소재 에톡스 케미칼즈, 인코퍼레이티드(Ethox Chemicals, Inc.) 제품인 Ethox™ SAM-2; (i) 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에스테르로서 HLB치가 4.9이며 일리노이주 거니 소재의 피피지/메이저 제품인 MacolR SA-2. 라우릴 알콜, 미리스틸 알콜 및 세틸 알콜과 같은 지방 알콜은 HBL치가 1인 비이온성 계면활성제이고 본 발명의 목적을 위해 저 HLB 비이온성 계면활성제로서 포함된다.
고 HLB 비이온성 계면활성제는 15.0 이상, 바람직하게는 17.0 이상의 HLB치를 갖는다. 이러한 항목의 대표적인 유화제는 다음과 같다: (i) 폴리옥시에틸렌스테아릴 에테르로서 HLB치가 18.8이며 델라웨어주 윌밍턴 소재의 아이시아이 아메리카즈 인코퍼레이티드 제품인 Brij™ 700; (ii) 폴리옥시에틸렌 모노스테아레이트로서 HLB치가 17.2이며 일리노이주 거니 소재의 피피지/메이저 제품인 MapegR S-40K, (iii) 스테아레스-40으로서 HLB치가 17.4이며 일리노이주 거니 소재의 피피지/메이저 제품인 MacolR SA-40; (iv) 옥틸페녹시 폴리에톡시 에탄올로서 HLB치가 17.9이며 커넥티컷주 덴버리 소재의 유니온 카바이드 케미칼즈 앤드 플라스틱스 캄파니, 인더스트리얼 케미칼즈 디비젼(Union Carbide Chem. & Plastices Co., Industrial Chemicals Div.) 제품인 TritonR X-405; (v) 스테아레스-20으로서 HLB치가 15.4이며 일리노이주 거니 소재의 피피지/메이저 제품인 MacolR SA-20; (vi) C11-C15 2급 알콜 에톡실레이트로서 HLB치가 16.3이며 커넥티컷주 덴버리 소재의 유니온 카바이드 케미칼즈 앤드 플라스틱스 캄파니, 인더스트리얼 케미칼즈 디비젼 제품인 TergitolR 15-S-20.
상기 계면활성제는 본 발명에 따라 사용할 수 있는 대표적인 유화제를 확인할 목적으로 기술한 것일 뿐이다. 다른 동등한 비이온성 유화제를 또한 대체할 수 있다. 따라서, 예를 들면 (i) Brij™ 52, Brij™ 72 및 Brij™ 700 이외에 다른 알콜 에톡실레이트; (ii) TritonR X-405 이외에 다른 알킬페놀 에톡실레이트; (iii) AldoR MS 이외에 다른 지방산 글리세롤 에스테르 및 (iv) AldoR PGHMS 및 Hodag™ DGS 이외에 다른 지방산 글리콜 에스테르를 적당히 사용할 수 있을 것이다.
따라서, 본원에 비이온성 계면활성제, 예를 들면 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M 캄파니에 의해 Fluorad™대로서 시판되는 플루오로카본계 계면활성제; 뉴저지주 파시파니 소재의 BASF 코포레이션에 의해 상표명 PluronicR로서 시판되는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 블록 공중합체; 델라웨어주 윌밍톤 소재의 아이시아이 서펙턴츠(ICI Surfactants)에 의해 Span™으로 시판되는 지방산 에스테르; 및 델라웨어주 윌밍톤 소재의 아이시아이 서펙턴츠에 의해 Tween™으로 시판되는 에톡실화된 지방산 에스테르가 포함된다.
특정 음이온성 중합체성 유화제는, 예를 들어 오하이오주 브렉스빌 소재의 비에프 굿리치(BF Goodrich)에 의해 상표명 PemulenR으로서 시판되는 가교결합된 소수성으로 개질된 폴리아크릴산 중합체; 및 오하이오주 브렉스빌 소재의 비에프 굿리치에 의해 상표명 CarbopolR로서 시판되는 가교결합된 소수성으로 개질된 폴리아크릴산 공중합체와 같은 비이온성 계면활성제와 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 폴리비닐알콜 (C2H4O)x과 같은 합성 수용성 수지를 사용할 수 있다. 필요한 경우, 혼합물에 수산화나트륨, 트리에탄올아민 또는 모르폴린과 같은 염기; 및 스테아르산, 올레산 또는 톨유 지방산과 같은 지방산을 포함시킴으로써, 음이온성 계면활성제를 동일 반응계 내에서 형성시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 임의 성분은 수계 에멀젼에서 미생물 활성을 감소시키거나 제거하는 방부제이다. 대표적인 예는 펜실베니아주 필라델피아 소재의 롬 앤드하스 캄파니(Rohm and Haas Co.)에 의해 Kathon™ LX로서 시판되는 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온; 및 미시간주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니에 의해 상표명 DowicilR 75로서 시판되는 1-(3-클로로알릴)-3,5,7-트리아자-1-아조니아아다만탄 클로라이드이다.
본 발명의 또 다른 임의 성분은 소포제이다. 적합한 소포제는 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation)에 의해 시판되는 실리카 충전된 폴리디메틸실록산과 같은 실리콘 소포제; 및 델라웨어주 윌밍톤 소재의 헤르큘스 인코퍼레이티드(Hercules Incorporated)에 의해 상표명 AdvantageR로서 시판되는 탄화수소유와 같은 유기 소포제이다.
본 발명에서 또 다른 임의 성분은 조성물을 외부 코팅제로서 사용하고자 할 경우, 기재상에서의 생물학적 활성을 감소시키는 유기 또는 무기 물질인, 살조제, 항미생물제, 살균제, 소독제 또는 살진균제로서 분류되는 물질을 포함하는 살백분병균제이다. 몇몇의 적합한 살백분병균제의 대표적인 예에는 뉴저지주 이스트 하노버 소재의 더 트로이 케미칼 캄파니(The Troy Chemical Company)에 의해 상표명 TroysanR PolyphaseR P-20T 로서 독점 시판되는 살진균제; 일리노이주 버팔로 그로브 소재의 엉거스 케미칼 캄파니(Angus Chemical Co.)에 의해 상표명 AmicalR로서 시판되는 디요오도메틸-p-톨릴설폰; 제3황산구리; 및 안정화된 이산화염소를 포함한다.
본 발명에서 조성물을 외부 코팅제로서 사용하고자 할 경우의 또 다른 임의성분은 자외선 흡수제/자외선 안정화제이다. 적합한 자외선 흡수제/자외선 안정화제는 뉴욕주 허쏜 소재 시바-가이기 코포레이션(Ciba-Geigy Corporation)에 의해 상표명 TinuvinR으로서 시판되는 치환된 벤조트리아졸 및 장애 아민이다.
본 발명에 따르는 표면 처리용 발수성 조성물은 여러 성분들을 함께 단순히 혼합함으로써 제조된다. 조성물을 에멀젼 형태로 하고자 하는 경우, (i) 다수의 성분들로 이루어진 하나의 에멀젼을 제조하고; (ii) 각각 하나 이상의 성분을 함유하는 다수의 에멀젼을 제조한 다음, 다수의 에멀젼을 혼합하고; (iii) (i) 또는 (ii)의 절차에 이어서 성분들의 일부를 물에 직접 가함으로써 제조한다. 이들 혼합물 및 에멀젼은 적합한 전단 공급원, 예를 들어 고속 교반기, 호모게나이저, 소노레이터, 마이크로유동화기, Turello™ 체인지 캔 믹서, Ross™ 믹서 또는 Eppenbach™ 콜로이드 밀을 사용하여 제조한다. 혼합물 및 에멀젼을 제조하는 절차는 오일을 물에 직접 가하거나 물을 오일에 간접적으로 가하는 방법을 포함한다. 바람직하게는, 활성 성분(들)의 입자 크기는 0.2 내지 500μm이다.
이들 발수성 조성물은 후속 희석 및 기재로의 직접 적용용으로 고체 함량이 큰 농축 에멀젼으로서 제형화할 수 있거나; 기재로의 직접 적용용으로 고체 함량이 적은 즉시 사용형 에멀젼으로서 제형화할 수 있다. 사용하는 발수성 조성물의 실제량은 처리할 기재의 특성에 따라 다르나, 일반적으로 기재에 적용할 발수성 조성물의 고체 함량 3 내지 40중량%를 함유하는 코팅물을 제공하기에 충분해야 한다.
본 발명에 따르는 발수성 조성물로 처리하기에 적합한 기재에는 목재, 직물, 섬유, 종이 및 판지와 같은 셀루로오스 표면, 콘크리트, 몰타르, 벽돌, 석재, 석고, 스터코우, 테라 코타, 말린 벽돌, 플라스터, 석회암, 대리석, 자기 및 타일을 포함하는 다공성 무기 기재와 같은 석조 표면; 및 콘트리트 건축 구조물이 포함된다.
본 발명에 따르는 발수성 조성물은 바람직하게는 기재를 국소 처리 또는 국소 코팅함으로써 적용한다. 그러나, 이들 발수성 조성물의 사용은 또한 이 조성물을 제조 동안 기재에 직접, 즉 종이 슬러리내의 첨가제로서 또는 건고전 콘크리트 믹스내의 성분으로서 혼입시킴을 포함한다. 국소 적용할 경우, 최선의 결과를 위해서는, 처리할 기재가 건조할 때가 바람직하나, 기재가 축축하거나 습윤된 상태에서 처리할 수도 있다.
다음은 본 발명을 보다 상세히 예시하기 위한 실시예이다. 실시예에서 뿐 아니라 이에 수반되는 표에서, 모든 %는 별다른 언급이 없는 한, 중량을 기준으로 한 것이다.
실시예 I-샘플 제조
수성 에멀젼 발수성 조성물을 하기 지시된 활성 농도에서 여러 성분들을 혼합함으로써 제조한다. 이들 에멀젼을 제조할 때, 폴리부틸렌 및 비-수분산성 실리콘 성분(들)을 표준 실험실 믹서를 사용하여 완전히 혼합될 때까지 혼합한다. 각각의 혼합물의 점도에 따라, 공기 구동 또는 전기 구동 믹서를 사용한다. 계면활성제(들)을 계면활성제(들)의 성질에 따라 오일상 또는 수상으로 혼입한다. 어떤 경우에는, 하나의 계면활성제를 수상에 혼입하고 또다른 계면활성제를 오일상에 혼입한다. 오일상 및 수상을 목적하는 입자 크기 즉, 일반적으로 0.2 내지 500μm를 갖는 수중유 에멀젼이 수득될 때까지 강력하게 혼합한다. 남은 물은 에멀젼에 서서히 혼입하여 목적하는 활성 농도, 즉 일반적으로 3 내지 70중량%를 달성한다. 어떤 실시양태에서는, 에멀젼을 이어서 왁스 에멀젼 및 다른 수분산성 실리콘과 혼합한다. 생성된 혼합물을 목적하는 최종 활성 농도, 즉 후속 희석 및 기재로 직접 적용하기 위한 고체 함량이 큰 농축 에멀젼 또는 기재로 직접 적용하기 위한 고체 함량이 적은 즉시 사용형 에멀젼으로 희석한다.
다수의 상이한 유형의 계면활성제(들)과 계면활성제(들)의 혼합물을 이들 에멀젼을 제조하는데 사용할 수 있음이 명백하나, 비이온성 계면활성제 TritonR X-45 및 TritonR X-705가 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.
실시예 및 수반되는 표에서 사용되는 폴리부틸렌(PIB)은 (i) 일리노이주 시카고 소재 아모코 케미칼 캄파니(Amoco Chemical Company)에 의해 상표명 IndopolR H-300으로서 시판되는 제품인 수 평균 분자량이 1,340인 비닐 말단화된 폴리부틸렌; (ii) 일리노이주 시카고 소재의 아모코 케미칼 캄파니에 의해 상표명 IndopolR H-1500으로서 시판되는 제품인 수 평균 분자량이 2,160인 비닐 말단화된 폴리부틸렌, 및 (iii) 펜실베니아주 필라델피아 소재의 엘프 아토켐 노쓰 아메리카(Elf Atochem North America)에 의해 상표명 VikopolR 64로서 시판되는 제품인 추정 수 평균 분자량이 1,000인 에폭사이드화된 폴리부틸렌이다.
이들 실시예에서 사용되고 수반되는 표에서 언급된 임의의 왁스 성분은 50% 폴리에틸렌 및 50% 파라핀으로 이루어진 왁스의 35% 고체 에멀젼이다. 이러한 왁스 에멀젼은 JONWAXR 125로서 위스콘신주 라신 소재의 에스씨 존슨 앤드 선즈 인코퍼레이티드로부터 및 오하이오주 신시내티 소재의 미켈만 인코포레이티드(Michelman Inc.)로부터 시판되고 있다.
실시예 II-목재
본 발명에 따른 목재 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 조성물은 하기 활성 성분들을 중량 기준으로 함유하고 100%가 되도록 잔여량의 물을 함유한다:
Figure pat00001
Figure pat00002
계면활성제는 (i) 플로리다주 파나마시 소재의 아리조나 케미칼 캄파니(Arizona Chemical Company)에 의해 상표명 ActinolR FA-3으로 시판되는 지방산 비이온성 계면활성제; (ii) 트리에탄올아민; (iii) 커넥티컷주 덴버리 소재의 유니온 카바이드 케미칼즈 앤드 플라스틱스 캄파니, 인더스트리얼 케미칼즈 디비젼 제품인 TritonR X-705인 옥틸페녹시 폴리에톡시에탄올 비이온성 계면활성제를 함유하는 혼합물이다.
이 조성물은 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는다.
실시예 III-목재
본 발명에 따른 또다른 목재 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 조성물은 하기 활성 성분들을 중량 기준으로 함유하고 100%가 되도록 잔여량의 물을 함유한다.
Figure pat00003
Figure pat00004
실시예 II에서 사용된 계면활성제 혼합물을 이 실시예에서 사용한다. 이 조성물은 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는다.
실시예 IV-비교용-목재
본 발명에 따르지 않는 목재 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 조성물은 하기 활성 성분들을 중량 기준으로 함유하고 100%가 되도록 잔여량의 물을 함유한다:
Figure pat00005
이 조성물 DID는 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란, 즉 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란을 함유한다. 이는 미국 특허 제5,421,866호에 교시된 대표적인 발수성 조성물로서 이에 대해 본 발명은 개선되었다.
실시예 V-비교용-목재
본 발명에 따르지 않는 또다른 목재 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 조성물은 하기 활성 성분들을 중량 기준으로 함유하고 100%가 되도록 잔여량의 물을 함유한다:
Figure pat00006
이 조성물 DID는 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란, 즉 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란을 함유한다. 이는 또한 미국 특허 제5,421,866호에 교시된 대표적인 발수성 조성물로서 이에 대해 본 발명은 개선되었다.
실시예 II-V에 따라 제조된 발수성 조성물을 사용하여 목재를 처리하고 세가지 산업 표준 기본 시험 방법에 따라 발수성을 평가한다. 이 세 가지 방법은 (i) 연방 명세서(Federal Specificaion) TT-W-572B 및 ASTM D4446에 따르는 팽윤 측정 시험 방법(The Swellometer Test Method); (ii) ASTM D5401에 따르는 중량 측정 시험 방법(The Gravimetric Test Method); 및 (iii) 비이딩 시험 방법(The Beading Test Method)이다.
팽윤 측정 시험 방법-연방 명세서 TT-W-572B 또는 ASTM D4446
이 시험은 여러 가지 처리에 의해, 처리 대 비처리 목재 샘플의 흡수성 및 치수 안전성 둘 다를 측정함으로써 목재에 제공되는 보호도를 평가한다. 목재 샘플은 6.4×38.1×254cm(0.25×1.5×10in) 단면 웨이퍼로서 직선 무늬결의 옹이가 없이 편평하게 톱질되고 클리어하고 평균 밀도로 킬른 건조된 남부 소나무 변목질이다. 모든 목재 웨이퍼는 일정 중량(24시간 후 ± 0.5g) 및 함수율(12.5%)에 이를 때까지 50 ± 5% 상대 습도 및 70 ± 5℉(21 ± 3℃)에서 컨디셔닝한다. 함수율은 ASTM D4442에 따라 측정한다. 목재를 217 ± 5℉(103 ± 2℃)에서 오븐 건조시키고 함수율을 하기 수학식 1로 계산한다:
[수학식 1]
Figure pat00007
웨이퍼를 컨디셔닝 룸에서 꺼내 즉시 수계 제형에서 3분 동안 침지시키거나 용매계 제형에서 30초 동안 침지시켜 처리한다. 이어서, 처리된 웨이퍼를 높인 스크린 또는 선반에 45°각도로 놓고 상온에서 밤새 공기 건조시킨다. 동일한 보오드의 연속 피이스(piece)로부터 취한 비처리 웨이퍼를 각각의 처리 웨이퍼에 대해 대조용으로서 사용한다. 이어서, 처리 및 비처리 쌍 세트를 챔버에 놓고 일정 중량에 이를 때까지(7일) 65 ± 5% 상대 습도 및 70 ± 5℉(21 ± 3℃)에서 컨디셔닝한다.
웨이퍼를 팽윤 측정 시험 장치에 놓은 다음, 탈염수에 침수시켜 75 ± 5℉ (24 ± 3℃)에서 30분 동안 유지시킨다. 웨이퍼의 치수 변화를 침수 동안의 팽윤 측정기 게이지에 의해 측정하고 이를 사용해 발수율(%)을 계산한다. 게이지로부터 꺼낸 후, 이어서 목재의 중량을 재어 배수율(%)을 중량 증가분으로부터 측정한다.
발수율(%)은 비처리 웨이퍼의 팽윤성에 대한 처리 웨이퍼의 팽윤성을 하기 수학식 2로 비교함으로써 계산한다.
[수학식 2]
Figure pat00008
배수율(%)은 비처리 웨이퍼의 중량 증가분에 대한 처리된 웨이퍼의 중량 증가분을 하기 수학식 3으로 비교함으로써 계산한다:
[수학식 3]
Figure pat00021
중량 측정 시험 방법-ASTM D5401
중량 측정 시험을 사용하여 목재상에 대한 투명한 발수성 코팅물의 유효성을 평가한다. 기재는 5.1×10.2×15.2cm(2×4×6in)의 직선 무늬결 옹이가 없이 편평하게 톱질되고 킬른 건조된 남부 소나무 변목질로서 일정한 중량(24시간 내에 ± 1g) 및 일정한 함수율(12.5%)에 이를 때까지 50 ± 5% 상대 습도 및 70 ± 5℉(21 ± 3℃)에서 컨디셔닝한다. 함수율은 ASTM D4442에 따라 상기와 동일하게 측정한다.
이들 조건에 부합된 후, 보오드를 컨디셔닝 룸에서 꺼내 즉시 수계 제형에서 3분 동안 침지시키거나 용매계 제형에서 30초 동안 침지시켜 처리한다. 처리된 보오드를 높인 선반에 놓고 주위 조건에서 실험실에서 밤새 경화시킨다. 3개의 대조용 보오드를 각각의 시험일 용으로 비처리한 상태로 50% 가습실에 유지시킨다. 이어서, 보오드를 2회 연속 24시간 측정이 0.5g 미만이 될 때까지(6 내지 7일), 50% 가습실에서 평형화시킨다.
처리된 보오드 및 비처리된 보오드를 각각 칭량한 다음, 75 ± 5℉(24 ±3℃)에서 유지된 증류수/탈염수에 각각의 면에 15분, 이들을 뒤집으면서 30분 동안 부유시킨다. 보오드를 제거하고, 과량의 물을 닦아내고 각각 중량을 다시 잰다.
이어서, 발수 효율(%)을 비처리된 대조군의 평균 중량 증가에 대한 처리된 보오드의 평균 중량 증가를 하기 수학식 4로 비교함으로써 계산한다.
[수학식 4]
Figure pat00010
비이딩 시험 방법
비이딩 시험을 이용하여 목재상에 여러 샘플의 비이딩 성능을 평가한다. 각각의 조성물의 비이딩을 이들 시험 이전에 상술한 바와 같은 중량계 보오드를 사용하여 시험한다. 약 6 내지 8개의 물방울을 점안기를 사용하여 보오드 위에 떨어뜨린 다음 물을 사용하여 보오드에 분무한다. 비이딩은 0 내지 5의 등급으로 평가하는데, 5는 타이트한 구형 비이드를 갖는 예외적인 비이딩이고, 3은 더 편평한 불규칙한 형태의 비이드를 갖는 적당한 비이딩이고, 0은 비이딩이 없음을 의미한다.
표 1은 (i) 팽윤 측정 시험 방법, (ii) 중량 측정 시험 방법 및 (iii) 비이딩 시험 방법에 따라 평가한 목재에 대한 실시예 II 내지 V의 발수성 조성물의 시험 결과를 나타낸 것이다:
[표 1]
Figure pat00011
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 II 및 III에서 본 발명에 따르는 발수성 조성물이 실시예 IV 및 V에서의 본 발명에 따르지 않는 발수성 조성물에 비해 평가된 모든 항목에서 훨씬 더 유효하다. 특히, 배수율(%) 및 발수율(%) 값은 10 내지 20배 이상이나 차이가 난다.
실시예 VI-사암
본 발명에 따르는 사암 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 조성물은 하기 활성 성분들을 중량 기준으로 함유하고 100%가 되도록 잔여량의 물을 함유한다:
Figure pat00022
계면활성제는 (i) ActinolR FA-3; (ii) 트리에탄올아민 및 (iii) TritonR X-705를 함유하는 실시예 II 및 III에서 사용된 것과 동일한 혼합물이다.
이 조성물은 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는다.
실시예 VII-비교용-사암
본 발명에 따르지 않는 사암 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 당해 조성물은 실시예 V에서 사용된 것과 동일한 활성 성분, 즉 PIB IndopolR H-300; 메틸트리메톡시실란; N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란; TergitolR TMN-6 및 물을 중량 기준으로 함유한다.
이 조성물 DID는 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란, 즉 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란을 함유한다. 이는 또한 미국 특허 제5,421,866호에 교시된 대표적인 발수성 조성물로서 이에 비해 본 발명은 개선되었다.
실시예 VIII-몰타르
본 발명에 따르는 몰타르 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 조성물은 실시예 VI에서 사용된 것과 동일한 활성 성분을 중량 기준으로 함유하는데, 즉 PIB IndopolR H-300; PIB IndopolR H-1500; 이소부틸트리에톡시실란; 왁스 에멀젼(Michelman Inc. 제품)이고; 계면활성제는 (i) ActinolR FA-3; (ii) 트리에탄올아민; (iii) TritonR X-705를 함유하는 실시예 II, III 및 VI 에서 사용된 것과 동일한 혼합물이다.
이 조성물은 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는다.
실시예 IX-몰타르
본 발명에 따르는 또다른 몰타르 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 조성물은 하기 활성 성분을 중량 기준으로 함유하고 100%가 되도록 잔여량의 물을 함유한다:
Figure pat00013
계면활성제는 (i) ActinolR FA-3; (ii) 트리에탄올아민; (iii) TritonR X-705 를 함유하는 실시예 II, III, VI 및 VIII에서 사용된 것과 동일한 혼합물이다. 이 조성물 또한 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는다.
실시예 X-비교용 몰타르
본 발명에 따르지 않는 몰타르 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 당해 조성물은 실시예 V 및 VII에서 사용된 것과 동일한 활성 성분, 즉 PIB IndopolR H-300; 메틸트리메톡시실란; N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란; TergitolR TMN-6 및 물을 중량 기준으로 함유한다.
당해 조성물 DID는 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란, 즉 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란을 함유한다. 이는 또한 미국 특허 제5,421,866호에 교시된 대표적인 발수성 조성물로서 이에 비해 본 발명은 개선되었다.
실시예 VI 및 VII에 따라 제조된 발수성 조성물을 사용하여 사암을 처리하고 실시예 VIII 내지 X에 따라 제조된 발수성 조성물을 사용하여 몰타르를 처리하여 산업 표준 기초 시험 방법에 따라 흡수성 (WA), 배수성(WE) 및 비이딩을 평가한다. 이용된 방법은 (i) 사암 및 몰타르를 포함하는 석조용 시험 절차로서 연방 내역서(Federal Specificaion) SS-W-110C 및 (ii) 상기에서 언급한 비이딩 시험 방법(The Beading Test Method)이다.
시험 절차-석조-연방 내역서 SS-W-I10C
당해 내역서는 사암 및 몰타르와 같은 외부 석조 재료에 대해 발수성을 제공하는 투명한 침투액을 대상으로 한다. 기재의 흡수(WA) 특성은 각각의 블록을 물 6.4mm(1/4in)에 3일 동안 침지시킴으로써 평가한다. 결과는 처리된 정육면체와 비처리된 정육면체에서의 정육면체의 건조 중량을 기준으로 한 흡수율(%WA) 및 물 흡수량의 차이를 기준으로 하는 배수율(%WE)로서 보고된다.
이중 기재를 실시예 VI 내지 X에서 제조한 각각의 에멀젼으로 처리한다. 사암 정육면체를 Briar Hill 사암으로부터 2.5×2.5×10.2cm(1×1×4in)로 절단한다. 몰타르 정육면체는 28일 동안 경화시킨 타입 I의 시멘트를 사용하여 제조하고 5.1cm(2in) 정육면체로 절단한다. 각각의 기재의 면을 와이어 브러쉬로 브러슁하고 과량의 먼지는 공기로 불어 제거한다. 오븐에서 80℃ ± 5℃에서 일정 중량에 이를 때까지 즉, 4시간 동안 0.2g 미만으로 변화할 때까지 건조시킨다. 정육면체가 일정 중량에 이른 후 실온으로 냉각시킨다. 각각의 사암 및 몰타르 정육면체의 중량을 0.1g 이내로 측정하고 기록한다.
비처리 대조용 정육면체를 6.4mm(1/4in)로 물에 24시간 동안 침지시킨다. 이어서, 정육면체를 물에서 꺼내 과량의 물을 축축한 천으로 제거한다. 습윤 중량을 측정하고 흡수된 물의 양을 건조 중량%로서 계산한다. 정육면체를 오븐으로 다시 가져와 일정 중량이 될 때까지 건조시킨다.
비처리된 정육면체가 일단 일정 중량이 되면 이들을 실온으로 냉각시켜 중량을 재고 즉시 시험 조성물로 30초 동안 처리한다. 피복량은 습윤 중량에 대한 건조 중량의 차, 즉 처리 151/g=6.0132m2/m3(처리 151/g×4.07=X ft2/gal)로 측정한다. 처리된 정육면체를 실험실에서 선반에 놓고 1시간 동안 매분 회전시킨다. 정육면체를 실온에서 48시간 동안 경화시킨다.
48시간 후, 각각의 정육면체의 중량을 재고 정육면체를 물 6.4mm(1/4in)에 72시간 동안 침지시킨다. 각각의 정육면체의 외관 뿐만 아니라 물에 정육면체를 넣기 전에 물을 비이딩하는 기재의 성능을 주지한다. 정육면체를 72시간 후 제거하고 과량의 물을 천으로 제거한다. 정육면체의 중량을 재고 물의 흡수량을 정육면체의 건조 중량을 기준으로 계산한다. 계산은 하기 수학식 5 및 6을 사용하여 계산한다.
[수학식 5]
Figure pat00014
[수학식 6]
Figure pat00015
위의 수학식에서,
C1은 침지 전 코팅되지 않은 기재이고;
C2는 침지 후 코팅되지 않은 기재이고;
S1은 침지 전 처리된 기재이고;
S2는 침지 후 처리된 기재이다.
표 2는 (i) 석조용 연방 내역서 SS-W-110C 시험 절차 및 (ii) 비이딩 시험 방법에 따라 평가하여 사암에 대한 실시예 VI 및 VII의 발수성 조성물의 결과를 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure pat00016
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 VI에서의 본 발명에 따르는 발수성 조성물이 실시예 VII에서의 본 발명에 따르지 않는 발수성 조성물에 비해 평가된 모든 항목에서 또한 훨씬 더 유효하다. 특히, 흡수율(%WA) 및 배수율(%WE) 값은 상당히 차이가 나며, 비이딩은 많이 개선되었음을 알 수 있다.
표 3은 (i) 몰타르용 연방 내역서 SS-W-110C 시험 절차 및 (ii) 비이딩 시험방법에 따라 평가하여 사암에 대한 실시예 VIII 내지 X의 발수성 조성물의 결과를 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure pat00017
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 VIII 및 IX에서의 본 발명에 따르는 발수성 조성물이 실시예 X에서의 본 발명에 따르지 않는 발수성 조성물에 비해 훨씬 더 유효하다. 특히 배수율(%WE) 값은 상당히 차이가 남을 알 수 있다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 예시하기 위한 것인데, 여기서 발수성 조성물을 제조하는데 사용된 유기 중합체는 실시예 II 내지 X에서 사용된 폴리부틸렌 대신 알키드 수지이다.
실시예 XI-목재
본 발명에 따르는 목재 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 조성물은 하기 활성 성분들을 중량 기준으로 함유하고 100%가 되도록 잔여량의 물을 함유한다:
Figure pat00018
계면활성제는 (i) ActinolR FA-3; (ii) 트리에탄올아민; (iii) TritonR X-705를 함유하는 실시예 II, III, VI, VIII 및 IX에서 사용된 것과 동일한 혼합물이다. 당해 조성물은 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는다.
실시예 XII-비교용-목재
본 발명에 따르지 않는 목재 처리용 수성 발수성 조성물을 실시예 I의 절차에 따라 제조한다. 조성물은 하기 활성 성분들을 중량 기준으로 함유하고 100%가 되도록 잔여량의 물을 함유한다:
Figure pat00019
계면활성제는 (i) ActinolR FA-3; (ii) 트리에탄올아민 및 (iii) TritonR X-705를 함유하는 실시예 II, III, VI, VIII, IX 및 XI에서 사용된 것과 동일한 혼합물이다.
이 조성물 DID는 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란, 즉 N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란을 함유한다.
표 4는 모두 상기 언급한 바와 같은 (i) 팽윤 측정 시험 방법, (ii) 중량 측정 시험 방법 및 (iii) 비이딩 시험 방법에 따라 평가하여 실시예 XI 및 XII의 목재에 대한 발수성 조성물의 시험 결과를 나타낸다.
[표 4]
Figure pat00020
실시예 XI에서의 본 발명에 따르는 발수성 조성물은 실시예 XII에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따르지 않는 발수성 조성물과 대등하다.
본 발명에 따르는 조성물은 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않고, 통상적으로 유화되어 셀룰로오즈 또는 석조 표면을 발수성이 되도록 처리하는 데 사용하기에 유용하다.

Claims (1)

  1. 발수성 조성물 100중량%를 기준으로 하여, 폴리부틸렌 및 알키드 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 유기 중합체 0.1 내지 70중량%, 화학식 RnSi(OR')4-n의 알콕시실란(여기서, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬 라디칼, 탄소수 2 내지 8의 알케닐 라디칼, 페닐, 클로로프로필 또는 트리플루오로프로필이고, n은 1 또는 2이고, R'는 탄소수 1 내지 6의 알킬 라디칼이다) 0.1 내지 70중량% 및 잔여량의 물을 혼합함으로써 형성된 혼합물을 포함하며, 아민 또는 4급 암모늄 작용성 실란을 함유하지 않는 발수성 조성물.
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