KR101311827B1 - 폴리올레핀 코팅된 패브릭 보강재 및 이로 보강된 시멘트질 보드들 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리 파이버 보강재들, 시멘트 보드들, 및 이와 같은 보강재들을 위한 유리 파이버 코팅들을 제공한다. 유리 파이버 패브릭 보강재는 유리 필라멘트들을 가지는 다수의 실을 함유하는 유리 패브릭 및 코팅된 유리 패브릭을 형성하기 위해 다수의 실에 처리되는 폴리머 코팅을 포함한다. 폴리머 코팅은 폴리올레핀계 코폴리머 조성물을 포함하며 그에 의해 유리 패브릭은 약 100 내지 3000 mg의 걸리 강성 측정치와 약 1 내지 100 MPa의 ASTM D 638 (2% 시컨트) 압축률을 가진다. 보강재는 시멘트 보드의 제조 중에 시멘트 보드의 엣지의 둘레로 굽혀지기 위해 충분히 드레이프성이 있으며 형상 기억이 부족하다.

Description

폴리올레핀 코팅된 패브릭 보강재 및 이로 보강된 시멘트질 보드들{POLYOLEFIN COATED FABRIC REINFORCEMENT AND CEMENTITIOUS BOARDS REINFORCED WITH SAME}
본 발명은 코팅된 보강 패브릭들에 관한 것이며, 더 구체적으로는 시멘트질 재료들을 위한 드레이프성이 있는 패브릭 보강재들에 관한 것이다.
건축 산업에 유용한 시멘트질 보드들은 포틀랜드 시멘트 또는 석고와 같은 무기 수경성 응고 재료를 함유하는 것으로 알려져 있다. 수경성 석고 및 시멘트는 일단 응고가 되면 매우 작은 인장 강도를 가지며 통상적으로 인장 및 휨 부하에 대한 저항성을 개선하는 외장 재료들로 보강된다. 이는 종래의 석고 벽판 상에 종이 외장재를 사용하고 시멘트 보드들 내에 유리 파이버 스크림 부직포(non-woven glass fiber scrim)를 사용하기 위한 토대가 되어 왔다.
유리 파이버 메시들은 습기의 존재 하에 치수 안정성을 증가시킬 수 있으며 더 양호한 물리적 및 기계적 특성들을 제공할 수 있기 때문에 시멘트 보드들 내의 외장 시트로서 지금까지 인기가 있다. 그러나, AR 유리를 제외한 대부분의 유리 파이버 조성물들은 시멘트 코어의 알칼리 환경에서 분해되므로 이들은 보호 마감재로 코팅되어야 한다.
시멘트질 보드들은 얇고, 긴 패널의 형태로 수경성 시멘트 혼합물을 캐스팅함으로써 제작되어 왔다. 여기에 참고로 포함된 미국 특허번호 4,504,335를 참조한다. 수경성 시멘트는 통상적으로 물과 포틀랜드 시멘트, 모래, 광물 또는 비광물 응집체, 비산회, 촉진제들, 가소제들, 발포제들 및/또는 다른 첨가제들의 혼합물을 함유하는 모르타르이다. 모르타르 슬러리는, 성형 테이블의 위로 그리고 연속적인 흐름의 모르타르 아래로 통과되기 위해 롤로부터 공급되는, 박리 가능한 종이 시트를 그 위에 가지는 유리 보강 망상 조직에 부착된다. 그 다음에 모르타르는 캐리어 시트의 폭에 걸쳐 분배되며, 모르타르 함유 캐리어 시트는 지지 표면 및 원통형 모르타르 스크리딩 롤러의 축이 지지 표면에 가로방향으로 평행하도록 지지 표면의 위에 설치되는 원통형 모르타르 스크리딩 롤러(cylindrical mortar screeding roller)에 의해 한정되는 슬릿을 통해 견인된다. 긴 망상 조직의 보강 파이버들은 롤러에 대응하여 그리고 슬릿을 통과해 당겨지고, 캐리어 시트의 이동 방향과 반대 방향으로 롤러를 회전시키며, 그에 의해 롤러가 모르타르의 표면으로 망상 조직을 압착하며 롤러에 부착되는 모르타르를 망상 조직의 간극들 내에 문질러 바른다. 그 다음에 망상 조직은 커터를 향해, 결과로 나오는 넓고 평평한 리본의 모르타르를 견인한다.
유사하게, 영국 특허 명세서 번호 772,581은, 제1 컨베이어 벨트의 위에 플라스터를 펼치는 단계, 제2 컨베이어 벨트에 의해 이송되는 중인 플라스터 함침 보강 메시에 플라스터를 떨어뜨리는 단계, 및 요구되는 두께의 리본을 제조하기 위해 압축 롤러의 아래로 플라스터를 통과시키는 단계를 포함하는 방법에 의한 보강 플라스터보드(plasterboard)의 제조를 교시한다. 위에 설치되고 플라스터의 리본에 대한 압착 관계에 있는 제3 컨베이어의 아래로 제2 플라스터 함침 메시가 공급될 때 제2 플라스터 함침 메시는 리본의 상부면으로 끌려 들어간다.
여전히 다른 공정에서, Lehnert 등의 미국 특허 번호 4,647,496에 설명된 바와 같이, 무작위로 배향된 유리 파이버 매트는 연속적으로 이동하는 벨트 위에 공급되고 그 위에는 석고 슬러리가 부어진다. 이와 같이 형성되는 석고 리본의 상부면은 석고 코어와 하부 유리 매트로 샌드위치 구조를 형성하는 제2의 무작위로 배향된 유리 매트로 층을 이룬다.
패브릭 보강재들에 아마도 유용한 다른 파이버 및 코팅 기술들은, 여기에 이들의 전체가 참고로 포함되는, 미국 특허 출원번호 2006/0188719(현재 미국 특허 번호 7,045,209); 미국 특허 번호들 4,532,275와 3,600,269; 및 Beren, J.R.의 압출 코팅을 위한 헤테로 상 폴리프로필렌 코폴리머 수지들(Heterophasic polypropylene copolymer resins for extrusion coating), Polymer, Laminations and Coatings Conference 1994, pp 102-112 (1994); Marques, M.V; Poloponsky, M; Chaves, G.E의 시판용 메탈로센 폴리프로필렌의 특성들에 대한 엘라스토머 폴리프로필렌 첨가의 영향(Influence of the elastomeric polypropylene addition on the properties of commercial metallocenic polypropylene), Mat. Res., 4,4, (2001); 및 Mascia, L; Dhillon, J; Harper, M.F의 에폭시 복합재들을 위한 유리 파이버들에 대한 고무질 및 연성이 있는 폴리올레핀 코팅들의 접착 향상 및 실패 메커니즘에 대한 영향들(Adhesions Enhancement of rubbery and ductile polyolefin coatings on glass fibers for epoxy composites and effects on failure mechanism), Journal of Applied Polymer Science, 47,3, pp 487-498, (1993)에서 발견된 것들을 포함한다.
시멘트질 보드들에 사용되는 직조, 편조 및 적층 스크림 패브릭들은:
(a) 싱글 엔드 코팅된 패브릭들(single-end-coated fabrics)로서, 패브릭의 형성 전에;
(b) 적층 스크림 부직포 메시들의 경우와 같이, 형성과 동시에 동일한 생산 공정에서(in-line) (통상적으로 롤러 또는 침지 코팅되는); 또는
(c) 일반적으로 많은 직물들과 사용되는, 형성 후에 형성 공정과 별도의 공정에서(off-line) 코팅(통상적으로 롤러 또는 침지 코팅되는)될 수 있다. 패브릭 형성 전의 코팅의 경우에, 직조하기 전의 작업에서 각각의 스트랜드를 개별적으로 코팅하는 비용은 터무니없이 높을 수 있다. 인-라인 또는 오프-라인 코팅 작업의 경우에, 기계의 종방향("MD") 및 횡방향("CD")의 실들의 코팅 수준은 일반적으로 서로로부터 독립적이지 않다.
침지 코팅 패브릭들에서 통상적으로 발견되는, MD 실과 CD 실 사이의 고르지 않은 코팅 수준은 코팅이 상대적으로 높은 장력의 MD 실보다 낮은 장력의 CD 실에 더 많이 부착되는 "불균형 코팅 중량 분포 비율"을 초래한다. 이런 "불균형"은 종종 보강재들의 바람직하지 않은 특성들, 특히 내부식성이나 내화성을 위해 처리되거나 코팅되는 보강재들에 이르게 한다. 시멘트계 매트릭스들과 같은, 부식 환경들에서, CD의 더 많은 코팅은 MD에 대한 더 낮고, 아마도 불충분한 코팅 보호를 의미한다. MD의 코팅의 양과 질은 저하된다. 장력을 받고, 꼬인 MD 다발은 코팅이 다발 내에 침투하는 것을 허용하지 않는다. 결과적으로, 상당한 공기 포켓들이 MD 다발에 남아 있게 된다. MD 스트랜드들에 대한 코팅의 불충분한 양과 질은, 특히 시멘트와 같은 알칼리 환경에서, CD 스트랜드들의 부식 보호와 비교하여 MD 스트랜드들의 불충분한 부식 보호에 이르게 한다.
균형이 잡힌 코팅 중량 분포가 바람직하다. 각각의 스트랜드가 독립적이며 명시적으로 주어진 코팅 수준으로 코팅되므로, 싱글 엔드 코팅된(SEC: single-end-coated) 패브릭들의 경우에 달성하는 것이 쉽다. 그 다음에 코팅된 스트랜드들은 단지 종종 MD 및 CD에서 동일하게 선택되는, 원하는 코팅 중량을 함유하는 실의 선택에 의해서 결정되는 코팅 중량의 비율(DPUcd/DPUmd)을 가지는 패브릭으로 결합된다.
현재의 유리 스크림 보강재들은 일반적으로, 가소제(통상적으로 프탈레이트계의)에 분산된 PVC 입자들의 혼합물인, PVC 플라스티졸(PVC plastisol)의 코팅을 포함한다. 필요에 의해, 이와 같은 코팅은 점도를 제어하기 위해 열 안정제들 및 바졸(varsol)(또는 다른 파라핀 오일계 용매)을 함유한다. 열 안정제의 존재에도 불구하고, 너무 높은 온도에서 PVC를 건조하는 것은 바람직하지 않거나 이는 단량체로 분해될 것이다. 프탈레이트 가소제는 또한 이의 VOC 방출에 대한 면밀한 검사를 받게 된다. 또한 점도를 제어하기 위해 사용되는 용매는 또한 인출 중에 증발되는 경향이 있으며 코팅에 공극들을 생기게 하며, 알칼리성인 시멘트가 코팅되지 않은 유리 파이버 표면들을 용해시킬 정도로 특정 위치들에서 알칼리 저항성을 감소시킨다.
제조 플랜트는 또한 산화제로 용매를 연소시키는 것이 필요할 것이다. 가소제가 이에 분산된 PVC 입자들에 대해 얼마간의 친화력을 가지기 때문에, 가소제가 PVC 내로 이동되므로 시간이 지남에 따라 점차 더욱 점성이 높아진다. 이 문제점은 제조 플랜트가 더욱 더워지는 여름 몇 달에 악화된다. 플랜트의 화학자는 추가적인 용매를 사용하여 증발을 보상하도록 점도를 조절하는 것이 요구된다. 이로 인해 코팅 품질 및 두께가 일부 변동될 수 있다. 종종, 플라스티졸의 뱃치는 점도가 너무 높게 올라갈 때 상실된다. 전체 패브릭이 텐터 프레임(tenter frame)의 위에 있으면서 플라스티졸에 침지되는 침지 공정에서, 횡방향의 실보다 종방향의 실에 훨씬 더 큰 장력이 걸리므로, 훨씬 많은 플라스티졸이 코팅 중에 횡방향의 실에 흡수되며, 불균형 코팅을 초래한다. 이는 종방향의 실이 횡방향 실과 동일한 성능을 얻기 위해 적당하게 코팅되도록 스크림에 불필요하게 많은 양의 플라스티졸을 사용하는 것을 필요로 한다.
따라서, 쉽게 적용되며, VOC들, 즉 휘발성 유기물들을 더 적게 발생시키지만, 또한 드레이프성이 있으며 강한 내알칼리성 재료의 균일한 코팅을 가지는 직조, 편성 또는 메시 타입 ("스크림") 부직포 패브릭들뿐만 아니라, 예를 들어, 시멘트 보드들의 제조 특성들을 개선하며, 예를 들어 내부식성 및 내화성을 필요로 하는 환경들에서 이 패브릭들을 보호하기 위해 실에 이와 같은 코팅을 형성하기 위한 방법들에 대한 필요가 있다.
미국 특허번호 4,504,335, 영국 특허 명세서 번호 772,581, 미국 특허 번호 4,647,496, 미국 특허 출원번호 2006/0188719(현재 미국 특허 번호 7,045,209), 및 미국 특허 번호들 4,532,275와 3,600,269
Beren, J.R.의 압출 코팅을 위한 헤테로상 폴리프로필렌 코폴리머 수지들(Heterophasic polypropylene copolymer resins for extrusion coating), Polymer, Laminations and Coatings Conference 1994, pp 102-112 (1994); Marques, M.V; Poloponsky, M; Chaves, G.E의 시판용 메탈로센 폴리프로필렌의 특성들에 대한 엘라스토머 폴리프로필렌 첨가의 영향(Influence of the elastomeric polypropylene addition on the properties of commercial metallocenic polypropylene), Mat. Res., 4,4, (2001); 및 Mascia, L; Dhillon, J; Harper, M.F의 에폭시 복합재들을 위한 유리 파이버들에 대한 고무질 및 연성이 있는 폴리올레핀 코팅들의 접착 향상 및 실패 메커니즘에 대한영향들(Adhesions Enhancement of rubbery and ductile polyolefin coatings on glass fibers for epoxy composites and effects on failure mechanism), Journal of Applied Polymer Science, 47,3, pp 487-498, (1993)
본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따르면, 유리 필라멘트들을 가지는 다수의 실을 함유하는 유리 패브릭 및 코팅된 유리 패브릭을 형성하기 위해 다수의 실에 배치되는 폴리머 코팅을 포함하는 유리 파이버 패브릭 보강재가 제공된다. 폴리머 코팅은 폴리올레핀(폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌계 코폴리머 조성물과 같은)을 포함한다. 코팅된 유리 패브릭은 약 100 내지 3000 mg의 걸리 강성(Gurley Stiffness) 측정치와 약 1 내지 100 MPa의 ASTM D 638 (2% 시컨트) 압축률을 가지며, 보강재는 제품의 제조 중에, 폴리머 매트릭스, 석고 보드, 또는 시멘트 보드와 같은, 보강되는 제품의 엣지의 둘레로 굽혀지기 위해 충분한 드레이프성이 있으며 형상 기억이 충분히 부족하다.
본 발명의 폴리올레핀계 조성물들은 종래의 PVC 플라스티졸 코팅들보다 훨씬 더 열에 대해 안정적이며 그 결과로 이들은 열에 노출되는 동안 단량체로 분해되지 않을 것이다. 이 폴리올레핀 코팅들은 특히 유리와 같은 고강도 재료로 만들어진 필라멘트들 및 실들을 압출하는 데 유리하다. 코팅은 항상 동일한 온도에서 동일한 점도와 유동성을 가질 것이기 때문에, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 압출은 특히 가소제와 연관되는 많은 부정적인 문제점들을 회피시킨다. 예상할 수 있는 대로, 본 발명의 폴리올레핀 코팅들에는 공극들이 없어야 하며, 제거되는 용매가 없어야 하며, 비교적 균일한 코팅이 있어야 하며, 뱃치의 점도가 최적화되지 않기 때문에 코팅의 뱃치를 폐기해야 하는 가능성이 거의 없어야 한다. 더구나, 폴리올레핀 압출 코팅은 유연성을 위해 프탈레이트 가소제를 필요로 하지 않으며, HCl 가스가 공정에서 방출되므로 PVC 가소제의 제조에 필요한 스테인레스 강 코팅 압출기 부품들의 사용을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 폴리올레핀계 폴리머 또는 코폴리머 조성물이 결과로 나오는 보강 패브릭에 사용되도록 의도되는 개개의 실들의 위에, 압출되거나, 그렇지 않으면 싱글 엔드 코팅(SEC)된다. 이상적인 폴리프로필렌 코폴리머 조성물들은 폴리프로필렌의 헤테로 상 코폴리머, 또는 폴리프로필렌 호모폴리머 및 에틸렌-프로필렌 고무의 잘 혼합된 혼합물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 약 70 내지 80 wt.%의 헤테로 상 폴리프로필렌 코폴리머, 약 10 내지 30 wt.%의 폴리프로필렌 호모폴리머; 약 1 내지 5 wt.%의 에틸렌-올레핀 코폴리머; 약 2 내지 4 wt.%의 무수 말레인산-g-폴리프로핀렌; 약 0 내지 20 wt.%의 무기 필러 및 약 500 내지 1500 ppm의 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로알켄 코폴리머를 포함하는 유리 파이버 코팅 조성물이 제공된다.
유리 스크림들에 대해 PVC 플라스티졸을 코팅하기 위해 사용되는 공정은 스크림을 침지 코팅하며 코팅을 건조시키는 것이며, 이는 생산의 관점에서 비교적 많은 제한을 야기한다. 본 발명의 폴리올레핀 코팅들은 바람직한 압출 기술을 사용하여 폴리머 용융물로부터 유도되며 그에 따라, 훨씬 빠른 라인 속도에서 처리될 수 있다. 폴리머 용융물들은 미량의 저분자량 분율들을 가질 수 있으며; "무용제" 또는 극히 낮은 "VOC 방출"이 또한 적절할 것이다. 유리 실들에 대한 직접 압출 코팅에 의해 PVC 플라스티졸의 침지-코팅 적용을 대체할 수 있다고 생각하는 반면에, 가소화된 PVC는 시멘트 보드에 대한 경화 온도와 같이 높은 온도에서 노화될 때에 코팅으로부터 이동되며, 그에 따라 얇게 압출된 코팅을 매우 부서지기 쉽고 균열에 취약하게 만든다. 본 발명은 이의 "부드러운" 폴리올레핀 코폴리머 화합물들을 제조하는 데에 가소제, 또는 미네랄 오일들이나 용매들과 같은 저분자량 첨가제들을 거의 사용하지 않거나 전혀 사용하지 않는다. 본 발명은 또한 폴리프로필렌 보강 복합재들을 위해 개발된, 폴리프로필렌에 대한 상용성이 있는 크기들을 이용한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시멘트 매트릭스 및 유리 필라멘트들을 가지는 유리 패브릭을 포함하는 시멘트 보드가 제공된다. 적어도 실들과 유리 패브릭은 약 100 내지 3000 mg의 걸리 강성 측정치와 약 1 내지 100 MPa의 ASTM D 638 (2% 시컨트) 압축률을 초래하는 폴리올레핀 조성물을 포함하는 폴리머 코팅 조성물로 코팅된다. 코팅된 유리 패브릭은, 이의 본래의 형태로 충분히 되돌아 가지 않고 제품의 제조 중에 보강되는 제품의 엣지의 둘레로 굽혀지기 위해 유리 패브릭이 충분한 드레이프성을 가지도록, 어느 정도의 점성이 있는 시멘트 보드의 적어도 하나의 표면에 매립된다. 폴리머 코팅은 약 0.04 내지 1.0 mm이며, 바람직하게는 약 0.4 내지 0.7 mm이며, 가장 바람직하게는 약 0.5 내지 0.55 mm의 두께로 적용된다.
본 발명은 다음의 도면들을 참조하여 더 설명된다.
도1은 매립된 패브릭을 보여주는 본 발명의 시멘트 보드의 측면 단면도다.
도2는 본 발명의 바람직한 폴리올레핀 조성물들로 압출되는 실의 개략적인 측면 단면도다.
도3은 적용된 코팅을 가지는 실에 있는 유리 필라멘트들을 보여주는, 도2의 3-3 선을 따라 취해진, 코팅된 실의 확대 단면도이다.
도4는 본 발명에 따라서 시멘트 보드를 제조하는 바람직한 방법의 단계별 흐름도이다.
도5는 본 발명의 패브릭을 사용하여 시멘트질 보드들을 생산하기 위해 제안된 연속 제조 라인의 개략적인 측면도이다.
도6은 폴리머 조성물 대 걸리 강성(mg)을 보여주는, 코팅된 스크림들의 걸리 강성(mg)의 그래프이다.
용어들의 정의
본 발명에 따라서, 다음의 정의들이 사용된다:
단위 면적당 중량. 단위 면적(폭 x 길이)당 코팅되거나 코팅되지 않은 패브릭의 중량.
시멘트질 재료. 포틀랜드 시멘트, 모르타르, 플라스터, 석고, 및/또는 발포제들, 응집체, 유리 파이버들, 방습제들 및 내습 첨가제들 및 난연제들과 같은 다른 성분들 중 하나 이상을 함유하는 것들과 같은, 무기 수경성 응고 재료.
복합 외장 재료. 예를 들어, 패브릭들, 천, 편물들, 매트들, 직물들, 부직포들 및/또는 스크림들 중 두 개 이상의 층을 포함하는 동일하거나 상이한 재료들의 두 개 이상의 층.
패브릭. 티슈들, 천, 편물들, 직물들, 카딩된 티슈, 스펀 본딩, 포인트 본딩, 및 메시 타입 스크림 직물들 및 부직포들, 니들링되거나 브레이딩된 재료들과 같은, 유연성 직조 재료들 또는 유연성 부직포 재료들.
파이버. 필라멘트 재료들을 가리키기 위해 사용되는 일반적인 용어. 종종, 파이버는 필라멘트와 동의어로 사용된다. 필라멘트가 일상적으로 그의 직경의 적어도 100배의 유한한 길이를 가진다는 것이 일반적으로 인정된다. 대부분의 경우에, 이는 용융조(molten bath)로부터의 연신, 방사, 또는 기재에 부착함으로써 제조된다.
필라멘트. 파이버 재료의 가장 작은 단위. 기본 단위들은 연신 및 방사 중에 형성되며, 복합재에 사용하기 위한 파이버의 스트랜드들로 모아진다. 필라멘트들은 통상적으로 극한적인 길이와 매우 작은 직경을 가진다. 몇몇의 텍스타일 필라멘트들은 이들이 충분한 강도와 유연성을 가질 때 실로서 역할을 한다.
유리. 결정화되지 않고 강체 상태로 냉각되는 융해물의 무기 제품. 유리는 일반적으로 단단하고 비교적 부서지기 쉬우며, 조가비 모양의 파손 흔적(conchoidal fracture)을 가진다.
유리 파이버. 결정화되지 않고 강성의 상태로 냉각되는 융해물의 무기 제품으로부터 방사된 파이버.
편조 패브릭들. 필라멘트들, 로빙(roving) 또는 실의 체인들을 상호 고리로 연결함으로써 제조된 패브릭들.
매트. 바인더로 함께 고정되는 무작위로 배향되며 절단된 필라멘트들, 짧은 파이버들, 또는 꼬여진 연속 필라멘트들로 이루어지는 파이버 재료.
로빙. 거의 꼬이지 않거나 전혀 꼬이지 않은 평행한 다발로 모여진 다수의 실들, 스트랜드들, 토우들(tows), 또는 엔드들(ends).
스크림. 개방 메시 구조물에서 연속 필라멘트 실 또는 스트랜드로부터 만들어지는 저비용 보강 패브릭; 예를 들어, 직조되거나 적층될 수 있다.
사이징. 패브릭이나 실의 파이버들을 강화하거나, 이에 화학적 상용성을 부여하거나, 또는 이를 보호하기 위해 패브릭이나 실의 파이버들에 직접 물질을 적용하는 물질 또는 공정.
스트랜드. 방직 공정, 예를 들어, 꼬인 로빙 또는 실에 투입되는 실체로서 취급되는 그룹들에 있는 하나 이상의 파이버들이나 필라멘트들.
인장 강도. 시편의 게이지 길이 내에 있는, 단위 단면적당 최대 하중 또는 힘. 주어진 시편을 파괴하는 데 요구되는 견인 응력. (ASTM D579 및 D3039를 참조)
텍스(tex). 1000 미터당 그램으로 표시되는 파이버의 선밀도(또는 게이지).
텍스타일 파이버들. 실로 가공되거나, 직조, 편조 및 블레이딩을 포함하는 다양한 방법들로 교차시킴으로써 패브릭으로 만들어질 수 있는 파이버들 또는 필라멘트들.
경사. 직조되거나, 편조되거나 또는 적층되거나 직조된 스크림 패브릭에서 길이방향으로 이어지는 실, 파이버 또는 로빙. 긴 길이들이며 대략 평행한 실들, 파이버들 또는 로빙의 그룹.
조직. 패브릭이 실들, 파이버들 또는 로빙을 교차시킴으로써 형성되는 특수한 방식. 통상적으로 스타일 번호가 배정됨.
위사. 직조, 편조 또는 적층되거나 직조된 스크림 패브릭에 있는 가로방향 실들 또는 파이버들. 경사에 수직으로 이어지는 파이버들. 또한 필(fill), 필링(filling), 실 또는 씨줄(woof)로 불림.
직조 패브릭. 예를 들어, 평직, 하네스 새틴직, 또는 레노직과 같은 패브릭 패턴들을 형성하기 위해, 실들, 파이버들, 로빙 또는 필라멘트들을 교차시킴으로써 구성되는 재료(통상적으로 평평한 구조).
직조 로빙. 로빙 또는 실 다발들을 직조함으로써 만들어지는 무거운 유리 파이버 패브릭.
실. 텍스타일 재료들로 직조하거나 혼합 직조하기 위해 사용하는 데 적합한 연속적인 길이를 형성하기 위한, 천연이거나 합성이거나, 꼬인 필라멘트들, 파이버들, 또는 스트랜드들의 집합
제로 꼬임 실. 경량의 로빙, 즉 유리 파이버 실에 일반적인 선밀도들 및 필라멘트 직경들을 가지는 (그러나 대체로 꼬임이 없는) 거의 제로 꼬임의 스트랜드.
외장 재료들, 시멘트질 보드들 및 본 발명의 외장 재료들을 가지는 시멘트질 보드들을 제조하는 방법들이 제공된다. 파이버 외장을 제공하기 위해, 전체적으로, 또는 단지 부분적으로 매립되는 외장 재료들은 본 발명의 범위 내에 있다. 본 발명의 패브릭 보강재들은, 예를 들어, 석고 및 시멘트 보드들, 아스팔트 및 도로 보강재, 루핑 적용들, 토양 보강재, 폴리머 매트릭스 보강재, 및 필터들, 스크린들 및 가멘트 적용들의 독립형 코팅 패브릭들과 같은 많은 최종 용도의 보강재 적용들에 사용될 수 있다.
도면들, 및 특히 이의 도1 내지 도6을 참조하면, 시멘트 보드(100) 및, 본 발명의 바람직한 시멘트 보드(100)의 매립된 외장 층으로 유용한, 바람직한 적층 스크림(laid scrim)에 배치되는 코팅된 경사들(16)과 코팅된 위사들(14)을 가지는 코팅된 유리 패브릭 보강재(10)가 도시된다. 니들링된, 직조된, 편조된, 블레이딩된 그리고 메시 타입 부직포 및 복합 재료들이, 이들의 대단한 강도 대 중량 비율 때문에 및, 직물들, 블레이드들, 편물들, 및 부직포 메시 타입들(또는 "스크림"으로 언급되는)의 경우에, 코팅들의 방향성 흡수를 형성하기 위해 또는 심지어 의도적으로 "불균형의" 코팅 중량 분포들을 형성하기 위해 조작될 수 있는 위사 및 경사 패턴들을 형성하는 이들의 능력 때문에, 사용될 수 있다. 본 발명의 외장 층들이 유기 및 무기 재료들의 파이버들 및 필라멘트들을 함유할 수 있지만, 가장 바람직한 파이버들은 유리(AR, E, C, ECR, R 또는 S-유리), 올레핀(폴리에틸렌, 폴리스티렌 및 폴리프로필렌과 같은), Kevlar®, 흑연, 레이온, 폴리에스테르, 탄소, 세라믹 파이버들, 미네랄 파이버들, 또는 유리 폴리에스테르 혼합물들이나 프랑스의, St. Gobain Corporation으로부터 이용 가능한 Twintex® 유리 올레핀 복합재와 같은, 이들의 조합들을 함유한다. 이런 타입의 파이버들 및 필라멘트들의, 유리 조성물들은 이들의 내화성, 저가 및 높은 기계적 강도 특성들을 위해 가장 바람직할 것이다. 가장 바람직한 실들은 올레핀 코팅된 C 또는 E 유리이다.
도1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에서, 시멘트 매트릭스(101) 및 바람직하게는 이의 표면에 얇은 시멘트질 층(108)을 제공하는, 코팅된 유리 패브릭 보강재(10)를 포함하는 시멘트 보드(100)가 제공된다. 코팅된 유리 패브릭 보강재(10)는, 바람직하게는, 적층된 스크림에 있는 개별적으로 코팅된 경사들(16) 및 위사들(14)을 포함한다. 시멘트질 코어(101)는 코어(101)의 슬러리 전구체에 첨가될 수 있는 성능 첨가제들(12)을 더 포함할 수 있다. 시멘트질 표면들 및 상부면, 하부면 및 길이방향 엣지 면의 밑에 있는 보강 파이버들 메시를 가지는 시멘트 보드들은 현재 공지되어 있으며, 예를 들어, 시멘트 매트릭스로 매립된 직조 유리 파이버 메시의 사용을 개시하는, 미국 특허 번호 4, 916,004를 보라.
본 발명의 바람직한 유리 매트 보강재(10)는 폴리올레핀계 코팅들을 포함한다. 본 발명은 특히, 유리 실들에 코팅될 때, 약 100 내지 3000 mg의 걸리 강성 측정치와 약 1 내지 100 MPa의 ASTM D 638 (2% 시컨트) 압축률을 가지는 "유연한" 폴리올레핀 조성물들을 사용한다. 본 발명의 유리 파이버 패브릭 보강재(10)는, 바람직하게는, 최종 응고 전에 시멘트 보드의 코너들의 둘레에 접히기 위해 충분한 드레이프성이 있다. 따라서 도1에 도시된 바와 같이, 측면들을 따라 겹치는 부분을 형성하기 위해 바람직하게 분리된 상부 패브릭 보강재(25)와 함께 보드(100)의 상부면의 근처에 패브릭 보강재(10)를 매립하는 가이드 플랜지들 및 롤러들의 조합에 의해 접힘은 달성될 수 있다. 패브릭 보강재(10)의 매립은, 물론, 콘크리트의 초기 응고가 일어나기 전에 일어나야 하지만, 혼합은 메시가 성형 주걱이나 가이드 아래를 통과한 후에 다시 일어날 만큼 매립의 시점에서 스프 같을 필요는 없다. 바람직하게는 거의 없거나 아주 적은 조절로 기존의 연속 시멘트 및 석고 보드 제조 설비와 연계하여 본 발명의 패브릭들의 사용을 허용하기 위해, 패브릭의 걸리 강성은 바람직하게는 종래의 PVC 플라스티졸 코팅된 유리 패브릭과 유사하다.
도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 바람직한 코팅된 경사들(16)과 코팅된 위사(14)는 압출 다이(200)를 통과해 유리 파이버 실 또는 로빙(115)을 인출함으로써 개별적으로 제조되며, 그에 의해 폴리머 코팅(107)이 실 또는 로빙(115)에 균일하게 적용된다. 도3에 도시된 바와 같이, 코팅(107)은 실의 둘레에서 비교적 균일하며 외부의 필라멘트들(220)의 적어도 외부면을 코팅하지만, 폴리머 코팅의 점도 및 온도에 따라, 실 또는 로빙(115)의 개구부들의 내부로의 얼마간이나 전체적인 주입이 받아들여질 수 있다.
도4에 개시된 바와 같이, 본 발명은 침지 코팅이 몇몇 상황들에서 덜 바람직하게 사용될 수 있지만, 주로 압출에 의해, 개개의 실들을 코팅하는 단계(110)를 포함한다. 그 다음에 코팅된 개개의 실들은 단계(120)에서 코팅된 패브릭으로 형성된다. 위사들이 경사들의 위와 아래에서 교대로 엇갈리는 적층 스크림이 바람직하지만, 패브릭은 직조되거나 직조되지 않을 수 있다. 그 다음에 코팅된 패브릭은 단계(130)에서 바람직한 연속 시멘트질 보드 라인으로 이송된다. 그 다음에 코팅된 패브릭은 단계(140)에서 시멘트질 코어 재료에 접촉되어 이에 매립되며, 이어서 시멘트질 재료가 단계(150)에서 응고되는 것을 허용한다. 시멘트질 재료의 응고 중에, 슬러리는 고체화되며 높은 온도에 도달한다. 본 발명의 코팅된 패브릭을 형성하는 데 사용되는 폴리올레핀 조성물들은 가장 바람직하게, 그러나 반드시 필요하지는 않게, 시멘트질 재료가 경화된 후에 알칼리성 환경에서 부식성에 대하여 보호되도록 균질이며 연속적인 코팅을 제공하기 위해서, 시멘트질 재료가 응고되는 온도보다 높은 녹는점을 가질 것이다. 시멘트질 재료의 응고 단계(150)의 다음에, 보드는 기계 톱이나 워터 나이프와 같은 것에 의해 단계(160)에서 트리밍된다. 제조 공정의 더 상세한 사항들은 아래에 설명된다.
패브릭 제조 공정
일단 연속하는 유리 파이버들이 제조되었으면 유리 파이버들은 이들의 의도된 적용을 위한 적합한 형태로 변환되어야 한다. 대부분의 가공된 형상들은 연속하는 로빙, 직조된 로빙, 유리파이버 매트, 절단된 스트랜드, 및 텍스타일 적용들을 위한 실들이다.
본 발명의 패브릭 보강재(10)는 적층 스크림, 스티치 본딩 또는 경사 편직과 같은, 많은 구조물로 만들어질 수 있으며, 평직, 능직 또는 새틴직, 일방향직(unidirectional weaving), 편직 또는 스티치 본딩과 같은 종래의 수단에 의해 만들어질 수 있다. 성형 작업으로부터 나온 실의 미세 파이버 스트랜드들은 꼬임 작업을 견디도록 충분한 완전성을 제공하기 위해 성형 튜브들의 위에서 공기로 건조될 수 있다. 꼬임은 실의 직조 공정 전에 실에 부가적인 완전성을 제공하며, 일반적인 꼬임은 0.7 내지 1.0 회전/인치까지로 이루어진다. 많은 경우에서 더 무거운 실들이 직조 작업에 필요하다. 이는 통상적으로 두 개 이상의 단일 스트랜드들을 꼼으로써 수행되며, 이어서 합사 작업(plying operation)을 한다. 합사는 본래의 꼬임과 반대 방향으로 꼬인 스트랜드들을 다시 꼬는 것을 근본적으로 수반한다. 통상적으로 사용되는 두 개 타입의 꼬임은 꼬임이 행해지는 방향을 나타내는 S와 Z로 알려져 있다. 보통, S 꼬임으로 함께 꼬인 두 개 이상의 스트랜드들이 균형이 잡힌 실을 제공하기 위해서 Z 꼬임으로 합사된다. 따라서, 강도, 다발 직경, 및 수율과 같은, 실의 특성들은 꼬임 작업과 합사 작업에 의해 조정될 수 있다. 유리파이버 실들은 종래의 직조 작업들에 의해 패브릭 형상으로 변환된다. 다양한 종류의 직기들이 본 산업에 사용되지만, 에어 제트 직기가 가장 인기가 있다.
제로 꼬임 실들이 또한 사용될 수 있다. 이 투입은 미세 필라멘트 실들의 피복을 가지는 (꼬이지 않은) 로빙의 펼침의 용이성을 제공할 수 있다. 사용되는 스트랜드당 필라멘트들의 수는 다공성에 직접적으로 영향을 끼치며 다음과 같은 실의 중량과 관련된다: n= (490 x tex) / d2, 여기서 "d"는 미크론으로 표시된 개개의 필라멘트의 직경이다. 따라서, 만약 굵은 필라멘트들을 가지는 로빙이 절반의 직경의 필라멘트들을 가지는 제로에 가까운 꼬임 실로 대체될 수 있으면, 필라멘트들의 수는 동일한 스트랜드 tex에서 4배로 증가한다.
본 발명의 편조 또는 직조 외장의 실시예들의 주요 특징은 이의 스타일이나 직조 패턴, 패브릭 카운트(fabric count), 및 경사 및 위사의 구조를 포함한다. 전체적으로, 이런 특징은 최종 보드의 드레이프성 및 성능과 같은 패브릭의 특성을 결정한다. 패브릭 카운트는 인치당 경사와 위사의 수를 식별하기 위한 것이다. 경사들은 종방향에 평행하게 이어지며, 위사들은 이에 수직이다.
바람직한 유리 파이버들이 사용될 때, 사이징이 일반적으로 사용된다. 유리 필라멘트들로 구성되는 파이버 층과 사용하기 위한 바람직한 사이징들은 다음의 혼합물들 중의 하나를 구성하는 수용성 사이징들을 포함한다: 1) 에폭시 폴리머, 비닐 및 아민 결합제들 및 비온성 계면 활성제; 2) 에폭시 폴리머, 아민 결합제 및 비이온성 계면 활성제; 3) 에폭시 폴리머, 메타크릴 및 에폭시 결합제들, 및 양이온 및 비이온성 계면 활성제들(파라핀 윤활제들); 4) 무수 중합 아크릴레이트 아민(예를 들어, 여기에 참고로 포함된, PCT 특허 출원 번호 WO 99/31025에 개시된 물질), 메타크릴 및 에폭시 결합제들과 비이온성 계면 활성제; 및 5) 무수 중합 에폭시 아민(예를 들어, 여기에 참고로 포함된, Moireau 등의 미국 특허 번호 5,961,684에 개시된 것과 같은), 비닐 및 아민 결합제들, 및 비이온성 계면 활성제, 각각의 위의 혼합물들은 Saint Gobain Vetrotex 회사, Saint Gobain Vetrotex Cem-FIL® S.L.의 Cem FIL Reinforcements에 의해 제조된다. 바람직하게는, 비이온성 계면 활성제는 유기 실란을 포함한다. 이 사이징들은 바람직한 패브릭 보강재(10) 및 시멘트질 코어(101)를 위한 바람직한 코팅들과 상용성이 있으며, 초기 파이버 강도와 패브릭 형성의 용이성을 개선한다. 사이징들은 바람직하게는 파이버 층의 2.5 중량% 이하이며, 가장 바람직하게는 파이버 층의 1.5 중량%보다 적게 포함한다. 바람직한 사이징은 PP 복합재들을 위해 종래에 사용되는 것들과 같은, 폴리프로필렌(PP)과 상용성이 있는 것이다. 예를 들어, 그 전체가 여기에 참고로 포함된, 미국 특허 번호 5,648,169를 참조한다.
다음의 패브릭 스타일들과 카테고리들은 본 발명의 실시에 유용하다:
패브릭 단위 면적당 중량 (gram/m2) 단위 면적당 중량(oz/yd2 )
가벼운 중량 10-35 3-10
중간 중량 35-70 10-20
무거운 중량 59-300 15-90
패브릭 두께(μm) 두께(mil)
가벼운 중량 25-125 1-5
중간 중량 125-250 5-10
무거운 중량 250-500 10-20
바람직하게는 패브릭 보강재(10)는 약 15 내지 300 gram/m2의 단위 면적당 중량, 바람직하게는 약 30 내지 150 gram/m2의 단위 면적당 중량, 및 약 5 내지 22 mil의 두께, 가장 바람직하게는 10 내지 15 mil의 두께를 가진다는 것이 결정되었다. 바람직한 유리 파이버들의 선밀도는 바람직하게는 실들이 사용되는 경우의 약 50 tex에서부터, 로빙들이 사용되는 경우의 2,500 tex까지의 범위에 있으며, 68 tex가 현재 바람직하다. 탄소 파이버들이 사용되는 경우에, 이들은 바람직하게는 토우들로 제공되며, 필라멘트 카운트는 바람직하게는 약 3,000에서부터 24,000까지의 범위에 있다. 유리 파이버들의 바람직한 특성은 적어도 약 185,000 psi 이상의 새로운 필라멘트의 인장 강도; 약 1000 내지 1200만 psi의 영률; 적어도 약 1.5% 이상의 파단점에서 변형율; 약 0.1% 미만의 수분 흡수율, 및 약 860℃의 연화 온도를 포함한다. 또한 바람직한 패브릭 보강재(10)는 종방향에서 적어도 약 20 psi이며 횡방향에서 약 5 psi의 ASTM D309 인장 강도를 가져야 한다.
몇몇의 적용들에서, 노출되지만(부직포, 스크림 또는 직조 패브릭으로부터 돌출된) 코팅되는 파이버들은 부착을 가능하게 하기 위해 허용될 수 있다. 일반적으로 시멘트 보드들에서, 각각의 실이나 코팅은 부식을 막기 위해 가능한 한 완전히 코팅되어야 한다. 몇몇의 노출되며 코팅된 파이버들은 시멘트질 보드의 외부면 상의, 포틀랜드 시멘트계 모르타르, 아크릴 접착제, 실리콘 접착제 및 아교와 같은 공장 또는 현장 적용 코팅들이나 접착제들에 대한 부착을 가능하게 한다. 또한 선택된 바인더들 및 마감재들은 "블로킹(blocking)"(저장 중에 인접한 보드들 사이의 접착 결합)을 최소화해야 한다. 더구나, 바람직한 바인더들은 UV 및 몰드 억제제들, 난연제들 등과 같은, 첨가제들이 구비될 수 있다. 바인더 수지에 대한 카르복실화 폴리머의 첨가는, 예를 들어, 응고된 석고에 대한, 또는 포틀랜드 시멘트계 모르타르들에 대한 더 큰 친화력을 조장할 수 있지만, 이와 같은 첨가가 없는 수지들보다 블로킹을 더 적게 받는다.
바인더들 및 마감재들은 1, 2 또는 3 층이나 통과들(passes)로 적용될 수 있다. 제1 적용의 품질은 장력과 꼬임 수준에 크게 의존한다. 만약, 이런 코팅이 용융된 후에, 제2 코팅(바인더 또는 마감재)이 적용된다면, 장력 및 꼬임은 스트랜드들이 이들의 위에 단일체 코팅을 가지기 때문에 마치 모노필라멘트 실들인 것처럼 현재 작용하므로 약간 덜 중요하다. 추가적인 코팅들은 선택사항이며, 이들이 없이, 결과로 나오는 다공성은 일반적으로 매우 높다. 이는 보강재가 일반적으로 시멘트 보드의 표면의 바로 아래에 매립될 때 양호하다. 높은 다공성은 이런 매립에 도움을 준다. 다공성을 감소시키기 위한 그 이후의 코팅들은 매우 매끄러운 표면이 요구되는 경우를 제외하고는 필요하지 않을 수 있다.
본 발명의 패브릭 보강재들(10)은 다공성을 더 감소시키며, 슬러리 침투를 견디며, 부식을 감소시키며, 강도 또는 내연성을 개선하며/개선하거나, 반복되는 취급 중에 얼마간의 가려움에 이르게 할 수 있는, 표면의 "보풀 형성(fuzziness)"을 감소시키기 위해서 코어(101)에 이런 층들을 접착하기 이전에 더 코팅될 수 있다. 추가적인 코팅은, 위에 설명된 바와 같은, 개개의 층들을 형성하기 위해 파이버들을 결합시키는 데 사용되는 사이징 또는 바인더와 구별되지만, 동일하거나 상이한 조성물일 수 있다. 추가적인 코팅은 여기에 참고로 포함되는, 미국 특허 4,640,864에 설명되는 것들을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 사실상 내수제 및/또는 난연제이다. 이들은 바람직하게는 본 발명의 패브릭 보강재(10)의 제조 중에 적용되지만, 시멘트질 보드들(100)을 제조하는 데 사용하기 전에 보드 제조업자에 의해 적용될 수 있다.
본 발명의 도3에 도시된 바와 같이, 패브릭 보강재(10)에 적용된 추가적인 코팅(107)은 바람직하게는 패브릭 보강재(10)의 경사들(16) 및 위사들(14)에 유리 스트랜드들(220)을 코팅한다. 또는, 추가적인 코팅(107)은 침투를 감소시키거나 접착을 증가시키기 위해 시멘트질 슬러리의 습윤 각도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 코팅(107)은 UV 안정제, 몰드 지연제, 내알칼리성 제제, 발수제, 난연제 및/또는 분산제들, 촉매들, 필러들 등과 같은, 다른 선택적인 성분들을 더 함유할 수 있다. 코팅(107)은 용융된 형상이거나 액체의 형상일 수 있으며 패브릭 보강재(10)는 용융물이나 액체를 통해 유도되거나, 용융물이나 액체가 패브릭 보강재(10)의 일면 또는 양면에 (물 분무 전구체와 함께 또는 이가 없이) 분무된다.
본 발명의 바람직한 추가적인 코팅은 하나 이상의 수지를 함유하는 수지 혼합물을 함유할 수 있다. 수지는 실들의 위에 및 이들을 통과하여 연속적이거나 반연속적인 코팅을 형성하기 위해 유착되거나 녹는 고체 입자들 또는 파이버들을 함유할 수 있다. 코팅(107)은 파이버들이 추가된 코팅으로부터 돌출되지 않도록, 또는 예를 들어, EIF 조직에 있는 추가적인 층들에 또는 타일을 위한 모르타르에 결합시키는 데 사용될 수 있도록 파이버들이 추가된 코팅으로부터 돌출될 정도로, 패브릭 보강재(10)의 파이버 구성요소들을 충분히 커버하기 위해 다양한 두께로 적용될 수 있다. 추가적인 코팅은, 예를 들어, 알칼리성 시멘트 코어들로부터 패브릭을 보호하는 알칼리 장벽을 형성할 수 있다. 비록 압출된 폴리올레핀 코폴리머들이 바람직하지만, 추가적인 코팅은 열가소성 또는 열경화성 수지를 포함할 수 있다.
코팅(107)은 수지 및, 실리케이트들, 실리카, 석고, 이산화 티타늄 및 탄산 칼슘과 같은, 필러들의 혼합물로부터 형성될 수 있다. 더구나, 브롬화 인 착화물(bromated phosphorous complex), 할로겐화 파라핀(halogenated paraffin), 콜로이드 안티몬 펜톡시드(colloidal antimony pentoxide), 붕사, 비팽창된 질석, 점토, 콜로이드 실리카 및 콜로이드 알루미늄과 같은 난연제들이 수지 코팅(107) 또는 포화제에 첨가될 수 있다. 더구나, 파라핀, 및 파라핀과 암모늄 염의 화합물들, 알코올 및 발수성을 부여하기 위해 설계된, 3M Co.로부터 생산된 FC-824와 같은, 불소화합물들, 유기수소폴리실록산들(organohydrogenpolysiloxanes), 실리콘 오일, 왁스 아스팔트 에멀션들 및 소량의 폴리(비닐 아세테이트)를 가지거나 이를 가지지 않은 폴리(비닐 알코올)와 같은, 내수 첨가제들이 첨가될 수 있다. 추가된 코팅은 카올린 점토(kaolin clay) 또는 개질된 벤토나이트 점토와 같은 램프 블랙 증점제들과 같은 안료, 지방산/폴리글리콜 혼합물들과 같은 소포제들, UV 저항성 첨가제들, 점토 화합물들, 폴리아크릴아미드, 칼륨 염들, 또는 이들의 조합들과 같은 응고 촉진제들, 및 나트륨 폴리아크릴레이트와 같은 분산제들을 포함할 수 있다. 물론, 공지된 보존제들과 물이 라텍스 조성물들에 첨가될 수 있으며, 용매들이 열경화성 조성물들에 첨가될 수 있다. (예를 들어, 난연제 및 발수제를 포함하는 폴리염화비닐계 코팅들을 포함하는 단열 보드들을 포함하며, 여기에 참고로 포함되는, 미국특허 4,640,864를 참조.) 바인더나 시멘트질 코어(101)에 유용한 것으로 여기에서 제안되는, 다른 첨가제들이 또한 추가되는 코팅에 사용될 수 있다.
도3에 도시된 바와 같은 수지 코팅(107)은 파이버 층이 비-AR-유리로 구성되는 경우에 바람직하지만; 코팅들은 파이버 층이 AR-유리, PVA, 탄소 또는 아라미드 파이버들로 구성되는 경우에는 필요하지 않다. 수지 코팅(107)은 바람직하게도 유리 필라멘트들 또는 스트랜드들(220)에 대한 기계적 및 화학적 보호를 제공한다. 수지 코팅(107)은 바람직하게는 결과로 나온 패브릭 보강재(10)를 드레이프성이 있으며 탄성이 적게 만들기 위해 "유연하게" 만들어진, 폴리에틸렌("PE") 또는 폴리프로필렌("PP")과 같은 폴리올레핀이다.
시멘트 보드들(100)을 제조하는 소비자들은 유리 보강재의 "촉감(hand feel)"과 "드레이프성"이 현재의 PVC 플라스티졸 코팅 제품과 유사하기를 기대한다. 실용적인 관점으로부터 보면, 이는 패브릭 보강재가 바람직하게는 현재의 PVC 플라스티졸 제품과 유사한 방식으로 롤로부터 풀려 나갈 것이며, 패브릭 보강재가 바람직하게는, 도1에 도시된 바와 같이, 시멘트 보드의 엣지의 둘레로 굽혀질 때 드레이프성이 유사하고 및 형상 기억이 부족할 것이라는 것을 의미한다.
본 발명의 폴리올레핀 코팅 조성물들은 바람직하게는 5000 mg보다 작으며, 보다 바람직하게는 약 100 내지 3000 mg이며, 가장 바람직하게는 약 500 내지 2500 mg의 걸리 강성 측정치를 가진다. 걸리 강성은 패브릭들, 스크림들 및 다른 유사한 재료들의 굽힘 모멘트를 결정하기 위해 사용되는 기술이다. 이런 기술은 패브릭의 드레이프성에 대한 정보를 제공한다. 5000 mg 이상과 같이, 매우 높은 걸리 강성 값들을 가지는 스크림은 스풀들의 둘레에 감기기에는 너무 큰 강성을 가지며, 스크림의 위에 있는 어떤 코팅도 아마 틈이 생길 것이다. 더구나, 시멘트 보드 복합재 적용들에 있어서 보강재로서의 패브릭 및 스크림들은 굽힘 중에 더 양호한 충격 인성을 제공하기 위해 유연성이 있어야 한다. 범위의 하부 단부에서, 걸리 강성은 적어도 100 mg이어야 하며, 가장 바람직하게는, 현재 유연성에 대한 기준인, PVC 플라스티졸 코팅 스크림과 대략 동일한 강성이어야 한다. 패브릭 보강재(10)는 또한 약 1 내지 100 MPa이며, 보다 바람직하게는 약 5 내지 35MPa의 ASTM D 638 (2% 시컨트) 압축률을 가져야 한다.
폴리프로필렌 수지는 가소제를 사용하지 않고 개개의 실들 및 필라멘트들의 위에 압출될 수 있다. 폴리프로필렌 코팅은 일반적으로 동일한 온도에서 동일한 점도와 유동성을 가질 것이며, 코팅에 있는 공극들, 또는 제거되는 고형물들이 거의 없다. 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌의 압출은 균일한 코팅을 제공하며, 코팅 재료의 뱃치는 점도 요건을 충족시키지 못해 폐기될 필요가 거의 없다. 비교적 순수한 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌이 코팅된 실들은 드레이프성이 부족할 것이며 코너들의 둘레로 구부리기 어려운 강성이 있는 패브릭을 초래할 것이기 때문에, 본 발명은 폴리올레핀 조성물들의 "유연한" 버전들을 만들어낸다. 바람직한 패브릭은 초기 응고 이전에 이의 본래의 형상으로 되돌아 가지 않고 시멘트 보드(100)의 내부나 위에 약 0.5 인치의 반경을 형성할만큼 충분히 부드러워야 한다. 폴리프로필렌 에멀션들은, 기술적으로 실현 가능하지만, 시멘트 보드용 보강재들을 코팅하기 위한 매우 좋은 선택 수단이 아니며, 그 이유는 이와 같은 에멀션들은 일반적으로 왁스들이며, 시멘트 보드 보강재 적용으로 사용하기에는 너무 쉽게 부셔서기 때문이다.
유리 실들의 위에 폴리올레핀 화합물들로 코팅하는 출원인의 압출 코팅은 개선된 기술 플랫폼이다. 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 대량의 폴리올레핀들은 PVC 플라스티졸들에 대한 저렴한 대체물들일 것이다. 아크릴들과 같은 폴리머들이 사용될 수 있지만 상대적으로 더 비싸다. 폴리프로필렌 화합물들이 가장 바람직하며, 그 이유는 사이징이 상당한 기간 동안 폴리프로필렌 보강 복합재들을 위해 개발되었으며, 유리 실들에 적합하게 사용될 수 있기 때문이다.
그러므로, 본 발명은 PVC 플라스티졸 또는 가소화된 PVC 코팅 유리 실들에 제안된 대체물로서 폴리프로필렌 압출 코팅 유리 실들에 주로 의존한다. 조성물들은 일반적으로 반응기에서 만들어진, PP의 헤테로 상 코폴리머 또는 PP 호모폴리머와 에틸렌-프로필렌 고무의 반응기 다음에서 잘 혼합된 혼합물들인, 제1 폴리머 성분의 주요 부분의 혼합물을 포함한다. 다른 PP 또는 PE 조성물들도 또한 만족스럽다. 반응기로 만들어진 헤테로 상 코폴리머들이 높은 에틸렌 함량의 포함 때문에 약간 더 바람직하다. 저밀도 에텔렌-α-올레핀 폴리머의 제2의 소량 성분이 용융 유동을 개선하기 위해 첨가될 수 있다. 조성물은, 추가적으로, 접착 촉진제로 무수 말레인산 개질 PP를 포함할 수 있으며, 또한 활석이나 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오프로필렌 코폴리머와 같은 무기 필러들을 추가적으로 포함할 수 있다. 바람직한 압출 공정들로부터 제조되는 유리 파이버 적층 스크림들은 바람직하게는 주요 성분으로서 폴리프로필렌 코폴리머, 및 5 wt%까지의 에틸렌-올레핀 코폴리머를 포함하는 폴리올레핀 조성물에서 개별적으로 유리 실들을 코팅함으로써 형성된다. 몇몇의 "유연한" PP 조성물들이 더 큰 강성을 가진 수지 조성물들과 비교하여 아래에 설명된다.
PP에 기초한 상이한 제제들을 가지는 압축 성형 필름들 및 유리 스크림들의 강성 값들.
제제 타입 ASTM D 638
(2% 시컨트)압축률		 스크림들의 걸리 강성 (mg)
PVC 플라스티졸 ~17 MPa ~1350 (1X)
PP 호모폴리머 ~900-1000 Mpa ~8000 (6X)
PP 호모폴리머 + 에틸렌-α-올레핀 ~400-700 Mpa ~5000 (4X)
PP 코폴리머 + PP 호모폴리머 + 에틸렌-α-올레핀 ~19-25 Mpa ~1600
PP 코폴리머 + 에틸렌-α-올레핀 + PP 호모폴리머 + 활석 ~30 Mpa ~1750
바람직한 "유연한" PP 제제들.
타입 조성물 wt% 또는 ppm 기능
헤테로상 PP 코폴리머 70-80 유연성
PP 호모폴리머 10-30 가공성 개선
에틸렌-올레핀 코폴리머 0-5 가공성, 유연성
무수 말레인산-g-PP 2-4 접착 촉진제
활석 (처리되거나 처리되지 않은)
무기 필러		 0-20 필러, 시멘트에 접착
비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로알켄 코폴리머 500-1500 ppm 공정에 도움, 표면 거칠기 감소, 더 높은 라인 속도
도6에서 볼 수 있는 바와 같이, 걸리 강성은 본 발명의 PP 코폴리머 화합물들에 의해 크게 높아지며, 에틸렌-α-올레핀을 포함하는, 폴리프로필렌 코폴리머 및 폴리프로필렌 호모폴리머 혼합물들이 종래의 PVC 플라스티졸 보강재와 가장 유사하게 작용한다.
HECO 수지들
Marques 등의 문헌의 1페이지에서, 폴리머 혼합물들은 이제 새로운 폴리머들의 개발에 대한 경제적인 대체물로 간주된다. 상기 문헌에서, 개선된 최종 용도 특성을 가지는 재료들이 상이한 분자 특징을 가지는 폴리머들을 혼합함으로써 획득될 수 있다. 상기 문헌에서, 폴리올레핀들의 경우에, 분자들의 형상의 작은 차이가 적합하지 않은 분자간의 힘을 발생시키기 때문에 재료들은 혼합될 수 없다. 상기 문헌에서, 폴리올레핀들이 상이한 결정 영역들 내로 결정화될 때 더 많은 비혼합성이 일어난다.
상기 문헌에서, 다수의 가치가 있는 특성 및 경제적인 이익을 가지지만, 폴리프로필렌 호모폴리머는 주로 낮은 온도에서, 빈약한 내충격성을 나타낸다. 상기 문헌에서, 이런 사실은 이의 상대적으로 높은 유리 전이 온도(Tg) 때문이다.
상기 문헌에서, 몇몇의 이런 특성의 개선은 일반적으로 다른 폴리머들에 또는 보강 필러들과 폴리프로필렌을 혼합함으로써 달성된다. 상기 문헌에서, 보다 구체적으로, 개선된 충격 강도를 가지는 폴리프로필렌이 비결정질 재료, 빈약하게 결정화된 재료 또는, 예를 들어 EPDM과 같은, 엘라스토머의 첨가에 의해 제조되었다.
Beren의 97페이지에서, 높은 용융 강도 기술이 강성, 내열성, 인성, 핀-홀링 저항성(pin-holing resistance) 및 다른 특성의 독특한 조합을 가지는 압출 코팅 수지들을 제조하기 위해 헤테로 상 프로필렌-에틸렌 코폴리머의 제조에 적용되었다. 상기 문헌에서, 수지의 강한 변형 경화 특징은 연신 공명(draw resonance) 없이 낮은 코팅 중량에서 고속 처리를 허용한다.
상기 문헌에서, 수지들은 통상적으로 중간 충격 코폴리머들로 알려져 있으며 통상적으로 HECO들로 축약되는, 헤테로 상 프로필렌-에틸렌 코폴리머들의 높은 용융 강도 버전들이다.
상기 문헌에서, 이들의 이름을 얻게 만든, HECO 수지들의 독특한 특징은 두 개의 구분되는 상의 존재이다:
강성과 내열성을 제공하는 연속 호모폴리머 베이스.
에틸렌 및 프로필렌의, 더 많은 에틸렌을 가지는, 랜덤 코폴리머인, 에틸렌-프로필렌 고무의 미세하게 분산된 상. 상기 문헌에서, 이런 상은 충격 강도 저항성 및 내인열성을 개선하는 내부 완충 및 탄성을 제공한다.
상기 문헌에서, 두 개의 상들은 순차적인 중합화 공정을 통해 반응기가 있는 현장에서 제조된다. 상기 문헌에서, HECO 수지들은 두 개의 상들을 형성하는 재료들을 혼합함으로써 제조되지 않는다.
상기 문헌에서, HECO 수지들은 열성형, 블로우 성형, 및 사출 성형과 같은 적용들에서 잘 알려져 있지만, 압출 코팅에서는 통상적으로 발견되지 않았다.
PP 압출 코팅 수지를 제조하는 하나의 방법은 용융 강도를 개선하기 위해 일정한 양의, 보통 12 내지 20%의, 분기형 LDPE를 첨가하는 것이다. 상기 문헌에서, 이는 200 m/min까지의 코팅 속도를 허용하지만, PP의 특성들, 특히 내열성의 어느 정도의 저하를 초래한다. 상기 문헌에서, 더 구체적으로는, 고성능 폴리프로필렌 압출 코팅이 PP 호모폴리머 및 (랜덤하며 헤테로 상) 프로필렌-에틸렌 코폴리머들의 높은 용융 강도 버전들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 높은 용융 강도 폴리프로필렌의 신장 유동성과 압출 코팅에 대한 이의 관계의 더 상세한 논의를 위해, 여기에 참고로 포함된, Phillips, McHugh 및 Bradley의 "고성능 폴리프로필렌 압출 코팅 수지들(High Performance Polypropylene Extrusion Coating Resins)", (회의록-1989 TAPPE 폴리머 라미네이션 및 코팅 컨퍼런스, Orlando FL, 1989년 9월 5-8일)을 참조한다.
두 개의 높은 용융 강도 HECO 코팅 수지들의 예는 아래와 같다:
충격 강도 저항성 및 핀-홀링 저항성의 관점에서 더 높은 성능을 제공하는 20 MFR, 용융 유동 속도, 버전.
더 적게 요구하는 적용들을 위한 30 MFR 버전.
상기 문헌에서, 덜 바람직한 다른 재료들은 다음의 재료들을 포함한다:
호모폴리머 PP: 높은 강성과 내열성을 제공하는 시판용 30 MFR 수지. 개질이 없이 고속에서 코팅하기 위해 높은 용융 강도 기술을 사용하여 제조됨.
PP-LDPE 혼합물: 선형 PP 성분 및 용융 강도를 위해 첨가된 LDPE를 가지는 시판용 15 MFR 혼합물.
랜덤 코폴리머: 고온 적용들에서 열 밀봉 층으로 사용되는 시판용 12 MFR 수지. 개질이 없이 고속에서 코팅하기 위해 높은 용융 강도 기술을 사용하여 제조됨.
HDPE: 시판용 7 MI, 용융 인덱스, 수지.
LDPE: 시판용 8 MI 수지.
HECO 코팅 수지들 및 다른 PP와 PE 코팅의 표준 물리적 특성이 아래의 표 3에 보여진다:
수지의 표준 물리적 특성
특성 HECO 호모 PP PP-LDPE 혼합물 랜덤 코폴리머 HDPE CDPE
인장 강도 26 37 25.4 29.5 20 12
굴곡 탄성률, MPa 1285 1900 -- 1100 110 21
로크웰 경도, R 81 100 83 89 -- --
Shore D -- -- -- -- 65 48
노치 아이조드, J/mm 76 32 -- 57 -- --
455 kPa ℃에서 열 변형 온도 93 121 75 86 68 46
상기 문헌의 98페이지에서, HECO 수지들로 개방-조직(open-weave) PP 패브릭들을 코팅하는 압출 코팅의 중요한 이점이 있다. 이와 같은 패브릭의 통상적인 예는 개방-조직, 또는 낮은-카운트, 라피아(raffia)이다. 호모폴리머 또는 혼합물 수지들로 코팅할 때, 코팅에 있는 공극은 패브릭에 어떤 상당한 크기((> mm 직경)의 공극과 일치하는 경향이 있을 것이다. 상기 문헌의 98페이지에서, HECO 수지들로 코팅할 때 이는 더 적은 정도로 일어난다는 것이 관찰되었다.
모든 PP 타입과 같은 HECO 재료는 어떤 타입의 PE보다도 훨씬 더 큰 강도, 강성, 및 내열성을 가진다. 이는 또한 상당한 충격 강도를 획득하면서 대부분의 호모폴리머 폴리프로필렌의 내열성을 유지할 정도로 PP 타입들 중에서 독특하다. 상기 문헌의 98페이지에서, 이는 프로필렌-에틸렌 고무가 이를 강인하게 만드는 동안에, 몇몇의 물리적인 특성을 제어하는 호모폴리머 연속 상의 재료의 두 가지의 특징의 표명이다.
상기 문헌의 99페이지에서, 헤테로 상 폴리프로필렌 코폴리머들의 특성은 다음의 것들을 포함하는 몇몇의 관점에서 압출 코팅에 매력적이다:
높은 라인 속도와 높은 연신 성능을 가지는 우수한 가공성;
개방-조직 패브릭들의 공극들을 메우는 우수한 성능을 포함하는, 양호한 핀-홀링 저항성; 및
폴리올레핀 코팅 수지들 중에서 독특한 내열성, 강성 및 인성의 조합.
보드 제조
도5를 참조하여, 시멘트질 보드들을 연속적으로 제조하는 바람직한 방법이 설명된다.
약간 개질된, 종래의 벽판 또는 시멘트 보드 제조 설비가 본 발명의 시멘트질 보드들(100)을 제조하는 데 사용되는 것이 바람직하지만, 시멘트질 보드들(100)은 성형, 압출, 및 롤러들과 본 발명의 패브릭 보강재(10)의 조각들을 사용하는 반-연속 공정들을 포함하는, 여러 가지의 방법들로 제조될 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 패브릭 보강재(10)는 보드(100)의 표면에 얇은 시멘트질 막(108)을 제공하기 위해, 시멘트질 코어(101)에 매립될 수 있다. 패브릭 보강재(10)는 코어(101)에 매립될 수 있거나, 그 대신으로, 응고된 코어(101) 그 자체와 같은 것에 의해 코어(101)에 접착되게 또는 기계적으로 결합될 수 있다.
시멘트질 보드(100)는 예를 들어, 응고된 석고 또는 포틀랜드 시멘트로 이루어지는, 응고된 시멘트질 코어(101)를 포함한다. 시멘트질 코어(101)는 바람직하게는 시멘트 페이스트, 모르타르 또는 콘크리트, 및/또는 석고와 지오폴리머들(무기 수지들)과 같은 다른 타입의 재료들과 같은 시멘트질 재료를 포함한다. 더 바람직하게는 무기 매트릭스는 시멘트 전체에 걸쳐 분포되는 절단된 파이버들을 가지는 포틀랜드 시멘트를 포함한다. 바람직하게 파이버들은 AR-유리 파이버들이지만 또한, 예를 들어, 다른 타입의 유리 파이버들, 아라미드들, 폴리올레핀들, 탄소, 흑연, 폴리에스테르, PVA, 폴리프로필렌, 천연 파이버들, 셀룰로오스 파이버들, 레이온, 짚, 종이 및 이들의 혼성물들을 포함할 수 있다. 무기 매트릭스는, 예를 들어, 비산회, 라텍스, 슬래그와 메타카올린, 아크릴들, 폴리비닐 아세테이트나, 이와 유사한 것과 같은 수지들, 산화규소, 산화티타늄, 및 질화규소를 포함하는 세라믹들, 응고 촉진제들, 실록산과 같은 내수 및/또는 내화 첨가제들, 붕사, 필러들, 응고 지연제들, 분산제들, 염료들 및 색소들, 광 안정제들 및 열 안정제들, 수축 감소 참가물들, 공기 연행제들, 응고 촉진제들, 발포제들, 또는 이들의 조합들과 같은, 다른 성분들 또는 첨가제들을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 무기 매트릭스는 내알칼리성 개방 파이버층에 적용된 수지 코팅과 접착 결합을 형성할 수 있는 수지를 포함한다. 바람직하게는 시멘트질 코어(101)는 패브릭 보강재(10)와 양호한 결합을 가지지만, 또한, 예를 들어, 추가적인 매트들, 또는 패브릭들의 스크림을 포함하는, 복합 재료들일 수 있다. 시멘트질 코어(101)는 경화제들 또는 예를 들어, 착색제들, 광 안정제들 및 열 안정제들과 같은 다른 첨가제들을 함유할 수 있다.
바인더, 마감재나 추가된 코팅, 또는 성능 첨가제(12)로서 시멘트질 제품들의 내수 특성을 개선하는 데에 효과적인 것으로 보고되었던 재료들의 예는 다음과 같다: 소량의 폴리(비닐 아세테이트)를 가지거나 가지지 않은 폴리(비닐 알코올); 금속성 수지산염들; 왁스나 아스팔트 또는 이들의 혼합물들; 왁스 및/또는 아스팔트의 혼합물 및 수레국화(corn-flower)와 과망간산 칼륨; 석유 및 천연 아스팔트와 같은 수불용성 열가소성 유기 재료들, 콜타르, 및 폴리(비닐 아세테이트), 폴리염화비닐 및 비닐 아세테이트와 염화비닐 및 아크릴 수지들의 코폴리머와 같은 열가소성 합성 수지들; 금속 로진 비누, 수용성 알칼리 토류 금속염, 및 잔류 연료 오일의 혼합물; 에멀션의 형상의 석유 왁스 및 잔류 연료 오일, 파인 타르 또는 콜타르의 혼합물; 잔류 연료 오일 및 로진, 방향족 이소시아네이트들 및 디소시아네이트들(disocyanates)을 포함하는 혼합물; 유기수소폴리실록산들 및 다른 실리콘들, 아크릴들, 및 황산칼륨, 알칼리 및 알칼리토류 제거제들과 같은 재료들을 가지거나 가지지 않은 왁스-아스팔트 에멀션. 성능 첨가제들(12)은 도5에서, 시멘트질 슬러리(28)에 직접 도입될 수 있다. 추가된 코팅은 시멘트질 코어(101)에 접합하기 전에 및/또는 후에 패브릭 보강재(10)에 적용될 수 있다.
만약 석고가 사용된다면, 코어는 또한 소석고로 알려져 있는, 분말의 무수 황산칼슘이나 황산칼슘 반수화물(CaSO4 ½H20)과 물을 혼합시키고 그 후에 혼합물이 비교적 경질 재료인, 황산칼슘 2수화물(CaSO4 2H20)로 수화되거나 응고되는 것을 허용함으로써 형성될 수 있다. 지지 부재의 시멘트질 코어(101)는 일반적으로 적어도 약 85 wt.%의 응고된 석고 또는 시멘트를 포함할 것이다.
시멘트질 코어(101)의 표면은 패브릭 보강재(10)의 하나 이상의 층들로 외장된다. 패브릭 보강재(10)는 코어가 만들어지는 수용성 슬러리의 물이 이를 통해 증발되는 것을 허용하기 위해 적어도 충분히 다공성이어야 하며, 슬러리가 통과되어 연속 또는 불연속 막을 형성하는 것을 허용하기에 충분할 만큼 다공성일 수 있다. 아래에 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 발명의 시멘트질 보드(100)는 여분의 물을 함유하는 수용성 슬러리를 형성하며 이에 외장 재료를 배치함으로써 효과적으로 제조될 수 있다. 가열의 도움으로, 여분의 물은 슬러리가 응고될 때에 바람직한 상부 및 하부 유리 패브릭 보강재(10)를 통해 증발된다.
연속 제조 방법
본 발명의 매력적인 특징은 시멘트질 보드(100)가, 예를 들어, 도5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 기존의 벽판이나 시멘트 보드 제조 라인들을 이용하여 제조될 수 있다는 것이다. 종래의 방식에서, 시멘트질 코어(101)를 형성하는 건조 성분들(도시되지 않음)은 미리 혼합되며 그 다음에 통상적으로 핀 믹서(30)로 언급되는 타입의 믹서에 공급된다. 코어를 제조하는 데 사용되는 물과 다른 액체 성분들(도시되지 않음)은 수용성 시멘트질 슬러리(28)를 형성하기 위해 이들이 건조 성분들과 합쳐지는 핀 믹서(30)로 계량되어 공급된다. 거품(foam)이 결과로 나오는 시멘트질 코어(101)의 밀도를 제어하기 위해 핀 믹서(30)에 있는 슬러리에 일반적으로 추가된다.
종래의 종이 외장 석고 보드의 제조에서의 일반적인 관행처럼, 하부 유리 패브릭(22)의 두 개의 대향하는 엣지 부분들은 하부 유리 패브릭(22)의 중간 평면으로부터 상부측으로 점점 더 구부려지며 그 다음에 도1에 도시된 바와 같이, 결과로 나오는 보드(100)의 엣지들에 대한 피복을 제공하기 위해 가장자리에서 내측으로 뒤집어진다.
상부 유리 패브릭(32)의 시트가 상부 유리 패브릭 롤(29)로부터 시멘트질 슬러리(28)의 상부에 공급되며, 그에 의해 시멘트질 슬러리(28)로부터 형성되는 시멘트질 코어(101)의 외장들을 형성하는 두 개의 이동하는 패브릭들 사이에 슬러리를 끼워넣는다. 하부 및 상부 유리 패브릭들(22 및 32)은, 이들 사이에 끼워지는 시멘트질 슬러리(28)와 함께 상부 및 하부 성형 또는 형상화 롤들(34 및 36) 사이에 있는 닙(nip)으로 들어가며 그 후에 컨베이어 벨트(38) 위에 수용된다. 종래의 벽판 엣지 가이딩 장치들(40)은 슬러리가 이의 형상을 보존하기 위해 충분히 응고될 때까지 복합재의 엣지들을 형상화하며 유지한다. 필요한 물(water of convenience), 또는 잉여의 물은 컨베이어 벨트(38)의 아래에 배치되는 진공 박스들(42)의 보조로 배출될 수 있다. 그러는 동안에, 결과로 나타나는 보드의 길이는 워터 나이프(44)로 절단된다. 그 다음에 시멘트질 보드(100)는 응고되는 것을 허용하기 위해 피더 롤들(46)을 따라 이동된다. 이는 잉여의 물의 증발의 속도를 증가시킴으로써 보드의 건조를 가속시키는 건조 오븐(48)에서 열에 대한 노출에 의해 더 처리된다. 추가적인 분무기(49)가 보드의 외부에 실리콘 오일, 추가적인 코팅, 또는 난연제들과 같은, 다른 처리들을 추가하기 위해 구비될 수 있다. "배경기술" 부분에 설명되는 제조 기술들이 또한 수용될 수 있다.
본 발명의 패브릭 보강재(10) 및 시멘트질 보드들(100)은 모든 종류의 빌딩 건축 적용들에 유용하다. 이들은 강하며, 종래의 밀도 및 조성물의 석고 코어들에 대해 적어도 약 20 lbs의 나사 강도를 가진다. 몇몇의 예들은 엘리베이터들 및 계단을 위한 샤프트 벽 어셈블리들, 방화문들 및 방화벽들, 단열재를 가지거나 가지지 않은 루핑 및 벽 대면 기재들, 및 타일 지지 보드들을 포함한다. 본 발명에 대한 몇몇의 가장 바람직하며 유용한 적용들은 EIF 시스템들(또한 외부 단열 마감 시스템들(Exterior Insulation Finishing Systems)을 위한 EIFS로 불리는)에 있거나, 타일 지지 보드들과 같은 것이다.
상술한 것으로부터, 본 발명은 패브픽들 및 보강재들에 대한 개선된 코팅 기술들을 제공하며, 구체적으로는 VOC들 및 점도 제어의 제한이 없이 균일한 코팅이 편직되거나, 블레이딩되거나, 부직포 메시 타입이거나, 또는 직조된 패브릭의 경사 및 위사에 적용되는 것을 가능하게 한다는 것이 이해될 수 있다.
본 폴리올레핀 유연한 조성물들은 시멘트 보드나 석고 벽판의 엣지의 둘레로 굽혀지기 위해 유사한 드레이프성 및 형상 기억의 부족을 가지는 플라스티졸 코팅된 적층 스크림과 동등하거나 더 좋은 성능을 제공한다. 폴리올레핀 조성물들은 PVC 플라스티졸보다 제조 중에 훨씬 더 열에 안정적이며 VOC들을 훨씬 더 적게 생성한다. 폴리올레핀 코팅들은 압출 조성물들에 어떤 가소제도 함유하지 않으며 항상 동일한 온도에서 동일한 점도 및 유동성을 가질 것이다. 또한 이들은, 특히 실의 전체 외부 표면 영역을 대체로 균일하게 코팅하기 위해 개개의 실들의 위에 압출될 때, 코팅들에 공극을 생성하지 않는다. 이는 이들이 초기에 구성된 패브릭들보다 알칼리성 환경에서 더욱 내부식성을 가지게 한다.
비록 다양한 실시예들이 설명되었지만, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 이를 한정하기 위한 것이 아니다. 본 기술분야에서 숙련된 사람에게 명백한, 다양한 변형들이 첨부된 청구항들에 기술되는 본 발명의 범위의 내에 있다.

Claims (15)

  1. 유리 파이버 패브릭 보강재에 있어서,
    a) 유리 필라멘트들을 가지는 다수의 실을 함유하는 유리 패브릭; 및
    b) 코팅된 유리 패브릭을 형성하기 위해 상기 다수의 실에 처리되는 폴리머 코팅을 포함하며,
    상기 폴리머 코팅은 무수 말레인산 개질 폴리프로필렌을 포함하는 접착 촉진제를 포함하는 폴리올레핀계 코폴리머 조성물을 포함하며,
    상기 코팅된 유리 패브릭은 100 내지 3000 mg의 걸리 강성 측정치와 1 내지 100 MPa의 ASTM D 638 (2% 시컨트) 압축률을 가지며,
    상기 보강재는 그의 본래의 형태로 되돌아 가지 않고, 제품의 제조 중에 상기 보강재에 의해 보강되는 상기 제품의 엣지의 둘레로 굽혀지도록 드레이프성이 있는 것을 특징으로 하는 유리 파이버 패브릭 보강재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물은 폴리프로필렌의 헤테로 상 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 파이버 패브릭 보강재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물은 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 파이버 패브릭 보강재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 코팅은 상기 다수의 실들의 개개의 실의 위에 압출되는 것을 특징으로 하는 유리 파이버 패브릭 보강재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물은 폴리프로필렌 호모폴리머와 에틸렌-프로필렌 고무의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 파이버 패브릭 보강재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물은 에틸렌-α-올레핀 폴리머를 가지는 용융-유동 촉진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 파이버 패브릭 보강재.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물은,
    i) 70 내지 80 wt%의 헤테로 상 폴리프로필렌 코폴리머;
    ii) 10 내지 28 wt%의 폴리프로필렌 호모폴리머;
    iii) 0 내지 5 wt%의 에틸렌-올레핀 코폴리머;
    iv) 2 내지 4 wt%의 무수 말레인산 개질 폴리프로필렌;
    v) 0 내지 18 wt%의 무기 필러; 및
    vi) 500 내지 1500 ppm의 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로알켄 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 파이버 패브릭 보강재.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에틸렌-올레핀 코폴리머는 에틸렌-α-올레핀 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 파이버 패브릭 보강재.
  10. 패브릭 보강재를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 코팅된 유리 실들을 형성하기 위해 무수 말레인산 개질 폴리프로필렌을 포함하는 접착 촉진제를 포함하는 균일한 두께의 연화된 폴리올레핀계 코폴리머 조성물을 복수의 유리 실들의 위에 압출하는 단계; 및
    b) 적층 스크림에 상기 코팅된 유리 실들을 형성하는 단계로서, 상기 적층 스크림은 그의 본래 형상으로 되돌아가지 않고 5 인치 반경을 형성하기 위해 드레이프성이 있는 상기 코팅된 유리 실들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패브릭 보강재를 제조하는 방법.
  11. 시멘트 보드에 있어서,
    a) 시멘트 매트릭스; 및
    b) 유리 실들을 함유하는 유리 패브릭을 포함하며,
    상기 유리 패브릭은 상기 유리 실들에 처리되는 폴리머 코팅으로 코팅되며,
    상기 폴리머 코팅은 무수 말레인산 개질 폴리프로필렌을 포함하는 접착 촉진제를 포함하는 폴리올레핀계 코폴리머 조성물을 포함하며,
    상기 유리 패브릭은 100 내지 3000 mg의 걸리 강성 측정치와 1 내지 100 MPa의 ASTM D 638 (2% 시컨트) 압축률을 가지는 상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물로 코팅되며,
    상기 코팅된 유리 파이버는 상기 시멘트 보드의 적어도 하나의 표면에 매립되며,
    상기 유리 패브릭은 시멘트 보드의 제조 중에 상기 시멘트 보드의 엣지의 둘레로 굽혀지도록 드레이프성이 있는 것을 특징으로 하는 시멘트 보드.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물은 폴리프로필렌의 헤테로 상 코폴리머 또는 폴리프로필렌 호모폴리머와 에틸렌-프로필렌 고무의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 보드.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 유리 패브릭은:
    a) 상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물에 완전히 커버되는 상기 유리 실들을
    포함하는 유리 파이버 스크림으로서, 상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물은 폴리프로필렌 코폴리머를 포함하는 상기 유리 파이버 스크림;
    b) 0 내지 5 wt%의 에틸렌-올레핀 코폴리머;
    c) 2 내지 4 wt%의 무수 말레인산 개질 폴리프로필렌;
    d) 0 내지 20 wt%의 무기 필러; 및
    e) 500 내지 1500 ppm의 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로알켄 코폴리머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 보드.
  14. 시멘트 보드를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 코팅된 경사 및 위사를 각각 형성하기 위해 무수 말레인산 개질 폴리프로필렌을 포함하는 접착 촉진제를 포함하는 폴리올레핀계 코폴리머 조성물을 포함하는 폴리머 코팅으로 복수의 실들을 완전하게 코팅하는 단계;
    b) 상기 코팅된 경사 및 위사로 코팅된 패브릭을 형성하는 단계로서, 상기 코팅된 패브릭은 100 내지 3000 mg의 걸리 강성 측정치와 1 내지 100 MPa의 ASTM D 638 (2% 시컨트) 압축률을 가지는 상기 코팅된 패브릭을 형성하는 단계;
    c) 컨베이어 어셈블리를 따라 상기 코팅된 패브릭을 이송하는 단계;
    d) 일정한 양의 유동 가능한 포틀랜드 시멘트 조성물을 상기 이송되는 코팅된 패브릭과 접촉시키는 단계로서, 그에 의해 상기 코팅된 패브릭이 상기 일정한 양의 유동 가능한 포틀랜드 시멘트 조성물에 매립되는 단계; 및
    e) 상기 일정한 양의 유동 가능한 포틀랜드 시멘트 조성물이 응고되고, 상기 시멘트 보드를 제조하는 것을 허용하는 단계로서, 그에 의해 상기 코팅된 패브릭이 상기 시멘트 보드가 인장 부하 및 굽힘 부하에 저항하는 것을 도와주는 상기 허용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 보드를 제조하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 코폴리머 조성물은 폴리프로필렌의 헤테로 상 코폴리머 또는 폴리프로필렌 호모폴리머 및 에틸렌-프로필렌의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 보드를 제조하는 방법.
KR1020117015977A 2008-12-16 2009-12-14 폴리올레핀 코팅된 패브릭 보강재 및 이로 보강된 시멘트질 보드들 KR101311827B1 (ko)

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