KR101381154B1 - 유리-포름알데히드 페놀 수지 결합제 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 페놀-포름알데히드 수지의 수성 분산제; 적어도 하나의 아민 화합물로서, 상기 아민 화합물의 분자량은 20000g/mole을 초과하지 않는 아민 화합물, 적어도 하나의 활성화된 실란, 또한 적어도 하나의 방향족 히드록시 화합물을 포함하는 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 광물면의 제조를 위한 포름알데히드-유리 결합제로서 사용될 수 있다.

Description

유리-포름알데히드 페놀 수지 결합제{FORMALDEHYDE-FREE PHENOLIC RESIN BINDER}

본 발명은 광물면으로 만들어진 단열 제품의 제조를 위해 사용되는 페놀 수지를 포함하는 유리-포름알데히드 조성물, 광물면을 위한 결합제, 유리-포름알데히드 방식으로 한정된 광물면의 제조 방법, 및 또한 그렇게 얻어진 한정된 광물면 제품에 관한 것이다.

용융된 유리 또는 광물질로부터 한정된 광물 제품의 제조에 있어서, 상기 제조는 오랫동안, 용융된 물질의 섬유화 이후에, 섬유가 여전히 뜨거울 때 섬유 상에 페놀-포름알데히드 수지를 주성분으로 하는 결합제를 도포하기 위한 실행을 받아들여 왔다. 이것은 바람직하게 예를 들어 DE 35 09 426 A1에 따른 블라스트(blast) 연신 공정에 따라,섬유화 이후에 활강로(chute)에서 발생할 수 있다.

여기서, 종래에 잘-알려진 결합제인 페놀-포름알데히드 수지는 바람직하게 수성 용액의 형태, 또는 분산제로 섬유상에 분무되는데, 그런 다음 페놀-포름알데히드 수지는 섬유의 여전히 비교적 높은 온도로 인해 섬유 표면상에서 중합하기 시작하고, 중합 공정의 결과로서, 특히 섬유의 교차점에서, 단일 섬유를 서로 연결하는데, 그 이유는 교차점에서 서로 상부에 놓이는 섬유가 수지의 비말(droplets)을 고체화함으로써 어느 정도 삽입됨으로써, 초기에 단일 섬유의 상대적 움직임이 방해되고, 이후에는, 예를 들어 터널 로(tunnel furnace) 내부에서, 뜨거운 기체에 의한 경화를 전반적으로 막아주기 때문이다.

이와 같은 결합제는, 예를 들어 US 3,231, 349에 기재되어 있다. 작업실의 안전을 위해서뿐만 아니라 환경의 보호를 위해서, 종래의 페놀 수지 결합제를, 대안적인 유리-포름알데히드 결합제(이들의 포름알데히드 함량 및 이들의 포름알데히드 방출로 인함)로 대체하기 위해 더 많은 시도가 행해지고 있다.

따라서 예를 들어 EP 0 583 086 B2는 적어도 두 개의 카르복시산기 또는 무수물기를 함유하는 중합체 폴리산(적어도 두 개의 히드록시기 및 촉매-함유한 인산을 함유한 폴리올을 포함함)을 주성분으로 하는 유리 섬유로서, 여기서 OH기에 대한 COOH기의 당량수는 0:0.01 내지 1:3이어야 하는 유리 섬유를 위한, 경화 가능한 유리-포름알데히드 수성 결합제 조성물을 기재하고 있다.

EP 0 583 086 B2에 기재되어 있는 중합체 폴리산은 예를 들어 폴리아크릴산이다.

바람직하게 사용되는 폴리올은 β-히드록시알킬아미드, 예를 들어 [N,N-디(β-히드록시에틸)]-아디프아미드인데, 또한 예를 들어 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 트리메틸올 프로판, 소르비톨, 수크로오스, 글루코오스, 레조르시놀, 카테콜, 피로갈롤, 글리콜산 요소, 1,4-시클로헥산 디올, 디에탄올아민 또는 트리에탄올아민이 사용될 수 있다.

유사한 광물 섬유용 결합제 조성물은, 예를 들어 또한 US 6,331,350 B1, EP 0 990 727 A1, EP 0 990 728 A1, 및 EP 0 990 729 A1에 공지되어 있다. 또한 종래 기술의 기록된 문헌은 중합체 폴리산으로서 폴리아크릴산을 사용하고 있다. 폴리올로서, 글리콜뿐만 아니라 알칸올아민 또한 사용된다.

추가로, EP 0 882 074 B1은 폴리올로서 폴리아크릴산 및 글리콜을 주성분으로 하는 광물 섬유용 결합제 조성물을 기재하고 있다.

페놀-포름알데히드 수지의 대체물을 구성하는 종래 기술의 모든 결합제 조성물은, 주로 방수성 부족으로 인해, 단지 제한적으로 광물면 제품의 제조에 적합하지만, 예를 들어 폴리아크릴산 수지를 주성분으로 하는 결합제는 지금까지 광물면 제품의 제조를 위해 실제로 사용하는 것은 차단되어 왔다.

화학 산업은 한편으로, - 어느 정도까지는 - 유리 포름알데히드가 이미 줄어든 함량으로 존재하는, 미리-응축된(pre-condensated) 페놀-포름알데히드 수지를 공급해왔지만, 수지 및 결합제의 특성, 특히 방수성을 개선시키기 위해서는, 여전히 후속적으로 추가 포름알데히드와 가교되어야 한다. 그 결과로서, 높은 증기압, 및 중합체 사슬간의 비교적 느린 가교 반응으로 인해 포름알데히드의 방출을 거의 피할 수 없다.

포름알데히드가 감소된 시판되는 페놀 수지 결합제의 종래 기술로부터 착수하여, 출원인은, 포름알데히드 함량에도 불구하고 종래의 페놀-포름알데히드 수지를 갖는 유리-포름알데히드 결합제에 도달하기 위해, 새롭고, 친환경적인 결합제를 개발하여 광물면 제조를 위한 임무에 착수해왔다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 페놀-포름알데히드 수지의 수성 분산제를 함유하는 유리-포름알데히드 조성물, 상기 조성물을 포함하는 결합제 및 유리-포름알데히드 방식으로 한정된 광물면의 제조 방법을 통해 달성된다.

특히, 본 발명은 다음을 포함하는 조성물에 관한 것이다:

적어도 하나의 페놀-포름알데히드 수지의 수성 분산제;

일반식(1)의 적어도 하나의 아민 화합물로서,

여기서, R1은 H 또는 일반식(2)에 해당하며:

n의 값은 2 내지 10의 값, 및

R2 및 R3, 서로 독립적이며, H 또는 일반식(3)에 해당하며:

여기서 m의 값은 1 내지 50인 것으로 가정할 수 있고,

아민 화합물의 몰질량은 약 20000g/mole을 초과하지 않는, 적어도 하나의 아민 화합물;

적어도 하나의 활성화된 실란으로서,

실란의 전환에 의해 얻어질 수 있고, C₁ 내지 C₈의 알콕시기를 가진 모노-, 디- 및 트리알콕시실란(여기서 알콕시실란은 적어도 하나의 C₂ 내지 C₁₀ 아미노알킬기 또는 C₂ 내지 C₁₀ N-아미노알킬기를 운반함); 3(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란; (MeO)₃-Si-(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃-Si-(OMe)₃; 3-아미노프로필실란트리올; 에톡시레이트화된 노닐페놀레이트를 갖는 아미노실란; 페닐-CH₂-NH-(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃-Si-(OMe)₃ ^*HCl; 또한 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,

적어도 하나의 카보닐기를 가진 에놀 형성(enolizable) 케톤, 또는 적어도 하나의 OH기를 가진 케톤으로서, 상기 케톤은 3 내지 12개의 C 원자를 포함하는, 적어도 하나의 활성화된 실란; 또한

적어도 하나의 방향족 히드록시 화합물로서,

디히드록시벤젠 및 이들의 히드록시메틸화된 화합물; 트리히드록시벤젠 및 이들의 모노- 및 디히드록시메틸화된 화합물; 페놀 또는 레조르신의 C-알킬화된 화합물; 히드록시메틸화된 화합물의 응축(autocondensation) 제품; 활성화된 헤테로사이클 및 이들의 모노- 또는 디알킬화 화합물 또는 이들의 아닐화(anellated) 유도체; 나프탈렌의 디- 및 트리히드록시 유도체; 또한 이들의 혼합물 또는 이러한 물질을 포함하는 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 적어도 하나의 방향족 히드록시 화합물.

상세하게는 본 발명의 조성물이 적어도 하나의 방향족 히드록시 화합물을 포함한다는 사실로 인해, 사용된 수지로부터 유리 포름알데히드를 트랩(trap)하고, 이들을, 주어진 조건 하에서 비가역적으로, 자체로는 수지의 가교(crosslinking) 반응에 참여할 수 없는 그러한 분자로 화학적으로 전환하는 것이 가능하다. 이러한 측정 덕분에, 한편으로는 더 이상 후속적으로 가교를 위해 추가 포름알데히드를 첨가할 필요가 없고, 다른 한편으로는 페놀 수지에 함유된 유리 포름알데히드가 화학적으로 한정된다. 따라서 유리 포름알데히드는 수지뿐만 아니라, 수지에 의해 한정된 광물면 제품에도 존재하지 않는다.

방향족 히드록시 화합물로서, 이는 특히 다음으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것이 적합하다: 디히드록시벤젠, 특히 1,3-디히드록시벤젠, 1,2-디히드록시벤젠 또는 1,4-디히드록시벤젠, 이들의 히드록시메틸화 화합물, 특히 레조르신 또는벤조카테친의 히드록시메틸화 유도체, 예를 들어 2,4-디히드록시페닐메탄올 또는 2,3-디히드록시페닐메탄올, 또한 이러한 활성 방향족 물질의 멀티히드록시메틸화 유도체, 예를 들어 2,3-디히드록시-4-히드록시메틸페닐메탄올 또는 4,5-디히드록시-2-히드록시메틸페닐메탄올; 트리히드록시벤젠, 특히 1,3,5-트리히드록시벤젠 또는 1,2,3-트리히드록시벤젠, 이들의 모노- 및 디히드록시메틸화 화합물, 예를 들어 2,3,4-트리히드록시페닐메탄올 또는 2,4,6-트리히드록시페닐메탄올; 페놀 또는 레조르신의 C-알킬화 화합물, 예를 들어 1-히드록시-2-메틸벤젠, 1-히드록시-3-메틸벤젠, 1-히드록시-4-메틸벤젠 또는 2-메틸레조르신; 비스-2,4-디히드록시페닐메탄과 같은 히드록시메틸화 화합물의 응축 제품; 활성화 헤테로사이클, 예를 들어 피 롤, 티오펜, 이들의 모노- 또는 디알킬화 화합물 또는 이들의 아닐화 유도체예를 들어 인돌 또는 티오인돌; 나프탈렌의 디- 및 트리히드록시 유도체. 물론 또한 이러한 물질의 혼합물 및 이들을 포함하는 혼합물을 사용하는 것이 가능하다.

- 페놀-포름알데히드 수지, 또는 이들로부터 생성되고 상이한 첨가제를 갖는 광물면을 위한 결합제와 같은 - 복잡한 다중-물질 혼합물에 대한 변형은, 특히 수지가 매우 불안정한 중간 제품을 구성하기 때문에, 어려운 문제의 세트를 구성한다. 이러한 제조의 일반적으로 알려지지 않은 유래에 따라, 반응성 성분들은 다양한 농도로 존재하고, 따라서 완제품의 물질 특성에 중요한 영향을 준다. 일반적인 페놀-포름알데히드 수지의 주요 구성 성분 및 중합체 구성 유닛으로서의 이들의 효과는 다음의 개략적인 식으로 도시된다:

단일 성분의 비에 따라, 다양한 특성을 갖는 수지 중합체가 형성된다.

중합의 다양한 경우 및 상이한 특성을 갖는 최종 중합체를 식별하는 것이 가능하며, 이는 다음에 개략적으로 도시된다.

경우 1

여기서는 주로 단지 단일 구성의 유닛이 존재하는데, 단일 체인들 사이에 몇 개의 연결점을 갖는 사슬-타입의 중합체를 구성하고, 즉 단일 구성 유닛은 이들 스스로 중합하며, 이러한 사실은 앞서 정의된 화학식을 생략하여 다음의 개략적인 화학식에 의해 개략적으로 도시될 수 있다:

종래 기술에서, 그러한 본질적으로 선형이고 가지가 거의 없는 중합체 사슬은, 향상된 방수성을 달성하기 위해서, 포름알데히드와 실질적으로 가교되었다. 본 발명자는 포름알데히드의 이러한 첨가를 피하고자 의도한다. 특히 이러한 이유는 포름알데히드가 휘발성 물질이라는 점, 및 이러한 휘발성 물질은 중합체 사슬과 비교적 느린 가교 반응에 들어가기 보다는 고온의 생산 조건 하에서 탈착(desorption)하는 경향을 갖는다는 점이다.

경우 2

여기서 단일- 및 이중-치환된 구성 유닛의 혼합물이 존재하는데, 이들은 그들 자신과 중합하고, 보다 강한 그물 모양의 사슬을 갖는 중합체를 얻으며, 앞서 정의된 화학식을 생략하고 다음의 개략적인 화학식에 의해 개략적으로 도시될 수 있다:

악천후 동안 또는 외부 범위에서의 공사 장소와 같이, 습도로 인한 팽창을 막으면서 제조된 그러한 결합제 수지 및 이에 의한 광물면 제품의 저항성은 가교 되지 않은 중합체 사슬과 비교하여 향상된다.

경우 3

제 3의 경우, 자체와 중합하는 세 개의 단일-, 이중- 및 삼중-치환된 화합물이 동시에 존재하며, 앞서 정의된 화학식을 생략하고 다음의 개략적인 화학식에 의해 개략적으로 도시될 수 있다:

그러한 플라스틱 물질의 팽창에 대한 저항성은 매우 높다.

그럼에도 불구하고, 저장 능력 및 처리 시간은 pH 값, 및 포름알데히드 또는 이들의 방출된 화합물 농도 각각에 따른 크게 치환된 구성 유닛의 농도에 따라 감소될 수 있다.

그러나 전반적으로 볼 때, 경우 3에 따른 수지가 바람직하지만, 종래 기술에서 이들은 소량의 포름알데히드가 방출된 포름알데히드-함유 페놀 수지로 달성될 수 있을 뿐이다.

적어도 하나의 방향족 히드록시 화합물의 첨가 결과, 한편으로는 이러한 화 합물의 유리를 예방하기 위해, 사용된 수지에 함유되어 있는 초과 포름알데히드를 트랩할 수 있고, 다른 한편으로는 방향족 히드록시화와 포름알데히드의 반응에 기인한 화합물이 경우 3의 분자 종과 매우 유사한 분자를 형성하며, 레조르신의 예에 의해 다음에 도시될 것이다:

유리 포름알데히드의 화학적 트랩핑:

다음의 개략적인 화학식으로부터, 중합체 구성 유닛(3)은 트랩핑 반응에 기인한 분자 종(4)과 매우 유사하다:

이러한 유사성으로 인해, 상기 분자 종(4)은 유리 포름알데히드의 화학적 고정과 함께, 바람직한 가교 반응에 참여할 수 있고, 따라서 결국에는 광물면을 위한 결합제뿐만 아니라 유리-포름알데히드 페놀 수지를 초래한다.

따라서 추가 가교 결합을 위해, 포름알데히드와 이미 반응된 특정 부분에 있는, 시판되는 방향족 히드록시 화합물을 사용하는 것 또한 가능하다.

최대 약 8중량%, 특히 약 3중량% 미만, 바람직하게는 약 2중량% 미만 및 보 다 바람직하게는 약 1중량% 미만의 유리 포름알데히드를 갖는 그러한 시판되는 페놀 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

페놀 수지로서, 벤질 알코올 유형의 모노머 구성 유닛을 구비한 특정 수지가 적합하고, 이들은 또한 최대 3000g/mole의 분자를 갖는, 사슬-유형 및/또는 환형의 올리고머 알킬-가교된 방향족 다중핵 화합물을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 조성물은 카르복시산, 특히 히드록시카르복시산, 바람직하게는 히드록시아세트산(글리콜산)을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예는 C₂ 내지 C₁₀ 알칸올아민, 특히 에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민으로 이루어진 그룹으로부터 아민을 선택한다.

본 발명에 따른 조성물의 바람직한 실란은 3-아미노프로필트리에톡시실란이다. 이는 저렴한 가격으로 시판된다.

활성 실란의 제조를 위한 케톤으로서는, 디히드록시아세톤 또는 아세틸아세톤을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 구매하기 쉽기 때문이지만, 그러나 활성 실란은 또한 적어도 하나의 카르보닐기를 갖는 에놀 형성(enolizable) 케톤 또는 적어도 하나의 OH기를 갖는 케톤으로 제조될 수 있으며, 여기서 케톤은 3 내지 12개의 C 원자를 함유한다.

더군다나 조성물은 종종 적어도 하나의 가교제를 추가로 함유하는 것이 바람직한데, 가교제는 글리세롤, 폴리올, 네오펜틸글리콜, 트리메틸아릴아민, 1,3,5-트리알릴-2-메톡시벤젠, 1,1,1,-트리스(4-히드록시페닐)-에탄, 트리알릴네오펜틸에테 르, 펜타에리트리트, 슈가, 슈가 당밀, 특히 순무 당밀; 또한 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.

만일 본 발명에 따른 조성물의 pH 값이 약 7.0 내지 10, 바람직하게는 8 내지 9의 범위인 것이 특히 바람직하다. 이로 인해 한편으로는 도관 및 노즐, 특히 분무 노즐이 덜 부식되는 것을 보장한다. 다른 한편으로는 바람직한 pH 범위의 조성물이 뚜렷하게 보다 산성을 띤 폴리아크릴산을 주성분으로 하는 종래의 조성물과 같은 정도로 광물 또는 유리 섬유를 공격하지 않는다.

그렇게 한정되지 않으면, 카르보닐 화합물을 함유한 실란의 활성은 가능하게는, 두 개의 다른 카르보닐 화합물에 의해 도시된 바와 같이, 다음의 반응 개략도에 따라 나타난 것으로 보인다.

실란의 활성의 결과로서 - 3-아미노프로필트리에톡시실란의 가수분해로부터 생긴 γ-아미노프로필실란트리올의 예의 방식에 의한 위의 반응 개략도에서 - 적어 도 하나의 카르보닐기를 갖는 에놀 형성 케톤 또는 적어도 하나의 OH 기를 갖는 케톤(케톤은 3 내지 12개의 원자를 포함함)과의 반응에 의해, N 부분에 의해 형성된 "수지부"가 활성 분자에 형성되고, 게다가 유리부는 Si 부에 의해 형성된다.

종래 기술에서, 실란의 아미노기는 페놀-포름알데히드 수지와 차례로 반응하는 시프(Schiff) 염기로 포름알데히드와 반응한다.

따라서 종래에 요구된 바와 같이 결합제의 포름알데히드 함량은 더 이상을 필요로 하지 않는데, 이유는 활성 실란이, 고온 섬유의 유리 표면에 실란 링커(linker)를 통해 한정된 수지 - 본 발명에 따르면 페놀 수지 또는 질소-함유 중합체의 아민 작용기 - 와 커플링 가능한 N-함유 분자 부분을 운반하기 때문이다.

따라서 기술된 분자 종(4) 및 실란 링커를 통해 모두 가교 결합이 발생한다.

유리 표면 - 현재 실리카 사면체로 도시됨 - 에서, 본 발명에 따라 사용되는 활성 실란의 반응은 이를 통해 한정되지 않게 개략적이고 예시적으로 다음에 도시된다.

이러한 가수분해 결합은 여전히 뜨거운 동안 섬유 상에서 훨씬 더 빠르게 발생한다.

본 발명의 추가 이점 및 특징은 도면과 함께 실시예의 설명으로부터 명백하 게 된다.

도 1은 활성 실란의 Si부를 통해 유리 섬유와 커플링된 실란의 개략적인 도면.

도 2는 활성 실란을 통해 섬유 상의 유리 표면에 한정된 수지의 개략적인 도면.

본 발명에 따른 조성물, 및 광물 또는 유리 섬유의 제조와 관련된 결합제의 전반적인 내용은 도 1 및 도 2에 다시 한 번 그려진다.

본 명세서에서 나타낸 분자 배열은 단지 개략적인 방식으로 이해되어야 한다. 물론 가교 반응은, 예를 들어 알칸올아민 뿐만 아니라 분자 종(4) 또는 추가로 첨가한 가교제와 함께, 앞서 기술한 바와 같이 페놀 수지와 같은 수지 내에서 발생할 것이다.

물론, 또한 임의의 중합화로 인해, 의도되지 않은 제 2 반응이 발생할 수 있다. 도 1 및 도 2의 내용은 따라서 단지 모델 개념으로 고려될 수 있지만 본 발명의 이해를 돕는다.

본 발명에 따른 조성물은 광물면을 위한 결합제에 매우 적합하다. 한편으로는 따라서 유리-포름알데히드 광물면 제품을 제조하는 것이 가능하고, 다른 한편으로는 본 발명의 경화된 결합제를 제조하는 것이 가능해서, 물론 또한 광물면 제품은 방수이다.

본 발명의 결합제에 의해 유리-포름알데히드 방식으로 한정된 광물 면을 제조하기 위해, 결합제는 용융된 광물질의 섬유화 이후에, 섬유가 여전히 뜨거울 동안 섬유 상에 도포되고, 도포된 결합제를 가진 광물 면 제품은 경화 공정을 거친다.

본 명세서에서 결합제는 활강로에서, 특히 분사된 용융된 광물질로부터 가늘어진 섬유를 분사함으로써 섬유 상에 도포된다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 한정된 광물 면 제품은 페놀-포름알데히드 수지를 사용하여 한정된 광물 면 제품처럼 임의의 기계적 및 화학적 요구 조건을 만족시킨다.

실시예

포름알데히드를 줄인 시판되는 페놀 수지가 종래 테스트 방법에 따라 완제품 상에서 테스트되었다. 그 결과는 표준 페놀 수지의 결과와 비교되었다. 본 명세서에서 선택한 접근 방법은 다음의 예의 방식으로 시작될 수 있고, 테스트 결과의 작은 선택을 설명할 뿐이다. 사용된 물질은, 당업자가 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 광범위하게 다양할 수 있으며; 포름알데히드의 트래핑(trapping)을 위해 중요한 것은 단지 pH 값과 사용된 방향족 물질의 반응성이다. 사용된 레조르신은 피로카네콜, 피롤 또는 티오펜과 같은 유사한 반응성 시스템으로 쉽게 대체될 수 있다. 반응성은 산-염기 비를 통해 편리하게 조절 가능하다. 실란의 활성은 카보닐 화합물의 매개물, 및 프탈이미드와 같은 헤테로시클릭 시스템을 통해 모두 가능하다. 당밀과 같은 보충 가능한 원료의 첨가에 의해, 상기 수지의 처리 친화도(processing friendliness)를 추가로 개선시키는 것이 가능하다.

명명된 결합제 중, 총 고체 물질이 약 40%인 타깃 농도가 일반적으로 바람직하다.

비교예

결합제 1 - 표준 비교예 : 총 고체 물질(total solid matter) 함량이 44%인 통상적인 알칼리-촉매화된 페놀 수지가 사용되었다. 조성 : 150㎏의 페놀 수지; 35.5㎏의 요소(urea); 1.0㎏의 황산암모늄; 2.0㎏의 암모니아 용액(25%); 25.8㎏의 3-아미노프로필트리에톡시실란(2%); 44.6㎏의 물. 요소를 첨가 6시간 후 유리 포름알데히드 함량은 약 0.5질량%였다.

실란의 활성

본 발명의 다음의 실시예에서, 활성 실란의 설명을 위한 다음의 일반적인 규정이 적당하다.

적당한 크기의 기계적 교반기를 포함하는 큰 통(vat)에서, 희석 물의 일부가 초기에 채워진다. 그런 다음 대응하는 양의 카보닐 화합물이 첨가되고, 완전히 용해될 때까지 교반된다. 물에 잘 용해되지 않는 화합물의 경우, 신중한 가열이 수행되고, 또는 분산액이 활발한 교반 하에 첨가된다. 실란이 용액에 첨가되고, 그런 다음 용액의 색이 뚜렷하게 변할 때까지 계속해서 교반한다. 보다 심한 착색은 활성화된 실란으로서 이민의 형성을 의미한다. 이와 같이 활성화된 실란은 결합제 배치(batch)에 첨가된다. 동질화(homogeneization) 이후, 결합제가 사용되기 시작한다.

예 1

결합제 2 : 총 고체 물질이 43.5%이고 유리 포름알데히드의 비율이 약 1질량%인, 시판되는 중성화되지 않은 페놀 수지가 사용되었다.

조성 : 150㎏의 페놀 수지; 4.7㎏의 레조르신; 0.2㎏의 글리콜산; 0.3㎏의 에탄올아민; 0.4㎏의 3-아미노프로필트리에톡시실란; 0.2㎏의 디하이드록시아세톤; 21.3㎏의 물.

완성된 결합제의 pH 값은 약 8이다.

예 2

결합제 3 : 총 고체 물질이 46.5%이고 유리 포름알데히드의 비율이 약 2질량%인, 시판되는 중성화되지 않은 페놀 수지가 사용되었다.

조성 : 150㎏의 페놀 수지; 11.7㎏의 레조르신; 0.4㎏의 플로로글루신(phloroglucin); 0.2㎏의 글리콜산; 0.7㎏의 에탄올아민; 0.4㎏의 3-아미노프로필트리에톡시실란; 0.2㎏의 디하이드록시아세톤; 43.2㎏의 물.

완성된 결합제의 pH 값은 약 8이다.

예 3

결합제 4 : 총 고체 물질이 46.5%이고 유리 포름알데히드의 비율이 약 2질량%인, 시판되는 중성화되지 않은 페놀 수지가 사용되었다.

조성 : 150㎏의 페놀 수지; 11.2㎏의 레조르신; 0.4㎏의 플로로글루신; 27.9㎏의 순무 당밀; 0.2㎏의 글리콜산; 0.8㎏의 에탄올아민; 0.5㎏의 3-아미노프로필트리에톡시실란; 0.3㎏의 디하이드록시아세톤; 68.1㎏의 물.

완성된 결합제의 pH 값은 약 8이다.

품질 테스트의 수행

1. 실험실 테스트

1.1 유리 포름알데히드 함량의 감소

초기에, 플로로글루신 및 레조르신 각각을 첨가한 후 유리 포름알데히드의 감소는 표준 결합제 1과 비교한 결합제 2 - 4에서 도시된다(표 1).

유리 포름알데히드 함량의 감소
결합제	유리 포름알데히드의 초기 농도[질량%]	유리 포름알데히드의 10분 후 농도[질량%]	유리 포름알데히드의 60분 후 농도[질량%]
1[비교]	8.5(요소 없음)	5.0(요소 첨가 이후)	0.5(요소 첨가 6시간 후)
2	1.0	0.1	검출되지 않음
3	2.0	0.5	검출되지 않음
4	1.8	0.4	검출되지 않음

2. 본 발명에 따른 결합제로 제조된 광물면 제품으로 한 테스트

예 1 내지 3에 따른 결합제를 가지고, 광물면 제품이 제조되었는데, 여기서 상기 결합제는, 용융된 물질의 섬유화 이후에, 예를 들어 블라스트 연신 공정에 따라, 활강로 내에서 섬유가 여전히 뜨거울 동안 섬유 상에 통상적인 방법으로 분무된다.

얻어진 제품은 그런 다음 다음에 기술되어 있는 일련의 검사를 거쳤다. 타깃 벌크 밀도가 75㎏/㎥이고 소성(burning)으로 인한 타깃 손실이 3.7%인 외관(facade) 단열보드가 일반적으로 테스트되었다.

2-1 오토클레이빙(autoclaving) 전후에 독일 산업 표준(German Industrial Standard)[DIN]/EN1607에 따른 단열 물질의 접착력

완제품으로부터, 평행 육면체 테스트 견본은 200 ×200㎜의 가장자리 길이로 절단된다. 이와 같이 얻어진 테스트 견본의 절반은 작은 구멍(eyelet)을 구비한 두 개의 철 플레이트 사이에 결합되고, 적당한 장치에 의해 찢어진다. 다른 부분은 15분 동안 105℃에서 수증기로 포화된 공기에서 에이징(ageing)되고 후속적으로 동일한 방식으로 찢어진다. 측정된 인열 강도(tearing force)는 제조 후에 전반적인 시스템 유리 섬유-수지의 강도 및 일반적인 사용 조건 하의 저항 표시를 제공한다. 소수성제(hydrophobizing agents)가 없는 이러한 종류의 표준 제품의 경우, 오토클레이빙 후에 잔여 강도 약 60%인 것이 일반적이다. 그 결과는 표 2에 요약된다.

오토클레이빙 전후 DIN 52274/EN 1607에 따른 단열 물질의 접착력
결합제	제조 후 인열 강도 (kPa)	오토클레이빙 후 인열 강도(kPa)	잔여 강도(%)
1[비교]	103.5	67.3	65
2	139.2	108.6	78
3	157.1	133.6	85
4	142.7	99.9	70

2.2 노드테스트(Nordtest)에 따른 단열 물질의 DIN 52274/EN 1607에 따른 접착력

이러한 테스트를 수행하기 위해, 완제품으로부터 가장자리 길이가 200 ×200㎜인 테스트 견본이 절단된다. 상기 테스트 견본의 한 부분은 에이징 이전에 오토클레이브와 유사하게 찢어진다. 또 다른 부분은 95%의 상대습도 및 70℃에서 7일간 노드테스트의 규정에 따라 저장된다. 재-건조 이후에, 에이징된 견본 몸체의 세기는 찢어서 결정된다. 정밀하게 제조된 단열 물질은 이러한 매우 강한 에이징 방법 이후의 잔여 강도가 적어도 50%이어야 한다. 그 결과는 표 3에 도시된다.

노드테스트에 따른 단열 물질의 PIN 52274/EN 1607에 따른 접착력
결합제	제조 후 인열 강도 (kPa)	노드테스트에 따른 인열 강도(kPa)	잔여 강도(%)
1[비교]	111.4	62.4	56
2	135.8	88.3	65
3	165.2	119.0	72
4	145.5	98.9	68

따라서 수행된 테스트는, 본 발명에 따른 조성물이 근본적으로 광물 면의 제조를 위한 유리-포름알데히드 결합제로서 적합할 뿐만 아니라, 특히 확정된 제품의 품질, 처리 능력, 및 경제적인 면에 따라 실질적으로 수용될 수 있음을 확인시켜준다. 종래의 기계 장비는 변경될 필요가 없다.

상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 광물면으로 만들어진 단열 제품의 제조를 위해 사용되는 페놀 수지를 포함하는 유리-포름알데히드 조성물, 광물면을 위한 결합제, 유리-포름알데히드 방식으로 한정된 광물면의 제조 방법, 및 또한 그렇게 얻어진 한정된 광물면 제품에 사용된다.

Claims (21)

1. 조성물로서,

   a) 적어도 하나의 페놀-포름알데히드 수지의 수성 분산제;

   b) 일반식(1)의 적어도 하나의 아민 화합물로서,

   

   여기서, R1은 H 또는 일반식(2)에 해당하며:

   

   n의 값은 2 내지 10이고,

   R2 및 R3은, 서로 독립적으로, H 또는 일반식(3)에 해당하며;

   

   여기서 n의 값은 2 내지 10이고, m은 1 내지 50이고,

   아민 화합물의 분자량은 20000g/mole을 초과하지 않는, 적어도 하나의 아민 화합물;

   c) 적어도 하나의 카보닐기를 갖는 에놀 형성(enolizable) 케톤 또는 적어도 하나의 OH-기를 갖는 케톤을 갖는 실란의 전환에 의해 얻을 수 있는, 적어도 하나의 활성 실란으로서,

   상기 케톤은 3 내지 12개의 C 원자를 함유하고,

   상기 활성 실란은, 알콕시실란이 적어도 하나의 C₂ 내지 C₁₀ 아미노알킬기 또는 C₂ 내지 C₁₀ N-아미노알킬기를 운반하는, C₁ 내지 C₈ 알콕시기를 갖는 모노-, 디- 및 트리알콕시실란; 3(2-아미노에틸아미노)프로필트리메톡시실란; (MeO)₃-Si-(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃-Si-(OMe)₃; 3-아미노프로필실란트리올; 에톡시레이트화된 노닐페놀레이트를 갖는 아미노실란; 페닐-CH₂-NH-(CH₂)₃-NH-(CH₂)₃-Si-(OMe)₃ ^*HCl; 또한 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 적어도 하나의 활성 실란; 및

   d) 적어도 하나의 방향족 히드록시 화합물을 포함하는, 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 방향족 히드록시 화합물은, 디히드록시벤젠, 트리히드록시벤젠, 및 하이드록시화된 헤테로사이클로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 페놀-포름알데히드 수지는 8질량% 미만의 유리 포름알데히드를 함유하는, 조성물.
4. 제 3항에 있어서, 페놀-포름알데히드 수지는 최대 3질량%의 유리 포름알데히드를 함유하는, 조성물.
5. 제 4항에 있어서, 페놀-포름알데히드 수지는 최대 1질량%의 유리 포름알데히드를 함유하는, 조성물.
6. 제 1항에 있어서, 페놀-포름알데히드 수지는 벤질 알코올, 또는 사슬, 또는 환형의 모노머 구성 유닛, 분자량이 최대 3000g/mole인 올리고머 알킬-가교된 방향족 다중핵 화합물을 함유하는, 조성물.
7. 제 1항에 있어서, 카르복시산을 추가로 함유하는, 조성물.
8. 제 7항에 있어서, 히드록시아세트산을 추가로 함유하는, 조성물.
9. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 아민 화합물은 C₂ 내지 C₁₀ 알칸올아민인, 조성물.
10. 제 9항에 있어서, 적어도 하나의 아민 화합물은 에탄올아민, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 조성물.
11. 제 1항에 있어서, 실란은 3-아미노프로필트리에톡시실란인, 조성물.
12. 제 1항에 있어서, 케톤은 디히드록시아세톤 또는 아세틸아세톤인, 조성물.
13. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 가교제(crosslinking agent)를 더 함유하는, 조성물.
14. 제 13항에 있어서, 가교제는, 글리세롤, 폴리올, 네오펜틸글리콜, 트리메틸아릴아민, 1,3,5-트리알릴-2-메톡시벤젠, 1,1,1-트리스(4-히드록시페닐)-에탄, 트리알릴네오펜틸에테르, 펜타에리트리트, 슈가, 슈가 당밀, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 조성물.
15. 제 1항에 있어서, 7.0 내지 10의 범위의 pH 값을 갖는, 조성물.
16. 제 15항에 있어서, 8 내지 9의 범위의 pH 값을 갖는, 조성물.
17. 광물면을 위한 결합제로서,

    제 1항에 따른 조성물을 함유하는, 광물면을 위한 결합제.
18. 광물면을 제조하기 위한 방법으로서,

    제 1항에 따른 결합제를, 용융된 광물면의 섬유화 이후, 섬유가 여전히 뜨거울 동안 섬유 상에 도포하는 단계와,

    결합제가 도포된 광물면 제품을 경화 공정에 노출시키는 단계를 포함하는, 광물면을 제조하기 위한 방법.
19. 제 18항에 있어서, 결합제는 용융된 광물질로부터 감쇄되는 섬유를 분무함으로써 활강로에서 섬유 상에 도포되는, 광물면을 제조하기 위한 방법.
20. 제 18항에 따른 방법에 의해 얻어질 수 있는 광물면 제품.
21. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 방향족 히드록시 화합물은,

    디히드록시벤젠, 히드록시메틸화된 디히드록시벤젠, 히드록시메틸화된 디히드록시벤젠의 응축(autocondensation) 제품;

    트리히드록시벤젠, 모노-히드록시메틸화된 트리히드록시벤젠, 디히드록시메틸화된 트리히드록시벤젠, 디히드록시메틸화된 트리히드록시벤젠의 응축 제품;

    C-알킬화된 페놀, C-알킬화된 레조르신, 하이드록시화된 헤테로사이클, 모노- 또는 디알킬화 히드록시화된 헤테로사이클, 히드록시화된 헤테로사이클의 아닐화(anellated) 유도체, 나프탈렌의 디히드록시 유도체, 및 나프탈렌의 트리히드록시 유도체; 또는

    이들의 혼합물;

    로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 조성물.

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