KR101837215B1 - 탄수화물 폴리아민 결합제 및 이를 이용하여 제조된 물질 - Google Patents

탄수화물 폴리아민 결합제 및 이를 이용하여 제조된 물질 Download PDF

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Abstract

탄수화물 반응물 및 폴리아민의 생성물을 포함하는 결합제가 개시된다. 상기 결합제는 느슨하게 집합된 물질, 가령 섬유를 결합하기에 유용하다. 탄수화물 반응물 및 폴리아민과 접촉하는 섬유를 포함하는 비경화 섬유 제품 또한 개시된다. 상기 결합제 조성물은 경화되어 가교-결합된 중합체에 의해 결합된 섬유를 포함하는 섬유 제품을 수득할 수 있다. 나아가 상기 탄수화물 반응물 및 폴리아민을 기초로 하는 결합제와 섬유를 결합하는 방법이 개시된다.

Description

탄수화물 폴리아민 결합제 및 이를 이용하여 제조된 물질{CARBOHYDRATE POLYAMINE BINDERS AND MATERIALS MADE THEREWITH}
관련 출원의 상호-참조
본 발명은 2010년 5월 7일에 출원된 미국 가출원 제61/332,458호의 이익을 주장하고, 상기 문헌은 참고로서 본 명세서에 포함된다.
기술 분야
본 명세서는 탄수화물-계 결합제를 포함하는 결합제 제제 및 이를 이용하여 제조된 물질 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 탄수화물 반응물 및 폴리아민의 반응 생성물을 포함하는 결합제 및 이를 이용하여 제조된 물질이 기술된다.
결합제는 물품의 제조에 유용한데, 왜냐하면 이들은 비- 집합된 또는 느슨하게- 집합된 물질들을 강화시킬 수 있기 때문이다. 예를 들면, 결합제는 두 개 이상의 표면들을 하나로 되도록 할 수 있다. 특히, 결합제는 강화된 섬유를 포함하는 제품을 생산하기 위해 사용될 수 있다. 열경화성 결합제는 열 또는 촉매 작용에 의해 불용성 및 비용해성 물질로 전성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 열경화성 결합제의 예는 다양한 페놀-알데히드, 우레아-알데히드, 멜라민-알데히드, 및 퓨란 및 폴리우레탄 수지와 같은 다른 축합-중합 물질을 포함한다. 페놀-알데히드, 레조르시놀-알데히드, 페놀/알데히드/우레아, 페놀/멜라민/알데히드, 등을 함유하는 결합제 조성물은 섬유, 직물, 플라스틱, 고무, 및 많은 다른 물질의 결합에 사용된다.
광물면(mineral wool) 및 섬유판 산업은 역사적으로 섬유를 결합하기 위해 페놀 포름알데히드 결합제를 사용했다. 페놀 포름알데히드 유형 결합제는 최종 제품에 적절한 특성을 제공한다; 그러나, 환경적 고려를 통해 대안적인 결합제의 개발이 고무되었다. 한 그러한 대안적인 결합제는 예를 들면, 미국 출원 공개 제2007/0027283호 및 PCT 출원 공개 WO2009/019235의 탄수화물 및 다양성자 산의 반응으로부터 유도된 탄수화물계 결합제이다. 또다른 대안적인 결합제는 예를 들면, 미국 공개 출원 제2005/0202224호의 폴리카복실산 및 폴리올의 반응의 에스테르화 생성물이다. 이들 결합제는 시약으로서 포름알데히드를 사용하지 않기 때문에, 이들은 총괄하여 무-포름알데히드 결합제로 지칭되고 있다.
현재 개발의 한 영역은 건축 및 자동차 부문의 전 범위의 제품 (예컨대 섬유유리 단열재, 파티클보드(PB), 사무실 패널, 및 소음 방지 단열재)에 걸쳐 상기 페놀 포름알데히드 유형 결합제의 대체물을 찾는 것이다. 특히, 종래 개발된 무-포름알데히드 결합제는 이 부문의 모든 제품에 대하여 요구되는 특성을 모두 포함하지는 않을 수 있다. 예를 들면, 아크릴산 및 폴리(비닐알콜)계 결합제는 유망한 성능 특성을 나타내었다. 그러나, 이들은 페놀 포름알데히드 결합제보다 상대적으로 더욱 비싸고, 석유-계 자원으로부터 본질적으로 유도되며, 및 페놀 포름알데히드계 결합제 조성물에 비해 더 낮은 반응 속도를 나타내는 경향을 가진다(연장된 경화 시간 또는 증가된 경화 온도를 요구함). 탄수화물-계 결합제 조성물은 상대적으로 저렴한 전구물질로 제조되고 대부분 재생가능한 자원으로부터 유도된다; 그러나, 이들 결합제는 또한 전통적인 페놀 포름알데히드 결합제 시스템이 경화되는 조건과 실질적으로 상이한, 경화를 위한 반응 조건을 요구한다. 이와 같이, 기존의 대안물에 의한 페놀 포름알데히드 유형 결합제의 손쉬운 대체는 쉽게 성취될 수 없었다.
개요
본 명세서에 따라, 탄수화물계 결합제가 기술된다. 상기 결합제 조성물은 다양한 적용에 유용하도록 만드는 특성을 갖는다; 특히, 상기 결합제는 섬유와 같이 느슨하게 집합된 물질을 결합하기 위해 사용될 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 본 명세서는 탄수화물 반응물 및 폴리아민의 중합 생성물을 포함하는 결합제에 관한 것이다. 일 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 다당류이다. 일 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 단당류 또는 이당류이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 탄수화물은 이의 알도오스 또는 케토오스 형태인 단당류이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 덱스트로오스, 자일로오스, 프룩토오스, 디히드록시아세톤, 및 이의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 중합 생성물은 열경화성 수지 중합 생성물이다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 1차 폴리아민이다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 화학식 H2N-Q-NH2을 가지는 분자일 수 있고, 여기서 Q는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 또는 시클로헤테로알킬이고, 이들 각각은 임의로 치환될 수 있다. 일 구체예에 있어서, Q는 C2-C24로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬이다. 또다른 구체예에 있어서, Q는 C2-C8로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬이다. 또다른 구체예에 있어서, Q는 C3-C7로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬이다. 또다른 구체예에 있어서, Q는 C6 알킬이다. 일 구체예에 있어서, Q는 시클로헥실, 시클로펜틸 또는 시클로부틸로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 또다른 구체예에 있어서, Q는 벤질이다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 디아민, 트리아민, 테트라아민, 및 펜트아민으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 1,6-디아미노헥산 및 1,5-디아미노-2-메틸펜탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 디아민이다. 일 구체예에 있어서, 상기 디아민은 1,6-디아미노헥산이다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 디에틸렌트리아민, 1-피페라진-에탄아민, 및 비스(헥사메틸렌)트리아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 트리아민이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 테트라아민 가령 트리에틸렌테트라아민이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 펜트아민, 가령 테트라에틸렌펜트아민이다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 1차 폴리아민은 폴리에테르-폴리아민이다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리에테르-폴리아민은 디아민 또는 트리아민이다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물 대 상기 폴리아민의 중량비는 약 1:1 내지 약 30:1의 범위이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물 대 상기 폴리아민의 중량비는 약 2:1 내지 약 10:1의 범위이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 중합 생성물의 수성 추출물은 약 5 내지 약 9의 범위의 pH를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 중합 생성물의 수성 추출물은 본질적으로 무색이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 중합 생성물은 무-페놀 및/또는 무-포름알데히드이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 중합 생성물의 수성 추출물은 베네딕트 시약(Benedict's reagent)을 환원시킬 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 중합 생성물은 400 내지 500　nm, 예를 들면, 420 nm의 빛을 흡수한다.
일 예시적인 구체예에 있어서, 중합 결합제와 결합된 물질의 집합체를 제조하는 방법은 상기 중합 결합제를 제조하기 위한 반응물 및 용매를 함유하는 용액을 제조하는 단계, 여기서 상기 반응물은 탄수화물 반응물 및 폴리아민을 포함함; 상기 용액을 상기 물질 집합체 상에 배치하는 단계; 상기 용매를 휘발시켜 비경화 제품을 형성하는 단계, 및 상기 비경화 제품을 상기 탄수화물 반응물 및 상기 폴리아민이 중합을 유발하는 조건으로 처리하여 중합 결합제를 형성하는 단계를 포함한다. 일 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 광물 섬유 (슬래그면(slag wood) 섬유, 암면 섬유, 또는 유리 섬유), 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 탄소 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 레이온 섬유, 및 셀룰로오스 섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 섬유를 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 미립자 가령 석탄 또는 모래를 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 유리 섬유이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 유리 섬유는 중량으로 약 70% 내지 약 99%의 범위로 존재한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 예를 들면, 상기 셀룰로오스 섬유는 대팻밥, 톱밥, 목재 펄프, 또는 쇄목 펄프일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 셀룰로오스 섬유는 다른 천연 섬유 가령 황마, 아마, 대마, 및 짚일 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 중합 결합제와 결합된 물질의 집합체를 제조하는 방법은 탄수화물 반응물의 양 및 폴리아민의 양을, 각각 중량비가 약 2:1 내지 약 10:1의 범위이도록 부가하여 용액을 제조하는 단계를 더 포함한다. 일 구체예에 있어서, 상기 용액을 제조하는 단계는 상기 탄수화물 반응물 및 상기 폴리아민을 수용액에 부가하는 단계를 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 용액을 제조하는 단계는 약 8 내지 약 13의 범위, 예를 들면, 약 8 내지 약 12의 범위 내로 상기 용액의 pH를 조정하는 단계를 포함한다.
예시적인 구체예에 있어서, 본 명세서는 물질의 집합체 및 결합제를 포함하는 조성물에 관한 것이고; 상기 결합제는 탄수화물 반응물 및 폴리아민 간의 반응의 중합 생성물을 포함하고, 상기 중합 생성물은 실질적으로 불수용성이다. 일 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 광물 섬유 (슬래그면 섬유, 암면 섬유, 또는 유리 섬유), 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 탄소 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 레이온 섬유, 및 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 예를 들면, 셀룰로오스 섬유는 대팻밥, 톱밥, 목재 펄프, 및/또는 쇄목 펄프를 포함한다. 일 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 덱스트로오스, 자일로오스, 프룩토오스, 디히드록시아세톤, 및 이의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 디아민, 트리아민, 테트라아민, 및 펜트아민으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 H2N-Q-NH2이고, 여기서 Q는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 또는 시클로헤테로알킬이며, 이들 각각은 임의로 치환된다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 조성물은 규소-함유 화합물을 더 포함한다. 일 구체예에 있어서 상기 규소-함유 화합물은 관능화된 실릴에테르 또는 관능화된 알킬실릴에테르이고, 가령 예를 들면, 아미노-관능화된 알킬실릴에테르이다. 예를 들면, 일 구체예에 있어서, 상기 규소-함유 화합물은 감마-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-글리시독시프로필-트리메톡시실란, 또는 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 또는 이의 혼합물일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 규소-함유 화합물은 아미노관능성 올리고머 실록산일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 조성물은 탈진유(dedusting oil), 일인산 암모늄, 메타규산나트륨 5수화물, 멜라민, 주석 (II)옥살레이트, 및 메틸 수소 실리콘 유체 에멀젼으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 부식 방지제를 포함한다.
도 1은 결국 멜라노이딘을 생산하는 마이야르 반응(Maillard 반응)의 개략도를 나타낸다.
도 2는 대표적인 아마도리 전위(Amadori rearrangement)의 개략도를 나타낸다.
도 3은 204　℃에서 온도 제어 플래턴이 구비된 성형 프레스를 이용하여 열 성형 주기 (X-축을 성형 시간의 분으로 나타냄) 동안 상이한 결합제에 대한 섬유유리 매트 시료의 중심의 경화 온도 프로파일 (Y-축을 ℃로 나타냄)을 나타낸다. 결합제　1 (◆)은 페놀 포름알데히드 결합제 (비교예　2)이고; 결합제　2 (■)는 탄수화물 - 무기산 결합제 (비교예　3)이며; 결합제　3 (X)는 덱스트로오스 - 암모니아 - 헥사메틸렌 디아민 (HMDA) 결합제 (실시예　5)이다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태를 허용하나, 특정 구체예들이 본 명세서에 상세히 기술될 것이다. 그러나, 기술된 특정 형태로 본 발명을 한정하는 것으로 의도되는 것은 아니며, 반대로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 등가물, 및 대안물을 포괄하는 것으로 의도되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서는 비- 집합된 또는 느슨하게- 집합된 물질을 강화시키기에 예측하지 못한 유용성을 갖는 결합제 조성물에 관한 것이다. 상기 결합제 조성물은 결합제 조성물 분야의 최신 기술에서 예측하지 못한 진보를 나타낸다. 특히, 상기 결합제는 탄수화물계 결합제 시스템의 특징인 환경적으로 타당한 이점을 유지하면서, 성능을 향상시키고 더욱 간소화되고 유리한 제조 방법론을 제공한다.
본 명세서에서 사용된, 용어 결합제 용액은 실질적으로 탈수되어 비경화 결합제를 형성할 수 있는 화학물질의 용액이다. 본 명세서에서 사용된, 상기 결합제 또는 결합제 조성물은 경화되거나 경화되지 않거나, 또는 부분적으로 경화될 수 있다. 상기 비경화 결합제의 조성물은 비경화 결합제 조성물로 지칭된다. 비경화 결합제는 경화되어 경화된 결합제를 형성할 수 있는, 실질적으로 탈수된 화학물질의 혼합물이다. 실질적으로 탈수된은 결합제 용액을 만들기 위해 사용되는 용매 (전형적으로 물 또는 이의 혼합물)가, 잔여 물질(상기 결합제 반응물 및 용매를 포함)의 점도가 상기 느슨하게 집합된 물질들 간에 응집을 형성하기 위해 충분히 높은 정도로 증발되는 것을 의미하며; 따라서, 상기 잔여 물질은 비경화 결합제이다. 일 구체예에 있어서, 상기 용매는 잔여 물질의 전체 중량의 65% 미만이다. 또다른 구체예에 있어서, 실질적으로 탈수된 결합제는 전체 결합제의 중량으로 약 5% 내지 약 65% 물의 수분 함량을 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 용매는 잔여 물질의 전체 중량의 50% 미만일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 용매는 잔여 물질의 전체 중량의 35% 미만일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 실질적으로 탈수된 결합제는 전체 결합제의 중량으로 약 10% 내지 약 35% 물을 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 용매는 잔여 물질의 전체 중량의 약 20% 미만을 포함할 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 비경화 결합제는 적어도 부분적으로 수용성인, 무색, 백색, 미색, 황토색 또는 노란색 내지 약간 갈색인 끈적거리는 물질일 수 있다. 본 명세서에서 사용된, 용어 경화된 결합제는 상기 비경화 결합제 조성물을 경화한 것의 중합 생성물을 기술한다. 상기 경화된 결합제는 특징적인 갈색 내지 검정색을 가질 수 있다. 갈색 또는 검정색으로 기술되었으나, 또다른 특징은 상기 결합제가 넓은 범위에 걸친 파장의 빛을 흡수하는 경향이 있다는 것이다. 특히, 대략 420 nm에서 더 높은 흡광도가 존재할 수 있다. 상기 중합체는 광범위하게 가교-결합되기 때문에, 상기 경화된 결합제는 실질적으로 불용성이다. 예를 들면, 상기 결합제는 물에서 대부분 불용성이다. 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 비경화 결합제는 섬유를 강화시키기 위해 충분한 결합 능력을 제공한다; 그러나, 경화된 결합제는 단단한, 오래 지속되는 내구성 및 가교-결합된 중합체와 공통적으로 관련된 물리적 특성을 제공한다.
예시적인 구체예에 있어서, 본 명세서에 기술된 상기 결합제 반응물은 물에서 가용성이고 상기 결합제 용액은 수용액 내 상기 결합제 반응물의 용액이다. 일 구체예에 있어서, 하나 이상의 결합제 반응물 또는 첨가제의 용해도 또는 분산성을 증가시키기 위해 상기 수용액에 계면활성제가 포함된다. 예를 들면, 계면활성제는 미립자 첨가제의 분산성을 향상시키기 위해 결합제 수용액에 첨가될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 계면활성제는 비극성 첨가제 또는 결합제 반응물을 갖는 에멀젼을 생성하기 위해 사용된다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 결합제 용액은 상기 결합제 용액의 중량을 기준으로 중량으로 약 0.01% 내지 약 5% 계면활성제를 포함한다.
예시적인 구체예에 있어서, 본 명세서에서 기술된 상기 결합제 용액은 광물 섬유 단열재 제품의 생산 동안 광물 섬유에 적용될 수 있다 (예컨대, 상기 결합제 용액이 성형 영역을 들어갈 때, 매트 상에 분사되거나 섬유 상에 분사됨). 일단 상기 결합제 용액이 상기 광물 섬유와 접촉하면, 상기 광물 섬유로부터 잔여 열 (예를 들면 유리 섬유는 용융된 유리로 제조되고 따라서 잔여 열을 함유함을 유념하라) 및 생성물을 통과하는 및/또는 주변의 공기의 흐름이 상기 결합제 용액으로부터 물의 일부가 증발하는 것을 유발할 것이다. 물의 제거는 섬유 상의 상기 결합제의 잔여 성분을 점성 또는 반-점성 하이솔리드(high-solid) 혼합물의 코팅으로서 남긴다. 상기 점성 또는 반-점성 하이솔리드 혼합물의 코팅은 결합제로서 기능한다. 이점에서, 상기 매트는 경화되지 않았다. 다시 말해서, 상기 비경화 결합제는 상기 매트 내 광물 섬유를 결합하는 기능을 한다.
나아가, 상기 기술된 비경화 결합제는 경화될 수 있음으로 이해되어야 한다. 예를 들면, 경화된 단열재 제품의 제조 공정은 상기 비경화 결합제 조성물 내에 화학 반응을 유발시키기 위해 열이 적용되는 후속 단계를 포함할 수 있다. 예를 들면, 섬유유리 단열재 제품을 제조하는 경우에서, 상기 결합제 용액을 상기 섬유에 적용한 후 탈수하고, 상기 비경화 단열재 제품을 경화 오븐으로 이동시킬 수 있다. 상기 경화 오븐에서 상기 비경화 단열재 제품은 가열되어 (예컨대, 약 300 ℉ 내지 약 600 ℉ [약 150 ℃ 내지 약 320 ℃]), 상기 결합제가 경화하는 것을 유발한다. 상기 경화된 결합제는 상기 단열재 제품의 유리 섬유와 함께 결합하는 무-포름알데히드, 방수 결합제이다. 건조 단계 및 열 경화 단계는 순차적으로, 동시에, 같은 시기에, 또는 함께 일어날 수 있음을 유념하라.
예시적인 구체예에 있어서, 비경화 섬유 제품은 약 3% 내지 약 40%의 건조 결합제 고체 (중량으로 전체 비경화 고체)를 포함한다. 일 구체예에 있어서, 상기 비경화 섬유 제품은 약 5% 내지 약 25%의 건조 결합제 고체를 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 비경화 섬유 제품은 중량으로 약 50% 내지 약 97% 섬유를 포함한다.
광물 섬유 상의 결합제에 대하여 본 명세서에서 언급된 바와 같이, 경화된 결합제는 결합제 반응물을 경화한 생성물이다. 용어 경화된은 화학적 변화를 개시하기 위한 조건에 상기 결합제가 노출되는 것을 가리킨다. 이들 화학적 변화의 예는 (i) 공유 결합, (ii) 결합제 성분들의 수소 결합, 및 (iii) 상기 결합제 내 중합체들 및/또는 올리고머들을 화학적으로 가교-결합하는 것을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 이들 변화는 상기 비경화 결합제에 비해 상기 결합제의 내구성 및 용매 저항성을 증가시킬 수 있다. 결합제의 경화는 열경화성 물질의 형성을 유발할 수 있다. 또한, 경화된 결합제는 비경화 결합제에 비해 집합체 내 물질 간의 접착력의 증가를 유발할 수 있다. 경화는 예를 들면, 열, 마이크로파 방사선, 및/또는 상기 언급된 화학적 변화 중 하나 이상을 개시하는 조건에 의해 개시될 수 있다. 특정 이론에 제한되지 않으나, 경화는 상기 탄수화물 및 상기 폴리아민이 반응하여 멜라노이딘을 형성하는 것을 포함한다.
상기 결합제 내 화학적 변화가 물의 방출을 유발하는 상황, 예컨대, 중합 및 가교-결합에서, 경화는 단독 건조로부터 일어날 수 있는 상기 방출된 물의 양에 의해 결정될 수 있다. 결합제가 경화된 경우와 비교할 때, 건조 동안 방출된 물의 양을 측정하기 위해 사용되는 기술은 당해 적용에 널리 공지되어 있다.
본 명세서의 일 양태는 상기 경화된 결합제 조성물이 질소 중합체를 포함한다는 것이다. 상기 질소 중합체는 색깔이 갈색 내지 검정색이다. 특정 이론에 제한되는 것은 아니나, 상기 경화된 결합제 조성물은 멜라노이딘을 포함한다. 멜라노이딘은 갈색, 고분자량, 복합체, 퓨란 고리-함유 및 질소-함유 중합체인 것으로 인식가능하다. 본 명세서에서 사용된 고분자량은 100,000 달톤을 초과하는 분자량을 갖는 그런 중합체를 포함한다. 고도로 가교-결합된 중합 사슬과 비교시, 본 명세서에서 기술된 멜라노이딘의 분자량은 무한에 가깝다. 따라서, 상기 멜라노이딘의 분자량은 분석되는 중합체의 질량 및 물리적 크기의 함수일 수 있다. 예를 들면, 3 그램의 질량을 갖는 멜라노이딘의 통합된 시료는 광범위한 가교-결합으로 인해 단일 중합체 분자를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 상기 중합체의 분자량은 대략 1.8 x 1024 그램/몰일 것이다 (상기 시료 질량 및 아보가드로 수의 곱(product)임). 본 명세서에서 사용된, 고분자량 중합체는 약 1 x 105 및 약 1 x 1024 그램/몰 정도의 분자량을 갖는 중합체를 포함한다.
특정 이론에 제한되지 않으나, 멜라노이딘은 반응물 및 제조 조건에 따라 구조가 변한다는 것이 알려져 있다. 또한 멜라노이딘은 온도 및 가열 시간에 비례하여 증가하는 탄소 대 질소 비를 가짐이 알려져 있다. 나아가, 멜라노이딘은 포화, 불포화 및 방향족 특성을 가진다. 멜라노이딘에 대하여, 불포화 및 방향성의 정도는 온도 (경화 온도) 및 가열 시간 (경화 시간)에 비례하여 증가한다. 멜라노이딘은 또한 상기 멜라노이딘 내의 다양한 구조에 반응물로서 포함되는 당의 C-1을 함유한다. 멜라노이딘은 또한 카보닐, 카복실, 아민, 아미드, 피롤, 인돌, 아조메틴, 에스테르, 무수물, 에테르, 메틸 및/또는 히드록실 기를 함유할 수 있다. 상기 구조의 복잡성에 따라, 적외선 분광법이 하나 이상의 이들 관능기의 규명에 유용할 수 있다. 본 명세서에서 멜라노이딘-유형 중합체로 기술되어 있다 하더라도, 숙련가는 상기 결합제가 또한 존재하는 특정 결합 가령 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아미드, 등의 존재에 따라 분류가능할 수 있음을 인식할 것이다.
상기 결합제를 특성규명하는 또다른 방식은 상기 경화된 결합제의 열분해 동안 생성되는 기체 화합물의 분석을 통한 것이다. 본 명세서의 범위 내의 경화된 결합제의 기체 열분해는 대략 0.5 내지 약 15% (상대적인 피크 면적에 의해)의 하나 이상의 다음의 화합물을 수득할 수 있다: 2-시클로펜텐-1-온, 2,5-디메틸-퓨란, 퓨란, 3-메틸-2,5-퓨란디온, 페놀, 2,3-디메틸-2-시클로펜텐-1-온, 2-메틸 페놀, 4-메틸 페놀, 2,4-디메틸-페놀, 디메틸프탈레이트, 옥타데칸산, 또는 에루코산아미드. 상기 폴리아민 성분으로서 헥사메틸렌디아민을 사용하여 제조된 결합제 시료의 770　℃에서 수행된 열분해 기체 크로마토그래피 질량 분광분석 (Py GC-MS)에서의 감식은 피리딘과, 피롤 또는 피리딘 유도체 (메틸 피리딘, 메틸 피롤, 디메틸 피리딘, 디메틸 피롤, 에틸 메틸 피롤, 및 다른 피롤 관련 N-함유 성분)인 다수의 성분을 나타낸다. 상기 결합제가 규명될 수 있는 또다른 방식은 상기 결합제 (또는 추출 용액)를 함유하는 용액이 베네딕트 시약을 환원시킬 수 있는 지이다. 일 구체예에 있어서, 상기 결합제 또는 이의 수성 추출물과 접촉하는 용액은 베네딕트 시약을 환원시킨다.
본 명세서의 일 양태는 본 명세서에 기술된 결합제가 환경 친화적이라는 것이다. 선진 정부 규제를 따라, 본 명세서는 무-포름알데히드로 제조될 수 있는 결합제를 기술한다. 부가적으로, 본 명세서에서 기술된 화학은 본질적으로 포름알데히드 및 페놀이 없다. 이런 의미에서, 본 명세서의 범위 내에서 시약으로서 포름알데히드도 페놀도 사용되지 않는다. 상기 포름알데히드와 페놀, 둘 모두 잠재적으로 유용한 특성을 갖는 결합제를 얻기 위해 부가될 수 있으나, 본 명세서의 일 양태는 이들 반응물 모두 없이 제조될 수 있는 결합제이다. 또다른 양태에 있어서, 본 결합제 조성물은 휘발성 반응물의 사용 없이 제조될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 1차 아민 및 상기 탄수화물은 모두 비휘발성 반응물이다. 본 명세서에서 사용된, 휘발성 반응물은 20　℃에서 10 kPa 초과의 증기압을 갖는 것이다. 마찬가지로, 본 명세서에서 사용된, 비휘발성 반응물은 20　℃에서 약 10 kPa 미만의 증기압을 갖는다. 특히 그리고 예로서, 본 결합제는 암모니아 또는 암모니아 방출 화합물의 부가 없이 제조될 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 60　℃에서 약 0.5 kPa 미만의 증기압을 갖는다.
본 명세서의 또다른 환경 친화적 양태는 상기 결합제의 1차 반응물이 탄수화물이라는 것이다. 탄수화물은 재생가능한 자원으로 고려된다. 그러나, 최신 기술은 결합제 조성물의 제조를 위해 석유-유래 반응물을 주로 사용한다. 또다른 양태에 있어서, 상기 결합제는 종래 기술에서 기재된 그런 비교할만한 시스템보다 더 낮은 온도에서 일어날 수 있는 화학 반응을 통해 제조된다. 이와 같이, 경화 오븐 및 제조 장비는 더 낮은 온도에서 작동될 수 있어, 귀중한 자원을 절약한다. 대안적으로 그리고 관련된 방식으로, 본 명세서에서 기술된 상기 결합제는 동일한 경화 온도로 처리되는 경우 현재 사용되는 비교할만한 결합제보다 더욱 빠르게 경화한다. 따라서, 둘 중 어느 하나의 접근법을 통해, 본 명세서의 일 양태는 현재 개시된 결합제를 사용하여 형성된 제품의 탄소 발자국이 최신 기술에 따라 제조된 비교할만한 결합제, 예를 들면 페놀 포름알데히드계 제품에 비해 실질적으로 감소될 수 있다는 것이다.
또한 환경적 이익에 더하여, 본 결합제 조성물 및 이를 이용하여 제조된 물질은 비교할만한 결합제 시스템, 예를 들면 페놀 포름알데히드 결합제와 대등하거나 초과하는 성능 특성을 갖도록 제조될 수 있다. 일 양태에 있어서, 본 명세서에 따른 결합제는 이를 이용하여 OEM 적용분야에서 다이-컷팅, 제작, 적층, 및 설치를 허용하는데 충분한 인장 강도를 가지도록 제작된 물품을 제공한다. 일 양태에 있어서, 본 명세서에 따른 결합제는 페놀 포름알데히드 결합제와 비교할만한 방수성 (내후성)을 가진다. 특정 적용분야와 관련될 수 있는 다른 성능 특성은 생성물 배출, 밀도, 열작 감량, 두께 회복, 분진, 인장 강도, 분리(parting) 강도, 분리 강도의 내구성, 결합 강도, 물 흡수, 열간 표면 성능, 스틸 상의 부식성, 굴곡 강도, 강성-강도, 압축저항성, 조건부 압축저항성, 압축 계수, 조건부 압축 계수, 및 점화시 연기 발생을 포함한다. 본 명세서의 일 양태는 상기 경화된 결합제의 추출물이 본질적으로 pH 중성, 예를 들면 6 내지 8의 pH이다는 것이다. 본 명세서의 또다른 양태는 본 결합제가 페놀 포름알데히드 결합제 조성물과 비교할만한 관련 성능 특성을 갖는 생성물의 제조를 가능하게 한다는 것이다.
예시적으로, 일 구체예에 있어서, 본 개시 발명에 따른 결합제는 본질적으로 무색 수성 추출물을 수득하는 이점을 갖는다. 본 명세서의 이러한 특징은 상기 결합제를 천장 타일, 가구, 또는 사무실 패널과 같은 용도에 바람직하도록 만들고, 여기서 완성품은 물과 접촉할 수 있다. 본 결합제로 제조된 경화된 제조품은 수분 또는 물과 접촉한 후에 변색 또는 유출에 대하여 우수한 저항성을 나타낸다. 나아가, 그러한 일 구체예에 있어서, 상기 결합제와 접촉하는 물은 상기 결합제와 접촉한 다음에 접촉할 수 있는 다른 물품 또는 부품 상에 잔여 색깔을 남기지 않는다. 예를 들면, 일 구체예에 있어서, 상기 결합제는 사무실 패널 적용에서 유리 섬유를 결합하기 위해 사용될 수 있다. 결합된 섬유유리 조성물을 덮는 막은 밝은 색의 천일 수 있다. 유리하게, 일 구체예에 있어서, 상기 섬유유리 조성물을 접촉하는 물은 상기 사무실 패널이 건조된 후에 상기 천 상에 착색된 잔여물을 남기지 않는다.
또한 성능 특성에 대하여, 본 개시된 결합제를 비롯하여 제조하는 공정 및 방법은 이전에 기술된 결합제보다 많은 예측하지못한 이점들을 갖는다. 일 양태에 있어서, 환경적 이점에 대하여 앞에서 기술된 바와 같이, 본 결합제는 고도의 휘발성 반응물의 사용 없이 제조될 수 있다. 따라서, 제조 배기가스 제어의 부담이 감소한다. 나아가, 증발로 인한 반응물 손실이 감소되기 때문에 반응 효율이 더 높다. 따라서, 본 명세서의 일 양태는 본 명세서에서 사용된 화합물이 실질적으로 비휘발성인 것이며, 따라서 바람직하지않은 배출을 경감시키기 위해 취해야 할 단계들이 감소된다.
또다른 양태에 따라, 결합제를 형성하기 위해 반응하는 상기 반응물은 충분히 느리게 반응하여, 그래서 단일 단계/단일 포트(pot) 결합제 시스템이 사용될 수 있다. 이러한 양태에 따라, 상기 반응물 화합물은 단일 반응물 용액에 부가될 수 있고 하나의 분배 시스템을 이용하여 제품에 적용될 수 있는 합리적인 시간의 양 동안 저장될 수 있을 만큼 반응하기에 충분히 느리다. 저온에서 반응하는 그런 결합제 시스템과의 이러한 대조는 결합제 용액 전달 시스템 내에서 불용성 반응 생성물을 초래한다. 본 명세서에서 사용된, 상당한 (>5%) 중합체 침전없이 보관을 위한 합리적인 시간의 양은 2주일이다.
본 명세서의 또다른 양태는 단일-포트 접근법을 용이하게 하기 위해, 상기 결합제는 실온 조건에서 충분히 반응성있지 않다고 할지라도, 매우 낮은 온도 및/또는 매우 짧은 경화 체류 시간에서 경화시키기 위해 상승된 온도에서 충분히 반응성이 있다는 것이다. 일 양태에 있어서, 낮아진 경화 온도는 단열재 제품이 무화염(flameless) 연소를 겪고 및/또는 라인 화재를 유발하는 위험을 감소시킨다. 본 명세서에서 사용된, 매우 낮은 온도는 약 120　℃ 이하인 것을 특징으로 한다. 본 명세서에서 사용된, 매우 짧은 경화 시간은 약 4 분 이하이다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 결합제 조성물은 상기 비경화 결합제 또는 결합제 용액의 유통기한을 증가시키기 위해 산 또는 산 염을 포함한다. 이러한 산은 반응물 또는 촉매는 아니나, 상기 결합제 용액 또는 비경화 결합제가 저장 조건하에서 유지되는 동안, 상기 결합제 반응물이 상기 결합제를 형성하는 것을 느리게하거나 저해하기 위해 포함될 수 있다. 예를 들면, 휘발성 산 또는 산 염은 주변 조건에서 경화 반응을 느리게하거나 저해하기 위해 상기 결합제 용액 또는 비경화 결합제에 포함될 수 있다. 그러나, 상기 산이 휘발되도록 상기 산은 상기 결합제 용액 또는 비경화 결합제를 가열함으로써 제거될 수 있고, 상기 결합제 용액 또는 비경화 결합제의 pH는 증가한다. 일 구체예에 있어서, 상기 결합제 조성물은 유통기한을 연장하는 산을 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 결합제 조성물은 유통기한을 연장하는 산 대 폴리아민의 몰비를 약 1:20 내지 약 1:1로 포함한다.
본 명세서의 또다른 양태는 비교할만한 용도의 범위 내에서 비교할만한 페놀 및 포름알데히드 유형 결합제가 나타낼 수 있는 그러한 경화 속도를 만족하거나 초과하는 경화 속도, 주기 시간, 및 경화 온도를 갖는 결합제이다. 이 점에 있어서, 본 결합제는 장비에 변형 없이 적용용도에서 페놀 포름알데히드 수지에 대한 직접 대체물로서 사용될 수 있다. 나아가, 본 결합제는 반응 온도 및 경화 시간 모두 감소될 수 있도록 경화 온도 및 시간의 변형을 가능하게 한다. 이러한 감소는 공정 전체의 에너지 소비의 감소의 효과를 가지며, 제품 생산의 환경적 영향을 감소시킨다. 나아가, 더 낮은 경화 온도는 제조 공정의 안전성을 증가시키는 효과를 추가로 갖는다. 상기 더 낮은 경화 온도의 또다른 효과는 무화염 연소 또는 화재의 위험성의 감소이다.
단열재 제품의 제조에서, 발열성 경화 반응에 의해 방출되는 열은 제품의 자연 발열(self-heating)을 야기할 수 있다. 자연 발열은 전형적으로 제품으로부터 열이 소모되는 동안은 문제가 되지 않는다. 그러나, 상기 열이 상기 제품의 온도를 산화 작용이 일어나는 점까지 증가시키면, 상기 자연 발열은 상기 제품에 상당한 손상을 유발할 수 있다. 예를 들면, 무화염 연소 또는 산화는 단열재 제품의 온도가 약 425　℉ (210　℃)를 초과하는 경우에 발생할 수 있다. 이들 온도에서, 발열성 연소 또는 산화 작용은 추가의 자연 발열을 촉진하고 상기 결합제는 파괴될 수 있다. 나아가, 상기 온도는 상기 유리 섬유의 융합 또는 실투(decitrification)가 가능한 수준까지 증가할 수 있다. 이는 단열재 제품의 구조 및 가치를 손상시킬 뿐만 아니라, 화재 위험 또한 생성할 수 있다.
본 명세서의 또다른 양태는 상기 결합제 시스템이 부식 방지제의 첨가를 포함하거나 포함없이 본질적으로 비부식성이라는 것이다. 나아가, 상기 결합제 시스템은 촉매 또는 활성 성분으로서 어떠한 유기 또는 무기산 또는 이의 염의 첨가도 요구하지 않는다. 따라서, 본 결합제의 일 양태는 본질적으로 산-없이 제조될 수 있다는 것이다. 나아가, 상기 결합제는 완전히 알칼리 조건 하에서 제조될 수 있다. 본 명세서에서 사용된, 용어 산은 다양성자성 무기 및 유기 산 (예컨대 황산 및 시트르산)과 같은 이들의 산성 특징에 대하여 주로 특성규명이 가능한 그런 화합물을 포함한다. 이러한 양태는 제조 장비의 마모 및 유지보전 필요성을 감소시키고 작업자의 안전성을 향상시킨다.
예시적인 구체예에 있어서, 결합제는 탄수화물 반응물 및 폴리아민의 중합 생성물을 포함한다. 본 명세서에서 사용된, 용어 탄수화물 반응물은 단당류, 이당류, 다당류, 또는 이의 반응 생성물을 말한다. 일 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 환원 당일 수 있다. 본 명세서에서 사용된, 환원 당은 알데히드 기를 함유하는, 또는 알데히드 기를 함유하기 위해 이성질화할 수 있는, 즉, 호변 이성질화할 수 있는 하나 이상의 당을 가리키고, 상기 기들은 예를 들면, Cu+2를 이용하여 산화되어 카복실산을 형성할 수 있다. 임의의 그러한 탄수화물 반응물은 가령 히드록시, 할로, 알킬, 알콕시, 등으로 임의로 치환될 수 있음이 또한 인식된다. 추가로, 임의의 그러한 탄수화물 반응물에서, 하나 이상의 키랄 중심이 존재하고, 각각의 키랄 중심에서 두 가능한 광학적 이성질체는 본 명세서에 기술된 발명에 포함되는 것으로 생각되는 것으로 인식된다. 나아가, 본 명세서에서 기술된 하나 이상의 구체예에, 임의의 그러한 탄수화물 반응물의 다양한 광학적 이성질체의 라세미 혼합물 또는 다른 부분입체이성질체 혼합물, 뿐만 아니라 이의 다양한 기하학적 이성질체를 포함하는 다양한 혼합물이 사용될 수 있음도 이해되어야 한다. 비-환원 당, 예를 들면 수크로오스는 바람직하지 않을 수 있으나, 이들은 그렇더라도 환원 당으로의 제자리(in-situ) 전환에 의해 본 명세서의 범위 내에 유용할 수 있다(즉 수크로오스의 전화당(invert sugar)으로의 전환은 당해 분야에 공지된 방법임). 또한, 단당류, 이당류, 또는 다당류는 부분적으로 전구물질과 반응되어 탄수화물 반응 생성물을 형성할 수 있음이 또한 이해된다. 상기 탄수화물 반응 생성물이 단당류, 이당류, 또는 다당류로부터 유도되고, 폴리아민과 유사한 반응성을 유지하여, 단당류, 이당류, 또는 다당류와 폴리아민과의 반응 생성물과 유사한 반응 생성물을 형성하는 정도까지, 상기 탄수화물 반응 생성물은 용어 탄수화물 반응물의 범위 내에 있다.
일 양태에 있어서, 임의의 탄수화물 반응물은 상기 폴리아민과의 반응에 이용가능한, 남아있는 이의 능력을 최대화하기 위하여 충분히 비휘발성이어야 한다. 상기 탄수화물 반응물은 트리오스, 테트로오스, 펜토오스, 헥소오스, 또는 헵토오스를 포함하는 이의 알도오스 또는 케토오스 형태의 단당류; 또는 다당류; 또는 이의 조합일 수 있다. 예를 들면, 트리오스가 상기 탄수화물 반응물의 역할을 하거나, 다른 환원 당 및/또는 다당류와 조합하여 사용되는 경우, 알도트리오스 당 또는 케토트리오스 당, 가령 각각 글리세르알데히드 및 디히드록시아세톤이 사용될 수 있다. 테트로오스가 상기 탄수화물 반응물의 역할을 하거나, 다른 환원 당 및/또는 다당류와 조합하여 사용되는 경우, 알도테트로오스 당, 가령 에리트로스 및 트레오스; 및 케토테트로오스 당, 가령 에리트룰로오스가 사용될 수 있다. 펜토오스가 상기 탄수화물 반응물의 역할을 하거나, 다른 환원 당 및/또는 다당류와 조합하여 사용되는 경우, 알도펜토오스 당, 가령 리보오스, 아라비노오스, 자일로오스, 및 릭소오스; 및 케토펜토오스 당, 가령 리불로오스, 아라불로오스, 자일룰로오스, 및 릭술로오스가 사용될 수 있다. 헥소오스가 상기 탄수화물 반응물의 역할을 하거나, 다른 환원 당 및/또는 다당류와 조합하여 사용되는 경우, 알도헥소오스 당, 가령 글루코오스 (즉, 덱스트로오스), 만노오스, 갈락토오스, 알로오스, 알토오스, 탈로오스, 굴로오스, 및 이도오스; 및 케토헥소오스 당, 가령 프룩토오스, 프시코오스, 소르보오스 및 타가토오스가 사용될 수 있다. 헵토오스가 상기 탄수화물 반응물의 역할을 하거나, 다른 환원 당 및/또는 다당류와 조합하여 사용되는 경우, 케토헵토오스 당 가령 세도헵툴로오스가 사용될 수 있다. 자연 발생하는 것으로 알려지지 않은 그러한 탄수화물 반응물의 다른 입체이성질체는 또한 본 명세서에서 기술된 상기 결합제 조성물을 제조하기에 유용한 것으로 생각된다. 일 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 고 프룩토오스 옥수수 시럽이다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 다당류이다. 일 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 저 중합도를 갖는 다당류이다. 일 구체예에 있어서, 상기 다당류는 당밀, 전분, 셀룰로오스 가수분해물, 또는 이의 혼합물이다. 일 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 전분 가수분해물, 말토덱스트린, 또는 이의 혼합물이다. 더 높은 중합도의 탄수화물은 바람직하지 않을 수 있으나, 이들은 그렇더라도 제자리 해중합에 의해 본 명세서의 범위 내에 유용할 수 있다 (즉 상승된 온도에서 암모니아 처리를 통한 해중합은 당해 분야에 공지된 방법임).
나아가, 상기 탄수화물 반응물은 비-탄수화물 폴리히드록시 반응물과 조합하여 사용될 수 있다. 상기 탄수화물 반응물과 조합하여 사용될 수 있는, 비-탄수화물 폴리히드록시 반응물의 예는 트리메틸올프로판, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 폴리비닐 알콜, 부분적으로 가수분해된 폴리비닐 아세테이트, 완전히 가수분해된 폴리비닐 아세테이트, 및 이의 혼합물을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 일 양태에 있어서, 상기 비-탄수화물 폴리히드록시 반응물은 단량체의 또는 중합체의 폴리아민과 반응할 수 있도록 남아있는 이의 능력을 최대화하기 위해 충분히 비휘발성이다. 상기 비-탄수화물 폴리히드록시 반응물의 소수성은 본 명세서에서 기술된 제조된 결합제의 물리적 특성을 결정하는 요인일 수 있다고 인식된다.
본 명세서에서 사용된, 폴리아민은 두 개 이상의 아민 기를 갖는 유기 화합물이다. 본 명세서에서 사용된, 1차 폴리아민은 두개 이상의 1차 아민기 (-NH2)를 갖는 유기 화합물이다. 용어의 범위 내에서 1차 폴리아민은 제자리에서 개질되거나 이성질화하여 두개 이상의 1차 아민기 (-NH2)를 갖는 화합물을 생성할 수 있는 그런 화합물이다. 예시적인 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 1차 폴리아민이다. 일 구체예에 있어서, 상기 1차 폴리아민은 화학식 H2N-Q-NH2를 갖는 분자일 수 있고, 여기서 Q는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 또는 시클로헤테로알킬이고, 이들 각각은 임의로 치환될 수 있다. 일 구체예에 있어서, Q는 C2-C24로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬이다. 또다른 구체예에 있어서, Q는 C2-C8로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬이다. 또다른 구체예에 있어서, Q는 C3-C7로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬이다. 또다른 구체예에 있어서, Q는 C6 알킬이다. 일 구체예에 있어서, Q는 시클로헥실, 시클로펜틸 또는 시클로부틸로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 또다른 구체예에 있어서, Q는 벤질이다.
본 명세서에서 사용된, 용어 "알킬"은 임의로 분지된 탄소 원자의 사슬을 포함한다. 본 명세서에서 사용된, 용어 "알켄일" 및 "알킨일"은 임의로 분지된 탄소 원자의 사슬을 포함하고, 각각 적어도 하나의 이중 결합 또는 삼중 결합을 포함한다. 알킨일도 하나 이상의 이중 결합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 알킬은 유리하게 C1-C24, C1-C12, C1-C8, C1-C6, 및 C1-C4를 포함하는 제한된 길이의 알킬인 것으로 추가로 이해되어야 한다. 알켄일 및/또는 알킨일은 각각 유리하게 C2-C24, C2-C12, C2-C8, C2-C6, 및 C2-C4를 포함하는 제한된 길이의 알켄일 및/또는 알킨일인 것으로 추가로 이해되어야 한다. 더 짧은 알킬, 알켄일, 및/또는 알킨일 기는 더 적은 친수성을 상기 화합물에 부가할 수 있고, 따라서 결합제 용액 내 상기 탄수화물 반응물 및 용해도에 따라 상이한 반응성을 가질 것임이 인식된다.
본 명세서에서 사용된, 용어 "시클로알킬"은 임의로 분지된, 탄소 원자의 사슬을 포함하고, 여기서 적어도 상기 사슬의 일부는 환형이다. 시클로알킬알킬은 시클로알킬의 부분집합인 것으로 이해되어야 한다. 시클로알킬은 다환식일 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예시적인 시클로알킬은 시클로프로필, 시클로펜틸, 시클로헥실, 2-메틸시클로프로필, 시클로펜틸에트-2-일, 아다만틸, 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서 사용된, 용어 "시클로알켄일"은 임의로 분지된, 탄소 원자의 사슬을 포함하고, 적어도 하나의 이중 결합을 포함하며, 여기서 적어도 상기 사슬의 일부는 환형이다. 하나 이상의 이중 결합은 시클로알켄일의 환형 부분 및/또는 시클로알켄일의 비-환형 부분에 있을 수 있음이 이해되어야 한다. 시클로알켄일알킬 및 시클로알킬알켄일은 각각 시클로알켄일의 부분집합인 것으로 이해되어야 한다. 시클로알킬은 다환식일 수 있음이 이해되어야 한다. 예시적인 시클로알켄일은 시클로펜텐일, 시클로헥실에텐-2-일, 시클로헵텐일프로펜일, 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 시클로알킬 및/또는 시클로알켄일을 형성하는 사슬은 유리하게 C3-C24, C3-C12, C3-C8, C3-C6, 및 C5-C6을 포함하는 제한된 길이의 사슬임이 추가로 이해되어야 한다. 각각 시클로알킬 및/또는 시클로알켄일을 형성하는 더 짧은 알킬 및/또는 알켄일 사슬은 상기 화합물에 더 적은 친유성을 부가할 수 있고 따라서 상이한 거동을 가질 것임이 본 명세서에서 인식된다.
본 명세서에서 사용된, 용어 "헤테로알킬"은 탄소 및 적어도 하나의 헤테로원자를 모두 포함하고, 임의로 분지된 원자의 사슬을 포함한다. 예시적인 헤테로원자 질소, 산소, 및 황을 포함한다. 특정 변형에서, 예시적인 헤테로원자는 또한 인, 및 셀레늄을 포함한다. 일 구체예에 있어서, 헤테로알킬은 폴리에테르이다. 본 명세서에서 사용된, 헤테로시클릴 및 헤테로시클을 포함하는 용어 "시클로헤테로알킬"은 탄소 및 적어도 하나의 헤테로원자, 가령 헤테로알킬을 모두 포함하고, 임의로 분지된 원자의 사슬을 포함하고, 여기서 상기 사슬의 적어도 일부는 환형이다. 예시적인 헤테로원자는 질소, 산소, 및 황을 포함한다. 특정 변형에서, 예시적인 헤테로원자 또한 인, 및 셀레늄을 포함한다. 예시적인 시클로헤테로알킬은 테트라히드로퓨릴, 피롤리디닐, 테트라히드로피라닐, 피페리디닐, 모폴리닐, 피페라지닐, 호모피페라지닐, 퀴누클리디닐, 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어 "임의로 치환된"은 임의로 치환된 라디칼 상에서 수소 원자를 다른 관능기로 대체하는 것을 포함한다. 그러한 다른 관능기는 예시적으로 아미노, 히드록실, 할로, 티올, 알킬, 할로알킬, 헤테로알킬, 아릴, 아릴알킬, 아릴헤테로알킬, 니트로, 술폰산 및 이의 유도체, 카복실산 및 이의 유도체, 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 예시적으로, 아미노, 히드록실, 티올, 알킬, 할로알킬, 헤테로알킬, 아릴, 아릴알킬, 아릴헤테로알킬, 및/또는 술폰산 중 어느 하나는 임의로 치환된다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 1차 폴리아민은 디아민, 트리아민, 테트라아민, 또는 펜트아민이다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 디에틸렌트리아민, 1-피페라진에탄아민, 또는 비스(헥사메틸렌)트리아민에서 선택된 트리아민이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 테트라아민, 예를 들면 트리에틸렌테트라아민이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 펜트아민, 예를 들면 테트라에틸렌펜트아민이다.
상기 1차 폴리아민의 일 양태는 이것이 낮은 입체 장애를 가질 수 있다는 것이다. 예를 들면, 1,2-디아미노에탄, 1,4-디아미노부탄, 1,5-디아미노펜탄, 1,6-디아미노헥산, 1,12-디아미노도데칸, 1,4-디아미노시클로헥산, 1,4-디아미노벤젠, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜트아민, 1-피페라진에탄아민, 2-메틸-펜타메틸렌디아민, 1,3-펜탄디아민, 및 비스(헥사메틸렌)트리아민, 뿐만 아니라 1,8-디아미노옥탄은 본 명세서의 범위 내에서 낮은 입체 장애를 갖는다. 일 구체예는 1,6-디아미노헥산 (헥사메틸렌디아민)이다. 또다른 구체예는 1,5-디아미노-2-메틸펜탄 (2-메틸-펜타메틸렌디아민)이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 1차 폴리아민은 폴리에테르-폴리아민이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 폴리에테르-폴리아민은 디아민 또는 트리아민이다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리에테르-폴리아민은 제프아민(Jeffamin) T-403 폴리에테르아민 (Huntsman Corporation)으로 알려진 440의 평균 분자량을 갖는 삼관능성 1차 아민이다.
일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 중합체의 폴리아민을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 명세서의 범위 내의 중합체의 폴리아민은 키토산, 폴리리신, 폴리에틸렌이민, 폴리(N-비닐-N-메틸 아민), 폴리아미노스티렌 및 폴리비닐아민을 포함한다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 폴리비닐 아민을 포함한다. 본 명세서에서 사용된, 상기 폴리비닐 아민은 호모중합체 또는 공중합체일 수 있다.
특정 이론에 제한되는 것은 아니나, 본 명세서의 일 양태는 상기 1차 폴리아민 및 상기 탄수화물 반응물이 멜라노이딘 생성물을 형성하기 위해 반응하는 마이야르 반응물인 것이다. 도 1은 마이야르 반응의 개략도를 나타내고, 이는 결국 멜라노이딘을 생산한다. 이의 초기 단계에서, 마이야르 반응은 탄수화물 반응물, 예를 들면, 환원 당을 포함한다 (상기 탄수화물 반응물은 마이야르 반응 조건 하에서 환원 당을 생성할 수 있는 물질로부터 유래할 수 있음을 유념하라). 상기 반응은 또한 상기 탄수화물 반응물 (예컨대, 환원 당)을 아민 반응물, 즉, 아미노 기를 갖는 화합물과 축합시키는 단계를 포함한다. 다시 말해서, 상기 탄수화물 반응물 및 상기 아민 반응물은 마이야르 반응을 위한 멜라노이딘 반응물이다. 이들 두 구성성분의 축합은 N-치환된 글리코실아민을 생성한다. 상기 마이야르 반응의 더욱 상세한 설명을 위해 Hodge, J.E. Chemistry of Browning Reactions in Model Systems J. Agric . Food Chem . 1953, 1, 928-943을 참조하며, 이들의 명세서는 참고로서 본 명세서에 포함된다. 마이야르 반응에 대한 문헌은 아미노 산으로부터 생성되는 멜라노이딘에 중점을 둔다. 본 명세서는 꼭 모든 아미노 산이 폴리아민이라고는 할 수 없다는 점에서 이들 참조문헌과 구별될 수 있다. 본 명세서의 범위 내의 폴리아민으로 고려되는 일반적인 아미노 산은 아스파라긴, 글루타민, 히스티딘, 리신, 및 아르기닌을 포함한다.
이론에 얽매임 없이, 상기 폴리아민 및 상기 탄수화물 반응물 간의 공유 반응은 더욱 구체적으로 기술될 것이다. 본 명세서에서 기술된, 본 반응의 경로는 다음의 이유 때문에 종래 기술에서 교시된 것과 구별된다: (1) 본 반응은 염기성 pH에서 완전히 일어날 수 있다, (2) 상기 폴리아민은 상기 탄수화물 반응물에 대한 이의 반응성에서 이-관능성이다, (3) 상기 폴리아민은, 이의 이-관능성 반응성 또는 또다른 인식하지못한 현상들을 통해, 반응의 범위 내의 더 낮은 활성화 에너지를 나타내고, 이는 예측하지못한 반응 속도의 증가 및/또는 반응이 진행될 온도의 감소를 유발한다.
폴리아민 및 탄수화물 반응물로부터 멜라노이딘의 형성에서 제1 단계는 상기 탄수화물 반응물 및 상기 폴리아민의 축합이다. 증거는 본 명세서에서 기술된 조건이 이러한 반응을 유도하여 완료하기에 특히 적절한 것으로 나타낸다. 먼저, 상기 결합제 용액의 알칼리성이 상기 축합을 유도하는 것으로 생각된다. 예를 들면, 당 및 아민은 사용되는 아민의 염기성 강도 또는 상기 용액의 pH에 비례하여 수용액 내에서 갈색화되는 것으로 나타났다. 상기 N-치환된 글리코실아민은 눈에 띨 정도로 수용액 내에서 해리되지 않은 채로 남아있는 것으로 생각된다. 따라서, 상기 해리되지 않은 분자가 겪는 비가역적인 변환이 고려되어야 한다. 상기 축합 반응은 가역적인 것으로 알려져 있으나, 이러한 반응은 상기 결합제 용액의 공존하는 탈수에 의해 르 샤틀리에의 법칙(Le Chatelier's　principle)에 따라, 완료되도록 더욱 유도될 수 있음을 발견하였다. 이와 같이, 상기 비경화 결합제 조성물의 초기의 1차 구성물질은 상기 1차 폴리아민의 N-글리코실 유도체였음이 확립되었다.
도 1을 다시 참조하면, 상기 결합제 반응물의 멜라노이딘 생성물로의 전환에서 제2 단계는 소위 아마도리 전위이다. 대표적인 아마도리 전위의 개략도는 도 2에 나타난다. 도 2를 참조하면, 상기 1차 폴리아민의 N-글리코실 유도체는 시프(Schiff) 염기의 양이온과 평형에 있다. 이러한 평형은 N-글리코실아민을 쉽게 만드나, 시프 염기의 양이온의 엔올 또는 케토 형태로의 추가적인 전위가 자발적으로 진행하는 것이 알려져 있다. 이러한 자발적인 반응은 탈수된 시료에서 그 속도가 증가되기 때문에 탈수에 의해 더욱 용이해짐을 발견하였다. 본 명세서의 일 양태는 1차 폴리아민의 구조가 시프 염기의 양이온의 형태로 있는 동안 획득한 양 전하를 안정화함으로써 이러한 전위를 특히 가속화한다는 것이다. 1차 폴리아민의 사용의 향상된 효과는 이전에 개시되지 않았기 때문에 이러한 안정화 효과는 종래 기술 또는 문헌에서 논의되지 않았다고 생각된다. 따라서, 본 명세서의 일 양태는 아마도리 전위 동안 시프 염기의 양이온에 안정성을 제공하는 유형의 1차 폴리아민에 있다. 또다른 양태에 있어서, 아마도리 전위 동안 시프 염기의 양이온에 안정성을 제공하나, 실질적으로 건조 상태인 유형의 1차 폴리아민에 있다.
본 명세서의 또다른 양태는 상기 탄수화물 구조가 또한 아마도리 전위의 동역학에 영향을 미치는 것으로 생각된다는 것이다. 특히, 결정형 N-치환된 글리코실아민의 C-2 히드록실이 치환되지 않았을 경우에, 상기 화합물은 저장하는 동안 아마도리 전위 생성물로 느리게 변환되었다는 것이 알려져 있다. 그러나, C-2 히드록실이 치환되면, 그때 상기 전위는 실질적으로 저해되었다. 따라서, 본 명세서의 일 양태는 본 명세서의 탄수화물이 C-2 히드록실에서 치환되지 않는 것이다. 본 명세서의 일 양태는 상기 비경화 결합제 조성물이 N-글리코실아민, 이들의 엔올- 및 케토- 형태인 1-아미노-1-데옥시-2-케토오스의 혼합물을 포함하는 것이다. 도 1을 다시 참조하면, N-글리코실아민, 이들의 엔올- 및 케토- 형태인 1-아미노-1-데옥시-2-케토오스의 혼합물의 형성 이후 상기 혼합물은 또한 무시할 수 없는 농도의 미반응된 1차 폴리아민 및 상기 탄수화물 모두를 포함할 것이다. 그 후, 멜라노이딘으로 광범위하게 기술될 수 있는 것으로 이끄는 많은 반응들이 일어날 수 있다. 상기 탄수화물 반응물 및 중합체의 폴리아민 모두의 규명 및 반응 조건 (pH, 온도, 산소 수준, 습도, 및 첨가제의 존재)에 따라 도　1에 나타낸, 나타난 반응 경로 중하나 이상이 바람직할 수 있다. 나아가, 주어진 멜라노이딘 생성물에 대한 바람직한 반응 경로는 특히 도 1에 나타낸 것들 중 어느 하나로 분류가능하지 않을 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물 대 상기 1차 폴리아민의 중량비는 약 1:1 내지 약 30:1의 범위이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물 대 상기 1차 폴리아민의 중량비는 약 2:1 내지 약 10:1의 범위이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물 대 상기 1차 폴리아민의 중량비는 약 3:1 내지 약 6:1의 범위이다. 일 양태에 따르면, 상기 경화 속도는 상기 탄수화물 반응물 대 상기 1차 폴리아민의 중량비의 함수이다. 상기 함수에 따라, 상기 비가 감소함에 따라, 상기 경화 속도가 증가하고; 따라서 상기 경화 시간이 감소함이 확립되었다. 따라서, 본 명세서의 일 양태는 다른 파라미터가 동일하게 유지되는 경우 상기 경화 시간은 상기 탄수화물 반응물 대 상기 폴리아민의 중량비에 직접적으로 관련된다는 것이다. 또다른 양태에 있어서, 상기 결합제 경화 시간은 상기 탄수화물 반응물 대 상기 1차 폴리아민의 중량비가 약 6:1과 같을 경우 비교할만한 페놀 포름알데히드 결합제 조성물의 경화 시간에 비해 감소된다. 따라서, 일 구체예에 있어서, 본 명세서에 따른 결합제는 상기 탄수화물 반응물 대 1차 폴리아민 중량비가 약 2:1 내지 약 6:1의 범위에 있을 경우 비교할만한 페놀 포름알데히드 결합제 시스템을 초과하는 경화 속도를 갖는다.
본 명세서에서 기술된 반응의 또다른 양태는 초기에, 상기 반응물 수용액 (탈수되고 결합제로서 사용될 수 있음)은 상기 기술된 바와 같이, 알칼리 pH를 갖는다는 것이다. 본 명세서의 일 양태는 상기 알칼리 결합제 용액이 산성 용액보다 금속에 대하여 덜 부식성이다는 것이다. 따라서, 산업에 대한 실질적인 장벽을 극복하는 본 명세서의 일 특징은 본 명세서에서 기술된 상기 결합제가 알칼리 결합제 조성물이기 때문에 본 결합제를 포함하는 물질을 제조하기 위해 사용될 수 있는 제조 장비에 대한 낮은 부식성을 갖는다는 것이다. 다른 최근 기술된 탄수화물 결합제 시스템 (예컨대 미국 공개 출원 제2007/0027283호)을 넘어서는 본 명세서의 한 구별되는 특징은 상기 반응이 필수적으로 산성 경로를 통해 진행되지는 않는다는 것이다. 대신에, 본 명세서의 일 양태는 상기 비경화 결합제가 상기 경화된 결합제의 형성을 이끄는 화학 반응의 경로 전반에 걸쳐 알칼리 pH를 가질 수 있다는 것이다. 이와 같이, 이의 사용 및 저장 내내 상기 비경화 결합제는 부식 위험을 나타내지 않는다. 예시적인 구체예에 있어서, 상기 경화된 결합제의 수성 추출물은 약 5 내지 약 9의 범위의 pH를 갖는다. 나아가, 상기 중합 생성물의 수성 추출물은 본질적으로 무색이다.
예시적인 구체예에 있어서, 중합 결합제와 결합된 물질의 집합체의 제조 방법은 중합 결합제를 제조하기 위한 반응물 및 용매를 함유하는 용액을 제조하는 단계, 여기서 상기 반응물은 탄수화물 반응물 및 폴리아민을 포함함; 상기 용액을 상기 물질 집합체 상에 배치하는 단계; 상기 용매를 휘발시켜 비경화 제품을 형성하는 단계, 및 상기 비경화 제품을 상기 탄수화물 반응물 및 상기 폴리아민이 중합하도록 유발하는 조건에서 처리하여 중합 결합제를 형성하는 단계를 포함한다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 단열재 섬유를 포함한다. 일 구체예에 있어서, 섬유 단열재 제품이 기술되어 있고, 이는 단열재 섬유 및 결합제를 포함한다. 본 명세서에서 사용된, 용어 "단열재 섬유"는 상승된 온도를 견디기 위해 적절한 내열성 섬유를 가리킨다. 그러한 섬유의 예는 광물 섬유 (유리 섬유, 글래스면 섬유, 및 암면 섬유), 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 탄소 섬유, 폴리이미드 섬유, 특정 폴리에스테르 섬유, 및 레이온 섬유를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 예시적으로, 그러한 섬유는 약 120　℃를 초과하는 온도의 노출에 의해 실질적으로 영향받지 않는다. 일 구체예에 있어서, 상기 단열재 섬유는 유리 섬유이다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 광물 섬유는 중량으로 약 70% 내지 약 99%의 범위로 존재한다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 셀룰로오스 섬유를 포함한다. 예를 들면, 상기 셀룰로오스 섬유는 대팻밥, 톱밥, 목재 펄프, 또는 쇄목 펄프일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 셀룰로오스 섬유는 다른 천연 섬유 가령 황마, 아마, 대마, 및 짚일 수 있다. 본 명세서에 개시된 상기 결합제는 PCT 출원 공개 WO 2008/089847에 기술된 결합제를 대신하여 사용될 수 있고, 상기 문헌은 그 전체가 참고로서 본 명세서에 포함된다. 일 구체예에 있어서, 목재 입자 및 결합제를 포함하는 합성 목재 판이 개시되어 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 무 포름알데히드이다. 일 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 6　mm 초과 내지 13　mm의 범위의 공칭 두께를 갖고, 적어도 약 1050 N/mm2의 탄성 계수 (MOE), 적어도 약 7 N/mm2의 굽힘 강도 (MOR), 및 적어도 0.20　N/mm2의 내부 결합 강도 (IB)를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 6　mm 초과 내지 13　mm의 범위의 공칭 두께를 갖고, 적어도 약 12.5　N/mm2의 굽힘 강도 (MOR), 및 적어도 0.28　N/mm2의 내부 결합 강도 (IB)를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 6　mm 초과 내지 13　mm의 범위의 공칭 두께를 갖고, 적어도 약 1800　N/mm2의 탄성 계수 (MOE), 적어도 약 13 N/mm2의 굽힘 강도 (MOR), 및 적어도 0.40　N/mm2의 내부 결합 강도 (IB)를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 적어도 약 1800 N/mm2의 탄성 계수 (MOE)를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 적어도 약 2500 N/mm2의 탄성 계수 (MOE)를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 적어도 약 14 N/mm2의 굽힘 강도 (MOR)를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 적어도 약 18 N/mm2의 굽힘 강도 (MOR)를 갖는다. 일 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 적어도 0.28 N/mm2의 내부 결합 강도 (IB)를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 적어도 0.4 N/mm2의 내부 결합 강도 (IB)를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 20　℃의 물 내에서 24 시간 후에, 두께의 변화에 의해 측정시 약 12% 이하로 부푼다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 20　℃의 물 내에서 24 시간 후에 약 40% 이하의 물 흡수를 갖는다.
예시적인 구체예에 있어서 상기 합성 목재 판은 목재 파티클보드, 배향성 스트랜드보드, 또는 중간 밀도 섬유판이다. 일 구체예에 있어서, 상기 결합제는 중량으로 약 8% 내지 약 18%(건조 수지의 중량 대 건조 목재 입자의 중량)의 상기 합성 목재 판을 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 왁스를 더 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 합성 목재 판은 상기 합성 목재 판의 중량으로 약 0.1% 내지 약 2% 왁스를 포함한다. 예시적인 구체예에 있어서, 중합 결합제와 결합된 물질의 집합체의 제조 방법은 탄수화물 반응물의 양 및 차 폴리아민의 양을 약 2:1 내지 약 10:1의 범위의 중량비가 되도록 부가함으로써 용액을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 용액을 제조하는 단계는 상기 탄수화물 반응물 및 상기 폴리아민을 수용액에 부가하는 단계를 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 용액을 제조하는 단계는 약 8 내지 약 12의 범위 내로 상기 용액의 pH를 조정하는 단계를 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 중합 결합제와 결합된 물질의 집합체의 제조 방법은 저장을 위해 적절한 포장 물질로 상기 비경화 제품을 포장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 본 명세서는 물질의 집합체 및 결합제를 포함하는 조성물에 관한 것이고, 상기 결합제는 탄수화물 반응물 및 폴리아민 간의 반응의 중합 생성물을 포함하고, 상기 중합 생성물은 실질적으로 불수용성이다. 일 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 광물 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 탄소 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 레이온 섬유, 유리 섬유, 셀룰로오스 섬유 또는 다른 미립자를 포함한다. 예를 들면, 셀룰로오스 섬유는 대팻밥, 톱밥, 목재 펄프, 및/또는 쇄목 펄프를 포함할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 모래 또는 다른 무기 미립자 물질을 포함한다. 일 구체예에 있어서, 상기 물질 집합체는 석탄 미립자이다. 일 구체예에 있어서, 상기 탄수화물 반응물은 덱스트로오스, 자일로오스, 프룩토오스, 디히드록시아세톤, 및 이의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 본 명세서의 상기에서 기술된 폴리 아민들 중 어느 하나로부터 선택된다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 디아민, 트리아민, 테트라아민, 및 펜트아민으로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 일 구체예에 있어서, 상기 폴리아민은 H2N-Q-NH2이고, 여기서 Q는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 또는 시클로헤테로알킬이며, 이들 각각은 임의로 치환된다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 조성물은 규소-함유 화합물을 더 포함한다. 일 구체예에 있어서 상기 규소-함유 화합물은 관능화된 실릴에테르 또는 관능화된 알킬실릴에테르, 가령 예를 들면, 아미노-관능화된 알킬실릴에테르이다. 예를 들면, 일 구체예에 있어서, 상기 규소-함유 화합물은 감마-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-글리시독시프로필-트리메톡시실란, 또는 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 또는 이의 혼합물일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 규소-함유 화합물은 아미노관능성 올리고머 실록산일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 조성물은 탈진유, 일인산 암모늄, 메타규산나트륨 5수화물, 멜라민, 주석 (II)옥살레이트, 및 메틸 수소 실리콘 유체 에멀젼로 이루어지는 군으로부터 선택되는 부식 방지제를 포함한다.
추가적인 예시적인 구체예에 있어서, 상기 결합제는 섬유의 집합체 상에 배치되고, 실질적으로 탈수되고, 포장되고, 및 이후 저장되거나 다른 곳으로 판매될 수 있다. 후속 제조 공정에 사용하기 위해 다른 곳으로 판매된 비경화 제품은 "출하용 비경화(ship-out uncured)"로 지칭될 수 있다. 후속 제조 공정에 사용하기 위해 저장된 비경화 제품은 "공장용 비경화(plant uncured)"로 지칭될 수 있다. 이러한 유형의 제품을 판매 또는 저장함에 있어서, 제품은 적절한 용기 또는 백(bag) 내에 포장된다.
예시적인 구체예에 있어서, 포장된 비경화 섬유 제품은 비경화 결합제 조성물 및 섬유의 집합체를 포함하고, 여기서 (i) 상기 비경화 결합제 조성물은 섬유의 집합체를 강화시키는 섬유의 집합체과 접촉하고 (ii) 섬유의 집합체과 접촉한 상기 비경화 결합제 조성물은 적절한 포장 물질로 포장된다. 일 구체예에 있어서, 상기 비경화 결합제 조성물 내의 수분의 양은 상기 제품의 전체 중량을 기준으로 중량으로 약 1% 내지 약 15%의 범위일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 적절한 포장 물질은 주변 온도 및 주변 압력에서 일 주일의 기간 동안 상기 비경화 결합제 조성물 내 수분의 양을 원래 수분의 약 20% 이내로 유지하는 것을 가능하게 할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 포장된 비경화 섬유 제품은, 적절한 포장 물질의 중량을 고려하지 않고, 상기 포장된 비경화 섬유 제품의 중량을 기준으로 상기 비경화 결합제 조성물의 중량으로 약 3% 내지 약 30%를 포함한다. 일 구체예에 있어서, 상기 포장된 비경화 섬유 제품은 적절한 포장 물질의 중량을 고려하지 않고, 상기 포장된 비경화 섬유 단열재 제품의 중량을 기준으로 중량으로 약 60 내지 약 97% 섬유를 포함한다.
본 명세서의 일 양태는 본 명세서에서 기술된 상기 결합제가 출하용 비경화 분야 및 공장용 비경화 분야에서 예측하지 못하게 유용하다는 것이다. 특히, 출하용 비경화 제품 및 공장용 비경화 제품은 경화가 이후 시간 및 이후 장소에서 일어날 수 있도록 비경화 결합제를 구비한다. 출하용 비경화의 경우에서, 상기 경화 온도 및 시간은 소비자에게 매우 중요한 제품의 특성이다. 특히, 상기 경화 온도는 상기 제품이 기존 장비를 이용하여 경화될 수 있도록 충분히 낮아야 한다. 나아가, 상기 경화 시간은 경화 제품에 대한 주기 시간이 낮게 유지되도록 충분히 짧아야 한다. 이러한 산업 내에서, 제조 장비 및 허용가능한 주기 시간은 페놀 포름알데히드 유형 수지를 포함하는 비경화 제품에 대하여 확립되어 있다. 따라서, 충분히 낮은 경화 온도는 비교할만한 페놀 포름알데히드 유형 생성물을 경화시키기 위해 적절한 그런 경화 온도이다. 마찬가지로, 충분히 낮은 주기 시간은 비교할만한 페놀 포름알데히드 유형 생성물을 경화시키기 위해 일상적인 그런 주기 시간이다. 당해 분야의 숙련가는 특정 응용분야가 급격하게 상이한 파라미터를 가질 수 있기 때문에 경화 시간 뿐만 아니라 경화 온도도 한정된 양으로 언급될 수 없음을 인식할 것이다. 그러나, 모델 시스템의 상기 경화 시간 및 경화 온도는 다양한 분야에서 결합제 성능의 믿을 수 있는 예측이 수행될 수 있도록 근본적인 화학적 경화 반응의 동력학에 대한 충분한 대표적인 정보를 제공한다는 것으로 널리 이해된다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 결합제의 경화 시간 및 경화 온도는 비교할만한 페놀 포름알데히드 결합제 조성물과 같거나 더 낮다. 일 구체예에 있어서, 상기 결합제의 경화 시간은 비교할만한 페놀 포름알데히드 결합제 조성물의 경화 시간보다 짧다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 결합제의 경화 온도는 비교할만한 페놀 포름알데히드 결합제 조성물의 경화 온도보다 낮다. 본 명세서에서 사용된, 비교할만한 페놀 포름알데히드 결합제 조성물은 미국 특허 제6,638,882호에 따라 기술된 것과 같고, 상기 문헌은 그 전체가 참고로서 본 명세서에 포함된다.
이하에서 논의되는, 다양한 첨가제는 상기 결합제 조성물로 포함될 수 있다. 이들 첨가제는 본 발명의 결합제에 부가적인 바람직한 특징을 제공한다. 예를 들면, 상기 결합제는 규소-함유 커플링제를 포함할 수 있다. 많은 규소-함유 커플링제는 Dow-Corning Corporation, Evonik Industries, 및 Momentive Performance Materials에서 시판된다. 예시적으로, 상기 규소-함유 커플링제는 가령 실릴에테르 및 알킬실릴 에테르와 같은 화합물을 포함하고, 이들 각각은 가령 할로겐, 알콕시, 아미노, 등으로 임의로 치환될 수 있다. 일 변형에 있어서, 상기 규소-함유 화합물은 아미노-치환된 실란, 가령, 감마-아미노프로필트리에톡시 실란 (SILQUEST A-1101; Momentive Performance Materials, Corporate Headquarters: 22 Corporate Woods Boulevard, Albany, NY 12211 USA)이다. 또다른 변형에 있어서, 상기 규소-함유 화합물은 아미노-치환된 실란, 예를 들면, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시 실란 (Dow Z-6020; Dow 화학적, Midland, MI; USA)이다. 또다른 변형에 있어서, 상기 규소-함유 화합물은 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란 (SILQUEST A-187; Momentive)이다. 또다른 변형에 있어서, 상기 규소-함유 화합물은 아미노관능성 올리고머 실록산 (HYDROSIL 2627, Evonik Industries, 379 Interpace Pkwy, Parsippany, NJ 07054)이다.
상기 규소-함유 커플링제는 전형적으로 용존 결합제 고체를 기준으로 중량으로 약 0.1 퍼센트 내지 약 1 퍼센트 (상기 수용액에 부가된 고체의 중량을 기준으로 즉, 약 0.05% 내지 약 3%)의 범위로 존재한다. 일 적용에서, 이들 규소-함유 화합물 중 하나 이상이 결합제 수용액에 부가될 수 있다. 상기 결합제는 이후 결합될 물질에 도포된다. 이후, 상기 결합제는 필요한 경우 경화될 수 있다. 이들 규소 함유 화합물은, 상기 결합제가 가령 유리 섬유 상에 배치되는 경우, 물질에 부착하는 상기 결합제의 능력을 향상시킨다. 상기 물질에 부착하는 향상된 결합제의 능력은 예를 들면, 비- 집합된 또는 느슨하게- 집합된 물질(들) 내에 응집을 생성 또는 촉진하는 이의 능력을 향상시킨다.
또다른 예시적인 구체예에 있어서, 본 발명의 결합제는 하나 이상의 부식 방지제를 포함할 수 있다. 이들 부식 방지제는 산에 의해 유발되는 화학적 분해에 의해 야기된 물질, 가령, 금속의 부식 또는 마모를 방지 또는 저해한다. 부식 방지제가 본 발명의 결합제에 포함되는 경우, 상기 결합제의 부식성은 저해제가 존재하지 않는 결합제의 부식성에 비해 감소한다. 일 구체예에 있어서, 이들 부식 방지제는 본 명세서에서 기술된 광물 섬유-함유 조성물의 부식성을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 예시적으로, 부식 방지제는 하나 이상의 다음의, 탈진유, 또는 일인산 암모늄, 메타규산나트륨 5수화물, 멜라민, 주석(II) 옥살레이트, 및/또는 메틸 수소 실리콘 유체 에멀젼을 포함한다. 부식 방지제는 본 발명의 결합제에 포함되는 경우, 전형적으로 용존 결합제 고체를 기준으로 중량으로 약 0.5 퍼센트 내지 약 2 퍼센트의 범위로 존재한다. 본 명세서의 일 양태는 부식 방지 첨가제에 대한 필요성이 상기 결합제 용액 및 실질적으로 탈수된 비경화 결합제의 알칼리성에 의해 매우 감소한다는 것이다. 일 구체예에 있어서, 상기 결합제는 부식 방지제가 없고 결합제 용액의 부식성은 허용가능한 범위 내에 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 결합제는 비-수성 보습제를 더 포함할 수 있다. 상기 비-수성 보습제는 하나 이상의 폴리에테르를 포함한다. 예를 들면, 상기 비-수성 보습제는 곧은 및/또는 분지된 사슬 알킬 및 알크아릴 기를 갖는 에틸렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드 축합물을 포함할 수 있다. 일 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 에테르, 티오에테르, 폴리옥시알킬렌 글리콜 (예컨대, Jeffox TP400®, 디프로필렌 글리콜, 및/또는 폴리프로필렌 글리콜 (예컨대, Pluriol P425® 또는 Pluriol 2000®)을 포함한다. 일 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 폴리옥시알킬렌 글리콜 또는 폴리프로필렌 글리콜을 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 폴리히드록시 화합물을 기반으로 하는 화합물 (예컨대, 부분적으로 또는 완전히 에스테르화 폴리히드록시 화합물)을 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 글리세린 아세테이트, 소르비톨, 자일리톨 또는 말티톨을 기반으로 하는 폴리히드록시를 포함한다.
또다른 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 테트라히드로퓨란, 카프로락톤, 및/또는 약 7 내지 약 18개의 탄소 원자를 함유하는 알킬기를 갖고 약 4 내지 약 240개의 에틸렌옥시 단위체를 갖는 알킬페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올을 기반으로 하는 다수의 히드록실 기를 갖는 기타 화합물을 포함한다. 예를 들면, 상기 비-수성 보습제는 헵틸페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올 및/또는 노닐페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올을 포함할 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 헥시톨 가령 소르비탄, 소르비드, 만니탄, 및/또는 만니드의 폴리옥시알킬렌 유도체를 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 부분 긴-사슬 지방산 에스테르, 가령 소르비탄 모노라우레이트, 소르비탄 모노팔미테이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 트리스테아레이트, 소르비탄 모노올리에이트, 및/또는 소르비탄 트리올리에이트의 폴리옥시알킬렌 유도체를 포함할 수 있다.
예시적인 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 에틸렌 옥사이드와 소수성 염기의 축합물을 포함하고, 상기 염기는 프로필렌 옥사이드를 프로필렌 글리콜과 축합함으로써 형성된다. 일 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 황 함유 축합물, 가령 에틸렌 옥사이드를 고급 알킬 머캅탄 (예컨대, 노닐, 도데실, 테트라데실 머캅탄, 또는 알킬 기 내 약 6 내지 약 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬티오페놀)과 축합함으로써 제조된 것들을 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 긴-사슬 카복실산, 가령 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 또는 올레산의 에틸렌 옥사이드 유도체를 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 긴-사슬 알콜 가령 옥틸, 데실, 라우릴, 또는 세틸 알콜의 에틸렌 옥사이드 유도체를 포함한다. 또다른 구체예에 있어서, 상기 비-수성 보습제는 에틸렌 옥사이드/테트라히드로퓨란 공중합체 또는 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 공중합체를 포함한다.
다음의 실시예는 특정 구체예를 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 단지 예시적인 목적으로 제공되며, 어떤 방식으로도 본 발명 또는 본 발명의 개념을 임의의 특정 물리적 형태로 제한하는 것으로 해석되지 않는다.
실시예
실시예 1: 566.6 g 탈이온수 내 용해된 50 g 덱스트로오스 (0.278 mol), 50 g 헥사메틸렌-디아민 (0.431 mol)의 용액(15% 고체 용액, pH 11.9)을 상기 용액의 비등점까지 가열하였다. 약간 갈색인 불수용성 중합체가 반응 용기 내에서 침전물로서 관찰되었다.
실시예 2: 상기 566.6 g 탈이온수 내에 용해된 50 g 덱스트로오스 (0.278 mol), 50 g 헥사메틸렌디아민 (0.431 mol)의 용액(15% 고체 용액, pH 11.9)으로부터, 2 g의 상기 결합제 용액을 모이스쳐 발란스(Moisture Balance) 내에 배치된 필터 패드 상에 도포하였고 120　℃에서 15 분 동안 가열하였다. 약간 갈색인 불수용성 중합체가 상기 필터 패드 상에 형성되었다. 100 g의 탈이온수를 이용한 상기 경화된 필터 패드의 추출물은 본질적으로 무색이고 6.8의 pH를 가진다.
실시예 3: 566.6 g 탈이온수 내에 용해된 85 g 덱스트로오스 (0.472 mol), 15 g 헥사메틸렌디아민 (0.129 mol)의 용액(15% 고체 용액, pH 10.8)을 제조하였다. 2 g의 상기 결합제 용액을 모이스쳐 발란스(Moisture Balance) 내에 배치된 필터 패드 상에 도포하였고 140　℃에서 15 분 동안 가열하였다. 약간 갈색인 불수용성 중합체가 상기 필터 패드 상에 형성되었다. 100 g의 탈이온수를 이용한 상기 경화된 필터 패드의 추출물은 본질적으로 무색이고 6.8의 pH를 가진다.
실시예 4: 566.6 g 탈이온수 내에 용해된 95 g 덱스트로오스 (0.528 mol), 5 g 헥사메틸렌디아민 (0.043 mol)의 용액 (15% 고체 용액)을 제조하였다. 2 g의 상기 결합제 용액을 모이스쳐 발란스(Moisture Balance) 내에 배치된 필터 패드 상에 도포하였고 180　℃에서 15 분 동안 가열하였다. 약간 갈색인 불수용성 중합체가 상기 필터 패드 상에 형성되었다. 100 g의 탈이온수를 이용한 상기 경화된 필터 패드의 추출물은 본질적으로 무색이고 6.8의 pH를 가진다.
비교예 1: 1020 g 탈이온수에 용해된 180 g 덱스트로오스 (1 mol)의 용액(15% 고체 용액)을 제조하였다. 2 g의 상기 결합제 용액을 모이스쳐 발란스(Moisture Balance) 내에 배치된 필터 패드 상에 도포하였고 180　℃에서 15 분 동안 가열하였다. 불수용성 중합체는 상기 필터 패드 상에 형성되지 않았다. 생성된 열 처리된 결합제는 본질적으로 완전히 수용성이었다.
경화 속도 및 경화 시간: 44 g의 중량을 갖는 스퀘어 파이버글라스(Square Fiberglass) 매트 (13" x 13") (34.5 g/ft2에 해당됨)에 15% 고체를 함유하는 결합제를 흡수시켰다. 결합제의 초과분을 진공 흡입으로 제거하고, 촉촉한 매트를 90　℉의 오븐에서 적어도 12 시간 동안 건조한다 (재순환).
상기 건조된 매트를 동일한 크기의 네개의 사각형으로 절단한다. 상기 사각형들을 층층이 쌓고, 기록기에 연결된 적어도 하나의 열전대 (즉 오븐 몰)를 제2 및 제3 층 사이의 스택(stack)의 중간에 배치한다.
온도 제어 플래턴을 구비한 성형 프레스를 400　℉ (204　℃)까지 가열한다. 제조된 열전대를 갖는 시료를 상기 플래턴의 중간에 배치하고, 기정 시간 (즉 3.5 분, 4.0 분, 5.0 분, 6.0 분, 15 분) 동안 5/8"의 두께로 프레싱하였다.
각각의 성형된 시료에 대해 표면의 균제도, 물 잔류, 및 추출을 시험함으로써 경화도를 평가하였다. 표면이 어떠한 "요철(bump)"도 없이 매끄럽고, 물에 상기 시료를 담그는 경우 현저하게 약해지지 않으며, 물에 상기 시료를 담그는 경우, 상당한 추출 색깔이 형성되지 않는 경우, 상기 시료를 경화된 것으로 간주하였다. 상기 시료의 중심의 온도 프로파일은 성형 주기 동안 측정되고 도 3에 나타난다.
비교예 2: 페놀 포름알데히드 결합제.
건조 고체를 기준으로 한 조성:
- 2.41 부 황산 암모늄
- 1.08 부의 암모니아
- 0.21 부 실란 A1101
- 96.3% 페놀 포름알데히드-수지:우레아 예비혼합물(Premix) (70:30)
비교예 2는 도 3에서 결합제 1로 지칭된다.
비교예 3: 탄수화물-무기산 결합제.
건조 고체를 기준으로 한 조성:
-81.59 부 덱스트로오스
-17.09 부 황산 암모늄
-1 부의 암모니아
-0.3 부 실란 A1101
비교예 3은 도 3에서 결합제 2로 지칭된다.
실시예 5:
건조 고체를 기준으로 한 조성:
- 80.94 부 덱스트로오스 및 암모니아 용액 (2　몰/리터 덱스트로오스 및 2 몰/리터 암모니아를 함유하는 수용액)
- 19.06 부 헥사메틸렌디아민
실시예 5는 도 3에서 결합제 4로 지칭된다.
본 명세서의 범위 내의 결합제의 완전한 경화를 성취하기 위해 요구되는 시간은 다양한 화학조성을 가지는 3가지 비교예 결합제 시스템보다 적은 것으로 측정되었다. 이러한 모델 시스템은 상기 경화 시간이, 다른 변수들이 일정하게 유지되는 경우, 상기 결합제 시스템의 화학조성에 의존함을 나타낸다. 본 명세서의 범위 내의 예시적인 결합제 조성물의 화학조성은 이들 다른 예시적인 시스템에 비해 향상된 경화 시간을 달성한다. 결과가 하기에 나타난다:
Figure 112012091269509-pct00001
도 3을 참조하면, 결합제 1, 2, 및 4의 각각에 대한 온도 프로파일 특성이 나타난다. 상기 온도 프로파일은 각각의 결합제에 대한 특성임이 잘 알려져 있었다. 상기 경화 속도 및 경화 시간은 경화 온도 프로파일의 특성이 아닌 것으로 확립되지는 않았다. 그러나, 상기 경화 온도 프로파일은 경화 속도 및 경화 시간을 이해하고 예측하는 것을 돕는다. 특히, 비교예 3은 가장 많은 경화 시간을 요구했고, 마찬가지로, 상기 경화 온도 프로파일은 점근적으로 최대화하기 위해 가장 많은 양의 시간을 요구했다. 마찬가지로, 실시예 5는 점근적으로(asymptoticaly) 최대화되기 위해 최소한의 양의 시간을 요구했고 가장 짧은 경화 시간을 입증했다.
경화 주기 시간에 대한 탄수화물 반응물 : 폴리아민 비율 영향. 웨트 레이트 매트(Wet Laid Mats, WLM)를 덱스트로오스 일수화물 (DMH) 대 헥사메틸렌디아민 (HMDA)의 다양한 비를 갖도록 만들었다. 시험된 중량비는 각각 75/25, 85/15, 및 92/8을 포함한다.
15% 덱스트로오스-HMDA 결합제를 5 가지의 WLM에 도포하였다. 다음의 결합제 조성물이 제조되었다:
Figure 112012091269509-pct00002
상기 매트를 3/8"의 두께를 갖는 13"x13" 조각으로 제조한다. 상기 매트를 성형하기 위해 사용된 프레스는 400℉로 설정한다. 일단 상기 시료가 성형되면 상기 시료는 대략 5/8" 두께이다. 온도 프로파일을 먼저 15 분 간격으로 측정하였다. 다음 시료를 4 분 동안 프레싱하였고; 이는 비교할만한 페놀 포름알데히드 결합제 조성물을 경화하는데 걸리는 시간이다 (결과는 나타내지 않음). 각각의 조성물을 경화하는데 요구되는 최소 시간이 측정될 때까지 실험을 다양한 경화 시간으로 반복하였다. 각각의 결합제가 경화된 정도를 중량을 기준으로 측정하였다. 하기의 결과들이 측정되었다:
Figure 112012091269509-pct00003
상기 기술된 바와 같이, 비교할만한 페놀 포름알데히드계 생성물 (예컨대 비교예 2)은 4 분 주기 시간으로 경화한다. 나아가, 비교할만한 탄수화물계 결합제 (예컨대 비교예 3)는 5 분 주기 시간으로 경화한다. 이들 결과는 85/15 또는 그보다 낮은 탄수화물 반응물 대 1차 폴리아민을 갖는 본 명세서의 범위 내의 결합제는 페놀 포름알데히드계 생성물과 비교할만하거나 더욱 빠른 속도로 경화함을 나타낸다. 추가 실험은 더 낮은 온도에서 동일한 경화 시간을 달성하기 위하여, 더 짧은 경화 시간을 갖는 제품 내에서 경화 온도가 낮아질 수 있음을 나타내었다. 얻어진 결과들은 아레니우스 식(Arrhenius equation)을 기초로 하는 우리의 예상에 대체적으로 일치했다.
상세하게 기술된 그런 실시예 이외에도, 상기 탄수화물 반응물 및 폴리아민이 광범위한 대체물을 포함할 수 있음을 보장하기 위해, 다음의 실시예를 수행하였다.
Figure 112012091269509-pct00004
추가적인 덱스트로오스 - 폴리아민 실시예:
실시예 　16: 56.08 g 탈이온수, 7.15 g 덱스트로오스 일수화물, 및 3.5 g 1,12-디아미노도데칸의 현탁액을 11　N HCl으로 pH 1.0까지 산성화시키고, 교반 하에서 70　℃까지 가열시켜 깨끗한, 무색 용액이 되었다. 상기 용액은 160　℃에서 열경화성 수지, 불수용성 중합체를 형성한다. (시험 조건: 2 g 결합제 용액을 모이스쳐 발란스(Moisture Balance) 내에 배치된 필터 패드 상에 도포한다. 상기 필터 패드를 160　℃에서 15 분 동안 가열한다.) 100 g의 탈이온수를 이용한 상기 경화된 필터 패드의 추출물은 본질적으로 무색이다.
실시예 　17: 56.08 g 탈이온수에 용해된 8.25 g 덱스트로오스 일수화물, 및 2.50 g 1,5-디아미노-2-메틸펜탄 (Dytek A, Invista)의 용액은 160　℃에서 열경화성 수지, 불수용성 중합체를 형성한다. (시험 조건: 2 g 결합제 용액을 모이스쳐 발란스(Moisture Balance) 내에 배치된 필터 패드 상에 도포한다. 상기 필터 패드를 160　℃에서 15 분 동안 가열한다.) 100 g의 탈이온수를 이용한 상기 경화된 필터 패드의 추출물은 본질적으로 무색이다.
실시예 　18: 56.08 g 탈이온수 내 용해된 8.03 g 덱스트로오스 일수화물, 및 2.70 g N-(3-아미노프로필)-1,3-프로판디아민의 용액은 200　℃에서 열경화성 수지, 불수용성 중합체를 형성한다. (시험 조건: 2 g 결합제 용액을 모이스쳐 발란스(Moisture Balance) 내에 배치된 필터 패드 상에 도포한다. 상기 필터 패드를 200　℃에서 15 분 동안 가열한다.) 100 g의 탈이온수를 이용한 상기 경화된 필터 패드의 추출물은 약간 노르스름한 색깔을 갖는다.
실시예 　19: 8.5 g 탈이온수 내 용해된 1.0 g 덱스트로오스 (5.55 mmol), 1.0 g (대략 2.27 mmol) 제프아민(Jeffamine) T-403 폴리에테르아민의 용액 (19% 고체 용액)을 제조하였다. 2 g 결합제 용액을 모이스쳐 발란스(Moisture Balance) 내에 배치된 필터 패드 상에 도포하고 180　℃에서 5 분 동안 가열하였다. 약간 갈색인 불수용성 중합체가 필터 패드 상에 형성되었다. 100 g의 탈이온수를 이용한 상기 경화된 필터 패드의 추출물은 본질적으로 무색이고, 7.1의 pH를 갖는다.
제프아민(Jeffamine) T-403 폴리에테르아민은 440의 평균 분자량을 갖는 삼관능성 1차 아민이다. 이의 아민 기는 지방족 폴리에테르 사슬의 말단들의 2차 탄소 원자 상에 위치되어 있다. 이의 구조는 하기와 같이 표시될 수 있고, 여기서 x, y, 및 z의 합은 6이다:
Figure 112012091269509-pct00005
기체 열분해를 이용한 결합제 시료의 분석 절차. 상기 결합제를 그 위에 갖는 대략 10 g의 경화된 제품을 시험 튜브에 배치하고, 상기 튜브를 이후 상부공간이 시료화되는 시간인 2.5 분 동안 1000　℉까지 가열하고 다음 조건 하에서 기체 크로마토그래피/질량 분광분석 (GC/MS)에 의해 분석하였다: 오븐, 1 분 동안 50　℃ - 10 분 동안 10　℃/분으로 300　℃까지.; 주입, 280　℃ 갈라짐 없음; 컬럼, HP-5 30 mm x 0.32 mm x 0.25 um; 컬럼 흐름, 1.11 mL/분 헬륨; 검출기, MSD 280　℃; 주사 용적, 1 mL; 검출기 모드, 스캔 34-700 amu; 한계치, 50; 및 샘플링 속도, 22 스캔/초. 상기 시료의 크로마토그래피 피크의 질량 스펙트럼의 컴퓨터 조사는 질량 스펙트럼의 윌리(Wiley) 라이브러리에 대하여 수행된다. 가장 높은 매치를 기록한다. 0 내지 99의 범위의 품질 지수 (라이브러리 스펙트럼에 대한 매치의 가까움)가 생성된다. 90 이상의 품질 지수를 갖는 피크의 동일성만 기록한다.
다음의 표는 멜라노이딘계 결합제 조성물의 열분해 동안 생성된 기체 화합물의 GC/MS 분석으로부터 예측한 대표적인 열분해 데이터를 제공한다.
Figure 112012091269509-pct00006
다음은 상기 폴리아민 성분으로서 헥사메틸렌디아민을 이용하여 제조된 결합제 시료의 열분해 기체 크로마토그래피 질량 분광분석 (Py GC-MS)에서 관찰된 종의 목록이다. 상기 열분해는 200　℃, 300　℃, 및 770　℃에서 수행되었다. 감식은 200　℃ 및 300　℃ 둘다의 질량 크로마토그램에서 아세트산에 해당하는 매우 중요한 피크를 나타내나, 이는 덱스트로오스 및 황산 암모늄을 이용하여 제조된 시료 내에서는 나타나지 않았고 (비교예　3 참조), 여기서 상당한 휘발성 물질은 특히 300　℃에서 SO2였다. 770　℃에서, 피크들이 관찰되었고, 증가하는 체류 시간 순으로 다음과 같이 할당하였다: A: 공-용리하는 C5H10, C5H12, 아세톤, 가능하게는 저 분자량 아세트산 에스테르; B: C5H8 디엔; C: C5H8 디엔; D: 펜탄올과 유사; E: C6H12 - 메틸 펜텐; F: 헥산; G: 메틸시클로펜탄; H: 시클로헥사디엔; I: C6H10 - 아마도 메틸시클로펜탄; J: 벤젠; K: 아세트산; L: 시클로헥센; M: 아마도 노난올; N: 2-메틸-3-펜타논; O: 2,5-디메틸퓨란; P: C7H10 + 할당되지 않은 공-용리액; Q: 피리딘 + 할당되지 않은 공-용리액; R: 톨루엔; S: 가능하게는 데세날 + 할당되지 않은 공-용리액; T: 2-에틸-5-메틸퓨란; U: 메틸 피리딘; V: 메틸 피롤; W: 자일렌; X: 할당되지 않음 - 알콜 관능성을 가짐; Y: 할당되지 않음; Z: 자일렌 + 할당되지 않은 공-용리액; AA: 할당되지 않음; AB: 디메틸 피롤; AC: 디메틸 피리딘; AD: 디메틸 피리딘; AE: 할당되지 않음; AF: 할당되지 않음; AG: 에틸 메틸 피롤 + 할당되지 않은 공-용리액; AI: 할당되지 않으나 별개의 질량 스펙트럼 (N-함유), 피롤 관련; AJ: 할당되지 않으나 별개의 질량 스펙트럼 (N-함유), 가능하게는 아세타미드; AK: 할당되지 않으나 별개의 질량 스펙트럼 (N-함유), 피롤 관련; AL: 할당되지 않으나 별개의 질량 스펙트럼 (N-함유), 피롤 관련; AM: 할당되지 않으나 별개의 질량 스펙트럼 (N-함유), 피롤 관련. 피크 AI 내지 AM로부터 나타난 상기 별개의 질량 스펙트럼은 상기 폴리아민 성분을 포함하지 않는 종래 결합제의 데이터에는 나타나지 않는다.
건조 및 풍화 인장 강도를 평가하기 위한 절차. 결합제의 건조 및 "풍화" 인장 강도에 대해 평가하는 경우, 소정의 결합제로 제조된 유리 비드-함유 껍질골격(shell bone) 조성물은 그런 특정 결합제를 이용하여 제조된 유리섬유 제품의 인장 강도와 유사한, 그리고 내구성과 유사한 표시를 각각 제공한다. 예측된 내구성은 껍질골격의 풍화 인장 강도 : 건조 인장 강도 비를 기준으로 한다. 예를 들면, 헥사메틸렌디아민-덱스트로오스 결합제 혼합물에 대하여 다음과 같이 껍질골격이 제조되고, 풍화되며, 및 시험된다.
껍질골격 성형 (Dietert Foundry Testing Equipment; Heated Shell Curing Accessory, Model 366, 및 Shell Mold Accessory)을 원하는 온도, 일반적으로 425 oF에 설정하고, 적어도 한 시간 동안 가열되도록 한다. 상기 껍질골격 성형을 가열하는 동안, 대략 100 g의 수성 결합제 (결합제 고체 내 일반적으로 15%)를 제조한다 (예컨대 실시예 7에 기술된 바와 같이). 큰 유리 비커를 이용하여, 727.5 g의 유리 비드 (Potters Industries, Inc.로부터의 Quality Ballotini Impact Beads, Spec. AD, US Sieve 70-140, 106-212 micron-#7)를 차감에 의해 칭량한다. 상기 유리 비드를 깨끗하고 건조된 믹싱 볼에 붓고, 상기 볼을 전기 믹서 스탠드 상에 장착한다. 대략 75 g의 수성 결합제를 상기 믹싱 볼에 있는 유리 비드에 천천히 붓는다. 상기 전기 믹서를 이후 켜고, 상기 유리 비드/결합제 혼합물을 1 분 동안 교반한다. 큰 주걱을 이용하여, 거품기 (믹서)의 측면을 긁어 결합제의 임의의 덩어리임를 제거하고, 또한 유리 비드가 상기 볼의 바닥에 깔린 모서리 또한 긁어낸다. 이후 상기 믹서를 추가적인 수 분 동안 다시 켜고, 이후 유닛으로부터 거품기 (믹서)를 제거하고, 이후 유리 비드/결합제 혼합물을 함유하는 믹싱 볼을 제거한다. 큰 주걱을 이용하여, 거품기 (믹서)에 부착된 상기 결합제 및 유리 비드를 가능한한 많이 제거하고 이후 믹싱 볼 내의 유리 비드/결합제 혼합물에 뒤섞는다. 이후 상기 볼의 측면을 긁어내어 상기 측면에 축적될 수 있는 임의의 과량의 결합제의 혼합물이 된다. 이 시점에서, 상기 유리 비드/헥사메틸렌디아민-덱스트로오스 결합제 혼합물은 껍질골격 성형에서 성형하기 위해 준비된다.
상기 껍질골격 성형의 슬라이드들은 하부 성형 플래턴 내에서 정렬되도록 확인된다. 큰 주걱을 이용하여, 유리 비드/헥사메틸렌디아민-덱스트로오스 결합제 혼합물을 이후 상기 껍질골격 성형 내의 세 성형 공동부(mold cavity)에 빠르게 부가한다. 각각의 공동부 내의 상기 혼합물의 표면을 평평하게 고르고, 과량의 혼합물은 긁어내어 상기 껍질골격에 균일한 표면적을 제공한다. 상기 공동부 중 어느 하나에서 존재하는 임의의 불일치 또는 틈은 부가적인 유리 비드/헥사메틸렌디아민-덱스트로오스 결합제 혼합물로 채우고 이후 평평하게 고른다. 일단 유리 비드/헥사메틸렌디아민-덱스트로오스 결합제 혼합물을 상기 껍질골격 공동부 내에 배치하면 상기 혼합물을 열에 노출시키고, 경화를 시작한다. 조작 시간은 시험 결과에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 예컨대, 두 상이하게 경화된 층을 갖는 껍질골격이 제조될 수 있기 때문에; 껍질골격은 일관적으로 신속하게 제조된다. 채워진 상기 껍질골격 성형과 함께, 상부 플래턴은 하부 플래턴 상에 빠르게 배치된다. 동시에, 또는 그후 즉시, 약 400　℉ 내지 약 430　℉의 범위의 하부 플래턴의 온도로, 반면 약 440　℉ 내지 약 470　℉의 범위의 상부 플레턴의 온도로 경화하는 동안, 스톱워치를 이용하여 경화 시간의 측정을 개시한다. 7 분의 경과 시간에서, 상부 플래턴을 제거하고 세 껍질골격 모두 제거될 수 있도록 슬라이드를 떼어낸다. 갓 제조된 껍질골격은 이후 껍질골격 성형 플래턴에 인접한, 와이어 랙(wire rack) 상에 배치하고, 실온까지 냉각되도록 한다. 그 후, 각각의 껍질골격에 라벨을 붙여 적절하게 라벨이 붙은 플라스틱 저장 백에 각각 배치한다. 껍질골격이 제조된 당일에 시험되지 못할 경우, 상기 껍질골격-함유 플라스틱 백을 데시케이터(desiccator) 유닛에 배치하였다.
껍질골격에 대한 처리(풍화) 절차 : Blue M 습도 챔버를 켜고 이후 90　℉ 및 90% 상대 습도 (즉, 90　℉ / 90% rH)의 풍화 조건을 제공하도록 설정한다. 상기 습도 챔버의 측면 상의 수조를 체크하고 정기적으로 물을 채우고, 보통 매회 작동시킨다. 상기 습도 챔버를 적어도 4 시간의 기간에 걸쳐 특정 풍화 조건에 도달하게 하나, 하루-길이의 평형 기간이 전형적이다. 상기 습도 챔버의 위쪽, 일자형의 선반 위에 있는 열린 습도 챔버 문들을 통해 풍화될 껍질골격을 하나씩 빠르게 로딩한다(상기 문들이 열려 있는 동안에 습도 및 온도 모두 감소되기 때문임). 상기 껍질골격을 상기 습도 챔버에 배치하는 시간을 기록하고, 24 시간의 기간 동안 풍화를 수행한다. 그 후, 상기 습도 챔버 문들을 열고 한 세트의 껍질골격을 한 번에 재빨리 이동시켜 각각 플라스틱 저장 백에 넣고, 완전히 밀봉한다. 일반적으로, 1 내지 4 세트의 껍질골격을 한 번에 상기 기술된 바와 같이 풍화시킨다. 풍화 껍질골격을 즉시 인스트론(Instron) 실로 데리고 가서 시험한다.
껍질골격 분해에 대한 시험 절차: 인스트론 실에서, 껍질골격 시험 방법은 적절한 로드 셀(즉, Static Road Cell 5 kN)이 설치되는 것을 보장하면서 5500 R 인스트론 장치에 로딩되고, 상기 장치가 15 분 동안 예열되게 한다. 이 시간 동안, 껍질골격 시험 시편들이 상기 장치에 설치되었는지 확인된다. 상기 로드 셀은 0점을 맞추고, 이후 1 세트의 껍질골격이 다음과 같이 한 번에 시험된다: 껍질골격을 이의 플라스틱 저장 백에서 꺼낸 다음 칭량한다. 이후 중량 (그램으로 표현)이 상기 인스트론 장치와 연결된 컴퓨터에 입력된다. 이후 상기 껍질골격의 측정된 두께 (인치로 표현)가 시편 두께로서, 3 회 인스트론 장치와 연결된 컴퓨터로 입력된다. 껍질골격 시편은 이후 상기 인스트론 장치 상의 그립(grip)에 배치되고, 상기 인스트론 장치 상의 키패드를 통해 시험이 개시된다. 껍질골격 시편을 꺼낸 후, 측정된 절단 점(breaking point)이 상기 인스트론 장치에 연결된 컴퓨터 내에 입력되고, 시험은 세트 내 모든 껍질골격이 시험될 때까지 계속된다.
껍질골격 특성에 대한 탄수화물 반응물: 폴리아민 비율 효과. 다양한 비율의 덱스트로오스 일수화물 (DMH) 대 헥사메틸렌디아민 (HMDA)과 실란 첨가제 (ISIO200)로 제조된 껍질골격을 25　mm/분의 시험 속도로, 상기 기술된 바와 같이 시험하였다. 시험된 중량비는 각각 90/10, 85/15, 80/20 및 75/25를 포함한다.
Figure 112012091269509-pct00007
실시예 : 유리 면 (섬유 유리) 시험
유리 면 제품(Ac+032 100　mm 1200 mm 너비; 32 kg/m3 - 15　m/분)에 대한 경화 및 강성도의 측면에서의 두 글루코오스 - 헥사메틸렌디아민 결합제의 표준 결합제와의 품질의 비교를, 분리 강도 및 밀도를 측정함으로써 수행하였다.
결합제　1: 85% 글루코오스 - 15% 헥사메틸렌디아민.
결합제　2: 90% 글루코오스 - 10% 헥사메틸렌디아민.
통상의 분리 강도 (오토클레이브 전) 및 풍화 분리 강도 (오토클레이브 후)는 국제 특허 출원, 공개 번호 WO　2008/089851 또는 WO2009/019235에 기술된 바와 같이 측정될 수 있다.
표준 결합제에 대한 분리 강도:
Figure 112012091269509-pct00008
결합제　1에 대한 분리 강도:
Figure 112012091269509-pct00009
결합제　2에 대한 분리 강도:
Figure 112012091269509-pct00010
상기 측정 동안 관찰: 두 글루코오스 - 헥사메틸렌디아민 결합제를 갖는 라인 상에서 생성물은 갈색화 되었다.
결론: 두 글루코오스 - 헥사메틸렌디아민 결합제에 대하여, 분리 강도 (이는 종단 인장 강도임) 결과는 상당한 향상을 나타내었고; 상당한 향상은 세가지의 다른 강성도 시험에서 관찰되었다 ("60°" 시험 - 활송장치에 대하여 60° 기울인 경우 측정된 속락(sagging); "테이블(table)" 시험 - 수평면에 대하여 측정된 속락; 및 아세르미(Acermi) 시험 - 테이블의 모서리로부터 35　cm 측정된 속락).
실시예: 파티클보드(PB) 시험
우레아-포름알데히드 결합제 (UF E0)를 이용하여 제조된 파티클보드와 탄수화물 폴리아민 (헥사메틸렌디아민) 결합제를 이용하여 제조된 파티클보드의 품질의 비교를 다음 조건 하에서 수행하였다.
판 크기: 350　x　333　mm 및 주로 10　mm 두께 (2x20mm).
플래턴 온도: 주로 195　℃이나 또한, 175 및 ~215　℃.
압력: 3.5　Mpa (35 bar) 고시(quoted) - 달성하기 위해 실제 35　Kg/cm2, 56 bar.
밀도 목표: 650　kg/m3
프레싱 전에 예비적 형성품(pre-form)을 제조하였다.
결과:
Figure 112012091269509-pct00011
제조된 판은 모두 고 품질인 것으로 보였다; 쪼개짐 또는 탈가스가 관찰되지 않았다. 이러한 탄수화물 폴리아민 제제로 제조된 상기 판은 150 초 동안 경화되는 경우 우레아 포름알데히드 판과 대등하다.

Claims (51)

  1. 다음 단계를 포함하는, 경화된, 열경화성, 중합체 결합제로써 결합된 물질 집합체(collection of matter) 제조 방법:
    경화된, 열경화성, 중합체 결합제를 제조하기 위한 반응물을 혼합하는 것을 포함하는, 결합제 수용액을 제조하는 단계, 여기서 반응물은 환원당 및 1차 폴리아민 H2N-Q-NH2을 포함하고, 여기서 Q는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 또는 시클로헤테로알킬이고, 이들 각각은 임의로 치환되고, 단 1차 폴리아민이 폴리에틸렌이민으로 이루어지는 경우, 환원당 대 1차 폴리아민의 중량비는 1:1 내지 30:1 범위임;
    이후 상기 결합제 용액을 물질 집합체 상에 배치하는 단계;
    이후 결합제 용액을 건조시켜 비경화 결합제를 형성하고 비경화 결합제를 열경화시켜 경화된, 열경화성, 중합체 결합제로써 결합된 물질 집합체를 형성하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 경화된, 열경화성, 중합체 결합제에는 포름알데히드가 없는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 포름알데히드 및 페놀 중 어느 것도 시약으로서 사용되지 않는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 물질 집합체는 광물 섬유, 아라미드 섬유, 금속 섬유, 탄소 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 레이온 섬유, 셀룰로오스 섬유, 무기 미립자 물질 및 석탄 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 물질 집합체는 유리 섬유, 암면 섬유, 슬래그면 섬유 및 세라믹 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 광물 섬유를 포함하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 물질 집합체는 대팻밥, 톱밥, 목재 펄프, 쇄목, 황마, 아마, 대마 및 짚으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 셀룰로오스 섬유를 포함하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 물질 집합체는 중량으로 70% 내지 99% 범위로 존재하는 유리 섬유를 포함하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환원당은 덱스트로오스, 자일로오스, 프룩토오스, 디히드록시아세톤, 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1차 폴리아민은 디아민, 트리아민, 테트라아민, 및 펜트아민으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, Q는 C2-C8로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬인 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, Q는 C6 알킬인 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 1차 폴리아민은 1,6-디아미노헥산, 1,5-디아미노-2-메틸펜탄, 디에틸렌트리아민, 1-, 비스(헥사메틸렌)트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜트아민, 아스파라긴, 글루타민, 리신, 및 아르기닌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환원당 대 1차 폴리아민의 중량비는 1:1 내지 30:1 범위인 방법.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환원당 대 1차 폴리아민의 중량비는 2:1 내지 10:1 범위인 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환원당 대 1차 폴리아민의 중량비는 3:1 내지 6:1 범위인 방법.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 결합제 용액은 알칼리성 pH를 가지는 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 결합제 용액을 제조하는 단계는 결합제 용액의 pH를 8 내지 12 범위 내로 조정하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 경화된 결합제는 불수용성인 방법.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체 결합제는 420 nm의 빛을 강하게 흡수하는 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 결합제 용액에는 산이 없는 방법.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 물질 집합체 및 경화된, 열경화성, 중합체 결합제는 규소-함유 화합물을 추가로 포함하는 방법.
  22. 경화된, 열경화성, 중합체 결합제에 의하여 결합된 물질 집합체를 포함하는 조성물에 있어서, 경화된, 열경화성, 중합체 결합제는 중합체 결합제를 제조하기 위한 반응물을 함유하는 결합제 수용액의 건조 및 경화의 반응 생성물을 포함하고, 반응물은 환원당 및 1차 폴리아민 H2N-Q-NH2를 포함하고, 여기서 Q는 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 또는 시클로헤테로알킬이고, 이들 각각은 임의로 치환되고, 단 1차 폴리아민이 폴리에틸렌이민으로 이루어지는 경우, 환원당 대 1차 폴리아민의 중량비는 1:1 내지 30:1 범위인 조성물.
  23. 제22항에 있어서, 경화된, 열경화성, 중합체 결합제에는 포름알데히드가 없는 조성물.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 환원당은 덱스트로오스, 자일로오스, 프룩토오스, 디히드록시아세톤, 및 이의 혼합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 조성물.
  25. 제22항 또는 제23항에 있어서, Q는 C2-C8로 이루어지는 군으로부터 선택되는 알킬인 조성물.
  26. 제22항 또는 제23항에 있어서, 환원당 대 1차 폴리아민의 중량비는 1:1 내지 30:1 범위인 조성물.
  27. 제22항 또는 제23항에 있어서, 조성물은 합성 목재 판인 조성물.
  28. 제22항 또는 제23항에 있어서, 조성물은 왁스를 포함하는 합성 목재 판인 조성물.
  29. 제22항 또는 제23항에 있어서, 조성물은 다음 특징 중 하나 이상을 가지는 합성 목재 판인 조성물:
    - 적어도 1800 N/mm2의 탄성 계수 (MOE)
    - 적어도 18 N/mm2의 굽힘 강도 (MOR)
    - 적어도 0.28 N/mm2의 내부 결합 강도 (IB)
    - 20 ℃의 물 내에서 24 시간 후에, 두께 변화에 의하여 측정 시 12% 이하로 팽윤함
    - 20 ℃의 물 내에서 24 시간 후에 40% 이하의 물 흡수
    - 결합제의 건조 중량으로 8% 내지 18%.
  30. 제22항 또는 제23항에 있어서, 조성물은 목재 파티클보드, 배향성 스트랜드보드 및 중간 밀도 섬유판으로부터 선택되는 합성 목재 판인 조성물.
  31. 제22항 또는 제23항에 있어서, 물질 집합체는 광물 섬유 단열재 제품인 조성물.
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