KR101945342B1 - 시멘트 조성물용의 재분산성 폴리머 분말과 폴리우레탄 분말의 블렌드 - Google Patents

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Abstract

시멘트 기반 타일 접착제 (CBTA) 또는 외부 열 절연 복합물 시스템 (ETICS)과 같은 적용 분야에서 시멘트질 조성물 또는 모르타르의 성능을 개선시키기 위해 분말화 폴리우레탄 연질 포움, 바람직하게는 재활용 분말화 폴리우레탄 연질 포움이 재분산성 폴리머 분말 (RDP)와 함께 바람직하게는 예비블렌딩 첨가제로서 수경성 결합제 또는 시멘트질 조성물에 사용된다. RDP에 대한 부분적 대체물로서 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 사용은 예기치 않게 탁월한 작업성 및 빠른 오픈 타임과 함께 증가된 습윤 모르타르 밀도, 빠른 응고 시간, 개선된 내충격성 및 수침 후 증가된 접착력을 제공한다.

Description

시멘트 조성물용의 재분산성 폴리머 분말과 폴리우레탄 분말의 블렌드{POLYURETHANE POWDER BLEND WITH REDISPERSIBLE POLYMER POWDER FOR CEMENT COMPOSITIONS}
본 발명은 시멘트 조성물과 같은 수경성 결합제에서 사용하기 위한 폴리우레탄 분말 및 재분산성 폴리머 분말로부터 제조된 첨가제에 관한 것이다.
건설 분야에서, 모르타르 (mortar)는 시멘트, 모래 및 유기 폴리머를 사용하여 제조될 수 있다. 운송 비용을 감소시키기 위해서, 폴리머는 재분산성 폴리머 분말로서 건조된 형태로 운송 및 첨가될 수 있다. 재분산성 폴리머 분말은 시멘트질 접착제 제제의 접착력을 개선시키기 위한 결합제로 사용된다. 폴리머의 분말 형태는 일반적으로 액체 폴리머 조성물을 스프레이 건조시켜 자유 유동성 분말을 수득함으로써 생산된다. 콘크리트와 같은 이것이 첨가되는 적용 제제에서 그의 기능을 수행하기 위해, 적용 제제에서 폴리머 분말은 쉽게 재분산성인 것이 바람직하다.
비닐 아세테이트/에틸렌 코폴리머, 스티렌/부타디엔 코폴리머, 및 비닐 아세테이트/베르사트산 비닐 에스테르 코폴리머와 같은 에멀션 폴리머로부터 제조된 재분산성 폴리머 분말은 시멘트질 조성물의 기계적 특성을 개선시키기 위해서 시멘트 기반 타일 접착제 (CBTA) 및 자체 레벨 마루 복합체 (self level flooring compounds; SLFC)와 같은 다양한 건축 분야에서 광범하게 사용된다.
그러나, 다양한 타입의 성능 문제가 재분산성 폴리머 분말을 만들기 위해서 사용된 폴리머, 및 재분산성 폴리머 분말이 이용되는 시멘트질 적용분야에 따라 제시되었다. 예를 들어, 재분산성 폴리머 분말에서 사용된 폴리머의 화학적 성질이 카복실화된 라텍스인 경우에, 이것이 사용되는 모르타르의 모르타르 밀도는 매우 낮은 경향이 있으며, 모르타르에 대한 응고 시간 (set time)은 증가하는 경향이 있다. 재분산성 폴리머 분말의 화학적 성질이 비닐 아세테이트를 기본으로 하는 경우에, 수침 후의 부착력은 일반적으로 매우 제한된다. 또한, 외부 열 절연 시스템 (external thermal insulation systems; ETICS)을 위한 시멘트질 베이스 코트에 의한 우수한 내충격성을 수득하기 위해서, 사용된 폴리머는 매우 낮은 Tg를 갖는 것이 필요하거나 (이것은 재분산성 폴리머 분말로 생산하기 위해서는 매우 비용이 많이 든다), 재분산성 폴리머 분말의 용량은 상당히 증가되어야 한다.
미국 특허출원공개 제 US 2009054588 호 (Alois Maier et al)는 무기 또는 수경성 또는 광물성 결합제를 기본으로 하는 생성물의 영구적인 소수성 및/또는 소유성 (oleophobic) 및/또는 방오성 가공 (dirt-repellent finishing)을 위한 액체 또는 분말상 혼합물로 사용하기 위한, 이소시아네이트 및 우레탄 및/또는 우레아 그룹을 함유하는 플루오로변형된 혼합물을 개시하고 있다. 마이어 (Maier) 등에 따르면, 플루오로변형된 혼합물은 시멘트, 생석회, 석고 [알파]-헤미하이드레이트, [0006]-헤미하이드레이트, [알파]/[0007]-헤미하이드레이트), 경석고 (천연 경석고, 합성 경석고, REA 경석고), 지오폴리머 (geopolymers), 및 콘크리트와 같은 무기 또는 수경성 또는 광물질 결합제를 기본으로 하는 수성 현탁액을 위한 액체 또는 분말상 첨가제 또는 분산제로서 사용될 수 있다. 플루오로변형된 혼합물은 놀랍게도, 이들 생성물의 기본적인 특성 프로필 (예를 들어, 압축 및 휨 인장 강도)에 실질적으로 영향을 미침이 없이, 무기 또는 수경성 또는 광물질 결합제를 기본으로 하는 생성물의 영구적인 소수성 및/또는 소유성 및/또는 방오성 대량 (in-bulk) 가공을 위해 매우 저용량에서 조차도 현저하게 적합한 것으로 개시되어 있다. 플루오로변형된 혼합물을 기본으로 하는 경화된 건축 자재 조성물과 같은 생성물의 경우에는, 마이어 등에 따라 뚜렷하게 더 낮은 수분 흡수 (서리 피해 및 부식의 회피) 및 표면 상에서의 블리딩 (bleeding)의 억제 (시각적 결함의 회피)가 관찰된다. 또한, 높은 플루오로변형에도 불구하고 적절한 자체-분산성이 수득되며, 이에 의한 플루오로변형된 혼합물의 강력한 액화 작용의 결과로, 변형된 콘크리트 또는 (건조) 모르타르 시스템의 경우에 물/시멘트 값 (W/C 값)은 비변형된 콘크리트 또는 (건조) 모르타르 시스템의 경우에서 보다 현저하게 더 낮은 것으로 개시되어 있다. 그러나, 마이어 등의 첨가제는 생성물의 소수성화 및 소유성화를 위한 특정의 폴리머 첨가제의 생산을 필요로 하며, 다양한 시멘트질 적용분야에서 비닐 아세테이트/에틸렌 코폴리머, 스티렌/부타디엔 코폴리머, 및 비닐 아세테이트/베르사트산 비닐 에스테르 코폴리머와 같은 에멀션 폴리머로부터 만들어진 것들과 같은 재분산성 폴리머 분말의 성능을 증진시키거나 개선시키는 것으로 개시되지 않았다.
본 발명자들은 습윤 모르타르 밀도를 증가시키고, 탁월한 작업성 (workability) 및 빠른 오픈 타임 (open time)을 여전히 유지하며, 응고 시간을 빠르게 하고, 내충격성을 개선시키며, 수침 후에 접착력을 증가시키는 재분산성 폴리머 분말 (RDP)을 제공하는 문제를 해결하기 위해서 생각하였다.
발명의 요약
본 발명은 바람직하게는 예비블렌딩된 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말 (RDP)로 이루어진 수경성 결합제용 첨가제, 예컨대 시멘트 첨가제를 제공한다. 수-재분산성 폴리머 분말은 수-불용성 필름-형성 폴리머 및 임의로 콜로이드성 안정화제의 공동-건조 혼합물로 이루어질 수 있다. 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양은 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량% 내지 80 중량%, 바람직하게는 20 중량% 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 40 중량% 내지 60 중량%, 예를 들어 50 중량%일 수 있다. 분말화 폴리우레탄 연질 포움은 바람직하게는 분쇄된 재활용 연질 폴리우레탄 포움이다. 본 발명에 사용된 분쇄된 연질 폴리우레탄 포움의 평균 입자 크기는 5 미크론 내지 500 미크론, 예를 들어, 10 미크론 내지 200 미크론, 바람직하게는 20 미크론 내지 150 미크론, 가장 바람직하게는 40 미크론 내지 120 미크론, 예를 들어, 40 미크론 내지 80 미크론일 수 있다. 재분산성 폴리머 분말은 5 미크론 내지 150 미크론, 바람직하게는 20 미크론 내지 90 미크론, 가장 바람직하게는 50 미크론 내지 80 미크론의 예시적인 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
시멘트질 조성물 내에서 재분산성 폴리머 분말 (RDP)에 대한 부분적 대체물로서 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 사용은 예기치 않게 탁월한 작업성 및 빠른 오픈 타임과 함께 증가된 습윤 모르타르 밀도, 빠른 응고 시간, 개선된 내충격성, 및 시멘트질 조성물에 대해 수침 후의 증가된 접착력과 같이 다수의 적용분야를 위한 시멘트질 조성물의 개선된 성능을 제공한다. 재활용 폴리우레탄 포움 분말 물질의 사용은 환경에 이로우며, 시멘트질 건조 혼합 제제의 비용을 절감시킨다. 본 발명의 첨가제는 시멘트 기반 타일 접착제 (CBTA) 및 외부 단열 복합 시스템 (ETICS) 기반 코트 도포와 같은 적용을 위해 시멘트질 모르타르에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 측면으로, 수경성 결합제를 위한 첨가제는 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말 (RDP)을 통상적인 분말 혼합 또는 블렌딩 장치로 건식 블렌딩하여 실질적으로 균일한 예비블렌드를 제공함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 건조 혼합 제제, 또는 시멘트 기반 타일 접착제 (CBTA) 또는 외부 열 절연 복합물 시스템 (ETICS)과 같은 시멘트 조성물은 시멘트 성분들을 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말 (RDP)과 혼합시킴으로써 생산될 수 있으며, 여기서, 수-재분산성 폴리머 분말은 수-불용성 필름-형성 폴리머 및 콜로이드성 안정화제의 공동-건조된 혼합물을 포함하고, 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양은 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량% 내지 80 중량%, 바람직하게는 20 중량% 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 40 중량% 내지 60 중량%, 예를 들어 50 중량%이다. 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총량은 건조 혼합 제제의 중량을 기준으로 하여 0.1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3 중량%일 수 있다. 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말을 수경성 결합제 성분, 예컨대 시멘트 성분과 별도로 혼합하나, 바람직하게는 예비블렌딩하여 첨가제, 예컨대 시멘트 첨가제를 얻고, 수경성 결합제 성분, 예컨대 시멘트 성분과 혼합하여 본 발명의 건조 혼합 제제를 얻을 수 있다.
발명의 상세한 설명
다른 식으로 나타내지 않는 한, 모든 온도 및 압력 단위는 실온 및 표준 압력 (STP)이다. 언급된 모든 범위는 포괄적이고 조합 가능한 것이다.
괄호를 포함하는 모든 문구들은 괄호 안의 물질의 포함 및 그의 부재 중의 하나 또는 둘 다를 의미한다. 예를 들어, 문구 "(메트)아크릴레이트"는 선택적으로 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 것으로서, 문구 "분자량"은 다른 식으로 나타내지 않는 한, 통상적인 방식으로 측정된 것으로서 수평균 분자량을 나타낸다. 수평균 분자량은 개별적인 마크로분자의 분자량의 통상적인 산술 평균 또는 평균이다. 이는 n 폴리머 분자의 분자량을 측정하고, 분자량을 합하고, n으로 나누어 줌으로써 결정된다. 폴리머의 수평균 분자량은 겔 투과 크로마토그래피, 점도 측정계 (Mark-Houwink equation), 및 증기압 삼투압 측정 또는 말단-그룹 결정과 같은 모든 속일성 방법에 의해서 결정될 수 있다. 폴리비닐 알콜의 경우에, PVOH 분자량은 다른 식으로 나타내지 않는 한, 재-아세틸화된 검체에 대한 정적 광 산란 (절대 방법)과 조합된 겔 투과 크로마토그래피 (GPC)에 의해서 결정된 몰 질량 Mw의 평균 중량을 의미한다. Mw 값의 정확성은 ±15%로 추정된다.
본 명세서에서 사용된 것으로서, 용어 "폴리머"는 선택적으로, 코폴리머, 터폴리머, 테트라폴리머, 펜타폴리머 등과 같은 하나 또는 그 이상의 상이한 모노머로부터 만들어진 폴리머를 나타내며, 랜덤 (random), 블럭 (block), 그래프트 (graft), 순차적 (sequential) 또는 구배 (gradient) 폴리머 중의 어떤 것일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 것으로서, 다른 식으로 나타내지 않는 한, 측정된 유리 전이 온도 (Tg)가 사용된다. 본 명세서에서 사용된 것으로서, 용어 "계산된 Tg"는 폭스 방정식 (Fox equation)을 사용하여 계산된 폴리머의 Tg를 나타낸다 (T. G. Fox, Bull. Am. Physics Soc., Volume 1, Issue No. 3, page 123 (1956)). 본 명세서에서 사용된 것으로서, 용어 "측정된 Tg"는 시차 주사 열량측정 또는 DSC (분당 10℃를 가열하는 속도, Tg는 변곡의 중간점에서 채택된다)를 사용하여 측정된 Tg를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 것으로서, 문구 ""wt%"는 중량 퍼센트를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 것으로서, 다른 식으로 나타내지 않는 한, 문구 "평균 입자 크기"는 분포 상태의 입자의 50 wt%가 그 입자보다 더 작고, 분포 상태의 입자의 50 wt%가 그 입자보다 더 크도록, 레이저 광산란에 의해서 측정된 것으로서 분말 입자의 분포 상태에서 입자의 입자 직경 또는 최대 치수 (dimension)를 나타낸다. 입자 크기 분포는 레이저 산란에 의해서 제조자의 추천된 절차에 따라 Beckman Coulter (Brea, California)의 제품인 코울터 (Coulter) LS 230 입자 크기 분석기를 사용하여 측정될 수 있다. 레이저 산란 및 편광 강도 차등 산란 (polarization intensity differential scattering)을 통해서 입자로부터 산란하는 광선을 각의 함수로서 수집하고, 이어서 입자 크기 분포로 전환시킨다.
본 발명에서, 분쇄된 폴리우레탄 연질 포움, 바람직하게는 분쇄된 재활용 폴리우레탄 연질 포움은 바람직하게는 시멘트 기반 타일 접착제 (CBTA), 또는 외부 열 절연 복합물 시스템 (ETICS) 기반 코트 적용분야와 같은 적용분야에서 시멘트질 조성물 또는 모르타르의 개선된 전반적 성능을 갖는 새로운 시멘트질 건축 자재를 제조하기 위한 예비블렌딩된 첨가제로서 광범한 종류의 재분산성 폴리머 분말 (RDP)과 함께 사용된다. RDP와 함께 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 사용은 예기치 않게 탁월한 작업성 및 빠른 오픈 타임, 빠른 응고 시간, 개선된 내충격성, 및 수침 후에 증가된 부착력을 유지하면서 습윤 모르타르 밀도 증가를 제공한다. 예를 들어, 폴리머의 화학적 성질이 카복실화된 라텍스인 경우에, RDP 일부가 분쇄된 폴리우레탄 연질 포움 대신에 사용되면, 작업성 손실 없이 습윤 모르타르 밀도를 증가시키고, 모르타르의 응고 시간을 빠르게 한다. 또한, 재분산성 폴리머 분말 (RDP)의 화학성이 비닐 아세테이트를 기반으로 하는 경우, 분쇄된 폴리우레탄 연질 포움을 VAE 타입의 RDP와 조합하여 사용하면, 시멘트질 조성물의 습윤 접착값이 상당히 개선된다. 분쇄된 폴리우레탄 연질 포움을 중 내지 고 Tg의 통상적인 RDP와 조합하여 사용하면, 시멘트질 접착제의 베이스 코트의 내충격성이 낮은 RDP 용량에서 더 좋아진다. 재분산성 폴리머 분말의 부분 대체물로서 재활용 폴리우레탄 연질 포움으로부터 제조된 폴리우레탄 연질 포움 분말의 채용은 건식 혼합 시멘트질 제제의 비용을 절감시키고, 환경에 이롭다.
본 발명에서 사용된 분쇄 또는 분말화 폴리우레탄 연질 포움은 어떤 통상적인 연질 폴리우레탄 포움을 분말로 분쇄함으로써 제조될 수 있다. 강성 폴리우레탄 포움으로부터 제조된 분말은 연질 포움으로 달성된 것과 같이 시멘트질 조성물의 특성 또는 성능의 개선을 제공하는 것으로 발견되지 않았다. 사용될 수 있는 폴리우레탄 (PUR 및 PU)은 카바메이트 (우레탄) 결합에 의해서 연결된 유기 유니트의 쇄로 구성된 모든 폴리머이다. 폴리우레탄 폴리머는 모노머를 적어도 2개의 이소시아네이트 작용기, 또는 폴리이소시아네이트, 예컨대 디이소시아네이트와 반응시키거나, 또다른 모노머를 촉매의 존재 하에 적어도 2개의 하이드록실 또는 알콜 그룹, 또는 폴리올과 반응시킴으로써 단계-성장 중합 또는 다중부가 반응을 통해 형성된다. 상업적으로 입수가능한 폴리우레탄 연질 포움이 본 발명의 사용을 위해 분쇄될 수 있으나, 상업적으로 입수가능한 재활용 폴리우레탄 연질 포움 분말이 바람직하게는 사용된다. 본 발명에 사용될 수 있는 상업적으로 입수가능한 폴리우레탄 연질 포움은 사슬연장제, 가교결합제, 계면활성제, 난연제, 발포제, 안료 및 충전제와 같은 통상적인 첨가제를 통상적인 양으로 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 폴리우레탄 포움을 위해서 통상적인 양으로 사용될 수 있는 예시적인 폴리이소시아네이트는 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 또는 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI)와 같은 방향족 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HDI) 또는 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI)와 같은 지방족 디이소시아네이트, 및 2-, 3-, 및 4- 또는 그 이상의 이소시아네이트 그룹을 갖는 분자의 블렌드 (평균 작용기는 2.7이다)인 폴리머성 디페닐메탄 디이소시아네이트와 같은 폴리머성 이소시아네이트이다. 연질 폴리우레탄 포움을 생산하기 위한 통상적인 삼작용성 폴리올은 본 발명에서 사용하기 위한 폴리우레탄 포움의 생산을 위해서 통상적인 양으로 사용될 수 있다. 이러한 폴리올의 예는 글리세린, 및 트리메틸올프로판 (TMP), 하이드록실 또는 아민 함유 개시제 상의 프로필렌 옥사이드 (PO) 또는 에틸렌 옥사이드 (EO)의 염기-촉매화된 부가 생성물과 같은 폴리에테르 폴리올, 및 글리콜과 아디프산과 같은 디-산의 폴리에스테르화 생성물과 같은 폴리에스테르 폴리올이다. 선형 폴리에테르 폴리올, 예를 들어, 이작용성 폴리에틸렌 글리콜이 우레탄 결합을 생성시키기 위해서 사용되는 경우에는, 더 연질이고, 탄성이며, 더 가요성인 폴리우레탄이 제공된다. 그러나, 다작용성 폴리올이 사용된다면 더 강성인 생성물이 제공되는데, 이는 이들이 저밀도 포움의 형태일 수 있는 삼차원 교차-결합된 구조를 생성시키기 때문이다.
통상적인 촉매, 발포제, 및 계면활성제가 본 발명에서 사용하기 위한 폴리우레탄을 제조하기 위해서 통상적인 양으로 사용될 수 있다.
그러면, 여기에서는 2 개의 주된 포움 변형체가 존재한다: 하나는 포움 버블 (셀 (cell))의 대부분이 밀폐된 채로 유지되고, 가스(들)는 포획된 채로 유지되는 것이고, 다른 것은 포움-제조 과정에서 중요한 단계 후에 생성되는 거의 개방된 셀을 갖는다 (셀이 형성되지 않거나, 너무 빠르게 개방되면, 포움은 생성되지 않을 것이다). 연질 포움이 밀폐된 셀을 갖는다면, 이들의 유연성 (softness)은 심하게 손상되며, 이들은 부드럽다기 보다는 공기가 가득 찬 느낌이 되며; 따라서, 일반적으로 말하면, 연질 포움은 개방-셀화되는 것이 필요하다. 반대는 가장 강성인 포움을 갖는 경우이다. 여기에서는, 셀 가스의 체류가 바람직한데, 이는 이 가스, 특히 플루오로카본이 포움에게 그들의 주된 특징인 높은 열 단열 성능을 제공하기 때문이다. 그러나, 본 발명에서, 재활용 폴리우레탄 포움 분말로부터의 유익한 기여를 수득하기 위해서, 원래의 폴리우레탄 포움은 가요성이며, 강성이 아니고, 따라서 바람직하게는 포움은 개방-셀화되고, 사용된 폴리올은 삼작용성이다.
본 발명의 수경성 결합제 또는 시멘트 첨가제와 같은 시멘트질 조성물 및 첨가제에서 사용될 수 있는 상업적으로 이용할 수 있는 재활용 폴리우레탄 연질 포움 분말은 Mobius Technologies (Lincoln, CA)에 의해서 생산된다. 재활용 폴리우레탄 연질 포움 분말은 제조, 절단 또는 소비자 사용 후의 공급원, 슬랩스톡 (slabstock) 폴리우레탄 포움, 성형된 폴리우레탄 포움, 포움 매트리스, 자동차 시트, 또는 그 밖의 다른 연질 폴리우레탄 포움 공급원료로부터의 스크랩 (scrap) 폴리우레탄 포움으로부터 생산될 수 있다. 폴리우레탄 포움은 예를 들어, 포움을 대략 팝콘 크기의 조각으로 축소시키는 파쇄 단계 (shredding step)에 이어서 파쇄된 조각을 롤밀 (roll mill)에서 초미세 분말 (ultrafine powder)로 축소시키는 분쇄 단계에 의해서 초미세 분말로 전환시킬 수 있다. 분말은 조악한 입자들을 롤밀에 다시 재활용시키기 위해서 분리시키는 체 (sifter)에 통과시킬 수 있다. 분말화 폴리우레탄 연질 포움은 실리카와 같은 코팅제로 코팅될 수 있지만, 비코팅 분말이 그들의 더 낮은 비용으로 인해서 선호된다.
본 발명에서 사용되는 분쇄된 연질 폴리우레탄 포움의 평균 입자 크기는 일반적으로 5 미크론 내지 500 미크론, 예를 들어, 10 미크론 내지 200 미크론, 바람직하게는 20 미크론 내지 150 미크론, 가장 바람직하게는 40 미크론 내지 120 미크론, 예를 들어, 40 미크론 내지 80 미크론일 수 있다. 바람직하게는, 분쇄된 연질 폴리우레탄 포움의 평균 입자 크기는 RDP 입자로부터 포움 입자가 침강 또는 분리되는 것을 피하기 위해 RDP의 평균 입자 크기와 유사할 수 있다.
본 발명의 첨가제, 예컨대 수경성 결합제 첨가제 또는 시멘트 첨가제 및 시멘트질 조성물에 사용되는 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양은 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말, 또는 수경성 결합제 첨가제, 예컨대 시멘트 첨가제의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량% 내지 80 중량%, 바람직하게는 20 중량% 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 40 중량% 내지 60 중량%, 예를 들어 50 중량%일 수 있다.
시멘트질 조성물에 사용된 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양은 대체되는 재분산성 폴리머 분말 (RDP)의 양과 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 사용된 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 RDP의 총량은 분말화 폴리우레탄 연질 포움으로 부분 대체되기 전 원래 사용된 RDP의 양과 동일할 수 있다. 본 발명의 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말, 또는 수경성 결합제 첨가제, 예컨대 시멘트 첨가제의 총량은 건조 혼합 제제의 중량을 기준으로 하여 일반적으로 0.1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 내지 3 중량%일 수 있다.
분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말을 수경성 결합제 성분, 예컨대 시멘트 성분과 별도로 혼합하여 건조 혼합 제제를 얻을 수 있으나, 바람직하게는 예비블렌딩하여 시멘트 첨가제를 얻고, 시멘트 성분과 혼합하여 본 발명의 건조 혼합 제제를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 시멘트 첨가제, 또는 다른 수경성 결합제 첨가제는 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말 (RDP)을 통상적인 분말 혼합 또는 블렌딩 장치 및 통상적인 혼합 시간 및 기술을 사용해 건식 블렌딩하여 실질적으로 균일한 예비블렌드를 제공함으로써 제조될 수 있다.
본 발명에 사용하기 위한 수-재분산성 폴리머 분말은 공지된 통상적인 방식으로 제조된 수-불용성 필름-형성 폴리머와 같은 필름-형성 폴리머 및 콜로이드성 안정화제의 공동-건조 혼합물을 포함하는 통상적이며 공지된 RDP일 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 폴리머는 공지되거나 통상적인 방식으로 제조될 수 있는 임의의 필름-형성 폴리머이다. 수-불용성 필름-형성 폴리머로 사용될 수 있는 호모폴리머 또는 코폴리머의 예는 비닐 아세테이트 호모폴리머, 비닐 아세테이트와 에틸렌의 코폴리머, 비닐 아세테이트와 에틸렌 및 하나 또는 그 이상의 추가의 비닐 에스테르의 코폴리머, 비닐 아세테이트와 에틸렌의 코폴리머, 비닐 아세테이트와 에틸렌 및 비닐 클로라이드의 코폴리머, 및 스티렌-1,3-부타디엔 코폴리머이다. 필름-형성 폴리머는 스티렌 부타디엔 코폴리머, 비닐 모노머와 같은 다른 코모노머와 중합된 스티렌 부타디엔, 비닐아세테이트 에틸렌 (VAE) 코폴리머, VAE/VA-VeoVA 코폴리머 혼합물 (비닐 아세테이트 에틸렌 코폴리머/비닐 아세테이트-베르사트산의 비닐 에스테르 코폴리머 혼합물), 폴리우레탄, 폴리올레핀과 같은 적어도 하나의 에틸렌적으로 불포화된 모노머로부터 제조된 적어도 하나의 폴리머일 수 있다. 필름-형성성이지만 덜 수-불용성인 다른 폴리머, 예를 들어, 셀룰로스, 알킬 셀룰로스 및 하이드록시알킬 셀룰로스와 같은 셀룰로스 에테르, 및 콜로이드성 안정화제로 유용한 것들뿐만 아니라 C3 내지 C15 탄소 원자를 갖는 알킬 잔기 또는 C7 내지 C15 탄소 원자를 갖는 아릴알킬 잔기를 갖는 소수성으로 변형된 글리시딜 에테르와 상기 언급된 셀룰로스 에테르의 반응 생성물과 같은 소수성으로 변형된 셀룰로스 에테르 등의 변형된 셀룰로스가 사용될 수 있다.
수-불용성 필름-형성 폴리머는 비닐 모노머와 같은 에틸렌적으로 불포화된 모노머로부터 통상적인 방식으로 제조될 수 있다. 사용될 수 있는 수-불용성 필름-형성 폴리머의 예는 비닐 호모폴리머 또는 비닐 아세테이트, 스티렌/부타디엔, 및 이들의 혼합물이다.
사용될 수 있는 예시적인 모노머는 비닐 아세테이트와 같은 비닐 에스테르; 및 스티렌과 같은 비닐방향족 모노머이다. 이들 모노머는 서로, 또는 다른 에틸렌적으로 불포화된 모노머와 공중합될 수 있다.
비닐 아세테이트 및/또는 스티렌과 공중합되어 본 발명에서 사용하기 위한 수-불용성 필름-형성 폴리머를 수득할 수 있는 모노머의 예는 에틸렌 및 이소부텐과 같은 올레핀; 비닐 프로피오네이트와 같은 1 내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 포화되거나, 분지되거나, 비분지된 모노카복실산의 비닐 에스테르, 메틸, 에틸, 부틸 및 에틸헥실 말리에이트 및 푸마레이트와 같은 1 내지 10 개의 탄소 원자를 갖는 알칸올과 3 내지 6 개의 탄소 원자를 갖는 불포화된 모노- 또는 디카복실산의 에스테르의 에스테르; 메틸스피렌 및 비닐톨루엔과 같은 비닐방향족 모노머; 비닐 클로라이드 및 비닐리덴 클로라이드와 같은 비닐 할라이드, 및 부타디엔과 같은 디올레핀이다.
수-불용성 필름-형성 폴리머는 통상적인 양으로 카복실화된 표면을 가질 수 있다. 수-불용성 필름-형성 폴리머는 바람직하게는, 특히 스티렌 부타디엔 코폴리머와 같은 매우 소수성인 폴리머의 경우에, 재분산성을 위해서 카복실화된다. 카복실화의 양은 일반적으로, 총 코모노머 중량 또는 이타콘산과 스티렌 부타디엔 코폴리머와 같은 수-불용성 필름-형성 폴리머의 중량을 기준으로 하여 0.1 중량% 내지 15 중량%, 예를 들어, 0.5 중량% 내지 5 중량%의 적어도 하나의 에틸렌적으로 불포화된 모노카복실산, 디카복실산, 그의 염 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
재분산성 폴리머 분말을 수득하기 위해서 사용된 수-불용성 필름-형성 폴리머는 비닐 방향족 코모노머 및 1,3-디엔 코모노머의 카복실화된 코폴리머를 포함할 수 있다. 수-불용성 필름-형성 폴리머는 공지된 방식으로 수득된 카복실 그룹의 조절된 분포 및 중화도를 가질 수 있다.
사용될 수 있는 비닐방향족 코모노머의 예는 스티렌, 알파-메틸스티렌, o-비닐톨루엔 및 tert-부틸스티렌과 같은 C1-C4 알킬-스티렌이며, 스티렌이 바람직하다. 사용될 수 있는 1,3-디엔의 예는 1,3-부타디엔 및 이소프렌이며, 1,3-부타디엔이 바람직하다. 사용될 수 있는 코모노머의 예는 푸마르산, 말레산 및/또는 이타콘산과 같은 에틸렌적으로 불포화된 모노- 및 디카복실산 및 이들의 염이다. 디카복실산 또는 이들의 염, 특히 이타콘산, 푸마르산, 이들의 염 및 이들의 조합이 바람직하다.
분말 내의 폴리머 입자의 표면에 위치하는 폴리머 내의 카복실산 그룹의 양, 및 폴리머 분말 내에 그들의 염 형태로 존재하는 카복실산 그룹의 양은 폴리머 내에 존재하는 카복실산 그룹의 총 수의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60%, 더욱 바람직하게는 적어도 70%가 분말 내의 폴리머 입자의 표면에 위치하고, 분말 내의 카복실산 그룹의 적어도 75%, 바람직하게는 적어도 85%, 더욱 바람직하게는 적어도 90%, 가장 바람직하게는 적어도 95%가 그들의 염 형태로 존재하도록 조절될 수 있다. 카복실산 염 내의 유용한 양이온은 암모늄, 알칼리 금속 이온 및 알칼리 토금속 이온이다.
분말 내의 폴리머 입자의 표면에 위치하는 카복실산 그룹의 높은 백분율은 a) 코모노머로서 하나 또는 그 이상의 에틸렌적으로 불포화된 디카복실산(들)의 단독 사용에 의해서, 또는 b) 예를 들어, 60 중량% 또는 그 이상의 모노머가 중합되는 경우에, 중합반응의 진행된 단계에서 코모노머의 첨가와 같은 단계화된 모노머 공급에 의해서, 또는 c) 특정의 pH, 예를 들어, 2 내지 9의 pH, 바람직하게는 2 내지 6의 pH에서의 중합반응의 수행에 의해서 수득될 수 있다.
수-불용성 필름-형성 폴리머에서 사용될 수 있는 임의의 코모노머의 예는 디비닐 벤젠, 디비닐 아디페이트, 디알릴 말리에이트, 또는 트리알릴 시아누레이트와 같은 2 개 또는 그 이상의 에틸렌 불포화를 갖는 코모노머, 또는 알릴 N-메틸올카바메이트, 이소부톡시 에테르와 같은 알킬 에테르, 또는 알릴 N-메틸올-카바메이트의 에스테르와 같은 교차결합-후 코모노머와 같은 에틸렌적으로 불포화된 교차결합 코모노머이다. 사용될 수 있는 코모노머의 다른 예는 비닐트리알콕시실란 및 비닐메틸디알콕시실란과 같은 실리콘-작용성 코모노머이다. 존재할 수 있는 알콕시 그룹의 예로는 에톡시 래디칼 및 에톡시(프로필렌 글리콜) 에테르 래디칼이 포함된다.
폴리머는 코폴리머의 총 중량을 기준으로 하여, a) 20% 내지 79.9%, 바람직하게는 30% 내지 70%의 하나 또는 그 이상의 비닐 방향족 코모노머, b) 20% 내지 79.9%, 바람직하게는 from 20% 내지 60%의 하나 또는 그 이상의 1,3-디엔 코모노머, c) 0.1% 내지 15%, 바람직하게는 0.5% 내지 10%의 하나 또는 그 이상의 에틸렌적으로 불포화된 모노- 및 디-카복실산 코모노머, 및 d) 0 내지 40%, 바람직하게는 0 내지 20%의 하나 또는 그 이상의 추가의 코모노머를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 폴리머는 50 내지 70%의 코모노머 a), 25 내지 49%의 코모노머 b), 및 1 내지 5%의 코모노머 c)를 포함한다.
또한, 염기성 화합물이 폴리머 내의 카복실산 그룹 또는 카복실산 무수물 그룹의 대부분을 산 그룹의 염 형태로 전환시키기 위해서 수-불용성 필름-형성 폴리머의 수성 폴리머 분산액에서 사용될 수 있다. 포함된 염기성 화합물의 양은 1) 폴리머 내의 카복실산 그룹의 당량당 적어도 0.5, 바람직하게는 0.6 내지 1.2, 더욱 바람직하게는 0.7 내지 1.1, 가장 바람직하게는 0.8 내지 1.0 당량의 염기성 화합물, 또는 2) 분산액의 pH를 적어도 9.5, 바람직하게는 적어도 10.0, 더욱 바람직하게는 적어도 10.5, 바람직하게는 12.5까지, 더욱 바람직하게는 12.0까지, 가장 바람직하게는 11.5까지로 조정하기에 충분한 염기성 화합물일 수 있다. 염기성 화합물은 바람직하게는 무기 염기성 화합물, 더욱 바람직하게는 강한 무기 염기성 화합물, 특히 NaOH, KOH, LiOH, Mg(OH)2 또는 Ca(OH)2와 같은 알칼리 금속 하이드록사이드 또는 알칼리 토금속 하이드록사이드이다. 가장 바람직하게는, 염기성 화합물은 나트륨 하이드록사이드 또는 칼륨 하이드록사이드와 같은 알칼리 금속 하이드록사이드이다.
필름-형성 폴리머는 -60℃ 내지 +80℃, 바람직하게는 -20℃ 내지 +50℃, 더욱 바람직하게는 -10℃ 내지 +30℃의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 코모노머의 모노머 및 중량 비율은 일반적으로 바람직한 유리 전이 온도를 수득하도록 선택될 수 있다. 폴리머의 유리 전이 온도 Tg는 시차 주사 열량측정 (DSC)을 이용하여 공지된 방식으로 결정될 수 있다.
통상적인 양의 통상적인 콜로이드성 안정화제가 재분산성 폴리머 분말 (RDP)의 생산에 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 콜로이드성 안정화제의 예는 폴리비닐 알콜; 폴리비닐 아세탈; 폴리비닐피롤리돈; 수용성 형태의 폴리사카라이드, 예를 들어, 전분 (아밀로즈 및 아밀로펙틴), 셀룰로스 및 이들의 카복시메틸, 메틸, 하이드록시에틸 및 하이드록시프로필 유도체; 카제인 또는 카제이네이트, 대두 단백질, 젤라틴과 같은 단백질; 리그닌 설포네이트; 폴리(메트)아크릴산, (메트)아크릴레이트와 카복실-작용성 코모노머 유니트의 코폴리머, 폴리(메트)아크릴아미드, 폴리비닐설폰산 및 이들의 수용성 코폴리머와 같은 합성 폴리머; 멜라민 포름알데히드 설포네이트, 나프탈렌포름알데히드 설포네이트, 및 스티렌-말레산 및 비닐 에테르-말레산 코폴리머이다. 일반적으로, 사용된 바람직한 콜로이드성 안정화제는 각각 Kuraray Europe GmbH, Division PVA/PVB D-65926 Frankfurt am Main, Germany로부터 상업적으로 이용할 수 있으며, 2±0.5 mPa-s 내지 18±0.5 mPa-s (20℃에서 4% 수용액) 또는 그 이상의 범위의 점도 DIN 53015, 87.7±1.0 mol. %의 가수분해 (비누화)도, 140±10 ㎎ KOH/g의 에스테르값 DIN 53401, 10.8±0.8 w/w%의 잔류 아세틸 함량, 및 0.5% (Na2O로서 계산)의 최대 회분 함량을 갖는 MOWIOL 4-88, MOWIOL 8-88, MOWIOL 13-88 및 MOWIOL 18-88과 같은 폴리비닐 알콜 (PVOH)이다.
폴리비닐 알콜 단독, 또는 또 다른 콜로이드성 안정화제와의 조합과 같은 콜로이드성 안정화제는 수-불용성 필름-형성 폴리머의 중량을 기준으로 하여 적어도 0.1 중량%, 일반적으로 적어도 2 중량%, 예를 들어, 5 중량% 내지 35 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
본 발명의 재분산성 폴리머 분말은 통상적인 방식으로, 수-불용성 필름-형성 폴리머, 폴리비닐 알콜과 같은 임의의 콜로이드성 안정화제, 및 다른 임의의 성분들을 포함하는 수성 분산액으로부터 제조될 수 있다. 재분산성 폴리머 분말을 제조하기 위해서, 수성 분산액은 예를 들어, 스프레이 건조, 동결 건조 또는 유동층 건조에 의해서 건조된다. 바람직하게는, 수성 분산액은 통상적인 방식으로 스프레이 건조된다. 계면활성제 및 소포제, 및 충진제와 같은 추가의 첨가제가 필요에 따라 사용될 수 있으며, 추가의 첨가제는 바람직하게는 건조시키기 전의 수성 분산액에 통상적인 양으로 첨가된다. 예를 들어, 소포제는 폴리머 입자의 중량을 기준으로 하여 1.5 중량%까지의 양으로 사용될 수 있다. 통상적인 초가소제 (superplasticizers)는 수-재분산성 폴리머 분말 (RDP)의 중량을 기준으로 하여 적어도 0.01 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 15 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
스프레이 건조는 통상적인 스프레이 건조 시스템에서 일어날 수 있으며, 예를 들어, 분산액은 가열될 수 있는 건조 가스의 스트림 내에서 단일, 이중 또는 다중 유체 노즐 또는 회전 디스크를 사용하여 분무화될 수 있다. 일반적으로, 공기, 질소 또는 질소-풍부 공기가 건조 가스로 사용되며, 건조 가스 온도는 일반적으로 250℃를 초과하지 않는다. 건조 온도는 바람직하게는 110 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 130 내지 170℃이다. 생성물 배출 온도는 일반적으로 플랜트, 폴리머 조성물의 Tg, 및 목적 건조도에 따라서 30℃ 내지 120℃, 바람직하게는 40℃ 내지 90℃일 수 있다.
케이킹 방지제 (anticaking agent) (블로킹 방지제 (antiblocking agent))는 저장 안정성을 증가시키기 위해서, 예를 들어, 케이킹 및 블로킹을 방지하고/하거나 분말의 유동 특성을 개선시키기 위해서 폴리머 분말에 첨가될 수 있다. 이러한 첨가는 바람직하게는, 분말이 여전히 미세하게 분산되기만 하면, 예를 들어, 여전히 건조 가스 내에 현탁되기만 하면 수행된다. 케이킹 방지제는 바람직하게는 광물 기원이다. 이것은 바람직하게는 폴리머 구성성분의 총 중량을 기준으로 하여 40 중량%까지의 양으로 첨가된다. 케이킹 방지제의 예로는 카올린, 칼슘 카보네이트, 마그네슘 카보네이트, 탈크, 석고, 실리카 및 실리케이트, 및 이들의 혼합물이 포함되나, 이들로 제한되지는 않는다. 케이킹 방지제의 입자 크기는 바람직하게는 100 ㎚ 내지 10 ㎛의 범위이다. 바람직한 케이킹 방지제는 카올린이다.
재분산성 폴리머 분말의 입자 크기 분포의 X50 크기는 건조 조건 및 건조 장치에 따라 좌우된다. X50은 마이크로미터로 표현된 중앙 직경을 나타내며, 이것은 입자의 50 중량%가 이 직경보다 더 작은 것을 의미한다. 예를 들어, 생산된 수-재분산성 폴리머 분말은 5 내지 150 마이크로미터, 바람직하게는 20 내지 90 마이크로미터, 가장 바람직하게는 50 내지 80 마이크로미터의 X50 입자 크기 직경을 가질 수 있다. 분말의 입자 크기 분포는 1.8-350 ㎛의 측정 범위에서 입자 크기 분석기 "심파텍 헬로스 (Sympatec Helos)"를 사용하고, 압축 공기에 의해 분말을 분산시키는 레이저 회절에 의해서 측정될 수 있다.
재분산성 폴리머 분말 내의 폴리머 입자의 중량, 예를 들어, 재분산성 폴리머 분말 (RDP) 내의 본 발명에 기술된 수-불용성 필름-형성 폴리머의 중량은 수-재분산성 폴리머 분말 (RDP)의 총 중량의 바람직하게는 40 중량% 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 65 중량% 내지 85 중량%일 수 있다.
5 마이크로미터 내지 150 마이크로미터, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 90 ㎛, 가장 바람직하게는 50 ㎛ 내지 80 ㎛의 평균 입자 크기를 가질 수 있는 재분산성 폴리머 분말은 탈이온수 내에 쉽게 분산될 수 있다.
본 발명의 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말 (RDP) 첨가제 및 본 발명의 물-재분산성 폴리머 분말은 무기 수경성 결합제 또는 시멘트질 조성물을 포함하는 건축 자재에서 다양한 용도를 갖는다. 따라서, 본 발명은 또한 무기 수경성 결합 제제 또는 결합제, 및 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말 (RDP), 또는 수경성 결합제 첨가제, 또는 상술한 바와 같은 시멘트 첨가제를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 전형적으로, 무기 수경성 결합제 또는 수경성 결합제는 시멘트 또는 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트 (소석고), 바람직하게는 시멘트이다. 적합한 시멘트의 예로는 포틀랜드 (Portland) 시멘트, 알루미나 시멘트, 포졸란 (pozzolanic) 시멘트, 슬래그 (slag) 시멘트, 마그네시아 시멘트, 및 포스페이트 시멘트가 포함된다.
건축재에 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 재분산성 폴리머 분말을 개별적으로 또는 본 발명의 첨가제 또는 예비블렌드 형태로 첨가하는 능력은 즉시 사용형 건조 혼합물인 조성물을 제공한다. 첨가제는 이미 수경성 결합제 및 예를 들어, 모래와 같은 추가의 성분들과 혼합되어 최종 사용자를 위한 단일-성분 시스템을 생산할 수 있다. 건설 장소에서는 단지 물만을 첨가해야 하며, 다른 성분의 짜증스러운 투여는 필요하지 않다. 본 발명의 재분산성 폴리머 분말이 사용될 수 있는 전형적인 건축 자재는 무기 수경성 결합제를 함유하는 단일-성분 건조 혼합물, 바람직하게는 단일-성분 시멘트-함유 건조 혼합물이다. 첨가제가 사용될 수 있는 건축 자재의 더욱 특정한 예시적 예로는 모르타르, 타일 또는 보드 접착제, 석고 또는 시멘트 플라스터 (plasters) 또는 렌더 (renders), 장식용 렌더, 자체-레벨링 마루 조성물, 단일-성분 실런트 (sealants) 및 외부 단열 마감 시스템 (finishing systems)이 포함된다. 본 발명의 재분산성 폴리머 분말을 포함한 재료로부터 수득된 상응하는 경화된 건축 자재는 또한 수침 후에도 우수한 접착 강도를 나타낸다 (내수성).
분말화 폴리우레탄 연질 포움은 VAE RDPs, VAE/VA-VeoVA RDPs, 폴리우레탄 RDPs, 폴리올레핀 분산액 기본 RDPs, 스티렌 부타디엔 RDPs, 및 이들의 혼합물과 같은 하나 또는 그 이상의 재분산성 폴리머 분말 (RDPs)과의 블렌드에서 사용될 수 있다. 본 발명의 분말화 폴리우레탄 연질 포움과 RDP의 복합물은 건설 자재, 개인 위생 조성물, 농업용 조성물과 같은 조성물에서, 난바다 유정 시멘팅, 오일 및 가스 드릴링 및 시멘팅과 같은 고염류 농도 적용 분야 또는 환경에서, 및 경수에서 기능성 첨가제로 사용될 수 있다. 분말의 추가의 용도는 수분 침윤, 골칫거리인 비산 분진, 냄새 및 조류에 대한 친화성을 최소화하는 폐기물과 같은 벌크 자재 파일 (piles), 코울 슬러지 (coal sludge) 격납, 토양, 토양 침식 제어를 위한 합성 커버용 조성물과 같은 폐기물 관리 분야에 있다. 분말은 스프레이할 수 있고, 저렴하며 광범하게 이용가능하고 환경적으로 친화성인 재활용 재료를 사용하며, 플라스틱 및 유리 폐기물에 대해 우수한 접착성을 갖고, 단시간 내에 형성/경화할 수 있는 대용 매립지 커버에서, 및 접착 증진 혼합물에서 사용될 수 있다. 분말은 또한, 폴리우레탄 포움과 같은 포움의 생산에 사용될 수도 있다.
바람직하게는, 수-재분산성 폴리머 분말 및 분말화 폴리우레탄 연질 포움은 무기 수경성 결합제를 더 포함할 수 있는 응고 조성물에서 첨가제로서 사용될 수 있다. 무기 결합제의 예로는 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 포졸란 시멘트, 슬래그 시멘트, 마그네시아 시멘트, 및 포스페이트 시멘트와 같은 시멘트; 석고 헤미하이드레이트 및 물-유리가 포함된다. 본 발명에 따르는 첨가제 폴리머 조성물의 예시적 용도는 타입 접착제, 건설용 접착제, 렌더, 접합 모르타르 (joint mortar), 플라스터, 트로웰링 (troweling) 조성물, 마루 충전 조성물 (예를 들어, 자체-레벨링 마루 복합재)과 같은 충전 조성물, 콘크리트 수리 접합재, 접합 모르타르, 테이프 접합 복합재, 콘크리트, 방수막 적용 분야, 크랙 분리막 적용 분야, 및 세라믹 가공을 위한 첨가제에 있다. 특히, 응고 조성물, 예를 들어, 시멘트 기반 타일 접착제 또는 외부 열 절연 복합물 시스템에서의 본 발명에 기술된 수-재분산성 폴리머 분말의 사용은 높은 초기 접착 강도, 수침 후의 높은 접착 강도 (내수성), 수화된 응고 조성물의 최종 적용 전에 특정한 "오픈 타임"을 허용한 후의 높은 접착 강도를 갖는 조성물을 제공한다. 첨가제는 예를 들어, 실리카, 알루미나, 알칼리 금속 옥사이드, 및 알칼리 토금속 옥사이드와 같은 원자재의 슬립 주조 (slip casting)를 위한 결합제로 사용될 수 있다.
분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 RDP 첨가제의 바람직한 용도는 시멘트질 또는 수경성 조성물, 또는 높은 pH, 예를 들어, 적어도 11, 예를 들어, 11.5 내지 13.5의 pH를 나타내는 다른 조성물에 있다. 본 발명의 첨가제는 모르타르 수리 또는 그라우트 (grout) 조성물, 시멘트-기반 타일 접착제와 같은 타일 접착제에서 사용될 수 있다. 시멘트 기반 타일 접착제는 일반적으로 수경성 결합제로서 5 내지 50 중량부의 시멘트, 바람직하게는 포틀랜드 시멘트, 주된 충진제로서, 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.5 ㎜의 입자 크기를 갖는, 40 내지 70 중량부의 석영, 및 0.1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 6 중량% (타일 접착제의 건조 중량을 기준으로 하여)의 본 발명에 따르는 첨가제 조성물을 포함한다. 추가의 임의의 성분들에는 유동학, 수분 보유력, 슬립 저항성 및 개선된 작업성을 조절하기 위한 하나 또는 그 이상의 셀룰로스 에테르 (바람직하게는 타일 접착제의 건조 중량을 기준으로 하여 0.05 중량% 내지 1 중량%, 더욱 바람직하게는 0.2 중량% 내지 0.5 중량%의 총량으로); 점조성 (consistency) 및 작업성을 개선시키기 위한 미세한 공동-충진제로서 30 ㎛ 내지 60 ㎛의 입자 크기를 갖는 석영 또는 석회석 분말; 및 슬립 저항성을 개선시키기 위한 셀룰로스 또는 광물 섬유가 포함된다.
분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 RDP 첨가제 분말의 또 다른 용도는 자체-레벨링 마루 복합재 (SLFC)에 있다. 이 분말은 기질에 대한 접착, 가요성, 내마모성 및 노화 특성을 개선시키기 위해서 첨가될 수 있다. SLFC는 일반적으로 CBTAs에서 사용된 것과 동일한 양으로 동일한 성분들을 포함할 수 있다. Newchem AG (Pfaeffikon, Switzerland)로부터 입수할 수 있는 센스퍼스 (Censperse) PC13 등의 트리나트륨 시트레이트 (TriNa-Citrate)와 같은 응결 지완제 (retarder) 또는 지연제 (retardant)가 SLFC에서 일반적으로 사용된 통상적인 양으로 사용될 수 있다. SLFC는 칼슘 설페이트 (석고), 리튬 카보네이트와 같은 가속화제 (accelerator), 및 변형된 폴리카복실레이트 기술을 기초로 하여 BASF Construction Polymers, Kennesaw GA에 의해서 생산된 MELFLUX 2651F와 같은 수용성 코폴리머 분산제와 같은 액화제, 분산제 또는 초가소제를 통상적인 양으로 또한 포함할 수도 있다. 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 RDP의 첨가제 분말은 또한, 외부 열 절연 복합물 시스템 ETICS에서, 특히 외부 열 절연 복합물 시스템 (ETICS)의 수분 흡수를 감소시키고 내충격성을 개선시키기 위한 열 단열 보드층 상에서의 접착제로서 사용될 수 있다. 이러한 조성물은 15 중량% 내지 45 중량%의 시멘트, 및 0.01 중량% 내지 0.7 중량%의 적어도 하나의 셀룰로스 에테르를 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르는 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 RDP 첨가제 분말은 바람직하게는 상당량의 무기 수경성 결합제의 부재 하에서, 더욱 바람직하게는 많은 양의 무기 수경성 결합제의 부재 하에서, 종이 제품, 판지 (paperboard) 제품, 카펫 배면 (carpet backing), 페인트 또는 코팅재에, 또는 목재, 종이 또는 직물 코팅재 또는 함침용 조성물을 위한 결합제에 사용될 수 있다. 예를 들어, 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 RDP 첨가제 분말은 코팅 조성물 및 접착제에서 단독 결합제로 사용될 수 있다. 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 RDP 첨가제 분말은 또한 자동차 적용 분야에서 사용될 수 있다.
이하의 실시예들은 단지 예시적인 목적으로 제공되며, 이하의 특허청구범위의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다. 다른 식으로 나타내지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이며, 모든 온도는 ℃로 나타내며, 모든 압력은 반대로 다른 식으로 나타내지 않는 한, 바 (bars)로 나타내거나, 대기압이다.
사용된 시험 방법은 W/S-비를 포함할 수 있다: 이는 슬럼프-시험 150 mm ± 5 mm로 정해지고, 모르타르의 제조는 5분의 휴지 시간과 함께 EN 1348을 따른다.
실험
시험에 사용된 실험은 다음과 같다:
· PS-보드 타입 Schwenk EPS040 DEO dm/WAB (03/10)
· 섬유 시멘트 보드 타입 Etaplan N (03/09) 수흡착 1.3-1.9 ㎤
· EN 1346에 따른 오픈 타임 및 CE-48.5 도기 타일 (Dt. Steinzeug GmbH 제품, 타입 #250232 H2O-흡착 약 13.2%)에 따른 빠른 오픈 타임
. 접착제: Delomet 03
기후
시험에 사용된 기후 조건은 다음과 같다:
습도: 50% ± 5%; 온도: 23 ± 2℃; 및 공기 이동: < 0.2m/s
실시예 1
본 실시예에서는, 다양한 재분산성 폴리머 분말, 스티렌 부타디엔 (SB) RDP, 및 비닐 아세테이트 에틸렌 비닐 아세테이트-비닐 베르사테이트 (VAEVV) RDP와 조합하여 사용된 다양한 평균 입자 크기의 재활용 폴리우레탄 연질 포움 분말 (RPU)의 사용을 빠른 오픈 타임, 접착력, 작업성, 내충격성, 및 수분 흡수에 대해 외부 열절연성 복합 시스템 (ETICS)에서 평가하였다. RDP를 단독으로 갖는 제제를 또한 비교를 위해 평가하였다. 스티렌-부타디엔 RDP와 조합하여 사용된 재활용 폴리우레탄 강성 포움 분말을 또한 비교를 위해 평가하였다. 시험에 사용된 제제, 샘플 설명, 실험, 및 기후, 및 평가 결과를 하기 표 1, 2, 및 3에 나타내었다:
시멘트-기반 건조 모르타르 제제
원료 성분 Wt%
포틀랜드 시멘트 타입 1 42.5 28.00
규사 61.38
카보네이트 충전제, (Calcitwerk Schoen & Hippelein GmbH & Co. KG) 8.00
표 2의 샘플 1 내지 9의 RDP 및/또는 RPU 2.50
셀룰로스 에테르 (F75M - Methocel 254 하이드록시프로필 메틸셀룰로스 (HPMC) Dow Wolff Cellulosics 0.12
총 건조 혼합물 100.00
Figure 112014039453238-pct00001
Figure 112014039453238-pct00002
표 3 - 계속
Figure 112014039453238-pct00003
실시예 2
본 실시예에서는, 다양한 재분산성 폴리머 분말, 스티렌 부타디엔 (SB) RDP, 비닐 아세테이트 에틸렌 (VAE) RDP, 및 비닐 아세테이트 에틸렌 비닐 아세테이트 비닐 베르사테이트 (VAEVV) RDP와 조합하여 사용된 다양한 평균 입자 크기의 재활용 폴리우레탄 연질 포움 분말 (RPU)을 빠른 오픈 타임, 접착력, 작업성, 내충격성, 및 수분 흡수에 대해 외부 시멘트 기반 타일 접착제 (CBTA)에서 평가하였다. RDP를 단독으로 갖는 제제를 또한 비교를 위해 평가하였다. 스티렌-부타디엔 RDP와 조합하여 사용된 재활용 폴리우레탄 강성 포움 분말을 또한 비교를 위해 평가하였다. 제제 및 평가 결과를 하기 표 4, 5, 및 6에 나타내었다:
시멘트-기반 건조 모르타르 제제
원료 성분 Wt%
포틀랜드 시멘트 타입 1 42.5 35.00
규사 F32 (Quarzwerke Frecheen) 31.60
규사 F36 (Quarzwerke Frecheen) 30.00
표 5의 샘플 1 내지 11의 RDP 및/또는 RPU 3.00
WALOCEL MW 40000PFV 하이드록시프로필 메틸셀룰로스 (HEMC) Dow Wolff Cellulosics. 0.40
총 건조 혼합물 100.00
Figure 112014039453238-pct00004
Figure 112014039453238-pct00005
Figure 112014039453238-pct00006
표 6 -계속
Figure 112014039453238-pct00007

Claims (11)

  1. 수경성 결합제용 첨가제로서,
    분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말(RDP)의 예비블렌드를 포함하며,
    여기에서,
    상기 수-재분산성 폴리머 분말은 수-불용성 필름-형성 폴리머를 포함하고,
    상기 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양은, 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량% 내지 80 중량%이며,
    상기 분말화 폴리우레탄 연질 포움은 5 미크론 내지 500 미크론의 평균 입자 크기를 갖는, 첨가제.
  2. 제1항에 있어서, 분말화 폴리우레탄 연질 포움이 분쇄된 재활용 연질 폴리우레탄 포움인, 첨가제.
  3. 제2항에 있어서, 수-재분산성 폴리머 분말의 평균 입자 크기가 5 내지 150 미크론인, 첨가제.
  4. 제1항에 있어서, 수-불용성 필름-형성 폴리머가 스티렌 부타디엔 코폴리머, 비닐 코모노머와 공중합된 스티렌 부타디엔, 비닐아세테이트 에틸렌(VAE) 코폴리머, VAE/비닐 아세테이트-베르사트산 비닐 에스테르 코폴리머 혼합물, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 셀룰로스, 셀룰로스 에테르 또는 변형된 셀룰로스로부터 제조된 폴리머를 포함하는, 첨가제.
  5. 제1항에 있어서, 수-불용성 필름-형성 폴리머가 스티렌-부타디엔 코폴리머, 또는 비닐 코모노머와 공중합된 스티렌 부타디엔, 또는 비닐아세테이트-에틸렌 코폴리머로부터 제조된 폴리머를 포함하는, 첨가제.
  6. 제2항에 있어서, 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양이, 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총 중량을 기준으로 하여 20 중량% 내지 70 중량%이고, 분말화 폴리우레탄 연질 포움이 20 미크론 내지 150 미크론의 평균 입자 크기를 갖는, 첨가제.
  7. 수경성 결합제용 첨가제의 제조방법으로서,
    분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말(RDP)을 건식 블렌딩하는 것을 포함하며,
    여기에서,
    상기 수-재분산성 폴리머 분말은 수-불용성 필름-형성 폴리머를 포함하고,
    상기 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양은, 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량% 내지 80 중량%이며,
    상기 분말화 폴리우레탄 연질 포움이 5 미크론 내지 500 미크론의 평균 입자 크기를 갖고,
    상기 수-재분산성 폴리머 분말이 5 내지 150 미크론의 평균 입자 크기를 갖는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 수-불용성 필름-형성 폴리머가 스티렌 부타디엔 코폴리머, 비닐 코모노머와 공중합된 스티렌 부타디엔, 비닐아세테이트 에틸렌 (VAE) 코폴리머, VAE/비닐 아세테이트-베르사트산 비닐 에스테르 코폴리머 혼합물, 폴리우레탄, 폴리올레핀, 셀룰로스 또는 셀룰로스 유도체로부터 제조된 폴리머를 포함하고, 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양은 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총 중량을 기준으로 하여 20 중량% 내지 70 중량%이며, 분말화 폴리우레탄 연질 포움은 20 미크론 내지 150 미크론의 평균 입자 크기를 갖는, 첨가제의 제조방법.
  9. 수경성 결합제의 제조방법으로서,
    시멘트 성분을 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말(RDP)과 혼합하는 것을 포함하며,
    여기에서,
    상기 수-재분산성 폴리머 분말은 수-불용성 필름-형성 폴리머를 포함하고,
    상기 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양은, 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량% 내지 80 중량%이며,
    상기 분말화 폴리우레탄 연질 포움은 5 미크론 내지 500 미크론의 평균 입자 크기를 갖는, 방법.
  10. 시멘트 성분, 및 건조 혼합 제제의 중량을 기준으로 하여 적어도 0.1 중량%의 양으로 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따른 첨가제를 포함하는, 건조 혼합 조성물.
  11. 건조 혼합 조성물로서,
    시멘트 성분, 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말(RDP)을 포함하며,
    여기에서,
    상기 재분산성 폴리머 분말은 수-불용성 필름-형성 폴리머와 콜로이드성 안정화제의 공동-건조된 혼합물을 포함하고,
    상기 분말화 폴리우레탄 연질 포움의 양은, 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총 중량을 기준으로 하여 10 중량% 내지 80 중량%이며,
    상기 분말화 폴리우레탄 연질 포움 및 수-재분산성 폴리머 분말의 총량은 건조 혼합 제제의 중량을 기준으로 하여 0.1 중량% 내지 10 중량%이고,
    상기 분말화 폴리우레탄 연질 포움은 5 미크론 내지 500 미크론의 평균 입자 크기를 갖는, 조성물.
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