KR102161622B1 - 이음부 마감 접착제 - Google Patents

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KR102161622B1
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동홍 리
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유나이티드 스테이츠 집섬 컴파니
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Abstract

시공 시 패널 이음부 보강에 적합한 접착제 조성물이 제공되고, 접착제 조성물은 고분자 결합제, 충전제 및 점증제를 포함하고, 결합제는 아크릴산 중합체, 아크릴산 공중합체, 알키드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 에폭시, 및 이들 조합에서 선택되고 조성물의 점도는 100 내지 200 브라벤더 단위이고 밀도는 약 7.5 lbs/gal 내지 약 10 lbs/gal이다. 또한 벽 조립체에서 접착제 조성물을 이용하는 방법도 제공된다.

Description

이음부 마감 접착제{JOINT FINISHING ADHESIVE}
관련 특허출원들의 상호-참조
본 특허 출원은 2014년 12월 24일에 출원된 미국 가특허 출원 62/096,758과, 2015년 8월 31일에 출원된 미국 특허 출원 14/840,288의 이익을 주장하며, 이들은 본 명세서에서 참고용으로 병합된다.
본 발명은 건축재 및 건물 시공 방법에 관한 것이다. 벽 및 천장 조립체에서 인접 패널들 사이 이음부들을 보강하기에 적합한 접착제 배합물 (formulation)을 제공한다. 또한 이음매, 이음부 강화 테이프, 이음부 강화 트림 및 골조 (framing) 부재에 접착제 배합물을 이용하는 방법이 제공된다.
건물 시공에서, 상이한 유형들의 외장재들은 내부 및 외부 벽과 천장 표면들을 형성하기 위한 패널들로서 사용된다. 일반적으로, 외장재들은 종래 기술에 알려진 발룬 구조 배치들과 같은 골조 부재들에 부착된 보드 (또한 패널로서 알려짐)의 형태이다. 외장재의 예들은 종이 대면 (faced) 석고 보드, 섬유 매트들(예를 들어, 섬유 유리), 등을 포함한다. 이들 및 다른 유형들의 보드들은 일반적으로 적절한 치수들로 절단되고, 그런 후에 예를 들어, 다중 보드들로부터 형성된 벽 섹션들을 형성하기 위해 나사, 못 등을 가지고 골조 부재들에 고정된다.
동일한 평면에 배치된 2개의 나란한 보드들은 수직 벽들과 수평 천장들 상에 보드들 사이에 이음매(joint seam)를 형성할 것이다. 이음매를 마감하기 위해, 이음부 강화 테이프는 테이프 아래의 이음 화합물의 층, 및 테이프 위에 도포된 이음 화합물의 다중 코트들과 함께 이음매에 매립된다. 몇몇 보드들은 코너를 형성할 때와 같은 각도로 만난다. 강화 비드(bead)는 코너 이음매를 숨기고 코너를 보호하기 위해 이용될 수 있다. 강화 보드는 파스너들을 이용하여 보드에 직접 부착될 수 있거나, 이음 화합물의 층은 강화 비드를 보드에 접착하기 위해 트림(trim) 아래에 도포된다. 설치된 강화재는 트림 위에 도포된 이음 화합물의 다중 층들과 함께 숨겨진다. 보드를 골조 부재들에 부착하는데 사용된 파스너들은 또한 이들 위에 도포된 이음 화합물의 다중 층들과 함께 은폐되어야 한다. 다양한 이음 화합물 도포물이 건조된 후에, 결과적인 벽 표면들은 원하는 균일하고 미적으로 호감이 있는 외관을 형성하기 위해 샌딩(sanded)되고 페인팅 될 수 있다.
전술한 마감의 수준은 변할 수 있다. 예를 들어, 석고 보드에 대해, 석고 보드 마감의 6개(6) 수준은 석고 협회(Gypsum Association) 문헌 GA-214와, 미국 재료 시험 협회("ASTM") C840에서 설명된 바와 같이, 0(처리가 없음)으로부터 수준 5(마감의 가장 높은 수준)의 범위를 가지면서, 종래 기술에서 이해된다. 마감 수준은 일반적으로 이음매들, 트림들 및 파스너들에 대한 이음 화합물의 도포물의 수에 대응한다. 수준 3, 4 및 5는 일반적으로 구현되는 가장 일반적인 수준이다. 단독 주택들을 위하여, 수준 4는 시행되는 가장 보편적인 수준이다. 수준 5는 덜 빈번하게 사용되고, 일반적으로 전체 벽 표면을 가로질러 이음 화합물의 피막(skim) 코트의 도포를 요구한다.
전술한 바와 같이 벽 조립체들을 마감하기 위한 종래의 접근법들은 완전히 만족스럽지 않았다. 벽 조립체들을 마감하는데 종래에 사용된 물질들은 공정에서 상당한 비효율성을 생성하고, 또한 효율적으로 사용하기 위하여 앞선 기술 수준을 요구한다. 예를 들어, 기존의 이음 화합물은 파스너들에 도포될 3개의 개별적인 코트들뿐 아니라, 동일한 평면에서의 보드들 사이의 평평한 이음매들 및 코너 이음매들에 도포된 다중 코트들을 요구한다. 각 코트는 개별적으로 건조되어야 하는데, 이것은 건축 공정에서 상당한 비가동 시간(downtime)이 발생되며, 이는 특히 다른 건설업자가 통상적으로 벽 마감이 발생하는 동안 건물 내부를 작업할 수 없기 때문이다. 이음 화합물의 각 층은 건조하는데 약 하루가 소요될 수 있고, 일반적으로 (약 10,000 평방 피트의 보드에 상응하는) 2,400 평방 피트의 주거 공간을 갖춘 주택의 통상적인 새로운 건축을 위해 석고 보드를 설치하고 평평한 이음부들, 파스너들 및 코너 트림들을 마감하는데 약 일주일이 걸릴 수 있다.
미국특허공개 US-2014-0083038-A1는 이음 화합물 및 이음 화합물이 단 하나의 층으로 도포되는 벽 조립체를 기술한다. 이러한 시스템은 이음 화합물의 다중 코트들을 적용할 필요가 없고 벽 설치에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
본 발명은 시공 중 벽 조립에 유용한 접착제 조성물을 제공한다. 일부 실시태양들에서, 접착제 조성물은 고분자 결합제, 충전제 및 점증제를 포함하고, 결합제는 아크릴산 중합체, 아크릴산 공중합체, 알키드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 에폭시, 및 이들 조합에서 선택되고 조성물의 점도 범위는 100 내지 200 브라벤더 단위 (Bradbender Units)이고 밀도 범위는 약 7.5 lbs/gal 내지 약 10 lbs/gal이다. 적어도 일부 실시태양들에서, 접착제 조성물은 폴리비닐 아세테이트 (PVAc), 폴리비닐 알코올 (PVOH) 및 폴리비닐 아세테이트와 폴리비닐 알코올의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 결합제로 제제된다. 일부 실시태양들에서, 결합제 함량은 습식 조성물의 고체 기준으로 10% 내지 40중량%이다.
적어도 일부 실시태양들에서, 접착제 조성물은 겔화 점토 (clay), 박리 점토 및 임의의 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 충전제를 포함한다.
추가 실시태양들에서, 충전제는 카올린 점토, 아타풀자이트 (attapulgite) 점토, 및 임의의 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
일부 실시태양들에서, 충전제는 5% 내지 15% 함량의 카올린 점토 및 0.5% 내지 1.5중량% 함량의 아타풀자이트 점토의 조합이다.
유변학적 개질제는 소수성 개질된 에톡시화 우레탄 (HEUR), 소수성 개질된 알칼리-팽창성 에멀젼 (HASE), 스티렌-말레산무수물 삼원중합체 (SMAT), 히드록시에틸 셀룰로오스 (HEC), 에틸히드록시에틸 셀룰로오스 (EHEC), 메틸히드록시에틸 셀룰로오스 (MHEC), 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC), 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 (HPMC), 알킬 히드록시프로필 셀룰로오스 에테르, 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 잔탄검, 알긴산염, 카라기난, 검 아라빅, 검 카라야, 검 트라가칸스, 검 가티, 구아검, 로커스트 빈 검, 타마린드 검, 사일륨 시드 검, 퀸스 시드 검, 라치 검, 펙틴 및 그 유도체들, 덱스트란, 히드록시프로필셀룰로오스, 및 임의의 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
일부 접착제 조성물은 적어도 하나의 히드록시에틸 셀룰로오스 계열 유변학적 개질제 및 적어도 하나의 폴리아크릴레이트 계열 결합 점증제로 제조된다.
접착제 조성물은: 착색제, 발포제, 소포제, 완충제, 침전방지제, 습윤제, 가소제 및 분산제 중 적어도 하나를 더욱 포함한다.
실시태양들 중 하나는 접착제 조성물을 제공하고, 이때 결합제는 10% 내지 40중량% 함량의 폴리비닐 아세테이트/폴리비닐 알코올 조합이고, 충전제는 0.5% 내지 1.5중량% 함량의 아타풀자이트 점토 및 5% 내지 15중량% 함량의 카올린 점토의 조합이고, 유변학적 개질제는 0.01% 내지 5중량% 함량이고, 조성물은 0.01% 내지 5중량% 함량의 점증제, 0.01% 내지 1% 함량의 계면활성제 및 0.01% 내지 1% 함량의 소포제를 더욱 포함한다.
추가 실시태양들은 벽 조립 방법을 제공하고, 방법은 적어도 하나의 골조 부재를 설치하는 단계; 이어 2개의 석고 보드들을 거치하는 단계 예컨대 2개의 석고 보드들은 적어도 하나의 측면에서 인접하여 인접 2 석고 보드들 사이에 이음매를 형성하고; 이음매에 접착제 조성물을 도포하고, 접착제로 도포된 이음매 상부에 이음부 강화 테이프 및 강화 트림 중 적어도 하나를 적용하는 단계를 포함한다.
본 방법의 추가 실시태양들에서, 접착제 조성물은 또한 골조 부재에 적용된다. 또 추가 실시태양들에서, 이음부 강화 테이프 및/또는 강화 트림의 배면 (back side)에 적용한 후, 이음매 상에 배치되고 결합된다.
도 1은 맥스웰의 스프링 및 충격흡수 (dashpot) 모델의 개략도이다.
도 2는 전단속도 램프 (ramp) (좌측) 및 전단속도 점프 (jump) (우측) 과정에서 점도율 그래프이다.
도 3A은 변형률 일소 시험 (strain sweep test)에서 저장 및 손실 탄성률 도표이다. 도 3B-3E는 주파수 일소 시험 과정에서 저장 및 손실 탄성률 도표이다.
도 4는 전단속도 100 1/s에서 0.1 1/s로 급 점프에 따른 다양한 접착제의 응답 결과를 도시한 것이다. 0.1 1/s에서의 점도만이 도시된다.
도 5는 변형률 일소 시험에서 획득되고 표 3의 선형 점탄성 영역에 상당하는 저장 및 손실 탄성률 결과를 도시한 것이다.
도 6은 10 Hz의 주파수 일소 시험 (표 3)에서 얻은 저장 및 손실 탄성률 값들을 도시한 것이다.
본 발명은 이음매를 은폐하기 위한 이음부 강화 테이프, 트림, 및/또는 다른 유형의 재료를 부착 및 설치하기 위하여 이음부 마감 공정에 유용한 접착제 조성물을 포함한다. 이러한 접착제는 미국특허공개 US-2014-0083038-A1에서 제공되는 이음 화합물 및 벽 조립체를 포함한 아주 다양한 이음 화합물 및 벽 설치 시스템과 양립할 수 있다.
접착제 조성물은 전단응력 조건에 따라 반-고체 및 액체 물질인 항복응력 유체로서 유변학적 조절을 제공하도록 설계되는 특이한 물성, 설치 공정 중에 특이한 습식 접착성 (tack property), 설치 과정에서 실무 작업 (workable) 범위를 실현하는 장기간 개방 시간 (open time)을 부여하도록 제제되고, 또한 본 접착제는 설치 후 신속한 건조 성질을 제공한다.
접착제는 의도된 표면에 using 업계에서 사용되는 임의의 다양한 방법 예컨대 솔 (brush), 롤러, 분사, 또는 기타 기계적 장치 또는 도구, 예컨대 자동화 테이핑 도구 또는 수동 호퍼 (hopper) 기구 (통상 "밴조 (banjo)” 또는 호퍼 코팅 기구라고 칭함)로 전달될 때 효율적 및 효과적 설치를 가능하게 한다.
본 발명의 일부 바람직한 실시태양들에 의하면, 이음부 강화 테이프에 걸쳐 균일하게 분포되도록 접착제를 정확히 분배하도록 설계되는 기계적 테이핑 도구 장치가 적용될 수 있다. 접착제를 벽에 전달하는 기타 방법 및 도구 또한 사용 가능하다.
접착제는 기계적으로 이음매 상부에서 이음부 강화 테이프를 인접 석고 패널들에 결합하거나 연결하여 물리적으로 분리되는 것을 방지한다. 접착제는 또한 응력을 더욱 효율적으로 이음매에 걸쳐 균일하게 분포하여, 부분적으로, 균열 저항성 (crack resistant) 이음부 시스템을 제공하도록 이음부 강화 테이프에 조력한다. 물 증발로 습식 도포된 접착제는 고체 필름으로 전환된다.
실시태양들은 도구(들)을 통해 분배될 수 있는 여러 접착제 기반 배합물을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시태양들에서, 안정하고 낮은 항복응력 유체는 히스테리시스 (hysteresis) 특성을 부여한다. 접착제는 전단 박화 (thinning) 유체로부터 신속하게 반-고체 상태로 회복되는 유변학적 거동을 부여하는 바람직한 변형률 일소를 보인다. 접착제 조성물은 낮은 고형, 높은 수축성, 수계 라텍스 분산체이다.
접착제는 소정의 기타 물성을 부여하고 30 분 이상의 상당한 개방 시간 및 작업성을 제공하여 전형적인 현장 시공 조건에서 실무적 설치가 가능하고, 테이핑 작업에 이어 접착제가 배치되면 설치 후 약 10 분 이내 건조 또는 경화된다. 신속한 건조/경화 특성을 제공하는 이점으로 이음부 마감 시스템이 더욱 신속하게 완료된다.
접착제는 물 및/또는 기타 수성 계열 물질로 재 습윤화 될 때 연화 또는 재-유화 저항성을 가진다.
접착제 배합물은 본딩제 또는 결착 아교로 작용하고 이러한 조성물은 또한 더욱 높은 습기에 노출되는 지역에서 적용하기에 적합하다.
접착제는 골조 부재에 적용되어 보드 거치에 이용되는 파스너 개수를 최소화한다. 또한 접착제는 이음부 강화 테이프 및 강화 트림 적용이 수월하도록 이용된다. 일부 실시태양들에서, 접착제는 이음부 강화 테이프의 배면에 적용되고 2개의 인접 보드들 이음매 위에 놓이고 이에 결합된다. 다른 실시태양들에서, 접착제는 강화 트림의 배면에 도포되고 2개의 인접 보드들 이음매 위에 놓이고 접착제로 이와 결합된다.
접착제는 임의의 이음부 강화 테이프 또는 강화 트림에 적용되고, 이들은 비-팽창성 합성지 대면 재료를 포함한 종이 면 (paper face) 및 후면 (backing)을 포함하거나 이루어지거나 또는 실질적으로 이루어지는 것을 포함한다. 예를들면, 대향 재료는 균열 저항 및 쪼개짐(chipping)에 대한 ASTM C1047-10a(석고 벽 보드 및 석고 베니어 기초를 위한 액세서리들에 대한 표준 규격)에서 확립된 최소의 성능 요건들을 초과하는 초 장기 코너 각도 이음부 강화를 부여하도록 설계된 튼튼한 부식 방지 물질로 적층될 수 있어서, 정상적인 건물 이동 및/또는 배치 및 매일의 마모 동안 수직으로 남아있는 코너 정점(vertex)을 초래한다. 일부 실시태양들에서, 후면은 금속 예컨대 아연 도금 철재 및/또는 상기 바람직한 특성을 가지는 기타 후면 재료, 예를들면, 복합 적층 구조, 층상 종이, 열가소성 물질, 열경화성 물질, 탄소 섬유, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 스펀 폴리올레핀, 천연 또는 합성 섬유, 직물, 등을 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 이음매로 연결되는2개의 인접 보드들의 벽판 조립체 처리 방법을 제공한다. 본 방법은 접착제로 이음 테이프를 벽판에 결합하는 단계 및 이음 테이프 상부에 이음 화합물 조성물의 적어도 하나의 코트를 적용하는 단계를 포함하거나, 이루어지거나, 또는 실질적으로 이루어진다.
접착제는 고분자 결합제, 충전제 및 점증제를 포함한다. 적합한 결합제는 아크릴산 중합체, 아크릴산 공중합체, 알키드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 에폭시, 및 이들 조합에서 선택된다.
특히 바람직한 결합제는 폴리비닐 아세테이트 (PVAc), 폴리비닐 알코올 (PVOH) 및 폴리비닐 아세테이트와 폴리비닐 알코올의 조합을 포함한다.
일부 실시태양들에서, 결합제는 일반적으로 고체 필름을 형성할 수 있고 이음 화합물 조성물이 도포되는 고체 재료를 표면에 결합시킬 수 있는 임의의 적합한 필름-형성 수지 (또는 이들 조합)일 수 있다. 예를들면, 일부 실시태양들에서 결합제는 아크릴산 중합체 및/또는 아크릴산 공중합체일 수 있다. 결합제는 일부 실시태양들에서, 제한되지는 않지만, 적합한 라텍스 유화 매질을 가지는 아크릴, 예컨대, 비닐 아크릴 및 스티렌 아크릴을 포함하는 수성 유화액 형태일 수 있다. 일부 실시태양들에서, 적합한 결합제 물질은 아크릴 라텍스, 비닐-아크릴, 비닐 아세테이트, 폴리우레탄, 및/또는 이들 조합을 포함한다.
결합제는 접착제 조성물에 임의의 적합한 함량으로 포함된다. 예를들면, 결합제는 습식 조성물의 약 5 wt.% 내지 약 100 wt.중량% (고형량 기준), 예컨대 약 10 wt.% 내지 약 50 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 40 wt.%, 약 20 wt.% 내지 약 50 wt.%, 약 20 wt.% 내지 약 80 wt.%, 약 30 wt.% 내지 약 70 wt.%, 약 40 wt.% 내지 약 60 wt.%, 기타 등으로 포함된다.
적합한 결합제는 Celanese, Inc. 에서 입수되는 적어도 하나의 하기 결합제 또는 적어도 2개의 이러한 결합제의 조합물을 포함한다: RESYN 107 (폴리비닐 아세테이트/덱스트린), DUR-O-SET E-130 (폴리비닐 아세테이트/폴리비닐 알코올), RESYN SB-321 (폴리비닐 아세테이트/HEC), TurCOR 3025 (폴리비닐 아세테이트/ 폴리비닐 알코올). 기타 적합한 결합제는 Sekisui, Inc. 에서 입수되는 SELVOL 09-325 (폴리비닐 알코올) 및 SELVOL 21-205 (폴리비닐 알코올)를 포함한다.
접착제는 적어도 하나의 충전제를 포함한다. 적합한 충전제는 점토 충전제를 포함한다. 적합한 점토 충전제는 겔화 점토, 박리 점토 및 임의의 이들 조합을 포함한다. 적합한 겔화 점토는 아타풀자이트 점토를 포함한다. 적합한 박리 점토는 카올린 점토를 포함한다. 일부 실시태양들에서 겔화 점토만이 사용된다. 다른 실시태양들에서 박리 점토만이 사용된다. 추가 실시태양들에서, 적어도 하나의 겔화 점토 및 적어도 하나의 아타풀자이트 점토의 조합이 사용된다.
접착제 배합물 중 점토 총 함량은 달라진다. 일부 실시태양들에서 최대 약 40 wt.%의 점토가 포함된다. 일부 실시태양들에서, 점토는 습식 조성물 중량 기준으로, 예를들면, 최대 약 35 wt.%, 최대 약 30 wt.%, 최대 약 25 wt.%, 최대 약 20 wt.%, 최대 약 15 wt.%, 최대 약 10 wt.%, 최대 약 5 wt.%, 또는 최대 약 1 wt.% 함량으로 존재한다. 각각의 상기 끝점들은, 예를들면, 수치적으로 적당하도록, 1 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 15 wt.%, 20 wt.%, 25 wt.%, 30 wt.%, 또는 35 wt.%로부터의 하한치를 가질 수 있다.
일부 실시태양들에서, 점토는 카올린 점토이다. 다른 실시태양들에서, 점토는 아타풀자이트 점토이다. 추가 실시태양들에서, 점토는 카올린 점토 및 아타풀자이트 점토의 조합이다. 점토 총 함량 범위는 1-40 wt%, 1-30 wt%, 또는 1-20 wt%이다. 카올린 점토 총 함량 범위는 5-30 wt%, 5-20 wt%, 또는 5-15 wt%이다. 아타풀자이트 점토 총 함량 범위는 1-10 wt%, 1-5 wt%, 1-2.5 wt%, 또는 0.5-1.5 wt%이다.
접착제 배합물은 유변학적 개질제를 더욱 포함한다. 적합한 유변학적 개질제는, 제한되지 않지만, 셀룰로오스성 및 결합 점증제를 포함하고, 제한되지는 않지만, 소수성 개질된 에톡시화 우레탄 (HEUR), 소수성 개질된 알칼리-팽창성 에멀젼 (HASE), 및 스티렌-말레산무수물 삼원중합체 (SMAT), 및/또는 이들 조합을 포함한다. 예시적 셀룰로오스성 유변학적 개질제는, 제한되지 않지만, 셀룰로오스 에테르 예컨대 히드록시에틸 셀룰로오스 (HEC), 에틸히드록시에틸 셀룰로오스 (EHEC), 메틸히드록시에틸 셀룰로오스 (MHEC), 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC), 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 (HPMC), 및/또는 약 1000 내지 500,000 달톤의 분자량을 가지는 기타 셀룰로오스 에테르, 예를들면, 알킬 히드록시프로필 셀룰로오스 에테르, 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스, 및 잔탄검, 알긴산나트륨 및 알긴산 다른 염, 카라기난, 검 아라빅 (아라브산의 혼합 염), 검 카라야 (아세틸화된 다당류), 검 트라가칸스 (산성 다당류의 복합 혼합물), 검 가티 (복합 다당류의 칼슘 및 마그네슘 염), 구아검 (갈락토만난 직쇄) 및 그 유도체들, 로커스트 빈 검 (분지 갈락토만난), 타마린드 검, 사일륨 시드 검, 퀸스 시드 검, 라치 검, 펙틴 및 그 유도체들, 덱스트란, 및 히드록시프로필셀룰로오스, 또는 임의의 이들 조합을 포함한다.
유변학적 개질제는, 예를들면, 바람직한 점도 달성에 적합한 임의의 함량으로 포함될 수 있다. 일부 실시태양들에서, 유변학적 개질제는 습식 조성물 중량 기준으로 약 0.01% 내지 약 15%, 예컨대 약 0.01% 내지 약 10%, 약 0.01% 내지 약 5%, 약 0.1% 내지 약 5%, 약 0.1% 내지 약 3%, 약 0.1% 내지 약 2%, 또는 약 0.1% 내지 약 1% 함량으로 포함된다. 이음 화합물은 전형적으로 약 0.01 wt.% 내지 약 10 wt.%, 약 0.1 wt.% 내지 약 5.0 wt.%, 및/또는 약 0.10 wt.% 내지 약 3.0 wt.%의 셀룰로오스성 점증제를 포함한다. 예시적 히드록시에틸셀룰로오스 유변학적 개질제는 NATROSOL® (Ashland, Inc.)을 포함한다.
접착제 조성물은 결합 (associative) 점증제를 더욱 포함한다. 이러한 적합한 결합 점증제는 에틸 아크릴레이트 및 메타크릴산의 산성 아크릴레이트 공중합체 (가교화), 및 에틸 아크릴레이트, 메타크릴산, 및 비이온성 우레탄 계면활성제 단량체의 아크릴 삼원중합체 (가교화)를 포함한다. 접착제 조성물은 약 0.01 wt.% 내지 약 10 wt.%, 약 0.01 wt.% 내지 약 5 wt.%, 약 0.1 wt.% 내지 약 5.0 wt.%, 및/또는 약 0.1 wt.% 내지 약 3 wt.%의 결합 점증제를 포함한다. 유용한 결합 점증제는 CARBOPOL® 상표 (Lubrizol, Inc.)으로 판매되는 소수성 개질된 가교 폴리아크릴레이트 분말을 포함한다.
일부 실시태양들에서, 접착제 조성물은 적어도 하나의 히드록시에틸 셀룰로오스 계열 유변학적 개질제 및 적어도 하나의 폴리아크릴레이트 계열 결합 점증제를 포함한다. 일부 실시태양들에서, 접착제 조성물은 0.01 내지 20 wt% 함량의 적어도 하나의 히드록시에틸 셀룰로오스 계열 유변학적 개질제, 및 0.01 내지 20 wt% 함량의 적어도 하나의 폴리아크릴레이트 계열 결합 점증제를 포함한다.
접착제 조성물 또한 적어도 하나의 계면활성제를 포함한다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 계면활성제는 친수성-친유성 균형 (HLB)이 약 3 내지 약 20, 예컨대 약 4 내지 약 15 또는 약 5 내지 약 10인 계면활성제일 수 있다. 계면활성제는 임의의 적합한 함량, 습식 조성물 중량 기준으로 예컨대 약 0.001% 내지 약 15%, 예컨대 약 0.001% 내지 약 10%, 약 0.001% 내지 약 5%, 또는 약 0.01% 내지 약 0.5%로 존재할 수 있다.
접착제 조성물은 적어도 하나의 분산제를 더욱 포함한다. 적합한 분산제는 아민 계열 분산제 예컨대 AMP® 상표 (Angus, Inc.)로 판매되는 다기능성 아민을 포함한다.
접착제 조성물은 적어도 하나의 습윤제를 더욱 포함한다. 임의의 적합한 습윤제에는, 예컨대, 예를들면, 솔비톨 유도체, 다가 알코올, 예를들면 제한되지는 않지만 글리콜 예컨대 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 (DEG), 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디-프로필렌 글리콜, 및/또는 트리-프로필렌 글리콜, 글리세롤 또는 임의의 이들 조합이 포함된다. 포함된다면, 습윤제는 습식 조성물의 약 0.001% 내지 약 15중량%, 예컨대 약 0.001% 내지 약 10%, 약 0.01% 내지 약 5%, 또는 약 0.001% 내지 약 3% 함량으로 포함된다.
접착제 조성물의 pH 범위는 약 7.0 내지 약 12이다. 일부 실시태양들에서, 접착제 조성물의 pH 범위는 약 8.0 내지 약 12이다. 일부 실시태양들에서, 접착제 조성물의 pH 범위는 약 9.0 내지 약 12이다.
필요하다면 접착제 조성물에 다양한 염기성 물질이 사용되어 pH를 조정한다. 이러한 염기성 화합물은, 제한되지 않지만 암모니아, 가성소다 (수산화나트륨), 트리-에틸아민 (TEA), 및 2-아미노-2-메틸-1 프로판올 (AMP)을 포함한다. 다양한 실시태양들에서, 접착제 조성물은 약 0.001 wt.% 내지 약 10 wt.%, 약 0.01 wt.% 내지 약 0.5 wt.%, 및/또는 약 0.01 wt.% 내지 약 0.50 wt.% 알칼리/염기성 물질을 포함한다.
일부 실시태양들에서, 접착제 조성물은 임의의 적합한 함량, 예를들면, 습식 조성물의 약 0% 내지 약 5중량%, 예컨대 약 0.05% 내지 약 2%, 약 0.1% 내지 약 1.5%, 약 0.1% 내지 약 1%, 또는 약 0.1% 내지 약 4%의 살생물제를 더욱 포함한다. 포함된다면, 접착제 조성물의 일부 실시태양들에서, 살생물제는 살균제 및/또는 살진균제를 포함한다. 예시적으로 유용한 살균제는 MERGAL 174 ® 상표 (TROY Chemical Corporation)로 판매된다. 예시적 유용한 살진균제는 FUNGITROL® 상표 (International Specialty Products, New Jersey), 또는 임의의 이들 조합으로 판매된다.
접착제 조성물은 하기 중 적어도 하나를 더욱 포함한다: 착색제, 발포제, 소포제, 완충제, 침전방지제, 습윤제, 가소제 및 분산제.
접착제 조성물은 습식일 때 약 100 브라벤더 단위 (BU) 내지 약 700 BU, 예컨대 약 100 BU 내지 약 600 BU, 약 100 BU 내지 약 500 BU, 약 100 BU 내지 약 400 BU, 약 100 BU 내지 약 300 BU, 약 100 BU 내지 약 200 BU, 약 130 BU 내지 약 700 BU, 약 130 BU 내지 약 600 BU, 약 130 BU 내지 약 500 BU, 약 130 BU 내지 약 400 BU, 약 130 BU 내지 약 300 BU, 약 130 BU 내지 약 200 BU, 약 150 BU 내지 약 700 BU, 약 150 BU 내지 약 600 BU, 약 150 BU 내지 약 500 BU, 약 150 BU 내지 약 400 BU, 약 150 BU 내지 약 300 BU, 또는 약 150 BU 내지 약 200 BU의 점도를 가지도록 배합된다. 점도는 250 cm-gm 카트리지 브라벤더 토크-헤드 및 75의 RPM을 가지고 타입-A 핀, 1/2 핀트의 샘플 컵 사이즈를 갖는 CW 브라벤더 점도계를 이용하여 ASTM C474-05, 섹션 5에 따라 측정된다.
접착제 조성물은 습식일 때 약 2 lbs/gal 내지 약 20 lbs/gal, 예컨대 약 2 lbs/gal 내지 약 17 lbs/gal, 약 2 lbs/gal 내지 약 15 lbs/gal, 약 2 lbs/gal 내지 약 10 lbs/gal, 약 2 lbs/gal 내지 약 7.5 lbs/gal, 약 5 lbs/gal 내지 약 20 lbs/gal, 약 5 lbs/gal 내지 약 15 lbs/gal, 약 5 lbs/gal 내지 약 10 lbs/gal, 또는 약 7.5 lbs/gal 내지 약 10 lbs/gal의 밀도를 가지도록 배합된다.
접착제 조성물은 많은 장점들을 제공하고 예컨대 자동화 테이핑 도구를 통해 유동할 수 있고 건조 필름 두께에 최소한으로 기여한다. 재-습윤화 또는 순환적 가습 조건에 노출될 때 팽윤 또는 팽창이 없다. 재배치에 있어서 충분한 개방 시간이 확보된다. 접착제 조성물은 도구에서 건조되지 않고 물로 쉽게 세척된다. 접착제 조성물은 이음 화합물과 양립될 수 있고 건조 시간 및 정규적인 프라이머 /마감 코트의 광택/윤기에 부정적인 영향을 주지 않는다.
일부 실시태양들에서, 접착제 조성물은 아래 제시된 적어도 하기 성분들로 제제된다.
표 1. 접착제 조성물
성분 Wt %
폴리비닐 아세테이트/폴리비닐 알코올 결합제 10-40
아타풀자이트 점토 충전제 0.5-1.5
카올린 점토 충전제 5-15
유변학적 개질제 0.01-5
점증제 0.01-5
계면활성제 0.01-1
소포제 0.01-1
표 1의 접착제 조성물은 밀도 범위 약 7.5 lbs/gal 내지 약 10 lbs/gal 및 점도 범위 100-200 브라벤더 단위를 달성하도록 물로 배합된다.
추가 요소들로서, 제한되지 않지만, 착색제, 분산제, 습윤제 및 살생물제가 첨가된다. 접착제 조성물의 pH는 7-10로 조정된다.
하기 표 2에 따라 아래 7종의 접착제 배합물을 제조하였다.
표 2. 이음부 마감 접착제 조성물 (C1-C7)
성분 C1(lbs) C2(lbs) C3(lbs) C4(lbs) C5(lbs) C6(lbs) C7(lbs)
물 500 500 500 500 500 500 500
점토 100 100 100 100 100 100 100
계면활성제 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
유변학적 개질제 25 25 25 25 25 25 25
분산제 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
PVAc/덱스트린 결합제 200
PVOH 결합제 1 200
PVOH 결합제 2 200
PVAc/PVOH
결합제 		200
PVAc/HEC 200
PVOH 결합제 3 200
PVAc/PVOH
결합제		 200
7종의 배합물 각각 (C1 내지 C7)에 대하여 종이 결합 시험을 비교하였다. 본 시험에서, 각각의 접착제 샘플을 벽판 일부에 적용하고, 이음부 종이 테이프를 그 위에다 붙이고, 이어 테이프 위에 이음 화합물을 도포하였다. 샘플을 밤샘 건조시켰다. 벽판에서 결합된 이음부 종이 테이프를 당겨 각각의 접착제 배합물의 결합 강도를 평가하였다.
예상치 못하게 배합물 C1, C4 및 C7은 최선으로 수행되고, 배합물 3은 시험에서 탈락하였다.
다양한 시험들 예컨대 전단속도 램프, 전단속도 점프, 변형률 일소 및 주파수 일소를 진행하여 접착제 조성물의 유변학적 특성을 얻었다. 이들 시험은 본 이음부 마감 접착제 조성물의 유변학적 특성을 특정하는데 사용되었다.
도 2- 6에서 알 수 있는 바와 같이, 표 1에 따라 배합되는 본 접착제 조성물 (도 2-6에서 IC로 도시)은 전단속도의 급변화에 따라 상대적으로 신속한 응답 시간을 가지고 특이한 높은 저장 탄성률 및 낮은 손실 탄성률의 조합을 가진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 조절된 전단속도 램프 (ramping) 시험은 비교 목적으로 시험에 사용되는 다른 2종의 고도 점성 접착제보다 접착제 조성물 IC이 완전한 점도를 더욱 신속하게 회복한다는 것을 보인다.
도 3A에 도시된 바와 같이, 변형률 일소 시험은 접착제 조성물 IC이 높은 저장 탄성률 및 낮은 손실 탄성률의 조합을 가진다는 것을 보인다.
도 3B-3E에 도시된 바와 같이, 주파수 일소 시험은 접착제 조성물 IC의 저장 탄성률은 고도 탄성 및 매우 낮은 탄성 유체들 사이이고, 낮은 점도 그룹 비교 조성물과 유사한 손실 탄성률을 부여한다는 것을 보인다.
실시예 1. 접착제 조성물의 유변학적 특성
접착제 물질의 유변학적 특성은 TA Instruments G2 Ares 점도계에서40 mm 유연성 펠티어 (peltier) 판 및 1 mm 갭 (gap)을 가지는 평행 판 기하 구조에서 수행되었다. 상이한 시험들 즉 전단속도 램프, 전단속도 점프, 변형률 일소, 및 주파수 일소 시험으로 물질을 특정하였다.
전단속도 램프 시험은 대략 0.2 1/s에서 400 1/s로 이어 400 1/s에서 0.2 1/s로 변경시킨다. 각각의 램프 구간은 120 s이다.
전단속도 점프 시험은 전단속도 100 1/s를 60 s 유지, 이어 0.1 1/s로 60 s 상승시키는 것이다.
변형률 일소는 각속도 1 1/s에서 대략 450 s 구간 동안 변형률을 0.5%에서 1000%로 변경시키는 것이다.
주파수 일소는 변형률 1%에서 대략 500 s 구간 동안 주파수를 0.1 1/s에서 600 1/s로 변경시키는 것이다.
전단속도 램프는 10의 몇 승배에 걸쳐 작용하는 전단속도,
Figure 112017062789453-pct00001
에 변화를 준다. 전단속도가 변할 때 결과적으로 전단응력,
Figure 112017062789453-pct00002
이 측정된다. 이 경우 물질은 비-뉴턴이고 지수법칙 모델로 피팅된다.
Figure 112017062789453-pct00003
식 중K는 점조 지수이고 n은 거동 지수이다. 이는 뉴턴 모델,
Figure 112017062789453-pct00004
과 유사하고 이때 뉴턴 점도는 다음과 같이 정의된다.
Figure 112017062789453-pct00005
점조 지수는 농화 (더 큰 K 값) 또는 박화 (작은 K 값) 점조를 가지는 물질에서 점조도의 전형적인 적용으로 고려될 수 있다. 거동 지수는 유체의 전단 박화 또는 농화 거동 측정치를 나타낸다. 거동 지수가 1보다 작으면 유체는 전단 박화이고 1보다 크면, 전단 농화이다. 또한 1에서 멀어질수록 지수는 거동 유형에 더욱 전형적이다. 지수가 1이면 물질은 뉴턴 유체로 고려된다. 전단속도 대 점도를 로그 그래프에서 도시하면, 점조 지수는 곡선 높이이고 거동 지수는 곡선 기울기이다.
때로 일부 구조가 알려진 유체에 대하여 전단속도 점프 시험이 수행된다. 전단속도 점프 시험은 전단속도를 상대적으로 크게 변화시키고 유체 응답을 감지하는 것이다. 전단속도 램프 및 전단속도 점프에 있어서 램프는 전단속도를 점차로 변화시키는 것이고 점프는 전단속도를 수 10 승배 순간적으로 변화시키는 것이다. 이러한 시험은 임의의 히스테리시스 또는 요변 거동 확인에 있어서 유용하다. 본 점도 측정치가 유체의 전단속도 이력에 의해 영향을 받으면 히스테리시스가 발생된다. 일정 전단속도에서 시간에 따라 점도가 변하면 요변성이 발생된다.
점탄성 유체에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이 맥스웰 모델은 직렬 연결된 스프링 및 충격흡수를 이용하여 점탄성 유체를 기술한다. 점탄성 유체는 저장 탄성률, G’로 표기되는 응력에 대한 탄성 응답을 가지고, 손실 탄성률, G”로 표기되는 응력에 대한 점성 응답을 가진다. 스프링 및 충격흡수 모델을 이용할 때, 스프링 강도 또는 유체 점도는 응력이 인가될 때 시스템 반응을 결정한다. 예를들면, 스프링이 약하고 유체 점도가 높고 힘이 인가되면 스프링은 쉽게 늘어나고 주요 저항력은 고도 점성 유체를 통과하여 이동되는 충격흡수로부터 연유한다. 한편, 유체가 낮은 점도를 가지고 스프링이 매우 강성일 때 힘이 인가되면 주요 저항력은 스프링에서 유래한다. 저장 및 손실 탄성률들, 또는 탄성 및 점성 요소들은, 진동형 점도계를 이용하여 측정된다.
변형률 일소는 스핀들 각속도를 일정하게 유지하면서 유체에 수 10승 배로 변형률을 변경시킨다. 맥스웰 모델을 이용하면, 변형률 일소는 일정 속도이지만 상이한 길이로 스프링을 진동시키는 것과 유사할 것이다. 진동형 변형률 일소 수행 목적은 선형 점탄성 (LVE) 영역을 확인하는 것이다. 이러한 영역에서 탄성 및 점성 요소들은 인가된 응력에 응답한다. 특정 변형률에 도달되면 저장 탄성률, 또는 탄성 요소의 크기는 감소하기 시작한다. 재차 선형 점탄성 영역 외의 변형률 실시예는 스프링을 완전히 늘리는 것과 유사할 것이고 따라서 임의의 탄성 응답은 더 이상 존재하지 않는다.
주파수 일소는 변형률을 일정하게 유지하면서 유체에 대한 각속도, 또는 전단속도를 변경시키는 것이다. 적합한 변형률은 선형 점탄성 영역에 해당된다. 주파수 일소에서 얻을 수 있는 여러 정보들이 존재하지만, 이러한 작업은 오로지 저장 및 손실 탄성률 크기에만 집중하는 것이다.
여러 다른 접착제 및 아교 예컨대 CF1 (비닐 아세테이트 동종중합체 유화액), CF2 (폴리비닐 아세테이트 접착제), CF3 (예비-혼합된 폴리비닐 아세테이트 및 점토 접착제), CF4 (라텍스-타입 이음 화합물), 및 CF5 (폴리우레탄 접착제)와 비교하여 표 1에 의해 제제되는 본 접착제 조성물 (IC)에 대한 비교 유변학적 시험들을 수행하였다.
접착제들을 상기된 전단속도 램프, 전단속도 점프, 변형률 일소, 및 주파수 일소 시험들에서 분석하고 비교하였다.
도 2는 IC와 비교되는 CF1-CF5에 대한 전단속도 램프 (좌측) 및 전단속도 점프 (우측)에서 측정된 점도 값들을 보고한 것이다.
도 3A는 변형률 일소 시험에서 획득되는 저장 및 손실 탄성률들에 대한 데이터를 보고한 것이다. 도 3B-3E는 주파수 일소 시험에서 획득되는 저장 및 손실 탄성률들에 대한 데이터를 보고한 것이다.
이어 CF1-CF5와 비교되는 IC의 유변학적 특성들을 계산하였다. 거동 지수 및 점조 지수는 지수 법식 방정식을 제1 램프에 피팅하여 찾았다. 하부 및 상부 램프 (ramp) 사이 영역을 취하여 히스테리시스 영역을 계산하였다. 모든 다른 값들을 도 3A-3E의 그래프들에서 근사치로 구하였다. 이들 특성을 아래 표 3에 보고한다.
표 3. 이음부 마감 접착제 (IC)의 유변학적 특성
물질 거동 지수, n 점조 지수, K (Pa s^n) 히스테리시스 영역 (Pa s/s) 전단 급변 LVER Mod G’ (Pa) LVER Mod G” (Pa) 10H에서 Freq. 일소: G’ (Pa) 10H에서 Freq. 일소: G” (Pa)
CF1 0.32 13.88 77 N/A 100 20 175 60
CF2 0.91 7.3 6 영향 없음 1.1 8 16 74
CF3 0.43 16.14 12 O(1에서 100) 80 20 96 30
CF4 0.25 261.32 -1014 O(10에서 1000). 더욱 긴 재형성 (rebuild) 1000 800 8800 3800
CF5 0.25 406.92 5226 O(10 에서 1000). 매우 긴 재형성 2000 600 7900 4100
IC 0.2 213.5 2530 5에서 500. 안정한 회복 800 100 800 140
또한 100 1/s에서 0.1 1/s로의 전단속도의 급격 점프에 대한 IC 응답을 CF1-CF5와 비교하여 연구하였다. 이러한 데이터는 도 4에 보고되고 여기에서는 단지 0.1-1/s에서의 점도만이 도시된다.
도 5는 변형률 일소 시험에서 얻어진 선형 점탄성 영역 (표 1)에 해당되는 저장 및 손실 탄성률 값들을 보고하고, 도 6은 주파수 일소 시험 (표 1)에서 얻어진10 Hz에서의 저장 및 손실 탄성률 값들을 보고한다.
전단속도 램프 시험에 의하면 3종 모두 고도 전단 박화 거동을 가지고 수백의 점조 지수를 가지므로 IC는 CF4 및 CF5와 동등한 전단 박화 거동을 가진다는 것을 보인다.
그러나, 전단속도 점프 시험은 전단속도 급변에서15 초 내에 일정한 점도를 유지함으로써 IC 및 두 종의CF4 및 CF5과의 차이를 보인다. 도 4에서, CF4 및 VF5는 모두 전단 급변에 응답을 보이지만 또한 이후 적어도 60 동안 계속적인 점도 증가를 보인다. 이것은 다른 2종의 고도 점성 접착제보다 더욱 신속하게 완전한 점도를 회복한다는 것을 의미한다.
변형률 일소 시험은 탄성 (저장 탄성률) 및 점성 분산 (손실 탄성률)을 통하여 방출되는 응력에 따라 물질을 특정하는 것이다. CF1, CF2, 및 CF3 (제1 그룹) 모두는 CF4 및 CF5 (제2 그룹)와 비교하여 저장 및 손실 탄성률들 모두에 대하여 낮은 값들을 가진다.
그러나, IC는 제2 그룹과 유사한 높은 저장 탄성률을 가지만, 제1 그룹과 유사한 낮은 손실 탄성률을 가진다.
다른 피험 접착제들과 비교하여 IC 배합물은 특이하고 상이하게 높은 저장 탄성률 및 낮은 손실 탄성률의 조합을 가진다.
주파수 일소에 의하면 IC는 고도 탄성 및 매우 낮은 탄성 유체 사이의 저장 탄성률을 가지지만 낮은 점도 그룹과 유사한 손실 탄성률을 가진다.
이러한 결과는 IC는 전단속도 급격 변화에 대하여 상대적으로 신속한 응답 시간을 가지고 높은 저장 탄성률 및 낮은 손실 탄성률의 특이한 조합을 가진다는 결론을 지지한다.

Claims (14)

  1. 고분자 결합제, 충전제, 유변학적 개질제 및 결합 점증제를 포함하는 접착제 조성물로서,
    상기 결합제는 10중량% 내지 40중량%의 폴리비닐 아세테이트와 폴리비닐 알코올의 조합이고,
    상기 충전제는 0.5중량% 내지 1.5중량%의 아타풀자이트 점토 및 5중량% 내지 15중량%의 카올린 점토의 조합이고,
    상기 유변학적 개질제는 0.01중량% 내지 5중량%의 적어도 하나의 셀룰로오스 계열 유변학적 개질제로 구성되고,
    상기 결합 점증제는 적어도 하나의 폴리아크릴레이트 계열의 결합 점증제로 구성되며 0.01중량% 내지 5중량% 만큼 사용되는 것이고,
    상기 조성물은 100 내지 200 브라벤더 단위의 점도와 7.5 lbs/gal 내지 10 lbs/gal의 밀도를 얻기 위해 물과 배합되는 것인, 접착제 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 유변학적 개질제는 히드록시에틸 셀룰로오스 (HEC), 에틸히드록시에틸 셀룰로오스 (EHEC), 메틸히드록시에틸 셀룰로오스 (MHEC), 카르복시메틸 셀룰로오스 (CMC), 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 (HPMC), 알킬 히드록시프로필 셀룰로오스 에테르 및 임의의 이들 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 접착제 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 친수성-친유성 균형 (HLB)이 3 내지 20인 적어도 하나의 계면활성제를 더 포함하는 것인, 접착제 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 조성물의 pH는 7.0 내지 12.0로 조정되는 것인, 접착제 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 0.01중량% 내지 1중량%의 계면활성제 및 0.01중량% 내지 1중량%의 소포제를 더 포함하는 것인, 접착제 조성물.
  10. 벽 조립 방법에 있어서,
    적어도 하나의 골조 부재를 설치하는 단계;
    2개의 석고 보드들을 거치하는 단계로서, 상기 2개의 석고 보드들을 적어도 하나의 측면에서 인접시켜 인접한 2개의 석고 보드들 사이 이음매를 만드는 단계;
    제1항에 의한 접착제 조성물로 상기 이음매를 코팅하는 단계; 및
    접착제로 코팅된 이음매 위에 이음부 강화 테이프 및 강화 트림 중 적어도 하나를 적용하는 단계를 포함하는, 벽 조립 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 접착제 조성물은 상기 골조 부재에도 적용되는 것인, 벽 조립 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 접착제 조성물은 상기 이음부 강화 테이프 및 강화 트림 중 적어도 하나의 배면을 코팅하는 데에 적용되고, 그 후 상기 이음부 강화 테이프 및 강화 트림 중 적어도 하나는 상기 이음매 상에 배치되고 결합되는 것인, 벽 조립 방법.
  13. 제10항에 있어서, 이음 테이프 상부에 이음 화합물 조성물의 적어도 하나의 코트를 적용하는 단계를 더 포함하는, 벽 조립 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 착색제, 발포제, 소포제, 완충제, 침전방지제, 습윤제 및 가소제 중 하나 이상을 더 포함하는 것인, 접착제 조성물.
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