KR102422191B1 - 개선된 열팽창 계수를 갖는 폴리머 기재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열가소성 폴리머 내에 임베딩된 섬유유리 매트를 갖는 열가소성 복합물을 제공하기 위한 기재 및 방법에 관한 것이다. 열 압착 접합 방법으로 결합되는 섬유유리 매트의 특징은 통상적으로 충진된 열가소성 기재 또는 그 밖의 섬유유리 보강된 열가소성 물질에 비해 실질적으로 개선되고 바람직한 열팽창 계수를 허용한다.

Description

개선된 열팽창 계수를 갖는 폴리머 기재 및 이의 제조 방법
본 발명은 열가소성 폴리머 내에 임베딩된(embedded) 섬유유리 매트를 지닌 열가소성 복합물의 기재 및 이를 제공하는 방법에 관한 것이다. 열 압착 접합 방법과 결합된 섬유유리 매트의 특이적인 특징은 통상적으로 충진된 열가소성 기재 또는 그 밖의 섬유유리 보강된 열가소성 물질에 비해 실질적으로 개선되고 바람직한 열팽창 계수를 가능하게 하는 것이다.
열가소성 폴리머는 무엇보다 낮은 밀도, 우수한 강성(stiffness), 내화학성의 이점을 제공하고, 여러 형상으로 형성되는 능력 및 비교적 낮은 비용을 지니는 것으로 널리 알려져 있다. 불행하게도, 이러한 부류의 폴리머는 비교적 높은 열팽창 값(thermal expansion value)을 지니는 것으로도 알려져 있다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC, 폴리에스테르, 및 나일론과 같은 통상적인 열가소성 물질에 대한 문헌에서 발견되는 값들은 전형적으로 50*10-6 m/(m*℃) 내지 250*10-6 m/(m*℃)의 범위이다. 플라스틱 분야의 당업자들은 온도 변화를 포함하는 용도를 위한 플라스틱 물품을 설계하는 경우, 낮은 열팽창 계수(thermal expansion coefficient)를 지닌 물질을 사용하는 것에 대한 중요성을 충분히 인지하고 있다.
열가소성 물질의 열팽창 계수를 낮추기 위한 통상적인 노력은 여러 충전제를 혼입시킴으로써 복합물을 만드는 것을 포함한다. 충전제는 무기 충전제, 예컨대 탄산칼슘, 탈크(talc), 점토, 화산재 또는 여러 나노입자를 포함할 수 있다. 또한, 충전제는 유기 충전제, 예컨대 목분(wood flour), 왕겨(rice hull) 또는 옥수수 부산물을 포함할 수 있다. 또한, 섬유, 예컨대 탄소 섬유, 여러 폴리머 섬유, 셀룰로즈 섬유, 또는 유리 섬유(glass fiber)를 사용하고, 이를 폴리머 용융 가공 기술과 결합시켜 열가소성 복합물을 형성시키는 것이 공지되어 있다. 이러한 섬유는 폴리머에 느슨한 섬유 또는 배향된 섬유로서, 또는 직조 또는 부직 시트로서 혼입될 수 있다. 직조 또는 부직 시트는 종종 먼저 이들 내로 혼입된 열가소성 또는 열경화성 폴리머를 갖는 낮은 평량(basis weight)의 비교적 얇은 웹(web)으로 제조된다. 이후, 이들은 전형적으로 층으로서 적용되어 최종적으로 다층 기재를 생성한다. 불행하게도, 보다 낮은 열팽창 계수를 달성하려는 노력으로 과다한 충전제 또는 섬유의 첨가는 열가소성 복합물의 다른 성질들을 손상시킬 수 있다. 예를 들어, 형성되는 복합물이 바람직하지 않게는, 그것의 중량, 전반적인 융통성, 비용, 또는 충격 강도 중 하나 이상의 감소를 나타낼 수 있다. 또한, 다량의 충전제를 열가소성 물질 내로 혼합시키는 것이 매우 어렵게 될 수 있다.
열가소성 복합 물질의 열팽창 계수는 사용되는 열가소성 수지에 크게 좌우된다. 높은 열팽창 계수를 갖는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 열가소성 수지는 매우 낮은 열팽창 계수를 갖는 열가소성 복합물로 개질시키기가 더 어렵다. 열가소성 물질, 예컨대 PVC 및 폴리에스테르는 폴리올레핀보다 낮은 열팽창 계수를 갖지만, 현재 이용가능한 것보다 훨씬 더 낮은 열팽창 계수를 갖는 열가소성 복합물이 시장에서는 여전히 필요한 실정이다.
요약
본 발명은 열가소성 폴리머에 임베딩된 섬유유리 매트를 갖는 열가소성 복합물에 관한 것이다. 섬유유리 매트는 형성되는 열가소성 복합물의 열팽창 계수(thermal expansion coefficient(TEC))를 감소시킬 수 있는 특정 특징을 지닌다. TEC의 감소는 그것의 순(neat) 형태로부터 열가소성 폴리머의 TEC에서의 상당한 변화를 나타낸다. 본 발명의 열가소성 복합물은 순 열가소성 폴리머의 구체예로부터 유도된 기재보다 적어도 3배 낮은 TEC를 나타내거나, 특정 구체예에서, 50*10-6 m/(m*℃) 또는 그 미만의 TEC를 나타낼 수 있다. 다른 적용에서, 열가소성 복합물은 동일한 열가소성 폴리머 또는 열가소성 컴파운드(thermoplastic compound)의 비변형된 구체예로부터 유도된 기재보다 적어도 3배 낮은 TEC를 가질 수 있다.
몇몇 구체예에서, 섬유유리 매트의 전체 중량, 주어진 구역에서 매트의 교차점 개수, 또는 이의 조합이 열가소성 복합물의 TEC를 감소시킬 수 있다. 섬유유리 매트의 구체예는 성긴 짜임(open weave)을 갖는 것으로서 기술될 수 있다. 섬유유리 매트의 성긴 짜임은, 그 중량이 매우 낮은 열팽창 계수를 지닌 요망하는 두께의 물질이 생성되도록 하면서 열가소성 수지가 섬유유리 매트에 용이하게 혼입되게 한다. 구체예는 76 내지 1500 g/m2, 또는 특정 적용에서, 150 내지 600 g/m2의 중량을 갖는 섬유유리 매트를 포함할 수 있다. 추가로, 유리 매트의 느슨한 짜임은 1 평방 센티미터내 20 내지 3000개의 유리 교차점을 가짐을 특징으로 할 수 있다.
열가소성 복합물을 형성하는데 사용되는 열가소성 폴리머는 요망하는 최종 사용 용도에 따라 달라질 수 있다. 구체예는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리올레핀 코폴리머, 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리아미드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 재생 폴리머가 사용될 수 있다. 예를 들어, 수성펄프화 공정(hydropulping process)으로부터의 셀룰로즈 섬유 함유 폴리올레핀이 사용될 수 있다.
열가소성 복합물을 형성시키는 한 가지 방법은 열 압착 접합(thermal compression bonding)을 포함한다. 다른 용융 가공 방식과 달리, 열 압착 접합은 정밀한 용융 상태를 필요로 하지 않으며, 낮은 압력 및 낮은 전단을 다룬다. 열 압착 접합의 한 가지 예는 연속 이중 벨트 프레스(continuous double belt press)이다. 연속 이중 벨트 프레스는 선택된 폭 및 두께, 및 한정되지 않은 길이의 기재를 생성한다. 본 발명에 따르면, 연속 이중 벨트 프레스는 낮은 압력에서 작동됨으로써 섬유유리를 과도하게 압착하지 않으면서 열가소성 폴리머가 섬유유리 매트의 성긴 짜임 내로 용융될 수 있도록 한다. 이는 열가소성 복합물의 두께 대부분을 통해 분산된 섬유유리 웹을 지닌 플라스틱 기재를 형성시킨다. 두께는 500 내지 1500 g/m2의 평량을 갖는 얇은 웹에서 1500 g/m2 초과의 평량을 갖는 보다 두꺼운 패널(panel)까지 다양할 수 있다.
보다 두꺼운 기재를 가능하게 하는 또 다른 방법은 본 발명의 둘 이상의 열가소성 복합물을 함께 층으로 라미네이팅함으로써 1500 g/m2 초과의 총 평량을 갖는 패널을 제조하는 것을 포함한다. 선택적 구체예는 이러한 열가소성 복합물의 층들 사이에 추가량의 열가소성 수지를 배치하거나, 열가소성 복합물의 어느 한면 또는 양면 상에 추가량의 열가소성 수지를 배치하는 것을 포함한다. 보다 두꺼운 기재를 가능하게 하는 또 다른 방법은 단일 섬유유리 함유 열가소성 복합물을 취하고, 이어서 추가량의 열가소성 수지를 섬유유리 함유 열가소성 복합물의 어느 한면 또는 양면 상에 배치함으로써 1500 g/m2 초과의 총 평량을 갖는 패널을 제조함에 의한 것이다.
형성되는 열가소성 복합물은 단독으로 사용되거나, 바닥재, 천장, 지붕재, 벽 피복재, 조리대, 외부 데크, 및 낮은 열팽창 계수를 갖는 열가소성 물질이 요망되는 그 밖의 이러한 시트 용도를 위한 구성요소로서 사용될 수 있다.
본 출원에 사용되는 하기 용어는 하기와 같이 정의된다:
"복합물"은 폴리머 물질과 하나 이상의 추가의 물질의 혼합물을 의미한다.
"충전제"는 충진된 폴리머 매트릭스를 용융 가공하는데 사용되는 조건 하에서 점탄성 특성을 지니지 않는 유기 또는 무기 물질을 의미한다.
"패널"은 적어도 1500 g/m2의 평량을 갖는 기재를 의미한다.
"재활용된 폴리머 물질"은 재생 또는 재활용 공정으로부터 형성된 물질, 예를 들어, 폴리머, 또는 폴리머 믹스(mix)를 함유하는 수성펄프화 폐스트림(hydropulping waste stream), 및 몇몇 경우에는, 그 밖의 충전제, 섬유 또는 첨가제 또는 이들의 조합을 의미한다.
"기재"는 선택된 폭 및 두께, 및 길이의 물체를 의미한다.
"열가소성 복합물"은 열가소성 폴리머 물질과 하나 이상의 추가의 물질의 혼합물을 의미한다.
"열가소성 컴파운드(thermoplastic compound)"는 열가소성 수지와, 하나 이상의 충전제, 섬유 또는 첨가제 또는 이들의 조합으로부터 유도된 혼합물을 의미한다.
"열가소성 수지"는 임의로 추가의 첨가제를 함유할 수 있는 열가소성 폴리머를 의미한다.
"웹"은 1500 g/m2 미만의 평량을 갖는 기재를 의미한다.
도 1은 본 발명의 여러 구체예들을 실시하기에 적합한 열 압착 공정의 개략도이다.
상세한 설명
낮은 열팽창 계수를 갖는 물질은, 낮은 열팽창 계수가 구부러짐, 버클링(buckling), 파손, 또는 분리(debonding)와 같은 문제점을 야기하지 않으면서 보다 넓은 온도 범위에 대해 물질이 사용되게 하기 때문에 많은 시장에서, 몇몇을 예로 들면, 바닥재, 건축 및 건설, 산업, 운송 및 자동차를 포함하는 시장에서 매우 바람직하다. 플라스틱 분야의 당업자들은 온도 변화를 포함하는 용도를 위한 플라스틱 물품을 설계하는 경우에 낮은 열팽창 계수를 갖는 물질을 사용하는 것에 대한 중요성을 충분히 인지하고 있다.
바닥재, 특히 고급 비닐 타일(Luxury Vinyl Tile)("LVT") 용도는 낮은 열팽창 계수("TEC")가 요망되고 중요한 대표적인 용도이다. LVT 용도는 다층 라미네이트 구성에서 베이스 층(base layer)으로서 폴리머 기재를 사용한다. 주위 기온 변화, 바닥아래 온도 변화, 바닥 자리를 데우는 복사 태양광과 같은 조건을 변화시킴으로써, 또는 사용될 온도와 크게 다른 온도로 설치되는 바닥재를 가짐으로써 야기된 실내 온도 변화는, 온도 변화가 너무 커지게 되는 경우 접착되었던 바닥아래로부터 다층 바닥재 라미네이트의 버클링 또는 수축 또는 분리에 의한 문제를 야기하는 것으로 당업자들에게 잘 알려져 있다. 각각의 문제는 장식용 바닥 피복재를 원하는 소비자에게 미적으로 용인되지 않을 수 있는 외관을 보일 수 있다. 이러한 용도에서, 업계에서 주로 사용되는 폴리머 기재는 무기 충진된 PVC를 기반으로 하며, 비교적 낮은 TEC를 지닌다.
목재 및 목재 수지 복합물은 매우 낮은 열팽창 계수로 알려져 있다. 그러나, 목재 및 목재 수지 복합물은 액체수 또는 공기 중 습기 형태의 수분에 대해 민감한 것으로 알려져 있다. 물에 너무 많이 노출되면 목재 기반 바닥재에 팽창을 일으키는 것으로 알려져 있으며, 상기에서 기술된 것과 유사한 미적 문제가 발생한다. 대부분의 플라스틱은, 이들은 특성상 본래 비극성이기 때문에, 이들이 물을 흡수할 수 있는 천연 충전제로 충진되지 않는 한, 물에 의해 야기되는 팽창에 민감하지 않다.
PVC 또는 목재를 플라스틱, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 대체시키는 것은 특히 어려운데, 그 이유는 이들 폴리머 수지가 LVT, 그 밖의 바닥재 용도, 및 천장 타일, 벽 피복재, 갑판 재료와 같은 용도, 및 기타 이러한 용도로 사용되는 물질에서 발견되는 열팽창 계수에 부합하거나 초과하기 위해 급감되어야 하는, 고유의 높은 열팽창 계수를 지니기 때문이다.
여러 어려움에도 불구하고, 수년 동안, PVC와 관련된 환경 문제 또는 목재와 관련된 수분 흡수 문제로 인해 세계 시장은 바닥재를 포함하는 다양한 시장에서 PVC 및 목재에 대한 대체재를 모색해 왔다. PVC에 대한 환경 문제는 제대로 폐기되지 않을 경우, HCl 또는 다이옥신으로 분해될 가능성이 있는 폐기전 성질(end-of-life property)을 포함한다. 추가로, 바닥재를 포함하여 다수의 용도에 보다 유용하게 하기 위해 경질 PVC를 연화시키는데 자주 사용되는 프탈레이트 가소제는 또한 다양한 잠재적 건강 문제와 결부되어 있으며, 사람에게 옮겨지는 것으로 관찰되어 왔기 때문에 우려의 원인이 되었다. 추가로, 바닥재 용도에 흔히 사용되는 고충진 PVC는 재생 및 재사용이 어렵다. 목재 제품은 시간이 지남에 따라 너무 많은 물에 노출되면 붕괴, 팽창 및 부패를 겪는 것으로 알려져 있다.
특히 바닥재 시장에서 PVC에 관한 주지된 문제를 해결하려는 시도가 있었다. 예를 들어, 다른 폴리머 및 폴리머 복합물과 함께 여러 대안이 추구되어 왔다. 폴리올레핀, 예컨대 저밀도 폴리에틸렌 ("LDPE"), 고밀도 폴리에틸렌 ("HDPE"), 폴리프로필렌 ("PP"), 및 그 밖의 유사한 폴리올레핀은 가용성(availability), 우수한 용융 가공성, 비교적 낮은 비용, 및 이들의 재생될 수 있는 능력으로 인해 잠재적 대안을 제공한다. 유사하게, 재활용 물품, 예컨대 카펫트, 플라스틱-코팅지, 도시 쓰레기 및 산업 폐기물로부터 수거된 플라스틱을 기반으로 한 재활용 플라스틱이 또한 고려되었고, 그러한 것들은 유사하게 LDPE, HDPE, PP, 그 밖의 유사한 폴리올레핀, 뿐만 아니라 나일론, 폴리에스테르 및 PVC, 및 이들의 혼합물을 기반으로 한다.
순 LDPE 및 HDPE의 열팽창 계수는 전형적으로 순 PVC의 열팽창 계수의 약 3배이다. 순 PP는 그것의 분자 배향에 의거하는, 보다 낮은 열팽창 계수를 가지며, 순 PVC의 열팽창 계수의 1.5 내지 2.5배의 범위일 수 있다. 폴리올레핀, 예컨대 LDPE, HDPE 및 PP에 대한 또 다른 문제는 순 PVC와 비교할 때 그 어느 것도 PVC와 같이 순 수지의 열팽창 계수를 효과적으로 감소시키는 충전제로 매우 효율적으로 충진될 수 없다는 점이다. 이러한 문제는 또한 재활용 폴리머 물질에도 적용된다.
본 발명은 특별히 낮은 열팽창 계수를 가능하게 하는, LVT, 천장 피복재, 벽 피복재, 외부 갑판 재료 등을 포함하는 바닥재와 같은 용도를 위해 특별히 낮은 열팽창 계수를 지닌 비용-효과적인 폴리머 기재에 대한 시장 요구에 대한 해법, 및 해법을 가능하게 할 뿐만 아니라 형성되는 제품에 요구되는 평탄도(flatness)를 제공하는 제조 방법에 관한 것이다. 추가로, 특정 구체예에서, 재활용 플라스틱 수지는 특히 바람직하게 낮은 제조 비용 및 환경 지속성(environmental sustainability)을 가능하게 한다.
LDPE 및 HDPE TEC에 대한 문헌 값은 전형적으로 약 195 내지 250*10-6 m/(m*℃)이다. PP는 100 내지 180*10-6 m/(m*℃)의 범위인 것으로 보고되어 있다. PVC는 약 65 내지 130*10-6 m/(m*℃)의 보고된 TEC를 갖는다. 무기 충전제, 유리 섬유, 유리 패브릭, 및 특정 플라스틱 매트의 사용이 폴리올레핀 및 PVC의 TEC를 감소시킬 수 있다는 것이 일반적으로 보고되어 있다. 바닥재 용도로 사용되는 PVC 조성물은 전형적으로 대략 50 내지 80*10-6 m/(m*C)의 TEC를 갖는다. LDPE, HDPE, PP 또는 그 밖의 유사한 폴리올레핀과 같은 수지를 사용하거나 이로부터의 재활용 플라스틱을 사용하여 이러한 범위 내의 TEC를 달성하는 것은 매우 어려운 것으로 밝혀졌으며, 비-PVC 바닥재 재료가 시장에 광범위하게 도입되는 것을 크게 배제시켰다.
또한, 낮은 TEC 및 거의 없거나 전혀 없는 수분에 의한 팽창에 대한 감수성 둘 모두를 갖는 플라스틱 바닥재에 대한 바닥재 산업의 요건은 물에 노출되었을 때 팽창하는 경향으로 인해 천연 섬유 충전제의 이용을 크게 배제시켰다. 이러한 요건의 조합은 무기 충전제가 사용될 것을 요한다. 무기 충전제를 LDPE, HDPE, PP 또는 그 밖의 유사한 폴리올레핀에 매우 높은 로딩 수준으로 로딩하는 것은 형성되는 열가소성 복합물이 높은 밀도 및 일반적으로 불량한 기계적 성질을 지니게 한다. 실제로, 이제 LDPE-기반 수지의 TEC의 감소는 충전제의 첨가를 통해 단지 약 80*10-6 m/(m*℃)로 감소될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
폴리올레핀의 TEC를 추가로 감소시키기 위한 추가의 충전제를 포함하는 것은 단순히 기계적 성질이 너무 낮아 광범위하게 유용하지 않은 재료를 형성시키고, 추가의 충전제를 첨가하는 것은 또한 TEC를 추가로 낮추는 것이 거의 가능하지 않은 것으로 밝혀졌다. 다수의 유기 충전제 및 무기 충전제가 TEC를 감소시키기 위해 의도된 섬유유리 매트 및 여러 플라스틱 매트가 있는 경우 및 없는 경우 둘 모두로 조사되었다. 본 발명의 한 가지 구체예는, 열가소성 복합물과 적절하게 조합되는 경우, TEC를 최종적으로 측정하기 전 복합물이 적어도 한 시간 동안 70℃로 가열하여 이완되게 한 후, TEC를 10*10-6 m/(m*℃) 미만으로 유도할 수 있는 유형의 섬유유리 매트를 제공한다. 낮은 TEC 값이 적합한 기계적 성질, 예컨대 모듈러스(modulus) 및 충격 강도(impact strength)를 유지시키면서 달성된다.
본 발명에서 구현되는 기재는 섬유유리 매트의 부재 하에 동일한 열가소성 복합물과 비교하는 경우에 TEC를 급감시키는 섬유유리 매트를 갖는 열가소성 복합물을 포함한다. 구체예는 76 내지 1500 g/m2, 또는 특정 적용에서, 150 내지 600 g/m2의 중량을 갖는 섬유유리 매트를 포함할 수 있다. 그 밖의 구체예에서, 150 내지 460 g/m2의 중량으로 긴 유리 섬유, 예컨대 Huntingdon으로부터 입수가능한 플렉서블(flexible) 유리, 예컨대 8610 플렉서블 유리가 있다. 또한, 이러한 섬유유리 매트는 섬유유리 매트의 대표적인 20.3cm x 20.3cm 섹션이 두 개의 두꺼운 종이 시트 사이에 배치되고, 또한 20.3cm x 20.3cm이 되는 치수를 갖는 228 그램 중량물이 로딩되는 경우에 높이가 약 1mm 내지 10mm인 특징을 갖는다. 섬유유리 매트의 또 다른 특징은 비교적 성긴 짜임을 갖는다는 점이다. 섬유유리 매트가 성긴 짜임을 갖는 지를 결정하는 한 가지 방법은 특정 영역에 대해 섬유유리 매트에서 개별 섬유들 간의 교차점의 개수를 계수하는 것이다. 예를 들어, 1cm x 1cm 사각 섹션에서 측정된 섬유유리 교차점의 수는 전형적으로 20 내지 3000이고, 일부 적용에서, 70 내지 2000이다.
연속 필라멘트 매트(continuous filament mat)("CFM")가 본 발명에 기술된 섬유유리 매트로서 사용될 수 있다. CFM는 무작위 섬유 방향 및 벌크(bulk)를 만들기 위해 방사되는 연속 섬유 가닥으로 구성된 보강 매트이다. CFM는 잘린 단섬유 보다는 연속 장섬유를 사용한다. 연속 필라멘트 매트는 용융된 섬유유리 가닥을 직접 이동 벨트에 루핑 형태(looping fashion)로 분배함으로써 제조된다. 섬유유리로서 섬유는 냉각되고, 경화되고, 바인더(binder)가 적용되어 필라멘트를 제 위치에 고정시킨다. 이러한 CFM는 Huntingdon Fiberglass Products, LLC(Huntingdon, PA)로부터 상업적으로 입수가능하다. 본 발명의 지식을 가진 당업자들은 요망하는 최종 제품 특징에 부합하기 위한 특정 섬유유리 매트 또는 CFM를 선택할 수 있다.
본 발명의 섬유유리 매트의 이러한 특징들은 열가소성 수지 또는 열가소성 컴파운드가 섬유에 의해 점유되지 않은 개방 영역 내로 충진되거나 흘러 들어가도록 하는 용적 특성(volumetric characteristic)을 제공한다. 열가소성 물질이 섬유유리 매트 내 개방된 공간을 채우게 하는 특성은 1500 g/m2 초과의 평량을 갖는 플라스틱 패널에 대해 특히 가치가 있을 수 있다. 1500 g/m2 초과의 평량을 갖는 플라스틱 패널은 일반적으로 적어도 lmm 두께, 및 전형적으로 약 1.5mm 두께이다. 낮은 TEC를 갖는 이러한 두께의 플라스틱 패널에 대해, 섬유유리 매트가 가능한 대부분의 패널 두께에 포함되는 것이 바람직하고, 유리 섬유가 열가소성 물질 내로 잘 임베딩되는 것으로 나타났다. 또한, 섬유유리 매트가 열가소성 복합물 내에 잘 임베딩되는 한, 기술된 특징의 보강 섬유유리 매트의 평량을 증가시키는 것이 형성되는 열가소성 복합물 패널의 TEC를 감소시키는 것으로 나타났다.
본 발명의 지식을 갖는 당업자는 특정 구체예에서, 섬유유리 매트의 전체 두께 뿐만 아니라 평방 센티미터당 유리 교차점의 개수는, 섬유유리 매트가 열가소성 폴리머 내로 충분히 임베딩되게 하도록 선택되어야 함을 인지할 것이다. 열가소성 수지 내로 잘 임베딩되지 않은 섬유유리 웹은 약하고 섬유유리 웹 내에서 쪼개지는 경향이 있는 패널을 형성할 것이다. 결과적으로, 본 발명의 또 다른 양태는 낮은 TEC를 갖는, 심지어 보다 높은 평량의 패널이 가능하도록 하는 본 발명의 플라스틱 패널의 라미네이트(laminate)를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 양태는 그 위에 추가의 열가소성 수지 또는 열가소성 컴파운드가 윗면, 바닥면, 또는 양면에 다양한 양으로 코팅될 수 있는, 낮은 TEC 코어로서 본 발명의 플라스틱 패널을 사용하는 것이다. 또한, 본 발명의 또 다른 양태는 장식용 바닥 피복재, 벽 피복재, 천장 피복재 및 그 밖의 이러한 물품을 가능하게 하도록 부가되는 장식용 층을 가질 수 있는 기재 물질로서 본 발명의 플라스틱 패널을 사용하는 것이다. 본 발명의 플라스틱 패널의 다양한 그 밖의 조합이 선택되는 최종 사용 용도에 사용될 수 있다.
추가로, 본 발명의 섬유유리 매트는 낮은 TEC를 갖는 플라스틱 패널을 가능하게 함에 있어서 상이한 유형의 열가소성 폴리머 및 이들의 각각의 컴파운드로 효과적인 것으로 나타났다. 어떠한 열가소성 폴리머가 본 발명의 구체예로 사용될 수 있다. 본 발명에 적합한 열가소성 폴리머의 비제한적 예는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리올레핀 코폴리머, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 수성펄프화 공정으로부터의 폴리올레핀, 또는 이들의 조합을 포함한다. 이러한 열가소성 폴리머 또는 이들의 조합으로부터 제조된 열가소성 수지 및 열가소성 컴파운드가 또한 포함된다.
대안의 구체예에서, 재활용 열가소성 물질, 예컨대 재활용 열가소성 폴리올레핀 또는 열가소성 폴리올레핀 컴파운드 또는 열가소성 PVC 수지 또는 열가소성 PVC 컴파운드가 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 구체예에서, 재활용 플라스틱은 충전제를 함유할 수 있는 재활용 열가소성 폴리올레핀 컴파운드이다. 재활용 폴리올레핀은 폴리올레핀의 믹스, 및 특정 구체예에서, 높은 종횡비(high aspect ratio)를 갖는 셀룰로즈성 물질을 함유하는 재생 또는 재활용 공정으로부터 유래되는 물질일 수 있다. 한 가지 예는 주로 플라스틱 코팅된 종이 제품으로부터 셀룰로즈성 물질을 회수하기 위해 사용되는 수성펄프화 공정이다. 수성펄프화 공정의 예는 그 전문이 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 제5,351,895호에 찾아볼 수 있다. 특정 구체예에서, 재활용 폴리머 물질은 99 wt% 이하의 양으로 기재에 포함될 수 있다.
특정 구체예에서, 열가소성 수지 또는 열가소성 컴파운드는 섬유유리 내에 개방된 공극 공간으로 적절하게 흘러 들어가게 하는 성질을 갖는다. 특히, 열가소성 물질은, 열 압착 접합 전에, 섬유유리 매트 내 개방된 영역의 일부로 물리적으로 침투될 수 있도록 작은 입도로 분쇄될 수 있다. 일반적으로, 열가소성 수지의 입도가 작을 수록, 열가소성 수지가 용융되기 전에 섬유유리 매트 내 개방 공간으로 보다 잘 흘러 들어간다. 그러나, 지나치게 작은 입도는 과도한 더스트(dust)를 형성시킬 수 있으며, 제조 환경에서 취급하기가 어려울 수 있다. 본 발명의 지식을 가진 당업자는 섬유유리 매트의 성질에 맞는 특정 입도를 선택할 수 있다.
전형적으로, 펠릿 크기(pellet size)는 약 0.25cm 내지 0.5cm이고, 다른 구체예에서, 분말 크기는 0.05cm 내지 0.2cm이다. 크기의 다양한 범위 및 조합이 사용될 수 있다. 당업자들은 너무 작은 입도로 분쇄되거나 너무 큰 입도의 펠릿을 사용하는 열가소성 물질의 한계를 인지하고 있다.
선택적 구체예에서, 여러 첨가제가 열가소성 폴리머의 분말 및 펠릿에 첨가될 수 있다. 이러한 첨가제는 색상, 난연성, 경량, 저비용 등과 같은 부가적 특성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 충전제는 사실상 유기 또는 무기일 수 있다. 분말 또는 펠릿에 첨가되는 경우, 건조된 블렌드가 잘 혼합되도록 돕기 위해 충전제가 분말 또는 펠릿과 유사한 크기인 것이 바람직하다. 또한, 더스트를 최소화하고 혼합을 최적화하도록 돕기 위해 건조된 블렌드에 액체를 부가하는 것이 가능하다.
열가소성 폴리머는 섬유유리 함유 폴리머 복합물 전체에 열가소성 폴리머의 충분한 분산 및 조밀화(consolidation)를 보장하기 위해 충분한 용융 흐름 지수(melt flow index)를 가져야 한다. 너무 낮은 용융 흐름 지수를 갖는 물질은 액체 상태로 변하게 되었을 때 잘 흐르지 않는다. 결과적으로, 이러한 물질은 본 발명의 보강 섬유유리 매트 내 존재하는 개방된 공간을 채우는데 효과적이지 않으며, 섬유유리 매트가 형성되는 패널에 잘 임베딩되지 않는다. 추가로, 부적절한 흐름이 발생하면, 보강 섬유유리 매트는 또한 열가소성 물질 내에 임베딩되지 않고, 형성되는 패널의 TEC를 유의하게 감소시키지 않는다. MFI 값은 적어도 0.1 내지 적어도 20.0 g/10 분의 범위, 및 특정 적용에서, 25 g/10 분 초과일 수 있다.
열 압착 접합은 순 열가소성 폴리머에 비해 낮은 TEC를 지닌 본 발명의 섬유유리 매트를 함유하는 열가소성 복합물을 생성할 수 있다. 특정 구체예에서, 이중 벨트 프레스 상에서의 연속 열 압착 접합은 매우 낮은 TEC를 갖는 열가소성 복합물의 생성을 가능하게 한다. 통상적인 폴리머 열 가공 방법, 예컨대 압출 및 사출 성형과는 달리, 연속 이중 벨트 프레스(continuous double belt press)("CDBP") 공정은 형성되는 기재를 만들기 위해 정확한 용융 상태 성질을 요구하지 않는다.
CDBP는 연속 방식으로 사용될 수 있고, 열가소성 폴리머를 충분히 용융시키는데 요구되는 온도를 적용하고 동시에 비교적 낮은 압력 및 낮은 전단 응력을 적용하는 열 압착 제조 공정이다. 가동시, CDBP 공정은 열가소성 펠릿 또는 분말을 섬유유리 매트 상으로 분산시킬 수 있으며, 열가소성 펠릿 또는 분말을 비교적 낮은 압력 또는 전단으로 섬유유리 매트 내로 흘러들어가게 한다. 또한, CDBP는 섬유유리 웹이 벨트 상에 놓이기 전에 비점착성 연속 벨트 상에 열가소성 펠릿 또는 분말을 분산시키는데 사용될 수 있다. CDBP 공정은 1 미터 거리에 대해 +/-0.1mm 미만의 두께에서 달라지는 매우 평평한 열가소성 복합물을 형성한다. 또한, CDBP 공정은 45cm 거리에 대해 측정된 0.035cm 미만의 갭과 함께, 바닥재 산업에서 평탄도 사양을 달성하기 위해 보다 작은 거리에 대해 매우 평평한 물질을 가능하게 할 수 있다. 본 발명의 플라스틱 패널을 가능하게 하는데 사용되는 시간, 온도 및 압력의 예는 실시예 섹션에서 발견될 수 있다. 당업자들은 또한 CDBP 공정으로 유사한 결과를 얻는데 사용될 수 있는 그 밖의 공정 조건을 알고 있을 것이다.
개략적인 연속 이동 벨트 공정(10)이 도 1에 도시된다. 펠릿 분산 디바이스(12)는 요망하는 폴리머 복합물을 펠릿(14)으로서 연장된 하부 벨트(16) 상으로, 그리고 벨트 상에 배치된 섬유유리 매트(미도시됨) 상으로 풀기 스테이션(unwinding station)(미도시됨)에 의해 확산시키기 위해 사용된다. 상부 벨트(18)는 가열 구역(20) 근처에서 하부 벨트(16) 상의 분산된 펠릿(14)과 접촉하게 된다. 열은 펠릿(14)을 용융시키거나 부분적으로 용융시키고, 펠릿을 섬유유리 매트(미도시됨)과 함께 접합시킨다(미도시됨). 닙 롤(nip roll)(22)은 압축력을 가하여 한정되지 않은 길이의 기재(26)에 펠릿(14)을 가공하는 것을 보조하고, 유용한 성질을 부여하도록 고종횡비 충전제를 배향하는데 도움이 될 수 있다. 어닐링 구역(annealing zone)(24)은 기재가 벨트(16 및 18)로부터 배출되기 전에 공정을 마무리하는데 사용된다. 이러한 장치는 Sandvik-TPS(Goppingen, Germany)로부터 입수가능하다. 연속 이중 벨트 프레스로부터 한정되지 않은 길이의 패널을 떼어낼 때, 기재는 최종 사용 용도를 위해 보다 작은 기재로 분리된다.
CDBP의 사용은 연속 비점착성 웹 또는 벨트 위로 섬유유리 매트의 웹이 풀리게 하고, 연속 비점착성 웹 또는 벨트로부터 형성되는 열가소성 복합물이 후속하여 생성될 수 있다. 추가로, 이러한 공정에서, 연속 비점착성 웹 상으로 배치된 후에 보강 섬유유리 매트 상부 상에 열가소성 수지 또는 열가소성 컴파운드의 분말 또는 펠릿을 분산시키는 것이 가능하고, 비점착성 웹은 이후에 열가소성 물질이 섬유유리 웹으로 채워질 수 있도록 돕기 위해 실질적으로 진동될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 보강 섬유유리 매트가 웹에 적용되기 전에 열가소성 수지 또는 열가소성 컴파운드의 분말 또는 펠릿을 비점착성 연속 웹 상으로 분산시키고, 이후에 열가소성 수지 또는 열가소성 컴파운드의 분말 또는 펠릿을 섬유유리 웹의 상부 상에 분산시키는 것이 가능하다. 상이한 양의 열가소성 분말 또는 펠릿이 섬유유리 매트의 상부 또는 저부에 첨가되어 상이한 평량의 플라스틱 패널을 형성시킬 수 있다. 다양한 층에 사용되는 열가소성 폴리머의 특성 및 유형은 상이할 수 있다. 평량은 500 g/m2 내지 15,000 g/m2, 및 특정 적용에서 1500 g/m2 내지 7,000 g/m2의 범위일 수 있다.
당업자들은 열 압착 접합 공정 동안 가해진 압력은 형성되는 기재의 성질에 영향을 미치는 변수임을 인지한다. 열가소성 폴리머가 용융되거나 실질적으로 연화되어 열가소성 물질을 매우 소수의 공극을 갖는 열가소성 패널 내로 조밀화시키고, 섬유유리 웹을 열가소성 복합물 내에 임베딩시킨 후에, 충분한 압력이 인가된다. 또한, 당업자들은 지나치게 높은 압력은 섬유유리 매트를 너무 얇은 상태로 압착하고, 이에 따라 요망하는 낮은 TEC에 악영향을 줄 수 있음을 인지할 것이다.
선택된 열가소성 폴리머는 열 압착 접합 동안 섬유유리가 열가소성 폴리머 매트 내로 충분히 임베딩되게 하는 능력에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 높은 TEC 값을 갖는 특정 열가소성 폴리머는 열가소성 복합물의 최종 TEC 값에서 보다 낮은 TEC 값을 가진 충진된 열가소성 컴파운드를 사용하는 것보다 더 우수한 결과를 달성할 수 있다. 충진되지 않은 열가소성 폴리머는 증가된 섬유유리 메쉬(mesh) 내의 공극으로 흘러 들어가는 능력을 지니고, 이에 따라 최종 기재의 보다 낮은 TEC 값을 달성하는데 더 효과적일 수 있는 것으로 여겨진다. 특정 구체예에서, 본 발명의 열가소성 복합물 패널은 8*10-6 m/(m*℃) 정도로 낮은 TEC를 갖는 것으로 나타났다. 이러한 값은 목재의 TEC와 유사하다. 이러한 TEC의 극적인 개선은 바닥재 및 LVT 용도, 특히, 천장 피복재, 음향 소음기(acoustic sound dampener), 벽 피복재 및 그 밖의 이러한 용도를 포함하는 많은 시장에서 훨씬 더 큰 유용성의 결과물을 제공한다.
대안의 구체예에서, 폴리올레핀 열가소성 컴파운드에 잘 임베딩된 상기 기술된 섬유유리 매트의 얇은 열가소성 복합물 기재(예를 들어 대략 1.5 mm 두께의)가 제조된다. 대향 표면들을 갖는 이러한 얇은 열가소성 복합물 기재는 이후 대향 표면들 둘 모두 상에서 열가소성 수지 또는 열가소성 컴파운드로 코팅되거나 접합된다. 이러한 공정은 매우 낮은 TEC 및 매우 낮은 평탄도를 지닌 패널을 형성시킬 수 있다. 대안적으로, 둘 이상의 얇은 열가소성 복합물 기재는 함께 라미네이팅될 수 있다. 이러한 얇은 시트를 사전-제조하고, 이후 추가의 열가소성 수지 또는 열가소성 컴파운드로 코팅하거나, 대안적으로 얇은 시트를 함께 라미네이팅하는 것에 의해 매우 낮은 TEC 값 및 매우 우수한 평탄도 값을 지닌 기재를 달성할 수 있다.
형성되는 기재는 다층 물품을 생성하기 위해 추가의 층의 접합 또는 부착을 가능하게 하도록 처리될 수 있다. 당해 공지되어 있는 이러한 방법의 비제한적 예는 플라즈마(plasma) 처리, 코로나(corona) 처리, 실란 처리, 프라이머 물질의 사용 및 열 처리를 포함한다.
본 발명의 기재는 당업자들에 의해 이전에 인지되거나 달성되지 못한 바람직하게 낮은 TEC 성질을 나타낸다. 형성되는 열가소성 복합물의 TEC는 열가소성 패널의 수정되지 않은 TEC의 대략 절반 내지 열가소성 패널의 수정되지 않은 TEC의 대략 1/10의 범위일 수 있다. 기재의 TEC는 열팽창 계수 시험에 따라 측정되었다. 시험은 명목상 125 cm2 샘플을 절단하고, 이들의 길이 및 폭을 마이크로미터(micrometer)로 측정하고, 1시간 동안 70℃로 가열한 후, 적어도 한 시간 동안 실온으로 냉각되게 함으로써 수행된다. 이들의 길이 및 폭을 어떠한 수축을 결정하기 위해 마이크로미터로 다시 측정하였다. 이후, 샘플을 다시 70℃로 가열하고, 1시간 후, 이들의 TEC를 결정하기 위해 오븐에서 제거한 직후에 이들의 길이 및 폭을 측정하였다. 특정 구체예는 35*10-6 m/(m*C) 또는 그 미만의 TEC를 입증하였다. 그 밖의 구체예는 순 열가소성 컴파운드 구체예로부터 유도된 기재보다 적어도 3배 낮은 TEC를 입증하였다.
실시예
비교 실시예 #1. 펠릿 형태로 얻을 수 있고 2.6 g/10분의 MFI를 갖는 United Plastics Recycling(Montgomery, Alabama)으로부터 입수가능한 코팅 등급 제품 LDPE-W-5인 재가공된 LDPE을 CDBP을 사용하여 가공하였다. MFI 측정을 티니우스 올젠 압출 플라스토미터(Tinius Olsen Extrusion Plastometer)를 사용하여 ASTM D 1238-10 절차 A에 따라 수행하였다. 티니우스 올젠 압출 플라스토미터를 배럴 온도 190℃로 설정하고, 2.16 kg 하중을 적용시켰다. 연속 이중 벨트 프레스는 Sandvik-TPS(Goppingen, Germany)에 의해 제조된 것이며, 각각 대략 5 미터의 길이를 갖는 3 개의 가열 구역 및 각각 대략 5 미터의 길이를 갖는 3 개의 냉각 구역을 갖는다. 닙 롤러 및 그 밖의 기계 장비에 대한 길이를 포함하는, 가열 구역과 냉각 구역을 합한 전체 길이는 대략 27미터이다. 가열 구역 및 냉각 구역 전에 1.5 미터 이하의 거리에 걸쳐 정확한 양의 분말 또는 펠릿을 적용할 수 있는 두 개의 분산 유닛(scattering unit)이 위치한다.
물질을 4m/분으로 이동하는 테플론 코팅된 벨트(Teflon-coated belt) 상으로 분산시켰다. 이 실시예에서, 하나의 분산 유닛 만을 사용하였다. CDBP를 가열 구역 1에서의 온도가 상부 히터 및 저부 히터 둘 모두에 대해 250℃가 되도록 설정하였으며, 제2 가열 구역을 상부 히터 및 저부 히터 둘 모두에 대해 온도가 240℃가 되도록 설정하였고, 제3 가열 구역을 상부 히터 및 저부 히터 둘 모두에 대해 온도가 180℃가 되도록 설정하였다. 가열 구역 바로 다음에 3 bar 압력을 61 cm 전동 닙 롤러에 대해 설정하였다. 닙 압력을 적용한 직후, 제2 냉각 구역을 상부 및 저부 냉각기 둘 모두에 대해 20℃로 설정하면서, 샘플을 상부 및 저부 냉각기 둘 모두에 대해 40℃로 설정된 제1 냉각 구역으로 도입시켰다.
형성된 플라스틱 패널은 두께가 3.2mm이고, 평량이 2895 g/m2였다. 샘플의 TEC를 상기 기술된 열팽창 계수 시험에 따라 시험하였다. 두 개의 샘플을 측정하고, 표 1에 기록된 데이터를 결정하는데 모든 측정치의 평균을 사용하였다.
비교 실시예 #2. 비교 실시예 #1과 동일한 LDPE를 사용하나, 이 경우에는 분말 형태로 분쇄하고, 이어서 CDBP의 테플론 코팅된 벨트 상으로 분산시켰다. 모든 CDBP 공정 조건 및 시험 방법은 비교 실시예 #1에서 기술된 것과 동일하였다. 형성된 플라스틱 패널은 두께가 3.1mm였고, 평량이 2763 g/m2였다. 두 샘플의 TEC를 열팽창 계수 시험을 사용하여 측정하고, 표 1에 기록되는 데이터를 결정하기 위해 모든 측정치의 평균을 사용하였다.
실시예 #1. 비교 실시예 #2에서 기술된 것과 동일한 LDPE를 사용하였다. 이 실시예에서, 두 개의 분산 유닛을 사용하였다. 제1 분산 유닛은 분쇄된 LDPE 분말을 테플론 코팅된 벨트에 직접 적용시켰다. 이러한 분산된 분말에, Huntingdon Fiberglass Products, LLC(Huntingdon, PA)로부터 상업적으로 입수가능한 제품 8610인, 연속 가닥 롤(continuous strand roll)로부터의 305 g/m2의 플렉서블 섬유유리를 적용하였다. 이어서, 제2 분산 유닛이 분쇄된 LDPE의 또 다른 층을 적용하였다. CDBP의 진동 테이블을 제2 분산 유닛 다음에 켰다. 적용된, 분쇄된 LEPE의 양은 대략 동일하지만, 비교적 평평한 결과의 플라스틱 패널이 가능할 수 있도록 최적화되었다. 모든 CDBP 공정 조건 및 시험 방법은 비교 실시예 #1에서 기술된 것과 동일하였다. 형성된 플라스틱 패널은 두께가 대략 3.05mm였고, 평량이 2956 g/m2였다. 두 샘플의 TEC를 열팽창 계수 시험을 사용하여 측정하고, 표 1에 기록되는 데이터를 결정하기 위해 모든 측정치의 평균을 사용하였다.
실시예 #2. 실시예 #1에서 기술된 것과 동일한 LDPE 및 이를 CDBP에 적용시키는 동일한 방법을 사용하였다. 이 경우에, Huntingdon Fiberglass Products, LLC(Huntingdon, PA)로부터 상업적으로 입수가능한 제품 8635D2인, 연속 가닥 롤로부터의 229 g/m2의 반경질 섬유유리를 사용하였다. 모든 CDBP 공정 조건 및 시험 방법은 비교 실시예 #1에서 기술된 것과 동일하였다. 형성된 플라스틱 패널은 두께가 대략 3.05mm였고, 평량이 2823 g/m2였다. 두 샘플의 TEC를 열팽창 계수 시험을 사용하여 측정하고, 표 1에 기록되는 데이터를 결정하기 위해 모든 측정치의 평균을 사용하였다.
표 1
Figure 112017087165616-pct00001
비교 실시예 #3. 제품 코드 3000282 고밀도 과립(densified granulate)인, 셀룰로즈 섬유 충전제를 함유하고 0.3 g/10분의 MFI를 갖는 재가공된 LDPE를 사용하였다. 초기에 과립을 분쇄시킨 후, 대략 3.6mm의 홀 직경을 갖는 다이를 사용하는 Pallmann Palltruder PF250를 통해 분쇄된 분말을 가공함으로써, 고밀도 과립을펠릿 형태로 전환시켰다. CDBP의 가열 구역 #1을 상부 및 저부 오븐에 대해 230 ℃로 설정하고, 가열 구역 번호 2를 상부 및 저부 오븐에 대해 210℃로 설정하고, 가열 구역 3을 상부 및 저부 오븐에 대해 150℃로 설정하고, 냉각 조건은 비교 실시예 #1에서 기술된 것과 동일하였다. 가열 구역 내에 위치한 세 개의 15cm 직경의 닙 롤러를 모두 3 bar의 압력으로 설정하였다. 가열 구역 다음에 61cm 직경의 전동 닙 롤러를 2 bar의 압력으로 설정하고, 벨트 속도는 3 미터/분으로 설정하였다. 형성된 플라스틱 시트는 두께가 6.1mm이고, 평량이 7975 g/m2였다. 형성된 열가소성 복합물의 성질은 표 2에서 찾을 수 있다.
비교 실시예 4-11. 비교 실시예 4-11은 TEC를 감소시키기 위한 여러 충전제의 영향을 조사하였다. 이들 실시예는 비교 실시예 #3와 동일한 방식으로 이루어졌다. 그러나, 이러한 경우, 다른 양의 충전제를, 펠릿으로 전환시키기 위해 Pallmann Palltruder에 넣기 전에 분쇄된 LDPE와 블렌딩하였다. Great Lakes Calcium(Green Bay, Wisconsin)로부터의 GLC 1012d로부터 탄산칼슘을 얻었다. 목분은 American Wood Fiber(Schofield, Wisconsin)로부터의 제품 4010 단풍나무였다. 제품 Silverline 002인 탈크, 및 화산재는 Imerys Corporation로부터 상업적으로 입수가능하였다. 충전제의 양 및 형성된 열가소성 복합물 성질이 표 2에 기재된다.
표 2
Figure 112017087165616-pct00002
비교 실시예 12-24. 비교 실시예 12-25는 TEC를 감소시킴에 있어서 상이한 유리의 능력을 조사하였다. 이들 실시예는 실시예 #2와 유사한 방식으로 이루어졌다. 그러나, 이러한 경우에, 제품 코드 3000282 고밀도 과립인, 셀룰로즈 섬유 충전제를 함유하고 0.3 g/10분의 MFI를 갖는 분쇄된 LDPE를 실시예 #2의 LDPE 대신에 사용하였다. 조사된, 상이한 유형의 섬유유리는 Dryvit Corporation(West Warwick, Rhode Island)로부터의 제품: Standard (102 g/m2), Standard Plus (142 g/m2), 및 Intermediate (284 g/m2)을 포함하였다. 또한, 165, 237, 284, 및 474 g/m2인 Cross Country Supply로부터의 섬유유리 물질이 각각 포함되었다. 또한, Fibre Glast Developments Corporation로부터의 섬유유리 웹을 조사하였으며, 47 g/m2 패브릭인 제품 241-B, 95 g/m2 패브릭인 제품 262-C, 142 g/m2 패브릭인 제품 259-A, 39 g/m2 유리 스크림(scrim)인 제품 246-C, 71 g/m2 촘촘히 짜인 유리 패브릭(tight weave glass fabric)인 제품 573-C, 및 213 g/m2 능직 유리 패브릭(twill weave glass fabric)인 제품 1094-C을 포함하였다. 비교 실시예 12-24 20은 본 발명에 따라 측정되는 경우, cm2 당 20 내지 약 3000개 범위의 유리섬유 교차점으로 유리 교차점, 또는 높이로 약 1mm 내지 10mm의 두께를 지니지 않았다. 이들 실시예에 대해, 비교 실시예 3에서 기술된 LDPE 펠릿을 분말이 가능하게 되도록 분쇄시켰으며, 이를 이후에 실시예 #1에서 기술된 바와 같은 두 개의 별개의 분산 유닛을 사용하여 분산시켰다. 제1 가열 구역이 상부 및 저부 둘 모두에 대해 190℃로 설정되고, 가열 구역 2가 상부 및 저부 둘 모두에 대해 190℃로 설정되고, 가열 구역 3이 상부 및 저부 둘 모두에 대해 150℃로 설정되도록 CDBP의 조건을 설정하였다. 냉각 구역 둘 모두는 상부 및 저부 둘 모두에 대해 20℃로 설정하였다. CDBP에서 제1의 15cm 직경의 닙 롤러를 0.1 bar로 설정하고, 제2의 15cm 직경의 닙 롤러를 1 bar로 설정하고, 제3의 15cm 직경의 닙 롤러를 2 bar로 설정하고, 가열 구역 바로 다음에 61cm 직경의 전동 닙 롤러를 1.5 bar로 설정하였으며, 선속도(line speed)는 3 m/min였다. LDPE 분말을 실시예 #1에서 기술된 바와 같은 CDBP에 대해 분산 유닛 둘 모두를 사용하여 분산시켰다. 형성된 열가소성 복합물의 성질이 표 3에 기재된다.
표 3
Figure 112017087165616-pct00003
실시예 3-7. 실시예 3-7에서, 연속 섬유유리 매트 및 연속 열 접합 공정과 함께 여러 열가소성 수지 컴파운드를 조사하였다. HDPE 컴파운드는 Wyocomp(Cheyenne, Wyoming)으로부터 상업적으로 입수가능한, 혼합 색상 및 0.5 g/10분의 MFI을 갖는 재활용 HDPE를 포함하였다. PP는 4.6 g/lO분의 MFI를 갖는 재활용 PP이고, Wellmann Recycled Plastics(Johnsonville, South Carolina)로부터 상업적으로 입수가능하였다. PVC는 Jamplast(Mount Vemon, Indiana)로부터 상업적으로 입수가능한, 재활용 셀룰라 탠 PVC(reclaimed cellular tan PVC)였다. 팽창된 재는 Silbrico Corporation(Hodgkins, Illinois)로부터 상업적으로 입수가능한 Sil 35 BC였다. LDPE는 비교 실시예 12-24에서 기술된 재활용 공급원이었다. 목분은 비교 실시예 3-11에서 기술된 것과 동일한 목분이었다.
실시예 3-7에 대한 모든 열가소성 컴파운드는 먼저 플라스틱을 분말로 분쇄시킴으로써 제조되었다. 충전제가 사용된 경우, 충전제는 이후에 균일한 혼합물을 얻도록 분쇄된 플라스틱 분말과 블렌딩되었다. 이후, 분말 또는 분말 블렌드를 Pallmann Palltruder에 공급하여 펠릿을 만들었으며, 이후 CDBP와 함께 사용되도록 분말 형태로 분쇄하였다. 연속 가닥 롤로부터의 플렉서블 섬유유리는 457 g/m2의 Huntingdon 제품 8610였으며, Huntingdon Fiberglass Products, LLC(Huntingdon, PA)로부터 상업적으로 입수가능하였다. 열가소성 수지 분말을 CDBP에 적용하고, 실시예 1에서 기술된 바와 같이 플렉서블 섬유유리와 배합하였다. 실시예 3-6에 대해, CDBP 선속도는 3m/분이었다. 실시예 3에 대해, 모든 오븐 온도를 상부 및 저부 둘 모두에 대해 205℃로 설정하였다. 냉각 오븐은 비교 실시예 1에서 기술된 바와 같이 설정하였다. 제3의 15cm 직경의 닙 롤러를 4.3 bar로 설정하고, 61cm 직경의 전동 닙 롤러를 1.8 bar로 설정하고, 이 전동 닙 롤러 바로 다음에 있는 제4의 15cm 직경의 닙 롤러를 4.3 bar로 설정하였다. 실시예 4에 대해, 제1 가열 구역 오븐을 상부 및 저부 둘 모두에 대해 225℃로 설정하였다. 제2 가열 구역은 상부 및 저부 둘 모두에 대해 180℃로 설정하였다. 가열 구역 3은 140℃의 상부 및 저부로 설정하였다. 냉각 구역은 실시예 3과 동일하게 설정하였다. 가열 구역 1 내지 3에 존재하는 15cm 직경의 닙 롤러 3개 모두를 전부 3.5 bar로 설정하였다. 실시예 5에 대해, 제1 가열 구역 오븐은 상부 및 저부 둘 모두에 대해 225℃로 설정하였다. 제2 가열 구역은 상부 및 저부 둘 모두에 대해 165℃로 설정하였다. 가열 구역 3은 130℃의 상부 및 저부로 설정하였다. 냉각 구역은 둘 모두 20℃의 상부 및 저부로 설정하였다. 제2 및 제3의 15cm 직경의 닙 롤러를 둘 모두 3 bar로 설정하고, 61cm 직경의 전동 닙 롤러를 3.5 bar로 설정하였다.
실시예 6에 대해, 120℃의 상부 및 저부로 설정된 제3 가열 구역에 대한 설정을 제외하고 모든 조건이 동일하였다. 분산량은 표 4에 기재된 결과의 두께가 가능하도록 조절하였으며, 연속 섬유유리 매트는 대략 패널 두께의 중간에 집중되어 있었다. 실시예 7에 대해, PVC를 분말로 분쇄하고, 팽창된 재 분말과 블렌딩하였다. 또한, 4 퍼센트의 에폭시화된 대두유를 블렌드에 첨가하였다. 이어서 이를 CDBP 상에 분산시켰으며, 다른 샘플과 달리 분쇄되기 전에 먼저 펠릿으로 만들어지지 않았다. 실시예 7에서, Huntingdon Fiberglass Products, LLC(Huntingdon, PA)로부터 305 g/m2의 Huntingdon 제품 8610으로서 상업적으로 입수가능한 연속 가닥 롤로부터의 플렉서블 섬유유리를 사용하였다. 형성된 열가소성 복합물의 성질이 표 4에 기재된다.
표 4
Figure 112017087165616-pct00004
실시예 8-11. 실시예 8-11에서, 비교 실시예 12-24에서 기술된 것과 동일한 LDPE를 사용하였다. LDPE를 초기에 분쇄시키고, 이어서 앞서 기술된 바와 같이 Pallmann Paltruder를 사용하여 펠릿으로 만들었다. 이후, 펠릿을 CDBP 상에 분산시키기 전에 분말로 분쇄하였다. 모든 경우에서, 달리 명시되지 않는 한, Huntingdon Fiberglass Products, LLC(Huntingdon, PA)로부터 305 g/m2의 Huntingdon 제품 8610으로서 상업적으로 입수가능한 연속 가닥 롤로부터의 플렉서블 섬유유리를 사용하였다. LDPE 분말을 달리 명시되지 않는 한, CDBP 비점착성 벨트 뿐만 아니라 실시예 1에서 기술된 것과 같은 연속 가닥 섬유유리 상으로 분산시켰다. 실시예 8에 대해, CDBP를 가열 구역 1이 245℃의 상부 및 저부가 되도록 설정하였다. 가열 구역 2를 220℃의 상부 및 저부로 설정하고, 가열 구역 3을 180℃의 상부 및 저부로 설정하는 반면, 냉각 구역을 둘 모두 20℃의 상부 및 저부로 설정하였다. 제1의 15cm 직경의 닙 롤러를 0.1 bar로 설정하고, 제2의 15cm 직경의 닙 롤러를 2 bar로 설정하고, 제3의 15cm 직경의 닙 롤러를 2 bar로 설정하고, 61 cm 직경의 전동 닙 롤러를 1.5 bar로 설정하였다. 선속도는 3m/분이었다. 실시예 9에 대해, 실시예 8로부터의 두 개의 플라스틱 패널을 서로의 상부에 배치하고, 하나 및 두개가 210℃의 상부 및 저부로 설정된 가열 구역 둘 모두를 지닌 CDBP를 통해 실행하였다. 가열 구역 3을 150℃의 상부 및 저부로 설정하였다. 두 냉각 구역을 20℃의 상부 및 저부로 설정하였다. 0.1 bar의 압력을 제1의 15cm 직경의 닙 롤러에 적용하였다. 선속도는 3m/분이었다. 분산 유닛을 사용하지 않았으며, 추가의 LDPE가 샘플에 첨가되지 않았다. 또한, 추가의 섬유유리도 첨가되지 않았다. 실시예 10에 대해, 실시예 8로부터의 플라스틱 패널을 섬유유리 대신에 코어 물질로서 사용하였다. 추가의 섬유유리가 첨가되지 않았다. 추가의 LDPE 수지를 패널의 윗면 및 아래면 둘 모두에 분산시켰다. CDBP 설정은 실시예 9와 동일하였다. 실시예 11에 대해, 실시예 10으로부터의 두 개의 플라스틱 패널을 서로의 상부에 배치하고, 하나 및 두개가 210℃의 상부 및 저부로 설정된 가열 구역을 지닌 CDBP를 통해 실행하였다. 가열 구역 3은 150℃의 상부 및 저부로 설정하고, 두 냉각 구역을 20℃의 상부 및 저부로 설정하였다. 0.1 bar의 압력을 제1의 15cm 직경의 닙 롤러에 적용하였다. 형성된 열가소성 복합물의 성질이 표 5에 기재된다.
표 5
Figure 112017087165616-pct00005
특정 구체예가 바람직한 구체예를 기술할 목적으로 본원에서 예시되고 기술되었지만, 동일한 목적을 달성하기 위해 계산된 다양한 대안 또는 동등한 구현이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 보여지고 기술된 특정 구체예를 대체할 수 있음이 당업자들에 의해 인지될 것이다. 본 출원은 본원에서 논의된 바람직한 구체예의 어떠한 개조 또는 변형을 포괄하는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명은 청구범위 및 이의 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 명백하게 의도된다.

Claims (20)

  1. 열가소성 수지에 임베딩된(embedded) 섬유유리 매트를 지닌 열가소성 복합물을 포함하는 기재(substrate)로서, 섬유유리 매트가 76 내지 1500 g/m2의 중량 및 cm2 당 20 내지 3000개의 섬유유리 교차점을 갖고, 열가소성 복합물이 (i) 순(neat) 열가소성 수지의 구체예로부터 유도된 기재보다 적어도 3배 낮은 열팽창 계수, 또는 (ii) 50*10-6 m/m*℃ 또는 그 미만의 열팽창 계수를 지니는 기재.
  2. 제1항에 있어서, 열가소성 복합물이 40*10-6 m/m*℃ 또는 그 미만의 열팽창 계수를 갖는 기재.
  3. 열가소성 수지를 섬유유리 매트 및 임의로 하나 이상의 충전제와 함께 열 압착 접합시켜 유도된 기재를 포함하는 물품으로서, 섬유유리 매트가 76 내지 1250 g/m2의 중량 및 cm2당 20 내지 3000개의 섬유유리 교차점을 갖고, 열가소성 복합물이 순 열가소성 수지의 구체예로부터 유도된 기재보다 적어도 3배 낮은 열팽창 계수, 또는 (ii) 50*10-6 m/m*℃ 또는 그 미만의 열팽창 계수를 지니는 물품.
  4. (a) 임의로 하나 이상의 충전제를 지닌 열가소성 수지를 제1 회전 벨트 상에 위치한 섬유유리 매트 상으로 분산시키는 단계로서, 섬유유리 매트는 76 내지 1250 g/m2의 중량 및 cm2 당 20 내지 3000개의 섬유유리 교차점을 갖는 단계,
    (b) 열가소성 수지, 임의의 충전제 및 섬유유리 매트를 제1 회전 벨트와 제2 회전 벨트 사이에서 열 압착 접합시켜 기재를 형성시키는 단계로서, 기재는 (i) 순 열가소성 수지의 구체예로부터 유도된 기재보다 적어도 3배 낮은 열팽창 계수, 또는 (ii) 50*10-6 m/m*℃ 또는 그 미만의 열팽창 계수를 지니는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 기재가 40*10-6 m/m*℃ 또는 그 미만의 TEC를 나타내는 방법.
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