KR20070015226A

KR20070015226A - 습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리 섬유용 지방 아미드조성물

Info

Publication number: KR20070015226A
Application number: KR1020067026518A
Authority: KR
Inventors: 제리 에이치 씨 리; 윌리엄 이 배릭; 데이비드 이 웰러
Original assignee: 오웬스 코닝
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2007-02-01
Also published as: US20050276960A1; WO2006001984A1; EP1765741A1; CN1968906A; JP2008502573A

Abstract

하나 이상의 막 형성제, 하나 이상의 커플링제, 및 (폴리)에틸렌 아민 및 C₅-C₂₀ 불포화 지방산으로부터 합성된 지방 아미드 윤활제를 함유하는 가호 조성물이 제공된다. 지방산은 바람직하게는 콘쥬게이트화 지방산이며, (폴리)에틸렌 아민은 바람직하게는 테트라에틸렌펜타민이다. 지방 아미드 윤활제는 말레인화 고무 또는 카르복실화 고무에 의해 개질될 수 있다. 가호는 유리하게는 습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리와 같은 유리 섬유에 적용되며, 싱글과 같은 지붕 복합재에 이용된다. 지방 아미드 윤활제는 가황 메카니즘을 통해 유리와 아스팔트 사이의 접면 결합을 용이하게 한다. 지방 아미드의 불포화는 유리 섬유의 표면 에너지를 개질시켜, 유리 섬유로 하여금 아스팔트에 더욱 혼화성이 되도록 하며, 유리와 아스팔트 사이의 혼화성을 증강시키고, 감소된 표면 장력으로 유리/아스팔트 상호작용을 개선시킨다.

Description

습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리 섬유용 지방 아미드 조성물{FATTY AMIDE COMPOSITION FOR WET USE CHOPPED STRAND GLASS FIBERS}

발명의 이용가능성

본 발명은 일반적으로는 유리 섬유용 가호 조성물에 관한 것이며, 더욱 특별하게는 (폴리)에틸렌 아민 및 불포화 C₅-C₂₀ 지방산으로부터 합성한 지방 아미드 윤활제를 포함하는 습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리 섬유용 가호 조성물에 관한 것이다. 또한, 상기 가호 조성물로 가호된 강화 섬유 재료로부터 제조된 복합재 지붕 재료가 제공된다.

유리 섬유는 각종 기술분야에서 유용하다. 예를 들어, 유리 섬유는 대기 조건 변화에 대응하여 수축하거나 또는 연신하지 않기 때문에 빌딩 복합재 산업에서 강화물로서 널리 이용된다. 지붕 재료, 예컨대 루핑 싱글 (roofing shingle), 롤 루핑 (roll roofing) 및 시판되는 루핑은, 전형적으로는 유리 섬유 매트, 섬유상 매트 상의 아스팔트 코딩 및 아스팔트 코딩에 내입된 과립의 표면층으로 구성된다.

루핑 싱글을 제조하기 위해서는, 먼저 부싱 또는 오리피스로부터 용융 유리 재료 스트림을 가늘게 하여 유리 섬유를 제조한다. 용융 유리는 모은 필라멘트를 패키지로 수집하는 권취기, 또는 섬유를 수집하고 짧게 자르기 전에 이들을 밀어내는 롤러에 의해 가늘게 될 수 있다. 수성 가호 조성물은 전형적으로는 이들을 부싱으로부터 끌어낸 후 섬유에 적용하여 후속 공정 동안의 파손으로부터 섬유를 보호하고, 필라멘트간 마손을 지연시키며, 강화된 매트릭스 수지와 섬유의 혼화성을 개선시킨다. 섬유를 가호 조성물로 처리한 후, 이들은 습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리 (WUCS) 로서 그의 젖은 상태에서 포장된다.

이어서, 젖은, 짧게 자른 섬유를 계면활성제, 점도 개질제, 또는 기타 화학물 제제를 함유할 수 있는 물 슬러리에 분산시키고, 교반하여 섬유를 분산시킨다. 이어서, 분산된 섬유를 함유하는 슬러리를 물의 실질적인 부분이 제거되어 웹 (web) 을 형성하는 가동 스크린 상에 함침시킨다. 이어서, 결합제를 적용하고, 수득된 매트를 가열하여 잔류한 물을 제거하고 결합제를 경화시킨다. 이어서, 예컨대 아스팔트를 매트의 단면 또는 양면에 분사하거나 또는 상기 매트를 용융 아스팔트의 조에 통과시켜 아스팔트의 층이 매트의 양측에 위치하도록 하여, 아스팔트를 매트에 적용시키고, 각각의 유리 섬유 사이의 빈틈을 메운다. 이어서, 코팅된 매트를 적당한 모양 및 크기로 잘라 싱글을 제조한다.

습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리용의 통상적인 가호 조성물은 전형적으로는 액체 매질 중에 용해 또는 분산된 막형성 중합체성 또는 수지성 구성원, 커플링제 및 윤활제를 함유한다. 불운하게도, 상기 통상적인 가호 조성물이 언제나 섬유상 매트의 코팅 및 루핑 싱글 제조에 이용되는 아스팔트와 혼화성인 것은 아니 다. 상기 비혼화성은 가공 곤란성을 초래할 수 있고, 열악한 물리적 특성, 예컨대 열악한 인열 강도를 갖는 루핑 싱글을 제공할 수 있다. 추가로, 통상적인 가호 조성물과 병용하여 이용되는 결합제의 양은 루핑 싱글의 가격을 상당히 상승시킬 수 있다.

따라서, 당 업계에서는 제조 비용을 저감시키는, 아스팔트 복합 물품 상의 아스팔트 코팅에 대한 유리 섬유 매트의 혼화성을 증가시키며, 복합재의 물리적 특징을 개선시키는 습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리 섬유용의 개선된 가호 조성물에 대한 수요가 존재한다.

발명의 개요

본 발명의 목적은, 하나 이상의 막 형성제, 하나 이상의 커플링제, 및 (폴리)에틸렌 아민 및 C₅-C₂₀ 불포화 지방산으로부터 합성한 지방 아미드 윤활제를 포함하는 습식 용도의 짧게 자른 가닥의 섬유의 가호 조성물을 제공하는 것이다. 합성된 지방 아미드 화합물은 어느쪽 말단이든 소수성 꼬리를 가진 아민계 친수성 중간부분으로 이루어져 있다. 상기 소수성 꼬리는 바람직하게는 콘쥬게이트화되어 있고, 고도의 불포화를 포함한다. 바람직한 구현예에서, (폴리)에틸렌 아민은 테트라에틸렌펜타민이며, 지방산은 콘쥬게이트화 지방산이다. 지방 아미드 윤활제는 지방 아미드 윤활제의 합성 동안 말레인화 고무 또는 카르복실화 고무와 같은 엘라스토머에 의해 개질되거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 제 2 윤활제, 점도 개질제, pH 조정제, 살생제, 및 유착제, 예컨대 글리콜 및 글리콜 에테르가 또한 가호 조성물에 포함될 수 있다. 강화 섬유 재료는 유리, 천연 섬유, 탄소 섬유, 또는 하나 이상의 합성 중합체의 하나 이상의 가닥일 수 있다. 하나 이상의 예시 구현예에서, 유리 섬유는 가호 조성물로 가호되며, 이후 강화 빌딩 또는 지붕 복합재, 예컨대 싱글의 제조에 이용될 습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리로서 패키지된다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 기재된 바와 같이 하나 이상의 막 형성제, 하나 이상의 커플링제, 및 (폴리)에틸렌 아민 및 C₅-C₂₀ 불포화 지방산으로부터 합성된 지방 아미드 윤활제를 함유하는 가호 조성물로 가호된 여러 개의 유리 섬유로 형성된 복합재 지방 재료를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 기재된 바와 같이 하나 이상의 막 형성제, 하나 이상의 커플링제, 및 (폴리)에틸렌 아민 및 C₅-C₂₀ 불포화 지방산으로부터 합성된 지방 아미드 윤활제를 함유하는 가호 조성물로 가호된 랜덤 배향 유리 섬유의 매트로 형성된 강화 싱글 제품을 제공하는 것이다.

합성된 지방 아미드 윤활제의 장점은 아스팔트 지붕 제품 형성시 그의 아스팔트와의 빌트인 반응성 (built-in reactivity) 이다. 유리와 아스팔트 사이의 공유 결합은 합성된 지방 아미드 상의 불포화-소수성 꼬리가 상승된 온도에서 황의 존재 하에 아스팔트와 반응하여 유리와 아스팔트를 가교하는 가황 메카니즘을 통해 확립될 수 있다. 상기 두 면 간의 결합은 본 발명의 가호 조성물로 가호된 섬유로 형성되는 복합재 물품에 증대된 기계적 성능 및 개선된 인열 강도를 제공한다.

합성된 지방 아미드 윤활제의 또다른 장점은 지방 아미드 윤활제 상의 소수성 꼬리의 높은 소수성 및 낮은 표면 에너지가 아스팔트 지붕 제품 형성 동안 유리와 아스팔트 사이의 혼화성을 증강시키며, 두 면 간의 감소된 마찰로 유리/아스팔트 상호작용을 개선한다는 점이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점은 하기의 상세한 설명의 이해로부터 더욱 완전하게 나타날 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예의 상세한 설명

달리 정의되지 않는다면, 본원에 사용된 모든 과학기술 용어들은 본 발명이 속하는 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기재된 것과 유사하거나 또는 동등한 임의의 방법 및 재료가 사용될 수도 있지만, 바람직한 방법 및 재료가 본원에 기재된다. "가호 조성물 (size compostion)", "가호용 조성물 (sizing composition)", 및 "가호물 (size)" 은 본원에서 호환되어 사용됨에 유의한다.

본 발명은 습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리 섬유용 가호 조성물에 관한 것이다. 상기 가호 조성물에는 하나 이상의 막 형성제, 하나 이상의 커플링제, 및 (폴리)에틸렌 아민 및 C₅-C₂₀ 불포화 지방산으로부터 합성된 지방 아미드 윤활제가 포함된다. 지방 아미드 윤활제는 엘라스토머에 의해 개질되거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 통상적인 윤활제, 점도 개질제, pH 조정제, 살생제 및 유착제, 예컨대 글리콜 및 글리콜 에테르가 또한 상기 가호 조성물에 포함될 수 있다.

가호 조성물의 막형성 중합체 구성원은, 수성 매질에 분산 또는 용해될 수 있고, 가호 조성물이 건조될 때 유착하여 막을 형성하는 임의의 적합한 중합체일 수 있다. 추가로, 막 형성제는 바람직하게는 가호된 유리 섬유가 이용될 매트릭스 수지와 혼화성을 갖도록 선택된다. 가호 조성물용 막 형성제의 예시에는 폴리에스테르 중합체, 폴리우레탄, 아크릴계 중합체, 비닐 중합체, 상기 중합체의 혼합물, 상응하는 단량체의 공중합체, 카르복실산 또는 무수물 개질 폴리올레핀, 셀룰로오스, 폴리비닐 알콜 (PVA), 및 이들의 혼합물이 포함된다. 바람직한 구현예에서, 막형성 중합체는 폴리비닐 알콜이며, 더욱더 바람직한 구현예에서, 상기 막형성 중합체는 약 87 - 89% 가수분해된, 중간 분자량까지 낮춰진 부분적으로 가수분해된 폴리비닐 알콜이다. 가호용의 적합한 폴리비닐 알콜의 예시에는 Celanese Chemicals 로부터의 Celvol 203, 205 및 325 이 포함된다. 막 형성제(들)은 가호 조성물 내에 건조 고형물의 약 30 내지 80 중량% 의 양으로 존재할 수 있다.

추가로, 가호 조성물은 하나 이상의 커플링제를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 커플링제는 실란 커플링제이다. 실란 커플링제는 유리 섬유에 대한 막형성 중합체의 부착을 증강시키며, 후속 공정에서 잔여물 (fuzz) 또는 부서진 섬유 필라멘트의 수준을 낮추는 기능을 한다. 가호 조성물에 사용될 수 있는 실란 커플링제의 예시는 관능기 아미노, 에폭시, 비닐, 메타크릴옥시, 우레이도, 이소시아나토 및 아자미도를 특징으로 할 수 있다.

가호에 이용하기에 적합한 실란 커플링제에는, 이에 제한되지 않으나, γ- 5 아미노프로필트리에톡시실란 (A-1100), n-트리메톡시-실릴-프로필-에틸렌-디아민 (A-1120), γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 (A-187), γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 (A-174), n-β-아미노에틸-γ-아미노프로필트리메톡시실란 (A-1120), 메틸-트리클로로실란 (A-154), 메틸-트리메톡시실란 (A-163), γ-메르캅토프로필-트리메톡시-실란 (A-189), γ-클로로프로필-트리메톡시-실란 (A-143), 비닐-트리에톡시-실란 (A-151), 비닐-트리스-(2-메톡시에톡시)실란 (A-2171), 비닐-트리아세톡시 실란 (A-188), 옥틸트리에톡시실란 (A-137), 메틸트리에톡시실란 (A-162), 메틸트리메톡시실란 (A-1630), Silquest RC-I 비닐 실란, 및 Silquest RC-2 황 실란이 포함된다. 본원에 수록된 실란 커플링제는 전부 GE Silicones 로부터 입수가능한 Silquest 제품이다. 바람직하게는, 가호 조성물은 아미노실란 커플링제 및 비닐 실란 커플링제를 모두 포함한다. 커플링제(들)은 가호 조성물 중에 건조 고체의 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량% 의 양으로 존재할 수 있다.

가호 조성물은 또한 (폴리)에틸렌 아민 및 불포화 C₅-C₂₀ 지방산, 예컨대 리놀레산 또는 올레산으로부터 합성된 지방 아미드 윤활제를 포함한다. 추가로, 식물계 불포화 지방산, 예컨대 이에 제한되지 않으나, Agri-Pure 130 (Cargill, Inc.) 및 Agri-Pure 150 (Cargill, Inc.) 가 지방 아미드 윤활제 합성에 이용될 수 있다. 바람직하게는, 불포화 지방산은 리놀레산, Edenor UKD 5010 (Cognis Corp.), Edenor UKD 5020 (Cognis Corp.), 및 Edenor UKD 6010 (Cognis Corp.) 와 같은 콘쥬게이트화 이중 결합을 포함하는 지방산이다. 지방 아미드 윤활제 제조에 이용될 수 있는 (폴리)에틸렌 아민의 비-배제적 예시에는 테트라에틸렌펜타민 (TEPA), 디에틸렌트리아민 (DETA), 테트라에틸렌트리아민 (TETA), 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민 및 펜타에틸렌 헥사민이 포함된다. 바람직한 구현예에서, (폴리)에틸렌 아민은 테트라에틸렌펜타민이다. 합성된 지방 아미드 화합물은 어느 쪽이든 말단에서 소수성 꼬리를 가진 아민계 친수성 중간부분으로 이루어진다. 소수성 꼬리는 바람직하게는 콘쥬게이트화되어 있으며, 고도의 불포화를 포함한다. 지방 아미드 윤활제는 건조 고체의 5 내지 30 중량% 의 양으로, 더욱 바람직하게는 건조 고체의 10 내지 20 중량% 의 양으로 가호물 중에 존재할 수 있다.

지방 아미드 윤활제는 지방 아미드 윤활제의 합성 동안 말레인화 고무 또는 카르복실화 고무를 혼입시켜 엘라스토머를 이용하여 개질할 수 있다. 합성된 지방 아미드에 소수성 고무 또는 엘라스토머를 혼입시키는 것은 유리 섬유의 표면 에너지 감소 및 유리와 아스팔트 사이의 상호작용 강화에 있어서 보조가 된다. 추가로, 아스팔트 지붕 제품을 충격력에 적용시키는 경우, 엘라스토머는 모듈러스가 큰 경질의 유리 및 모듈러스가 작은 연질의 아스팔트 사이를 통과하는 에너지를 소산시키는 에너지 완충물 또는 배리어로서 제공될 수 있다. 적합한 말레인화 고무의 예시에는, 말레산 무수물과 폴리부타디엔의 부가물, 말레산 무수물과 폴리부타디엔 스티렌 공중합체의 부가물이 포함된다. 말레인화 고무 또는 카르복실화 고무는 지방 아미드 윤활제의 5 내지 40 중량% 의 양, 더욱 바람직하게는 지방 아미드 윤활제의 10 내지 30 중량% 의 양으로 존재할 수 있다.

합성된 지방 아미드 윤활제에 추가하여, 가호 조성물은 또한 제조를 촉진할 제 2 윤활제를 포함할 수 있다. 상기 제 2 윤활제는 임의의 통상적인 윤활제, 예컨대 이에 제한되지 않으나, 수용성 에틸렌글리콜 스테아레이트 (예를 들어, 폴리에틸렌글리콜 모노스테아레이트, 부톡시에틸 스테아레이트, 및 폴리에틸렌 글리콜 모노올레이트), 에틸렌글리콜 올레에이트, 에톡실화 지방 아민, 글리세린, 에멀전화 미네랄 오일, 오르가노폴리실록산 에멀전, 스테아르산 에탄올아미드 (Lubesize K-12 (Alpha/Owens Corning) 로 정해진 상표명으로 시판됨), Stantex G-8145 (Cognis Corp.), SF-8275 (Cognis Corp.) 및 Emery 6760 (Cognis Corp) 일 수 있다. 상기 제 2 윤활제는 건조 고체의 0 내지 10 중량% 의 양으로 가호물 중에 존재할 수 있다.

임의로는, 가호 조성물은 점도 개질제, 예컨대 폴리아크릴아미드, 히드록시에틸 셀룰로오스, 또는 폴리아민 점도 개질제를 함유할 수 있다. 점도 개질제의 구체적인 예시에는, Nalco 7530 (ONDEO Nalco), 01PF067 (ONDEO Nalco), Superfloc C-507 (Cytec Industries, Inc.), Superfloc MX 40 (Cytec Industries, Inc.), Superfloc MX 80 (Cytec Industries, Inc.) 및 Superfloc SD-2065 (Cytec Industries, Inc.) 이 포함된다. 점도 개질제는 가호 조성물 중에 제 2 분산제로서 작용한다. 점도 개질제는 건조 고체의 0 내지 5 중량% 의 양으로 가호 조성물 중에 존재할 수 있다.

추가로, 가호 조성물은 임의로는 pH 조정제, 예컨대 아세트산, 시트르산, 황산 또는 인산을, pH 를 원하는 수준으로 조정하기에 충분한 양으로 포함할 수 있다. 상기 pH 는 원하는 적용에 따라, 또는 가호 조성물의 성분들의 혼화를 용이하게 하기 위해 조정될 수 있다. 바람직하게는, 가호 조성물은 3 내지 6 의 pH, 더욱 바람직하게는 4 내지 5 의 pH 를 갖는다.

더욱이, 가호물은 임의로는 통상적인 첨가제, 예컨대 염료, 오일, 필러, 열안정화제, 발포억제제, 산화방지제, 먼지 억제제, 습윤제 및/또는 기타 통상적인 아쥬반트를 포함할 수 있다. 추가로, 상기 가호물은 섬유 저장 안정성을 보조하기 위해 유착제, 예컨대 글리콜 및 글리콜 에테르를 포함하고/하거나 살생제, 예컨대 Amerstad 250 (Ashland Chemicals) 및 Nalco 9380 (ONDEO Nalco) 을 포함할 수 있다.

가호 조성물의 나머지 부분은 물로 이루어진다. 특히, 유리 섬유에 대한 그의 적용에 적합한 점도로 수성 가호 조성물을 희석하고 원하는 고형분을 달성하기 위해 물을 첨가할 수 있다. 가호 조성물은 약 99.5% 까지의 물을 포함할 수 있다.

가호 조성물은 실질적으로 연속적인 유리 섬유를 형성하기 위해 가열된 부싱을 통해 용융 유리를 끌어내는 것과 같은 통상적인 기법으로 형성된 유리의 가닥에 적용될 수 있다. 임의의 유형의 유리, 예컨대 A-타입 유리, C-타입 유리, E-타입 유리, S-타입 유리, 또는 이들의 변형물이 섬유 재료로서 사용하기에 적합하다. 예를 들어, E-타입 유리의 한 변형예에서, 붕소 산화물은 마그네슘 산화물로 대체된다. 상기 유리는 Owens Corning Fiberglass Corporation 으로부터 상품명 Advantex® 로 시판되어 입수가능하다.

대안적으로, 가호 조성물은 하나 이상의 합성 중합체, 예컨대 폴리에스테르, 폴리아미드, 아라미드 및 이들의 혼합물의 가닥에 적용될 수 있다. 중합체 가닥은 강화 섬유 재료로서 단독으로 이용될 수 있거나, 또는 상기 기재된 것과 같은 유리 가닥과 조합되어 이용될 수 있다. 추가 대안으로서, 천연 섬유가 강화 섬유 재료로서 이용될 수 있다. 본 발명과 관련하여 이용되는 용어 "천연 섬유" 는, 이에 제한되지 않으나, 줄기, 종자, 잎, 뿌리 또는 인피를 포함하는 식물의 임의의 부분으로부터 추출된 식물성 섬유를 지칭한다. 강화 섬유 재료로서 이용하기에 적합한 천연 섬유의 예시에는 면, 황마, 대나무, 모시, 대마, 아마 및 이들의 조합이 포함된다. 탄소 섬유가 또한 이용될 수 있다.

가호 조성물은 바람직하게는 가호물이 섬유의 총 중량을 기준으로 약 0.02 내지 약 0.50 중량% 의 양으로 섬유에 존재하도록, 더욱 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.30 중량% 의 양으로 존재하도록 섬유에 적용된다. 이는 WUCS 섬유의 발화시 손실 (LOI) 로써 측정될 수 있는데, 이것은 섬유로부터 유기 가호물을 연소 또는 열분해하기에 충분한 온도까지 섬유를 가열한 이후 섬유에서의 중량 손실이다. 가호 조성물은 바람직하게는 직경이 약 6 내지 23 미크론, 더욱 바람직하게는 약 11 내지 20 미크론인 섬유에 적용될 수 있다.

가호 조성물은 가호 조성물을 이용하여 회전 또는 정지 롤 웨트 (roll wet) 을 통과하여 가호되는 섬유를 분사 또는 연신시키는 것과 같은 임의의 통상적인 적용을 이용하는 임의의 통상적인 방법으로 섬유에 적용될 수 있다. 가호 조성물은 바람직하게는 WUCS 섬유의 약 10 중량% 내지 약 15 중량% 의 수분 함량을 가진 섬유를 제공하기에 충분한 양으로 섬유에 적용된다.

바람직한 구현예에서, 유리 섬유는 가호 조성물로 가호되고, 싱글과 같은 지붕 복합재 또는 강화 빌딩 형성에 이용될 습식 용도의 짧게 자른 가닥의 유리로 패키지화된다. 예를 들어, 가호된 유리 섬유는, 계면활성제, 점도 개질제, 또는 기타 화학 제제를 포함할 수 있는 수성 슬러리에 적셔지고 분산되면서 짧게 잘라진다. 이어서, 분산된 섬유를 포함하는 슬러리는 대부분의 물이 제거된 가동 스크린에 침적된다. 이어서, 바인더 (예를 들어, 우레아 포름알데히드 바인더 또는 폴리카르복실산계 바인더) 를 적용하고, 수득한 매트를 건조시켜 남은 물을 제거하고 바인더를 경화시킨다. 형성된 부직포 매트는 랜덤 배향의 분산된 개별 유리 필라멘트의 집합체이다. 매트는 임의의 통상적인 방법, 예컨대 오븐을 통한 매트의 통과로 건조될 수 있다. 이어서, 아스팔트를 건조/경화 매트에 임의의 방법, 예컨대 매트의 하나 이상의 측면에 아스팔트의 층이 위치하도록 하고 개별 유리 섬유 사이의 접면을 채운, 용융 아스팔트, 필러 및 임의의 황을 포함할 수 있는 아스팔트 믹스를 포함한 조에 매트를 통과하도록 하여 적용된다. 이어서, 아스팔트-피복 매트를 적당한 형상 및 크기로 잘라 싱글을 형성한다. 이어서, 뜨거운 아스팔트-피복 매트를 원하는 형상으로 자르기 전에, 아스팔트-피복 매트의 일부에 보호 표면 과립을 적용하는 하나 이상의 과립 어플리케이터 밑을 통과시킬 수 있다.

합성된 지방 아미드는 윤활제 및 분산제로서 기능할 뿐만 아니라, 아스팔트 믹스 내에서 아스팔트와 상호작용하도록 고안된다. 이에 따라, 상기 지방 아미드에 의해 부여되는 한 가지 장점은 다른 성분들과의 빌트-인 (built-in) 반응성이다. 예를 들어, 유리와 아스팔트 사이의 공유 결합 (예를 들어, 접면 결합) 이, 상승된 온도에서 황의 존재 하에 합성된 지방 아미드 상의 불포화 소수성 꼬리를 아스팔트와 반응시켜 유리와 아스팔트를 가교하는 가황 메카니즘을 통해 성립된다. 상기 반응에서, 황은 촉매로서 작용한다. 유리와 아스팔트 사이의 접면 결합은 수득되는 복합재 물품의 기계적 강도를 증가시킨다.

추가로, 합성된 지방 아미드의 친수성 아민계 중간부분에 존재하는 질소는, 일단 산으로 중화되면, 양이온성 질소가 된다. 이어서, 상기 양이온성 질소는 지방 아미드 윤활제가 유리 섬유에 고착되도록 보조하는 유리 섬유의 음이온성 전하와 이온 결합을 형성할 수 있다.

지방 아미드에 의해 제공되는 또다른 장점은 지방 아미드가 유리의 표면 에너지를 변화시켜 유리로 하여금 아스팔트와 더욱 혼화성이 되도록 한다는 점이다. 지방 아미드 윤활제 상의 소수성 꼬리의 높은 소수성 및 낮은 표면 에너지는 유리와 아스팔트 사이의 혼화성을 증강시키며, 감소된 표면 장력을 통해 유리/아스팔트 상호작용을 개선시킨다. 이에 따라, 신규한 지방 아미드는 또한 접착 촉진제로서 작용한다.

본 발명을 전반적으로 기재했고, 오직 설명의 목적으로 제공되며 달리 특정화되지 않는 한 모든 경우를 포함한다거나 또는 한정하려는 의도는 아닌 하기의 특정한 구체적인 실시예를 참조하여 추가적인 이해사항은 수득할 수 있다.

실시예

실시예 1 : 통상적인 윤활제 - Lubesize K-12 의 합성

Lubesize K-12 는 테트라에틸렌펜타민 (TEPA) 과 스테아르산의 부가물인 통상적인 윤활제이다. 이는 불포화가 전혀 없다. Lubesize K-12 합성에 이용된 성분들을 표 1 에 제시한다.

표 2 는 표 1 에서 설정한 성분들을 기준으로 1 kg 의 충전물을 설명한다:

스테아르산을 충전하고, 가벼운 질소 블랭킷 하에 200℉ 에서 용융시켰다. 일단 모든 스테아르산이 용융되면, 질소 블랭킷 하에 교반했다. 온도가 200℉ 로 제어되면, 가열을 제거했다. 이어서, 테트라에틸렌펜타민 (TEPA) 을 적가 깔때기로부터 천천히 첨가했다. 발열 정점 이후, 가열을 재개했다. TEPA 를 전부 첨가한 후, 발포가 허용되는 한 온도를 상승시켰다. 약 380℉ 에서, 약 50% 의 증류물이 제거된 것으로 측정되었다. 이 때, 질소 블랭킷을 치우고, 느린 질소 살포를 적용했다.

느린 질소 살포를 적용한 후, 증류가 중단될 때까지 480℉ 의 최대 온도를 향해 가열을 다시 적용했다. 일단 증류가 중단되면, 주변 공기에 의해 반응 혼합물을 약 160 내지 170℉ 의 온도까지 냉각시켰다. 스테아르산 및 TEPA 로부터 제거된 총 증류물은 총 충전물의 약 12% 에 이르는 것으로 측정되었다. 이어서, 아세트산을 약 15 분에 걸쳐 첨가했다. 약 10℉ 의 약한 발열이 아세트산 첨가와 동시에 나타났다. 아세트산을 전부 첨가한 후, 혼합물을 약 10 분 동안 교반한 후, 냉각 및 고화될 박리 용지 상에 부었다.

수중 1% 의 최종 생성물은 pH 의 범위가 4.5 내지 5.0 였다. 추가로, 산 중화 전의 최종 생성물은 잔류 산가가 0.4% 였으며, 검출불가한 요오드가를 가졌다. 고화 생성물은 Lubesize K-12 인 것으로 측정되었다.

실시예 2: 콘쥬게이트화 디엔 구조를 포함하는 불포화 지방 아미드 윤활제의 합성

실시예 1 에 제시된 실험을 반복했는데, 단 스테아르산을 리놀레산으로 동량 기준으로 대체했다. 사용된 리놀레산은 Cognis Corp. 에서 시판하는 Emersol 315 리놀레산이었다. 산 중화 이전 최종 생성물은 잔류 산가가 0.29% 였으며, 요오드가는 24.8 이었다. Emersol 315 리놀레산의 요오드가는 27.4 였다. 합성된 생성물에서 지방산에 약 90.5% 의 불포화가 포함되어 있는 것으로 측정되었다.

실시예 3: 콘쥬게이트화 디엔 구조를 포함하지 않는 불포화 지방 아미드 윤활제의 합성

실시예 1 에 제시된 실험을 반복했는데, 단 스테아르산을 올레산으로 동량 기준으로 대체했다. 사용된 올레산은 Cognis Corp. 에서 시판하는 Emersol 213 올레산이었다. 산가 조정 이전에 합성된 생성물은 잔류 산가가 0.18% 였고, 요오드가가 21.8 였다. Emerson 213 올레산의 요오드가는 24.3 였다. 합성된 생성물에서 지방산에 약 90% 의 불포화가 포함되어 있는 것으로 측정되었다.

실시예 4: 고무 개질 불포화 지방 아미드의 합성

실시예 1 에 제시된 실험을 반복했는데, 단 스테아르산을 중량 기준으로 90% 의 Emersol 315 리놀레산 (Cognis Corp.) 및 10% 의 Ricon 130MA13 말레인화 폴리부타디엔 (Sartomer) 으로 대체했다. 산 중화 이전에 합성된 생성물은 잔류 산가가 0.21% 였고, 요오드가가 27.7 였다. 축합 반응 이전에 리놀레산 및 말레인화 폴리부타디엔의 원료 혼합물의 요오드가는 36.3 였다. 합성된 생성물에서 지방산에 76.3% 의 불포화가 남아있는 것으로 측정되었다.

실시예 5: 폴리부타디엔 스티렌 공중합체 고무 개질 불포화 지방 아미드의 합성

실시예 1 에 제시된 실험을 반복했는데, 단 스테아르산을 중량 기준으로 90% 의 Emersol 315 리놀레산 (Cognis Corp.) 및 10% 의 Ricon 184MA6 말레인화 폴리부타디엔 스티렌 고무 (Sartomer) 로 대체했다. 축합 반응 이전에 리놀레산 및 폴리부타디엔 스티렌 고무의 출발 원료 혼합물의 요오드 함량은 32.2 였다. 산 중화 전 합성된 생성물은 잔류 산가가 0.25% 였고, 요오드가는 30.7 였다. 합성된 생성물에는 약 95.3% 의 지방산 불포화가 남아 있는 것으로 측정되었다.

실시예 6: K-12 및 콘쥬게이트화 디엔 구조를 포함하는 불포화 지방 아미드 윤활제의 비교

상기 실시예 1 및 2 에서 제조한 지방 아미드를 포함하는 가호 조성물을 이용하여 섬유 시료를 도포했다. 가호된 섬유 시료는 시트 제작기 상에서 지붕 매트로 성형되었다. 이어서, 상기 매트 시료는, 0%, 0.2%, 또는 0.8% 첨가후 원소 황을 포함하는 아스팔트 믹스로 매트를 도포함으로써 랩 싱글 (lab single) 샘플로 전환되었다. 결과를 표 3 에 요약했다.

상기 실시예에서의 성능 개선 데이터는 TEPA 및 콘쥬게이트화 지방산으로부터 합성된 지방 아미드를 포함하는 가호 조성물로 가호된 섬유로 제작된 랩 싱글이, 아스팔트 도포 제형물 내에 외부 황의 존재 또는 부재 하에, 개선된 인열 강도를 갖는다는 것을 보여준다. 이론에 구애되지 않더라도, 황이 첨가되지 않는 경우 가호 조성물에서의 증가된 성능은, 본 발명의 지방 아미드에 의한 유리 표면의 더 높은 소수성 및 감소된 표면 에너지에 기인하는 것으로 여겨진다. 또한, 표면 에너지의 감소는 랩 싱글의 형성을 위해 첨가되는 유리와 아스팔트 사이의 상호작용을 개선시키는 것으로 여겨진다.

실시예 7: Lubesize K-12 와 콘쥬게이트화 디엔 구조를 포함하지 않는 불포화 지방 아미드 윤활제의 비교

상기 실시예 1 및 3 에서 제조한 지방 아미드를 포함하는 가호 조성물을 이용하여 섬유 시료를 도포했다. 가호된 섬유 시료는 시트 제작기 상에서 지붕 매트로 성형했다. 이어서, 상기 매트 시료는, 0% 및 0.2% 첨가후 원소 황을 포함하는 아스팔트 믹스로 매트를 도포함으로써 랩 싱글 시료로 전환시켰다. 결과를 표 4 에 요약했다.

본 실시예에서의 성능 개선 데이터는 TEPA 및 비-콘쥬게이트화 불포화 지방산으로부터 합성된 지방 아미드를 포함하는 가호 조성물로 가호된 섬유로부터 제조한 랩 싱글이, 아스팔트 도포 제형물 내 외부 황의 존재 또는 부재 하에 개선된 인열 강도를 갖는다는 것을 보여준다.

본 출원의 발명은 전반적으로 및 구체적인 구현예로 두루 상기에 설명했다. 본 발명이 바람직한 구현예로 여겨지는 것으로 제시되었으나, 당업자에게 공지된 광범위한 대안예들이 포괄적인 개시 내에서 선택될 수 있다. 본 발명은 하기 제시되는 청구의 범위에 서술되는 것을 제외하고 달리 제한되지 않는다.

Claims

하기를 함유하는 유리 섬유용 가호 조성물:

하나 이상의 막형성 중합체;

하나 이상의 실란 커플링제; 및

(폴리)에틸렌 아민 및 불포화 콘쥬게이트화 C₅-C₂₀ 지방산으로부터 합성된 지방 아미드 윤활제.
제 1 항에 있어서, 상기 (폴리)에틸렌 아민이 테트라에틸렌펜타민, 디에틸렌트리아민, 테트라에틸렌트리아민, 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민 및 펜타에틸렌 헥사민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 가호 조성물.
제 2 항에 있어서, 상기 하나 이상의 실란 커플링제가 아미노실란 커플링제 및 비닐 실란 커플링제를 포함하는 가호 조성물.
제 2 항에 있어서, 제 2 윤활제, pH 조정제, 점도 개질제, 살생제, 글리콜 및 글리콜 에테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 구성원을 추가로 포함하는 가호 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 지방 아미드 윤활제가 엘라스토머 재료의 혼입으로 개질되는 가호 조성물.
제 5 항에 있어서, 상기 엘라스토머 재료가 말레인화 고무 및 카르복실화 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 가호 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 막형성 중합체가 상기 가호 조성물 중에 총 고형물의 30 내지 80 중량% 의 양으로 존재하며, 상기 하나 이상의 실란 커플링제가 상기 가호 조성물 중에 총 고형물의 5 내지 30 중량% 의 양으로 존재하며, 상기 지방 아미드 윤활제가 상기 가호 조성물 중에 총 고형물의 5 내지 30 중량% 의 양으로 존재하는 가호 조성물.
하기를 함유하는 가호 조성물로 가호된 다수의 유리 섬유를 함유하는 강화된 복합재 지붕 재료:

하나 이상의 막형성 중합체;

하나 이상의 실란 커플링제; 및

(폴리)에틸렌 아민 및 불포화 C₅-C₂₀ 지방산의 반응 생성물인 지방 아미드 윤활제.
제 8 항에 있어서, 상기 지방산이 콘쥬게이트화 지방산인 복합재 지붕 재료.
제 8 항에 있어서, 상기 하나 이상의 실란 커플링제가 아미노실란 커플링제 및 비닐 실란 커플링제를 함유하는 복합재 지붕 재료.
제 8 항에 있어서, 상기 (폴리)에틸렌 아민이 테트라에틸렌펜타민, 디에틸렌트리아민, 테트라에틸렌트리아민, 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민 및 펜타에틸렌 헥사민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 복합재 지붕 재료.
제 8 항에 있어서, 상기 지방 아미드 윤활제가 말레인화 고무 및 카르복실화 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 엘라스토머 재료로 개질된 복합재 지붕 재료.
제 8 항에 있어서, 하나 이상의 막형성 중합체가 상기 가호 조성물 중에 총 고형물의 30 내지 80 중량% 의 양으로 존재하며, 상기 하나 이상의 실란 커플링제가 상기 가호 조성물 중에 총 고형물의 5 내지 30 중량% 의 양으로 존재하며, 상기 지방 아미드 윤활제가 상기 가호 조성물 중에 총 고형물의 5 내지 30 중량% 의 양으로 존재하는 가호 조성물.
제 8 항에 있어서, 상기 복합재 지붕 재료가 아스팔트 싱글의 형태인 복합재 지붕 재료.
제 9 항에 있어서, 상기 지방 아미드 윤활제가 상기 유리 섬유의 표면 에너지를 변경시키며, 상기 아스팔트 싱글 중에 존재하는 아스팔트에 대한 상기 유리 섬유의 혼화성을 개선시키는 복합재 지붕 재료.
제 8 항에 있어서, 제 2 윤활제, 점도 개질제, pH 조정제, 살생제, 글리콜 및 글리콜 에테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 구성원을 추가로 함유하는 복합재 지붕 재료.
하기를 함유하는 루핑 싱글 (roofing single):

하나 이상의 막형성 중합체, 하나 이상의 실란 커플링제, 및 지방 아미드 윤활제를 포함하는 가호 조성물로 가호된 다수의 랜덤 배향 섬유로 형성된 매트, 여기서 상기 지방 아미드 윤활제는 (폴리)에틸렌 아민과 불포화 C₅-C₂₀ 지방산의 반응 생성물임; 및

상기 매트의 한 외측 표면의 일부 이상에 도포된 아스팔트.
제 17 항에 있어서, 상기 지방산이 콘쥬게이트화 지방산인 루핑 싱글.
제 17 항에 있어서, 상기 (폴리)에틸렌 아민이 테트라에틸렌펜타민, 디에틸렌트리아민, 테트라에틸렌트리아민, 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민 및 펜타에틸렌 헥사민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 루핑 싱글.
제 19 항에 있어서, 상기 하나 이상의 실란 커플링제가 아미노실란 커플링제 및 비닐 실란 커플링제를 포함하는 루핑 싱글.
제 17 항에 있어서, 상기 하나 이상의 막형성 중합체가 상기 가호 조성물 중에 총 고형물의 30 내지 80 중량% 의 양으로 존재하며, 상기 하나 이상의 실란 커플링제가 상기 가호 조성물 중에 총 고형물의 5 내지 30 중량% 의 양으로 존재하며, 상기 지방 아미드 윤활제가 상기 가호 조성물 중에 총 고형물의 5 내지 30 중량% 의 양으로 존재하는 루핑 싱글.
제 17 항에 있어서, 상기 섬유가 유리 섬유이며, 상기 지방 아미드 윤활제가 상기 유리 섬유의 표면 에너지를 변경시키며, 상기 아스팔트에 대한 상기 유리 섬유의 혼화성을 개선하는 루핑 싱글.
제 17 항에 있어서, 상기 지방 아미드 윤활제가 지방 아미드 윤활제의 합성 동안 엘라스토머 재료의 혼입에 의해 개질되는 루핑 싱글.
제 17 항에 있어서, 상기 지방 아미드 윤활제가 상기 유리 섬유의 표면 에너지를 변경시키며, 상기 아스팔트에 대한 상기 유리 섬유의 혼화성을 개선하는 루핑 싱글.
제 17 항에 있어서, 합성된 지방 아미드 상의 불포화 소수성 꼬리가 아스팔트와 반응하여 유리와 아스팔트를 가교하는 루핑 싱글.
제 17 항에 있어서, 유리와 아스팔트 사이의 접면 결합을 촉진시키는 황 촉매를 추가로 함유하는 루핑 싱글.
하기 단계를 포함하는 루핑 싱글의 형성 방법:

하기를 함유하는 가호 조성물로 가호된 랜덤 배향 유리 섬유로 이루어진 매트의 형성 단계:

하나 이상의 막형성 중합체;

하나 이상의 실란 커플링제; 및

지방 아미드 윤활제, 상기 지방 아미드 윤활제는 (폴리)에틸렌 아민과 C₅-C₂₀ 불포화 지방산의 반응 생성물임; 및

상기 매트의 하나 이상의 표면에 아스팔트의 도포를 적용하는 단계.
제 27 항에 있어서, 상기 (폴리)에틸렌 아민이 테트라에틸렌펜타민, 디에틸렌트리아민, 테트라에틸렌트리아민, 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라민 및 펜타에틸렌 헥사민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
제 28 항에 있어서, 상기 하나 이상의 실란 커플링제가 아미노실란 커플링제 및 비닐 실란 커플링제를 포함하는 방법.
제 27 항에 있어서, 상기 지방산이 콘쥬게이트화 지방산인 방법.
제 27 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 방법:

상기 매트를 적당한 형태 및 크기의 루핑 싱글로 절단하는 단계.
제 27 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 방법:

상기 아스팔트에 보호 과립을 도포하는 단계.
제 27 항에 있어서, 합성된 지방 아미드 상의 불포화 소수성 꼬리를 아스팔트와 반응시켜 유리와 아스팔트를 가교시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 33 항에 있어서, 유리와 아스팔트 사이의 접면 결합을 촉진시킬 황 촉매 를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.