KR20120030464A - 개질 지오폴리머 조성물，방법 및 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개질 지오폴리머 조성물, 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 제품에 관한 것이다.

Description

개질 지오폴리머 조성물，방법 및 용도{Modified geopolymer compositions, processes and uses}
본 발명은 개질 지오폴리머 조성물, 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 제품에 관한 것이다.
지오폴리머 물질은 수세기 동안 건축(예를 들면, 벽돌 제작)에 사용되어 왔다. 지오폴리머 조성물은 수소, 알루미늄, 규소, 산소 및 원소 주기율표의 1족 금속을 포함하는 원소들을 함유한다.
최근에, 벨라구루(Belaguru)가 특히 콘크리트, 강철 또는 목재의 피복 표면에 유용한 지오폴리머 조성물을 언급하였다(문헌 참조; Belaguru P., Geopolymer for Protective Coating of Transportation Infrastructures, FINAL REPORT, Report Number FHWA NJ 1998-12, 1998, Rutgers, The State University, Piscataway, New Jersey). 벨라구루는 또한 특히 불특정 중합체 라텍스를 포함하거나 이로 제조된 몇몇 조성물을 언급하였다. 벨라구루의 예시된 중합체 라텍스-함유 조성물(표 1의 조성물 1 및 샘플 ID 28 내지 36 참조)은 특히 "규산칼륨"(K2SiO3), "실리카 퓸"("SiO2") 및 "토사(ground sand)"를 포함하지만, (예를 들면, 지오폴리머를 특징지우는 산화알루미늄에서와 같이) 알루미늄의 중요한 공급원으로서 기능하는 성분을 함유하지는 않는 것으로 보인다. 따라서, 벨라구루의 중합체 라텍스-함유 조성물은 지오폴리머를 포함하지 않는 것으로 보인다.
국제 공개공보 제WO 2008/017413 A1호에는 펌핑 가능한 지오폴리머 제형 및 이산화탄소 저장을 위한 용도가 언급되어 있다.
유기 중합체 기재를 피복시키는 데 유용한 개질 지오폴리머 조성물, 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재 및 이의 제조방법이 당업계에서 요구되고 있다.
제1 양태에서, 본 발명은 (i) 지오폴리머와 유기 중합체 라텍스의 혼합물을 포함하는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 포함하거나; 또는 (ii) 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물을 포함하는 개질 지오폴리머 조성물을 제공한다. 몇몇 양태에서, 개질 지오폴리머 조성물은 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 포함하며, 바람직하게는 여기서 혼합물은 본질적으로 균일하다. 몇몇 양태에서, 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물은 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물을 포함한다. 몇몇 양태에서, 개질 지오폴리머 조성물은 칼슘계 산화물을 함유하지 않는다. 본원 명세서에서 사용되는 용어 "고도로 유기 중합체-접착 가능한"은, 경화 및 건조된 후, 50kPa 이상의 부착 강도(bond strength)로 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면(coating-ready surface)(예를 들면, 압출된 폴리스티렌 발포체 기재의 표면)에 부착될 수 있음을 특징으로 함을 의미한다. 부착 강도를 측정하는 바람직한 방법은 인장 시험법(tensile pull test method)이며, 이는 이후에 기재된다.
몇몇 양태에서, 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물은, 수화된 폴리시알레이트(polysialate)와 1.0중량% 내지 50중량%의 유기 중합체 라텍스와의 제1 혼합물을 포함하는 것이거나, 상기 제1 혼합물을 배합함으로써 형성되며; 유기 중합체 라텍스의 중량%는 제1 혼합물의 총 중량을 기준으로 한다. 몇몇 양태에서, 제1 혼합물을 형성하는데 사용되는 유기 중합체 라텍스는 유기 중합체 라텍스 분말을 포함한다(즉, 유기 중합체 라텍스 분말은 수성이 아니다). 또 다른 양태에서, 제1 혼합물을 형성하는데 사용되는 유기 중합체 라텍스는, 수성 유기 중합체 라텍스와 0.05중량% 내지 10중량%의 라텍스 안정제를 포함하는 제2 혼합물을 포함하며, 라텍스 안정제의 중량%는 제2 혼합물의 총 중량을 기준으로 한다.
바람직하게는, 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물은 물 농도(water concentration)- 및 규소/알루미늄(Si/Al) 몰비-개질 지오폴리머 조성물이며, 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물은, 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머의 총 중량을 기준으로 하여, 36.0중량% 미만의 물을 가지며, Si/Al 몰비는 1.70 이상이다. 보다 바람직하게는, Si/Al 몰비는 1.70 이상 및 3.0 이하이다.
제2 양태에서, 본 발명은 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재를 유기 중합체 기재와 접촉하고 있는 개질 지오폴리머 전구체 층의 건조의 함수(function)로서 형성함을 포함하는, 유기 중합체 기재와 접착 실효적 접촉(adhering operative contact)된 건조된 개질 지오폴리머 층을 포함하는 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재의 제조방법을 제공하며, 여기서, 접착 실효적 접촉은, 인장 시험법에 따라 측정하여, 25kPa 이상의 부착 강도를 가짐을 특징으로 한다.
몇몇 양태에서, 제2 양태의 방법은 전구체 개질 지오폴리머 층을 경화시켜 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층을 수득하는 예비 단계를 추가로 포함한다. 보다 바람직하게는, 경화 단계는 건조 단계와 본질적으로 동시에 일어나거나, 훨씬 더 바람직하게는, 상기 경화가 건조 단계보다 적어도 부분적으로 선행되거나(즉, 건조시키기 전에 경화가 일부 일어남), 상기 경화가 건조 단계보다 실질적으로 선행된다(건조 전에 대부분 또는 모든 경화가 일어남). 몇몇 양태에서, 경화는 건조보다 실질적으로 선행된다. 몇몇 양태에서, 개질 지오폴리머 전구체 층은 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층을 포함한다. 훨씬 더 바람직하게는, 제2 양태의 방법은 (a) 피복-준비된 표면을 갖는 유기 중합체 기재를 제공하는 단계; (b) 제1 양태의 개질 지오폴리머 조성물 중의 하나를 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부에 접촉시켜 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부와 물리적으로 접촉된 개질 지오폴리머 전구체 층을 제공하는 단계; (c) 개질 지오폴리머 전구체 층을 경화시켜 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층을 제공하는 단계; 및 (d) 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층을 당해 층으로부터 25중량% 이상의 물을 제거하도록 건조시켜 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재를 제공하는 단계를 포함한다.
제2 양태에서, (경화된) 개질 지오폴리머 전구체 층은 독립적으로 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부와 물리적으로 접촉한다. 몇몇 양태에서, 경화되고 건조된 개질 지오폴리머 층, 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층 및 개질 지오폴리머 전구체 층 각각은, 경화되고 건조된 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물 층; 경화된 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물 전구체 층; 및 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물 전구체 층을 포함한다. 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물 전구체 층은 제1 양태의 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물로부터 형성된다.
몇몇 양태에서, 경화되고 건조된 개질 지오폴리머 층, 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층 및 개질 지오폴리머 전구체 층 각각은, 경화되고 건조된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 층; 경화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 전구체 층; 및 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 전구체 층을 포함한다. 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 전구체 층은 제1 양태의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물로부터 형성된다. 경화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 전구체 층을 사용하는 제2 양태의 방법의 양태에서, 유기 중합체 라텍스는 유리 전이 온도를 가짐을 특징으로 하고, 건조 단계는 건조 온도를 가짐을 특징으로 하며, 건조 단계의 건조 온도는 유기 중합체 라텍스의 유리 전이 온도보다 높다.
제3 양태에서, 본 발명은 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부와 접착 실효적 접촉된 건조된 개질 지오폴리머 층을 포함하는 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재를 제공하며, 접착 실효적 접촉은, 인장 시험법에 따라 측정하여, 25kPa 이상의 부착 강도를 가짐을 특징으로 한다. 바람직하게는, 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재는 제2 양태의 방법에 의해 제조된다.
본 발명의 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재는, 피복되지 않은 유기 중합체 기재의 각각의 미적 외관, 특성 또는 특성들과 비교하여, 예를 들면, 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재가 증진된 미적 외관 또는, 바람직하게는, 개선된 난연성, 내열성, 내광성, 기계적 저항성 또는 내약품성, 또는 이들 중의 둘 이상의 특성들의 조합을 갖는 것이 바람직한 용도 및 제품에서 유용하다. 제2 양태의 방법으로 제조된 이러한 층을 포함한 건조된 개질 지오폴리머 층은 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재에서 접착되거나 부착되는 유기 중합체 기재에 상기한 내성 특성을 제공한다. 따라서, 본 발명의 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재는, 예를 들면, 자동차 부품, 예를 들면, 자동차용 호스; 건축 소재, 예를 들면, 외부 및 내부 건축용 클래딩(cladding)(예를 들면, 외부 단열 및 마감 시스템); 옥외 용품, 예를 들면, 옥외 가구 및 사이니지(signage); 및 라이닝된 기반시설 부재(lined infrastructure components), 예를 들면, 라이닝된 산업 파이핑(예를 들면, 라이닝된 하수구, 물 및 화학 공정 파이핑)과 같은 같은 제품을 제조하는데 유용하다. 지오폴리머 제품은 또한, 예를 들면, 전자 기기 및 배터리 하우징과 같은 하우징을 포함한다.
본 발명의 개질 지오폴리머 조성물은 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면을 피복시킬 수 있으며, 경화 및 건조(예를 들면, 경화, 및 개질 지오폴리머 조성물로부터 상당량의 물의 제거) 후, 유기 중합체 기재의 피복 준비된 표면 상에 접착성인, 바람직하게는 고도로 접착성인 피복 층을 형성할 수 있다. 본 발명의 개질 지오폴리머 조성물과는 달리, 비개질 지오폴리머 또는 본 발명이 아닌 개질 지오폴리머로 이루어진 본 발명이 아닌 조성물은, 경화 및 건조 후, 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면에 접착되지 않거나 약하게(예를 들면, 이후에 기재되는 인장 시험법으로 측정하는 경우, 22kPa 미만, 몇몇 경우, 11kPa 미만의 부착 강도로) 접착된다.
추가의 양태가 특허청구범위를 포함한 명세서의 나머지 부분에 기재되어 있다.
본 발명의 상세한 설명
상기한 본 발명의 양태들이 본원 명세서에 참고로 인용된다. 이러한 양태들 및 이후에 기재되는 추가의 양태들은 다음의 정보를 참고로 하여 추가로 예시된다.
미국 특허법 및 다른 특허법이 참고로 주제가 인용되도록 하기 위한 목적으로, 본 발명의 상세한 설명에 언급되어 있는 이에 대응하는 각각의 U.S. 특허, U.S. 특허 출원, U.S. 특허 출원 공보, PCT 국제 특허 출원 및 WO 공보의 전문- 달리 나타내지 않는 한 -이 본원 명세서에 참고로 인용된다. 본 명세서에 기재되어 있는 것과 참고로 인용되어 있는 특허, 특허 출원 또는 특허 출원 공보 또는 이의 일부에 기재된 것이 상충되는 경우, 본 명세서에 기재되어 있는 것이 지배한다.
본 출원에서, 숫자 범위의 하한치 또는 범위의 바람직한 하한치를 범위의 상한치 또는 범위의 바람직한 상한치와 조합하여 범위의 바람직한 측면 또는 양태를 정의할 수 있다. 숫자의 각각의 범위는 그 범위 내에 포함되는 모든 숫자, 유리수와 무리수 둘 다를 포함한다(예를 들면, 약 1 내지 약 5 범위는, 예를 들면, 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함한다).
화합물 명칭과 이의 구조가 상충되는 경우, 이의 구조가 지배한다.
괄호 없이 인용된 단위 값(예를 들면, 2인치) 및 삽입구로 인용된 상응하는 단위 값(예를 들면, (5cm)) 사이에 대립이 있는 경우, 괄호 없이 인용된 단위 값이 관제한다.
본원 명세서에서 사용되는 "하나(a 또는 an)", "당해(the)", "적어도 하나(at least one)" 및 "하나 이상(one or more)"은 상호교환 가능하게 사용된다. 본원 명세서에 기재된 본 발명의 측면 또는 양태에서, 수치에 관한 어구에서 용어 "약"은 본 발명의 또 다른 측면 또는 양태를 제공하기 위해 어구로부터 삭제할 수 있다. 용어 "약"을 사용하는 전자의 측면 또는 양태에서, 바람직하게는 이것은 수치의 90% 내지 100%, 수치의 100% 내지 110% 또는 수치의 90% 내지 110%를 의미한다. 본원 명세서에 기재된 본 발명의 측면 또는 양태에서, 개방형 용어(open-ended term) "포함하는(comprising)", "포함하다(comprises)" 등(이는 "포함하는(including)", "갖는(having)" 및 "특징으로 하는(characterized by)"과 동의어이다)을 각각의 부분 폐쇄형 어구(partially closed phrase) "로 본질적으로 이루어진(consisting essentially of)", "로 본질적으로 이루어진다(consist essentially of)" 등 또는 각각의 폐쇄형 어구 "로 이루어진(consisting of)", "로 이루어진다(consist of)" 등으로 대체하여 본 발명의 또 다른 측면 또는 양태를 제공할 수 있다. 본 출원에서, 구성요소(예를 들면, 성분)의 상기 목록을 언급하는 경우, 어구 "이의 혼합물", "이의 배합물" 등은 열거된 구성요소의 전부를 포함한 둘 이상을 의미한다. 구성원을 열거하는데 사용되는 용어 "또는"은, 달리 명시하지 않는 한, 열거된 구성원 각각 뿐만 아니라 이의 조합을 말하며, 개별 구성원들 중의 어느 하나를 인용하는 또 다른 양태를 뒷받침한다(예를 들면, 어구 "10% 또는 그 이상"을 언급하는 양태에서, "또는"은 "10%"를 인용하는 또 다른 양태 및 "10% 이상"을 언급하는 여전히 또 다른 양태를 뒷받침한다). 용어 "다수"는 둘 이상을 의미하며, 각각의 다수(plurality)는 달리 나타내지 않는 한 독립적으로 선택된다. 본원 명세서에서 사용되는 "중량%" 및 "wt%"는 동의어이며, 달리 나타내지 않는 한, 혼합물의 총 중량을 기준으로 하여 혼합물의 성분에 대해 계산된다.
용어 "층"은 물질의 피막 또는 필름을 의미한다.
용어 "피복-준비된 표면"은 피복을 위한 물질에 노출되거나 상기 물질을 수용하도록 제조된 영역을 의미한다.
"유리 전이 온도"(Tg)는 ASTM E1356-03의 방법에 따라 시차 주사 열량계를 사용하여 시차 주사 열량분석법으로 측정한다.
"포함하는 또는 배합하여 형성된" 혼합물은 ..로부터 (예를 들면, 화학적으로) 유도된 물질의 블렌드 또는 유도된 물질 또는 둘 다를 의미한다.
달리 주지되지 않는 한, 어구 "원소 주기율표"는 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)에 의해 발행된 2007년 6월 22일자 버전의 공식 주기율표를 나타낸다. 또한, 족(Group) 또는 족들에 대한 참고는 이러한 원소 주기율표에 반영된 족 또는 족들을 참고해야 한다.
용어 "지오폴리머"는 수화된 폴리시알레이트를 포함하는 3차원 무기 알루미노실리케이트 미네랄 중합체를 의미한다. 바람직하게는, 수화된 폴리시알레이트는 화학식 G: (M)y[-(-Si02)z-AlO2)]x?wH2O의 화합물이며, 여기서, M은 각각 독립적으로 원소 주기율표 1족의 양이온이고; x는 2 이상의 정수이며, 폴리시알레이트 반복 단위의 수를 나타내고; y는 x에 대한 y의 비가 0보다 크도록(y/x > 0) 선택된 정수, 바람직하게는 0보다 크고 1 이하( 0 < y/x ≤ 1)이고; z는 1 내지 35의 유리수 또는 무리수이고; w는 x에 대한 w의 비(w/x)가 폴리시알레이트 반복 단위당 물의 몰비를 나타내도록 하는 유리수 또는 무리수이다. z는 폴리시알레이트 중의 알루미늄 원자의 몰에 대한 규소 원자의 몰에 대응하는 몰비(Si/Al)를 나타낸다. 본 발명의 지오폴리머 조성물 중의 SiO2 관능 그룹의 분포는 랜덤하다는 것을 특징으로 할 수 있다. 따라서, z는 유리수 또는 무리수일 수 있다.
화학식 G의 수화된 폴리시알레이트에서, w는 바람직하게는 "지오폴리머 점도 유효량(geopolymer viscosity effective amount)"의 물을 제공하도록 선택되는데, 지오폴리머 점도 유효량의 물이란 제2 양태의 방법이 달성될 수 있도록 제1 양태의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물에 대한 목적하는 유동 저항을 확립하는데 충분한 물의 양을 의미한다. 보다 바람직하게는, w는 약 4 내지 약 8, 보다 바람직하게는 4 내지 약 7.5의 유리수 또는 무리수이다. 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물에서 목적하는 지오폴리머 점도 유효량의 물을 제공하기 위해, w는 물을 가하거나, 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물로부터 약간의 물을 제거(예를 들면, 건조에 의해)함으로써 보다 높게 또는 보다 낮게 조절할 수 있다.
화학식 G의 수화된 폴리시알레이트에서, 바람직하게는 M은 각각 독립적으로 원소 주기율표 1족 중의 하나 이상의 금속의 양이온이다. 가장 통상적인 양이온은 칼륨 양이온(K+), 나트륨 양이온(Na+), 리튬 양이온(Li+) 또는 이의 둘 이상의 조합을 포함한다. 몇몇 양태에서, 양이온은 원소 주기율표 2족 중의 하나 이상의 금속의 양이온, 보다 바람직하게는 마그네슘 양이온(Mg+2), 훨씬 더 바람직하게는 칼슘 양이온(Ca+2)을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 양태에서, 바람직하게는 칼슘 양이온은 산화칼슘을 포함하지 않으며, 산화칼슘으로부터 유도되지 않는다. 바람직하게는, 51몰% 이상, 보다 바람직하게는 90몰% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 98몰% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 99몰% 이상의 M이 Na+이다.
화학식 G의 수화된 폴리시알레이트에서, 바람직하게는 z는 1 내지 3의 유리수 또는 무리수이다. 몇몇 양태에서, z는 2 내지 3, 또는 바람직하게는 1 내지 2이다. 바람직하게는, z는 1.70 이상, 보다 바람직하게는 1.9 이상이다. 바람직하게는, z는 3.0 이하이다. 몇몇 양태에서, z는 2.0 이하이다. 몇몇 양태에서, 화학식 G의 수화된 폴리시알레이트는 폴리(시알레이트)(화학식 G에서 z는 1이다), 폴리(시알레이트-실록소)(화학식 G에서 z는 2이다) 또는 폴리(시알레이트-디실록소)(화학식 G에서 z는 3이다)를 포함한다. 경화시키기 전에, 폴리(시알레이트), 폴리(시알레이트-실록소) 및 폴리(시알레이트-디실록소)는 각각 공유된 산소원자에 의해 결합된 음으로 하전된 사면체 사산화규소(공식적으로 SiO4) 및 사면체 사산화알루미늄(공식적으로 AlO4)의 망상구조, 알루미노실리케이트 미네랄 중합체의 총 전하가 중성이도록 하는 양이온 및 물을 포함한다. SiO4 및 AlO4 사면체의 망상구조는 양이온 M을 함유하는 구조적 캐비티를 정의한다.
몇몇 양태에서, 본 발명의 개질 지오폴리머 조성물은 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물이며, 고도로 유기 중합체-접착 가능한은 상기 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물이, 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면과 접촉하여 경화되고 건조된 후, 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 상에 고도로 유기 중합체-접착성인 경화되고 건조된 개질 지오폴리머 층을 생성함을 의미하며, 고도로 유기 중합체-접착성인 경화되고 건조된 개질 지오폴리머 층은 50.0kPa 이상의 부착 강도로 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부에 접착함을 특징으로 하고, 여기서, 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물은 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물이고, 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물은, 물 농도- 및 Si/Al 몰비 -개질 지오폴리머의 총 중량을 기준으로 하여, 36.0중량% 미만의 물을 가지며; 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물은 화학식 G: (M)y[-(-Si02)z-AlO2)]x?wH2O의 수화된 폴리시알레이트를 포함하며, 상기 화학식 G에서, M은 각각 독립적으로 원소 주기율표 1족의 양이온이고; x는 2 이상의 정수이며, 폴리시알레이트 반복 단위의 수를 나타내고; y는 x에 대한 y의 비가 0보다 크도록(y/x > 0) 선택된 정수이고; z는 규소/알루미늄 몰비이며, 유리수 또는 무리수이고; w는 x에 대한 w의 비가 폴리시알레이트 반복 단위당 물의 몰비를 나타내도록 하는 유리수 또는 무리수이고, 여기서, (a) z는 1.70 내지 3이거나 (b) z는 1.9 내지 3이다. 훨씬 더 바람직하게는 z는 1.70 내지 3이다. 훨씬 더 바람직하게는 z는 1.9 내지 3이고, 보다 바람직하게는 z는 1.9 내지 3이며, 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물은, 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머의 총 중량을 기준으로 하여, 34.0중량% 미만의 물을 갖는다.
수화된 폴리시알레이트의 예는 다음의 각각의 화학식 (M-PS), (M-PSS) 및 (M-PSDS)를 갖는 수화된 폴리(시알레이트), 수화된 폴리(시알레이트-실록소) 및 수화된 폴리(시알레이트-디실록소)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다:
폴리(시알레이트): (M)y-(-Si-O-Al-O-)x?wH2O(M-PS), 여기서, Si 대 Al의 몰비는 1:1(z = 1)이고;
폴리(시알레이트-실록소): (M)y-(-Si-O-Al-O-Si-O-)x?wH2O(M-PSS), 여기서, Si 대 Al의 몰비는 2:1(z = 2)이고;
폴리(시알레이트-디실록소): (M)y-(Si-O-Al-O-Si-O-Si-O-)x?wH2O(M-PSSS), 여기서, Si 대 Al의 몰비는 3:1(z = 3)이고;
여기서, x, y, w 및 M은 독립적으로 화학식 G에 대해 정의된 바와 같다.
몇몇 양태에서, 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물 또는 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물(둘 다는 제1 양태의 개질 지오폴리머 조성물이다)의 제1 혼합물은 둘 이상의 수화된 폴리시알레이트를 포함하거나 이를 배합함으로써 형성된 제1 복합재를 포함하며, 복합재의 각각의 수화된 폴리시알레이트는 독립적으로 본원 명세서에 기재된 바와 같은 화학식 G의 화합물이고, 둘 이상의 수화된 폴리시알레이트는 함께, 화학식 G를 특징으로 하며, 독립적으로 x, y 및 z 각각에 대해 평균 값을 갖고, 평균 값은 독립적으로 유리수 또는 무리수이다. 몇몇 양태에서, 제1 양태의 개질 지오폴리머 조성물은 제1 양태의 둘 다인 (i)의 개질 지오폴리머 조성물 및 (ii)의 개질 지오폴리머 조성물을 포함하거나 이를 배합함으로써 형성된 제2 복합재를 포함한다. 몇몇 양태에서, 제1 복합재, 제2 복합재 또는 이들 둘 다는 칼슘계 산화물을 함유하지 않는다.
본 발명의 개질 지오폴리머 조성물을 제조하는데 유용한 비개질 지오폴리머 조성물은 통상적으로 수산화물 음이온(0(H)-)의 존재하에서 각종 알루미노실리케이트 산화물 및 실리케이트의 화학적 용해에 이은 재축합에 의해 제조될 수 있다. 몇몇 양태에서, 물, 수산화나트륨 및 퓸드 실리카를 배합함으로써 수성 나트륨 실리케이트 혼합물(예를 들면, 나트륨 실리케이트 용액)을 제조한다. 수성 나트륨 실리케이트 혼합물을 산화알루미늄의 공급원(예를 들면, 소성 카올린 점토)과 배합하여 비개질 지오폴리머 조성물을 제공한다. 예를 들면, 소정량의 물, 수산화나트륨 및 퓸드 실리카를 배합하여 공식적으로 물 72중량%(wt%), 수산화나트륨 10wt% 및 퓸드 실리카 18wt%를 함유하는 소정의 나트륨 실리케이트 용액을 제공함으로써 소정의 나트륨 실리케이트 용액을 제조한다. 소정의 나트륨 실리케이트 용액을 소정량의 소성 카올린 점토와 배합하여 공식적으로 소성 카올린 점토 29wt% 및 나트륨 실리케이트 용액 71wt%를 함유하는 비개질 지오폴리머 조성물을 제공한다. 바람직하게는, 본 발명의 개질 지오폴리머 조성물은 수성 나트륨 실리케이트 혼합물을 포함하거나, 이로부터 제조된다.
유기 중합체 라텍스, 유기 중합체 기재 또는 이들 둘 다로서 유용한 유기 중합체는 천연 또는 합성 유기 중합체일 수 있다. 용어 "유기 중합체"는 탄소 및 수소를 포함하는 거대분자를 의미하며, 거대분자는 다수의 반복 단위를 포함하고, 각각의 반복 단위는 단량체로부터 형성된 잔기를 포함하며, 각각의 단량체는 다른 단량체와 동일하거나 상이하다. 거대분자의 잔기를 형성하는 단량체가 모두 동일한 경우, 잔기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다(예를 들면, 말단 잔기가 내부 잔기와는 상이하거나; 중합후 개질 잔기가 비개질 잔기와는 상이하거나; 또는 이들 둘 다). 적합한 단량체의 예는 탄화수소 단량체(즉, 탄소와 수소로 이루어진 단량체) 및 헤테로원자-함유 단량체(즉, 탄소, 수소, 및 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 단량체, 각각의 헤테로원자는 바람직하게는 산소, 질소, 플루오로, 클로로이다)이다. 적합한 탄화수소 단량체의 예는 에틸렌, 프로필렌, (C4-C8)알파-올레핀, 1,4-부타디엔 및 스티렌이다. 적합한 헤테로원자-함유 단량체의 예는 아디프산 및 에틸렌디아민, 테레프탈산 및 1,4-부탄디올, 4-하이드록시벤조산, 아크릴산 및 락트산의 혼합물이다. 예를 들면, 디메틸 디카복실산 에스테르, 디카복실산 무수물(사이클릭 및 혼합된 카복실산 무수물 포함) 및 디카복실산 디클로라이드(즉, 디카복소일 디클로라이드)와 같은 디카복실산 유도체인 단량체가 디카복실산 단량체를 대체할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 유용한 유기 중합체의 예는 천연 고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, (C4-C8)알파-올레핀, 폴리(부타디엔) 및 이의 공중합된 혼합물; 폴리스티렌; 폴리카보네이트; 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함한 폴리에스테르; 폴리아크릴레이트; 폴리메타크릴레이트; 및 상기 유기 중합체의 제조에 사용되는 단량체들의 둘 이상의 혼성중합체(interpolymer)(예를 들면, 공중합체)이다. 달리 주지되지 않는 한, 본원 명세서에서 사용되는 용어 "부타디엔"은 1,3-부타디엔을 의미한다.
바람직하게는, 본 발명에서 유용한 유기 중합체 기재는 바로 앞 단락에 언급된 유기 중합체의 예 중의 하나 이상을 포함한다. 상기한 예의 유기 중합체는 유기 중합체 라텍스로서 라텍스 형태로 유용하지만, 유기 중합체 라텍스는 이에 제한되지 않는다.
유기 중합체 라텍스는 천연 유기 중합체 라텍스(예를 들면, 헤베아 브라실리에네시스(hevea brasilienesis) 고무 나무로부터 생성됨) 또는, 바람직하게는, 합성 유기 중합체 라텍스를 포함한다. 몇몇 양태에서, 본 발명에서 유용한 유기 중합체 라텍스는 수성 유기 중합체 라텍스이다. 용어 "수성 유기 중합체 라텍스"는 H2O의 분자식을 갖는 액체 성분 중의 상기한 유기 중합체의 미세입자의 분산액을 의미한다. 바람직한 수성 유기 중합체 라텍스는 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌 또는 폴리(스티렌-부타디엔)의 미세입자의 수성 분산액이다. 몇몇 양태에서, 본 발명에서 유용한 유기 중합체 라텍스는 라텍스 분말이다. 바람직하게는, 라텍스 분말은 물에 재분산 가능하다. 바람직한 라텍스 분말은, 비닐 아세테이트 단량체 또는 아크릴산 단량체로부터 제조되거나 상기 단량체의 잔기를 포함하는 단독중합체, 또는 폴리(비닐 아세테이트/비닐 버세테이트) 공중합체, 폴리(비닐 아세테이트/에틸렌) 공중합체 또는 폴리(스티렌 부타디엔) 공중합체인 공중합체이다. 적어도 일부 라텍스 분말이, 예를 들면, 미국 미시간주 미들랜드에 소재하는 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)의 사업 단위인 다우 울프 셀룰로직스(Dow Wolff Cellulosics)로부터 시판중이다. 몇몇 양태에서, 본 발명에서 유용한 유기 중합체 라텍스는 수성 유기 중합체 라텍스와 유기 중합체 라텍스 분말을 포함하는 배합물이다.
바람직하게는, 유기 중합체 라텍스(수성이든 분말 형태이든)는 150℃ 미만의 유리 전이 온도를 특징으로 한다. 보다 바람직하게는, 유기 중합체 라텍스는 100℃ 미만, 훨씬 더 바람직하게는 75℃ 미만, 훨씬 더 바람직하게는 40℃ 미만; 보다 바람직하게는 30℃ 미만의 유리 전이 온도를 특징으로 한다. 독립적으로, 유리 전이 온도는 -40℃ 이상, 바람직하게는 -20℃ 이상, 보다 바람직하게는 -10℃ 이상, 훨씬 더 바람직하게는 -5℃ 이상이다. 몇몇 양태에서, 본 발명의 개질 지오폴리머 조성물은 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물이며, 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물은 수화된 폴리시알레이트와 1.0중량% 내지 50중량%와의 유기 중합체 라텍스와의 제1 혼합물을 포함하거나 상기 제1 혼합물을 배합함으로써 형성되고, 유기 중합체 라텍스의 중량%는 제1 혼합물의 총 중량을 기준으로 하며, 유기 중합체 라텍스는 150℃ 미만의 유리 전이 온도를 특징으로 한다.
바람직하게는, 유기 중합체 라텍스는 제1 양태의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 포함하는 제1 혼합물에 40wt% 이하, 보다 바람직하게는 35wt% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 30wt% 이하의 농도로 존재하며, 이들 모두는 제1 혼합물의 총 중량을 기준으로 한다. 당해 상황하에서 접착 실효적 접촉을 위해 목적하는 부착 강도를 제공하기에 효과적인 최소량의 유기 중합체 라텍스를 사용하는 것이 통상적으로 바람직하기는 하지만, 몇몇 양태에서, 제1 양태의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 포함하는 제1 혼합물 중의 유기 중합체 라텍스의 농도는 바람직하게는 1wt% 이상, 보다 바람직하게는 2wt% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 4wt% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 5wt% 이상이며, 이들 모두는 제1 혼합물의 총 중량을 기준으로 한다. 바람직한 농도 범위의 예는, 제1 혼합물의 총 중량을 기준으로 하여, 약 5wt% 내지 약 30wt%, 보다 바람직하게는 약 5wt% 내지 약 25wt%이다. 이하 실시예에 제공되어 있는 유기 중합체 라텍스의 농도가 특히 유용하다.
용어 "라텍스 안정제"는 수성 유기 중합체 라텍스를 포함하는 유기 중합체 입자의 응고 또는 응집을 억제하는 물질을 의미한다. 라텍스 안정제는, 예를 들면, 미국 특허 제US 4,110,293호에서와 같이 공지되어 있다. 적합한 라텍스 안정제의 예는 단백질(예를 들면, 젤라틴 및 카제이네이트 염), 탄수화물(예를 들면, 펙티네이트), 글리콜 및 계면활성제이다. 적합한 계면활성제의 예는 음이온성(즉, 설페이트, 설포네이트 또는 카복실레이트 함유) 계면활성제, 예를 들면, 퍼플루오로옥탄설포네이트; 양이온성(즉, 4급 암모늄 함유) 계면활성제, 예를 들면, 세틸 트리메틸암모늄 브로마이드; 쯔비터이온성(즉, 양쪽성) 계면활성제, 예를 들면, 코코 암포 글리시네이트; 및 비이온성 계면활성제, 예를 들면, 알킬 폴리(에틸렌 옥사이드) 및 세틸 알콜이다. 비이온성 계면활성제가 바람직하다. 시판 라텍스는 통상적으로 본 발명에 적합한 양으로 라텍스 안정제를 함유한다. 몇몇 양태에서, 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 제조하는 경우에는 추가량의 라텍스 안정제 또는 추가의 라텍스 안정제를 가할 수 있다.
바람직하게는, 라텍스 안정제는 본 발명의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물의 양태에서 작용하며, 본 발명의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물이 경화되거나 경화되고 건조(예를 들면, 경화 및 이로부터 물 제거)될 준비가 될 때까지의 시간 동안 응고 또는 응집으로부터 제1 혼합물의 수성 유기 중합체 라텍스를 안정화시키는 수단으로서 사용된다. 라텍스 안정제는 응고 억제량으로 제2 혼합물에 존재하며, 응고 억제량은 수성 유기 중합체 라텍스의 응고를 1시간 내에, 바람직하게는 접촉 단계를 완료할 때까지, 보다 바람직하게는 건조 단계를 개시할 때까지, 훨씬 더 바람직하게는 제2 양태의 경화 단계를 개시할 때까지, 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상 억제하기에 충분한 양이다. 바람직하게는, 응고 억제량은 라텍스 안정제가 수성 유기 중합체 라텍스 및 라텍스 안정제를 포함하는 제2 혼합물에 존재함을 의미하며, 라텍스 안정제는, 제2 혼합물의 총 중량을 기준으로 하여, 1.0wt% 이상, 보다 바람직하게는 2.0wt% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 3.0wt% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 4.0wt% 이상; 바람직하게는 9.0wt% 이하, 보다 바람직하게는 8.0wt% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 7.0wt% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 6.0wt% 이하로 존재한다.
유기 중합체 기재는 어떠한 형태 또는 형상으로도 본 발명에 사용될 수 있다. 유기 중합체 기재의 적합한 형태의 예는 고체 및 발포체이다. 적합한 형상의 예는 필름, 시트, 섬유, 입자, 및 열가소성 물질의 직포 또는 부직포이다. 유기 중합체 기재는 캐스팅, 성형 및 압출과 같은 통상의 방법으로 제조될 수 있다. 용어 "유기 중합체 기재"는 다른 물질이 접촉되거나 접착되거나 접촉 및 접착되어 있는 상기한 유기 중합체를 포함하는 기재 물질(base material)을 의미한다. 바람직한 유기 중합체 기재는 폴리스티렌이다. 유기 중합체의 기재 형태를 설명하는 것과 관련하여 용어 "필름"은 두께가 0.001cm 내지 0.1cm이고 목적하는 길이 또는 폭을 갖는 물질을 의미한다. 용어 "시트"는 두께가 0.1cm 내지 10cm이고 목적하는 길이 또는 폭을 갖는 물질을 의미한다. 바람직하게는, 기재는 표면 다공성을 특징으로 한다(예를 들면, 발포체의 경우). 몇몇 양태에서, 유기 중합체 기재는 유기 중합체 기재가 본 발명의 개질 지오폴리머 조성물로 피복될 수 있는 노출된 표면을 갖는 한 다층 구조의 하나 이상의 층으로서 또는 하나 이상의 층의 성분으로서 유기 중합체 기재의 라미네이트 및 동일하거나 상이한 유기 중합체 기재 또는, 예를 들면, 목재, 종이, 금속, 직물(cloth), 또는 점토, 활석, 실리카, 알루미나, 질화규소 또는 석재에 의해 예시되는 하나 이상의 금속 또는 메탈로이드의 산화물과 같은 다른 적합한 물질의 하나 이상의 층을 포함한다.
바람직하게는, 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재는 지오폴리머-피복된 제품을 포함한다. 즉, 몇몇 양태에서, 본 발명은 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재를 포함하는 제품이다. 몇몇 양태에서, 제품은 지오폴리머-피복된 자동차 부품, 건축 자재, 옥외 제품 또는 지오폴리머-라이닝된 기반시설 부재를 포함한다. 보다 바람직하게는 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재의 유기 중합체 기재는 폴리스티렌을 포함한다. 이러한 지오폴리머-피복된 제품의 예는 본원 명세서에 앞서 기재되어 있다. 지오폴리머-피복된 제품은 일부 또는 전부 피복될 수 있다. 예를 들면, 지오폴리머-피복된 제품은 내부면, 외부면 또는 이의 조합 상에 피복될 수 있다. 바람직하게는, 경화되고 건조된 개질 지오폴리머 층을 포함하는 지오폴리머-피복된 제품은 균열되거나, 박리되거나, 버블링되지 않는다.
제1 양태의 개질 지오폴리머 조성물은 당업계에 공지된 바와 같은 접촉방법을 사용하여 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부에 접촉시킬 수 있다. 적합한 접촉방법의 예는 살포(예를 들면, 펌핑, 기계적 푸싱(mechanically pushing) 또는 유동에 의해), 분무, 캐스팅, 몰딩, 성형 및 스탬핑이다. 접촉 단계는 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부와 물리적으로 접촉하는 개질 지오폴리머 전구체 층을 제공한다. 바람직하게는, 개질 지오폴리머 전구체 층은 두께, 보다 바람직하게는 균일한 두께를 특징으로 한다. 개질 지오폴리머 전구체 층은 또한 건조-준비된 노출 표면을 가짐을 특징으로 하며, 이로부터 개질 지오폴리머 전구체 층의 물의 30wt% 이상이 건조 단계에서 제거된다. 바람직하게는, 개질 지오폴리머 전구체 층의 건조-준비된 노출 표면은 경화 단계 동안 차수재(water barrier material)(예를 들면, 중합체 막 또는 유리)로 일시적으로 피복한 다음 건조 단계 전에 탈피복시킨다.
경화된 개질 지오폴리머 전구체 층을 건조(즉, 물 제거)시키는 것은 바람직하게는 증발, 스트리핑, 동결-건조 또는 이의 조합을 포함한다. 건조는 주위 압력(예를 들면, 101kPa), 승압(예를 들면, 110kPa 초과, 바람직하게는 120kPa 미만) 또는 감압(예를 들면, 95kPa 미만)에서 수행될 수 있다. 건조는 개질 지오폴리머 조성물로부터 약간의 물을 제거하는데 적합한 온도에서 수행될 수 있다.
바람직하게는, 건조 온도는 100℃ 이하, 보다 바람직하게는 75℃ 미만, 훨씬 더 바람직하게는 50℃ 미만, 훨씬 더 바람직하게는 40℃ 미만이고; 독립적으로 바람직하게는 -10℃ 이상, 보다 바람직하게는 -5℃ 이상, 훨씬 더 바람직하게는 10℃ 이상, 훨씬 더 바람직하게는 15℃ 이상이다. 몇몇 양태에서, 건조는 주위 온도(예를 들면, 10℃ 내지 40℃)에서 수행되며, 증발을 포함한다.
바람직하게는, 물을 제거하는 것은 건조 온도에서 이루어짐을 특징으로 하며, 건조 온도는 바람직하게는 유기 중합체 라텍스를 사용하는 양태에서 유기 중합체 라텍스의 유리 전이 온도보다 높다. 용어 "건조 온도"는 30wt% 이상의 물이 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층으로부터 제거되는 뜨거움(hotness) 또는 차가움(coldness)의 정도를 의미한다. 바람직하게는 50wt% 이상, 보다 바람직하게는 60wt% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 70wt% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 75wt% 이상의 물이 제2 양태의 방법의 건조 단계 동안 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층으로부터 제거되어, 건조되고 경화된 개질 지오폴리머 층을 제공한다. 유기 중합체 라텍스가 다중 유리 전이 온도를 나타내는 경우, 다중 유리 전이 온도의 적어도 하나, 바람직하게는 최저 온도는 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층의 건조 온도 미만이다.
개질 지오폴리머 전구체 층을 경화시켜 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층을 제공하는 것은 개질 지오폴리머 조성물을 경화시키는데 적합한 온도에서 수행될 수 있다. 용어 "경화 온도"는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물 또는 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물이 이의 부착을 허용함으로써 경화되는 뜨거움 또는 차가움의 정도를 의미한다. 바람직하게는 경화는 주위 온도인 경화 온도, 보다 바람직하게는, 20℃ 내지 40℃의 경화 온도에서 수행된다. 경화 및 건조 온도 및 압력은 동일하거나 상이할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 개질 지오폴리머 전구체 층을 경화 및 건조시켜 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부와 접착 실효적 접촉된 경화되고 건조된 개질 지오폴리머 층을 제공한다. 접착 실효적 접촉은 바로 다음 단락에 기재된 인장 시험법으로 시험하는 경우 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부에 30.0kPa 이상, 보다 바람직하게는 49kPa 이상, 훨씬 더 바람직하게는 70kPa 이상, 훨씬 더 바람직하게는 100kPa 이상, 몇몇 양태에서, 바람직하게는 약 150kPa 이하의 부착 강도로 접착됨을 의미한다. 개질 지오폴리머 전구체 층이 제1 양태의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 포함하는 경우, 바람직하게는, 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물은 고도로 유기 중합체-접착 가능함을 특징으로 한다. 즉, 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물은, 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면과 접촉하여 경화 및 건조된 후, 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면상에 고도로 유기 중합체-접착성인 경화되고 건조된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 층을 생성하며, 고도로 유기 중합체-접착성인 경화되고 건조된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 층은 바로 다음 단락에 기재된 인장 시험법으로 시험하는 경우 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부에 50.0kPa 이상의 부착 강도로 접착됨을 특징으로 한다.
인장 시험법:
단계(a): 경화되고 건조된 3층 시험 샘플의 제조.
2조각의 유기 중합체 기재(예를 들면, 폴리스티렌 발포체) 샘플을 수득하며, 각각의 샘플 조각은 2inch(5.1cm) × 2inch(5.1cm) × 1inch(2.54cm) 높이의 치수를 갖는다. 별도로 각각 하나의 샘플 조각의 제1 4inch2(26㎠) 면을 시험 지오폴리머 조성물로 피복시키고, 생성된 지오폴리머 층을 함께 수동 프레싱하여 하부 유기 중합체 기재 층, 중간 지오폴리머 층 및 상부 유기 중합체 기재 층을 포함하는 3층 라미네이트 복합재 전구체 샘플을 수득한다. 전구체 샘플의 가장자리로부터 과량의 시험 지오폴리머 조성물을 닦아낸다. 4회 반복하여 총 5개의 전구체 샘플을 수득한다. 별도로 전구체 샘플을 플라스틱 랩(예를 들면, 폴리비닐리덴 클로라이드 랩)에 감거나, 전구체 샘플을 밀폐 뚜껑으로 밀봉된 부분 충전된 수욕에 배치하고, 생성된 플라스틱으로 감겨진 전구체 샘플 또는 부분 충전된 수욕에 밀봉된 전구체 샘플을 45℃ 오븐에서 밤새(예를 들면, 12시간 내지 24시간) 배치하여 지오폴리머를 경화(curing)(즉, 지오폴리머를 하드닝(hardening))시킨다. (또는, 특정 환경하에서 바람직할 수 있는 바와 같이 전구체 샘플을 주위 온도(약 20℃)에서 개방(즉, 덮개가 없는) 환경(즉, 전구체 샘플을 플라스틱 랩에 감거나 전구체 샘플을 밀봉된 수욕에 배치하지 않고서)에서 최소 2일, 바람직하게는 약 7일 동안 경화 및 건조시킨다.) 생성된 경화된 전구체 샘플을 오븐으로부터 꺼내거나, 플라스틱 랩을 제거하거나, 부분 충전된 수욕으로부터 꺼내고, 감겨있지 않은 경화된 전구체 샘플을 일정 중량으로 되도록 실온에서 건조시켜, 경화되고 건조된 3층 시험 샘플을 수득한다.
단계(b): 5층 최종 시험 샘플의 제조.
단계(a)의 각각의 경화되고 건조된 3층 시험 샘플에 대해, 이의 하부 유기 중합체 기재 층의 외부(하부) 면 및 이의 상부 유기 중합체 기재 층의 외부(상부) 면에 2-파트 에폭시(3M Scotch-Weld 에폭시 접착제 2216 B/A)를 도포한다. 경화되고 건조된 시험 샘플의 각각의 에폭시-함유 외부 면을 두 개의 2인치(2.54cm) × 2인치(2.54cm) 강철판 중의 다른 하나에 접촉시킨다. 에폭시를 적어도 24시간 동안 건조시켜 대향하는 바닥 및 상부 강철판 층을 갖는 5층 최종 시험 샘플을 수득한다.
단계(c): 인장 강도(tensile pull strength) 시험
단계(b)의 5층 최종 시험 샘플의 인장 강도를 인스트론(Instron)(모델 4204 또는 5585) 기기로 측정한다. 분당 0.05인치(분당 0.13cm)의 크로스 헤드 속도(cross head speed)에서 폴리스티렌 발포체의 인장 시험에 특히 유용한 ASTM D 1623에 기재된 시험 파라미터를 사용한다.
비교 실시예(본 발명 아님)
비교 실시예는 본 발명의 특정 양태에 대한 대조로서 본원 명세서에 제공되어 있으며, 선행 기술인 것으로 해석되거나 본 발명이 아닌 예를 대표하는 것으로 해석되어서는 안된다.
비교 실시예 A1a 내지 A1d: 비개질 지오폴리머 조성물(유기 중합체 라텍스 및 라텍스 안정제가 없음)을 제조한다(물 함량은 비개질 지오폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로 함).
A1a: 성분인 물 61.9g, 고체 수산화나트륨 19.65g 및 퓸드 실리카 18.45g을 배합하여 나트륨 실리케이트 용액을 제조한다. 나트륨 실리케이트 용액 10g 분획에 소성된 카올린 점토 4g을 가하고, 생성된 혼합물을 혼합하여 비교 실시예 A1a의 지오폴리머 조성물을 수득한다. 물 함량 = 47.3wt%, Si/Al 몰비 1.85.
A1b: 다음의 성분 및 양을 사용하는 것을 제외하고는 비교 실시예 1a의 일반 과정을 반복하여 비교 실시예 A1b의 지오폴리머 조성물(몰비: Si/Al = 1.625; Na/Al = 0.899, 물 함량 = 36.8wt%)을 수득한다: 물 56.26g, NaOH 21.47g, 퓸드 실리카 22.26g 및 소성된 카올린 65.82g.
A1c: 다음의 성분 및 양을 사용하는 것을 제외하고는 비교 실시예 1a의 일반 과정을 반복하여 비교 실시예 A1c의 지오폴리머 조성물(몰비: Si/Al = 1.9; Na/Al = 1.0, 물 함량 = 36.8wt%)을 수득한다: 물 52.78g, NaOH 20.16g, 퓸드 실리카 27.06g, 소성된 카올린 55.56g.
A1d: 다음의 성분 및 양을 사용하는 것을 제외하고는 비교 실시예 1a의 일반 과정을 반복하여 비교 실시예 A1d의 지오폴리머 조성물(몰비: Si/Al = 1.625; Na/Al = 0.899, 물 함량 = 33.5wt%)을 수득한다: 물 52.31g, NaOH 23.41g, 퓸드 실리카 24.27g 및 소성된 카올린 71.76g.
비교 실시예 B1a 내지 B1d: 인장 시험법을 위한 5층 최종 시험 샘플
B1a 내지 B1d: 각각은 상기한 인장 시험법의 단계(a) 및 (b)의 제조법 및 시험 지오폴리머 조성물 대신에 비교 실시예 A1a 내지 A1d 중의 하나의 비개질 지오폴리머를 사용하며, 각각의 비개질 지오폴리머는 비교 실시예 B1a 내지 B1d의 5개의 5층 최종 시험 샘플을 제조한다. 상기한 인장 시험법의 단계(c)에 따라 5층 최종 시험 샘플의 평균 접착 강도를 측정한다. 인장 시험 결과는 아래 표 1에 기록되어 있다.
본 발명의 실시예
본 발명의 비제한적인 실시예가 아래에 기재되어 있다. 몇몇 양태에서, 본 발명은 실시예에 기재된 바와 같다.
실시예 A1 : 6.5wt%의 수성 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스를 함유하는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물
물 52.0g, NaOH 19.65g, 실리카 18.45g 및 소성된 카올린 40g을 사용하는 것을 제외하고는 비교 실시예 A1a의 일반 과정을 반복하여 비개질 지오폴리머 조성물을 수득한다. 비개질 지오폴리머 조성물에 칭량된 양(19.6g)의 라텍스 DL 460(미국 미시간주 미들랜드의 더 다우 케미칼 캄파니로부터 시판되는 Tg = 8℃인 폴리글리콜-36(PG-36) 안정화된 수성 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스)을 가하여, 6.5wt%의 수성 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스를 함유하고 물 함량이 44.2wt%(상기 함량 둘 다는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물의 총 중량을 기준으로 한다)이며, Si/Al 몰비가 1.85인 실시예 A1의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물인 개질 지오폴리머 조성물을 수득한다.
실시예 A2 내지 A4: 각각 16.7wt%, 20wt% 및 23.1wt%의 수성 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스를 함유하고 물 함량이 각각 39.5wt%, 37.9wt% 및 36.4wt%이며, 각각 1.85의 Si/Al 몰비를 갖는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물
(i) 물 33.9g, NaOH 19.65g, 실리카 18.45g, 소성된 카올린 40g, (ii) 물 26.9g, NaOH 19.65g, 실리카 18.45g, 소성된 카올린 40g 또는 (iii) 물 19.9g, NaOH 19.65g, 실리카 18.45g, 소성된 카올린 40g을 사용하여 비교 실시예 A1a의 일반 과정을 3회 반복하여 각각의 비개질 지오폴리머 조성물을 수득한다. 각각의 비개질 지오폴리머 조성물 및 보다 다량(각각 56.0g, 70.0g 및 84.0g)의 라텍스 DL 460(상기함)을 사용하여 실시예 A1의 일반 과정을 반복하여, 각각 수성 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스 16.7wt%, 20wt% 및 23.1wt%를 함유하고 물 함량이 각각 39.5wt%, 37.9wt% 및 36.4wt%(이들 모두는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물의 총 중량을 기준으로 함)이며, 각각 1.85의 Si/Al 몰비를 갖는 실시예 A2 내지 A4의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 수득한다.
실시예 A5a 내지 A5c: 각각 폴리(비닐 아세테이트/에틸렌) 라텍스 분말 4.8wt%, 9.1wt% 및 17wt%를 함유하고; 물 함량 = 36.8wt%; 및 Si/Al 몰비 = 1.625를 갖는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물. 제조법은 이후에 기재된다.
실시예 A6a 내지 A6d: 각각 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스 분말 4.8wt%, 9.1wt%, 23wt% 및 33wt%를 함유하고; 물 함량 = 36.8wt%; 및 Si/Al 몰비 = 1.625를 갖는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물. 제조법은 이후에 기재된다.
실시예 A7a 내지 A7d: 각각 폴리아크릴산 라텍스 분말 4.8wt%, 9.1wt%, 17wt% 및 23wt%를 함유하고; 물 함량 = 36.8wt%; 및 Si/Al 몰비 = 1.625를 갖는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물. 제조법은 이후에 기재된다.
실시예 A5a 내지 A7d의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물의 제조법:
별도로, (i) 비교 실시예 A1a의 비개질 지오폴리머 조성물 대신에 비교 실시예 A1b의 비개질 지오폴리머 조성물을 사용하고; (ii) 라텍스 DL 460 대신에 적당량의 Tg = 3℃인 폴리(비닐 아세테이트/에틸렌) 라텍스 분말(실시예 A5a 내지 A5c); 또는 Tg = 8℃인 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스 분말(실시예 A6a 내지 A6d); 또는 Tg = 10℃인 폴리아크릴산 라텍스 분말(실시예 A7a 내지 A7d)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 A1의 일반 과정을 반복한다. 이러한 제조법은 각각 4.8wt%, 9.1wt% 및 17wt%의 실시예 A5a 내지 A5c의 폴리(비닐 아세테이트/에틸렌) 라텍스 분말을 함유하는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물; 각각 4.8wt%, 9.1wt%, 23wt% 및 33wt%의 실시예 A6a 내지 A6d의 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스 분말을 함유하는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물; 및 각각 4.8wt%, 9.1wt%, 17wt% 및 23wt%의 실시예 A7a 내지 A7d의 폴리아크릴산 라텍스 분말을 함유하는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물인 개질 지오폴리머 조성물을 제공하며, 실시예 A5a 내지 A7d의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물 모두는 물 함량 = 36.8wt%이고; Si/Al 몰비 = 1.625이다.
실시예 A8: 물 함량 = 33.5wt%이고 Si/Al 몰비 = 1.9인 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물
물 48.8g, NaOH 21.9g, 실리카 29.3g을 갖는 물 함량이 감소된 나트륨 실리케이트 용액을 사용하고 물 함량이 감소된 나트륨 실리케이트 용액을 소성된 카올린 60.2g과 배합하여 물 함량 = 33.5wt%이고 Si/Al 몰비 = 1.9인 실시예 A8의 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물인 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물을 수득함으로써, 비교 실시예 A1c의 비개질 지오폴리머 조성물의 물 함량에 비해 감소된 물 함량을 갖는 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물을 제조한다.
실시예 B1 내지 B4: 각각 실시예 A1 내지 A4 중의 어느 하나의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 포함하는 5층 최종 시험 샘플. 제조법 및 시험은 이하에 기재되어 있다.
실시예 B5a 내지 B5c; B6a 내지 B6d; 및 B7a 내지 B7d: 각각 실시예 A5a 내지 A5c; A6a 내지 A6d; 및 A7a 내지 A7d 중의 어느 하나의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 포함하는 5층 최종 시험 샘플. 제조법 및 시험은 이하에 기재되어 있다.
실시예 B8: 실시예 A8의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 포함하는 5층 최종 시험 샘플. 제조법 및 시험은 이하에 기재되어 있다.
실시예 B1 내지 B8의 5층 최종 시험 샘플의 제조
시험 지오폴리머 조성물 대신에 각각 실시예 A1 내지 A4, B5a 내지 B5c; B6a 내지 B6d; 및 B7a 내지 B7d, 또는 B8의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물에 대해 인장 시험법의 단계(a) 및 단계(b)의 과정을 4회 반복하여 각각 실시예 B1 내지 B8의 4개의 5층 최종 시험 샘플을 수득한다. 4개의 5층 최종 시험 샘플 각각에 대해 인장 시험법의 상기한 단계(c)에 따라 평균 접착 강도를 측정한다. 개질 지오폴리머 조성물의 개질 유형, 중량% 및 인장 시험 결과가 아래 표 1에 기록되어 있다.
인장 시험 결과
샘플 번호 지오폴리머의 개질
(물 함량(wt%) 및 Si/Al 몰비(Si/Al))		 라텍스의
중량%(wt%)		 인장 강도
(kPa)		 95% 신뢰도
(kPa)
CE* B1a 없음
(수 함량 = 47.3 wt%; Si/Al = 1.85)
0
10		 N/a**
CE B1b 없음
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.6)
0
14
N/a
CE B1c 없음
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.9)
0
19
N/a
CE B1d 없음
(수 함량 = 33.5 wt%; Si/Al = 1.6)
0
8
N/a
B1 수성 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스
(수 함량 = 44.2 wt%; Si/Al = 1.85)
6.5
26
±2.9
B2 수성 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스
(수 함량 = 39.5 wt%; Si/Al = 1.85)
16.7
25
±2.8
B3 수성 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스
(수 함량 = 37.9 wt%; Si/Al = 1.85)
20.0
32
N/a
B4 수성 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스
(수 함량 = 36.4 wt%; Si/Al = 1.85)
23.15
26
±2.8
B5a 폴리(비닐 아세테이트/에틸렌) 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
4.8
9
N/a
B5b 폴리(비닐 아세테이트/에틸렌) 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
9.1
18
N/a
B5c 폴리(비닐 아세테이트/에틸렌) 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
17
8
N/a
B6a 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
4.8
140
N/a
B6b 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
9.1
68
±21
B6c 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
23
58
±14
B6d 폴리(스티렌-부타디엔) 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
33
49
±11
B7a 폴리아크릴산 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
4.8
43
N/a
B7b 폴리아크릴산 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
9.1
63
±24
B7c 폴리아크릴산 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
17
85.5
±24
B7d 폴리아크릴산 라텍스 분말
(수 함량 = 36.8 wt%; Si/Al = 1.625)
23
73.8
±30
B8 (감소된) 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질
(수 함량 = 33.5 wt%; Si/Al = 1.9)
0		 77
92
N/a
*CE는 비교 실시예를 의미하고; **N/a는 얻을 수 없음을 의미한다.
실시예에 의해 나타난 바와 같이, 본 발명의 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물은 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면을 피복시킬 수 있으며, 경화 및 건조 후, 유기 중합체 기재의 피복 준비된 표면 상에 접착성인, 몇몇 경우에는 고도로 접착성인 피복층을 형성할 수 있다. 이와 달리, 비개질 지오폴리머로 이루어져 있어 유기 중합체 라텍스가 없거나 감소된 물 함량 및 증가된 Si/Al 몰비의 조합을 갖지 않는 조성물은 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면에 접착되지 않거나 약하게 접착된다.
본 발명은 이의 바람직한 양태에 따라 위에 기재되어 있지만, 이것은 개시 내용의 취지 및 범위 내에서 변형될 수 있다. 따라서, 본 출원은 본원 명세서에 기재된 일반적인 원리를 사용하는 본 발명의 임의의 변화, 사용 또는 응용을 포함하는 것으로 의도된다. 추가로, 본 출원은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지되거나 통상적인 실시 내에 속하고 다음의 특허청구범위의 제한 내에 포함되는 것으로서 본원 명세서의 개시 내용으로부터 출발하는 것들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. (i) 지오폴리머와 유기 중합체 라텍스의 혼합물을 포함하는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물을 포함하거나; 또는 (ii) 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물[여기서, 상기 고도로 유기 중합체-접착 가능한은, 상기 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물이, 경화 및 건조된 후, 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면(예를 들면, 압출된 폴리스티렌 발포체 기재의 표면)에 50kPa 이상의 부착 강도(bond strength)로 부착될 수 있음을 특징으로 함을 의미한다]을 포함하는, 개질 지오폴리머 조성물.
  2. 지오폴리머와 유기 중합체 라텍스의 균일 혼합물을 포함하는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물인, 개질 지오폴리머 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물이, 수화된 폴리시알레이트(polysialate)와 1.0중량% 내지 50중량%의 유기 중합체 라텍스와의 제1 혼합물(상기 유기 중합체 라텍스의 중량%는 상기 제1 혼합물의 총 중량을 기준으로 한다)을 포함하는 것이거나 상기 제1 혼합물을 배합함으로써 형성된 것인, 개질 지오폴리머 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수화된 폴리시알레이트가 화학식 G: (M)y[-(-Si02)z-AlO2)]x?wH2O의 화합물이고, 여기서, M이 각각 독립적으로 원소 주기율표 1족의 양이온이고; x가 2 이상의 정수이며, 폴리시알레이트 반복 단위의 수를 나타내고; y가 x에 대한 y의 비가 0보다 크도록(y/x > 0) 선택된 정수이고; z가 1 내지 35의 유리수 또는 무리수이고; w가 x에 대한 w의 비가 폴리시알레이트 반복 단위당 물의 몰비를 나타내도록 하는 유리수 또는 무리수인, 개질 지오폴리머 조성물.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 혼합물을 형성하는데 사용되는 상기 유기 중합체 라텍스가, 수성 유기 중합체 라텍스와 0.05중량% 내지 10중량%의 라텍스 안정제를 포함하는 제2 혼합물(상기 라텍스 안정제의 중량%는 상기 제2 혼합물의 총 중량을 기준으로 한다)을 포함하는, 개질 지오폴리머 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수성 유기 중합체 라텍스가 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌 또는 폴리(스티렌-부타디엔)의 수성 분산액을 포함하는, 개질 지오폴리머 조성물.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제1 혼합물을 형성하는데 사용되는 상기 유기 중합체 라텍스가 유기 중합체 라텍스 분말을 포함하는, 개질 지오폴리머 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유기 중합체 라텍스 분말이, 아크릴산 단량체로부터 제조된 단독중합체 및 아크릴산 단량체의 잔기를 포함하는 단독중합체 또는 폴리(스티렌 부타디엔) 공중합체를 포함하는, 개질 지오폴리머 조성물.
  9. 제2항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물은 고도로 유기 중합체-접착 가능함을 특징으로 하고, 상기 고도로 유기 중합체-접착 가능한은 상기 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물이, 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면과 접촉하여 경화 및 건조된 후, 상기 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 상에 고도로 유기 중합체-접착성인 경화되고 건조된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 층을 생성함을 의미하며, 상기 고도로 유기 중합체-접착성인 경화되고 건조된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 층은 상기 유기 중합체 기재의 상기 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부에 50.0kPa 이상의 부착 강도로 접착됨을 특징으로 하는, 개질 지오폴리머 조성물.
  10. 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물인 개질 지오폴리머 조성물로서,
    상기 고도로 유기 중합체-접착 가능한은 상기 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물이, 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면과 접촉하여 경화 및 건조된 후, 상기 유기 중합체 기재의 상기 피복-준비된 표면상에 고도로 유기 중합체-접착성인 경화되고 건조된 개질 지오폴리머 층을 생성함을 의미하며, 상기 고도로 유기 중합체-접착성인 경화되고 건조된 개질 지오폴리머 층은 상기 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부에 50.0kPa 이상의 부착 강도로 접착됨을 특징으로 하는, 개질 지오폴리머 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물이 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물이고, 상기 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물이, 상기 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머의 총 중량을 기준으로 하여, 36.0중량% 미만의 물을 가지며, 1.70 이상의 규소/알루미늄 몰비를 갖는, 개질 지오폴리머 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물이 화학식 G: (M)y[-(-Si02)z-AlO2)]x?wH2O의 수화된 폴리시알레이트를 포함하고, 여기서, M이 각각 독립적으로 원소 주기율표 1족의 양이온이고; x가 2 이상의 정수이며, 폴리시알레이트 반복 단위의 수를 나타내고; y가 x에 대한 y의 비가 0보다 크도록(y/x > 0) 선택된 정수이고; z가 상기 규소/알루미늄 몰비이며, 1.70 내지 35의 유리수 또는 무리수이고; w가 x에 대한 w의 비가 폴리시알레이트 반복 단위당 물의 몰비를 나타내도록 하는 유리수 또는 무리수인, 개질 지오폴리머 조성물.
  13. 제12항에 있어서, (a) z가 1.70 내지 3이거나, (b) z가 1.9 내지 3이고, 상기 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머 조성물이, 상기 물 농도- 및 Si/Al 몰비-개질 지오폴리머의 총 중량을 기준으로 하여, 34.0중량% 미만의 물을 갖는, 개질 지오폴리머 조성물.
  14. 유기 중합체 기재와 접착 실효적 접촉(adhering operative contact)(상기 접착 실효적 접촉은 25kPa 이상의 부착 강도를 가짐을 특징으로 할 수 있다)된 건조된 개질 지오폴리머 층을 포함하는 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재의 제조방법으로서, 상기 방법이 상기 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재를 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층의 건조의 함수(function)로서 형성함을 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 전구체 개질 지오폴리머 층을 경화시켜 경화된 전구체 개질 지오폴리머 층을 수득함을 추가로 포함하고, 여기서, 상기 경화가 건조와 본질적으로 동시에 일어나거나, 상기 경화가 건조보다 실질적으로 선행되는, 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 방법이
    (a) 피복-준비된 표면을 갖는 상기 유기 중합체 기재를 제공하는 단계;
    (b) 개질 지오폴리머 조성물을 상기 유기 중합체 기재의 상기 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부에 접촉시켜 상기 유기 중합체 기재의 상기 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부와 물리적으로 접촉된 개질 지오폴리머 전구체 층을 제공하는 단계(여기서, 상기 개질 지오폴리머 조성물은 (i) 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물이거나; 또는 (ii) 고도로 유기 중합체-접착 가능한 개질 지오폴리머 조성물이다);
    (c) 상기 개질 지오폴리머 전구체 층을 경화시켜 상기 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층을 제공하는 단계; 및
    (d) 상기 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층을 당해 층으로부터 25중량% 이상의 물을 제거하도록 건조시켜 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재를 제공하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 경화되고 건조된 개질 지오폴리머 층, 경화된 개질 지오폴리머 전구체 층 및 개질 지오폴리머 전구체 층 각각이, 경화되고 건조된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 층; 경화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 전구체 층; 및 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 전구체 층을 포함하고; 상기 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 전구체 층이, 수화된 폴리시알레이트와 1.0중량% 내지 50중량%의 유기 중합체 라텍스와의 제1 혼합물(여기서, 상기 유기 중합체 라텍스의 중량%는 상기 제1 혼합물의 총 중량을 기준으로 한다)을 포함하거나 상기 제1 혼합물을 배합함으로써 형성되는 안정화된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 조성물로부터 형성되고; 상기 유기 중합체 라텍스가 유리 전이 온도를 가짐을 특징으로 하고, 상기 건조 단계가 건조 온도를 가짐을 특징으로 하며, 상기 건조 단계의 상기 건조 온도가 상기 유기 중합체 라텍스의 유리 전이 온도보다 높고, 상기 경화되고 건조된 지오폴리머-유기 중합체 라텍스 층이, 인장 시험법(tensile pull test)으로 측정하는 경우, 25kPa 이상의 부착 강도로 상기 유기 중합체 기재의 상기 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부에 접착됨을 특징으로 하는, 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 유기 중합체 기재가 폴리스티렌을 포함하는, 방법.
  19. 유기 중합체 기재의 피복-준비된 표면 또는 상기 표면의 일부와 접착 실효적 접촉된 건조된 개질 지오폴리머 층(상기 접착 실효적 접촉은 25kPa 이상의 부착 강도를 가짐을 특징으로 한다)을 포함하는, 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재.
  20. 제19항의 지오폴리머-피복된 유기 중합체 기재를 포함하는, 제품.
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