KR20120117766A

KR20120117766A - 보강 고분자 복합체

Info

Publication number: KR20120117766A
Application number: KR1020127014139A
Authority: KR
Inventors: 톰 바에켈란트; 알라인 레플라에; 알베르트 소메르스
Original assignee: 엔브이 베카에르트 에스에이
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2012-10-24
Also published as: JP2013512321A; WO2011067137A1; CN102667025A; EP2507443A1; JP5830025B2; CN102667025B; US20120238685A1

Abstract

보강 고분자 복합체는 열가소성 물질의 기질을 포함하고 기질은 하나 이상의 신장 금속 요소에 의해 보강된다. 신장 금속 요소는 기질에 내장되기 전에 적어도 첫 번째 층 및 두 번째 층으로 코팅되고, 첫 번째 층은 접착력 증진 층을 포함하고, 두 번째 층은 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합 또는 그래프트된 폴리올레핀을 포함한다. 보강 고분자 복합체는 추가적으로 0 중량% 내지 95 중량%의 농도로 나무 입자를 포함한다. 이것은 또한 보강 고분자 복합체의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

보강 고분자 복합체{A REINFORCED POLYMER COMPOSITE}

본 발명은 보강 고분자 복합체에 관한 것이다. 이것은 또한 보강 고분자 복합체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 추가적으로 복합체를 보강하는 신장 금속 요소에 관한 것이다.

보강 고분자 복합체 및 특히 목재 고분자 복합체 (WPC)는 구조적 적용에 널리 사용된다. WPC는 나무 및 고분자를 포함하는 복합체이다. 구조적 적용의 경우, WPC와 같은 보강 고분자 복합체는 집, 시각적으로 닫힌 울타리, 테라스 바닥 또는 정원에 있는 정자 등의 벽 판자에 사용된다. 그러나 이것은 고하중 아래서 크립 및 무거운 늘어짐을 겪기 때문에 건설시에 하중 지지 용도로 사용할 수 없다.

복합체의 강성도 및 크립 저항성을 증가시키기 위해, 강선(steel wire) 또는 강철 케이블(steel cable)을 복합체에 내장했다.

WO2004/083541은 열가소성 합성 고분자 물질의 기질 및 나무 입자 또는 셀룰로오스-함유 입자를 포함하고 강선 또는 강철 케이블을 내장하는 복합체 물질을 설명한다. 강선 또는 강철 케이블은 보강 요소로 사용된다. 기질에 내장하기 전에, 개질된 고분자의 얇은 층이 강선 또는 강철 케이블에 적용된다. 개질된 고분자는 기질 및 강선 또는 강철 케이블 모두와 상호작용한다. 개질된 고분자는 폴리프로필렌일 수 있다. 문제점은 보강 요소를 매우 쉽게 복합체에서 뗄 수 있다는 것이다. 한편으로는, 보강 요소 및 기질 사이의 접착력이 약하기 때문에, 강선 또는 강철 케이블은 기질에 확실하게 내장될 수 없다. 따라서, 이런 복합체 물질에 의한 보강이 있을 때 하중 지지 구조는 안정하지 않다.

WO 2009/082350은 고분자 및 천연 섬유 사이의 공존성을 증가시키기 위한 커플링제를 사용하는 고분자/천연 섬유 복합체 펠렛을 설명한다. 커플링제는 말레산 무수물, 말레산 무수물 개질된 고분자, 모노- 또는 멀티-관능기 반응성 질소 기를 가진 화합물 및 실란으로부터 선택된다. 보통 사용되는 톱밥 및 제분 부스러기보다 더 긴 천연 섬유는 복합체 펠렛의 보강성을 향상시키기 위해 사용된다. 천연 섬유는 면, 삼, 황마, 아마, 모시, 사이잘 또는 셀룰로오스 나무 섬유이다. 이 천연 섬유 고유의 특성때문에, 복합체 펠렛은 무게 및 힘을 지탱하기 위한 하중 지지 용도로 사용되기에 충분히 뻣뻣하지 않다.

본 발명의 목적은 선행 기술의 단점을 극복하기 위함이다.

또한 본 발명의 목적은 복합체 및 그것의 보강제 사이에 뛰어난 접착력을 가진 보강 고분자 복합체를 제공하는 것이다. 더욱 특히 본 발명의 목적은 보강 목재 고분자 복합체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 보강 고분자 복합체, 특히 보강 목재 고분자 복합체의 제조를 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 고분자 복합체, 특히 보강 목재 고분자 복합체를 보강하기위해 신장 금속 요소를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 보강 고분자 복합체는 열가소성 물질의 기질을 포함하고 기질은 하나 이상의 신장 금속 요소에 의해 보강된다. 기질에 내장되기 전에 신장 금속 요소는 적어도 첫 번째 층 및 두 번째 층으로 코팅된다. 첫 번째 층은 접착력 증진 층을 포함하고, 두 번째 층은 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀을 포함한다.

보강 고분자 복합체는 추가적으로 0 중량% 내지 95 중량%의 농도로 나무 입자를 포함한다. 나무 입자의 농도는 0 중량% 내지 95 중량% 사이이다. 바람직하게는 나무 입자의 농도는 20 중량% 내지 80 중량%이다. 더욱 바람직하게는 나무 입자의 농도는 35 중량% 내지 80 중량%이다. 가장 바람직하게는 나무 입자의 농도는 70 중량% 내지 80 중량%이다. 여기서 '중량%'는 총 중량이 보강 고분자 복합체의 중량일 때 중량 백분율을 의미한다.

기질에 잘 접착하기 위해서, 신장 금속 요소를 기질에 내장하기 전에 하나 이상의 첫 번째 층 및 두 번째 층으로 코팅한다. 두 층 때문에, 신장 금속 요소는 확실히 기질에 내장된다.

첫 번째 층은 규소계 코팅, 티타늄계 코팅 또는 지르코늄계 코팅과 같은 접착력 증진 층을 포함한다.

본 발명에 따르면, '규소계 코팅'은 규소를 포함하는 임의의 코팅을 의미한다. 바람직하게는 규소계 코팅은 실란계 코팅을 포함한다.

본 발명에서, '실란계 코팅'은 유기관능성 실란을 포함하는 임의의 코팅을 지칭한다. 바람직하게는 실란계 코팅은 다음의 화학식을 가진다:

Y'-R'-SiX'3

상기 식에서,

- SiX'3은 첫 번째 관능기를 포함하고;

- R'은 스페이서를 포함하고;

- Y'은 두 번째 관능기를 포함한다.

첫 번째 관능기 SiX'3은 신장 금속 요소에 결합할 수 있다.

X'은 독립적으로 -OH, -R, -OR, -OC(=O)R 및 -Cl, -Br, -F와 같은 할로겐으로 구성되는 군으로부터 선택되는 규소 관능기를 나타내고, 상기 -R은 알킬, 바람직하게는 C₁-C₄ 알킬, 가장 바람직하게는 -CH₃ 및 -C₂H₅다.

두 번째 관능기 Y'은 개질된 폴리올레핀의 하나 이상의 관능기와 결합 또는 상호작용할 수 있다. 바람직하게는 Y'은 -NH₂, -NHR', -NR'₂, 불포화 말단 이중 또는 삼중 탄소-탄소 기, 아크릴산, 메타크릴산 기 및 이것의 메틸, 또는 에틸 에스테르, -CN, -SH, 이소시아네이트 기, 티오시아네이트 기 및 에폭시 기로 구성된 군으로부터 선택된다.

본 발명에 따르면, '티타늄계 코팅'은 티타늄을 포함하는 임의의 코팅을 의미한다. 바람직하게는 티타늄계 코팅은 티탄산염을 포함한다.

본 발명에 따르면, '지르코늄계 코팅'은 지르코늄을 포함하는 임의의 코팅을 의미한다. 바람직하게는 지르코늄계 코팅은 지르콘산염을 포함한다.

첫 번째 층의 두께는 바람직하게는 1 μm를 넘지 않고, 더욱 바람직하게는 첫 번째 층의 두께는 5 nm 내지 1000 nm의 범위이고, 가장 바람직하게는 첫 번째 층의 두께는 5 nm 내지 200 nm의 범위이다.

두 번째 층은 신장 금속 요소의 첫 번째 층의 위에 적용된다. 이것은 첫 번째 층 및 열가소성 물질의 기질 사이에 접착력을 향상시키기 위해 사용된다. 이 목적으로, 두 번째 층은 개질된 올레핀: 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀을 포함한다. 게다가, 개질된 폴리올레핀은 하나 이상의 단량체와 공중합 또는 그래프트된 폴리올레핀이고, 단량체는 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함한다. 두 번째 층은 기질에서 열가소성 물질과 잘 상호작용한다.

WO 99/20682는 고분자 생성물을 보강하기 위한 금속 요소가 뛰어난 접착력을 위해 실란의 이관능 커플링제를 기초로 하여 단층 코팅될 수 있고, 금속 요소는 추가적으로 단층 상에 비-개질된 폴리올레핀 층, 즉, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리부타디엔으로 코팅될 수 있음을 설명한다. 아미노 실란 및 비-개질된 폴리올레핀, 즉 비-개질된 폴리에틸렌 또는 비-개질된 폴리프로필렌으로 코팅된 금속 요소 및 고분자의 기질 사이의 접착력은 POF 시험으로 측정된다. POF 시험은 고분자 기질로부터 금속 요소를 떼어내는 힘을 측정하기 위해 사용된다. POF 시험 결과는 아미노 실란 및 비-개질된 폴리올레핀으로 코팅된 금속 요소 및 고분자 기질 사이의 접착력이 금속 요소가 고분자 기질로부터 너무 쉽게 떼어져서 매우 좋지 않음을 보인다. 접착력 시험의 결과에 따르면, WO 99/20682에서 비-개질된 폴리올레핀인 폴리올레핀 층이 고분자 생성물에 단층으로 코팅된 금속 요소에 추가적인 접착 효과를 부여할 수 없다. 다른 말로, 단층 및 비-개질된 폴리올레핀 층으로 코팅된 금속 요소의 고분자 생성물에 대한 접착력은 단층으로 코팅된 금속 요소의 접착력과 비슷하거나 또는 심지어 더 나쁘다. 비-개질된 폴리올레핀은 실란과의 접착력이 주어지지 않는다.

WO 99/20682와 비교하면, 본 발명은 비-개질된 폴리올레핀으로부터 개질된 폴리올레핀으로 두 번째 층을 향상시킨다. 무수물 또는 카르복실산 관능기 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀 층은 접착력 증진 층으로 코팅된 금속 요소 및 고분자 복합체 사이에서 뛰어나게 유익한 접착력을 가져온다. 접착력 증진 층 및 무수물 또는 카르복실산 관능기 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀 층으로 코팅된 금속 요소의 열가소성 물질의 기질에 대한 접착력은 접착력 증진 층 및 비-개질된 폴리올레핀 층으로 코팅된 금속 요소보다 훨씬 더 낫다. 본 발명에서 개질된 폴리올레핀에는 증진 층, 예를 들어 규소계 코팅, 티타늄계 코팅 또는 지르코늄계 코팅 및 기질 내 열가소성 물질 사이에 크게 향상된 접착력이 존재한다. 증진 층 및 무수물 또는 카르복실산 관능기 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀 층의 두 층은 신장 금속 요소 및 기질 내 열가소성 물질 사이에서 향상된 접착력을 제공한다.

바람직하게는, 무수물은 산 무수물을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 무수물은 말레산 무수물을 포함한다.

카르복실산 관능기는 바람직하게는 아크릴산 관능기를 포함한다.

두 번째 층의 두께는 첫 번째 층 및 열가소성 물질의 기질 사이에서의 접착력의 요구에 의해 결정된다. 두 번째 층의 바람직한 두께는 10 μm 내지 100 μm의 범위이고, 더욱 바람직하게는 두 번째 층의 두께는 30 μm 내지 50 μm의 범위이다.

본 발명에 따르면, 폴리올레핀은 바람직하게는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로부터 선택된다.

두 층 코팅 때문에, 이것은 신장 금속 요소 및 열가소성 물질의 기질사이에 뛰어난 접착력이 존재하고, 따라서 신장 금속 요소는 기질 속에 잘 내장된다.

본 발명의 목적을 위해, 신장 금속 요소는 금속 선, 또는 금속 줄, 예를 들어 강선 또는 강철 줄(steel cord)일 수 있다.

'금속 선'은 임의의 횡단면 종류 및 임의의 직경을 가지는 금속 필라멘트를 의미한다. 바람직하게는 강선이 둥근 강선 또는 평평한 강선이다. 또한 프로파일된 선을 고려할 수 있다.

본 발명의 목적을 위해, '금속 줄'은 둘 이상의 필라멘트 또는 스트랜드 또는 필라멘트의 조합 및 스트랜드로 구성된 구조로 정의된다.

강철 줄의 예는 다음의 구조 1+6, 2+7, 3+9, 4+6, 3×1, 7×1 또는 1+6+12를 가지는 강철 줄이다.

'스트랜드'는 추가적인 가공을 위한 유닛 생성물을 형성하기 위해 함께 조합되는 필라멘트 군으로 정의된다.

구조의 설명은 줄의 제조의 순서, 즉, 가장 안쪽의 필라멘트 또는 스트랜드로 시작하여 바깥쪽으로 이동하는 것에 따른다. 줄의 전체 설명은 다음의 식으로 주어진다:

(N×F)+(N×F)+(N×F)

상기 식에서 N = 스트랜드의 수;

F = 필라멘트의 수.

(N 또는 F가 1일 때, 이들은 포함되지 않음)

임의의 금속이 신장 금속 요소를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 고탄소 강철 합금, 저탄소 강철 합금 또는 스테인리스 강철 합금과 같은 합금이 사용된다.

신장 금속 요소는 첫 번째 층이 제공되기 전에 적합한 코팅으로 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있다. 이런 적합한 코팅은 아연 또는 아연 합금 코팅, 예를 들어 아연 놋 코팅, 아연 알루미늄 코팅 또는 아연 알루미늄 마그네슘 코팅일 수 있다. 이런 코팅은 물 또는 산으로부터 신장 금속 요소의 부식을 막아줄 수 있고 동시에 또한 신장 금속 요소 및 첫 번째 층 사이에 접착력을 향상시킬 수 있다.

신장 금속 요소의 보강 때문에, 고분자 복합체는 뛰어난 강성도 및 크립 저항성을 가진다.

본 발명의 특별한 실시양태에 따르면, 보강 고분자 복합체는 나무 입자와 혼합된다. 보강 고분자 복합체에 나무 입자는 복합체의 E-계수를 향상시킨다. 나무 입자는 열가소성 물질과 잘 상호작용하여, 복합체의 E-계수가 높아진다. 추가적으로 나무 입자는 최종 생성물의 자연 외관이 나무처럼 보이도록 만들 수 있게 제공된다.

본 발명에 따르면, 열가소성 물질은 바람직하게는 폴리올레핀, 공중합된 폴리올레핀, 그래프트된 폴리올레핀 또는 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 고분자이다. 바람직하게는 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀은 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀이다.

바람직하게는 열가소성 물질은 두 번째 층의 물질과 같다.

본 발명의 두 번째 양상에 따르면, 보강 고분자 복합체의 제조 방법이 제공된다.

본 방법은 다음의 단계를 포함한다:

하나 이상의 신장 금속 요소를 제공하는 단계;

신장 금속 요소에, 접착력 증진 층을 포함하는 첫 번째 층을 적용하는 단계;

첫 번째 층의 위에, 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀을 포함하는 두 번째 층을 적용하는 단계;

첫 번째 층 및 두 번째 층으로 코팅된 하나 이상의 신장 금속 요소를 열가소성 물질의 기질에 내장시키는 단계.

바람직하게는, 열가소성 물질의 기질은 금속 요소를 내장하기 전에 나무 입자와 혼합한다. 나무 입자의 농도는 0 중량% 내지 95 중량%이다.

첫 번째 층 및 두 번째 층은 이 분야에서 공지된 임의의 기술에 의해 적용될 수 있다.

바람직하게는 첫 번째 층은 신장 금속 요소를 접착력 증진제 바스에 담금으로써 적용할 수 있다. 이어서, 코팅된 신장 금속 요소는 건조될 수 있다.

바람직하게는 두 번째 층은 압출 성형 다이를 통해 고압하에서 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합 또는 그래프트된 용융된 폴리올레핀을 신장 금속 요소에 적용함으로써, 또는 신장 금속 요소에 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합 또는 그래프트된 폴리올레핀의 용액 또는 에멀전으로 코팅하고 이어서 상기 코팅을 건조시킴으로써 첫 번째 층 위에 적용한다.

게다가 보강 고분자 복합체의 제조 방법은 시장 또는 소비자가 횡단면에 원하는 프로파일을 얻도록 하기 위해 건조, 경화, 형성 및/또는 절단을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적에 따르면, 신장 금속 요소는 고분자 복합체를 보강하기 위해 사용되도록 제공된다. 신장 금속 요소는 적어도 첫 번째 층 및 두 번째 층으로 코팅되고, 첫 번째 층은 접착력 증진 층을 포함하고, 두 번째 층은 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합 또는 그래프트된 폴리올레핀을 포함한다.

첫 번째 층은 규소계 코팅, 티타늄계 코팅 또는 지르코늄계 코팅을 포함하는 접착력 증진 층을 포함한다.

두 번째 층은 하나 이상의 단량체와 공중합 또는 그래프트된 폴리올레핀을 포함하고, 단량체는 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함한다. 바람직하게는 폴리올레핀은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌이다.

신장 금속 요소는 첫 번째 층에 적용하기 전에 적합한 코팅제로 코팅되거나 또는 코팅되지 않을 수 있다. 이런 적합한 코팅은 아연 또는 아연 합금 코팅, 예를 들어 아연 놋 코팅, 아연 알루미늄 코팅 또는 아연 알루미늄 마그네슘 코팅일 수 있다. 이런 코팅은 물 또는 산으로부터 신장 금속 요소의 부식을 막아줄 수 있고 신장 금속 요소 및 첫 번째 층 사이에 접착력을 향상시킬 수 있다.

신장 금속 요소 및 열가소성 물질의 기질 사이의 뛰어난 접착력 및 신장 금속 요소의 뛰어난 보강력 때문에, 보강 고분자 복합체는 하중 지지 분야, 특히 주택, 전신주, 창문 및 문 틀, 비계판, 지주 보강제 등에 사용하기에 충분히 뻣뻣하고 안정하다. 게다가 보강 고분자 복합체는 여러 개의 중공 부분을 가지는 이런 프로파일로 만들어지고, 특히 얇은 벽을 가진다. 고분자 복합체의 고 강성도는 압력 및 전단에 하중이 실리는 여러 개의 구멍 사이에서 격벽의 더 높은 탄성 안정성을 이끈다.

'하중 지지'는 무게 및 힘의 지지를 의미한다.

보강 고분자 복합체는 횡단면에서 I-프로파일, H-프로파일, 또는 몸체 및 다리 또는 팔을 포함하는 임의의 다른 프로파일의 모양을 가질 수 있다. 추가적으로 보강 고분자 복합체는 횡단면에서 관 모양의 프로파일, 여러 개의 관 모양의 프로파일, 중공 프로파일, 또는 여러 개의 중공 모양을 가질 수 있다.

본 발명에서, '중량%'는 총 중량이 보강 고분자 복합체의 중량일 때 중량 백분율을 의미한다.

도 1은 어떤 층도 없는 선행 기술의 둥근 강선의 단면도를 도시하고;
도 2는 첫 번째 층 및 두 번째 층이 있는 둥근 강선의 단면도를 도시하고;
도 3은 첫 번째 층 및 두 번째 층이 있는 평평한 강선의 단면도를 도시하고;
도 4는 첫 번째 층 및 두 번째 층이 있는 7×1 강철 줄의 단면도를 도시하고;
도 5는 첫 번째 층이 있는 7×1 강철 줄의 단면도를 도시하고;
도 6은 보강 고분자 복합체의 I 프로파일의 단면도를 도시하고;
도 7은 보강 고분자 복합체의 관 모양의 프로파일의 단면도를 도시한다.

둥근 강선은 다음과 같이 제조한다:

선 로드(rod) 조성물은 바람직하게는 최소 탄소 함량 0.60 % 및 최대 탄소 함량 약 1.10 % 사이 범위의 탄소 함량, 0.40 % 내지 0.70 % 범위의 망간 함량, 0.15 % 내지 0.30 % 범위의 규소 함량, 최대 황 함량 0.03 %, 최대 인 함량 0.30 %를 가지고, 모든 백분율은 중량 퍼센트이고 상기 총 중량은 선 로드의 중량이다. 보통 여기에 매우 높은 인장 강도의 경우를 제외하고는 구리, 니켈, 알루미늄, 티타늄 및 질소 및/또는 크로뮴이 매우 극미량 있다.

선 로드는 맨 처음 표면에 존재하는 산화물을 제거하기 위하여 기계적인 제석 및/또는 H₂SO₄ 또는 HCl 용액에서의 화학적 산세척으로 세척한다. 선 로드는 그 후에 물로 헹구고 건조된다. 건조된 선 로드는 그 후에 첫 번째 중간체의 직경까지 직경을 감소시키기 위하여 첫 번째 일련의 건식 연신(drawing) 작업을 겪는다.

이 첫 번째 중간체의 직경에서, 예를 들어 약 3.0 내지 3.5 mm에서, 건식 연신된 강선은 패턴팅(patenting)이라 불리는 첫 번째 중간체 열 처리를 겪는다. 강선은 그 후에 추가적인 기계적 변형을 준비한다.

그 후에 강선은 추가적으로 직경 감소 단계의 두 번째에서 두 번째 중간체 직경까지 첫 번째 중간체 직경으로부터 건식 연신된다. 두 번째 직경은 통상적으로 1.0 mm 내지 2.5 mm의 범위이다.

이 두 번째 중간체 직경에서, 강선은 두 번째 패턴팅 처리를 겪어 펄라이트(pearlite)로의 변형이 가능해진다.

덧붙여서, 이 두 번째 패턴팅 처리 후에는, 강선에 아연 코팅 또는 아연 합금 코팅이 제공될 수 있다.

그 후에 강선 (추가적으로 아연 또는 아연 합금 코팅과 함께 또는 없이)은 미리-결정된 직경을 얻기 위하여 습식 연신기(drawing machine)의 수단으로 마지막 일련의 횡단면 감소를 겪는다.

가능한 강선은 오일 템퍼링된 강선이다.

가능한 하나의 둥근 강선은 평평한 강선 또는 다른 프로파일된 선, 예를 들어 타원형으로 프로파일된, I-프로파일, 또는 H-프로파일된 선을 얻기 위해 하나 이상의 적합한 성형 프로파일 다이를 통과한다.

가능한 몇몇 강선, 둥근 및/또는 평평한 강선은 강철 줄을 얻기 위해서 꼬임기(twisting machine)를 통과한다.

도 1은 선행 기술로 공지된 다른 층이 없는 둥근 강선 (10)을 도시한다.

도 2는 노출형 강선 (10) 및 첫 번째 층 (14) 및 두 번째 층 (16)을 포함하는 강선 (12)을 도시한다. 첫 번째 층 (14)은 아미노 실란 코팅을 포함한다. 두 번째 층 (16)은 말레산 무수물 그래프트된 폴리프로필렌 코팅을 포함한다.

첫 번째 층 (14)은 아미노 실란을 포함하는 용액에 줄을 담그고 이어서 건조시킴으로써 강선 (10)에 적용된다. 두 번째 층 (16)은 압출 성형 다이를 통해 고온에서 용융된 말레산 무수물 그래프트된 폴리프로필렌을 적용하여 첫 번째 층 (14)에 적용된다.

도 3은 노출형 강선 (20) 및 첫 번째 층 (26) 및 두 번째 층 (28)을 포함하는 평평한 강선 (22)을 도시한다. 첫 번째 층 (26)은 아미노 실란 코팅을 포함하고, 두 번째 층 (28)은 아크릴산 관능기 공중합된 폴리프로필렌 코팅을 포함한다. 강선 (20)은 첫 번째 층 코팅 (26)을 적용하기 전에 아연 코팅 (24)으로 코팅된다.

첫 번째 층 (26)은 아미노 실란을 포함하는 용액에 선을 담그고 이어서 건조시킴으로써 아연 코팅 (24)에 적용된다. 두 번째 층 (28)은 압출 성형 다이를 통해 고온에서 용융된 아크릴산 관능기 공중합된 폴리프로필렌을 적용하여 첫 번째 층 (26) 상에 적용한다. 추가적으로 강선 (22)은 압출 성형 후에 건조시킬 수 있다.

도 4는 직경 0.35 mm를 가지는 7 개의 강철 필라멘트, 첫 번째 층 (34) 및 두 번째 층 (36)으로 구성되는 노출형 강철 줄 (30)을 포함하는 7×1 구조의 강철 줄 (32)을 도시한다. 첫 번째 층 (34)은 아미노 실란 코팅을 포함하고, 두 번째 층 (36)은 말레산 무수물 그래프트된 폴리프로필렌 코팅을 포함한다.

첫 번째 층 (34)은 줄을 아미노 실란을 포함하는 용액에 담그고 이어서 건조시킴으로써 노출형 강철 줄 (30)에 적용된다. 두 번째 층 (36)은 압출 성형 다이를 통해 고온에서 용융된 말레산 무수물 그래프트된 폴리프로필렌을 적용하여 첫 번째 층 (34)에 적용된다.

도 5는 노출형 강철 줄 (30) 및 첫 번째 층 (34)을 포함하는 7×1 구조의 선행 기술 강철 줄 (40)을 도시한다.

첫 번째 층 (34)은 아미노 실란을 포함하는 용액에 줄을 담그고 이어서 건조시킴으로써 노출형 강철 줄 (30)에 적용된다.

그 후에 보강 고분자 복합체가 제조된다. 열가소성 물질의 기질, 예를 들어, 폴리올레핀, 공중합된 폴리올레핀, 그래프트된 폴리올레핀 또는 이들의 조합이 나무 입자와 혼합될 수 있다. 나무 입자가 첨가된다면, 이들은 0 중량% 내지 95 중량% 범위의 농도, 예를 들어 35 중량% 초과의 농도로, 더욱 특히 70 중량% 내지 80 중량% 범위의 농도로 첨가된다. 나무 입자는 바람직하게는 그들의 수분이 1 % 미만일 때까지 (여기서 1 %는 중량 백분율이고 총 중량은 나무 입자의 중량이다) 기질에 혼합되기 전에 건조된다. 그 후에 두 개 이상의 층을 포함하는 적어도 신장 금속 요소, 예를 들어 강선 (12), 강선 (22) 또는 강철 줄 (32)은 기질 속에 내장된다. 그 후에 기질은 보강 고분자 복합체를 얻기 위해 냉각된다. 게다가 보강 고분자 복합체는 수송 및 소비자의 요구에 따라 원하는 프로파일로 형성될 수 있고 원하는 길이로 자를 수 있다. 자세한 설명은 특허 출원 WO2004/03541에서 개시된다.

신장 금속 요소 및 고분자 복합체 사이의 접착력은 떼어내는 힘 (POF)을 결정함으로써 측정된다. 고분자 복합체에 내장된 신장 금속 요소의 길이 (내장 길이)가 결정된다. 신장 금속 요소를 고분자 복합체로부터 떼어내는데 필요한 힘을 측정하는 것이다. POF의 값이 클수록, 접착력은 더 좋아진다.

보강 고분자 복합체에 대한 두 층으로 코팅된 강선 (12) 및 선행 기술 강선 (10)의 접착력을 비교했다. 표 1은 그 결과를 요약한 것이다.

표 1에 따르면, 선행 기술 강선 (10) 및 중합성 복합체 사이의 떼어내는 힘과 비교하면, 두 층으로 코팅된 강선 (12) 및 고분자 복합체 사이의 떼어내는 힘이 크게 증가된다. 다시 말해서, 두 층으로 코팅된 신장 금속 요소 및 고분자 복합체 사이의 접착력이 어떤 코팅도 되지 않은 신장 금속 요소 및 고분자 복합체 사이의 접착력보다 더 좋다.

열가소성 물질로 폴리프로필렌을 포함하는 보강 고분자 복합체에 대한 두 층으로 코팅된 강철 줄 (32), 선행 기술 강철 줄 (40), 선행 기술 강철 줄 (30) 및 선행 기술 강철 줄 (70)의 접착력이 비교된다. 선행 기술 강철 줄 (70)은 첫 번째 층으로 아미노 실란 코팅 및 두 번째 층으로 폴리프로필렌 코팅으로 코팅된 강철 줄이다. 표 2는 그 결과를 요약한 것이다.

표 2에 따르면 본 발명에 따른 두 층으로 코팅된 강철 줄 (32)을 사용함으로써 강철 줄 및 열가소성 물질의 기질 사이 접착력에서 큰 향상이 얻어짐이 명백하다. 선행 기술 강철 줄 (30) (어떤 코팅도 없는 강철 줄)과 비교하면 열가소성 물질 및 강철 사이의 접착력은 20 배 초과로 향상된다.

선행 기술 강철 줄 (40), 한 개 층으로 코팅된 (아미노 실란) 강철 줄은 열가소성 물질과는 나쁜 접착력을 보인다. 첫 번째 층으로 아미노 실란 코팅 및 두 번째 층으로 폴리프로필렌 (비-개질된 폴리프로필렌) 코팅을 갖는 강철 줄인 선행 기술 강철 줄 (70)에 대해서는 강철 및 열가소성 물질 사이에 매우 나쁜 접착력이 얻어진다. 선행 기술 강철 줄 (70) 및 열가소성 물질 사이의 접착력은 심지어 선행 기술 강철 줄 (40) 및 열가소성 물질 사이의 접착력보다 더 나쁘다.

표 2에서 아미노 실란 코팅 또는 비-개질된 폴리프로필렌 코팅과의 조합에서 아미노 실란 코팅의 조합은 강철 줄 및 열가소성 물질 사이에 접착력이 없거나 매우 나쁜 접착력은 제공한다.

게다가 표 2에서 본 발명에 따라 아미노 실란을 사용하는 강철 줄 및 개질된 폴리프로필렌 코팅 사이에서는 놀라울 정도로 뛰어난 접착력이 명백하다.

4×7의 구조를 가지고 각기 어떤 것으로도 코팅되지 않은 강철 줄 (강철 줄 A), 말레산 무수물 그래프트된 폴리프로필렌의 한 층으로 코팅된 강철 줄 (강철 줄 B) 및 아미노 실란의 첫 번째 층 및 말레산 무수물 그래프트된 폴리프로필렌의 두 번째 층으로 코팅된 강철 줄 (강철 줄 C)의 열가소성 물질로 폴리프로필렌을 포함하는 보강 고분자 복합체에 대한 접착력을 비교한다. 강철 줄 A, B 및 C는 0.10 mm의 직경을 가지는 아연 도금 강철 필라멘트로 구성된다. 표 3은 그 결과를 요약한 것이다.

표 3으로부터, 아미노 실란의 첫 번째 층과 말레산 무수물 그래프트된 폴리프로필렌의 두 번째 층의 코팅이 강철 줄 및 고분자 복합체 사이에 가장 뛰어난 접착력을 제공한다는 것이 명백해진다.

표 1, 표 2 및 표 3은 적어도 첫 번째 층 및 두 번째 층을 포함하는 신장 금속 요소가 고분자 복합체에 뛰어난 접착력을 나타낸다는 것은 보여준다. 본 발명에서 금속 요소의 열가소성 물질의 기질에 대한 접착력은 오직 접착력 증진 층, 오직 개질된 폴리올레핀, 또는 접착력 증진 층 및 비-개질된 폴리올레핀 층의 두 층으로 코팅된 금속 요소의 접착력보다 더욱 더 뛰어나다. 이런 보강 고분자 복합체는 하중 지지 분야, 특히 주택, 전신주, 창문 및 문 틀, 비계판, 지주 보강제 등에 대해 사용되기에 충분히 안정하다.

도 6은 횡단면이 I 프로파일인 보강 고분자 복합체 (50)의 첫 번째 실시양태를 도시한다. 고분자 복합체 (50)는 40 중량%의 농도로 나무 입자를 포함하는 폴리프로필렌 기질을 포함하고, 평평한 선 (22)은 기질에 내장된다. 나무 입자의 습도는 0.8 %이다. 상부층의 플랜지 (52) 및 하부층의 플랜지 (54)는 평평한 선 (22)에 의해 보강된다.

도 7은 횡단면이 관 모양의 프로파일인 보강 고분자 복합체 (60)의 두 번째 실시양태를 도시한다. 고분자 복합체 (60)는 70 중량%의 농도로 나무 입자를 포함하는 폴리에틸렌 기질을 포함하고, 강철 줄 (32)은 기질에 내장된다. 나무 입자의 수분은 0.6 %이다. 상부층 벽 및 하부층 벽은 강철 줄 (32)에 의해 보강된다.

Claims

기질에 내장되기 전에 신장 금속 요소가 적어도 첫 번째 층 및 두 번째 층으로 코팅되고, 상기 첫 번째 층이 접착력 증진 층을 포함하며, 상기 두 번째 층이 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 그래프트된 또는 공중합된 폴리올레핀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 상기 신장 금속 요소에 의해 보강되는 열가소성 물질의 기질을 포함하는 보강 고분자 복합체.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 물질의 기질이 추가적으로 나무 입자를 포함하고, 상기 나무 입자가 0 중량% 내지 95 중량% 범위의 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무수물이 산 무수물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제3항에 있어서, 상기 산 무수물이 말레산 무수물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 카르복실산 관능기가 아크릴산 관능기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착력 증진 층이 규소계 코팅, 티타늄계 코팅 또는 지르코늄계 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제7항에 있어서, 상기 규소계 코팅이 실란계 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 물질이 폴리올레핀, 공중합된 폴리올레핀, 그래프트된 폴리올레핀 또는 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 물질이 두 번째 층의 물질과 같은 것임을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신장 금속 요소가 적어도 강선 또는 강철 줄을 포함하는 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제11항에 있어서, 상기 강선이 평평한 강선인 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 강선이 오일 템퍼링된 강선인 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 고분자 복합체가 횡단면이 I-프로파일, H-프로파일, 관 모양의 프로파일 또는 여러 개의 관인 프로파일 모양을 가지는 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체.
적어도 하나의 신장 금속 요소를 제공하는 단계;
상기 신장 금속 요소에, 접착력 증진 층을 포함하는 첫 번째 층을 적용하는 단계;
상기 첫 번째 층의 위쪽에, 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀을 포함하는 두 번째 층을 적용하는 단계;
상기 첫 번째 층 및 상기 두 번째 층으로 코팅된 하나 이상의 상기 신장 금속 요소를 열가소성 물질의 기질에 내장하는 단계
를 포함하는 보강 고분자 복합체의 제조 방법.
제15항에 있어서, 상기 첫 번째 층의 위쪽에 두 번째 층을 적용하는 단계가 고압하에서 압출 성형 다이를 통해 상기 신장 금속 요소 상에 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합된 또는 그래프트된 용융된 상기 폴리올레핀을 적용시키는 것에 의하거나, 또는 상기 신장 금속 요소에 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합된 또는 그래프트된 상기 폴리올레핀의 용액 또는 에멀전으로의 코팅 및 이어서 상기 코팅의 건조에 의한 것을 특징으로 하는, 보강 고분자 복합체의 제조 방법.
신장 금속 요소가 적어도 첫 번째 층 및 두 번째 층으로 코팅되고, 상기 첫 번째 층이 접착력 증진 층을 포함하고 상기 두 번째 층이 무수물 또는 카르복실산 관능기를 포함하는 하나 이상의 단량체와 공중합된 또는 그래프트된 폴리올레핀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 신장 금속 요소.