KR20140058546A - 빌딩 일부를 강화시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 빌딩의 일부를 강화시키는 방법은, 텍스타일을 접착제에 의해 빌딩의 일부 표면에 접착제 접합시키는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한, 접착제에 의해 빌딩의 일부 표면에 텍스타일이 접착제 접합된, 이러한 빌딩의 강화된 일부, 및 빌딩의 일부를 강화시키기 위한 접착제와 조합된 텍스타일의 용도에 관한 것이다.

Description

빌딩 일부를 강화시키는 방법 {METHOD FOR REINFORCING A BUILDING COMPONENT}
본 발명은, 텍스타일을 접착제에 의해 빌딩의 일부 표면에 접착제 접합시키는 단계를 포함하는, 빌딩의 일부를 강화시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 접착제에 의해 빌딩의 일부 표면에 텍스타일이 접착제 접합된, 이러한 빌딩의 강화된 일부, 및 빌딩의 일부를 강화시키기 위한 접착제와 조합된 텍스타일의 용도에 관한 것이다.
조적재(masonry)는 수천년간 전세계적으로 사용되어 왔다. 조적재는 실질적으로 벽돌 및 조인트의 배열로 이루어진다. 구성요소의 배열로 인해, 조적재는 매우 비등방성인 빌딩 재료이고, 수직 하중 이동에 매우 적합하다.
상이하게 수직으로 및 수평으로 배열된 조인트 및 벽돌에 추가로, 개개의 구성요소의 비등방성 재료 특성은 주로 조적재의 방향-의존적 거동의 원인이 된다. 축방향 하중에 대한 저항은 비교적 낮다. 파괴 없이 흡수될 수 있는 수평 하중은 제한된다.
지진에 의해 유도되는 수평 가속화는 특히 조적 구조물에 대한 높은 수평 하중을 생성시킨다. 구조물의 지지 시스템에 대한 손상이 발생한다. 따라서, 지진 활성 지역에서의 조적재의 사용은 수평 하중 이동에 있어서의 향상을 필요로 한다. 특히 기존 구조물에서는, 일반적으로 기준으로 규정되는 설계 하중에 따르기 위해 반동적 강화 수단이 요구된다.
조적재의 지지력을 증가시키고, 그에 따라 실증을 가능하게 하는 많은 다양한 강화 방법이 개발되어 왔다. 이들 방법 중 하나는 섬유 복합재에 의한 표면에 근접한 조적재의 강화이다. 강화를 표면에 적용하기 때문에, 특히 기존 조적재 패널 강화를 위한 사용이 적합하다. 과거에 이와 관련한 연구는 주로 에폭시 수지 매트릭스 내의 제직물의 사용에 집중되었다.
에폭시 수지의 구조적-물리적 특성이 불리하기 때문에 (수증기 불투과성, 열의 작용 하에 연기 생성, 열에 노출시 강도 손실), 에폭시 수지가 풍부한 시멘트 매트릭스를 사용하는 연구는 또한 계속되고 있다.
WO 1995/034724 A1에는, 예를 들어 지진 동안과 같은 이례적인 하중 하에 일어나는 것과 같은 손상을 막기 위한 벽 강화 방법이 기재되어 있다. 방법은, 강화시키려는 노출된 벽의 일부에 수지-함침 제직물 층을 적용하는 단계를 포함한다. 방법은 체결 부재, 접착제 또는 이들의 조합에 의해 벽의 구조 부재에 수지-함침 제직물 층을 앵커고정(anchoring)시키는 단계를 추가로 포함한다.
US-B 6,806,212는, 구조물에 대해 작용하는 폭발적 힘에 대해 벽을 강화시키기 위한, 표면 및 벽 표면에 적용된 복합재 코팅을 갖는, 구조물과 벽의 조합에 관한 것이다. 엘라스토머를 포함하는 제1 층이 벽과 긴밀하게 접촉되어 여기에 영구적으로 접착된다. 엘라스토머를 포함하는 제2 층이 제1 층과 긴밀하게 접촉되어 여기에 영구적으로 접착된다. 제1 층과 제2 층 사이에 텍스타일이 추가로 혼입되고, 여기서 엘라스토머는 주변 조건 하에 경화되어 엘라스토머를 형성하는 액체 전구체의 생성물이다. 복합재 코팅의 목적은, 구조물에 대한 갑작스런 측면의 또는 폭발적 힘 작용시 벽의 연성(ductility) 및 신장성을 증가시키는 것이다. 전구체는 혼합 후에 반응하여 엘라스토머를 형성하는 2-성분 배합물이다.
DE 10 2008 026615 A1에는, 강화 재료로서 콘크리트-상용성 고성능 섬유의 격자형 텍스타일 구조가 사용된, 조적재용 하이브리드 텍스타일 강화 구조물, 텍스타일-강화된 구조 부재 또는 광물 접합된 빌딩 재료, 특히 콘크리트의 구조 부재를 위한 강화 층이 개시되어 있다. 격자형 텍스타일 구조는, 동시에 종방향 및/또는 횡방향으로 고강도 강화 부재를 갖고, 추가로 높은 연성을 갖는 부재가 종방향 및/또는 횡방향으로 제공된다. 고강도 강화 부재는, 0°및/또는 90° 방향으로 평행 배열된, 높은 탄성 모듈러스를 갖는 쓰레드(thread) 시스템, 바람직하게는 AR 유리 또는 탄소로 이루어질 수 있다. 또한, 연성 부재는, 0°및/또는 90° 방향으로 평행 배열된, 낮은 탄성 모듈러스를 갖는 쓰레드 시스템, 바람직하게는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌으로 이루어질 수 있다.
매우 강성인 재료 또는 재료 조합이 플라스터 표면에 접착제 접합되는 경우, 텍스타일에서 발생하는 인장력이 플라스터 표면에 걸쳐 분포될 수 없고, 구조 부재의 조기 파괴가 일어난다. 또한, 조적재에 재료가 직접 적용될 때, 플라스터가 먼저 제거되어야 한다.
지진 유도된 하중은 구조물의 지지 시스템에 대해 높은 부담을 부여하고, 선행 기술에 기재된 강화에 대한 가능성은 충분하지 않고 추가로 개선되어야 한다. 지지력에 추가로, 구조물의 전체적 연성 (변형능)이 고려되어야 한다. 강화 목적은, 한편으로는 하중 이동시 구조물의 지지 (저항성 증가)이고, 다른 한편으로는 주요 변형의 경우에도 지지력이 보유되도록 하는 조적재 구성요소의 응집력 향상 (전체적 연성 증가)이다.
따라서, 본 발명의 기초가 되는 목적은, 이러한 강화 및 그의 실행 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 텍스타일을 접착제에 의해 빌딩의 일부 표면에 접착제 접합시키는 단계를 포함하며, 여기서 접착제 접합 전의 텍스타일은 각각의 섬유 방향으로 ≥ 1.0의 연성 (DIN EN ISO 13934-1 1999년 4월판에 따라 측정됨; 횡방향 압력에 대한 유리 섬유의 감도로 인한 유리 섬유 손상에 의해 발생되는 측정 오차를 피하기 위해, 시험 스트립의 단부를 금속 턱(jaw)에서 접합시킴)을 갖고, 경화된 상태의 접착제는 ≥ 1.5의 연성 (DIN EN 12188, 1999년 7월판에 따라 측정됨; 여기서는 금속 다이를 50 N/mm2 이상의 실린더 강도를 갖는 콘크리트로 제조된 동등한 다이로 대체하였음)을 갖고, 접착제 접합 (이는 물론 접착제의 경화를 또한 포함함) 후의 빌딩의 일부는 ≥ 2의 면외(out-of-plane) 측정된 연성을 갖고, 여기서 연성은 각 경우에 탄성 변형 값에 대한 총 변형 값, 즉 탄성 성분 및 소성 성분의 합계의 비율로서 결정된 것인, 빌딩의 일부를 강화시키는 방법에 의해 달성된다. 지지 부재의 연성이 고려되는 경우, 재료 뿐만 아니라 지지 부재의 형태 및 그에 대한 하중의 성질이 중요하기 때문에, 용어 전체 연성이 사용된다 (예를 들어, 문헌 [Hugo Bachmann, "Erdbebensicherung von Bauwerken", 2nd revised edition, Chapter 3.5, Birkenhaeuser Verlag, 2002, ISBN 3-7643-6941-8] 참조). 한편, 접착제 또는 텍스타일의 연성은 재료 연성으로서 언급된다. 본 발명의 범위 내에서 빌딩의 일부는 특히 지지 또는 비-지지 벽이다. 그러나, 빌딩의 기둥 및 다른 부재 또한 본 발명에 따라 포함된다.
바람직하게는, 접착제 접합 후의 빌딩 일부는 ≥ 2 내지 ≤ 30 범위, 특히 바람직하게는 ≥ 3 내지 ≤ 20 범위의 연성을 갖는다.
본 발명은, 섬유 복합재로 강화된 조적재에서, 지지력 증가를 위해서는 변형 하중의 경우 빠른 강화 대응이 필수적이고, 연성 향상을 위해서는 높은 소성 신장성(plastic extensibility)이 필수적이라는 발견으로부터 출발된 것이다.
본원에서 지지 및/또는 비-지지 조적재의 인장 강화가 달성된다.
텍스타일 및 접착제에 대한 본 발명에 따른 선택의 결과로, 조적재로 제조된 지지 부재의 본래 낮은 연성이 더욱 큰 지진 힘을 이동시킬 수 있는 정도로 증가된다. 텍스타일은 작용 힘이 전체 벽 표면에 걸쳐 분포될 수 있게 한다. 조적재에서의 균열은 동일하거나 상이한 재료의 섬유에 의해 브릿징된다. 인장력의 면적 분포를 위해 제공되는, 상응하게 연성인 접착제로 인해, 텍스타일은 상당히 뒤틀릴 수 있고, 따라서 이렇게 강화된 지지 부재에 대한 높은 전체 연성이 가능해진다.
저항 힘을 유지하면서 소성 변형(plastic deformation)이 일어날 수 있는 능력을 연성으로서 지칭한다. 지진 하중 하에 적절한 지지 거동은, 높은 지지력 및 보다 낮은 연성에 의해서 뿐만 아니라 높은 연성 및 낮은 지지력에 의해 동등하게 달성될 수 있다.
지지력 증가를 위한 높은 비용으로 인해, 선형-탄성 거동 범위에서 설계 지진을 견디는 지진을 위한 빌딩 설계 (즉, 하중 하에 소성 변형이 허용되지 않음)는, 대부분의 경우에 에너지 소산을 위한 보다 큰 소성 변형을 허용하는 연성 설계에 비해 덜 경제적이다.
본 발명에 따라 접착제 접합 전의 텍스타일의 연성이 선택된다. 이는, 텍스타일이 접착제와 접촉되기 전의 텍스타일을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 일반적으로, 텍스타일은 추가의 처리 없이 상업적으로 입수가능한 생성물의 재료 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 이러한 연성은 바람직하게는 ≥ 1.0 내지 ≤ 20, 또한 더욱 바람직하게는 ≥ 1.5 내지 ≤ 10이다.
또한, 본 발명에 따라 경화된 상태의 접착제의 연성이 선택된다. 그러한 상태는, 예를 들어, 건조, 필름 형성, 가교 또는 접착제에서의 다른 화학 반응 후에 확립될 수 있다. 따라서, 경화된 상태는, 접착제 적용 후에, 또한 이것이 더이상 실질적으로 변하지 않을 때의 접착제가 갖는 최종 상태이다. 경화된 상태가 고려되기 때문에, 예를 들어 고체 함량, 희석도, 용매 함량 등과 같은 접착제의 상이한 배합은 역할을 하지 않는다. 이렇게 선택된 연성은 바람직하게는 ≥ 1.5 내지 ≤ 20, 또한 더욱 바람직하게는 ≥ 2 내지 ≤ 10이다. "경화된 상태"라는 표현은, 중합 반응이 완전히 진행되고 그에 따라 반응성 단량체가 일반적으로 존재하지 않는 재료 또는 접착제를 지칭한다.
접착제의 적용은 분무, 브러쉬 적용, 롤러 적용, 스파툴라 적용 등에 의해 수행될 수 있다. 사용되는 접착제에 따라, 적용 후에, 텍스타일을 접착제에 적용하기 전에 통기 기간이 나타날 수 있다.
적합한 접착제는 특히 폴리우레탄 접착제이고, 이는 이들이 경화된 상태에서 필수적인 연성을 갖고 얻어질 수 있기 때문이다.
적합한 텍스타일은 특히 제직물 및 편직물이다. 제직물의 경우, 텍스타일의 분쇄된 직물을 비교적 거친 메쉬형으로/성기게 만들고, 추가로 여기에 길거나 짧을 수 있는 연성 섬유를 제공함으로써 요망되는 연성이 달성될 수 있다. 이러한 섬유의 예는, 유리, 폴리아라미드, 흑연, 석영, 탄소 섬유, 세라믹, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아미드의 섬유 또는 천연 섬유이다. 특히 바람직하게는, 이러한 섬유는 유리, 폴리아미드, 흑연, 석영, 탄소 섬유, 세라믹, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리이미드로 이루어진 군으로부터 선택된다. 혼합 텍스타일의 경우, 높은 연성을 갖는 상기 언급된 섬유가 빌딩의 일부 상에 수평으로 및/또는 30 내지 60°의 각도로 배열되어야 한다.
본 발명에 따라, 제직물의 경우, 재료 1 미터 당 최대 인장력이 씨실 방향으로 (횡방향으로) ≥ 45 kN 내지 ≤ 70 kN이고, 날실 방향으로 (종방향으로) ≥ 50 kN 내지 ≤ 90 kN인 것이 적합한 것으로 나타났고, 이들은 각 경우에 DIN EN ISO 13934-2 (1999년 4월판에 따라 측정됨; 횡방향 압력에 대한 유리 섬유의 감도로 인한 유리 섬유 손상에 의해 발생되는 측정 오차를 피하기 위해, 시험 스트립의 단부를 금속 턱에서 접합시킴)에 따라 측정된 것이다.
이하에서 본 발명을 실시양태에 의해 추가로 설명한다. 실시양태는, 문맥으로부터 달리 명백히 분명하지 않는다면, 요망되는 바에 따라 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 한 실시양태에서, 빌딩의 일부 표면은 플라스터 표면이다. 본원에서 용어 "플라스터"는 일반적으로 플라스터를 포함하는 커버링을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 플라스터의 예는, 석회 플라스터, 석회-시멘트 플라스터, 석고 플라스터, 석고-석회 플라스터 및 석고-석회-시멘트 플라스터이다. 따라서, 기존 빌딩 또는 빌딩/벽의 부분도 기존 플라스터를 제거할 필요 없이 추가로 강화될 수 있다. 플라스터의 두께는, 예를 들어, ≥ 0.5 cm 내지 ≤ 5.0 cm의 범위일 수 있다. 또한, 플라스터와 하부에 놓인 스톤 또는 조적재 사이의, DIN 16964에 따라 측정된 접착제 전단 강도, 또는 다르게는 DIN EN 1542, 1999년 7월판에 따른 접착력이 ≤ 1.2 cm의 플라스터 적용 두께에서 ≥ 0.15 N/mm2의 값을 갖는 것이 바람직하다. 플라스터의 품질 및 조적재 표면 상태에 따라, 예를 들어, 8 kN 내지 35 kN의 텍스타일 1 미터 당 인장 강도 증가가 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시양태에서는, 접착제를 먼저 빌딩의 일부 표면에 적용하고, 이어서 적용된 접착제에 텍스타일을 부착시킨다. 이는, 접착제로 함침된 텍스타일 시트로 작업할 필요가 없기 때문에, 방법을 더욱 간소화한다. 원칙적으로 필수적인 것은 아니지만, 요망되는 경우, 부착된 텍스타일에 추가의 접착제를 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시양태에서는, 접착제 접합 전의 텍스타일의 연성 : 경화된 상태의 접착제의 연성의 비율이 가능한 한 1 : 1 내지 1 : 10의 범위 내에 있다. 이러한 방식으로 연성을 조정함으로써, 접착제 접합된 텍스타일에 대한 특히 효과적인 힘 흡수 및 힘 전달이 달성될 수 있다. 1 : 2 내지 1 : 5의 범위가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1 : 3 내지 1 : 4이다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시양태에서는, 텍스타일이 유리 섬유 제직물을 포함하고, 유리 섬유 제직물은 서로 직각으로 진행되는 유리 섬유를 포함한다. 1k 내지 3k 또는 심지어 최대 6k의 필라멘트 카운트를 갖는 E 유리 또는 AR 유리의 유리 섬유 로빙이 상호제직된 평직의 유리 섬유 제직물이 특히 적합하다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시양태에서는, 텍스타일이 추가의 코팅을 갖는 섬유를 포함한다. 분무, 침지, 함침 등과 같은 다양한 방법이 이용될 수 있다. 코팅은 텍스타일의 적용 동안 및 적용 후 둘 다에서 노치-형성 및 화학적 응력으로부터 섬유를 보호하기 위한 것이다. 그의 주요 기능은, 텍스타일과 구조 부재의 표면 사이의 접합을 향상시키는 것이다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시양태에서는, 텍스타일이 적어도 2축의 제직물을 포함하고, 추가의 섬유가 상기 적어도 2축의 제직물 상에 부직물 형태로 배열된다. 이들 섬유는 바람직하게는 후면 상에, 즉 빌딩의 일부, 또한 그에 따라 접착제 대향면 상에 배열된다. 섬유는 또한 이미 제직물과 접착제 접합되어 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 섬유의 기계적 파괴가 동시에 일어나지 않고, 연속하여 일어난다. 적합한 섬유는 특히 폴리올레핀 섬유, 예컨대 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 섬유이다. 이들 섬유가 제직물의 쓰레드에 비해 훨씬 더 짧은 것이 유리하다. 예를 들어, 섬유 길이는 0.5 cm 내지 10 cm일 수 있다.
유리 섬유가 추가의 코팅 및 추가의 섬유를 포함하는, 바람직하게는 매우 연성인 폴리프로필렌 섬유가 유리 섬유 상에 부직물 형태로 배열된, 서로 직각으로 진행되는 유리 섬유를 갖는 2축 유리 섬유 제직물이 가장 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시양태에서는, 접착제가 수성 폴리우레탄 분산액을 포함한다. 바람직하게는, 이는
(A1) 폴리이소시아네이트,
(A2) DIN 55672-1에 따라 측정시, ≥ 400 g/mol 내지 ≤ 8000 g/mol의 평균 분자량을 갖는 중합체 폴리올,
(A3) 임의로 ≤ 400 g/mol의 분자량을 갖는 모노- 및/또는 폴리-알콜 또는 모노- 및/또는 폴리-아민 또는 아미노 알콜
의 성분, 및
(A4) 하나 이상의 이온성 또는 잠재적 이온성 기를 갖는 화합물, 및 (A5) 비-이온성 친수성화 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물
의 반응 생성물인 폴리우레탄 (A)를 함유하는 수성 폴리우레탄 분산액이다.
잠재적 이온성 기는, 이온성 기를 형성할 수 있는 기이다.
폴리우레탄 (A)는 바람직하게는 ≥ 7 wt% 내지 ≤ 45 wt% A1), ≥ 50 내지 ≤ 91 wt% A2), ≥ 0 내지 ≤ 15 wt% A5), ≥ 0 내지 ≤ 12 wt% 이온성 또는 잠재적 이온성 화합물 A4) 및 임의로 ≥ 0 내지 ≤ 30 wt% 화합물 A3)으로부터 제조되고, 여기서 A4) 및 A5)의 합계는 ≥ 0.1 내지 ≤ 27 wt%이고, 성분들의 합계는 100 wt%이다.
폴리우레탄 (A)는 특히 바람직하게는 ≥ 10 내지 ≤ 35 wt% A1), ≥ 55 내지 ≤ 90 wt% A2), ≥ 0 내지 ≤ 10 wt% A5), ≥ 1 내지 ≤ 9 wt% 이온성 또는 잠재적 이온성 화합물 A4) 및 임의로 ≥ 0 내지 ≤ 10 wt% 화합물 A3)으로 구성되고, 여기서 A4) 및 A5)의 합계는 ≥ 0.1 내지 ≤ 19 wt%이고, 성분들의 합계는 100 wt%이다.
폴리우레탄 (A)는 가장 특히 바람직하게는 ≥ 15 내지 ≤ 35 wt% A1), ≥ 55 내지 ≤ 75 wt% A2), ≥ 0 내지 ≤ 8 wt% A5), ≥ 1 내지 ≤ 5 wt% 이온성 또는 잠재적 이온성 화합물 A4) 및 임의로 ≥ 0 내지 ≤ 8 wt% 화합물 A3)으로부터 제조되고, 여기서 A4) 및 A5)의 합계는 ≥ 0.1 내지 ≤ 10 wt%이고, 성분들의 합계는 100 wt%이다.
적합한 폴리이소시아네이트 (A1)은 방향족, 방향지방족, 지방족 또는 시클로지방족 폴리이소시아네이트이다. 이러한 폴리이소시아네이트의 혼합물을 사용할 수도 있다. 적합한 폴리이소시아네이트의 예는, 부틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HDI), 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 2,2,4- 및/또는 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이성질체 비스(4,4'-이소시아네이토시클로헥실)메탄 또는 임의의 요망되는 이성질체 함량을 갖는 이들의 혼합물, 이소시아네이토메틸-1,8-옥탄 디이소시아네이트, 1,4-시클로헥실렌 디이소시아네이트, 1,4-페닐렌 디이소시아네이트, 2,4- 및/또는 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 1,5-나프틸렌 디이소시아네이트, 2,4'- 또는 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 트리페닐메탄-4,4',4"-트리이소시아네이트 또는 우레탄, 이소시아누레이트, 알로파네이트, 뷰렛, 우레트디온, 이미노옥사디아진디온 구조를 갖는 이들의 유도체 및 이들의 혼합물이다. 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 이성질체 비스(4,4'-이소시아네이토시클로헥실)메탄 및 이들의 혼합물이 바람직하다.
폴리이소시아네이트는 바람직하게는, 단지 지방족 및/또는 시클로지방족 결합된 이소시아네이트 기를 갖는 상기 언급된 유형의 폴리이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트 혼합물이다. 또한, 2,4- 및/또는 2,6-톨루엔 디이소시아네이트가 바람직하다. 가장 특히 바람직한 출발 성분 (A1)은 HDI, IPDI 및/또는 4,4'-디이소시아네이토디시클로헥실메탄 기재의 폴리이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트 혼합물이다.
예를 들어, 문헌 [J. Prakt. Chem. 336 (1994) p. 185-200]에 기재된 바와 같은, 2종 이상의 디이소시아네이트로 구성된, 간단한 지방족, 시클로지방족, 방향지방족 및/또는 방향족 디이소시아네이트의 변형에 의해 제조된 우레트디온, 이소시아누레이트, 우레탄, 알로파네이트, 뷰렛, 이미노옥사디아진디온 및/또는 옥사디아진트리온 구조를 갖는 임의의 요망되는 폴리이소시아네이트가 또한 폴리이소시아네이트 (A1)로서 적합하다.
적합한 중합체 (A2)는 ≥ 1.5 내지 ≤ 4의 OH 관능가를 가지며, 예를 들어 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리락톤, 폴리에테르, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르 카르보네이트, 폴리아세탈, 폴리올레핀 및 폴리실록산이다. ≥ 1.9 내지 ≤ 3의 OH 관능가를 갖는 ≥ 400 g/mol 내지 ≤ 2500 g/mol의 분자량 범위의 폴리올이 바람직하다.
적합한 히드록실-기-함유 폴리카르보네이트는 탄산 유도체, 예를 들어, 디페닐 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트 또는 포스겐과, 디올의 반응에 의해 수득가능하다. 예를 들어, 에틸렌 글리콜, 1,2- 및 1,3-프로판디올, 1,3- 및 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-비스히드록시메틸시클로헥산, 2-메틸-1,3-프로판디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 디부틸렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜, 비스페놀 A, 테트라브로모비스페놀 A, 또한 락톤-개질된 디올이 디올로서 적합하다. 바람직하게는, 디올 성분은 ≥ 40 wt% 내지 ≤ 100 wt%의 헥산디올, 바람직하게는 1,6-헥산디올, 및/또는 헥산디올 유도체, 바람직하게는 말단 OH 기를 함유하는 것에 추가로 에테르 또는 에스테르 기를 함유하는 것들, 예를 들어 1 mol의 헥산디올과 1 mol 이상, 바람직하게는 1 내지 2 mol의 카프락톤의 반응에 의해 (DE-A 1 770 245에 따름) 또는 헥산디올과 그 자체의 에테르화로부터 디- 또는 트리-헥실렌 글리콜을 형성함으로써 얻어지는 생성물을 함유한다. 이러한 유도체의 제조는, 예를 들어, DE-A 1 570 540으로부터 공지되어 있다. DE-A 3 717 060에 기재된 폴리에테르 폴리카르보네이트 디올을 사용할 수도 있다.
히드록실 폴리카르보네이트는 바람직하게는 선형이어야 한다. 그러나, 이들은 임의로 다관능성 성분, 특히 저분자량 폴리올의 혼입에 의해 약간 분지화될 수 있다. 예를 들어, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 퀴니톨, 만니톨 및 소르비톨, 메틸 글리코시드, 1,3,4,6-디안히드로헥시톨이 이를 위해 적합하다.
예를 들어, 양이온 개환에 의한 테트라히드로푸란의 중합에 의해 제조될 수 있는, 폴리우레탄 화학에서 자체 공지되어 있는 폴리테트라메틸렌 글리콜 폴리에테르가 폴리에테르 폴리올로서 적합하다.
적합한 폴리에테르 폴리올 (A2)는 추가로, 출발 분자를 사용하여 제조된 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드, 스티렌 옥시드 또는 에피클로로히드린의 중부가 생성물, 뿐만 아니라 그의 공-중부가 및 그라프트 중부가 생성물, 뿐만 아니라 다가 알콜의 축합에 의해 얻어진 폴리에테르 또는 이들의 혼합물 및 물, 다가 알콜, 아민 또는 아미노 알콜의 알콕실화에 의해 얻어진 폴리에테르이다. 400 내지 4000 Da, 특히 바람직하게는 400 내지 2500 Da, 가장 특히 바람직하게는 800 내지 2000 Da의 수-평균 분자량을 갖는 에틸렌 옥시드 및/또는 프로필렌 옥시드의 단독- 및/또는 공-중부가 화합물이 바람직하다. 폴리에테르 폴리올의 평균 관능가는 1.85 초과, 바람직하게는 1.88 내지 3이다. 1.92 내지 2.05의 관능가를 갖는 이관능성 폴리에테르가 특히 바람직하다.
에틸렌 옥시드 및/또는 프로필렌 옥시드의 단독- 및/또는 공-중부가 화합물 중 에틸렌 옥시드의 양은 0 내지 100%, 바람직하게는 0 내지 30%, 특히 바람직하게는 0 내지 10%이다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 폴리에테르 폴리올 (A)는 800 내지 2000 Da의 분자량 및 1.92 내지 2.05의 관능가를 갖는 프로필렌 옥시드의 단독-중부가 생성물이다.
예를 들어, 다가, 바람직하게는 2가 및 임의로 또한 3가 알콜과 다가, 바람직하게는 2가 카르복실산의 반응 생성물이 폴리에스테르 폴리올로서 적합하다. 유리 폴리카르복실산 대신에, 저급 알콜의 상응하는 폴리카르복실산 무수물 또는 상응하는 폴리카르복실산 에스테르 또는 이들의 혼합물을 사용하여 폴리에스테르를 제조할 수 있다. 폴리카르복실산은 지방족, 시클로지방족, 방향족 및/또는 헤테로시클릭 성질을 가질 수 있고, 임의로 예를 들어 할로겐 원자로 치환될 수 있고/거나 불포화될 수 있다.
특히 바람직한 중합체 폴리올 (A2)는 폴리카르보네이트 및 폴리에테르이고, 가장 특히 바람직하게는 폴리에테르이다.
성분 (A3)은 폴리우레탄 예비중합체의 쇄 연장 및/또는 종결에 적합하다. 일관능성 알콜 및 모노아민이 고려된다. 바람직한 모노알콜은 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 지방족 모노알콜, 예컨대 에탄올, n-부탄올, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 2-에틸헥산올, 1-옥탄올, 1-도데칸올 또는 1-헥사데칸올이다. 바람직한 모노아민은 지방족 모노아민, 예컨대 디에틸아민, 디부틸아민, 에탄올아민, N-메틸에탄올아민 또는 N,N-디에탄올아민, 및 제파민(Jeffamin)® M 시리즈 (유럽 벨기에 소재의 헌츠만 코포레이션(Huntsman Corp.))의 아민 또는 아미노-관능성 폴리에틸렌 옥시드 및 폴리프로필렌 옥시드이다.
400 g/mol 미만의 분자량을 갖는 폴리올, 아미노폴리올 또는 폴리아민이 또한 성분 (A3)으로서 적합하고, 이들은 상응하는 문헌에 다수가 기재되어 있다.
바람직한 성분 (A3)은, 예를 들어,
a) 알칸-디올 및 -트리올, 예컨대 에탄디올, 1,2- 및 1,3-프로판디올, 1,4- 및 2,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,3-디메틸프로판디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 2-에틸-2-부틸프로판디올, 트리메틸펜탄디올, 위치 이성질체 디에틸옥탄디올, 1,2- 및 1,4-시클로헥산디올, 수소화된 비스페놀 A [2,2-비스(4-히드록시시클로헥실)-프로판], 2,2-디메틸-3-히드록시프로피온산 (2,2-디메틸-3-히드록시프로필 에스테르), 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판 또는 글리세롤,
b) 에테르 디올, 예컨대 디에틸렌 디글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜 또는 히드로퀴논 디히드록시에틸 에테르,
c) 하기 화학식 I 및 II의 에스테르 디올:
<화학식 I>
HO-(CH2)x-CO-O-(CH2)y-OH
<화학식 II>
HO-(CH2)x-O-CO-R-CO-O(CH2)x OH
(상기 식에서,
R은 1 내지 10개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 또는 아릴렌 라디칼이고,
x는 2 내지 6이고,
y는 3 내지 5임),
예컨대 δ-히드록시부틸-ε-히드록시-카프로산 에스테르, ω-히드록시헥실-γ-히드록시부티르산 에스테르, 아디프산 (β-히드록시에틸) 에스테르 및 테레프탈산 비스(β-히드록시-에틸) 에스테르 및
d) 디- 및 폴리-아민, 예컨대 1,2-디아미노에탄, 1,3-디아미노프로판, 1,6-디아미노헥산, 1,3- 및 1,4-페닐렌디아민, 4,4'-디페닐메탄디아민, 이소포론디아민, 2,2,4- 및 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민의 이성질체 혼합물, 2-메틸-펜타메틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 1,3- 및 1,4-크실릴렌디아민, α,α,α,α'-테트라메틸-1,3- 및 -1,4-크실릴렌디아민, 4,4-디아미노디시클로헥실메탄, 상표명 제파민®, D 시리즈 (유럽 벨기에 소재의 헌츠만 코포레이션)로 입수가능한 아미노-관능성 폴리에틸렌 옥시드 또는 폴리프로필렌 옥시드, 디에틸렌트리아민 및 트리에틸렌테트라민이다. 히드라진, 히드라진 수화물 및 치환된 히드라진, 예컨대 N-메틸히드라진, N,N'-디메틸히드라진 및 이들의 동족체, 뿐만 아니라 산 디히드라지드, 아디프산, β-메틸아디프산, 세박산, 수화아크릴산 및 테레프탈산, 세미카르바지도-알킬렌 히드라지드, 예컨대 β-세미카르바지도프로피온산 히드라지드 (예를 들어 DE-A 1 770 591에 기재됨), 세미카르바지도알킬렌 카르바진 에스테르, 예컨대 2-세미카르바지도에틸 카르바진 에스테르 (예를 들어 DE-A 1 918 504에 기재됨) 또는 또한 아미노세미카르바지드 화합물, 예컨대 β-아미노에틸세미카르바지도카르보네이트 (예를 들어 DE-A 1 902 931에 기재됨) 또한 본 발명의 범위 내에서 디아민으로서 적합하다.
성분 (A4)는 양이온성 또는 음이온성 성질을 가질 수 있는 이온성 기를 함유한다. 양이온성 또는 음이온성 분산 작용을 갖는 화합물은, 예를 들어, 술포늄, 암모늄, 포스포늄, 카르복실레이트, 술포네이트, 포스포네이트 기 또는 염 형성에 의해 상기 언급된 기로 전환될 수 있는 기 (잠재적 이온성 기)를 함유하는 것들이며, 이들은 존재하는 이소시아네이트-반응성 기에 의해 거대분자 내에 혼입될 수 있다. 적합한 이소시아네이트-반응성 기는 바람직하게는 히드록실 및 아민 기이다.
적합한 이온성 또는 잠재적 이온성 화합물 (A4)는, 예를 들어, 모노- 및 디-히드록시카르복실산, 모노- 및 디-아미노카르복실산, 모노- 및 디-히드록시술폰산, 모노- 및 디-아미노술폰산 뿐만 아니라 모노- 및 디-히드록시포스폰산 또는 모노- 및 디-아미노포스폰산 및 이들의 염, 예컨대 디메틸올프로피온산, 디메틸올부티르산, 히드록시피발산, N-(2-아미노에틸)-β-알라닌, 2-(2-아미노-에틸아미노)-에탄술폰산, 1,2- 또는 1,3-프로필렌디아민-β-에틸술폰산, 에틸렌디아민-프로필- 또는 -부틸-술폰산, 말산, 시트르산, 글리콜산, 락트산산, 글리신, 알라닌, 타우린, 리신, 3,5-디아미노벤조산, IPDI 및 아크릴산의 부가 생성물 (EP-A 0 916 647, 실시예 1) 및 그의 알칼리 및/또는 암모늄 염; 2-부텐-1,4-디올 상의 중아황산나트륨의 부가생성물, 폴리에테르 술포네이트, 2-부텐디올 및 NaHSO3의 프로폭실화 부가생성물 (예를 들어 DE-A 2 446 440 (페이지 5 내지 9, 화학식 I 내지 III)에 기재됨) 뿐만 아니라 양이온성 기로 전환될 수 있는 구조 단위, 예컨대 친수성 쇄-연장 성분으로서의 N-메틸-디에탄올아민이다. 바람직한 이온성 또는 잠재적 이온성 화합물은 카르복시 또는 카르복실레이트 및/또는 술포네이트 기 및/또는 암모늄 기를 갖는 것들이다. 특히 바람직한 이온성 화합물은, 이온성 또는 잠재적 이온성 기로서 카르복실 및/또는 술포네이트 기를 함유하는 것들, 예컨대 N-(2-아미노에틸)-β-알라닌의 염, 2-(2-아미노-에틸아미노)에탄술폰산의 염 또는 IPDI 및 아크릴산의 부가 생성물의 염 (EP-A 0 916 647, 실시예 1) 및 디메틸올프로피온산의 염이다. N-(2-아미노에틸)-β-알라닌 및 2-(2-아미노-에틸아미노-)-에탄술폰산의 나트륨 염이 가장 특히 바람직하다. 디메틸프로피온산이 또한 가장 특히 바람직하다.
적합한 비-이온성 친수성화 작용을 갖는 화합물 (A5)는, 예를 들어, 1개 이상의 히드록시 또는 아미노 기를 함유하는 폴리옥시알킬렌 에테르이다. 이러한 폴리에테르는 에틸렌 옥시드로부터 유래된 구조 단위를 30 wt% 내지 100 wt% 양으로 함유한다. 선형 구조 및 1 내지 3의 관능가를 갖는 폴리에테르, 또한 하기 화학식 III의 화합물이 적합하다.
<화학식 III>
Figure pct00001
상기 식에서,
R1 및 R2는 각각 서로 독립적으로, 산소 및/또는 질소 원자가 개재될 수 있는, 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 2가 지방족, 시클로지방족 또는 방향족 라디칼을 나타내고, R3은 알콕시-말단 폴리에틸렌 옥시드 라디칼을 나타낸다.
비-이온성 친수성화 작용을 갖는 화합물은 또한, 예를 들어, 적합한 출발 분자의 알콕실화에 의해 자체 공지된 방식으로 얻을 수 있는 (예를 들어 문헌 [Ullmanns Encyclopaedie der technischen Chemie, 4th Edition, Volume 19, Verlag Chemie, Weinheim, p. 31-38]), 통계학적 평균으로 분자 당 ≥ 5 내지 ≤ 70, 바람직하게는 ≥ 7 내지 ≤ 55개의 에틸렌 옥시드 단위를 갖는 1가 폴리알킬렌 옥시드 폴리에테르 알콜이다.
적합한 출발 분자는, 예를 들어, 포화 모노알콜, 예컨대 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 이소부탄올, sec-부탄올, 이성질체 펜탄올, 헥산올, 옥탄올 및 노난올, n-데칸올, n-도데칸올, n-테트라데칸올, n-헥사데칸올, n-옥타데칸올, 시클로헥산올, 이성질체 메틸시클로헥산올 또는 히드록시메틸시클로헥산, 3-에틸-3-히드록시메틸옥세탄 또는 테트라히드로푸르푸릴 알콜, 디에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르, 예컨대 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 불포화 알콜, 예컨대 알릴 알콜, 1,1-디메틸알릴 알콜 또는 올레산 알콜, 방향족 알콜, 예컨대 페놀, 이성질체 크레졸 또는 메톡시페놀, 방향지방족 알콜, 예컨대 벤질 알콜, 아니스산 알콜 또는 신남산 알콜, 2급 모노아민, 예컨대 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디이소프로필아민, 디부틸아민, 비스-(2-에틸헥실)-아민, N-메틸- 및 N-에틸-시클로헥실아민 또는 디시클로헥실아민, 뿐만 아니라 헤테로시클릭 2급 아민, 예컨대 모르폴린, 피롤리딘, 피페리딘 또는 1H-피라졸이다. 바람직한 출발 분자는 포화 모노알콜이다. 특히 바람직하게는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르가 출발 분자로서 사용된다.
알콕실화 반응에 적합한 알킬렌 옥시드는, 특히 임의의 요망되는 순서로 또는 또한 혼합물로 알콕실화 반응에서 사용될 수 있는 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드이다.
폴리알킬렌 옥시드 폴리에테르 알콜은 순수한 폴리에틸렌 옥시드 폴리에테르 또는 혼합 폴리알킬렌 옥시드 폴리에테르이고, 그의 알킬렌 옥시드 단위는 30 mol% 이상, 바람직하게는 40 mol% 이상의 에틸렌 옥시드 단위로 이루어진다. 바람직한 비-이온성 화합물은 40 mol% 이상의 에틸렌 옥시드 단위 및 60 mol% 이하의 프로필렌 옥시드 단위를 함유하는 일관능성 혼합 폴리알킬렌 옥시드 폴리에테르이다.
폴리우레탄 (A)의 제조에는, 이온성 (A4) 및 비-이온성 (A5) 친수성화제의 조합이 사용될 수 있다. 바람직하게는 음이온성 친수성화제가 사용된다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시양태에서, 접착제는 HDI 및 IPDI의 혼합물 (A1), 800 내지 1500 Da의 분자량 및 1.92 내지 2.05의 관능가를 갖는 프로필렌 옥시드의 단독-중부가 생성물 (A2), 1,4-부탄디올 (A3) 및 2-(2-아미노-에틸아미노)에탄술폰산의 나트륨 염의 반응 생성물인 수성 폴리우레탄 (A)를 포함한다.
수성 폴리우레탄 (A)의 제조는 하나 이상의 단계로 균질 상에서, 또는 다단계 반응의 경우에는 부분적으로 분산 상에서 수행될 수 있다. 중부가가 완전히 또는 부분적으로 수행된 경우, 분산, 유화 또는 용해 단계가 수행된다. 임의로 그 후에는 분산 상에서의 추가의 중부가 또는 개질이 이어진다.
폴리우레탄 (A)의 제조에서는, 유화제/전단력, 아세톤, 예비중합체 혼합, 용융 유화, 케티민 및 고체 자발적 분산 방법 또는 이들의 파생 방법과 같은, 선행 기술로부터 공지된 모든 방법이 사용될 수 있다. 이들 방법의 요약은 문헌 [Methoden der organischen Chemie (Houben-Weyl, additional and continuation volumes to the 4th edition, Volume E20, H. Bartl and J. Falbe, Stuttgart, New York, Thieme 1987, p. 1671-1682)]에 나타나 있다. 용융 유화, 예비 혼합 및 아세톤 방법이 바람직하다. 아세톤 방법이 특히 바람직하다.
통상적으로는, 1급 또는 2급 아미노 기를 함유하지 않는 구성성분 (A2) 내지 (A5)의 전부 또는 일부, 및 폴리이소시아네이트 (A1)을 폴리우레탄 예비중합체 제조를 위해 반응기에 넣고, 임의로 물과 혼화성이지만 이소시아네이트 기에 대해 불활성인 용매로 희석하고 (그러나 바람직하게는 용매 없이), 비교적 고온, 바람직하게는 50 내지 120℃의 범위로 가열한다.
적합한 용매는, 예를 들어, 아세톤, 부타논, 테트라히드로푸란, 디옥산, 아세토니트릴, 디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르 및 1-메틸-2-피롤리돈이고, 이들은 제조 개시시 뿐만 아니라 임의로 또한 나중 단계에서 일부분씩 첨가될 수 있다. 아세톤 및 부타논이 바람직하다. 반응은 상압 또는 승압 하에, 예를 들어 용매, 예컨대 아세톤의 상압에서의 비점 초과에서 수행될 수 있다.
또한, 이소시아네이트 부가 반응을 가속화시키는 것으로 공지된 촉매, 예컨대 트리에틸아민, 1,4-디아자비시클로-[2,2,2]-옥탄, 디부틸틴 옥시드, 주석 디옥토에이트, 디부틸틴 디라우레이트, 주석 비스-(2-에틸헥사노에이트), 아연 디옥토에이트, 아연 비스-(2-에틸헥사노에이트) 또는 다른 유기금속 화합물을 동시에 도입하거나 또는 나중에 계량투입할 수 있다.
디부틸딘 디라우레이트, 아연 디옥토에이트 및 아연 비스-(2-에틸헥사노에이트)가 바람직하고, 아연 비스-(2-에틸헥사노에이트)가 특히 바람직하다.
이어서, 반응 개시시에 첨가되지 않았던 1급 또는 2급 아미노 기를 함유하지 않는 임의의 구성성분 (A1), (A2), 임의로 (A3) 및 (A4) 및/또는 (A5)를 계량투입하고, 또한 비교적 고온, 바람직하게는 50 내지 120℃의 범위로 가열한다. 폴리우레탄 예비중합체의 제조에서, 이소시아네이트-반응성 기에 대한 이소시아네이트 기의 비율은 ≥ 0.90 내지 ≤ 3, 바람직하게는 ≥ 0.95 내지 ≤ 2.5, 특히 바람직하게는 ≥ 1.05 내지 ≤ 2.0이다. 성분 (A1) 내지 (A5)의 반응은, 1급 또는 2급 아미노 기를 함유하지 않는 (A2) 내지 (A5)의 부분의 이소시아네이트-반응성 기의 총량을 기준으로 하여 부분적으로 또는 완전히, 그러나 바람직하게는 완전히 수행된다. 전환도는 통상적으로 반응 혼합물의 NCO 함량을 추적함으로써 모니터링한다. 이를 위해, 분광 측정, 예를 들어 적외선 또는 근적외선 스펙트럼, 굴절률의 측정 및 화학적 분석, 예컨대 제거된 샘플의 적정을 수행할 수 있다. 유리 이소시아네이트 기를 함유하는 폴리우레탄 예비중합체는 용매 없이 또는 용액으로 얻어진다.
(A1) 및 (A2) 내지 (A5)로부터의 폴리우레탄 예비중합체의 제조 후에 또는 그의 제조 동안, 음이온성 및/또는 양이온성 분산 작용을 갖는 기의 부분적 또는 완전한 염 형성이 수행된다 (이것이 출발 분자에서 아직 수행되지 않은 경우). 음이온성 기의 경우, 염기, 예컨대 암모니아, 탄산암모늄 또는 탄산수소암모늄, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리부틸아민, 디이소프로필에틸아민, 디메틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 트리에탄올아민, 수산화칼륨 또는 탄산나트륨, 바람직하게는 트리에틸아민, 트리에탄올아민, 디메틸에탄올아민 또는 디이소프로필에틸아민이 사용된다. 염기의 양은 음이온성 기의 양의 50 내지 120%, 바람직하게는 50 내지 100%, 또한 특히 바람직하게는 60 내지 90%이다. 양이온성 기의 경우, 유기 또는 무기 산이 사용된다. 단지 에테르 기를 갖는 비-이온성 친수성화된 화합물 (A5)가 사용되는 경우, 중화 단계가 생략된다. 또한, 분산 수가 이미 중화제를 함유하는 경우에는, 중화가 분산과 동시에 수행될 수 있다.
임의의 나머지 이소시아네이트 기와 반응할 수 있는, 가능한 아민계 성분은 (A2), (A3) 및 (A4)이다. 이러한 쇄 연장은 분산 전에, 분산 동안 용매 중에서, 또는 분산 후에 물 중에서 수행될 수 있다. (A4)로서 아민계 성분이 사용되는 경우, 쇄 연장은 바람직하게는 분산 전에 수행된다.
아민계 성분 (A3) 또는 (A4)를 유기 용매 및/또는 물로 희석된 반응 혼합물에 첨가할 수 있다. 바람직하게는 ≥ 70 wt% 내지 ≤ 95 wt% 용매 및/또는 물을 사용한다. 다수의 아민계 성분이 존재하는 경우, 반응은 임의의 요망되는 순서로 연속적으로 또는 동시에 혼합물 첨가에 의해 수행할 수 있다.
폴리우레탄 분산액 (A)의 제조를 위해, 폴리우레탄 예비중합체를, 임의로 상당한 전단, 예컨대 격렬한 교반 하에 또는 제트 분산기를 사용하여, 분산 수 중에 도입하거나, 또는 그 반대로 수행하고, 분산 수를 예비중합체 중에서 교반한다. 이어서, 이것이 균질 상에서 수행되지 않는 경우, 존재하는 임의의 이소시아네이트 기와 성분 (A2), (A3)의 반응에 의해 몰 질량을 증가를 달성할 수 있다. 사용되는 폴리아민 (A2), (A3)의 양은 여전히 존재하는 미반응된 이소시아네이트 기에 따라 달라진다. 바람직하게는 ≥ 45 내지 ≤ 100%, 특히 바람직하게는 ≥ 50 내지 ≤ 75%의 양의 이소시아네이트 기를 폴리아민 (A2), (A3)과 반응시킨다.
임의로 유기 용매를 증류시킬 수 있다. 분산액은 ≥ 10 내지 ≤ 70 wt%, 바람직하게는 ≥ 25 내지 ≤ 65 wt%, 또한 특히 바람직하게는 ≥ 30 내지 ≤ 60 wt%의 고체 함량을 갖는다.
폴리우레탄 분산액은 단독으로 또는 공지된 결합제, 보조제 물질 및 첨가제, 특히 광 안정화제, 예컨대 UV 흡수제 및 입체 장애 아민 (HALS), 또한 항산화제, 충전제 뿐만 아니라 도료 첨가제, 예를 들어 침강방지제, 소포제 및/또는 습윤제, 유동제, 반응성 희석제, 가소제, 촉매, 보조 용매 및/또는 증점제 및 첨가제, 예컨대 분산액, 안료, 착색제 또는 매트화제(mattifying agent)와 함께 사용될 수 있다. 특히, 임의로 또한 히드록시-관능성일 수 있는, 폴리우레탄 분산액 또는 폴리아크릴레이트 분산액과의 조합이 어렵지 않게 가능하다. 첨가제는 가공 직전에 PUR 분산액에 첨가할 수 있다. 그러나, 결합제 또는 결합제/가교제 혼합물의 분산 전에 또는 분산 동안 첨가제의 적어도 일부를 첨가할 수도 있다. 개개의 성분에 및/또는 혼합물에 전체적으로 첨가될 수 있는 이들 물질의 선택 및 계량 첨가는 당업자에게 공지되어 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시양태에서는, 빌딩의 일부 내에 내포된 체결 부재가 제공되고, 이 체결 부재는 빌딩의 일부 표면에 접근가능하고, 여기에 텍스타일이 접착제 접합된다. 바람직하게는, 체결 부재의 접근가능 부분은 빌딩의 일부 표면과 동일 평면에 있다. 이러한 체결 부재는, 예를 들어, 앵커형 체결 부재이다. 체결 부재를 빌딩의 일부로 통과시키고 양면에서 텍스타일과 접착제 접합시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 표면에 접착제 접합된 텍스타일을 포함하며, 여기서 접착제 접합 전의 텍스타일은 ≥ 1의 연성을 갖고, 경화된 상태의 접착제는 ≥ 1.5의 연성을 가지며, 여기서 연성은 각 경우에 탄성 변형 값에 대한 총 탄성 및 소성 변형 값의 비율로서 결정된 것인, 빌딩의 강화된 일부를 제공한다. 이후 빌딩의 강화된 일부는 ≥ 2, 바람직하게는 ≥ 3의 연성을 갖는다.
물론, 본 발명에 따른 방법에 의해, 빌딩의 강화된 일부를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 방법과 관련하여 언급된 모든 실시양태들을 개별적으로 또는 조합하여 빌딩의 강화된 일부의 제조에 사용할 수도 있다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 상세사항은 상기 실시양태를 참조한다.
텍스타일이 적어도 2축의 제직물을 포함하며, 추가의 섬유가 상기 적어도 2축의 제직물 상에 부직물 형태로 배열된, 본 발명에 따른 빌딩의 강화된 일부가 특정하게 언급된다.
또한, 접착제가 수성 폴리우레탄 분산액을 포함하는, 본 발명에 따른 빌딩의 강화된 일부가 특정하게 언급된다.
본 발명은 또한, 접착제에 의해 빌딩의 일부 표면에 텍스타일을 접착제 접합시켜 상기 빌딩의 일부를 강화시키기 위한 접착제와 조합된 텍스타일의 용도를 제공하며, 여기서 접착제 접합 전의 텍스타일은 ≥ 1의 연성을 갖고, 경화된 상태의 접착제는 ≥ 1.5의 연성을 가지며, 여기서 연성은 각 경우에 탄성 변형 값에 대한 총 탄성 및 소성 변형 값의 비율로서 결정된 것이다.
본 발명에 따른 방법과 관련하여 언급된 모든 실시양태들을 개별적으로 또는 조합하여, 빌딩의 강화된 일부의 제조에 사용할 수도 있다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 상세사항은 상기 실시양태를 참조한다.
텍스타일이 적어도 2축의 제직물을 포함하며, 추가의 섬유가 상기 적어도 2축의 제직물 상에 부직물 형태로 배열된, 본 발명에 따른 용도가 특정하게 언급된다.
또한, 접착제가 수성 폴리우레탄 분산액을 포함하는, 본 발명에 따른 용도가 특정하게 언급된다.
이하에서, 본 발명을 도면 및 실시예에 의해 추가로 설명하지만, 본 발명이 이들로 제한되는 것은 아니다.
도면에서,
도 1은 빌딩의 일부의 강화를 위한 텍스타일의 수직 배치를 나타낸다.
도 2는 내포된 체결 부재로 추가로 강화된 빌딩의 일부를 나타낸다.
도 3은 내포된 체결 부재에 의해 양면에서 강화된 빌딩의 일부를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 텍스타일을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 추가의 텍스타일을 나타낸다.
도 6은 축방향 변형 시험 결과 (규회(sand-lime) 조적재)를 나타낸다
도 7은 플레이트 굽힘 시험 결과 (규회 조적재)를 나타낸다.
도 8은 플레이트 굽힘 시험 결과 (벽돌 조적재)를 나타낸다.
도 9는 접착제의 강도를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 맥락 내에서의 텍스타일의 수직 배치를 나타낸다. 본 발명에 따라 선택된 텍스타일 시트 (11), (12), (13)이 본 발명에 따라 선택된 접착제를 사용하여 조적재에 접착제 접합된다. 시트는, 예를 들어 텍스타일 시트 (11), (12), (13)의 좌측 연부 (1), (3), (7)이 시트의 우측 연부 (5), (9)의 하부에 (또는 상부에) 배치되도록 중첩된다.
도 2는 앵커 (25) 형태의 내포된 체결 부재로 추가로 강화된 조적재 (15)를 나타낸다. 플라스터 층 (17)을 통해 연장되는 앵커 (25)는 모르타르 또는 접착제 (23)에 의해 조적재 (15) 내에 체결된다. 본 발명에 따라 선택된 텍스타일 (21)은 본 발명에 따라 선택된 접착제 (19)에 의해 플라스터 (17) 및 외부로 연장되는 앵커 (25)의 부분에 접착제 접합된다. 층 사이의 계면은, 텍스타일/접착제 (27) 및 (33), 접착제/플라스터 (29) 및 (35) 및 플라스터/조적재 (31) 및 (37)이다.
도 3은 앵커 형태의 내포된 체결 부재 (참조 부호 없음; 도 2와 유사함)로 양면에서 강화된 조적재 (45)를 나타낸다. 플라스터 층 (43), (47)이 조적재 (45)의 양면에 배열되고, 이를 통해 앵커가 돌출된다. 본 발명에 따라 선택된 텍스타일 (39), (51)이 본 발명에 따라 선택된 접착제 (41), (49)에 의해 플라스터 층 (43), (47)에 접착제 접합된다. 층 사이의 계면은 텍스타일/공기 (53) 및 (67), 텍스타일/접착제 (55) 및 (65), 접착제/플라스터 (57) 및 (63) 및 플라스터/조적재 (59) 및 (61)이다.
도 4는 본 발명에 따른 선택의 맥락 내에서 사용될 수 있는 제직물 형태의 텍스타일의 일례를 나타낸다. 여기서 제직물은 평직 형태이고, 예를 들어 씨실 (69) 및 날실 (71), (73) 및 (75)를 나타내었다.
도 5는 본 발명에 따른 선택의 맥락 내에서 사용될 수 있는 텍스타일의 추가의 예를 나타낸다. 이 텍스타일은 평직의 2축 제직물이고, 예를 들어 씨실 (79) 및 날실 (77)을 나타내었다. 추가의 섬유 (81), (83)이 부직물 또는 플리스 형태로 제직물 상에 배열된다.
도 6은 2개의 스톤 전단 시험의 하중-변위 곡선을 나타낸다. 곡선 (601)은 강화된 샘플을, 곡선 (602)는 비-강화된 샘플을 나타낸다.
도 7은, 3점 굽힘 시험에서 측정된, 2개의 플레이트 바디 (6개의 규회 벽돌로 이루어짐)의 하중-변위 곡선을 나타낸다. 곡선 (701)은 강화된 샘플을, 곡선 (702)는 비-강화된 샘플을 나타낸다.
도 8은, 3점 굽힘 시험에서 측정된, 2개의 플레이트 바디 (6개의 벽돌로 이루어짐)의 하중-변위 곡선을 나타낸다. 곡선 (801)은 강화된 샘플을, 곡선 (802)는 비-강화된 샘플을 나타낸다.
도 9는 사용된 접착제의 전단 응력-변위 곡선을 나타낸다.
실시예
실시예 1: 본 발명에 따라 사용될 수 있는 접착제 1의 합성
1252.5 g의 폴리프로필렌 옥시드 디올 (OH가 112, 평균 분자량 1000 g/mol)을 100℃ 및 50 mbar에서 60분 동안 탈수시켰다. 이어서, 112.4 g의 1,4-부탄디올 및 0.170 g의 아연 비스-(2-에틸헥사노에이트) (독일 소재의 오엠게 보르헤르스 게엠베하(OMG Borchers GmbH)로부터의 보르히(Borchi)® 캐트(Kat) 22)를 첨가하고, 혼합물을 90℃에서 15분 동안 균질화시켰다. 70℃로 냉각시킨 후, 333.0 g의 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI) 및 252.0 g의 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HDI)를 첨가하고, 교반하고, 이어서 온도를 70℃에서 일정하게 유지하였다. 35분 후, 1.74%의 이소시아네이트 함량에 도달하였다. 혼합물을 55℃로 냉각시키고, 2925 g의 아세톤을 첨가하고, 예비중합체가 완전히 용해될 때까지 교반을 수행하였다. 48℃에서 균질 용액에 435 g의 물 중 50.37 g의 N-(2-아미노에틸)-2-아미노에탄술폰산의 나트륨 염의 용액을 격렬히 교반하며 첨가하고, 48℃에서 추가의 15분 동안 교반을 수행하였다. 이어서, 아세톤 예비중합체 혼합물에 3320 g의 물을 격렬히 교반하며 첨가하고, 48℃에서 20분 동안 분산을 수행하였다. 증류에 의한 아세톤 제거 후, 34.9%의 고체 함량을 갖는 수 분산액이 얻어졌다.
5000 g의 수 분산액을 실온에서 10-리터 용기에 넣고, 60 g의 보르히® 겔(Gel) L 75 N (폴리우레탄 기재의 비-이온성 액체 증점제, 독일 소재의 오엠게 보르헤르스 게엠베하로부터의 50% 배송 형태)과 90 g의 물의 150 g 혼합물을 격렬히 교반하며 (교반기 모터: 하이돌프(Heidolph) RZR 2100 전자 교반기: 비스코 제트(Visco Jet)®, 약 1000 rpm의 속도) 첨가하였다. 이어서, 추가의 30분 동안 교반을 수행하였다. 생성된 분산액은 34.7%의 고체 함량 및 197,000 m Pas의 브룩필드(Brookfield) 점도 (브룩필드 DV-III 울트라 점도계로 측정됨, 스핀들 4 / 1 rpm 23℃)를 가졌다.
실시예 2: 축방향 변형 시험 (면내( in - plane ) 하중)
연성 1의 텍스타일을 실시예 1에 따른 접착제를 사용하여 플라스터 처리된 규회 조적재 표면에 접착제 접합시켰다. DIN 1052-3에 따른 축방향 변형 시험에서 도 6에서 곡선 (601)로 나타낸 결과를 얻었다. 비교를 위해, 본 발명에 따라 강화되지 않고 단지 플라스터 처리된 조적재를 사용하여 시험을 수행하였다. 그 시험 결과를 곡선 (602)로 나타내었다. 비교 시험에 비해 축방향 변형 거동의 상당한 향상이 명백하다. 접착제 접합 및 접착제의 경화 후, 이렇게 얻어진 조적재는 대략 20 mm/1 mm = 20 (20 mm 소성 변형 / 1 mm 소성 변형)의 연성을 가졌다 (도 6, 곡선 (601) 참조). 한편, 비-강화된 시험편은 단지 1의 연성을 가졌고, 이는 최대 하중에 도달된 직후에 지지력이 극적으로 강하되었기 때문이다 (도 6, 곡선 (602)).
실시예 3a: 플레이트 굽힘 시험 (면외 하중)
연성 1의 텍스타일을 실시예 1에 따른 접착제를 사용하여 플라스터 처리된 규회 조적재에 접착제 접합시켰다. 플레이트 시험 결과를 도 7에서 곡선 (701)에 나타내었다. 비교를 위해, 본 발명에 따라 강화되지 않고 단지 플라스터 처리된 조적재를 사용하여 시험을 수행하였다. 시험 결과를 도 7에서 곡선 (702)에 나타내었다. 비교 시험에 비해 플레이트의 상당한 향상이 명백하다.
접착제 접합 및 접착제의 경화 후, 이렇게 얻어진 조적재는 비-강화된 플레이트와 비교한 연성이 대략 10/3.5 = 2.9 (도 7) (강화된 벽의 플레이트의 중심에서 10 mm 굽어짐 (도 7, 곡선 (701) 참조) / 비-강화된 벽의 플레이트의 중심에서 3.5 mm 굽어짐 (도 7, 곡선 (702) 참조))였다.
실시예 3b: 플레이트 굽힘 시험 (면외 하중)
연성 1의 텍스타일을 실시예 1에 따른 접착제를 사용하여 플라스터 처리된 벽돌 조적재에 접착제 접합시켰다. 플레이트 시험 결과를 도 8에서 곡선 (801)에 나타내었다. 비교를 위해, 본 발명에 따라 강화되지 않고 단지 플라스터 처리된 조적재를 사용하여 시험을 수행하였다. 그 시험 결과를 곡선 (802)에 나타내었다. 비교 시험에 비해 플레이트의 상당한 향상이 명백하다.
접착제 접합 및 접착제의 경화 후, 이렇게 얻어진 조적재는 비-강화된 벽과 비교한 연성이 대략 5/3.5 = 1.4 (도 8) (강화된 벽의 플레이트의 중심에서 최대 하중에서 5 mm 굽어짐 (도 8, 곡선 (801) 참조) / 비-강화된 벽의 플레이트의 중심에서 3.5 mm 굽어짐 (도 8, 곡선 (802) 참조))였다. 강화된 플레이트 (도 8, 곡선 (801) 참조)는, 비-강화된 샘플 (도 8, 곡선 (802) 참조)와 달리 취성 파쇄를 나타내지 않았고, 잔류 지지력과 함께 현저한 파쇄 거동을 가졌다.
실시예 4: DIN 12188에 따른 접착제의 전단 강도
실시예 1에 따른 접착제를, 160 mm x 40 mm x 40 mm의 치수를 갖는 DIN 12188에 따라 제조된 콘크리트 바디의 접착제 접합에 사용하였다. 45°의 각도에서 장측(longer side)에 대해 횡방향으로 관통-절단을 수행하였다. 2개의 절단 연부를 접착제로 습윤화하고 함께 접합시켰다. 장측 방향으로의 압력 하중에 의해 샘플의 두 절반부가 전단되었다. 생성된 전단 응력-변위 곡선 (901)을 도 9에 나타내었다. 샘플로부터 압력을 제거하였을 때, 소성 거동, 또한 그에 따라 연성의 척도인, 3 mm의 영구 변위가 측정되었다.

Claims (16)

  1. 텍스타일을 접착제에 의해 빌딩의 일부 표면에 접착제 접합시키는 단계를 포함하고,
    접착제 접합 전의 텍스타일이 ≥ 1.0의 연성을 갖고, 경화된 상태의 접착제가 ≥ 1.5의 연성을 갖고, 접착제 접합 후의 상기 빌딩 일부가 ≥ 2의 연성을 갖는 것을 특징으로 하며,
    여기서 연성은 각 경우에 탄성 변형 값에 대한 총 탄성 및 소성 변형 값의 비율로서 결정된 것인,
    빌딩의 일부를 강화시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 접착제 접합 전의 텍스타일이 ≥ 1.5 내지 ≤ 20 범위의 연성을 갖는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 경화된 상태의 접착제가 ≥ 1.5 내지 ≤ 20 범위의 연성을 갖는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 접착제 접합 후의 상기 빌딩 일부가 ≥ 2 내지 ≤ 30 범위의 연성을 갖는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 빌딩의 일부 표면이 플라스터 표면인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 접착제 접합 전의 텍스타일의 연성 : 경화된 상태의 접착제의 연성의 비율이 ≥ 1 : 1 내지 ≤ 1 : 10의 범위인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 텍스타일이 유리 섬유 제직물을 포함하고, 유리 섬유 제직물이 서로 직각으로 진행되는 유리 섬유를 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 텍스타일이 적어도 2축의 제직물을 포함하고, 추가의 섬유가 상기 적어도 2축의 제직물 상에 부직물 형태로 배열된 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 접착제가 수성 폴리우레탄 분산액을 포함하는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 수성 폴리우레탄 분산액이
    (A1) 폴리이소시아네이트,
    (A2) DIN 55672-1에 따라 측정시, ≥ 400 g/mol 내지 ≤ 8000 g/mol의 중량-평균 분자량을 갖는 중합체 폴리올 및/또는 폴리아민
    의 성분, 및
    (A4) 하나 이상의 이온성 또는 잠재적 이온성 기를 갖는 화합물, 및 (A5) 비-이온성 친수성화 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물
    의 반응 생성물인 방법.
  11. 표면에 접착제 접합된 텍스타일을 포함하는, 빌딩의 강화된 일부이며,
    접착제 접합 전의 텍스타일이 ≥ 1.0의 연성을 갖고, 경화된 상태의 접착제가 ≥ 1.5의 연성을 갖고, 빌딩의 강화된 일부가 ≥ 2의 연성을 갖는 것을 특징으로 하며,
    여기서 연성은 각 경우에 탄성 변형 값에 대한 총 탄성 및 소성 변형 값의 비율로서 결정된 것인,
    빌딩의 강화된 일부.
  12. 제11항에 있어서, 텍스타일이 적어도 2축의 제직물을 포함하고, 추가의 섬유가 상기 적어도 2축의 제직물 상에 부직물 형태로 배열된 것인, 빌딩의 강화된 일부.
  13. 제11항에 있어서, 접착제가 수성 폴리우레탄 분산액을 포함하는 것인, 빌딩의 강화된 일부.
  14. 텍스타일을 접착제에 의해 빌딩의 일부 표면에 접착제 접합시켜 상기 빌딩의 일부를 강화시키기 위한, 접착제와 조합된 텍스타일의 용도이며,
    접착제 접합 전의 텍스타일이 ≥ 1.0의 연성을 갖고, 경화된 상태의 접착제가 ≥ 1.5의 연성을 갖는 것을 특징으로 하며,
    여기서 연성은 각 경우에 탄성 변형 값에 대한 총 탄성 및 소성 변형 값의 비율로서 결정된 것인 용도.
  15. 제14항에 있어서, 텍스타일이 적어도 2축의 제직물을 포함하고, 추가의 섬유가 상기 적어도 2축의 제직물 상에 부직물 형태로 배열된 것인 용도.
  16. 제14항에 있어서, 접착제가 수성 폴리우레탄 분산액을 포함하는 것인 용도.
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