KR20140129032A - 테이프 조인트 컴파운드 (jc) 중 나노결정질 셀룰로스 (ncc) - Google Patents

Abstract

개선된 내균열성을 지닌 조인트 컴파운드를 물, 충전제, 예컨대 탄산칼슘, 라텍스 에멀젼 결합제, 증점 시스템, 예컨대 메틸 히드록시에틸 셀룰로스, 및 나노결정질 셀룰로스를 합하여 형성한다. 나노결정질 셀룰로스는 건조 동안 균열 형성을 감소시키기에 효과적인 양으로 제공된다.

Description

테이프 조인트 컴파운드 (JC) 중 나노결정질 셀룰로스 (NCC) {NANOCRYSTALLINE CELLULOSE (NCC) IN TAPE JOINT COMPOUND (JC)}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 35 U.S.C. 119 (e)에 따라 2012년 2월 24일에 출원된 미국 특허 가출원 61/602,671을 우선권 주장하며, 그 내용은 전체가 명백하게 본원에 참조로 포함된다.

본 발명의 배경

1. 개시되고 청구되는 본 발명 개념의 분야

본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)은 일반적으로 다양한 두께의 조인트 컴파운드(joint compound) 및 두꺼운 코팅에서 균열을 전적으로 제거할 수 있는 조인트 컴파운드에 관한 것이다. 구체적으로, 조인트 컴파운드는 나노결정질 셀룰로스, 물, 충전제, 결합제 및 증점제를 포함한다.

2. 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)의 배경 및 적용가능 측면

벽판은 일반적으로 건물 벽의 간주에 못질하거나, 나사로 조이거나 풀로 붙여지는 큰 패널에 설치된다. 벽판의 섹션이 함께 접합된 조인트는 조인트 컴파운드로 커버된 후 유리 섬유 또는 종이 강화 테이프를 조인트 컴파운드 내에 개재시키고, 이어 건조시킨다. 조인트 컴파운드가 건조되면, 조인트 컴파운드의 제2 적용을 조인트 위에 적용하고, 건조시킨다. 조인트 컴파운드의 코팅은 또한 벽판 내 네일 헤드 또는 나사못 또는 임의의 균열을 커버하기 위해 적용되고 건조된다. 조인트 컴파운드가 건조된 후, 조인트 및 못 또는 나사못의 커버링에 약간 사포질을 한 후, 벽을 페인트와 같은 장식 재료로 마감한다.

전형적으로, 보통 조인트 컴파운드로 지칭되는 테이프 조인트 조성물은 결합제, 증점제 시스템, 충전제, 물, 살생물제, 점토 및 운모를 함유한다. 이러한 조인트 조성물은 레디-믹스이고, 보통 5-갤런 캔 또는 골판지 상자에 넣어 판매되는 건조 유형 조성물이다. 물 및 충전제는 조인트 조성물 중에 가장 큰 중량 백분율로 포함되는 성분이다. 조인트 컴파운드는 전통적 유형인 표준 중량 컴파운드 또는 경량 컴파운드이다.

최적으로는, 조인트 컴파운드는 건조되면서 그의 치수가 변하지 않을 것이다. 그러나, 조인트 컴파운드의 비교적 두꺼운 코팅이 표면에 적용되면, 건조되면서 균열이 생길 수 있다. 코팅이 두꺼울수록 균열이 생길 가능성이 더 크고, 균열이 심할 가능성이 크다. 이에는 균열 내 빈 공간을 채우기 위한 부가적 적용이 요구되어, 벽 표면 마감 비용을 증가시킨다.

[도면의 간단한 설명]

도 1은 나노결정질 셀룰로스를 포함하지 않는 건조된 조인트 컴파운드의 두꺼운 코팅을 보여주는 사진이다.

도 2는 나노결정질 셀룰로스를 포함하는 건조된 조인트 컴파운드의 두꺼운 코팅을 보여주는 사진이다.

도 3은 나노결정질 셀룰로스가 부재하는 도 1에 보여진 컴파운드의 사진이다.

도 4는 나노결정질 셀룰로스가 존재하는 도 2에 보여진 컴파운드의 사진이다.

예시적 도면, 실험, 결과 및 실험실 절차를 통해 본 발명의 개념(들)의 적어도 하나의 실시양태를 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 개념(들)이 하기 상세한 설명에 기재되거나 도면, 실험 및/또는 결과에 예시된 구성요소의 구성 및 배열의 상세사항에의 그의 적용에 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 본 발명의 개념(들)은 다른 실시양태로 가능하고 또는 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 그러므로, 본원에 사용되는 언어는 가능한 한 가장 넓은 범주 및 의미 제공을 의도하고, 실시양태는 예시적이고 철저하지 않은 것으로 여겨진다. 또한, 본원에 적용되는 어법 및 용어는 설명의 목적임이 이해되어야 하며, 제한적으로 여겨져서는 안된다.

본원에서 달리 정의되지 않는 한, 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)과 관련하여 사용되는 과학적 및 기술적 용어는 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 맥락에서 달리 요구되지 않는 한, 단수 용어는 복수를 포함할 것이며, 복수 용어는 단수를 포함할 것이다. 일반적으로, 본원과 관련하여 이용되는 명명법 및 본원에 기재되는 화학의 기법은 당업계에 널리 공지되어 있고 통상적으로 사용된다. 반응 및 정제 기법은 생산자의 설명서에 따라 또는 당업계에서 통상적으로 실시되는 대로 또는 본원에 기재된 대로 수행된다. 본원에 기재된 분석 화학, 합성 유기 화학, 및 의약 및 제약 화학과 관련하여 이용되는 명명법 및 실험실 절차 및 기법은 당업계에 널리 공지되고 통상적으로 사용된다. 화학 합성, 화학 분석, 제약 제조, 제제화 및 운송, 및 환자의 치료에 있어서 표준 기법이 사용된다.

명세서에 언급된 모든 특허, 공개된 특허 출원 및 비-특허 출판물은 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)이 속하는 업계의 당업자의 수준을 시사하는 것이다. 본 출원의 임의 부분에서 참조되는 모든 특허, 공개된 특허 출원 및 비-특허 출판물은 각 개별 특허 또는 출판물이 구체적이고 개별적으로 참조로 포함된 것과 같은 정도로 그 내용은 전체가 명백하게 본원에 참조로 포함된다.

본원에 개시되고 청구되는 조성물 및/또는 방법 모두는 본 개시내용을 감안하여 과도한 실험 없이 제조되고 실시될 수 있다. 본 발명의 조성물 및 방법이 바람직한 실시양태의 관점에서 기재되었지만, 본 발명의 개념, 주제 및 범주에서 벗어나지 않는 한 본원에 기재된 조성물 및/또는 방법 및 단계 또는 방법의 단계의 순서에 변경사항을 적용할 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 당업자에게 명백한 모든 이러한 유사한 대체 및 개질은 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 개념(들)의 주제, 범주 및 개념 내에 있는 것으로 여겨진다.

본 개시내용에 따라 이용되는 하기 용어는 달리 지시되지 않는 한 하기 의미를 갖는 것으로 이해되어야 할 것이다.

특허청구범위 및/또는 명세서에서 용어 "포함하는"과 관련하여 사용될 때 단수 표현은 "하나"를 의미할 수 있지만 또한 "하나 이상", "적어도 하나" 및 "하나 또는 하나 초과"의 의미와 일치한다. 특허청구범위에서 용어 "또는"의 사용은 오로지 대안을 지칭하는 것으로 명백히 지시되거나 대안이 상호 배타적인 것이 아닌 한 "및/또는"을 의미하는 것으로 사용되나, 개시내용은 오직 대안 및 "및/또는" 만을 지칭하는 정의를 지지한다. 본 출원에 걸쳐, 용어 "약"은 값이 장치의 오차, 값을 측정하기 위해 사용된 방법의 내재된 편차 및/또는 연구 대상물 중에 존재하는 편차를 포함하는 것을 나타내기 위해 사용된다. 용어 "적어도 하나"의 사용은 하나 및 또한 비제한적으로 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 100 등을 포함한 하나 초과의 임의의 수량을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 용어 "적어도 하나"는 붙어있는 용어에 따라 100 또는 1000 이상까지 연장될 수 있고; 부가적으로, 100/1000의 수량은, 이보다 높은 한계가 또한 만족스러운 결과를 낼 수 있기 때문에 비제한적인 것으로 고려되어야 한다. 부가적으로, 용어 "X, Y 및 Z 중 적어도 하나"는 X 단독, Y 단독 및 Z 단독, 및 또한 X, Y 및 Z의 임의의 조합을 포함하는 것으로 이해될 것이다.

본 명세서 및 청구항(들)에서 사용되는, 단어 "포함하는" (및 "포함하는"의 임의의 형태, 예컨대 "포함하다" 및 "포함하며"), "갖는" (및 "갖는"의 임의의 형태, 예컨대 "갖는다" 및 "가지며"), "비롯한" (및 "비롯한"의 임의의 형태, 에컨대 "비롯한다" 및 "비롯하며") 또는 "함유하는" (및 "함유하는"의 임의의 형태, 예컨대 "함유한다" 및 "함유하며")은 포함적이며 개방형이며 부가적이고 인용되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.

본원에 사용되는 용어 "또는 이들의 조합"은 이 용어 전에 나오는 열거된 항목의 모든 순열 및 조합을 지칭한다. 예를 들어, "A, B, C 또는 이들의 조합"은 A, B, C, AB, AC, BC 또는 ABC 중 적어도 하나를 포함하는 것으로 의도되고, 특정 맥락에서 만약 순서가 중요하다면 또한 BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC 또는 CAB를 포함하는 것으로 의도된다. 이러한 예시를 계속하면, BB, AAA, MB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB 등과 같은 하나 이상의 항목 또는 용어의 반복을 함유하는 조합이 명백히 포함된다. 당업자는 전형적으로 문맥으로부터 달리 명백하지 않은 한, 임의의 조합에서 항목 또는 용어의 수에는 제한이 없는 것으로 이해할 것이다.

본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)에 따라, 조인트 컴파운드는 나노결정질 셀룰로스, 결합제, 증점제, 충전제, 물, 살생물제 및 점토를 포함한다. 조인트 컴파운드에 통상적으로 사용되는 부가적 구성요소는 펄라이트, 운모, 보존제, 습윤제, 탈포제 및 가소제이다. 펄라이트 및 운모를 제외하고는, 이러한 부가적 구성요소는 보통, 컴파운드의 총 건조 중량을 기준으로 일반적으로 약 0.05 내지 약 1.0 중량% 범위의 소량으로 사용된다.

나노결정질 셀룰로스는 기계적 처리와 조합한 셀룰로스의 산 가수분해에 의해 형성될 수 있는 셀룰로스의 결정질 부분이다. 이러한 나노미터 크기 셀룰로스 입자는 본래 결정질이며 수불용성이고 안정하고 화학적으로 비활성이고 생리학적으로 불활성이며 끌어당기는(attractive) 결합 특성을 갖는다.

셀룰로스는 목재, 목화, 삼 및 다른 식물-기재 재료에 존재하는, 지구 상에서 가장 풍부한 생체고분자 중 하나이고, 식물 구조에서 지배적인 강화 상으로 역할한다. 셀룰로스는 또한 조류(algae), 피낭류 및 일부 박테리아에 의해 합성될 수 있다. 이는 1-4 β-글리코시드 연결로 연결되는 글루코스 반복 단위의 단독중합체이다. 1-4 β-연결은 셀룰로스를 직쇄로 형성하고, 이는 수소 결합을 통해 서로 강하게 상호작용한다. 그의 규칙적인 구조 및 강한 수소 결합으로 인해, 셀룰로스 중합체는 고도로 결정질이고 집합되어 하부구조 및 미세섬유를 형성한다. 미세섬유는 결국 집합되어 셀룰로스성 섬유를 형성한다.

목재 또는 농업 바이오매스로부터의 정제된 셀룰로스는 박테리아성 과정으로 광범위하게 붕해되거나 제조될 수 있다. 셀룰로스성 재료가 나노크기 섬유로 이루어졌다면, 재료의 특성은 그의 나노섬유 구조로 결정되고, 이러한 중합체는 나노셀룰로스 또는 나노결정질 셀룰로스로 기재된다. 상기 용어는 본원에서 상호 교체가능하게 사용된다.

일반적으로, 나노셀룰로스는 대략 20 내지 200의 길이/직경 비율을 갖는 막대 모양 소섬유이다. 한 비제한적 실시양태에서, 나노셀룰로스는 약 60nm 미만의 직경을 갖는다. 또 다른 비제한적 실시양태에서, 나노셀룰로스는 약 4nm 내지 약 15nm의 직경 및 약 150nm 내지 약 350nm의 길이를 갖는다. 결정의 크기 및 모양은 그의 근원에 따라 달라진다. 예를 들어, 비제한적으로, 목재로부터의 나노결정질 셀룰로스는 너비가 약 3 내지 약 5nm이고, 길이가 약 20 내지 약 200nm일 수 있다. 다른 공급원, 예컨대 목화로부터 수득한 다른 나노결정질 셀룰로스는 약간 다른 치수를 가질 수 있다.

나노결정질 셀룰로스는 높은 강성도(stiffness), 큰 비표면적, 높은 종횡비, 낮은 밀도 및 화학적 그래프팅 및 개질을 용이하게할 수 있는 반응성 표면을 갖는다. 동시에, 재료는 많은 유기 및 무기 물질에 불활성이다.

셀룰로스 섬유의 나노-규모 요소로의 소섬유화에 의한 나노결정질 셀룰로스의 제조에는 집약적인 기계적 처리가 요구된다. 그러나, 원료 및 가공의 정도에 따라, 화학적 처리를 기계적 소섬유화 전에 적용할 수 있다. 일반적으로 나노결정질 셀룰로스의 제조는 두 가지 방법, 즉 산 가수분해 및 기계적 탈소섬유화로 설명할 수 있다. 제1 방법에서 나노셀룰로스는, 주로 산 가수분해에 의해 목재 또는 농업 섬유의 화학적 펄프로부터 비결정 영역을 제거하고, 이어 나노-크기 소섬유를 제조하여 나노셀룰로스를 제조할 수 있다. 가수분해 조건은 생성된 나노결정의 특성에 영향을 미치는 것으로 공지되어 있다. 상이한 산 또한 현탁액 특성에 영향을 미친다. 나노결정 크기, 치수 및 모양은 또한 셀룰로스 공급원의 성질에 의해 어느 정도 결정될 수 있다.

산 가수분해는 온도, 교반 및 시간이 철저히 제어된 조건 하에서 강산을 사용하여 수행할 수 있다. 산의 성질 및 산-대-셀룰로스 비율 또한 나노셀룰로스의 제조에 영향을 미치는 중요한 파라미터이다. 산의 예에는, 비제한적으로, 황산, 염산, 인산 및 브로민화수소산이 포함된다. 가수분해 온도는 실온 내지 약 70℃ 이하 범위일 수 있고, 상응하는 가수분해 시간은 온도에 따라 약 30분 내지 약 12시간 내에서 달라질 수 있다. 가수분해 직후, 현탁액을 희석시켜 반응을 정지시킬 수 있다.

한 비제한적 실시양태에서, 현탁액은 약 5-배 내지 약 10-배로 희석시켜 반응을 정지시킬 수 있다. 그 후, 현탁액을 원심분리하고 물로 1회 세척하고, 재-원심분리하고 다시 세척할 수 있다. 이러한 공정을 약 4 내지 5회 반복하여 산 함량을 감소시킬 수 있다. 약 12,000-14,000의 분자 컷오프(cutoff)를 갖는 재생 셀룰로스 투석 튜브 또는 스펙트럼 스펙트라/프로(Spectrum Spectra/Pro) 재생 셀룰로스 투석 막을 사용하여, 물 pH가 일정한 값, 예를 들어 비제한적으로, 약 7.0의 pH값에 도달할 때까지 수 일 동안 증류수에 대해 현탁액을 투석시킬 수 있다.

셀룰로스 결정을 추가로 분산시키고 크기를 감소시키기 위해, 셀룰로스 결정의 현탁액을 음파처리하거나 고전단 마이크로 플루이다이저에 통과시켜 가공할 수 있다. 이러한 종류의 제조된 재료는 나노셀룰로스, 나노결정질 셀룰로스 (NCC), 셀룰로스 나노결정, 셀룰로스 나노섬유 또는 셀룰로스 위스커로 지칭된다.

제2 방법은 주로 물리적 처리이다. 수십 나노미터 (nm) 내지 마이크로미터 (㎛)의 직경을 갖는 셀룰로스 미세섬유 또는 미세섬유화 셀룰로스로 불리는 미세섬유의 번들을 고압 균질화 및 분쇄 처리를 이용하여 생성된다. 고강도 초음파처리를 이용한 신규한 공정이 또한 천연 셀룰로스 섬유로부터 소섬유를 단리하는 데 사용되었다. 고강도 초음파는 매우 강한 기계적 진동 힘을 생성할 수 있어, 바이오매스로부터의 셀룰로스 소섬유의 분리가 초음파의 동유체력의 작용으로 가능하다. 이러한 방법으로 약 60nm 미만의 직경을 갖는 미세섬유화 셀룰로스를 제조할 수 있다. 한 비제한적 실시양태에서, 미세섬유화 셀룰로스는 약 4nm 내지 약 15nm이고, 1000nm 미만의 길이이다. 미세섬유화 셀룰로스에 임의로 화학적, 효소적 및/또는 기계적 처리를 추가로 실시할 수 있다. 나노결정질 셀룰로스를 제조하는 두 방법은 미국 특허 8,105,430에 기재되어 있으며, 그 내용은 전체가 본원에 참조로 포함된다.

일반적으로, 약 0.05 중량% 내지 약 0.5 중량%의 나노결정질 셀룰로스를 사용할 수 있다. 한 비제한적 실시양태에서, 약 0.05 내지 약 0.15 중량%를 조인트 컴파운드에 혼입시킬 수 있다.

결합제는 전형적으로 라텍스 에멀젼, 예를 들어, 비제한적으로, 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 아세테이트 라텍스 또는 폴리(비닐 아세테이트) 라텍스이다. 결합제는, 컴파운드의 건조 시 컴파운드를 고정시키는 얇은 매트릭스를 형성하는 합착제이다. 환언하면, 결합제는 다른 구성요소를 그의 제자리에 고정시켜 목적하는 생성물을 형성하는 매트릭스이다. 따라서, 결합제는 조인트 컴파운드에서 필수적 성분이다. 결합제로서 사용할 수 있는 다른 재료에는, 비제한적으로, 전분, 카제인, 폴리아크릴아미드, 및 아크릴아미드와 아크릴산의 공중합체가 포함될 수 있다. 일반적으로 결합제는 컴파운드의 총 중량을 기준으로 약 1 중량%의 하한 내지 약 3 중량%의 상한 범위이다. 한 비제한적 실시양태에서, 상한은 컴파운드의 총 중량을 기준으로 약 2.5 중량%일 수 있다.

본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)의 증점제는, 예를 들어, 비제한적으로, 에틸히드록시에틸 셀룰로스 (EHEC), 히드록시에틸 셀룰로스 (HEC), 소수성으로 개질된 히드록시에틸 셀룰로스, 히드록시프로필 메틸셀룰로스 (HPMC), 메틸 히드록시에틸 셀룰로스 (MHEC), 카르복시메틸 셀룰로스 (CMC), 히드록시프로필 구아 및 유도체화되지 않은 구아일 수 있다.

조인트 컴파운드 중 증점제의 양은 조인트 컴파운드의 총 건조 중량 (조인트 컴파운드 중에 존재하는 물 제외)을 기준으로 약 0.01 중량%의 하한을 가질 수 있다. 한 비제한적 실시양태에서, 하한은 조인트 컴파운드의 총 건조 중량을 기준으로 약 0.3 중량%일 수 있다. 증점제 시스템의 상한은 약 0.6 중량%일 수 있다. 한 비제한적 실시양태에서, 상한은 약 0.5 중량%일 수 있다.

충전제는 조인트 컴파운드에서 중요한 구성요소이다. 이는 조인트 컴파운드에 바디(body)를 부가하여 컴파운드를 경제적으로 만들고, 컴파운드의 pH를 제어하는 목적을 수행한다. 단독으로 또는 본원에 개시된 조합 및 본 발명의 개념(들) 내의 조합으로 사용될 수 있는 통상적 충전제에는, 비제한적으로, 탄산칼슘, 황산칼슘 2수화물 (석고) 및 백운석회석이 포함된다. 오픈 타임(open time) 및 균열 및 다른 조인트 컴파운드 특성을 보다 잘 제어하기 위해 황산칼슘 반수화물 (소석고)을 다른 충전제의 존재 하에 소량의 구성요소로서 사용할 수 있다.

한 비제한적 실시양태에서, 충전제는 미분된 탄산칼슘일 수 있다. 충전제는 조인트 컴파운드의 중량을 기준으로 통상적으로 약 45 중량% 이상이 포함되는, 건조 분말일 수 있다. 한 비제한적 실시양태에서, 충전제는 조인트 컴파운드의 중량을 기준으로 50 중량% 이상이 포함된다. 일반적으로, 충전제는 약 45 내지 약 65 중량%의 상한 범위 내에 있을 수 있다. 컴파운드의 목적하는 8 내지 10의 pH를 달성하기 위해, 충전제는 주요 알칼리성 성분이고, 따라서 이는 pH를 제어하는 주 성분이다. 필요시, pH 개질제를 첨가하여 컴파운드의 알칼리도를 증가시킬 수 있다.

조인트 컴파운드의 건조 성분에 물을 첨가하여 일반적으로 약 300 내지 약 700 브라벤더 단위 범위의 조인트 컴파운드 조성물의 점도를 제공할 수 있다.

살생물제는 조인트 컴파운드의 유통기한을 증가시키고, 조성물이 부패되는 것을 방지한다. 환언하면, 살생물제는 미생물, 예컨대 사상균, 박테리아 및 진균이 컴파운드 내 및 또한 이것이 사용되는 빌딩 구조물의 벽 상에서 생장하는 것을 방지한다. 두 가지 효율적인 산업적으로 허용되는 살생물제의 예는 트로이 케미컬 코퍼레이션(Troy Chemical Corp)에서 생산되는 광범위 살생물제인 메르갈(Mergal)® 174, 2[(히드록시메틸)아미노]에탄올, 및 아치 케미컬즈 인크(Arch Chemicals, Inc)에서 생산되는 다목적 살생물제인 프록셀(Proxel)™ GXL 제품, 1,2-벤즈이소티아졸린-3-온일 수 있다.

다른 살생물제에는, 비제한적으로, 구리 옥신, 아연 스테아레이트, 칼슘 보레이트, 아연 보레이트, 바륨 보레이트, 아연 오마딘, 아연 오마딘/아연 옥사이드 믹스, 2,5-디메틸-1,3,5-티아디아지난-2-티온 (티온), 2-n-옥틸-4-이소티아졸린-3-온 (옥틸리논), 5-클로로-2-메틸-4-이소티아졸린-3-온, 2-메틸-4-이소티아졸린-3-온, 헥사히드로-1,3,5-트리에틸-2-트리아진, 5-브로모-5-니트로-1,3-디옥산, 2-(히드록시메틸)아미노-에탄올, 2-(히드록시메틸)아미노-2-메틸프로판올, α-벤조일-α-클로로포름알독심, 벤질브로모아세테이트, p-클로로-m-자일레놀, 비스-(2-히드록시-5-클로로페닐)술파이드, p-톨리디아이오도메틸술폰, 3-아이오도-2-프로피닐부틸카르바메이트, 비스-(2-히드록시-5-클로로페닐)메틸렌, 디프로필아민 에테르, 도데실아민 및 1-(3-클로로알릴)-3,5,7-트리아자-1-아조니아아다만탄 클로라이드가 포함될 수 있다.

살생물제는 일반적으로 컴파운드의 총 중량을 기준으로 약 0.05 중량%의 하한 내지 약 1.0 중량%의 상한 범위의 양으로 존재해야 한다.

본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)에 따라, 조인트 컴파운드에 사용하기에 적합한 점토는, 점토 재료의 군을 구성하는 알칼리물질, 알칼리 토금속 및 철을 주로 함유하는 무수 알루미늄 실리케이트의 천연의 흙 같은 세립질의 큰 결정질 물질 중 임의의 것일 수 있다. 이러한 군에 포함되는 것은, 비제한적으로, 세피올라이트, 몬트모릴로나이트, 벤토나이트, 일라이트, 카올린 및 아타풀자이트일 수 있다. 한 비제한적 실시양태에서, 점토는 아타풀자이트이다. 아타풀자이트는 전형적으로 조인트 컴파운드의 총 중량의 약 1.5 내지 약 3.5 중량% 범위의 수준으로 사용될 수 있다.

개선된 내균열성을 지니는 경량 건조 유형 조인트 컴파운드가 요구된다면, 특수 처리된 팽창 펄라이트를 제제에 혼입시킴으로써 경량 특성을 제공할 수 있다. 조인트 컴파운드로 혼입될 것이라면, 팽창 펄라이트는 100-메쉬 스크린을 통과할 수 있는 입자 크기를 가져야 하는 것이 당업계에 널리 공지되어 있다. 팽창 펄라이트는 물이 침투될 수 있고 조인트 컴파운드를 경량으로 만드는 그의 능력을 파괴할 수 있는 다수의 미세한 균열 및 금을 함유할 수 있는 매우 경량의 재료일 수 있다. 그 결과, 팽창 펄라이트는 종종 물-민감성을 부여하기 위해 처리된다. 바람직한 방법은 팽창 펄라이트를 실리콘 컴파운드로 처리하는 것이지만, 다른 재료를 사용하여 물-민감성을 부여할 수 있다. 특수 처리된 팽창 펄라이트는 실브리코 코퍼레이션(Silbrico Corporation)과 같은 공급자에 의해 시판된다. 비-처리 펄라이트가 사용된다면, 조인트 컴파운드의 생산 및 예상되는 유통기한에 걸쳐 지나친 물 흡수가 방지되도록 주의한다. 본원에 예시된 경량의 예는 본 산업에서 통상적으로 사용되는 표면 처리된 펄라이트인 실브리코의 실셀(Silcell)® 3534 제품을 사용하여 제조했다. 펄라이트는 약 8.5 중량%의 상한을 갖는 양으로 사용될 수 있다. 한 비제한적 실시양태에서, 상한은 6.0 중량%일 수 있다.

지역적 선호도에 따라, 다른 성분을 조인트 컴파운드 제제에 사용할 수 있다. 이는, 비제한적으로, 공기 연행제, 계면활성제, 함습제, pH 완충 염, 탈포제 및 그의 혼합물을 포함할 수 있다.

보통, 조인트 컴파운드는 모든 습식 성분을 합하고 1분 동안 혼합하여 균질화시켜 제조할 수 있다. 그 후, 모든 고체의 블렌드를 계속 혼합하면서 믹싱 볼에 첨가한다. 전체 질량을 총 약 20분 이하 동안 블렌딩한다. 다른 생산자는 이러한 절차를 개질시킬 수 있다. 일반적으로, 점토의 농도가 높을수록, 요구되는 혼합 시간이 길어진다. 따라서, 감소된 수준의 본원에 기재된 점토의 사용은 다수의 경우 총 플랜트 산출량을 증가시키면서 상기 혼합 시간의 감소를 가능하게 할 수 있다.

하기 실시예는 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)을 예시하며, 부 및 백분율은 달리 지시되지 않는 한 중량을 기준으로 한다. 각 실시예는 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)의 설명으로 제공되며, 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)을 제한하지 않는다. 사실, 본 발명의 범주 또는 주제로부터 벗어나지 않는 한 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)에 다양한 개질 및 변이를 가할 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 한 실시양태의 일부로서 예시되고 기재되는 특징부는 또 다른 실시양태에서 사용되어 추가적인 실시양태를 제공할 수 있다. 따라서, 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)은, 첨부된 특허청구범위 및 그의 등가의 범주 내에 있는 한, 이러한 개질 및 변이를 커버하는 것으로 의도된다.

실시예

나노결정질 셀룰로스의 제조

나노결정질 셀룰로스 (NCC)는, 그 내용 전체가 본원에 참조로 포함된 문헌 [D. G. Gray et al, Langmuir, V.12, p. 2076-2082 (1996)]과 유사한 절차를 이용하여 제조했다. 절차의 상세사항은 아래 주어진다.

산 가수분해 전, 분쇄기를 사용하여 펄프를 플러핑시켰다. 플러핑된 펄프를 약 2시간 동안 약 45℃에서 약 65%의 황산 중에서 가수분해시켰다. 반응의 고체 함량은 약 10%이었다. 먼저, 기계적 혼합을 하면서 플러핑된 펄프를 수조 내 산에 첨가하고 가수분해되도록 했다. 가수분해 후, 셀룰로스 현탁액을 탈이온 (DI) 수 (산 용액의 ~10배 부피)로 희석시키고, 2회 원심분리하여 산을 제거했다. 2% 탄산나트륨 용액을 그 후 첨가하여 잔류 산을 중화시켰다. 현탁액을 탈이온수를 사용하여 투석하여 염을 제거했다. 정제된 현탁액을 건조시켜 수율을 측정했다.

평가

본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)의 조인트 컴파운드의 초기 균열 형성을 평가하기 위해, 하기 조인트 컴파운드 제제를 제조했다.

물 - 31.5 중량%

30㎛ CaCO₃ - 60.9 중량%

아타풀자이트 점토 - 2 중량%

운모 - 3 중량%

PVA 라텍스 (55%) - 2 중량%

MHEC - 0.4 중량%

이는 표준 조인트 컴파운드 제제이다. 본원에 개시되고 청구되는 본 발명의 개념(들)을 이용하는 제제를 상기 열거한 것과 동일한 구성요소를 사용하여 제조했다. 그러나, MHEC의 백분율을 0.3 중량%으로 감소시키고, 0.1 중량%의 나노결정질 셀룰로스를 첨가했다.

각각의 상기 조인트 컴파운드의 1/4인치 두께 층을 1/4인치의 두께로 표면에 적용하고, 건조시켰다. 건조된 조인트 컴파운드 층의 이미지는 도 1 및 2에 보여진다. 도 1은 0.4% MHEC를 갖는 조인트 컴파운드를 보이고, 도 2에 보여지는 조인트 컴파운드는 0.3% MHEC 및 0.1% NCC를 갖는다. 나노결정질 셀룰로스가 부재한 도 1에서의 균열 형성은 도 2의 나노결정질 셀룰로스의 것보다 유의하게 크고 더 진행되었다.

이를 추가로 시험하기 위해, 동일한 컴파운드를 1/32인치 내지 1/4인치 이하의 여러 두께에서 시험했다. 도 3 및 4의 오른쪽 아래의 원반은 1/32인치이고, 왼쪽 위의 원반은 1/4인치이다. 각 컬럼의 아래 두 원반의 두께는 각 컬럼의 위 두 컬럼의 두께와 1/32인치 차이가 난다. 0.4% MHEC를 갖는 샘플, 도 3은 1/8인치에서 유의한 균열을 보이는 반면, 0.1% NCC를 갖는 샘플, 도 4는 약 5/32인치에서 균열 형성을 보이고, 유의하게 적은 균열 형성을 보였다.

이러한 증거는 조인트 컴파운드 제제에 적은 백분율의 나노결정질 셀룰로스를 포함시킴으로써 균열 형성을 유의하게 감소시킬 수 있음을 증명한다. 동시에, 이는 조성물에 첨가되는 증점제의 양의 감소를 가능하게 한다.

이는 당연히, 개시된 정보를 설명하기 위한 목적으로 구성요소 또는 방법론의 생각할 수 있는 모든 조합을 기재하는 것은 가능하지 않으며, 당업자는 개시된 정보의 다수의 추가적 조합 및 치환이 가능함을 인지할 수 있다. 따라서, 개시된 정보가 첨부된 특허청구범위의 주제 및 범주 내에 속하는 이러한 모든 대안, 개질 및 변이를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (17)

1. 나노결정질 셀룰로스, 물, 충전제, 결합제 및 증점제를 포함하는 조인트 컴파운드(joint compound)이며, 여기서 나노결정질 셀룰로스의 양은 건조시 조인트 컴파운드의 내균열성을 개선시키기에 효과적인 것인 조인트 컴파운드.
2. 제1항에 있어서, 나노결정질 셀룰로스가 컴파운드의 총 중량을 기준으로 약 0.05 내지 약 0.5 중량%의 양으로 존재하는 것인 조인트 컴파운드.
3. 제1항에 있어서, 충전제가 탄산칼슘, 황산칼슘 2수화물, 석회석, 황산칼슘 반수화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조인트 컴파운드.
4. 제3항에 있어서, 충전제가 탄산칼슘을 포함하는 것인 조인트 컴파운드.
5. 제4항에 있어서, 충전제가 컴파운드의 총 중량을 기준으로 약 45 내지 약 65 중량%의 양으로 존재하는 것인 조인트 컴파운드.
6. 제1항에 있어서, 결합제가 폴리비닐 알콜, 에틸렌 비닐 아세테이트 라텍스, 폴리(비닐 아세테이트) 라텍스, 전분, 카제인, 폴리아크릴아미드, 아크릴아미드와 아크릴산의 공중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조인트 컴파운드.
7. 제6항에 있어서, 결합제가 컴파운드의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 2.5 중량%의 양으로 존재하는 것인 조인트 컴파운드.
8. 제1항에 있어서, 증점제가 카르복시메틸 셀룰로스, 에틸히드록시에틸 셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, 소수성으로 개질된 히드록시에틸 셀룰로스, 히드록시프로필메틸 셀룰로스, 메틸히드록시에틸 셀룰로스, 메틸카르복시셀룰로스, 히드록시프로필 구아, 유도체화되지 않은 구아 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조인트 컴파운드.
9. 제8항에 있어서, 증점제가 컴파운드의 총 중량을 기준으로 약 0.3 내지 약 0.5 중량%의 양으로 존재하는 것인 조인트 컴파운드.
10. 제8항에 있어서, 증점제가 메틸히드록시에틸 셀룰로스인 조인트 컴파운드.
11. 제1항에 있어서, 펄라이트를 추가로 포함하는 조인트 컴파운드.
12. 제1항에 있어서, 살생물제를 추가로 포함하는 조인트 컴파운드.
13. 제12항에 있어서, 살생물제가 컴파운드의 총 중량을 기준으로 약 0.05 내지 약 1.0 중량% 범위의 양으로 존재하는 것인 조인트 컴파운드.
14. 제1항에 있어서, 컴파운드의 총 중량을 기준으로 약 1.5 내지 약 3.5 중량%의 점토를 추가로 포함하는 조인트 컴파운드.
15. 제14항에 있어서, 점토가 아타풀자이트 점토를 포함하는 것인 조인트 컴파운드.
16. 제1항에 있어서, 운모를 추가로 포함하는 조인트 컴파운드.
17. 제1항에 있어서, 컴파운드의 총 중량을 기준으로, 나노결정질 셀룰로스가 약 0.05 내지 약 0.1 중량%의 양으로 존재하고, 증점제가 약 0.3 내지 0.5 중량%의 양으로 존재하는 것인 조인트 컴파운드.

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